人机界面设计论文范文

前言：我们精心挑选了数篇优质人机界面设计论文文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。

第1篇

论文关键词：电冰箱,人机界面

优化产品与用户间的界面是人机工程学的研究目的。包括软件界面和硬件界面两部分，软件指控制部分和显示部分等无实体形态的部分，硬件指把手、按钮、旋钮等有实体形态部分。良好的产品界面设计应达到这样的目标：在操作过程中，决不让用户调整自己，不会使用户产生混乱，不能对用户有害。软件部分要简洁、清晰、明了的起到指示作用；硬件部分应保证用户操作的目标实现和保护用户。

一、电冰箱的人机界面分析

电冰箱的人机界面设计首先要考虑人的使用性要求。使用者在操作冰箱过程中，对电冰箱的拉手、电气按钮或旋钮（一般没有）、冰箱造型、零件功能等均有要求，探讨和研究电冰箱人机界面设计就是研究诸如电冰箱的把手、按键、储藏空间、显示界面等内容。

1．把手

第2篇

关键词：用户研究 体验 界面设计 人机互动 非物质

此论文是用于湖北师范学院研究生科研启动基金项目《生活型态设计在产品设计中的运用研究》的结题。

微电子技术、光学技术、生物技术以及新材料、新能源技术，包括新的工艺技术的发展将人类带入到了一个全新的、以信息化为标志的体验经济时代。人们对于产品的需求已经不再是物质层面上的使用要求，而是关注非物质层面上的心理需求。作为产品和用户之间的连接纽带――界面，在这个“非物质社会”下被提出了新的要求，即，产品的人机界面设计要面向用户，成为用户和产品之间的沟通、交流的媒介。

所谓界面也称人机界面，指的是人与机之间的一个相互作用、相互影响的媒介平台，人通过它以视觉和听觉、触觉等感官接受来自机器的信息，经过人脑的识别、加工、决策，然后作出反应，实现人一机的信息传递。界面设计是对两种不同物体之间交流手段、交流过程的整体设计，是系统的优化人机互动关系的过程。它以尽量简化人的操作、提高人机交流的效率为目的，所以也被称之为UI（User Interface Design），从字面上看是用户与界面两个组成部分，但实际上它还包括了用户与界面之间的交互关系。

界面可分为硬界面和软界面。从设计角度来看，界面设计也可以看作是工业设计和视觉传达设计之间的交叉学科。硬界面也叫“实体用户界面”（Solid User Interface，简称SUI）,属于硬件设计，即产品的界面与用户的身体直接接触部分的设计。硬界面其实就是传统的工业设计，产品的外观提供的即是一种界面，其所欲达到的目的即是与使用者沟通，从外观整体设计到操作按键的配置均是为了达成使用者目标（或设计者的目标）所建立的界面。而软界面又称为“图形用户界面”（Graphic User Interface，简称GUI），属于软件设计，目的主要是为了方便用户理解和应用。

人机界面的设计直接关系到人机关系的和谐，和人在工作中的主体地位，以及整个产品系统的可使用性和效率。现在，界面设计在产品设计中的运用和重视已经大大地提升了它的功能地位和作用。首先，它具有典型的人机互动性，即用户和设计密切关联，用户的反馈是设计的重要组成部分。其次，它与技术紧密相连，并随着新技术的出现不断完善。另外，其手段的多样性是信息多样化具体应用的体现。从今天科技发展，数字技术的广泛而深远的影响，以及对人性的关注方面来看，它也许比硬件和工作环境更为重要。

界面设计和优化就是要创造一种人性化的人-机对话方式。因此界面设计必须掌握的知识，包含使用者、使用者欲实现的任务、使用环境及技术与逻辑上的可行性。那么，“用户研究” 或“用户体验”就是为了帮助设计能够更好的了解使用者在心理及生理上的能力，对任务特性有充分的理解，包含频率、时间考虑、是否协同他人、需要何种知识或技术等细节，并根据情境找寻使用者的真实需求-人与产品的互动会因情境而产生不同的状态或变化，藉由现实可行的互动技术将概念化的设计落实。也是得到用户需求和反馈的途径，同时检验人机界面设计和人与产品交流互动是否合理的重要标准。

“用户研究”包含两个方面：一是可用性工程学（usability Engineering），研究如何提高产品的可用性，使得系统的设计更容易被人使用、学习和记忆；二是通过可用性工程学的研究，发掘用户的潜在需求，为技术创新提供另外一条思路和方法（consumer insight）。

“用户研究”是一种有别与单纯的“市场研究”性质的考察方法。在研究前期可以对应到iNPD程序中的“模糊前期”。它注重的是对现象的收集与洞察，并给予定性分析，形成多个粗略的设计概念；当要进一步完善概念，并进入“新产品开发项目确定”阶段时，才需要一定的市场数据的支持，因为这个时候的决定关系到新产品的市场大小估算，这个对于企业来说非常总要。

第3篇

【关键词】人机工程 GUI 设计

一、人机工程学的学科内容

人机工程学是一门研究人类、机器和环境之间相互作用的学科，它主要目的是为了使设计的机械设备或者人机系统能够满足人的生理和心理特征，使其能够更好的为人类服务。在工业设计中，我们通常将其定义为：对于成批量生产的产品，凭借专业知识、经验以及视觉感受等赋予其材料、结构、色彩等新的品质和资格。人机界面是人和机器在交互过程中非常重要的一个层面，也可以称之为用户界面。它是人和机器之间进行通信的媒介，负责信息的输入和输出，其设计的好坏直接影响用户的使用效果，是现代设计中非常重要的一个方面。

二、GUI的设计及色彩的特征

（一）GUI设计的流程

对于一个完整的用户界面设计包括其启动界面的设计、软件架构设计、相应按钮的设计、面板的设计、菜单的设计以及图标和滚动条的设计等等。跟其他产品一样其设计的过程非常复杂，包括前期的调研、总体设计、具体设计和实施[1] [2]，是一个需要循环测试和评估的设计过程。

（二）色彩在GUI设计中的作用

在人机界面使用过程中，色彩对人类的影响最为重要，会受到人们的首先关注，其次才是形状或者其他。所以对于人类来说色彩直接影响着其精神感受，在设计的过程中就要考虑到用户的审美观，使用户在使用的过程中产生舒适感和美感。

GUI的设计可以分为网页和软件两种不同的类型，其设计时对色彩的选择也不尽相同。在网页的色彩设计过程中有很大面积的色块区域，其像素空间也较大，设计师在设计色彩时有较大的发挥空间。但是在对软件的GUI设计时要考虑到工程类的严谨性和专业性，目前大多数采用了灰色作为其背景色，那么对于其图标的色彩设计就会受到很大的限制，且其色彩不宜超过64色。在整个GUI设计中首先要做到简单明了，对用户起到引导的作用，引导用户得到正确的联想和操作。其次还要保证色彩的柔和性，降低不同区域间的对比度，使用户在使用的过程中不会感觉眼睛疲劳。

（三）人机交互界面色彩的选择

在进行人机界面的色彩选择时首先要明确主色调，以体现界面的主题。在工业设计中一般选择浅灰色、浅黄色、浅蓝色以及浅绿色等浅颜色的背景，再配以深色系的字，这样既能够突出重点，又能够得到大多数人的认可。对于人机界面中其他的一些内容不宜选用抢眼的颜色，否则就会喧宾夺主，当然并不是完全不能应用，为了突出强调某些因素可以采用明亮的色彩，但是不能使用太多，否则就会适得其反，达不到强调的效果[3]。

在进行色调选择时一般要考虑一下三点：

1.暖色调一般会给人一种温暖的效果，冷色调则相反，使人感到冷清。

2.高彩度的暖色调给人刺激和兴奋，低彩度的冷色调能够使人平静思索。

3.高明色调使人感觉清爽、明快，低明色调则使人感觉深沉和庄重。

在选择颜色进行背景色搭配时一样不能使用对比强烈的色彩；使用大面积颜色时要选用低对比度的背景，否则会影响其图片和文字的辨别，严重时会发生互溶现象，使图片和文字不容易被辨识。例如在进行标题背景色设计时可以采用较深的颜色，配以鲜明的字体，这样一方面可以吸引用户的注意力，另一方面起到了突出界面主题的作用[4]。

三、人机工程学在GUI设计中的重要作用

设计的目的是为了更好的为人类服务，所以人是设计中首先要考虑的因素。人机工程学也是把人作为第一要素来考虑，它在GUI设计中的作用可以简单的概括为以下三个方面：

（一）提供人体尺度参数。人体工程学是人际工程学中研究中一个重要的方向，为GUI的设计提供人体结构尺度、生理尺度以及心理尺度等相关数据，从而为设计者设计人机界面提供可靠地参考依据。

（二）提供功能合理性设计参数。在设计过程中为设计者提供界面中各个要素的形状、大小以及色彩和布局等的参数，使其能够实现人和机器之间通信功能的最优化，进而最大限度的适应人类心理和生理需求。

（三）提供系统设计的理论依据。人机工程学是研究人和机以及机所处的环境一门科学，人机工程学的原理存在于用户界面设计的每一个过程中。在这个完整的人机系统中系统要能够为用户提供继续、后退和退出等命令的说明[5]。

四、设计实例

在这次设计中我们以一款儿童英语学习软件为例进行，设计了其登陆界面和一系列图标，其界面色彩丰富、图标的可指示性强。

上述图标和界面的设计主要采用了黄色调作为主色调，能够给人一种活泼、灿烂和可爱的感觉。对于儿童英语课程的学习来说其用户主要是儿童，这种色调的选择可以使其在使用过程中感到喜欢，增加了其愉快度，从而能够更好的帮助儿童学习英语。

五、结论

论文以人机工程学为基础，对其在GUI设计中的相关内容进行了阐述，介绍了基于人机工程学的GUI界面设计的方法，并且介绍了色彩在界面设计中的重要作用和如何选择合适的色彩以达到更好的效果。在文章的最后做着还给出了一个设计实例，验证了人机工程软件界面设计方法的指导性。

参考文献：

[1]何晓佑.产品设计程序与方法.北京：中国轻工业出版社，2000.

[2]Jeffrey L.Whitten，Lonnie D.Bentley，Victor M.Barlow.System Analysis and Design Methods. Von Hoffmann Press，1994.

