基于公理設(shè)計(jì)理念的軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的研究與.pdf

天津大學(xué) 碩士學(xué)位論文 基于公理設(shè)計(jì)理念的軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的研究與設(shè)計(jì) 姓名 翁云云 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩士 專業(yè) 工業(yè)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 謝慶森 20090601 中文摘要 人機(jī)操作界面屬于人機(jī)交互科學(xué) 是工業(yè)設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn) 我國對(duì)于人機(jī)操 作界面的設(shè)計(jì)則剛剛從過去的程序設(shè)計(jì)和圖形設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)逐步發(fā)展到以用戶研 究為核心的設(shè)計(jì)開發(fā)思路 然而這種研究大多集中于日常的消費(fèi)品 在大型機(jī)械 設(shè)備的研究與應(yīng)用中仍屬空白 目前 人機(jī)界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)在中國工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域 已成為一種趨勢 本論文將從公理設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)出發(fā) 即采用理性精確分析人機(jī)交互設(shè)計(jì)的所有 層次和人機(jī)操作界面元素 來解決包裝設(shè)備及生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)中尚存在的設(shè)計(jì)師 以感性方式解決問題的現(xiàn)象 而導(dǎo)致人機(jī)操作界面設(shè)計(jì)不精確 不能彌補(bǔ)操作人 員的失誤問題 使得設(shè)計(jì)條理化 嚴(yán)謹(jǐn)化 定量化 從而以理性和邏輯的思維探 索人機(jī)交互界面所存在的問題 來指導(dǎo)設(shè)計(jì)的完成 比如 建立用戶模型 操作 失誤的研究 界面易操作性分析 從而提高人機(jī)界面的操作可靠性和安全性 并 以設(shè)計(jì)心理學(xué) 人機(jī)工學(xué) 產(chǎn)品語義學(xué)為設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想 對(duì)包裝機(jī)械的操作界面 如何更好的符合用戶 以人為中心做設(shè)計(jì) 建立一個(gè)良好的人機(jī)系統(tǒng) 文中公理設(shè)計(jì)分析所得的設(shè)計(jì)原理和方法對(duì)今后的包裝設(shè)備以及所有機(jī)械 的人機(jī)操作界面設(shè)計(jì)將有所幫助 有利于最大程度的實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械的操作使用目 標(biāo) 充分發(fā)揮包裝機(jī)械在現(xiàn)代化生產(chǎn)及制造中的重要作用 關(guān)鍵詞 公理設(shè)計(jì)操作界面軟袋包裝機(jī)械用戶研究界面設(shè)計(jì) A B S T R A C T M a n m a c h i n eo p e r a t i n gi n t e r f a c e f a l l i n gw i t h i no fc a t e g o r yo fh u m a n c o m p u t e r i n t e r a c t i o ns c i e n c e i st h ek e yr o l ei ni n d u s t r i a ld e s i g n T h ed o m e s t i cr e s r a r c ha b o u tt h e m a n m a c h i n ei n t e r f a c ed e s i g nd e v e l o p m e n tf o c u s e s0 1 1t h eu s e r H o w e v e r t h i sk i n do f d e s i g nm a i n l yc o n c e n t r a t e s0 1 1t h ed a i l yc o m m o d i t i e s T h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o ni n m e c h a n i c a le q u i p m e n ti ss t i l lav i r g i ng r o u n di nO U I c o u n t r y I ti sat r e n dt oo p t i m i z e t h eh u n m a n c o m p u t e ri n t e r f a c ed e s i g ni ni n d u s t r i a le q u i p m e n ti nC h i n a I nt h ev i e wo fA x i o m a t i cD e s i g n i na l ll e v e l so fh u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c e d e s i g no fp a c k a g i n gl i n ee q u i p m e n t d e s i g n e r ss t i l ls o l v ep r o b l e m sw i t he m o t i o n w h i c hc o u l dr e s u l ti n i n a c c u r a c ya n dm o r ee r r o r si np r a c t i c a lo p e r a t i o n T h e p h i l o s o p h yo fA x i o m a t i cD e s i g n i st h a ts y s t e m a t i c r i g o r o u sa n dq u a n t i t a t i v e r a t i o n a l a n dl o g i c a lt h i n k i n g S o w ec a ns t u d yt h ec a s eo fi n t e r f a c ed e e p l ya n de f f e c t i v e l y I n t h ei s s u eo fi n t e r f a c e w es h o u l ds o l v ep r o b l e mw i t hl o g i ct h i n k i n g d od e s i g no nb a s i s o fA x i o m a t i cD e s i g n S Oa sp r e d e s i g n i n gw o r k s u c ha s t h ee s t a b l i s h m e n to ft h eu s e r m o d e l o p e r a t i o no ft h eq u a n t i z a t i o ne r r o r si nr e s e a r c h p r o d u c to fr e l i a b l ea n a l y s i s a n a l y s i so f p r o d u c t se a s e T h e n w ew i l lm a k et h er e s e a r c hm o r er e l i a b i l i t y m a k et h e o p e r a t i n gi n t e r f a c eo fp a c k a g i n ge q u i p m e n tb e t t e rt om e e tt h eu s e r s d e m a n d st oe r e a t au s e rm o d e li no r d e rt ot h ee s t a b l i s h m e n to fag o o dh u m a n m a c h i n es y s t e m T h eg u i d e l i n e sf r o mA x i o m a t