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機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究

來源:萬方數(shù)據(jù)

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關(guān)鍵詞:機(jī)械系統(tǒng) 人機(jī)界面 界面優(yōu)化

        人機(jī)界面的內(nèi)容較多,研究人機(jī)界面對體統(tǒng)運(yùn)作功效和操作人員身心健康的影響存在一定的難度。到目前為止,國內(nèi)外人機(jī)界面優(yōu)化方法仍不完善。由于人機(jī)界面設(shè)計(jì)中個(gè)元部件幾何未知的布置非常重要。所以優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面至關(guān)重要。

    一、機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面概述

        機(jī)械系統(tǒng)的人機(jī)界面值得是操作人員和機(jī)器之間相互作用的區(qū)域,是人機(jī)之間傳送信息的媒介。他主要包括三部分,機(jī)器顯示器與人的信息通道的界面,機(jī)上操作器與人的運(yùn)動(dòng)器官的的界面,人機(jī)系統(tǒng)與環(huán)境之間的界面。機(jī)器的構(gòu)成有其自身的規(guī)律,操作環(huán)境或生活環(huán)境也會因個(gè)各種因素在空間和時(shí)間上受到某種限制,如經(jīng)濟(jì)上的可行性,技術(shù)上的可能性,機(jī)器本身性能要求的條件,以及使用機(jī)器時(shí)的外界環(huán)境條件等。為了適應(yīng)這些情況,就要求對人的因素予以限制和訓(xùn)練,盡量發(fā)揮人的因素有一定可塑性的特點(diǎn),讓人去適應(yīng)機(jī)器的要求,以保證人機(jī)系統(tǒng)具有最佳效果。其實(shí)人機(jī)界面除上述硬件設(shè)備外,還應(yīng)該包括操作規(guī)程,維護(hù)手冊的等。也有人將上述人機(jī)界面稱為硬件,而將人與計(jì)算機(jī)組成的人機(jī)界面稱為軟件人機(jī)界面。

    二、機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面構(gòu)成要素

        機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)包含多重因素。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)得基本原理和機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則,借鑒一般機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求,可以認(rèn)為機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的構(gòu)成要素主要包括,人體、工作臺、視覺元件、受控操縱元件、腳控操作元件、工作座椅等。

        人機(jī)功能:人機(jī)功能分配是人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要一環(huán),其目的是根據(jù)系統(tǒng)工作要求,使人機(jī)系統(tǒng)可靠、有效的發(fā)揮作用,達(dá)到人與機(jī)器的最佳配合。人機(jī)功能分配,必須參照人和機(jī)器各自的功能特點(diǎn)。但是,功能分配的基本策略則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況把系統(tǒng)的操作看作一個(gè)整體,同時(shí)也應(yīng)注意為操作人員創(chuàng)造一個(gè)有意義、有激勵(lì)、富有挑戰(zhàn)性的工作情景。

        人機(jī)界面:人與機(jī)器發(fā)生作用的交界面稱為人機(jī)界面。對它的研究是人機(jī)系統(tǒng)研究的核心內(nèi)容。人機(jī)界面通??梢苑殖蓹C(jī)器顯示器和人的感覺器官(眼、耳、鼻等)之間,以及人的效應(yīng)器官(手、足等)和機(jī)器控制器之間兩種界面。人與機(jī)之間的信息溝通是在人機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)的(見圖)。人的感覺器官接收已轉(zhuǎn)換成某種標(biāo)志或圖像形式的機(jī)器加工過程,或被控對象狀態(tài)的信息,并傳遞到大腦。大腦對已感知到的各種信息進(jìn)行加工、解釋,轉(zhuǎn)化為實(shí)際狀態(tài)的信息,并把它與預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行比較、分析、作出決策,發(fā)出指令信息。根據(jù)這些指令,效應(yīng)器官作用于機(jī)器控制器,將人的輸出信息轉(zhuǎn)換成機(jī)器的輸入信息。機(jī)器對輸入信息進(jìn)行加工,并通過顯示器將機(jī)器加工過的信息作用于人。這樣,操作人員就可以不斷地對機(jī)器工作狀態(tài)加以調(diào)整、控制,最終完成一定的系統(tǒng)功能。

        顯示器:顯示器是人機(jī)界面的重要組成部分,其功能是向人提供各種有關(guān)的信息。顯示器一般可分為視覺、聽覺、觸覺和嗅覺等顯示器??刂破鳎嚎刂破魇侨藱C(jī)界面中另一個(gè)重要組成部分,其功能是將人的有關(guān)控制信息傳遞給機(jī)器。最常見的控制器是手、足控制器和言語控制器。