[3]姜葳，用户界面设计研究，浙江大学硕士学位论文[M].2006年3月。

第4篇

目前国家经济飞速发展，但随之而来的环境保护工作也日趋严峻，酸雨的危害有目共睹，酸雨对土壤、水体、森林、建筑、名胜古迹等人文景观均带来严重危害，不仅造成重大经济损失，更危及人类生存和发展，近年来国家对环境保护的力度不断加大，所以各大火力发电厂特别是使用高硫燃料的石油化工配套电厂纷纷上马脱硫剂制粉项目，使用炉内脱硫技术以减少二氧化硫的排放量。在本文中，我根据自己在脱硫剂制粉生产中总结的经验，阐述PLC自动化控制系统在生产中的实际应用。

关键词：

自动化联锁保护系统优化操作

中图分类号：F407文献标识码： A

论文主体：

脱硫剂制粉生产工艺较为简单，即将原料高钙石灰石矿石进行破碎制粉达到电厂炉内脱硫所要求的粒度即可，由于整套生产设备控制方式主要是逻辑开关量控制，所以采用PLC作为自动化控制系统，我所在的项目PLC硬件采用西门子S7 300系列CPU及IO模块，通讯网络采用ProfiBus DP总线配置；上位HMI软件采用SIMATIC WinCC6.2，通过以太网和PLC通讯。硬件网络配置如下图：

硬件配置中的AI模块主要采集现场设备的电流数据，DI模块采集设备的运行状态数据，DO模块负责向设备发送启停命令，RTD模块负责采集现场大型电动机的绕组温度数据；所有I/O模块通过IM153通讯模块与CPU联接集中控制；若在硬件方面有多个独立的PLC子系统，可通过以太网联接整合成一个总的控制系统便于集中管理。

该控制系统从逻辑控制上又可细分为上料系统、制粉系统和输送系统。

一、上料系统

上料系统是将原料从原料堆积场输送到一定高度的原料缓冲仓中以供制粉设备使用，虽然此流程不是生产的核心环节，但它逻辑控制最为复杂，是PLC控制系统最为主要的部分，它的基本设备流程见下图：

系统中的每个设备的控制组成都由两个DO输出控制点（启动、关闭）和两个DI输入显示点（运行、停止）组成，系统设备的启停逻辑顺序为倒启正停，系统的运行方式可设为以下三种：

三种运行控制方式中“自动方式”为平时的正常运行方式，系统会通过模拟量输入模块（AI模块）从原料缓冲仓安装的雷达料位计采集料位数据，按照设定值自动启停上料设备，不需人为干预，设备与设备之间的启停都设有缓冲时间，一旦有中间设备发生故障，系统会根据DI模块监控到的现场设备运行状态自动关闭相应设备以避免事故扩大化；“联锁手动”和“解锁手动”是在系统非正常情况或排除故障以后采用的试验运行方式。

二、制粉系统

制粉系统是脱硫剂生产中的核心部分，设备包括给料设备、研磨设备、回料设备、风选设备和除尘设备组成。由于在此系统的启停阶段各设备之间没有紧密的逻辑关系，所以可以不设置自动启停，由控制室内的主操人员通过计算机监控到的设备现场工艺数据远程手动完成设备启停工作，只设置生产系统正常运行后的设备联锁保护。若研磨设备在运行过程中电流不稳定，所采用的给料设备送料均匀的情况下可使用PLC中的PID控制器命令，自动调整给料量，提高设备的稳定运行性。在风选设备工艺调整方面，可选用现在应用已十分成熟的变频器改变鼓风机转速替代原始的风门调节方法，这样即可以通过PLC远程进行精确的工艺调整，又可以大大降低风机的能耗。

三、成品输送系统

生产出的成品粉料可由粉罐车运输到电厂的炉前仓；若使用量较大，制粉厂与电厂的距离适中的情况下可采用由PLC全程自动化控制的气力输送方式进行，这套系统的逻辑控制比较复杂，一般会由设备制造厂家根据现场实际运行条件编制，在这里就不进行详细叙述了。

四、人机界面组态

人机界面组态工作即对控制室操作计算机画面的编辑，基本由设备运行监控界面、报警界面、模拟量趋势界面、数据统计界面等组成，由于大部分用户对于windows系统较为熟悉，在界面设计中应尽量兼容标准的windows界面的特征，界面的布局设计根据人体工程学的要求应实现简洁、平衡和风格一致，为了提供足够的信息量又能保证界面的清晰明了，在设计上采用控件的分级和分层布置方式；在图形和图标选择上应尽量简洁并贴合实际，优先选择普遍被大众认可的标准化图形和图标。一个设计良好的人机界面可大大降低操作人员的工作疲劳度，减少误操作的可能性，在工作使用中也应积极听取操作人员的建议和意见不断优化和改进自控界面的操作性。

第5篇

一、本科学生毕业论文的目的和内容

二、管理信息系统开发的主要步骤

三、计算机专业所选开发工具和注意事项

四、计算机毕业论文撰写格式

五、毕业论文中正文的写法和注意事项

六、结束语的写法

七、参考文献 列出毕业论文设计中主要参考书籍

八、附录的写法

九、论文评分的能用标准

一、本科学生毕业论文的目的和内容

本科学生在毕业之前必须做毕业论文，其目的是通过毕业论文，让学生独立开发一个具体的计算机应用项目，系统地进行分析总结和运用学过的书本知识，以巩固本科阶段所学的专业理论知识，并给予一个理论联系实际的机会。

为了便于实施和管理，规定网络学院计算机相关专业本科学生毕业论文主要以开发一个管理信息系统为毕业实践的课题，每个毕业生通过独立开发一个具体的管理信息系统，掌握开发一个比整完整的管理信息系统的主要步骤，并从中获得一定的实际经验。

二、管理信息系统开发的主要步骤

管理信息系统开发的主要步骤及各步骤的基本内容如下：

1、 系统分析

主要工作内容有以下几项：确定系统目标，系统可行性分析

2、 系统调查

系统的组织结构、职能结构和业务流程分析。其中系统的组织结构图应画成树状结构。

系统业务流程分析、业务流程图

3、 数据流程分析

数据流程图（系统关联图、顶层图、一层数据流图、二层数据流图）、数据词典、代码设计

4、 管理信息系统的功能设计

系统的功能结构图，每个功能模块的主要工作内容、输入输出要求等。

系统控制结构图

5、 数据库设计

概念模型设计：实体、实体间的联系、E-R图

关系模式设计：E—R图->关系模式的转换规则

关系模式

数据库表设计：数据库表结构

6、 系统物理配置方案

7、 人机界面设计

8、 模块处理概述

9、 系统测试和调试：测试计划、测试用例、测试结果

三、开发工具和注意事项

1、开发工具

开发工具可由学生任选。如Delphi、FoxPro、VB、Access等，这些工具的使用全由学生自学。

2、注意事项

（1）项目开发步骤的完整性（系统需求分析、概念设计、物理设计、系统环境和配置、系统实施以及系统测试和调试等）

（2）每个开发步骤所得结果的正确性（业务流程图、数据流程图、数据词典、HIPO图、E-R图、关系模式、人机界面设计及模块处理等的详细分析和说明）

（3）论文整体结构的完整性（前言、各个具体步骤的叙述和分析、结语、参考文献和有关附录）

（4）提供软件系统的可执行盘片及操作说明书

（5）参考资料（列出必要的参考资料）

四、毕业论文撰写格式

注意： 1．每个步骤都要有文字说明和论述 2．各个步骤必须是有机的组合，不可以支离破碎不成一体。

一、封面

二、摘要 用约200-400字简要介绍一下论文中阐述的主要内容及创新点

三、主题词 用一、二个词点明论文所述内容的性质。（二和三要在同一页面上）

四、目录 一般采用三级目录结构。 例如第三章 系统设计3.1系统概念结构 3.1.1概念模型

五、正文

第一章 前言

简要介绍： 组织机构概况、项目开发背景、信息系统目标、开发方法概述、项目开发计划等。

第二章 系统需求分析

本章应包含：

（1）现行业务系统描述

包括业务流程分析，给出业务流程图。

具体要求：业务流程图必须有文字说明，图要完整、一定要有业务传递的流程。

（2）现行系统存在的主要问题分析

指出薄弱环节、指出要解决的问题的实质，确保新系统更好，指出关键的成功因素。

（3）提出可能的解决方案

（4）可行性分析和抉择

包括技术可行性、经济可行性、营运可行性分析和抉择。

第三章 新系统逻辑方案

针对用户需求，全面、系统、准确、详细地描述新系统应具备的功能。

（1）数据流程分析

最主要的是给出数据流程图，要求满足以下条件：

A．数据流程图必须包括系统关联图、系统顶层图、第一层分解图和第二层分解图组成。B．系统关联图确定了从外部项到系统的数据流和从系统向外部项的数据流，这些数据流在其它层次的数据流中不允许减少，也不允许增加。各层次内部的数据流不受关联图的限制。 C. 数据流应有名字。 D. 外部项和数据存储之间不得出现未经加工的数据流。 E. 数据流程图的分解中，必须保持每个分层同其上层加工中的外部项和输入输出流相一致。 F. 各加工之间一般不应出现未经数据存储的数据流。 G. 数

据存储之间不得出现未经加工的数据流。 H. 数据存储可以分解。 I. 若有查询处理，应在数据流程图中表达。 J. 统计和打印报表不在数据流图中表达。

(2) 数据词典描述

可采用图表格式或较紧凑的记录格式描述 A、若采用图表格式，可只写出数据流、数据元素、加工、数据存储和外部项各一个表。 B、若采用紧凑的记录格式，则应列出全部成分。如数据元素： 编号 名称 存在于 数据结构 备注 E1 入库数

据 F1/F3/F11/F15 入库单号 日期 货号 数量 E2 出库数据 F1/F3/F11/F15 出库单号 日期 货号 数量 C、据流程图中系统顶层图的数据加工都必须详尽写出。

(3) 基本加工小说明

可采用结构化语言、数学公式等描述各个基本加工。

第四章 系统总体结构设计

（1） 软件模块结构设计 A、系统软件模块结构图，并由此导出功能分解图及层次式菜单结构。 B、系统的模块结构应与数据流程图的顶层图的加工一致。

（2）数据库设计 A、应按下列次序阐述各个元素：实体、实体的属性、实体间联系、E-R图、转换规则、关系模式。 B、在介绍实体的属性时，不应包括联系属性，联系属性直至关系模式中才出现。 C、数据流程图中的每个数据存储可隐含于E-R图中的多个实体。 D、 E-R图中的实体要与数据流程图中的数据存储相对应。每个实体要指出实体的标识码（主码）。对每个实体或联系应列出其应有的属性（用列举的方法）。 E、E-R图中至少要有一个多对多的联系。 F、必须严格按照转换规则从E-R图产生数据关系模式集，需要时作必要的优化，并说明理由。 G、对于一对一的联系，只应把任一个实体的主码放在另一个实体中作为外码。 H、一对多联系也可以产生新的关系模式，如要这样做，必须说明理由。 I、多对多联系，或三元联系必须产生新的关系模式。 J、关系模式的个数和名字要与E-R图中的实体和联系相一致。 K.、每个关系模式中要用下横线标出主码，后随的符号“#”标出外码。 L、若有代码对照表可在最后列出，需另加说明。

(3) 计算机系统配置方案的选择和设计

给出硬件配置，系统软件配置，网络通信系统配置（可选）等内容。

(4) 系统总体安全性、可靠性方案与措施。

第五章 系统详细设计

（1）代码设计 基本数据项的代码格式。

（2）人机界面设计 给出人机界面视图（输入输出接口，屏幕格式设计等）

（3）模块处理过程 根据软件环境做不同处理。 可采用脚本、程序流程图、结构化的PDL语言等。

第六章 实施概况

（1）实施环境和工具的比较选择

（2）编程环境、工具、实现与数据准备概况

（3）系统测试概况 主要包括测试计划、测试用例、测试记录。

（4）系统转换方案及实现概况

（5）系统运行与维护概况

六、结束语

（1）系统特色、局限与展望

（2）实施中遇到的挫折、创新、体会与致谢

七、参考文献 列出毕业论文设计中主要参考书籍

序号、书名或文章名、作者名、出版社或杂志名、出版日期或杂志期号。

八、附录

（1） 列出部分有一定代表性的程序代码段

（2） 操作说明书

九、论文评分标准

1、A等

系统正确无误，系统功能完善，设计步骤完整正确，实用性强，有一定的创新性，论文结构严谨，表述流畅。

2、B等

系统基本正确，系统功能基本完善，设计步骤基本完整正确，有一定的实用性，论文结构良好，表述基本流畅。

3、C等

系统有少量错误，系统功能不够完善，设计步骤欠完整，基本上没有实用性，论文结构一般，表述基本清楚。

4、不及格

第6篇

关键词 驾驶舱设计;人机工程

中图分类号：U46 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）21-0072-01

1 绪论

人机工程驾驶舱设计中的重要性：

科技的发展促使着各行各业都逐渐向自动化、智能化方向发展。在以前需要人为完成的工作在当今时代很大部分都能够由计算机来自动完成，而且比人工完成的速度更快、精确度更好，这就使得人机之间的关系发生了转变。在现今人工智能技术、自动化技术已经被人们熟练的应用机的操作中，但是不管技术如何先进，人依旧是操作的主体，在整个过程中依旧起着决定性的作用。因此，为了更好的将飞机的作用发挥出来，必须要对人的体力、心理、生理等对人们产生影响的因素做到充分的考虑，使飞机驾驶舱设计适合人的要求，构成以人为中心的统一的人-机-环境系统。