i cD e s i g nf o rt h ed e s i g no ft h ep a c k a g i n ge q u i p m e n t a sw e l la sa l lt h em e c h a n i c a lh u m a n m a c h i n ei n t e r f a c ew i l lh e l pt om a x i m i z et h e r e a l i z a t i o no ft h eo p e r a t i n g A n dp a c k a g i n ge q u i p m e n tw i l ld ow e l la sa ni m p o r t a n t r o l ei nm o d e r n i z a t i o no fp r o d u c t i o na n dm a n u f a c t u r e K E YW O R D S A x i o m a t i cD e s i g n T h eO p e r a t i n gI n t e r f a c e S o f t b a gP a c k a g i n g E q u i p m e n t U s e rR e s e a r c h I n t e r f a c eD e s i g n 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的 研究成果 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表 或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得鑫注盤堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證 書而使用過的材料 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中 作了明確的說明并表示了謝意 魏篇以一飆1 年 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解墨盜盤堂有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 特授權(quán)墨鲞盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢 索 并采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編以供查閱和借閱 同意學(xué)校 向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明 學(xué)位論文作者簽名 么 導(dǎo)師簽名 學(xué)位論文作者簽名 相礦縱 導(dǎo)師簽名 簽字日期 卵 年6 月 日 鉚肌嚴(yán)鈿 日 鋤 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 第一章緒論 1 1 課題的研究背景和研究意義 1 1 1 課題的研究背景 科學(xué)技術(shù)一次次的進(jìn)步推動(dòng)著社會(huì)不斷地前進(jìn)和發(fā)展 人類的生活質(zhì)量也得 到了空前的提高 在人類社會(huì)文明的發(fā)展過程中 工業(yè)設(shè)計(jì)伴隨著大工業(yè)生產(chǎn)技 術(shù) 藝術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而產(chǎn)生 1 1 在工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展史中層出不窮的設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)和 設(shè)計(jì)風(fēng)格 無不包含著對(duì)人類需求的不同程度的理解和滿足 每一種新的設(shè)計(jì)運(yùn) 動(dòng)的出現(xiàn) 都是對(duì)人的關(guān)注提升到了一個(gè)新的高度 這也正是設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 2 機(jī)械化生產(chǎn)是工業(yè)革命的產(chǎn)物 它是時(shí)代經(jīng)濟(jì) 技術(shù)和文化的內(nèi)在反映 隨 著計(jì)算機(jī)時(shí)代的到來 高信息密集度的科技化的生活 使得人與物 人與人 人 與環(huán)境之間的關(guān)系變得越來越疏遠(yuǎn) 乏味和冷漠 人們的情感 精神不能隨著科 技的發(fā)展而得到相應(yīng)的滿足 科學(xué)技術(shù)日益膨脹 通訊設(shè)備日益快捷 機(jī)械自動(dòng) 化加工日益快速 信息多層面?zhèn)鬟f的加速 讓我們節(jié)省了很多的時(shí)間和空間 但 是其背后的人本價(jià)值 包括文化 傳統(tǒng) 習(xí)俗 歷史經(jīng)驗(yàn) 回憶以及一些自然屬 性 都在逐漸喪失 因此 追求一種科技與情感的平衡成為必然 技術(shù)的特質(zhì)奇 跡和人性的精神需要平衡起來 實(shí)現(xiàn)從強(qiáng)迫性技術(shù)向高技術(shù)和高情感相平衡轉(zhuǎn) 變 這也是反映了 為人而設(shè)計(jì) 的設(shè)計(jì)本質(zhì) 機(jī)械設(shè)備作為社會(huì)的一部分 絕不是工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代所扮演的無情 冰冷的物 理功能角色 應(yīng)針對(duì)人的本質(zhì) 自然的屬性 演繹情感化設(shè)計(jì) 綜上所述 我們 設(shè)計(jì)的最終目標(biāo) 在于以系統(tǒng)觀 全局觀出發(fā) 綜合考慮人 物 自然的相互關(guān) 系及其發(fā)展趨向 更好地解決人類深層次的需求問題 情感需求 個(gè)人價(jià)值實(shí)現(xiàn) 等等 為人創(chuàng)造合理 健康 自然的生存方式和生存環(huán)境 1 1 2 研究意義 在目前 我國大部分企業(yè)實(shí)力還并不強(qiáng)大 人機(jī)界面設(shè)計(jì)開發(fā)失利承受力還 不很強(qiáng)的情況下 如何系統(tǒng)地 有條理地 有根據(jù)地認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)設(shè)計(jì) 使其符合 操作規(guī)律和市場需求 就需要對(duì)設(shè)計(jì)再認(rèn)識(shí) 對(duì)用戶進(jìn)行研究 使設(shè)計(jì)分析條理 化 理性化 避免將人作為 生物人 的片面評(píng)價(jià)和走出籠統(tǒng)地說 人機(jī)界面設(shè) 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 計(jì) 科學(xué)技術(shù) 藝術(shù) 的簡單誤區(qū) 本課題的研究意義在于 在大量的人機(jī)界面設(shè)計(jì)文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上 結(jié)合包 裝機(jī)械的界面特點(diǎn)和以往機(jī)械設(shè)備人機(jī)界面設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn) 以公理設(shè)計(jì)的分析方 法 從理性思維出發(fā) 歸納出包裝設(shè)備的人機(jī)界面設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則 以對(duì)今后的 包裝設(shè)備以及所有機(jī)械的人機(jī)操作界面設(shè)計(jì)有所幫助 再者 一個(gè)良好的機(jī)器操 作界面不僅有利于用戶的學(xué)習(xí) 操作 降低出錯(cuò)率 而且在一定程度上有利于操 作者的身心健康 更重要的是 最大程度的實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械的操作使用目標(biāo) 充分 發(fā)揮包裝機(jī)械在現(xiàn)代化生產(chǎn)及制造中的重要作用 1 2 課題的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn) 1 2 1 課題的來源 本課題依據(jù)江陰市納爾捷機(jī)器人有限公司的包裝機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)項(xiàng)目為具 