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(guó)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(guó)工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域 已成為一種趨勢(shì) 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(lái)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(lái)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(yǔ)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(kù)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(guó)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(wú)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(shì) 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(lái) 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(lái)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(lái) 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(wú)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(guó)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(chǎng)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(jiǎn)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(lái)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(chǎng)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?jī)?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(zhǎng)期以來(lái) 我國(guó)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(lái)說尚存在設(shè)計(jì)師以感性方式來(lái)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(jiǎn)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(guó)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(lái)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(guó)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(lái)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(shì)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(guó)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(jiǎn)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(guó)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(jiǎn)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(lái)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(lái)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(guó)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(guó)語(yǔ)言支持 多編程語(yǔ)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(chǎng)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(wú)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(lái)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(lái)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(cè)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(lái)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(wú)法避免時(shí) 應(yīng)該用記憶線來(lái)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(guó)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(wú)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(lái)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(yǔ)用戶往往根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)來(lái)推測(cè)其含義 1 8 如果 界面使得用戶感覺生疏 這就勢(shì)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(jiǎn)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(lái)越熟練 操作速度越來(lái)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(jiǎn)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(lái)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(cè)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(lái)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(cè)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(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì) 并精確地預(yù)測(cè)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(lái) 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(jiǎn)介 根據(jù)中國(guó)包裝網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示 2 0 0 5 年我國(guó)包裝機(jī)械產(chǎn)量增加到6 7 萬(wàn)臺(tái) 套 到2 0 1 0 年將增至9 3 萬(wàn)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(lái)了商機(jī) 目前 我國(guó)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(zhǎng)率才能滿足市場(chǎng)需求 強(qiáng)勁的市場(chǎng)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(lái) 我國(guó)的包裝 機(jī)械行業(yè)通過引進(jìn)國(guó)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(guó)內(nèi)的包裝機(jī) 械行業(yè)在技術(shù)方面有了長(zhǎng)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(jī) 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(guó)自主研發(fā)能 力的提高而逐步被消滅 縱觀近年來(lái)我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展 雖然銷售額呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì) 但與 發(fā)達(dá)國(guó)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(cè)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(guó)際上包裝機(jī)械總的情況來(lái)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(jiǎn)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(jiǎn)圖 1 9 9 9 年 國(guó)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(shì)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(zhǎng) 短 距步進(jìn)或緩進(jìn)運(yùn)動(dòng)的工業(yè)場(chǎng)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?cè)谶@ 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(lái)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(lái)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(jiǎn)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(wú)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(lái)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?cè)?無(wú)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(lái)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(lái)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(wú)意識(shí)的 外界無(wú)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(lái)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(wú)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(lái)很難 讓用戶感到沮喪 他 們?cè)诓僮骶€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