2 人机工程在驾驶舱设计中的应用

人机工程学是按照人的特性来设计和优化人-机-环境系统的科学。其主要目的是使人能安全、健康、舒适和有效地进行工作。

人机工程学与航空技术的结合，是人机工程学研究和应用的一个极其重要的方面。在航空技术（如飞机驾驶舱）的人机系统设计中，无论是人机分工、人机界面设计，引入人机工程学的原理和方法，并渗入到航空技术设计之中，进行分析、评价和设计，会进一步提高人机系统整体优化水平。

2.1 人机工程学发展概况

人机工程学作为一门科学，其建立和发展仅50余年。

第一次世界大战至第二次世界大战期间，由于军事的需要，使用了飞机、潜艇等现代化设备，开始重视兵员的选拔和训练，人机关系有所改善，主要是使人去适应已定型的机器装备。

第二次世界大战至20世纪60年代，由于新设计的武器装备不符合人的生理心理特点，即使经过严格训练的人也难以适应，并经常发生事故，从而促使人们把人机匹配的研究方向从过去的由人适应机器转向使机器适合于人。1959年，国际人类工效学学会（IEA）正式成立，标志着人机工程学已发展成为一门成熟的学科。

20世纪70年代后，人机工程已渗透至各个行业，且在高新技术领域中予以应用。1975年，国际标准化组织（ISO）成立了人类工效学标准化技术委员会（TC 159），标志着人机工程学的应用进入了一个新阶段。

人机工程学在我国起步较晚，20世纪70年代末才确立起来并获得蓬勃发展，1989年，中国人类工效学学会（CES）成立，并于1992年被国际人类工效学学会（IEA）接纳为正式成员，标志着我国的人机工程学已进入一个新的发展阶段。

2.2 人机工程设计

人机工程在飞机驾驶舱设计中应用的目的是提高驾驶员操作效率、减轻驾驶员工作负荷，以确保系统的安全可靠。飞机驾驶舱设计对人机性能有两方面的要求：1）客观的人机工程学设计原则;2）对这些设计原则的正确履行，使之在设计中转化为驾驶舱的布局、尺寸、形态等各项指标中合理的人机数据。

2.2.1 人机工程设计原则

人机工程设计中应遵循的原则是安全、高效、舒适，这三个要求是相辅相成的。

安全是人机界面设计的第一原则，评估人机界面的安全性主要从以下几个方面来进行：是否对飞行员有直接的生理伤害;是否易于造成飞行员的错误;提供一个友好的显示界面;飞行员要能够迅速有效地控制各个系统。

驾驶舱人机界面的舒适程度不仅仅关乎于驾驶人员的感觉，同时能够影响到他们的心理及生理。这对于驾驶人员能力的发挥有很大的影响，甚至间接的影响到飞行的安全问题，因此，对此我们必须加以重视。

在设计驾驶舱人机界面的过程中，设计人员通常首先考虑的都是高效原则，将设计的功能和性能作为首要问题进行考虑，而对安全以及舒适度放在了次位，或者没有做到足够重视。其实在整个设计的过程中，这三者之间是紧密相关、互相影响的。因此在设计时应该对三方面通盘考虑，突出重点。同时应该加大科研投入，设计出飞行员喜欢的人机界面。

2.2.2 人机工程在飞机驾驶舱设计中的应用

1）人体尺寸数据库及人体建模。

随着CAD、CATIA等计算机辅助绘图软件的飞速发展，在飞机驾驶舱设计中，越来越多的用到人体模型。人体模型的建立，需要广泛搜集人体尺寸数据，并建立人体尺寸数据库及相关标准。我国在2003年了飞行员专用标准《中国男性飞行员人体尺寸》GJB4856-2003。

利用飞行员的人体尺寸数据，可以在CATIA等软件中构建人体模型，来优化驾驶舱设计，使整个人机系统中的人和机器合理匹配。

2）操纵台、仪表板和座椅等设计。

驾驶员眼位确定后，在进行操纵台、仪表板和座椅等设计时需考虑驾驶员视野要求、驾驶员对操纵器件的可达性要求等。

在驾驶员眼位确定的前提下，应根据驾驶员坐姿身体尺寸设计操纵台、仪表板的位置及倾斜角度，将安全操作所需要进行观察辨认的所有显示器和控制器提供给驾驶员。使他们在需要观察一个控制器或显示器时不需要移去一个障碍物或重新调节座椅，满足第5百分位到第95百分位的驾驶员可视性、可达性要求。

飞机座椅属于工作用座椅，在座椅设计时，通过以往的飞机各元件人机工程设计原理和相关试验，按照驾驶员坐姿身体尺寸设计座高、座宽、座深、座面倾角、靠背、靠背倾角、扶手高度和坐垫，满足第5百分位到第95百分位的驾驶员可达性要求。

3）可达性、可视性评估验证。

采用电子模型与实体模型相结合的方法，供飞行员体验新飞机驾驶舱，对可视性和可达性进行评估验证，提高设计效率和质量。

利用CATIA等软件设计1：1的飞机驾驶舱模型，并用CATIA软件中的人机工程模块进行驾驶姿势评价、视域分析和可达性仿真验证，对驾驶舱的设计进行评估和完善，能够有效的缩短研制的周期并降低研制成本，给飞行员建立一个舒适、安全的飞行环境。

3 未来人机工程在驾驶舱设计中应用展望

尽管目前我们已经将CITTA等软件的人机工程设计与仿真验证应用于设计驾驶舱的过程中，但是就现实情况而言还不能够完全的满足驾驶员体验驾驶舱的要求，而且因为软件中生成的人体模型没有穿着衣物，这样对衣物尺寸的设计会有很大的影响。虚拟座舱的适时出现能很好的解决这一问题。

虚拟座舱是虚拟现实技术在航空领域的重要应用。虚拟座舱有临境性、交互性和想象力的特点，能使人进入一种封闭的虚拟环境，通过人机接口输出3维视觉、听觉和触觉信息，多通道刺激人的感官，从而使人在头脑中形成身临现实环境的感觉;同时，又能接受人的手指动作、话音、头眼指向等多通道控制信息，实现人机交互。

参考文献

第7篇

关键词： 人类工效学；设计；SolidWorks；CATIA

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）06-0119-01

0 引言

随着计算机技术的发展，在概念设计阶段使用三维数字化人机工程设计是现代工业设计的必然要求。以人体参数为基础建立的数字人体模型是描述人体形态和力学特征的有效手段，是研究、分析、设计和评价人机系统不可缺少的测量和模拟工具。目前可进行人机工学分析的软件较多，本文尝试以SolidWorks和CATIA这两种三维软件为例来探讨计算机辅助技术在人类工效学方面的应用。

1 建立模型的思路

由于SolidWorks软件基于具体的尺寸绘制草图完成建模，然后通过在装配体文件中添加几何关系组成完整的人体模型。所以在创建之前需要计算出各个人体百分位所针对的主要部位尺寸。笔者首先进行了油田作业工人的人体测量工作，由于人体测量中所得到的测量值，都是离散的值随机变量，大多数都符合正态分布(高斯分布)规律，因而可根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数[1]。

通过实际测量，利用上述方法可以计算出对应人体尺寸百分位5%、10%、50%、90%、95%共5组模型尺寸。由于所有部位零件都使用了SolidWorks的配置功能，所得到的最终模型通过选择不同配置就可以改变各部位的尺寸比例。

CATIA与SolidWorks不同，它具有专门的人机分析模块，还提供了美国、加拿大、韩国、日本和法国的人体模型数据库，遗憾的是没有中国的人体模型。这里笔者依据韩国人人体模型的各部位比例和测量参数，通过修改模型库中韩国人的相关参数[2]，还可以建立针对目标人群的文件来实现，如图1所示，当定义完人体模型相关数据后导入CATIA的人体模型库，然后再确定要建立的人体模型的父系产品、人体模型名、性别、百分数，就能生成中国地区的虚拟人体模型[3]。

2 人机优化方法的不同

使用SolidWorks笔者建立了一个操作平台,这里对于操控域设置为站姿操作方式来进行设计。以空间分析为例，根据人机工学对站姿操作评估的需求，作业面高度同作业姿势有关。一般在站姿作业时，身体向前或向后倾斜以不超过10°～15°为宜，工作台高度一般为操作者身高的60％左右。当台面高度为900mm～1100mm时，台面处于最佳作业区内[4]。以此为依据，可以参考导入的人体模型对平台进行优化，将作业人员所处的作业空间尺寸设定为1100mm*900mm的空间，满足作业岗位中横向活动间距大于1000mm的要求，参考建立的人体模型还可以近一步设定操控台面的最低线距离操作站立面的距离为1135mm，由于操控台平面为坡面，最高处与最低处的高度差为111mm，则可以算得操控平面中线距离作业站立面的高度为1191mm，在身高60%的比例高度稍微偏高处，在软件中完全适合我们所测得的平均身高为1753mm的华北地区作业人员使用。操控台宽度为540mm，与虚拟人体模型肩宽接近，两侧各多出83mm。这样作业者作业时手臂减少横向的施力，可以降低肌肉疲劳。依据以上人机工学评价标准，我们最终完成的操控域的优化设计工作。

这里我们将修井机的操控域设计为室内坐姿作业方式。CATIA也具有独立建模的能力，首先对操控域进行建模，然后导入建立好的人体模型。在对现场作业姿势有了充分了解后，可以利用约束工具进行身体部位与其它虚拟物体的定位，利用干涉检查和终止干涉来避免虚拟人体模型的身体和虚拟物体的重合，使人体模型姿势符合作业姿势。

由于CATIA具有人体模型姿态分析（HPA）模块，所以我们可以直接针对这一坐姿，利用CATIA的姿态评估大腿与小腿夹角的舒适度为92.6%。同理对其他模型部位进行评估。以这一坐姿为依据，我们可以调整操控域的座椅以及作业台的具体尺寸，使得操控域满足作业人机舒适性的要求。

3 结论

在对操作平台操控域两种不同方案的人机优化过程当中我们可以得到以下结论：SolidWorks和CATIA虽然都能进行三维建模，但是在建模方面SolidWorks采用参数化驱动模型，用数值参数和几何约束来控制三维几何体建模过程要更加简便易行，当发现不符合人机工学要求的尺寸时可以及时修改。其不足之处是当人体模型建立完成之后没有一个专门的人机分析模块对方案进行智能化分析，需要借助工程图和零件图依据人机工程学的人机评价标准来人工调整。而CATIA虽然在所建立模型的编辑和调整上不如SolidWorks便捷，但是它拥有专门的人体模型构造（HBR）模块和人体模型姿态分析（HPA）模块，可以很快地对所需作业姿势进行优化评价。评价结果以分数来显示清晰明了。

通过以上比较我们可以总结出这样的一个设计思路，如果结合两个软件各自的优势，利用SolidWorks对操作平台进行建模工作，然后使用CATIA软件确定最佳的作业姿势，最终以这一姿势所需要的具体人机尺寸来修改SolidWorks中建立的操控域模型，这样整个设计过程会更加便捷有效。

参考文献：

[1]载敏．基于人机工程的动态人体模型研究和应用．四川大学研究生学位论文．2004（5）：12-13.