    三、機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面優(yōu)化方法

        人機(jī)工程學(xué)的研究廣泛采用了人體科學(xué)和生命科學(xué)等相關(guān)科學(xué)的研究方法及手段,也采取了系統(tǒng)工程、控制理論、統(tǒng)計(jì)學(xué)等其它學(xué)科的一些研究方法,而且本學(xué)科的研究也建立了一些獨(dú)特的新方法,以探討人、機(jī)、環(huán)境要素間復(fù)雜的關(guān)系問題。這些方法中包括:測量人體各部分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù):調(diào)查、詢問或直接觀察人在作業(yè)時(shí)的行為和反應(yīng)特征:對時(shí)間和動(dòng)作的分析研究;測量人在作業(yè)前后以及作業(yè)過程中的心理狀態(tài)和各種生理指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化;觀察和分析作業(yè)過程和工藝流程中存在的問題;分析差錯(cuò)和意外事故的原因:進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)或用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn):運(yùn)用數(shù)字和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法找出各變數(shù)之間的相互關(guān)系,以便從中得出正確的結(jié)論或發(fā)展成有關(guān)理論。

        目前常育的研究方法有:

        觀察法:為研究系統(tǒng)中人機(jī)的工作狀態(tài),常采用備種各樣的觀察方法,如工人操作動(dòng)作的分析、功能分析和工藝流程分析等大都采用觀察法。

        實(shí)測法:是一種借助于機(jī)器設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測量的方法。例如對人體靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)的測量對系統(tǒng)參數(shù)及作業(yè)環(huán)境參數(shù)的測量等。

        實(shí)驗(yàn)法:它是當(dāng)實(shí)測法受到限制時(shí)采用的一種研究方法,一般在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行.但也可以在作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行,如為了獲得人對各種不同顯示儀表的認(rèn)讀速度和差錯(cuò)率的數(shù)據(jù)時(shí),一股在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

        模擬和模型實(shí)驗(yàn)法:由于機(jī)器系統(tǒng)一般比較復(fù)雜,因而在進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)研究時(shí)常采用模擬的方法。模擬方法包括各種技術(shù)和裝置的模擬,如操作訓(xùn)練模擬器、機(jī)器模型以及各種人體模型等。

        計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真法:由于人機(jī)系統(tǒng)中的操作者是具有主觀意志的生命體,模擬和模型方法研究人機(jī)系統(tǒng),往往不能完全反映系統(tǒng)中生命體的特征,其結(jié)果與實(shí)際相比必有一定誤差。數(shù)值仿真是在計(jì)算機(jī)上利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真性實(shí)驗(yàn)研究,如人體動(dòng)作分析仿真等。在電子計(jì)算機(jī)的推動(dòng)下,最優(yōu)化理論與方法在經(jīng)濟(jì)計(jì)劃、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理、交通運(yùn)輸?shù)确矫娴玫搅藦V泛應(yīng)用,成為一門十分活躍的學(xué)科。將優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的范疇來說,大致可分為結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。產(chǎn)品設(shè)計(jì)首先要解決的是參數(shù)優(yōu)化,也是最早引入機(jī)械設(shè)計(jì)中的內(nèi)容之一 。通過尋找最佳參數(shù)可以直接得到好的設(shè)計(jì),它是在已定結(jié)構(gòu)方案、零部件結(jié)構(gòu)形狀和選擇材料下完成參數(shù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。形狀優(yōu)化是在結(jié)構(gòu)類型、材料和布局已定條件下,對結(jié)構(gòu)幾何形狀進(jìn)行優(yōu)化,包括二維和三維的形狀優(yōu)化及與形狀有關(guān)的參數(shù)優(yōu)化,這是優(yōu)化設(shè)計(jì)的深化。而拓?fù)鋬?yōu)化是對結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件布局和節(jié)點(diǎn)的聯(lián)接關(guān)系進(jìn)行優(yōu)化,即在外部設(shè)計(jì)要求下首先要從結(jié)構(gòu)方案、類型、布局等方面去尋優(yōu),這是更高層次的優(yōu)化也是更富有創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)。從目前研究和應(yīng)用的成熟程度來看,形狀優(yōu)化的提出盡管已經(jīng)歷了近20多年,還處在研究和應(yīng)用探索階段。

        分析法:它是在上述各種方法中獲得了一定的資料和數(shù)據(jù)后采用的一種研究方法。目前人機(jī)工程學(xué)研究采用的分析法包括瞬間分析法、知覺與運(yùn)動(dòng)信息分析法、動(dòng)作負(fù)荷分析法、頻率分析法、危象分析法和相關(guān)分析法。

        調(diào)查研究法:人機(jī)工程學(xué)專家采用各種調(diào)查研究方法來抽樣分析操作者或使用者的意見和建議。


    (審核編輯: 智匯小新)

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