體案例 為研究提供了有利的條件和支持 方便從生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題 總結(jié)問題 進(jìn)行觀察 分析和研究 1 2 2 課題的研究內(nèi)容 本課題的研究對(duì)象是軟袋裝箱機(jī) 屬于包裝機(jī)械設(shè)備 是不同于日常生活中 所用的工業(yè)產(chǎn)品 是工業(yè)設(shè)備中較為典型的一類 尤其在自動(dòng)化技術(shù)發(fā)達(dá)的今天 工業(yè)設(shè)備和流水線作業(yè)當(dāng)中出現(xiàn)了許多新的人機(jī)問題 如 操作的反饋 如何避 免誤操作和操作的直觀性 操作顯示界面的布局和視覺效果等 本課題將基于公理設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 從人機(jī)工學(xué) 情感化設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)出 發(fā) 以包裝機(jī)械設(shè)備及生產(chǎn)流水線的設(shè)計(jì)為例 使得設(shè)計(jì)條理化 嚴(yán)謹(jǐn)化 定量 化 以理性和邏輯的思維探索人機(jī)交互界面所存在的問題 對(duì)包裝機(jī)械的控制單 元的位置 角度 操作與顯示的相合性 操作鍵的形狀 布局及軟件的界面進(jìn)行 分析 提出目前設(shè)計(jì)中尚存在的問題 為下一步的設(shè)計(jì)提出依據(jù) 創(chuàng)建用戶模型 以人為中心做設(shè)計(jì) 建立一個(gè)良好的人機(jī)系統(tǒng) 1 2 3 課題的創(chuàng)新點(diǎn) 長期以來 我國的機(jī)械設(shè)備的界面設(shè)計(jì)只是單純地滿足功能特性 而忽略人 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 的特性 人的認(rèn)知過程以及色彩對(duì)于人的影響等等 甚者 有些機(jī)械設(shè)備的人機(jī) 界面設(shè)計(jì)還沿用上世紀(jì)8 0 年代初的設(shè)計(jì) 缺乏 人性 的界面設(shè)計(jì) 使用過程 中事故的發(fā)生 一次又一次引起了我們對(duì)于人機(jī)界面設(shè)計(jì)的思考 而就包裝設(shè)備 及生產(chǎn)流水線的設(shè)計(jì)中來說尚存在設(shè)計(jì)師以感性方式來解決問題的現(xiàn)象 從而導(dǎo) 致在人機(jī)操作界面設(shè)計(jì)的不精確 不能彌補(bǔ)操作人員的失誤問題 本文在設(shè)計(jì)界感性思維風(fēng)行的背景下 進(jìn)一步探討人機(jī)界面的設(shè)計(jì)方法 強(qiáng) 調(diào)人與機(jī)械之間的互動(dòng) 提出在人機(jī)界面設(shè)計(jì)中著重理性分析的新方法與理念 填補(bǔ)了機(jī)械設(shè)備類操作界面設(shè)計(jì)中的不足 1 3 公理設(shè)計(jì)理論的發(fā)展和應(yīng)用 1 3 1 公理設(shè)計(jì)簡介 公理設(shè)計(jì)理論 A x i o m a t i cD e s i g n T h e o r y A D r 是美國麻省理工大學(xué) M I T 機(jī)械工程系N a mP S u h 教授提出的 公理設(shè)計(jì)旨在為設(shè)計(jì)建立一個(gè)科學(xué)依據(jù) 為 設(shè)計(jì)師提供一個(gè)基于邏輯和理性思維過程及工具的設(shè)計(jì)理論 改進(jìn)設(shè)計(jì)師傳統(tǒng)的 感性思維習(xí)慣和行為習(xí)慣 通過為設(shè)計(jì)領(lǐng)域創(chuàng)造一個(gè)科學(xué)的基礎(chǔ) 使人類設(shè)計(jì)師 更有創(chuàng)造性 使隨機(jī)搜索過程減少 使迭代試錯(cuò)過程減少 使迭代試錯(cuò)過程最短 在提交的諸多設(shè)計(jì)中 確定最佳設(shè)計(jì)方案 并賦予計(jì)算機(jī)創(chuàng)造力 3 由于設(shè)計(jì)通常是與智力活動(dòng)和創(chuàng)造聯(lián)系在一起 以及它的復(fù)雜性和不可捉摸 性 人們往往認(rèn)為它是依靠人的直覺 天賦和經(jīng)驗(yàn) 但是設(shè)計(jì)必須發(fā)展它的科學(xué) 基礎(chǔ) 這就是設(shè)計(jì)理論 在設(shè)計(jì)學(xué)中存在若干如力學(xué)中的牛頓定律一樣的公理 它們控制著設(shè)計(jì)活動(dòng)的諸多方面而沒有例外 遵循這些公理和由之而產(chǎn)生的定理 和推理 在設(shè)計(jì)中就可以理性地分析并導(dǎo)向正確的結(jié)果而不必通過失敗后反復(fù)修 正或在設(shè)計(jì)中留下不可挽回的后遺癥 較之已有理論僅僅停留在物理的和技術(shù)的 層面 公理設(shè)計(jì)觸及設(shè)計(jì)活動(dòng)更深層次的規(guī)律 即功能域和信息含量 從而可以 控制更大范圍的設(shè)計(jì)過程 S u h 教授提出的公理化設(shè)計(jì)A D A x i o m a t i cD e s i g n 理論的出發(fā)點(diǎn) 4 是將 傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐钥茖W(xué)公理 法則為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)公理體 系 公理化設(shè)計(jì)理論認(rèn)為 在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)問題可分為四個(gè)域 即 用戶域 C u s t o m e rD o m a m 功能域 F u n c t i o n a lD o m a m 物理域 P h y s i c a lD o m a m 和過程域 P r o c e s sD o m a m 每個(gè)域中有各自的元素 即用戶需求 C u s t o m N e e d s 功能要求 F u n c t i o nR e q u i r e m e n t s 設(shè)計(jì)參數(shù) D e s i g nP a r a m e t e r s 和 天津大學(xué)碩t 學(xué)位論文第一章緒論 丁藝變量 P r o c e s sV a r i a b l e s 整個(gè)設(shè)計(jì)過程實(shí)際就是四個(gè)域之間的映射過程 見 圖j 1 公理化設(shè)計(jì)提出了兩個(gè)重要的設(shè)計(jì)公理 1 獨(dú)立性公理 T h eI n d e p e n d e n c e A x i o m 保持功能要求的獨(dú)立性 2 信息公理 T h e I n f o r m a t i o n A x i o m 力求使設(shè)計(jì)的信息量最少 獨(dú)立公理說明功能需求 F R s 必須保持獨(dú)立 此處的F R s 被定義為表征設(shè) 計(jì)目標(biāo)的獨(dú)立需求的最小集合 信息公理說明 在那些滿足獨(dú)立公理的設(shè)計(jì)中 具有最小信息量的的設(shè)計(jì)就是最好的設(shè)計(jì) 當(dāng)信息含量有限的時(shí)候 必須通過用 戶研究或其他途徑為設(shè)計(jì)提供信息 公理設(shè)計(jì)除咀上2 個(gè)公理外 并有推理8 個(gè) 一般的設(shè)計(jì)定理2 6 個(gè) 與大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分解有關(guān)的定理9 個(gè) 設(shè)計(jì)和運(yùn)行大 型組織機(jī)構(gòu)的定理3 個(gè) 與軟件設(shè)計(jì)有關(guān)的定理2 個(gè) 公理化設(shè)計(jì)的兩個(gè)設(shè)計(jì)公理可以在設(shè)計(jì)過程中幫助設(shè)計(jì)者判斷設(shè)計(jì)的合理 性 但是如果旋現(xiàn)設(shè)計(jì)不滿足設(shè)計(jì)公理的要求 設(shè)計(jì)者只能憑經(jīng)驗(yàn)去修改 公理 設(shè)計(jì)的應(yīng)用會(huì)提高創(chuàng)造力 它要求通過建立功能需求和約束來清楚的形成設(shè)計(jì)目 