[2]郝增涛．80型轮式装载机驾驶室人机工程学设计.吉林大学，2008：62-63．

第8篇

关键词:变电站；综合自动化；系统设计

综合自动化技术的发展，使得变电站综合自动化系统在发供电企业被广泛的利用。且变电站综合自动化系统比传统继电器具有更强的功能。发电厂继电保护装置作为电力系统安全保障的重要部分，对于发挥整个电力系统的安全运行和系统装置具有重要的意义。但是目前由于自然和人为方面的原因使得发电厂故障的发生率比较高，而继电保护装置能对系统故障起到很到切除和保护作用。研究变电站综合自动化系统对于更好的解决电力系统的安全问题具有很强的现实性。

1.设计原则

变电站综合自动化系统的实施，主要是为了满足电厂改造的现实需求，且尽可能的减少停电等电力故障的发生。因此在系统的改造设计中应该尽可能的满足设计的原则。其中主要的一些原则有：（1）实用性原则。该原则是系统设计原则中的首要原则，在系统设计中该原则主要是通过系统中的系统操作应该尽可能的满足简单、易懂且根据系统运行的实际情况出发，在充分利用已有资源的前提下进行的。（2）可靠性原则。该原则是为了保证系统的可靠运行而设立的。目的是在系统的设计过程中充分保证系统的硬件设备的可靠性、软件系统的可靠性、系统集成的可靠性等。（3）先进性原则。在系统设计中应该引入先进的系统设计思想和理念。保证设备的先进性和设计思想的先进性。（4）可扩充性原则。系统设计中可扩充性原则是指系统容量的可扩充性和系统功能的扩充性。（5）开放性原则。主要是指系统设计应该是一个便于系统集成和信息共享的灵活、开放系统。（6）此外，系统配置和网络结构原则和电信号及告警信号接入原则。主要是在系统设计方面网络结构以站控层、网络层、间隔层为主，信号以遥信信号、遥测信号、遥控信号、事故信号等为主。

2.变电站综合自动化系统结构

变电站综合自动化系统结构主要由集中式结构、分布式结构、分布分散（层）式结构所组成的。

2.1集中式结构

集中式结构是指机集中式系统采用功能较强的具有扩展输入/输出功能的计算机，并以模拟信号和数字信号的集中采集为主，对信息进行相关的处理和计算，并实现了计算机的自动控制、微机监控、微机保护等功能。在该结构中最主要的特点是集中式结构具有实用性好、造价低、体积小、结构紧凑、能保护变电站的设备和线路、同时可采集变电站的数据信息和模拟量信号等。该结构同时也存在着很多的缺陷，例如：该结构的设计比较复杂繁琐、工作量大，对不同规模的变电站软硬件的系统设计不同，计算机的功能较集中不便于计算机的管理，该保护与常规的相比而言，缺乏直观性、程序设计和调试维护都比较麻烦等等。这些缺陷严重的阻碍了集中式结构的设计。

2.2分布式结构

分布式结构是指通过变电站综合自动化系统的单个功能分散给多台计算机而得以实现的。该系统设计主要是以功能设计为主，目的是解决CPU的运算处理问题，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力。一般在多个CPU之间选用优先级的网络系统并采用串行通信方式或者网络传输以实现数据通信，从而很好的解决了数据传输的瓶颈问题，同时系统的实时性也得到了提高。分布式结构的最大的优点是能便于系统的扩展和维护，同时局部故障的发生对其它模块正常运行不产生影响。因此该结构可以适合应用于中、低压变电站，并可通过分层组屏和集中组屏进行安装。

2.3分布分散（层）式结构

按逻辑分布分散（层）式结构系统把变电站综合自动化系统分为变电站层(站级测控单元)和间隔层(间隔单元)两层或者分为间隔层、通信层、变电站层三层。该结构系统的最大特点是设计思路是依据变电站的断路器间隔所设计。该结构系统的主要优点是系统可靠性高、变电站二次系统的配置比较简单，系统由于受标准化和自动化的间隔级控制单元控制使适用率更高。此外，具有灵活的组态和软件逻辑设计也是一个重要的优点。

3.综合自动化系统软件设计

综合自动化系统软件设计是指在既能够满足实时性要求同时又保证数据的可靠性、开放性和安全性的前提下的设计的系统软件。它包括的模块主要有：系统软件结构、系统软件配置、微机保护主程序、采样中断服务程序、故障处理程序、微机保护通讯设计等部分。其中系统软件配置主要是通过接口软件和保护软件两部分的配置构成。在微机保护主程序中主要包括初始化、自检、开放中段与等待中断、自检循环四个部分。

4.数据库设计

数据库设计是一个复杂的过程。他主要包括：数据变化类型、物理结构设计、逻辑结构设计、数据类型、数据处理、表结构设计等组成。其中数据变化类型中就包含了静态数据、动态数据、供电运行历史数据。数据库中包含了实时数据库和历史数据库。实时数据库主要是完成静态数据的管理，其中主要包括基本信息库和网络信息管理库、实时信息库、设备及其参数信息库等，为分布式内存数据库，采用的是通过磁盘完成的持久性存储。而历史数据库主要是通过SQL、SERVER.实现的。在数据类型方面，主要包括基本的数据类型、特殊数据类型和缺省值构成。并通过数据计算、数据转发、数据存储、表表生成、系统校时等功能对系统数据进行处理。对于表结构设计而言，表是SQL SERVER的重中之重，是存放所有数据库文件、系统配置文件的场所。对于数据库的设计意义重大。

5.人机界面设计

人机界面设计的主要内容包括：数据及参数的查询、实时告警、事故追忆、保护信息四个部分。其中界面主要显示的内容有：当地/远方控制的选择、信号复归；保护装置的投入和退出；设备运行/检修的设置；变压器分接位置的控制；控制闭锁的设定；报警的界限、设置与退断路器及隔离开关的操作；手动/自动设置；保护类型的选择及定值的更改；运行操作人员密码的更改；帮助值班人员妥善处理事故；各种报表和负荷曲线；值班记录；退出运行的设备和装置的保护配置；保护整定值；变电站内一次设备的运行情况；事件的顺序记录；系统的实时运行参数；系统的主接线；事故记录；报警画面与提示信息；控制系统的配置等。人机界面的最大优势是值班人员可以随时、全面地了解供电系统及变电站的运行情况。其次，数据及参数的查询包括告警信息的查询、数据的查询、实时曲线的查询、历史曲线的查询、设备参数的查询五个方面且对每个方面都在该设计系统中有较为详细的说明和操作步骤。再次，实时告警是分析告诫时间的同时，并对告诫事件的结果进行处理并给用户提供相应的处理系统情况的事件信息。同时记录事故发生前后的运行情况，对事故的原因进行分析追忆。最后，对保护信息的操作和浏览进行保护信息的管理。

6.结语

在变电站综合自动化系统中变电站本来就承担着变换电压、输送电能的角色，除此以外变电站综合自动化系统还包括一个控制系统的功能作用，他对电力系统的二次回路即保护回路、控制回路、测量回路等出现的接线复杂、元件多、可靠性低等特点提出了新的系统设计思路，本文重点完通过设计综合自动化系统的软件程序，数据库设计和人机界面设计旨在日益完善计算机控制技术在变电站综合自动化系统中的应用。

参考文献：

[1]张明君，拜洪涛.电力系统微机保护.北京:冶金工业出版社,2002，58-63

[2]张宇辉.电力系统微型计算机继电保护.北京:中国电力出版社,2000，201-215

第9篇

关键词：人性化；网站界面设计（UI）；老年人

网站界面设计，英文的全称是Web User Interface Design，又叫UI设计。包括三个方面：可用性，交互设计和视觉设计。通常研究的是让网站的界面具有更多的可用性，更良好的用户体验，以及更美观的视觉设计，概言之就是“人性化设计”。[1]在全球人口逐渐老龄化的今天，应该把更多的“人性化设计”真正应用在老年人这一弱群体上。本文旨在从老年用户的生理和心理各要素出发进行综合考虑，探析以老年用户为中心的网站界面（UI）设计要点。

1 老年用户研究

设计优秀老年用户网站界面的先决条件是与老年用户进行有效的交流，充分理解老年用户的需求，重视老年用户的生理和心理特征。

1.1 老年网民用户人数众多

据调查显示，近些年来，我国老年网民的比例一直在攀升，增长率已经超过了网民总体的增长速度，对于互联网的应用日益广泛。根据相关统计报告显示，2008年年底，51～60岁的网民从1999年的10.6万人增长到1251.6万人，60岁以上的由3.5万增长到447万人。虽然我国老年网民绝对数量不多，10%不到，处于上网人群的弱势群体，但却是以令人瞩目的速度增长着。

1.2 老年人对互联网的多样化需求

老年人由于心理上和生理上的变化，与儿童、少年、青年人和中年人人群有着不同的特殊需求。根据The Usbased Spry基金会报告显示，老年人的需求主要表现在四个主题：财产安全、身体健康、精神愉悦和良好的社会氛围以及参加智力活动。[2]具体表现在：获取相关信息，一些老年人希望上网浏览和查询最新的外界信息保持“耳聪目明”的状态，有些则是投身老年论坛，希望利用网络查询、浏览养生保健和常见疾病等信息沟通交流，有些希望通过网络和子女视频聊天、互发邮件；财务管理，还有相当一部分老年人希望能够使用网络来购物、买卖股票以及付账等。总之，老年人对互联网的多样化需求一点都不亚于其他人群。

1.3 老年人的生理和心理特点

从50岁到60岁这个阶段，明显地会出现一些衰老的迹象，主要表现在容易健忘，爱发脾气，认知过程缺乏适应能力；视觉模糊，色彩辨别力降低，视野范围和判断距离的能力通常大大不如过去；动作缓慢，手眼配合欠佳，听觉便开始逐渐减退。[3]总之，因此，随着年龄增长，工作效率逐渐下降。具体表现如下：

（1）近距离视力退化更大。比如在35厘米左右的读书距离内，视力减退的惊人，并伴有老眼昏花。据统计，70岁健康老人的视力超过0.6的只有51.4%。

（2）听力显著下降。特别是对较复杂和速度快的语言的理解，男性比女性减退的更明显。老年人并不知道自己的听力在下降，而是认为别人说话不清楚。

（3）记忆的减退，但也有自己的特点，比如老年人对往事的记忆清晰，而对新近发生过的事物或者新近学习过的内容遗忘较快；对需要将记忆材料进行组织加工使之进入长时储存方面的记忆力较差；老年人的意义识记减退较少，机械识记减退较多。例如，老年人对人民、地名、数字等东西的记忆效果就不好；

（4）思维能力弱化。在调查里，许多老年人常常抱怨自己已经不能像早先那样很好的思考问题了，这反映人的思维能力到老年时出现逐渐衰老的趋势。

2 以老年用户为中心的网站界面设计要点

在对老年用户做了研究之后，笔者认为适宜老年人的网站界面设计的总体原则是以人性化为本，同时注意网站的易用性，规范性，美观性，具体如下五点：

2.1 将操作任务化繁为简

在越来越强调人机交互的今天，对于老年用户来说，最好的人机交互就是简化操作任务，减少不必要的任务，[4]尽量让老年用户在网站上面的操作变得简单，同时又不宜出错。比如强调基本功能，尽量减少和弱化附加功能。如Gmail的登陆界面，简化到“登录信息+登录设置”即可，无须要其他的附加信息。

2.2 合理的信息显示

互联网的根本目的是提供信息，合理的信息显示包括两方面的内容：划分信息功能区和减少视觉密度。[5]

（1）划分信息功能区。当页面的信息较多时，为了避免视觉混乱，应该划分信息功能区。最重要的信息放在页面的视觉中心；同一类的信息放在一起，并与其他类信息间隔一定的空间；同一类的信息用同一种颜色或同一色系的颜色来表示；不同信息区又可以用不同背景色来区分。

（2）减少视觉密度。网站界面需表达的信息很多时，易造成界面看起来非常拥挤，信息挤在一团，对于老年人来说很难一眼就能获得所需的信息。因此，必须减少视觉的密度，比如：考虑适当的留白，适当的留白将使整个界面看起来清楚而美观；降低品牌识别logo、名称的大小，无需为了彰显品牌形象而刻意放大；使用简单的图形，尽量平面化，不要使用过度复杂的图像；使用空白空间，而非线条去区分文字内容；使用简洁的语句表达信息，避免内容过多等等。

如upcoming的首页设计，依据信息的不同类别划分板块，并按重要性摆放在相关位置。焦点活动咨讯配图放在视觉中心点，紧接着下面是活动信息介绍，左边的活动类型板块，右边是活动的辅助信息。信息安排布局井然有序，是划分信息功能区和减少视觉密度的最佳例子之一。

