人机工程分析论文参考文献

浅论应用ＣＡＤ技术的现代机械设计 摘要：在机械设计中引入CAD技术,可以解决机械企业中重复性设计多、信息资源利用率低的难题,缩短产品开发周期,具有巨大的经济效益和应用前景。 关键词：机械设计；CAD技术 1 CAD技术的发展 CAD(Computer Aided Design)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一体。 产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。 以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。 2 三维CAD技术在机械设计中的优点 通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点: 零件设计更加方便 使用三维CAD系统,可以装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目了然。 装配零件更加直观 在装配过程中,资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。 缩短了机械设计周期 采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近1/3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时,只需对其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3~5倍。同时,三维CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。 提高机械产品的技术含量和质量 由于机械产品与信息技术相融合,同时采用CAD CIMS组织生产,机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法,如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的质量。 3 CAD技术在机械设计中的应用 零件与装配图的实体生成 零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体,对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。 对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。 实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。 模具CAD/CAM的集成制造 随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。 一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础,进行统一管理,而实体造型是工程数据的主要来源之一。 机械CAE软件的应用 机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。 4 CAD前沿技术与发展趋势 图形交互技术 CAD软件是产品创新的工具,务求易学好用,得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此,智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。 智能CAD技术 CAD/CAM系统应用逐步深入,逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库,及时准确地向设计师提供产品开发所需的知识和帮助,智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计新手也能做出好的设计来,现代设计的核心是创新设计,人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中,用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。 虚拟现实技术 虚拟现实技术在CAD中已开始应用,设计人员在虚拟世界中创造新产品,可以从人机工程学角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操作是否舒适、方便,及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到新产品的外形,从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析,以评价其性能,可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等,基于虚拟样机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发现并解决问题,从而降低产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向.另外,随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展,利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为机械设计制造业的发展趋势。 参考文献 [1]黄森彬主编.机械设计基础.高等教育出版社. [2]荣涵锐.新编机械设计CAD技术基础〔M〕.北京:机械工业出版社,2002. [3]徐平,虚拟现实技术研究,文秘杂烩网 . [4]葛海霞,刘村.AutoCAD2004/2005辅助设计[M].上海:上海科学普及出版社,2004. [5]秦志峰,齐月静,胡仁喜,等.AutoCAD2005机械设计及实例解析[M].北京:机械出版社,2005.