標(biāo) 它提供好和壞的設(shè)計(jì)的判g(shù) 準(zhǔn)則 幫助盡可能地消滅壞的想法 使設(shè)計(jì)師集 中精力于有指望的設(shè)計(jì) 同時(shí)公理設(shè)計(jì)形成分解過程 使得從概念到設(shè)計(jì)形成一 個(gè)系統(tǒng)的流程 c A L 竺 型 F R jL 竺墅J D P 世 P v 圉 I 公理設(shè)計(jì)的四個(gè)域 1 3 2 國內(nèi)外公理設(shè)計(jì)的應(yīng)用和研究現(xiàn)狀 歷史上 希臘人最先使用公理 最早應(yīng)用公理的例子也許是歐式 E u c l i d 幾何 這些公理曾對(duì)制造業(yè) 航海業(yè)和幾乎所有科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域 現(xiàn)代數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的 誕生起過程大的作用 公理是不能推導(dǎo)出來的 也沒有反證和例證外的事實(shí) 許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域把 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 它們的進(jìn)步歸功于公理的存在和發(fā)展 它們已經(jīng)經(jīng)歷了從基于經(jīng)驗(yàn)的實(shí)踐向采用 基于公理的科學(xué)理論和方法并應(yīng)用的過渡 在這種意義上 公理設(shè)計(jì)實(shí)際上是追 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷史趨勢的 公理設(shè)計(jì)理論在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域有重要的影響 目前有代表性的應(yīng)用主要集中 在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面 實(shí)際上 公理化設(shè)計(jì)適用于所有設(shè)計(jì) 如產(chǎn)品 過程 系 統(tǒng) 軟件 組織 材料和商業(yè)計(jì)劃等 是其它設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ) 5 在國外 公理化設(shè)計(jì)方面的研究主要有 6 N a mE S u h 給出了公理化設(shè)計(jì)的 基本原理 設(shè)計(jì)框架 設(shè)計(jì)的一般過程以及簡單的應(yīng)用實(shí)例 D L i n d h o l m 等人將 公理化設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于設(shè)計(jì)過程的決策問題 根據(jù)設(shè)計(jì)分解的過程進(jìn)行推理 得 到設(shè)計(jì)決策樹 M a t sN o r d l u n d 等研究了公理化設(shè)計(jì)理論在商業(yè)上的應(yīng)用前景和應(yīng) 用實(shí)踐 V i g a i nH a r u t u n i a n 等研究了基于公理化設(shè)計(jì)理論的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的決策系統(tǒng) 及其開發(fā)輔助公理化設(shè)計(jì)軟件的內(nèi)容和意義 J a s o nD H i n t e r s t e i n c r 等研究了將公 理化設(shè)計(jì)用于控制系統(tǒng) 建立了系統(tǒng)構(gòu)模型和系統(tǒng)控制模型 并研究了公理化設(shè) 計(jì)軟件的設(shè)計(jì)過程 S C Y L u 等建立了協(xié)同設(shè)計(jì)過程模型 用社會(huì)技術(shù)框架解決 協(xié)同設(shè)計(jì)中的沖突問題 N i c o l aC a p p e t t i 研究了機(jī)動(dòng)車上電池支撐板模糊設(shè)計(jì)的 公理化決策方法 將公理化設(shè)計(jì)方法用于設(shè)計(jì)方案的選擇 國內(nèi)對(duì)公理化設(shè)計(jì)的研究才剛剛起步 主要是應(yīng)用公理化設(shè)計(jì)的思想和理論 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的應(yīng)用 主要研究的內(nèi)容有 楊培林等利用公理化設(shè)計(jì)的基本思想 對(duì)產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)過程進(jìn)行分析和描述 提出了產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)策略 陳永亮等根據(jù) 公理化設(shè)計(jì)理論 對(duì)模塊化柔性生產(chǎn)線方案的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行分析 張瑞紅等將公 理化設(shè)計(jì)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì) 將兩條設(shè)計(jì)公理作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì) 陳小川等運(yùn)用公理化設(shè)計(jì)理論對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì) 可靠性設(shè)計(jì)和D F X 方法進(jìn)行集成研究 并建立了面向成本設(shè)計(jì)的成本估算框架 吳斌等以公理化設(shè) 計(jì)為基礎(chǔ) 對(duì)需求產(chǎn)品進(jìn)行定義 建立了需求產(chǎn)品的模型 唐敦兵等將公理化設(shè) 計(jì)的 之 字形映射方法應(yīng)用于并行設(shè)計(jì)的研究 宋慧軍等提出了域結(jié)構(gòu)模板的 概念 對(duì)公理化設(shè)計(jì)進(jìn)行了擴(kuò)展 1 4 人機(jī)界面的現(xiàn)狀與發(fā)展 1 4 1 人機(jī)界面簡介 狹隘的人機(jī)界面是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的人機(jī)界面 H u m a n C o m p u t e rI n t e r f a c e H C I 又稱人機(jī)接口 用戶界面 U s e rI n t e r f a c e 它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最年輕的 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 分支 人機(jī)界面學(xué)是 I 關(guān)于設(shè)計(jì)和評(píng)估以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)并使這些系統(tǒng)能 夠最容易地為人類所使用的學(xué)科 圖1 2 經(jīng)過多年的發(fā)展 人機(jī)界面學(xué)正由一 門僅針對(duì)從事人機(jī)交互方面工作的專業(yè)人員的單純學(xué)科 逐漸演變成 f 廣泛適 用于各類計(jì)算機(jī)及產(chǎn)品界面設(shè)計(jì)人員和高級(jí)設(shè)計(jì)工程的應(yīng)用學(xué)科 7 1 環(huán) 境 l 信息儲(chǔ)存 稿八轍比 信息儲(chǔ)存 入 l 信息儲(chǔ)存 機(jī) 7 人 界 i 機(jī) 信息儲(chǔ)存 面 I 信息儲(chǔ)存 輸出 瓤入 信息儲(chǔ)存 圖1 2 入機(jī)系統(tǒng)的組成部分 圖1 3 人機(jī)界面的組成 環(huán) 境 一般來說 人機(jī)界面是由人 硬件 軟件三者相結(jié)合而構(gòu)成的 圖1 3 缺 一不可 人機(jī)界面介于機(jī)器系統(tǒng)和用戶之間 是機(jī)器和人之間傳遞 交換信息的 媒介 是用戶使用機(jī)器系統(tǒng)的綜合操作環(huán)境 剮 人機(jī)界面的核心內(nèi)容包括顯示風(fēng) 格和用戶操作方式 它集中體現(xiàn)了機(jī)器系統(tǒng)的輸入 輸出功能 以及用戶對(duì)系統(tǒng) 