2.3 合理的文字规划

文字对于网站界面的作用不言而喻，对于老年用户来讲，网页文字的漂亮是建立在易读易辨的基础上的，合理的文字规划，主要表现为以下两个方面：[6]

（1）文字内容尽量简洁，配上有意义的图标或者图片，同时应该避免使用专业术语。字体的选择也要易于老年用户辨认，网页默认的字体是宋体。可以根据需要选择一些特别字体。例如，为了体现专业可以使用粗仿宋体，体现设计精美可以用广告体，体现亲切随意可以用手写体等等，但前提是一定要易于老年人辨认。

（2）井然有序的排版。有时候别出心裁的界面设计或许会带给使用者眼睛一亮、赏心悦目的视觉感，但无论何，井然有序的文字区规划，才易达成最有效、最舒适的效果。如有较多的说明文字，要让说明具有顺畅地阅读连贯性。举个例来说，一个向中对齐与一个向左对齐的文字区块，明显地，向左对齐的区块读起来顺畅多了，因为使用者在读完一行字后，自然而然往左下方继续读下去，不需要重新找寻开头，相较之下，向中对齐的区块看起来混乱多了。因此，有规矩地文字区规划将可大幅度提升用户界面的品质。

2.4 合理的色彩规划

网站界面的色彩对于老年人来说同样重要。老年人的视觉衰退很明显，一个好的色彩规划可以提高界面的视认性，从而提高操作的准确性和效率；可以减轻视觉上的疲劳。另外，通过色彩规划来增强界面的美感和亲和力。[7]

具体来讲，老年用户界面中，最好不要超过3到5种颜色。大区域最好使用浅色调，如白色、浅灰等。对于老年人而言，配色要采用视认性高的色彩，要加大色彩的对比度，背景与主体对比度要大，背景色不宜采用有金属反光的颜色，如银色和金色。对于重要的按钮或信息要用诱目性高的色彩来表达，但颜色不宜过多，且区域不可以太大，否则看起来过度混乱，缺少美感，也容易造成视觉上的疲劳。

2.5 细节为王

对于老年用户来说，细节同样重要，比如尽量使用有意义的图标，尽量不要使用生涩难懂的专业术语，注意提供精确的导航提示，提供声音控制，尽量减少噪音干扰，克制使用新技术的欲望等等。

3 结束语

关注老年人网站界面设计，是以人为本的需要，也是国内所有优秀设计师的责任。限于篇幅有限，对于老年人使用的网站界面设计，笔者也只能泛泛而谈，有所不足和欠缺，还望读者指正。同时，撰写本文，以期抛砖引玉，引起大家对老年人更多的关爱和设计出更多更好适宜老年人使用的产品。

参考文献：

[1] 刘春花.基于用户体验的界面设计UI研究[C].天津工业大学硕士学位论文，2007（12）.

[2] 杨足.老年人使用的家电的人机界面设计研究[C].江南大学硕士学位论文，2004（06）.

[3] 廖晔.网页界面设计及其学科相关性研究[C].湖南师范大学硕士学位论文，2006（04）.

[4] 赵侃用户体验设计――网页界面设计的重中之重[J].艺术与设计（理论），2010（09）.

[5] 何荣.浅析网站界面设计[J].科技信息，2008（26）.

[6] 宗明明.老年人网站界面设计前景分析[J].设计（Design），2012（10）.

第10篇

关键词计量；数据采集；网络系统

1引言

安钢计量信息平台系统设计包括系统总体设计和详细设计，包括硬件及软件两部分，主要描述的是该系统的组成与运行过程。按照计量信息需求及的实际情况，系统采用浏览器/Web/数据库服务器三层分布式结构。计量信息共享平台是一个人机对话系统，从物理机构上看，它主要是由计算机、硬件设备、软件、数据和用户组成。

为达到本系统设计目标，在设计中遵循以下几个原则：实用性，可用性，先进性，易用性，人机分工合理性几个方面。根据信息平台的实际情况，对各个具体功能和细节进行分析和系统开发，根据用户需求，在Windows环境下，采用当前最为流行的开发工具进行开发，建立人机友好，可视化的用户界面，输入方便快捷，输出信息易读易懂。

2体系结构设计

本信息共享平台采用三层B/S结构，B/S结构中只安装一个服务器，而客户端采用浏览器运行软件。在数据管理层和用户界面增加了一层结构，称为中间件，使整个体系结构分为三层。中间件主要提供以下功能：负责客户机与服务器、服务器与服务器间的连接与通讯，实现应用与数据库的高效连接。这种三层结构在层与层之间相互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能。

3系统总体设计

图1系统功能结构图

根据系统的要求，在建立计量信息共享平台之前，首先做好数据的采集工作。统一数据是建立信息共享平台的基础。在计量信息共享平台上，数据层是基础，通过数据的共享和交换处理形成信息，然后利用技术手段把信息总结、分类和归纳形成知识层，在此之上提供管理与决策支撑。根据系统的需求分析，确定系统的功能如下：基础数据、电能计量、动力量数据处理、轨道衡数据处理、工作计划、供应处数据、管理查询、权限管理、设备维护、设备信息、生产数据、实时监控、数据查询、数据维护、采集数据上传、原始数据查询、组织机构等功能。整个系统的功能结构图如图1所示。

4整体网络方案设计

安钢计量信息共享平台的建设，首先是网络系统的建设，整体网络采用千兆义太网技术，在硬件网络布线设计上采用了分层的结构，分为：核心层、汇聚层、接入层。

网络核心层采用2台高性能万兆路由交换机ExtremeAspen8810交换机组成，放置在数据中心机房作为核心设备，提供与四个汇聚交换机的互连和服务器的连接。网络汇聚层设置四个节点(网络交换中心)，分别放置在回皮轨道衡、计控部、热送称、黑河路，每个汇聚层节点配置一台高性能的Extreme的SummitX450汇聚交换机。对于接入层，有的地方使用已有的DlinkDES系列交换机，有的地方节点数较少，甚至只有一个节点，就直接连到汇聚层交换机上。接交换机的地方有：回皮轨道衡交换中心在计控仓库、焦粉称、西站配置三台接入层交换机；计控部交换中心在250t/300t称配置一台接入层交换机；热送称交换中心在进厂称配置一台接入层交换机；黑河路交换中心在三炼轨道衡配置一台接入层交换机。四个交换中心共配置6台接入层交换机。其网络拓扑结构如图2所示。

图2安钢计量数据网络拓扑结构

5软件详细设计

5.1软件平台设计

操作系统：选用MSWindows2000高级服务器；数据库系统：选用MSSQL2000；系统采用三层B/S的逻辑体系结构，前端用户界面为浏览器。在数据库和前端业务界面之间为业务逻辑层。采用微软.NET框架开发。对外的服务功能以Web服务的形式提供。

5.2信息共享平台整体结构设计

从逻辑功能角度分析，把该系统分为应用系统和支撑系统两大部分。支撑系统是整个系统继承的物质基础，包括计算机系统、通讯网络系统、数据库系统和工具层。应用系统是建立在支撑系统之上，根据在子系统中的作用领域又分为计量数据管理系统和现场数据采集两个应用子系统，两者之间通过支撑系统的网络通讯系统实现物理集成，通过数据库系统实现信息集成。系统基本结构图如图3所示。

.3数据采集层系统设计

数据采集层完成现场数据的采集，包括能源量采集系统的升级，物资量采集软件的编制与更新，它是信息共享平台的数据来源。

能源量采集网络采用”893”单总线结构。硬件上把所有能源量计量网络划分为四个小的子网络，每个网络设一个数据采集子站，由子站完成各子网内的数据采集，子站就近通过光纤在义太网上进行数据交换和网络控制，同时设立一个中心站完成数据的汇总、分析和网络传输。软件使用北京亚控公司的组态王软件对能源量采集系统进行开发。对电量采集数据，使用自编的数据采集软件把全部电站的结算电表数据实时采入计算机数据库，并进入数据中心数据平台，由数据中心按不同用户的需要对授权用户提供数据查询与监控。物资量采集程序开发工具使用Delphi6.0+MSDE数据库进行开发，完成数据采集任务，并存入本地采集站的数据库中，由远程数据库服务器通过“存储过程”完成将本地的数据上传到数据库服务器，经过加工、处理后提供和授权用户查询。

系统采用上传模型：(采集上传的数据主要包括：能源量数据、轨道衡计量数据、汽车衡计量数据、皮带称计量数据、在线称计量数据、电量计量数据。)

图3系统基本结构图

5.4管理层系统设计

管理层完成对现场计量数据的采集和管理、分析与应用等功能，整个系统采用三层B/S模式结构，数据存储部分由SQLServer2000完成，业务逻辑层使用开发完成，表示层使用完成开发。系统主要完成系统中提供的能源量及物资量数据的归类、处理、及相关功能的实现，是信息共享平台的主要部分。

5.5支撑系统设计

被分为四个层次：计算机层、通讯网络层、数据库层、工具层。

工具层介于应用系统和计算机网络/数据库系统之间的软件工具的集合。包括开发工具和集成工具。数据库层是计量数据网络系统中所使用的数据库系统，处于通讯网络层之上，在计算机网络的支持下，为应用系统提供信息存储、管理、共享和集成的手段。本系统涉及数据采集系统的本地数据库及管理信息系统的数据库。计量信息共享平台均采用关系模型。数据库的设计关键是表的设计，信息共享平台应用的数据库表有两种：本地数据库表；管理层数据库表。通讯网络层是计量数据网络系统中数据通讯的载体和枢纽，计量信息共享平台通过完落系统，是计算机之间、计算机与计量设备之间连接，实现了整个系统的网络集成，支持和保障了计量数据网络系统的信息集成。采用混合型网络拓扑结构，TCP/IP协议。计算机层是支撑系统的底层。本系统要求客户端计算机为PⅢ以上，安装Windows2000Professionnal；服务器设计为双冗余、群集方式，运行MicrosoftWindows2000AdvanceServer。

5.6人机监控界面设计

监控画面是人机交互的界面，一个软件系统是否成功，最终的检查标准是它能否使用户感到满意。本系统人机交互包括两个方面：一方面是人对系统的输入，包括向系统下达的命令，提供的命令参数和系统所需要的其它输入信息；另一方面是系统向人提供信息，即输出。输出信息一般有三种：提示信息；系统向人报告的计算或处理结果；系统对输入操作的反馈信息。本着使用简便、界面一致、及时反馈与美观的原则，结合计量信息共享平台的功能需求，应用面向对象的方法进行系统的人机界面设计。

6结束语

以上详细论述了安钢计量信息平台的总体设计和详细设计，将整个系统按照横向和纵向分层介绍，采用具体的方案设计了安钢信息计量平台。该系统在实际中得以很好的应用。

参考文献

[1]杨海鹰，，陆婉珍.信息管理系统应用设计.现代科学仪器［M］，1996(1)：32~45

[2]黄梯云，李一军.管理信息系统［M］.北京：高等教育出版社，1999.34~40

[3]做好能源计量工作的三点意见［J］.中国计量，2006(12)：4~5

[4]陈燕.重庆大学人事管理系统的设计与开发：[硕士论文].［D］保存地点：重庆大学图书馆，2002.

