基于视觉传达要素的制造装备人机优化设计方法研究

摘要

制造装备人机优化设计作为制造装备设计领域的一项关键问题，其设计水平的高低直接影响着制造装备系统人、机、环境和谐性以及整机的作业效率，对该问题的研究已逐渐成为企业与学术界研究的热点问题。视觉传达要素作为人机优化设计关键性能指标，研究将该指标用于制造装备的人机优化设计过程，实现对制造装备人机优化设计、评价对于提升制造装备整体设计水平有着重要的促进作用，因此开展基于视觉传达要素的制造装备人机优化设计研究有着重要理论研究意义与实践应用价值。
　　本文受国家自然科学基金项目:“基于操纵力感知场的人机系统操纵舒适性度量方法及优化技术”(51375134)、安徽省自然科学基金项目:“基于差异化人机交互作用的汽车转向操纵舒适性研究”(1508085ME83)以及多项校企合作项目的资助，对基于视觉传达要素的制造装备人机优化设计的基本方法及其评价分析模型问题开展研究，主要的研究内容如下:
　　(1)在系统分析点、线、面、图形、版式、色彩等典型视觉传达要素的基础上，对制造装备进行人机优化的关键视觉传达要素进行了阐述，确立了制造装备人机优化的关键视觉传达要素色彩、造型以及材质，为人机优化设计以及评价模型提供了具体设计指标与优化方向。
　　(2)通过采用关键视觉特征参数与制造装备功能匹配的分析方法，分别从色彩、造型、材质三个关键视觉传达要素维度出发，分别构建制造装备人机优化设计定量化表征体系，在此基础上建立基于关键视觉感知特性的制造装备人机优化设计方法，并为制造装备人机优化设计提供基础理论。
　　(3)从色彩、造型、材质三个分析维度出发，分别以设备自身协调性、环境协调一致性以及隐性功能展示性优化目标，建立分项优化指标，通过应用基于综合模糊权重的分析方法，分析各指标的权重，进而建立色彩、造型、材质三个维度的视觉感知评价模型，以实现对制造装备人机优化设计的评价与分析。
　　(4)针对工业现场人机交互界面，采用基于视锥细胞的人机交互界面感知强度界定模型，实现对人机交互界面各区域视觉感知强度的分析与界定;在分析人机交互界面视觉感知元素特性的基础上，采用基于优序法的权重等级划分方法，实现对视觉感知元素权重等级的科学度量;建立基于视觉传达指数的人机交互界面优化布置模型，为制造装备人机交互界面的优化设计提供方法支撑。
　　(5)以典型的实际制造装备为例，结合本文提出的制造装备人机优化设计方法，应用实体建模技术，构建实体虚拟模型与优化设计虚拟模型，依据本文的制造装备优化设计评价模型进行分析，验证设计方法与评价标准的可行性。最后并以某一汽车零部件制造企业新建的制造装备系统为应用对象，结合虚拟建模技术，系统性将基于视觉传达要素的人机优化设计方法进行了应用研究。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．1．3 课题来源及项目依托