的各部件進(jìn)行操作的控制能力 界面所包含的因素是極為廣泛的 但在運(yùn)用中卻 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 只能有側(cè)重 有強(qiáng)調(diào)的把握 設(shè)計(jì)因素雖多 但它仍是一個(gè)不可分割的整體 新時(shí)期的人機(jī)界面將更加強(qiáng)調(diào) 以人為本 自然和諧 的交互方式 以此 為宗旨實(shí)現(xiàn)人機(jī)的高效合作 新一代的人機(jī)交互技術(shù)將朝著集成化 網(wǎng)絡(luò)化 智 能化 標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展 1 4 2 人機(jī)界面的現(xiàn)狀與所存在的問題 現(xiàn)代生活正走向信息化 產(chǎn)品的發(fā)展也反映了生活方式的變化 當(dāng)我們使用 各種信息產(chǎn)品的時(shí)候 必然會(huì)接觸到這些產(chǎn)品的外觀與數(shù)字化的操作界面 界面 是人與機(jī)器交流的中介 工業(yè)設(shè)計(jì)是將高科技技術(shù)轉(zhuǎn)化成可以為人所使用的產(chǎn)品 的關(guān)鍵 并傳達(dá)出功能信息和文化信息 人機(jī)操作界面包括硬件界面和軟件界面 近年來隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的蓬勃發(fā)展 人機(jī)操作界面的問題已然成為國際設(shè)計(jì)界最 為活躍的研究方向 目前 人機(jī)界面正朝著 軟 界面發(fā)展 對(duì)于 操作界面 合理性 方便性 和精確性要求信息傳輸展示的界面更加人性化1 9 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要從人機(jī) 硬 界面 技術(shù)基礎(chǔ) 功能分析 結(jié)構(gòu)分析 技術(shù)工藝 的角度對(duì)產(chǎn)品界面進(jìn)行設(shè)計(jì) 而信息設(shè)計(jì)則更多的關(guān)注 軟 界面結(jié)構(gòu) 輸入輸出方式 界面顯示及控制元 素 交互方式 功能分布 信息界面的設(shè)計(jì) 硬 界面和 軟 界面相結(jié)合 深入人機(jī)界面的設(shè)計(jì)和開發(fā) 也有利于產(chǎn)品真正塑造 以人為本 的形象 l o 設(shè) 計(jì)應(yīng)當(dāng)以用戶為中心 以用戶的需求和利益為基礎(chǔ) 用戶界面是產(chǎn)品的靈魂 直 覺的邏輯菜單結(jié)構(gòu) 易讀的字體 藝術(shù)的圖形和有趣的動(dòng)畫對(duì)友好的用戶界面都 是有益的 目前 人機(jī)界面的主要系統(tǒng)和編程軟件主要有P L C 驅(qū)動(dòng)器 M i c r o s o f t W m d o w sX P 和M i c r o s o f tW m d o W SC E 以及L i n u x 在通訊領(lǐng)域最近較多使用的技 術(shù)包括串行通訊技術(shù) 專有網(wǎng)絡(luò)和O P C 技術(shù) 然而對(duì)于在應(yīng)用和軟件支持方面 預(yù)警和圖像動(dòng)畫占據(jù)了前兩位 還包括多國語言支持 多編程語言支持 W e b 瀏 覽器和低配置客戶端 1 1 1 據(jù)C o n t r o lE n g i n e e r i n g 和R e e dR e s e a r e hG r o u p 在2 0 0 8 年 底的研究表明入機(jī)界面市場發(fā)展迅速并具有美好的前景 人機(jī)界面的產(chǎn)品也是以幾近無限的型式 形狀 尺寸 顏色和特性出現(xiàn) 它 們迅速普及 在工廠車間被廣泛的使用 其附加的特性和功能提高了工作效率和 精度 圖l 4 圖1 5 近幾年 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展 機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域也受到其深刻影響 機(jī) 械設(shè)備的新原理 新工藝和新技術(shù)不斷涌現(xiàn) 使得機(jī)械設(shè)備在大型 復(fù)雜 高精 度 多功能等方面出現(xiàn)一次又一次的飛躍 技術(shù)的發(fā)展使得人們對(duì)于機(jī)械設(shè)備操 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 作人員的要求也越來越高 如何設(shè)計(jì)更加人性化的界面 使得界面更加友好也越 來越受到人們的關(guān)注 陶 5 A u t o m a t i o nD i r e e l 公司的Cm o r e M i c r o O r a p h i c 面板產(chǎn)品線包括高對(duì)比度面板 價(jià)格 1 3 9 起 3I 英寸的組件具有觸摸式和非觸摸式兩種版本 i 4 3 人機(jī)操作界面的理論研究現(xiàn)狀 1 4 3 1 認(rèn)知心理學(xué)與人機(jī)界面 S t a u f e r 1 9 8 7 通過研究發(fā)現(xiàn) 人眼觀測屏幕的時(shí)候 視知覺注意并不均勻 如圖1 6 所示 往往對(duì)左上角比較敏感 占4 0 右下角雖不敏感 只占1 5 這兩者相差兩倍之多 這意味著對(duì)于重要的信息和按鍵要放置于左上角 在顯示界面設(shè)汁中有一些突出的信息 如主菜單和經(jīng)常要查詢的信息以及重 要信息都要放在左上角 機(jī)械設(shè)備的操作顯示界面是通過視覺元素的引人注目而 實(shí)現(xiàn)其信息內(nèi)容的傳達(dá) 為了使操作者更有效率地操作 使得包裝機(jī)械的功能得 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 到更大發(fā)揮 顯示界面的設(shè)計(jì)必須適應(yīng)人們視覺流向的心理特征和生理特征 1 3 1 由此來確定各種視覺元素的秩序 4 0 2 0 2 5 1 5 圖1 6 視覺在屏面上的分布 用戶注視的對(duì)象反映他們意圖方向 在用戶操作中 眼的掃描表現(xiàn)了人的行 動(dòng)特性和認(rèn)知過程 眼的瀏覽路徑主要有兩種運(yùn)動(dòng)形式組成 凝視和掃視 1 4 見 圖1 7 按照行動(dòng)的心理特征 用戶首先建立一個(gè)行動(dòng)目的 確定了行動(dòng)目標(biāo) 以目標(biāo)指導(dǎo)眼掃視 也就是說 在掃視之前已經(jīng)計(jì)劃了掃視的方向和距離 掃視 主要用于搜索視野 把選擇的目標(biāo)圖像置于視網(wǎng)膜的中央凹 這個(gè)部位的敏銳度 最高 看得最清楚 行動(dòng)計(jì)劃中包含了眼的運(yùn)動(dòng) 還包括控制頭和人體一些部位 的運(yùn)動(dòng) 使他們符合或者彌補(bǔ)眼的運(yùn)動(dòng) 在搜索一個(gè)目標(biāo)時(shí) 如果用戶是經(jīng)過許 多掃視和凝視之后才找到目標(biāo) 表明他經(jīng)過了許多嘗試之后才發(fā)現(xiàn)目標(biāo) 這意味 著 如果信息設(shè)計(jì)不當(dāng)或人機(jī)界面設(shè)計(jì)的不好 會(huì)錯(cuò)誤地引導(dǎo)用戶 分散注意力 造成工作效率的降低 圖1 7 凝視與掃視 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 瀏覽顯示界面時(shí) 如果圖標(biāo)分組和布局設(shè)計(jì)得很好 按功能或概念分組 用戶就能很快發(fā)現(xiàn)目標(biāo) 形成直接快速的搜索路線方式 而隨意排布的圖標(biāo)會(huì)誤 導(dǎo)用戶 導(dǎo)致盲目的搜索行為 把圖標(biāo)按功能分組可以減少瀏覽路徑和搜尋面積 范圍 而設(shè)計(jì)不好的人機(jī)界面導(dǎo)致搜尋的方向性差 較多掃視和凝視 搜尋效率 低下等 用戶的凝視涉及到信息的復(fù)雜性 用戶對(duì)信息的知覺處理過程以及認(rèn)知處理 過程 包括 視覺發(fā)現(xiàn) 區(qū)分 識(shí)別 記憶和認(rèn)知方面的回憶 含義理解 記憶 等方面 記憶主要有兩種表現(xiàn)形式 回憶和識(shí)別 l5 1 大多數(shù)的操作界面都會(huì)為使用者 提供大量的信息 因此減少用戶學(xué)習(xí)記憶操作 是機(jī)械設(shè)備操作界面設(shè)計(jì)的一個(gè) 