[5]王鹏，董群.数据库技术及其应用.［M］北京：人民邮电出版社，2000.1：101~171

[6]王春海，张晓莉，王金珠.企业网络应用解决方案——从需求分析到配置管理.［M］北京：兵器工业出版社，2006.79~99

第11篇

关键词计量；数据采集；网络系统

1引言

安钢计量信息平台系统设计包括系统总体设计和详细设计，包括硬件及软件两部分，主要描述的是该系统的组成与运行过程。按照计量信息需求及的实际情况，系统采用浏览器/Web/数据库服务器三层分布式结构。计量信息共享平台是一个人机对话系统，从物理机构上看，它主要是由计算机、硬件设备、软件、数据和用户组成。

为达到本系统设计目标，在设计中遵循以下几个原则：实用性，可用性，先进性，易用性，人机分工合理性几个方面。根据信息平台的实际情况，对各个具体功能和细节进行分析和系统开发，根据用户需求，在Windows环境下，采用当前最为流行的开发工具进行开发，建立人机友好，可视化的用户界面，输入方便快捷，输出信息易读易懂。

2体系结构设计

本信息共享平台采用三层B/S结构，B/S结构中只安装一个服务器，而客户端采用浏览器运行软件。在数据管理层和用户界面增加了一层结构，称为中间件，使整个体系结构分为三层。中间件主要提供以下功能：负责客户机与服务器、服务器与服务器间的连接与通讯，实现应用与数据库的高效连接。这种三层结构在层与层之间相互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能。

3系统总体设计

图1系统功能结构图

根据系统的要求，在建立计量信息共享平台之前，首先做好数据的采集工作。统一数据是建立信息共享平台的基础。在计量信息共享平台上，数据层是基础，通过数据的共享和交换处理形成信息，然后利用技术手段把信息总结、分类和归纳形成知识层，在此之上提供管理与决策支撑。根据系统的需求分析，确定系统的功能如下：基础数据、电能计量、动力量数据处理、轨道衡数据处理、工作计划、供应处数据、管理查询、权限管理、设备维护、设备信息、生产数据、实时监控、数据查询、数据维护、采集数据上传、原始数据查询、组织机构等功能。整个系统的功能结构图如图1所示。

4整体网络方案设计

安钢计量信息共享平台的建设，首先是网络系统的建设，整体网络采用千兆义太网技术，在硬件网络布线设计上采用了分层的结构，分为：核心层、汇聚层、接入层。

网络核心层采用2台高性能万兆路由交换机ExtremeAspen8810交换机组成，放置在数据中心机房作为核心设备，提供与四个汇聚交换机的互连和服务器的连接。网络汇聚层设置四个节点(网络交换中心)，分别放置在回皮轨道衡、计控部、热送称、黑河路，每个汇聚层节点配置一台高性能的Extreme的SummitX450汇聚交换机。对于接入层，有的地方使用已有的DlinkDES系列交换机，有的地方节点数较少，甚至只有一个节点，就直接连到汇聚层交换机上。接交换机的地方有：回皮轨道衡交换中心在计控仓库、焦粉称、西站配置三台接入层交换机；计控部交换中心在250t/300t称配置一台接入层交换机；热送称交换中心在进厂称配置一台接入层交换机；黑河路交换中心在三炼轨道衡配置一台接入层交换机。四个交换中心共配置6台接入层交换机。其网络拓扑结构如图2所示。

图2安钢计量数据网络拓扑结构

5软件详细设计

5.1软件平台设计

操作系统：选用MSWindows2000高级服务器；数据库系统：选用MSSQL2000；系统采用三层B/S的逻辑体系结构，前端用户界面为浏览器。在数据库和前端业务界面之间为业务逻辑层。采用微软.NET框架开发。对外的服务功能以Web服务的形式提供。

5.2信息共享平台整体结构设计

从逻辑功能角度分析，把该系统分为应用系统和支撑系统两大部分。支撑系统是整个系统继承的物质基础，包括计算机系统、通讯网络系统、数据库系统和工具层。应用系统是建立在支撑系统之上，根据在子系统中的作用领域又分为计量数据管理系统和现场数据采集两个应用子系统，两者之间通过支撑系统的网络通讯系统实现物理集成，通过数据库系统实现信息集成。系统基本结构图如图3所示。

5.3数据采集层系统设计

数据采集层完成现场数据的采集，包括能源量采集系统的升级，物资量采集软件的编制与更新，它是信息共享平台的数据来源。

能源量采集网络采用”893”单总线结构。硬件上把所有能源量计量网络划分为四个小的子网络，每个网络设一个数据采集子站，由子站完成各子网内的数据采集，子站就近通过光纤在义太网上进行数据交换和网络控制，同时设立一个中心站完成数据的汇总、分析和网络传输。软件使用北京亚控公司的组态王软件对能源量采集系统进行开发。对电量采集数据，使用自编的数据采集软件把全部电站的结算电表数据实时采入计算机数据库，并进入数据中心数据平台，由数据中心按不同用户的需要对授权用户提供数据查询与监控。物资量采集程序开发工具使用Delphi6.0+MSDE数据库进行开发，完成数据采集任务，并存入本地采集站的数据库中，由远程数据库服务器通过“存储过程”完成将本地的数据上传到数据库服务器，经过加工、处理后提供和授权用户查询。

系统采用上传模型：(采集上传的数据主要包括：能源量数据、轨道衡计量数据、汽车衡计量数据、皮带称计量数据、在线称计量数据、电量计量数据。)

图3系统基本结构图

5.4管理层系统设计

管理层完成对现场计量数据的采集和管理、分析与应用等功能，整个系统采用三层B/S模式结构，数据存储部分由SQLServer2000完成，业务逻辑层使用开发完成，表示层使用完成开发。系统主要完成系统中提供的能源量及物资量数据的归类、处理、及相关功能的实现，是信息共享平台的主要部分。

5.5支撑系统设计

被分为四个层次：计算机层、通讯网络层、数据库层、工具层。

工具层介于应用系统和计算机网络/数据库系统之间的软件工具的集合。包括开发工具和集成工具。数据库层是计量数据网络系统中所使用的数据库系统，处于通讯网络层之上，在计算机网络的支持下，为应用系统提供信息存储、管理、共享和集成的手段。本系统涉及数据采集系统的本地数据库及管理信息系统的数据库。计量信息共享平台均采用关系模型。数据库的设计关键是表的设计，信息共享平台应用的数据库表有两种：本地数据库表；管理层数据库表。通讯网络层是计量数据网络系统中数据通讯的载体和枢纽，计量信息共享平台通过完落系统，是计算机之间、计算机与计量设备之间连接，实现了整个系统的网络集成，支持和保障了计量数据网络系统的信息集成。采用混合型网络拓扑结构，TCP/IP协议。计算机层是支撑系统的底层。本系统要求客户端计算机为PⅢ以上，安装Windows2000Professionnal；服务器设计为双冗余、群集方式，运行MicrosoftWindows2000AdvanceServer。

5.6人机监控界面设计

监控画面是人机交互的界面，一个软件系统是否成功，最终的检查标准是它能否使用户感到满意。本系统人机交互包括两个方面：一方面是人对系统的输入，包括向系统下达的命令，提供的命令参数和系统所需要的其它输入信息；另一方面是系统向人提供信息，即输出。输出信息一般有三种：提示信息；系统向人报告的计算或处理结果；系统对输入操作的反馈信息。本着使用简便、界面一致、及时反馈与美观的原则，结合计量信息共享平台的功能需求，应用面向对象的方法进行系统的人机界面设计。

6结束语

以上详细论述了安钢计量信息平台的总体设计和详细设计，将整个系统按照横向和纵向分层介绍，采用具体的方案设计了安钢信息计量平台。该系统在实际中得以很好的应用。

参考文献

[1]杨海鹰，，陆婉珍.信息管理系统应用设计.现代科学仪器［M］，1996(1)：32~45

[2]黄梯云，李一军.管理信息系统［M］.北京：高等教育出版社，1999.34~40

[3]做好能源计量工作的三点意见［J］.中国计量，2006(12)：4~5

[4]陈燕.重庆大学人事管理系统的设计与开发：[硕士论文].［D］保存地点：重庆大学图书馆，2002.

[5]王鹏，董群.数据库技术及其应用.［M］北京：人民邮电出版社，2000.1：101~171

[6]王春海，张晓莉，王金珠.企业网络应用解决方案——从需求分析到配置管理.［M］北京：兵器工业出版社，2006.79~99

第12篇

关键词计量；数据采集；网络系统

1引言

安钢计量信息平台系统设计包括系统总体设计和详细设计，包括硬件及软件两部分，主要描述的是该系统的组成与运行过程。按照计量信息需求及的实际情况，系统采用浏览器/Web/数据库服务器三层分布式结构。计量信息共享平台是一个人机对话系统，从物理机构上看，它主要是由计算机、硬件设备、软件、数据和用户组成。

为达到本系统设计目标，在设计中遵循以下几个原则：实用性，可用性，先进性，易用性，人机分工合理性几个方面。根据信息平台的实际情况，对各个具体功能和细节进行分析和系统开发，根据用户需求，在Windows环境下，采用当前最为流行的开发工具进行开发，建立人机友好，可视化的用户界面，输入方便快捷，输出信息易读易懂。

2体系结构设计

本信息共享平台采用三层B/S结构，B/S结构中只安装一个服务器，而客户端采用浏览器运行软件。在数据管理层和用户界面增加了一层结构，称为中间件，使整个体系结构分为三层。中间件主要提供以下功能：负责客户机与服务器、服务器与服务器间的连接与通讯，实现应用与数据库的高效连接。这种三层结构在层与层之间相互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能。

3系统总体设计

图1系统功能结构图

根据系统的要求，在建立计量信息共享平台之前，首先做好数据的采集工作。统一数据是建立信息共享平台的基础。在计量信息共享平台上，数据层是基础，通过数据的共享和交换处理形成信息，然后利用技术手段把信息总结、分类和归纳形成知识层，在此之上提供管理与决策支撑。根据系统的需求分析，确定系统的功能如下：基础数据、电能计量、动力量数据处理、轨道衡数据处理、工作计划、供应处数据、管理查询、权限管理、设备维护、设备信息、生产数据、实时监控、数据查询、数据维护、采集数据上传、原始数据查询、组织机构等功能。整个系统的功能结构图如图1所示。

4整体网络方案设计

安钢计量信息共享平台的建设，首先是网络系统的建设，整体网络采用千兆义太网技术，在硬件网络布线设计上采用了分层的结构，分为：核心层、汇聚层、接入层。

网络核心层采用2台高性能万兆路由交换机ExtremeAspen8810交换机组成，放置在数据中心机房作为核心设备，提供与四个汇聚交换机的互连和服务器的连接。网络汇聚层设置四个节点(网络交换中心)，分别放置在回皮轨道衡、计控部、热送称、黑河路，每个汇聚层节点配置一台高性能的Extreme的SummitX450汇聚交换机。对于接入层，有的地方使用已有的DlinkDES系列交换机，有的地方节点数较少，甚至只有一个节点，就直接连到汇聚层交换机上。接交换机的地方有：回皮轨道衡交换中心在计控仓库、焦粉称、西站配置三台接入层交换机；计控部交换中心在250t/300t称配置一台接入层交换机；热送称交换中心在进厂称配置一台接入层交换机；黑河路交换中心在三炼轨道衡配置一台接入层交换机。四个交换中心共配置6台接入层交换机。其网络拓扑结构如图2所示。

图2安钢计量数据网络拓扑结构

5软件详细设计

5.1软件平台设计

操作系统：选用MSWindows2000高级服务器；数据库系统：选用MSSQL2000；系统采用三层B/S的逻辑体系结构，前端用户界面为浏览器。在数据库和前端业务界面之间为业务逻辑层。采用微软.NET框架开发。对外的服务功能以Web服务的形式提供。

5.2信息共享平台整体结构设计

从逻辑功能角度分析，把该系统分为应用系统和支撑系统两大部分。支撑系统是整个系统继承的物质基础，包括计算机系统、通讯网络系统、数据库系统和工具层。应用系统是建立在支撑系统之上，根据在子系统中的作用领域又分为计量数据管理系统和现场数据采集两个应用子系统，两者之间通过支撑系统的网络通讯系统实现物理集成，通过数据库系统实现信息集成。系统基本结构图如图3所示。