1．2 视觉传达要素在制造装备人机优化设计领域研究现状

1．2．1 制造装备人机优化设计中造型要素研究现状

1．2．2 制造装备人机优化设计中色彩要素研究现状

1．2．3 制造装备人机优化设计中材质要素研究现状

1．2．4 制造装备人机优化设计中人机交互界面研究现状

1．2．5 制造装备人机优化评价方法研究现状

1．3 研究目标

1．3．1 基于视觉感知特性的制造装备人机优化设计理论

1．3．2 基于视觉感知场的制造装备人机优化设计评价模型

1．3．3 基于视觉传达要素的人机交互界面优化设计方法

1．4 论文主要工作

1．4．1 制造装备优化设计研究内容

1．4．2 论文研究内容

1．5 论文结构

1．6 本章小结

第2章 制造装备中关键性视觉传达要素

2．1 视觉传达要素分析

2．1．1 视觉传达中的基本要素

2．1．2 视觉传达中的其他要素

2．2 制造装备人机优化设计中的视觉传达要素

2．2．1 制造装备人机优化设计中的基本视觉传达要素

2．2．2 制造装备人机优化设计中的其他视觉传达要素

2．3 制造装备人机优化设计中的视觉传达要素构成法则

2．4 本章小结

第3章 基于视觉感知特性的制造装备人机优化设计体系

3．1 制造装备人机优化设计色彩感知特性分析

3．1．1 色彩属性

3．1．2 色彩调和

3．2 制造装备人机优化设计造型感知特性分析

3．3 制造装备人机优化设计材质感知特性分析

3．3．1 材料的感觉特性

3．3．2 金属材料的感知特性

3．3．3 塑料材料的感知特性

3．3．4 玻璃材料的感知特性

3．3．5 制造装备涂装工艺及其特点

3．4 制造装备人机优化设计中视觉传达要素定量表征模型

3．5 本章小结

第4章 基于视觉感知场的制造装备人机优化设计评价方法

4．1 基于视觉感知场的制造装备人机优化设计评价建模

4．1．1 制造装备人机优化设计评价指标分析

4．1．2 色彩指标评价模型构建分析

4．1．3 造型指标评价模型构建分析

4．1．4 材质指标评价模型构建分析

4．1．5 制造装备人机优化设计评价模型

4．2 基于RAHP的模型指标权重的分析

4．2．1 粗糙层次分析法的简介

4．2．2 粗糙层次分析法(RAHP)的步骤

4．3 基于视觉感知场的制造装备FMC模型设计分析

4．3．1 色彩部分

4．3．2 造型部分

4．3．3 材质部分

4．3．4 基于FMC模型的制造装备人机优化综合评价指标

4．4 本章小结

第5章 基于视觉传达要素的人机交互界面优化设计

5．1 基于视觉感知特性的人机界面区域等级划分

5．1．1 基于视锥细胞的视觉特征分布分析

5．1．2 人机交互界面视觉感知强度划分模型

5．2 基于视觉传达指数的人机界面优化方法

5．2．1 视觉感知元素重要度度量分析

5．2．2 基于视觉传达指数的人机交互界面优化模型

5．2．3 基于遗传算法的人机交互界面优化模型求解

5．3 基于视觉传达要素人机交互界面优化设计分析

5．3．1 人机交互界面感知元素分析

5．3．2 基于遗传算法人机交互界面实例求解

5．4 本章小结

第6章 基于FMC的制造装备人机优化实体建模评价分析

6．1 制造装备视觉感知特性分析

6．2 固定类制造装备虚拟实体建模优化设计分析

6．2．1 虚拟实体模型构建

6．2．2 固定类制造装备虚拟实体建模评价体系构建

6．2．3 基于视觉感知强场的FMC模型指标评价及对比分析

6．3 移动类制造装备虚拟现实优化设计

6．3．1 虚拟实体模型构建

6．3．2 移动类制造装备虚拟实体建模评价体系构建

6．3．3 基于视觉感知强场的FMC模型指标评价及对比分析

6．4 存储类制造装备虚拟实体建模优化设计分析

6．4．1 虚拟现实模型构建

6．4．2 存储类制造装备虚拟实体建模评价体系构建

6．4．3 基于视觉感知强场的FMC模型指标评价及对比分析

6．5 人机操作类制造装备虚拟实体建模优化设计分析

6．5．1 虚拟实体模型构建

6．5．2 人机操作类制造装备虚拟实体建模评价体系构建

6．5．3 基于视觉感知强场的FMC模型指标评价及对比分析

6．6 本章小结

第7章 基于视觉传达要素的制造装备人机优化设计应用研究

7．1 液力变矩器制造装备系统人机优化设计需求分析

7．2 基于视觉传达要素的液力变矩嚣制造装备优化设计

7．2．1 基于视觉感知特性的液力变矩器制造装备虚拟实体建模设计

7．2．2 基于视觉感知强度的液力变矩器制造装备优化分析

7．2．3 基于视觉传达要素设计的液力变矩器制造系统装备展示

7．3 本章小结

第8章 总结与展望

8．1 论文工作总结

8．2 下一步工作展望

参考文献

攻读博士学位期间的学术活动及成果情况