重要思想 個(gè)良好的界面應(yīng)該減輕用戶對(duì)操作的記憶 在人機(jī)界面中要盡量減少必須 學(xué)習(xí)的信息總量 當(dāng)學(xué)習(xí)無法避免時(shí) 應(yīng)該用記憶線來幫助回憶 因此 界面設(shè) 計(jì)應(yīng)當(dāng)提供記憶輔助工具 如何利用人的記憶特點(diǎn) 減輕人的記憶負(fù)擔(dān)是設(shè)計(jì)人 機(jī)界面需要重點(diǎn)解決的問題之一 英國心理學(xué)家M a r kL a n s d a l e 對(duì)信息檢索問題所 作的多年的研究可用于文件的搜索 他建議把信息檢索分成兩個(gè)過程 先是定向 記憶 后是掃描識(shí)別 l6 前一個(gè)過程指的是使記憶中的信息盡可能貼切地描述所 需檢索的信息 如定向記憶失敗 無法獲取所需信息 則進(jìn)入下一個(gè)過程 即瀏 覽各個(gè)文件目錄 根據(jù)這一理論 一個(gè)良好設(shè)計(jì)的人機(jī)界面應(yīng)允許用戶使用自己 的記憶來盡可能的縮小搜尋空間 并在界面上顯示這個(gè)區(qū)間 這樣能夠有效地幫 助用戶查找所需的內(nèi)容 l 孔 對(duì)于操作界面一些術(shù)語用戶往往根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)來推測其含義 1 8 如果 界面使得用戶感覺生疏 這就勢必要求用戶在操作機(jī)械之前擁有一定的專業(yè)知 識(shí) 相應(yīng)的 在設(shè)計(jì)中 界面的文字設(shè)計(jì)要符合通用的專業(yè)詞匯標(biāo)準(zhǔn) 不該用生 僻的詞匯 在菲茨 F i t t sP o s n e r 1 9 6 7 理論的基礎(chǔ)上 安德森 A n d e r s o n 1 9 8 3 提 出獲取認(rèn)知技能的3 個(gè)階段 他認(rèn)為學(xué)習(xí)的過程要經(jīng)歷 認(rèn)知 聯(lián)想 自主三個(gè) 過程 1 9 1 按照這個(gè)理論框架 我們可以解釋用戶學(xué)習(xí)操作包裝機(jī)械設(shè)備的基本過 程 1 認(rèn)知階段 又可稱之為陳述性知識(shí)學(xué)習(xí)階段 操作者要逐條學(xué)習(xí)相關(guān)概念和操作規(guī)則 然后把這些操作規(guī)則看作各種簡單任務(wù)情境下的運(yùn)用 把各種操作規(guī)則和情境任 務(wù)看作為一組事實(shí) 經(jīng)常復(fù)述 反復(fù)練習(xí)這些事實(shí) 被保留在活躍的工作記憶 短 時(shí)記憶 中 在學(xué)習(xí)操作過程中 記憶每個(gè)命令最常用的一種操作和一個(gè)參數(shù) 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 這樣可以促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)和記憶 因?yàn)樵诖竽X中 陳述性知識(shí)和過程性知識(shí)都被 融入 各種相關(guān)的概念和過程被聯(lián)系在一起 有利于向第二階段轉(zhuǎn)化 2 聯(lián)想階段 當(dāng)用戶基本能夠完成各種操作過程后 進(jìn)入聯(lián)想階段 這時(shí) 他們逐漸發(fā)現(xiàn) 并減少了最初理解的錯(cuò)誤 各種概念和操作之間的聯(lián)系被逐漸加強(qiáng) 死記硬背的 陳述性知識(shí)逐漸轉(zhuǎn)換成操作方式 成為一套操作技能 人們知道怎樣去完成各種 任務(wù) 從而形成比較熟練的過程性知識(shí) 3 自主階段 當(dāng)人的操作技能越來越熟練 操作速度越來越快 逐漸變成自動(dòng)化的過程 技能的獲取便達(dá)到了自主階段 由于技能變得熟練 操作過程逐步適合人具體特 征 這一特性稱之為操作的 協(xié)調(diào) 其主要標(biāo)志是 很少出現(xiàn)偶發(fā)性錯(cuò)誤 可 以并行進(jìn)行兩件事情 1 4 3 2 人機(jī)工程學(xué)與人機(jī)界面 當(dāng)機(jī)械大工業(yè)迅速發(fā)展 如何有效操縱和控制機(jī)械的問題導(dǎo)致了人機(jī)工程 學(xué) 二戰(zhàn)后 隨著體力的簡單勞動(dòng)轉(zhuǎn)向腦力的復(fù)雜勞動(dòng) 人機(jī)工學(xué)也進(jìn)一步地?cái)U(kuò) 大到人的思維能力的設(shè)計(jì)方面 捌 使設(shè)計(jì)能夠支持 解放 擴(kuò)展人的腦力勞動(dòng) 人機(jī)工學(xué)的發(fā)展給社會(huì)尤其是機(jī)械工業(yè)帶來了革命 它在一定程度上減少了 職業(yè)病和事故的發(fā)生 讓工作和生活環(huán)境的設(shè)計(jì)適合人的生理心理特點(diǎn) 使得人 能夠在舒適和便捷的條件下工作和生活 人機(jī)工程學(xué)就是為了解決這樣的問題而 產(chǎn)生的一門工程化的科學(xué) 現(xiàn)在 人機(jī)工程學(xué)已發(fā)展為一門多學(xué)科交叉的工業(yè)設(shè) 計(jì)學(xué)科 研究的核心問題是不同的作業(yè)中人 機(jī)器及環(huán)境三者間的協(xié)調(diào) 研究方 法和評(píng)價(jià)手段涉及心理學(xué) 生理學(xué) 醫(yī)學(xué) 人體測量學(xué) 美學(xué)和工程技術(shù)的多個(gè) 領(lǐng)域 研究的目的則是通過各學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用 來指導(dǎo)工作器具 工作方式和工 作環(huán)境的設(shè)計(jì)和改造 使得作業(yè)在效率 安全 健康 舒適等幾個(gè)方面的特性得 以提高 人類工效學(xué)的研究和人機(jī)關(guān)系是這個(gè)學(xué)科的核心內(nèi)容 在本課題的設(shè)計(jì) 中 人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)知識(shí)也是很重要的方面 在人機(jī)操作中人機(jī)工學(xué)的主要應(yīng)用點(diǎn)為 l 人體工作行為 解剖學(xué)和人體測量 工作事故 健康與安全 2 認(rèn)知工效學(xué)和復(fù)雜任務(wù) 環(huán)境人機(jī)工程 3 計(jì)算機(jī)人機(jī)工程 顯示與控制布局設(shè)計(jì) 人機(jī)界面設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià) 4 工業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用 包括 操作舒適性研究 工作負(fù)荷分析 5 工作程序 人機(jī)實(shí)踐規(guī)則 手工操作負(fù)荷 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論 1 4 4 公理設(shè)計(jì)分析與人機(jī)界面 設(shè)計(jì)的公理法是強(qiáng)大的 由于公理的可歸納性 它可以推出一些推理和定理 這些定理和推理也都可以用來指導(dǎo)設(shè)計(jì) 并精確地預(yù)測它們的有效性邊界 由于 在人機(jī)界面的設(shè)計(jì)中依舊存在以感性的方式解決問題的現(xiàn)象 從而導(dǎo)致操作人員 的失誤問題和界面指示性不明 反饋不當(dāng) 公理設(shè)計(jì)的方法可以運(yùn)用到人機(jī)操作 界面的設(shè)計(jì)分析中來 由于公理法建立在對(duì)好的設(shè)計(jì)決策和過程抽象的基礎(chǔ)上 因此 公理設(shè)計(jì)將會(huì)在人機(jī)界面的設(shè)計(jì)中扮演一個(gè)重要的角色 將會(huì)為人機(jī)操作 顯示界面的設(shè)計(jì)提供一個(gè)良好的分析 決策平臺(tái) 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的公理設(shè)計(jì)特征 第二章軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的公理設(shè)計(jì)特征 2 1 包裝機(jī)械操作設(shè)計(jì)分析 人機(jī)操作界面的設(shè)計(jì) 核心是設(shè)計(jì)分析 經(jīng)過分析 設(shè)計(jì)師有了明確的概念 與目標(biāo) 