5.3数据采集层系统设计

数据采集层完成现场数据的采集，包括能源量采集系统的升级，物资量采集软件的编制与更新，它是信息共享平台的数据来源。

能源量采集网络采用”893”单总线结构。硬件上把所有能源量计量网络划分为四个小的子网络，每个网络设一个数据采集子站，由子站完成各子网内的数据采集，子站就近通过光纤在义太网上进行数据交换和网络控制，同时设立一个中心站完成数据的汇总、分析和网络传输。软件使用北京亚控公司的组态王软件对能源量采集系统进行开发。对电量采集数据，使用自编的数据采集软件把全部电站的结算电表数据实时采入计算机数据库，并进入数据中心数据平台，由数据中心按不同用户的需要对授权用户提供数据查询与监控。物资量采集程序开发工具使用Delphi6.0+MSDE数据库进行开发，完成数据采集任务，并存入本地采集站的数据库中，由远程数据库服务器通过“存储过程”完成将本地的数据上传到数据库服务器，经过加工、处理后提供和授权用户查询。

系统采用上传模型：(采集上传的数据主要包括：能源量数据、轨道衡计量数据、汽车衡计量数据、皮带称计量数据、在线称计量数据、电量计量数据。)

图3系统基本结构图

5.4管理层系统设计

管理层完成对现场计量数据的采集和管理、分析与应用等功能，整个系统采用三层B/S模式结构，数据存储部分由SQLServer2000完成，业务逻辑层使用开发完成，表示层使用完成开发。系统主要完成系统中提供的能源量及物资量数据的归类、处理、及相关功能的实现，是信息共享平台的主要部分。

5.5支撑系统设计

被分为四个层次：计算机层、通讯网络层、数据库层、工具层。

工具层介于应用系统和计算机网络/数据库系统之间的软件工具的集合。包括开发工具和集成工具。数据库层是计量数据网络系统中所使用的数据库系统，处于通讯网络层之上，在计算机网络的支持下，为应用系统提供信息存储、管理、共享和集成的手段。本系统涉及数据采集系统的本地数据库及管理信息系统的数据库。计量信息共享平台均采用关系模型。数据库的设计关键是表的设计，信息共享平台应用的数据库表有两种：本地数据库表；管理层数据库表。通讯网络层是计量数据网络系统中数据通讯的载体和枢纽，计量信息共享平台通过完落系统，是计算机之间、计算机与计量设备之间连接，实现了整个系统的网络集成，支持和保障了计量数据网络系统的信息集成。采用混合型网络拓扑结构，TCP/IP协议。计算机层是支撑系统的底层。本系统要求客户端计算机为PⅢ以上，安装Windows2000Professionnal；服务器设计为双冗余、群集方式，运行MicrosoftWindows2000AdvanceServer。

5.6人机监控界面设计

监控画面是人机交互的界面，一个软件系统是否成功，最终的检查标准是它能否使用户感到满意。本系统人机交互包括两个方面：一方面是人对系统的输入，包括向系统下达的命令，提供的命令参数和系统所需要的其它输入信息；另一方面是系统向人提供信息，即输出。输出信息一般有三种：提示信息；系统向人报告的计算或处理结果；系统对输入操作的反馈信息。本着使用简便、界面一致、及时反馈与美观的原则，结合计量信息共享平台的功能需求，应用面向对象的方法进行系统的人机界面设计。

6结束语

以上详细论述了安钢计量信息平台的总体设计和详细设计，将整个系统按照横向和纵向分层介绍，采用具体的方案设计了安钢信息计量平台。该系统在实际中得以很好的应用。

参考文献

[1]杨海鹰，，陆婉珍.信息管理系统应用设计.现代科学仪器［M］，1996(1)：32~45

[2]黄梯云，李一军.管理信息系统［M］.北京：高等教育出版社，1999.34~40

[3]做好能源计量工作的三点意见［J］.中国计量，2006(12)：4~5

[4]陈燕.重庆大学人事管理系统的设计与开发：[硕士论文].［D］保存地点：重庆大学图书馆，2002.

[5]王鹏，董群.数据库技术及其应用.［M］北京：人民邮电出版社，2000.1：101~171

[6]王春海，张晓莉，王金珠.企业网络应用解决方案——从需求分析到配置管理.［M］北京：兵器工业出版社，2006.79~99

第13篇

【关键词】仿生、抽象、界面、和谐与共生

前言

自然界到处充满活生生的“优良设计”实例，对设计师而言，是个取之不尽、用之不竭的“设计资料库”。诸如无生命的山川河流，有生命的飞禽走兽，还有多姿多彩的花草树木，除有丰富的造型之外，绚丽的颜色也给人以视觉上的无比享受。这些动植物经历了几百万年的适者生存法则的自然进化后，不仅完全适应自然,而且其进化程度也接近完美。这些自然的“优良设计”，有的机能完备，让人叹服；有的结构精巧，用材合理，符合自然的经济原则；也有的美不胜收，让人爱不释手；有的甚至是根据某种数理法则形成，它合乎“以最少材料”构成“最大合理空间”的要求。这些生物形形的奇特本领耐人寻味，使人浮想连翩。我们在赞赏之余，是否能从这些精妙的设计中，获取一些灵感呢？回答是肯定的。

一、历史上的仿生

人类在遥远的岁月似乎就认识到能从自然生态系统中领悟到自身生存、发展、进步的真谛。人类从蒙昧时代进入文明时代就是在模仿和适应自然规律的基础上发展起来的。回顾中国的古文明史，不难看到人们较早就留下了模仿自然生态的痕迹。从远古原始人构筑的人首龙身、人面鸟身等“人心营构之象”，到现实生活中以各种动物形态为原型的实用器皿，如牛形灯、猪、鹰形壶等。从神话传说中人的羽化飞升，到春秋战国时期的鲁班从草叶的齿形边缘中“悟”到了锯的原理等，大量的事例记述了人们对自然生命的外在形态和功能创造性地模仿。

国外亦然，古时人们看到鸟儿在天上自由自在地飞翔，就向往人也能象鸟一样飞上天，于是便用各种方法模仿鸟。经过漫长岁月，从最初的木制飞人发展到今天的超音速飞机，终于实现了人类在蓝天上自由飞翔的梦想。达芬奇被认为是现代仿生学之父。在大约公元1500年，他完成鸟翅模型之后，又画了一系列的无法实现的飞行设备草图。大约400年之后，奥托成功了，他根据鹳的翅膀制造的滑翔机成功地飞行了250米，而且他也取得了"滑翔机之父"的称号。而我们小时侯玩的竹蜻蜓，便是现代直升飞机的趋形。一直以来，许多研究者都在不断尝试把自然界的形态和功能类比的应用于科学。

由此可见人类师法自然思维由来已久，这便促成了仿生学的诞生，仿生学是在生物科学与技术科学之间发展起来的，模仿生物系统的原理来建造技术系统的一门新兴边缘学科。仿生学恰似“桥梁”和“纽带”，连接着生物科学与技术科学。仿生设计则是在仿生学的基础上发展起来的。它以仿生学为基础，通过研究自然界生物系统的优异功能、形态、结构、色彩等特征，并有选择性的在设计过程中应用这些原理和特征进行设计。

著名的德国工业设计师路易吉.科拉尼是仿生设计理论的大力倡导者和实践者，他那蕴藏着人类责任感的设计哲学思想，以及呼吁人类社会与大自然和谐统一的设计观念，都具有极其深刻的划时代意义。他鲜明的仿生设计原理与方法、强烈的造型意念和极具旺盛生命力的设计，成功地影响了后代设计师。

运用仿生性思维进行设计，可作为人类社会生产活动与自然界的锲合点，使人类社会与自然达到高度的和谐统一，仿生设计正逐渐成为工业设计发展的大趋势。

二、现代工业设计中的仿生

现代社会文明的主体是人与机器。人类在这种文明所导致的生态失调状况下开始反思并力求寻找新的出路，建立人与自然、机器的对话平台，共生哲学观强烈地呼吁人与机器、生态自然与人造自然之间合理的建构，创造人类社会与自然高度的和谐。那么，师法自然的仿生设计就是一种良策和新理念。

仿生设计是人们在长期向大自然学习的过程中，经过积累经验，选择和改进其功能、形态，从而来创造更优良的人造物。尤其是当今的信息时代，人们对产品设计的要求和过去不同，既注意功能的优良特性，又追求形态的清新、淳朴，同时注重产品的返朴归真和个性。提倡仿生设计，不但创造功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，同时赋予产品形态以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然统一。

德国著名设计大师路易吉·科拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中”。这话道出了自然界是蕴含着无尽设计宝藏的天机。归纳现代工业设计中的仿生，其主要表现在以下几个方面：

1、形态的仿生

形态从其再现事物的逼真程度和特征来看，可分为具象形态和抽象形态。

1）具象形态的仿生

具象形态是透过眼睛构造以生理的自然反应，诚实地把外界之形映入眼睛膜刺激神经后感觉到存在的形态。它比较逼真的再现事物的形态。由于具象形态具有很好的情趣性、可爱性、有机性、亲和性、自然性，人们普遍乐于接受，在玩具、工艺品、日用品应用比较多。但由于其形态的复杂性，很多工业产品不宜采用具象形态。

2）抽象形态的仿生

抽象形态是用简单的形体反映事物独特的本质特征。此形态作用于人时，会产生“心理”形态，这种“心理”形态必需生活经验的积累，经过联想和相象把形浮现在脑海中，那是一种虚幻的，不实的形，但是这个形经过个人主观的喜怒哀乐联想所产生的形变化多端、色彩丰富，这与生理上感觉到的形大异起趣。

归纳起来抽象的仿生形态具有以下特征：

1）形态高度的简化性和概括性

形态高度的简化性和概括性，指的是形态本质的抽象表现。通过对生物形态或非生物形态的科学分析，结合的我们的生活经验，均可证明一切形态的本质都是一种内力的运动变化。这种内力运动变化是产生形态的根据。在研究形态时，设计者从知觉和心理角度有意无意地都把形态的内力运动变化感受为生命活力，再通过形态抽象变化，用点、线、面的运动组合来表现生命活力。因此，形式上表现为简化性，而在传达本质特征上表现为高度的概括性。

这种形式的简化性和特征的概括性，正好吻合现代工业产品对外观形态的简洁性，几何性以及产品的语意性的要求，因此，它大量的应用于现代产品设计。

2）形态丰富的联想性和想象性

抽象仿生形态作用于人时，产生的“心理”形态必需生活经验的积累，经过联想和想象才浮现在脑海中。因此，它充分地释放了人无限想象力。同时因人的生活经验不同，因此经过个人主观喜好联想产生的“心形”也不尽相同，产生形态生命活力的感受自然丰富多彩。

3）同一具象形态的抽象形态的多样性

设计者在对同一具象形态进行抽象化的过程中，由于生活经验、抽象方式方法以及表现手法不同，因此抽象化所得形态有多种。

抽象仿生形态应用于产品开发时，在生产和销售中有以下优点：

1）生产便捷

抽象形态的形式简洁，这吻合了现代工业产品提倡的简练几何外观的特征，因此，对生产设备并没有特殊的要求，开发商可以方便快捷的进行生产，这为各种工业产品的仿生生产提供了无限可能。

2）产品形态多样化

具象形态不胜枚举，抽象后的形态更是不计其数，这为仿生的工业产品形态的多样化提供了选择的可能。

3）满足不同层次的顾客

抽象形态的联想性和想象性充分地释放了顾客的自由想象力，人们不但可以感受到产品形态的有机、可爱、情趣、亲和、运动等特点，同时因联想和想象不同，有的想起自己可爱的小宠物，有的想起一段美好的爱情，有的想起一个老朋友，有的想起一次愉快的旅行等，正所谓仁者见仁，智者见智。顾客从不同的角度感受到仿生形态赋予产品的艺术美感和想象空间，这就更容易满足不同层次的顾客，从而激起他们共同的购买欲望。

4)产品回归自然

抽象仿生形态的本质特征是由内力运动变化而产生的生命活力。这种特征赋予仿生产品以生命的象征，让产品回归自然，建立了人、机器、自然对话的平台，这种共生的哲学观合理地构建人造自然和生态自然之间的和谐，增进了人类和自然的统一。仿生型家具是模仿动物、植物等生物形体制作的家具，其形象十分逼真，以寄托对大自然的依恋之情，此种家具给人以大自然的感觉。