关键词：交互设计，人机交互，用户体验设计 在学习和生活中，我们经常会遇到三个名词：“交互设计”，“人机交互”，“用户体验设计”。这三个名词是否是同一个意思呢，如果不是，他们的异同点又是什么呢。本文尝试从历史沿革，现有状况，未来发展三个方面，对这交互设计，人机交互，用户体验设计进行分析。 交互设计起源于网站设计和图形设计，但现在已经成长为一个独立的领域。现在的交互设计师远非仅仅负责文字和图片，而是负责创建在屏幕上的所有元素，所有用户可能会触摸，点按或者输入的东西：简而言之，产品体验中的所有交互。交互设计在于定义人造物的行为方式(the "interaction",即人工制品在特定场景下的反应方式）相关的界面。交互设计作为一门关注交互体验的新学科在二十世纪八十年代产生了，它由IDEO的一位创始人比尔·摩格理吉（Bill Moggridge）在1984年一次设计会议上提出，他一开始给它命名为“软面（Soft Face）”，由于这个名字容易让人想起和当时的玩具“椰菜娃娃（Cabbage Patchdoll）”，他后来把它更名为“Interaction Design”，即交互设计。 1959年美国学者从人在操纵计算机时如何才能减轻疲劳出发，提出了被认为是人机界面的第一篇文献的关于计算机控制台设计的人机工程学的论文。1960年，Liklider JCR首次提出人机紧密共栖（Human-Computer Close Symbiosis）的概念，被视为人机界面学的启蒙观点。1969年在英国剑桥大学召开了第一次人机系统国际大会，同年第一份专业杂志国际人机研究（IJMMS）创刊。可以说，1969年是人机界面学发展史的里程碑。在1970年成立了两个HCI研究中心：一个是英国的Loughbocough大学的HUSAT研究中心，另一个是美国Xerox公司的Palo Alto研究中心。 1970年到1973年出版了四本与计算机相关的人机工程学专著，为人机交互界面的发展指明了方向。 20世纪80年代初期，学术界相继出版了六本专著，对最新的人机交互研究成果进行了总结。人机交互学科逐渐形成了自己的理论体系和实践范畴的架构。理论体系方面，从人机工程学独立出来，更加强调认知心理学以及行为学和社会学的某些人文科学的理论指导；实践范畴方面，从人机界面（人机接口）拓延开来，强调计算机对于人的反馈交互作用。人机界面一词被人机交互所取代。HCI中的I，也由Interface(界面/接口)变成了Interaction(交互)。 用户体验这个词最早被广泛认知是在上世纪90年代中期，由用户体验设计师唐纳德·诺曼（Donald Norman）所提出和推广。身为电气工程师和认知科学家的Don Norman加盟苹果公司之后，帮助这家传奇企业对他们以人为核心的产品线进行研究和设计。而他的职位则被命名为“用户体验架构师”（User Experience Architect），这也是首个用户体验职位。 由上述资料不难看出：交互设计这个名词起源于计算机领域，软件专家在进行设计时发现人和计算机的交互产生许多问题，于是交互设计这一名词应运而生。人机交互则是由人机工程学发展而来，是以人与机器的关系为切入点开始进行研究的。和交互设计与人机交互这两个名词不同，用户体验是以心理学和认知科学为基础提出的，从心理学和认知科学的角度对人和外界环境的关系进行探讨。 在这里，首先整理出权威的交互设计，人机交互，用户体验的定义。 交互设计：英文叫做Interaction Design 交互设计是指设计人和产品或服务互动的一种机制 , 以用户体验为基础进行的人机交互设计是要考虑用户的背景、使用经验以及在操作过程中的感受，从而设计符合最终用户的产品，使得最终用户在使用产品时愉悦、符合自己的逻辑、有效完成并且是高效使用产品。 交互设计的目的是使产品让用户能简单使用。任何产品功能的实现都是通过人和机器的交互来完成的。因此，人的因素应作为设计的核心被体现出来[1]。 人机交互：人机交互（Human-Computer Interaction, 简写HCI）：是指人与计算机之间使用某种对话语言，以一定的交互方式，为完成确定任务的人与计算机之间的信息交换过程。有很多著名公司和学术机构正在研究人机交互。在计算机发展历史上，人们很少注意计算机的易用性。现在，很多计算机用户抱怨计算机制造商在如何使其产品“用户友好”这方面没有投入足够的精力[2]。 用户体验：英文叫做User Experience，缩写为UE, 或者UX。 它是指用户访问一个网站或者使用一个产品时的全部体验。他们的印象和感觉，是否成功，是否享受，是否还想再来/使用。他们能够忍受的问题，疑惑和BUG的程度[3]。 由交互设计，用户体验，人机交互三者的定义可以得出：在现阶段，交互设计，用户体验，人机交互都有研究人和外界环境关系的含义。但相对而言，交互设计研究的是人和产品互动的机制。人机交互研究的是人和计算机的对话过程。用户体验研究的是研究用户访问产品时的体验。从研究对象广度上说：用户体验》人机交互》交互设计。这三者既有相似之处，也有不同之处可以得出分析图如下：由图可知，从2011年到2018年九月，在交互设计，人机交互，用户体验三个词中，媒体报道最多的词汇是用户体验，其次为人机交互，最后为交互设计。作为一个互联网名词，用户体验传播最广，人们对于它也更为了解。而人机交互和交互设计则在一定程度上属于专业名词，还尚不为人们所熟知。 人工智能是近年来新出现的名词，这里结合人工智能对交互设计，人机交互，用户体验的发展趋势进行分析。要结合人工智能对交互设计，人机交互，用户体验发展趋势进行分析，就要看，三个词汇中哪个词与人工智能的相关度最高，当用户搜索“人工智能”的同时搜索“用户体验”，就说明“人工智能”和“用户体验”存在相关性。在这里收集了用户搜索“人工智能”和“交互设计”；搜索“人工智能”和“人机交互”；搜索“人工智能”和“用户体验”的数据，用以研究人工智能和这三者的相关性。 由图可知，人工智能与交互设计的相关性最强（用户搜索人工智能的同时搜索交互设计的数量最多），其次为用户体验，最后为人机交互。 下边从时间维度分析人工智能与三个词汇的相关性变化由图可知，随着时间的推移，人工智能与用户体验，人机交互，交互设计的相关性越来越明显（当人工智能搜索量增加时，用户体验，人机交互，交互设计的搜索量也增加）。 随着时间的推移，人工智能与用户体验，人机交互，交互设计的相关性逐渐增强。其中，人工智能与交互设计的相关性最强。参考文献： [1] 王月丰. 互联网产品交互设计中反馈机制的研究[D]. 江南大学, 2012. [2] 邓滔. 基于隐喻认知的互联网产品反馈机制设计研究[D]. 湖南大学, 2016. [3] 高路. 基于网络界面符号体系的用户隐喻认知机理探索[D]. 南京理工大学, 2009.