并隨信息的交互產(chǎn)生了創(chuàng)造力 另一方面 設(shè)計(jì)師自身對(duì)社會(huì)環(huán)境也要 進(jìn)行深入的認(rèn)識(shí)與考察 對(duì)設(shè)計(jì)的作品取向有明晰的認(rèn)識(shí) 是否符合人們的操作 預(yù)期 是否能感受到人們的審美知覺 日本設(shè)計(jì)師佐野邦雄先生曾作一圖一生 活的變遷與設(shè)計(jì)師的課題 將日本及世界上某些非常有影響性的事件 如技術(shù)的 進(jìn)步 企業(yè)的發(fā)展等等都進(jìn)行了歸納 進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)有了深入的認(rèn)識(shí)與感悟 9 J 所 以 要運(yùn)用好設(shè)計(jì)的界面 理性的認(rèn)識(shí)是首要的 其次就是創(chuàng)造性的 而且是有 實(shí)效性地分析 處理信息 2 1 1 軟袋包裝機(jī)械的簡介 根據(jù)中國包裝網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示 2 0 0 5 年我國包裝機(jī)械產(chǎn)量增加到6 7 萬臺(tái) 套 到2 0 1 0 年將增至9 3 萬臺(tái) 快速發(fā)展的食品加工業(yè) 需要大量高品質(zhì)的包裝機(jī)械 和食品加工機(jī)械 這給包裝機(jī)械制造行業(yè)帶來了商機(jī) 目前 我國食品加工能力 還遠(yuǎn)不能滿足需求 因此在提高農(nóng)副產(chǎn)品深加工能力的同時(shí) 食品機(jī)械和包裝設(shè) 備的需求就必然加大 據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì) 到2 0 0 8 年國內(nèi)市場食品機(jī)械和包裝設(shè) 備的總需求為8 5 0 億元左右 即每年保持1 2 以上的增長率才能滿足市場需求 強(qiáng)勁的市場需求帶動(dòng)了包裝機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展 尤其是近幾年來 我國的包裝 機(jī)械行業(yè)通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù) 促進(jìn)了該行業(yè)的發(fā)展 2 u 同時(shí) 國內(nèi)的包裝機(jī) 械行業(yè)在技術(shù)方面有了長足的進(jìn)步 特別是在一些關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域 已經(jīng)取得了驕 人的成績 可以與世界領(lǐng)先水平相媲美 技術(shù)上的差距 將隨著我國自主研發(fā)能 力的提高而逐步被消滅 縱觀近年來我國包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展 雖然銷售額呈快速增長的趨勢 但與 發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品相比較 仍然存在較大的差距 這里的差距主要體現(xiàn)在 硬 技 術(shù)和 軟 技術(shù)兩方面 首先是 硬 技術(shù) 主要表現(xiàn)在生產(chǎn)能力和控制 在線 監(jiān)測以及能耗 穩(wěn)定性等方面 而所謂的 軟 技術(shù) 也就是區(qū)分于技術(shù)而言 它 主要是從操作工人出發(fā)所考慮的 2 2 在外觀 操作和操作顯示界面等方面的提高 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的公理醍計(jì)特征 與改進(jìn) 對(duì)操作顯示界面進(jìn)行研究就是本文所要解決的問題 包裝機(jī)械按功能可分為單功能包裝機(jī)和多功能包裝機(jī)口M 按使用目的可分為 內(nèi)包裝機(jī)和外包裝機(jī) 按包裝品種義可分為專j j 包裝機(jī)和通用包裝機(jī) 按自動(dòng)化 水平分為半自動(dòng)機(jī)和全自動(dòng)機(jī)等 按產(chǎn)品狀態(tài)分 有液體 塊狀 散粒體包裝機(jī) 按包裝行業(yè)分 有食品 臼用化工 紡織品等包裝機(jī) 按包裝工位分 有單工位 多工位包裝機(jī)等 從國際上包裝機(jī)械總的情況來看 比較科學(xué)的分類方法是按其 主要功能進(jìn)行分類 它能抓住事物的本質(zhì) 本課鹿所研究的載體為軟袋裝箱機(jī) 軟袋包裝是指采用柔性包裝材料制成的 包裝袋 并充填流動(dòng)性與半流動(dòng)性物料的包裝形式 按其組成材料可分為塑料薄 膜 紙質(zhì) 金屬薄膜及復(fù)合材料等 按其外觀形式又可分為枕型袋 平型袋和直 立袋等 軟袋包裝廣泛應(yīng)用于食品 化工 調(diào)味品 飼料添加劑 醫(yī)藥等 其包 裝形式深受用戶喜愛 因其柔性包裝袋的特殊性 其裝箱形式主要有收縮皮帶式 圖2 1 機(jī)器人式與機(jī)器人工輔助式 圖2 2 在使用過程中 軟袋在紙箱 中如何擺放整齊 除與軟袋裝箱機(jī)功能與結(jié)構(gòu)相關(guān)外 還與軟袋在裝箱機(jī)前端輸 送姿態(tài)有關(guān) 圖2 1 江粥納爾捷機(jī)器人有限公司生產(chǎn)的包裝機(jī)械 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的公理設(shè)計(jì)特征 圖2 3 軟袋裝箱機(jī)結(jié)構(gòu)簡囪 1 袋輸送機(jī)構(gòu) 2 B 袋收集機(jī)構(gòu) 3 A 面紙墊板輸送機(jī)構(gòu) 4 紙箱輸送機(jī)構(gòu) 5 B 面紙墊板輸送機(jī)構(gòu) B 操作面板 7 一機(jī)械手 天律大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的公理設(shè)計(jì)特征 圖2 4 裝箱機(jī)系統(tǒng)組成簡圖 1 9 9 9 年 國際著名機(jī)器人制造商A B B 公司推出了I R B3 4 0F l e x P i c k e r D e l t a 機(jī) 器人 并配置了計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng) 用于食品 醫(yī)藥和電子行業(yè) 加速度可達(dá) 1 0 0 m s e c 2 但由于D e l t a 機(jī)構(gòu)的三對(duì)稱結(jié)構(gòu)布局使其不具備優(yōu)勢作業(yè)方向 故不 太適合于在僅需機(jī)械手在一個(gè)平面內(nèi)完成高速運(yùn)動(dòng) 而在其正交方向做長 短 距步進(jìn)或緩進(jìn)運(yùn)動(dòng)的工業(yè)場合 為此 天津大學(xué)的黃田教授利用平行四邊形性質(zhì) 提出了一種稱之為D i a m o n d 的全鉸接二平動(dòng)自由度平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)怛4 1 如圖2 5 井將其與一單自由度進(jìn)給機(jī)構(gòu)串接構(gòu)成一三平動(dòng)自由度混聯(lián)機(jī)械手 該機(jī)械手在 一個(gè)平面內(nèi)加速度可達(dá)到1 2 0m s e e 2 圖2 5D i a m o n d 并聯(lián)機(jī)械手 架n 自臂 i 女 自 n 自 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的公理設(shè)計(jì)特征 2 1 2 包裝機(jī)械的操作分析 包裝機(jī)械屬于工業(yè)設(shè)備類產(chǎn)品 是一種專用性產(chǎn)品 它具有以下幾個(gè)特點(diǎn) l 安全性 安全是工業(yè)設(shè)備類最為重要的一點(diǎn) 也是機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備本身的一 個(gè)特點(diǎn) 重中之重便是要保障操作者及相關(guān)操作人的安全與健康 我們在這 里所說的安全與健康包括生理和心理的健康 2 操作的復(fù)雜性問題 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步 包裝機(jī)械更 新?lián)Q代的速度也在加快 功能較為復(fù)雜 操作復(fù)雜化 操作者需要花更多的 時(shí)間和精力來學(xué)習(xí) 增加了操作者的負(fù)擔(dān) 3 專用性的問題 設(shè)備的功能朝著兩個(gè)方面發(fā)展 一是功能多樣化 比如一體 機(jī)的發(fā)展 二是功能目標(biāo)單一化 比如封口機(jī)的目標(biāo)就是完成封口 噴碼機(jī) 的目標(biāo)就是噴碼等等 對(duì)多功能設(shè)備來說 在一定程度上其操作的復(fù)雜性會(huì) 遠(yuǎn)超過單功能設(shè)備 2 1 2 1 包裝機(jī)械的操作空間分析 在操作中我們要注意安全性問題之外 也要看重操作的環(huán)境和作業(yè)的空間 操作的環(huán)境和作業(yè)空間在一定程度上影響了操作的安全性 當(dāng)然 這與機(jī)械設(shè)備 的整體外觀設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很大的關(guān)聯(lián) 在此 我們簡單討論一下有關(guān)操作空 間的問題 由于考慮包裝機(jī)械設(shè)備的整體工作環(huán)境 采用站姿操作E 2 5 1 以便操作者自由 移動(dòng)身體 圖2 6 為站姿活動(dòng)空間 其中粗實(shí)線為手操作的最大范圍 虛線為手 操作的最適宜范圍 細(xì)實(shí)線為手可達(dá)的范圍 陰影區(qū)表示最有利的抓握范圍 圖2 6 站姿活動(dòng)空間 一1 7 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的公理設(shè)計(jì)特征 當(dāng)采用站姿作業(yè)時(shí) 上肢在水平面移動(dòng)時(shí)形成的軌跡就是水平面作業(yè)范圍 圖2 7 中點(diǎn)劃線是以肘為軸心的小臂回轉(zhuǎn)區(qū)域 是水平作業(yè)的正常范圍 由于作 業(yè)者操作時(shí)手肘也是移動(dòng)的 實(shí)際上的水平面作業(yè)范圍是圖中粗實(shí)線的范圍 水 平作業(yè)與垂直面作業(yè)相結(jié)合就是空間作業(yè)范圍 如圖2 8 所示的最小的區(qū)域是正 ?？臻g作業(yè)范圍也是最舒適的作業(yè)區(qū)域 在此空間作業(yè)不易產(chǎn)生疲勞 黛太 圖2 7 水平作業(yè)范圍 圖2 8 空間作業(yè)范圍 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的公理設(shè)計(jì)特征 2 1 2 2 包裝機(jī)械的操作分析 安全性問題除了操作空間的因素 良好的環(huán)境可以減少出錯(cuò)率 提高安全性 在操作中 操作人員的出錯(cuò)和失誤和安全問題息息相關(guān) 如何有效地減少出錯(cuò)和 失誤 是我們要努力解決的問題之一 在生活中 我們總是在試圖理解周圍的一切 在面對(duì)操作面板和操作界面 我們也總是在努力理解各種按鍵和指示燈的作用 最令人沮喪的是 在面對(duì)著一 系列五花八門的按鍵和顯示屏 我們無法理解 我們費(fèi)力地尋找其使用方法 想 要明白其操作方法 我們必須知道機(jī)器工作原理的概念模型 更糟糕的是 我們 一旦不明白 就容易出錯(cuò) 2 6 一旦出錯(cuò)安全就沒有保障 差錯(cuò)有幾種形式 其中最基本的兩種類型是失誤和錯(cuò)誤 失誤是習(xí)慣行為引 起的 本來想做某件事 用于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的下意識(shí)行為卻在中途出了問題 失誤是 下意識(shí)的行為 錯(cuò)誤則產(chǎn)生于意識(shí)行為中 意識(shí)行為讓我們具有創(chuàng)造力和洞察力 能從表面上毫不相關(guān)的事物中看出他們的聯(lián)系 但是這一過程同樣可以導(dǎo)致差 錯(cuò) 面對(duì)新情況時(shí) 我們能從少量信息中歸納出結(jié)論 這一能力至關(guān)重要 錯(cuò)誤 的歸納很難被發(fā)現(xiàn) 更不用說去消除了 N o r m a 1 9 8 1 1 9 8 8 和R e a s o n 1 9 9 0 1 9 9 7 提出了相關(guān)的用戶出錯(cuò)框架 2 7 具體如圖2 9 所示 錯(cuò)誤 知 l 刺激證據(jù)H 理解情景評(píng)價(jià)H 計(jì)劃行為意圖H 行為實(shí)施 廣 記憶遺漏和模式失鬯 圖2 9 用戶出錯(cuò)的信息加工 一些失誤是由動(dòng)作之間的相似性造成的 有時(shí)是因?yàn)橥饨绨l(fā)生的某件事自動(dòng) 引發(fā)了一個(gè)動(dòng)作 而有些時(shí)候 是我們腦中所想的 手中所作的觸發(fā)了我們原本 無意去做的動(dòng)作 失誤可以分成六類 擷取性失誤 描述性失誤 數(shù)據(jù)干擾失誤 聯(lián)想失誤 忘記動(dòng)作目的造成的失誤和功能狀態(tài)失誤 2 8 1 擷取性失誤是指某個(gè)經(jīng)常的動(dòng)作突然取代了想要做的動(dòng)作 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章軟袋包裝機(jī)械操作顯示界面的公理設(shè)計(jì)特征 2 描述性失誤是一種普遍現(xiàn)象 假設(shè)本來預(yù)定要做的動(dòng)作和其他動(dòng)作很相似 如果預(yù)定動(dòng)作在人們的頭腦中有著完整精確的描述 人們就不會(huì)失誤 否則人們 就會(huì)把他們與其他動(dòng)作相混淆 把外形相同的開關(guān)排列在一起為描述性失誤創(chuàng)造 了最佳條件 本來想按某一開關(guān) 卻把另一個(gè)相似的按下去 這種失誤在機(jī)器操 作上經(jīng)常發(fā)生 3 數(shù)據(jù)干擾失誤 人們很多動(dòng)作都是無意識(shí)的 外界無關(guān)信息會(huì)影響我們的動(dòng) 作 4 聯(lián)想失誤 如果外界信息引發(fā)了某種動(dòng)作 那么內(nèi)在的思維和聯(lián)想同樣能夠 做到這一點(diǎn) 由于一些觀念和想法產(chǎn)生的聯(lián)想也會(huì)產(chǎn)生失誤 5 忘記了本來要做的事是一種較常見的失誤 但有時(shí)我們只忘記了某一個(gè)部分 6 功能狀態(tài)失誤 經(jīng)常出現(xiàn)在多功能物件中 物品的操作方法多于控制器的數(shù) 目時(shí) 比如有些控制器有雙重功能 這種失誤就容易發(fā)生 當(dāng)錯(cuò)誤發(fā)生 一旦意識(shí)到 采取措施 防止事故發(fā)生 失誤發(fā)生后 要能夠 覺察到問題所在并加以糾正 從中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)在今后的操作 工作中多注意防 止此類差錯(cuò)再發(fā)生 發(fā)生差錯(cuò)真正的罪魁禍?zhǔn)走€是設(shè)計(jì)上的問題 2 9 使操作人員容易調(diào)錯(cuò)機(jī)器的 工作模式 讀錯(cuò)儀表上顯示的數(shù)字或者是對(duì)情況的判斷出現(xiàn)偏差 減少差錯(cuò)最好 的辦法是讓產(chǎn)品不具備其它的功能 界面上不顯示與當(dāng)前操作無關(guān)的信息 限制 用戶的選擇范圍 優(yōu)秀的設(shè)計(jì)總是突出正確的操作方法 同時(shí)將不正確的操作匿 藏在用戶的視線之外 設(shè)計(jì)拙劣的物品往往使用起來很難 讓用戶感到沮喪 他 們在操作線索上不提供任何線索或者提供了錯(cuò)誤的線索 讓操作人員陷入困境 破壞了正常的理解和解釋過程 這個(gè)時(shí)候操作者也許要察看說明書或者反復(fù)試驗(yàn) 才可以得到正確的結(jié)果 優(yōu)秀的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員和用戶之間的交流 只不過 我們交流的結(jié)果要靠產(chǎn) 品體現(xiàn) 產(chǎn)品本身要能說明問題 顯示操作的結(jié)果也是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面 假 設(shè) 沒有反饋 用戶會(huì)琢磨自己的操作是否產(chǎn)生了預(yù)定的效果 3 0 或許按鍵時(shí)用 的力量不夠 或許機(jī)械停止運(yùn)轉(zhuǎn) 或許出現(xiàn)了操作失誤 因?yàn)闆]有反饋 用戶會(huì) 在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間關(guān)閉或者重新啟動(dòng)機(jī)器 從而丟失剛剛完成的工作 或者是重復(fù) 指令 造成不良后