总之，具象仿生停留在模仿生物表层，思想性和艺术性的含量相对低一些；抽象仿生集中于提炼物体的内在本质属性，是一种特殊的心理加工活动，属于高层次思维创造活动，它侧重揭示物体的理念内涵。在现代仿生设计中，高、新、精、尖的工业产品，更适合用抽象仿生。

2、功能的仿生

人们发现，动植物的某些方面的功能，实际上远远超越了人类自身在此方面的科技成果。生存在自然界中的各种各样的动植物能在各种恶劣复杂的环境中生存与运动，这是因为其运动器官和形体与恶劣复杂环境斗争进化的结果。植物和动物在几百万年的自然进化中，不仅完全适应自然，而且其进化程度接近完美。今天，我们生活在科学技术飞快发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已经成为技术革新和技术革命的一个新方向。许多事实说明，仿生学是发展新技术的金钥匙。

仿生学的思想是建立在自然进化和共同进化的基础上的。仿生学试图在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能。这个思想在生物学和技术之间架起了一座桥梁，并且对解决技术难题提供了帮助。通过再现生物学的原理，人类不仅找到了技术上的解决方案，而且同时该方案也完全适应了自然的需要。其目的就是分析生物过程和结构，并将此分析用于未来的设计。

在创造物质文明的过程中，人类常常将生物的某些特性运用到创造发明之中。例如科学家根据蜻蜒的飞行原理研制成功了直升飞机；根据加重的翅痣蜻蜒在高速飞行时安然无恙，人们仿效其在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动的棘手问题；又如根据蛙眼原理，科学家利用电子技术制成了雷达系统，能准确快速地识别目标；根据萤火虫100%的光能转化效率原理，人类制成的冷光源，将其发光效率提高十几倍，大大节约了能量。再如仿昆虫单复眼的构造特点，人类造出了大屏幕模块化彩电和复眼照相机；仿狗鼻子嗅觉功能，人类造出了电子鼻可以检测出极其微量的有毒气体等等诸多令人惊叹的创造。

尽管如此，自然界的动植物千千万万，其许多高超的技能与奥秘人们尚未完全掌握，但可以相信，随着仿生技术的发展，各种仿生发明会源源不断地被应用到人类的生活中来。

在创造物质文明过程中，工业设计师该怎样更好利用仿生发明来创造产品呢？首先，要明确科学家或工程师与工业设计师职责的不同，前者解决物与物之间或物体本身整体与部分之间的关系；后者解决物与人之间的关系，即构建人机对话的平台。因此，工业设计师实现产品创造的基础是仿生技术发明的实现。这样，工业设计师就有两种方式来更好地利用仿生发明开发产品：

1）科学家先实现成果，工业设计师结合人类的需求转化为仿生设计

科学家先实现了仿生发明，但由于知识结构的差异，科学家不可能对市场和人的需求有一个全面而准确的定位，就不可能成功将其成果转化为市场所需求的产品，更不可能创造人性化的人机界面。而工业设计师正好能准确地捕捉到市场需求，结合优秀的仿生发明创造出人们所需求的产品，同时构建友好的人机对话平台，从而创造更多有价值的产品。

2）工业设计师先提出设想，科学家择优实现的互动仿生设计

科学家还没有实现某种仿生发明，工业设计师通过对自然现象的细心观察和经验总结，结合对市场需求全面而准确的认识，提出某种产品的构想或概念。科学家择优实现这种仿生技术，这使得工业设计师创造这种仿生产品成为可能。通过工业设计师和科学家的互动，从而创造有价值的产品。

因此，工业设计师要关注最新的仿生成果，同时也要细心的观察自然。

3、结构和材料的仿生

随着仿生学的深入开展，人们不但从外形、功能去模仿生物，而且从生物奇特的结构和肌理中也得到不少启发。人们在“仿生制造”中不仅是师法大自然，而且是学习与借鉴他们自身内秉的组织方式与运行模式。有的结构精巧，用材合理，符合自然的经济原则；有些甚至是根据某种数理法则形成的，合乎“以最少材料”构成“最大合理空间”的要求。这些为人类提供了“优良设计”的典范。

例如蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的菱形钝角109°28’和锐角70°32’完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。

最新科学研究指出，生物体都是由少数很简单的物质构成的，诸如糖、蛋白质和水之类。生物体的不同部分，从柔韧的皮肤到坚硬的骨骼，性能如此多样，关键在于从原子排列成分子，及从分子组合成纤维,晶体等半成品，在结构上的千差万别，就是由于结构的奇巧精致，形成了各种优越奇特的性能。

解生物体构造的这些奥秘，最直接的目的就是研制新型的“仿生材料”。研究人员模仿鲍鱼壳的微观结构，将铝分子充满在碳化硼分子之间，已初步研制成功新型的陶瓷材料，除了既坚硬又柔软以外，还可以感测并适应周围环境的变化，如果飞机机翼材料具有这种性能，那么遭到损害时能够感知并自行修复。具有和生物机体相同弹性的材料，伸缩自如，能成功地用来制作人工动脉。

因此，工业设计师也要积极的关注仿生发明中精巧的结构和奇特的材料，并且巧妙地应用这些结构和材料，结合市场的需求创造出人们需求的产品，同时也要细心的观察自然，提炼自然的精妙，提出更多的构想，为科学家的探索提供更多的思路，从而创造更有价值的仿生成果，为人类创造更加精美更加丰富的产品。

总之，破解生物体结构之谜，研制仿生材料的路还很漫长，目前人类只不过刚刚起步前行，但是仿生材料的应用前途无量，却是绝无疑义的。

4、界面仿生

在现代工业产品设计中，单纯地从形态、功能、结构或材料的某一个方面来仿生是很少见的，更多的是综合形态、功能、结构和材料的多个方面来进行仿生设计，而且还从大自然的生存哲学即和谐与共生的角度进行仿生设计，诸如绿色仿生设计，可持续仿生设计等。这种既从自然界的个体表现形式，又从自然界的总体生存理念的仿生设计，与界面设计的功能性设计和情感性设计是相吻合的，因此，我把这归结为界面仿生设计。

要理解界面仿生设计，首先要知道界面。所谓界面，即人机界面，是人与机器进行交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介，其中包括信息的输入和输出。好的人机界面美观易懂、操作简单且具有引导功能，使用户感觉愉快、兴趣增强，从而提高使用效率。

美国学者赫伯特．西蒙提出：设计是人工物的内部环境(人工物自身的物质和组织)和外部环境(人工物的工作或使用环境)的接合。所以设计是把握人工物内部环境与外部环境接合的学科，这种接合是围绕人来进行的。“人”是设计界面的一个方面，是认识的主体和设计服务的对象，而作为对象的“物”则是设计界面的另一个方面。它是包含着对象实体、环境及信息的综合体，就如我们看见一件产品、一栋建筑，它带给人的不仅有使用的功能、材料的质地，也包含着对传统思考、文化理喻、科学观念等的认知。“任何一件作品的内容，都必须超出作品中所包含的那些个别物体的表象。”分析“物”也就分析了设计界面存在的多样性。

因此，为了认识和分析仿生界面设计，可将其分类为：

1）功能性界面仿生

功能性设计界面接受物的功能信息，操纵与控制物，同时也包括与生产的接口，即材料运用、科学技术的应用等等。这一界面的仿生侧重于功能、结构和材料的仿生，它反映着设计与人造物的协调作用。

2）情感性界面仿生

情感性设计界面即物要传递感受给人，取得与人的感情共鸣。这种感受的信息传达存在着确定性与不确定性的统一。情感把握在于深入目标对象的使用者的感情，而不是个人的情感抒发。设计师“投入热情，不投入感情”，避免个人的任何主观臆断与个性的自由发挥。这一界面的仿生侧重于用形态、色彩、肌理等引发心理情感，体现大自然和谐与共生的精神哲学的仿生设计，它反映着设计与人的关系。

如在计算机的设计中，硬件方面人们逐渐采用多种方式与机器交互，如自然语言接口、计算机支持的协同工作、眼动跟踪、姿势识别、三维输入、表情识别、听觉界面等，进行着功能性方面的界面仿生设计；软件方面广大的软件研制人员开发计算机用户愈为迫切需要的符合“简单、自然、友好、一致”原则的人机界面，即情感性方面的界面仿生设计。

总之，随着计算机广泛应用，它已经变成家喻户晓的商品，可以任意地装在人们的口袋里，用来帮助人们处理日常的办公业务和生活事务，自然的人机界面与和谐的人机环境已逐步变成信息世界关心的焦点。其他产品同样如此。因此，仿生设计使产品有更加完备的功能性界面和更加自然和谐的情感性界面，更好地满足人的需求。

三、未来工业设计中仿生的前景

今天，我们生活在科学技术飞速发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已经成为技术革新和技术革命的一个新方向。许多事实说明，仿生学是发展新技术的金钥匙。例如研究显示，不远的将来一种仿生电子眼可望诞生。因为科研人员已揭开眼睛是如何看到经大脑“翻译”的图像。他们已发明一种称为“细胞神经网络”的电脑微型集成电路，据此将发明仿生“电子眼”可以用来进行类似视网膜功能的图像处理。又如美国宾夕法尼亚大学医疗中心耳鼻喉科的医生不久将开展“仿生耳”植入手术，让从前失去听力的成人重获听力。再如科研人员以猴子作为人的替身，正在研究人大脑的思维与记忆的生理活动。他们设想，如果仿照人的神经系统，把它运用到电子计算机上去，就有可能诞生具有高级神经活动的生物计算机，那就是仿生学划时代的贡献。所有这些都预示着仿生科技前途似锦，而且仿生科技的探索永无止境。

另一方面，神奇的大自然向人类展示着精妙绝伦的生命形态和绚丽多彩的悦人色彩，同时，大自然还无声地阐释了自然界的生存哲学——和谐与共生。这种和谐的设计哲学呼吁人类社会与大自然之间的高度和谐统一；共生的设计哲学则呼吁着人与机器、生态自然与人造自然之间建立合理的建构，搭建人与自然、机器共生的对话平台。

总结

综上所述，运用仿生性思维进行设计，不仅创造功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，而且赋予产品以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然统一。因此，工业设计师要学会师法自然的仿生性设计思维，创造人、自然、机器和谐共生的对话平台。

参考文献：

〔01〕《视觉和仿生学》倪海曙主编知识出版社1985

〔02〕《仿生学纵横谈》邵海忠编著江西人民出版社1981

〔03〕《世界现代设计史》王受之编著中国青年出版社2002

第14篇

[关键词]平衡机器人 系统控制界面设计

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0018-03

正文：

平衡康复机器人融合了机器人技术、康复医疗理论，人体平衡理论，压力传感器技术，计算机技术等，是国内外研究的热点。平衡康复机器人通过分析作用于压力板的足底压力数据准确地测量平衡能力，通过压力板的生物反馈训练来训练平衡能力以达到康复治疗的效果。平衡康复机器人是平衡能力患者的一大福音，是医疗人员的得力助手，有着广阔的前景和需求。

1.研究现状

1.1 国外研究现状

国外康复机器人起步早，投入资金充足，目前已经形成了产业链，欧洲早在2000年就取得了康复训练器的进展。

现在国外市面上已经有着几款不俗的平衡康复机器人可供选购，下面就对他们进行介绍：

①意大利Tecnobody公司研发的Tecnobody PK254P：

Tecnobody PK254P是一款集平衡测试盒平衡训练于一体的康复机器人。Tecnobody PK254P提供了不同姿势下的平衡测量和平衡训练，主要分为动态测量和测试、静态平衡和测试、轴向平衡和测试、坐姿下测量和测试。其控制系统软件也围绕着其功能有评估、训练和反馈几大模块，软件还提供了病人资料管理以供数据的存储和读取。机器人主要是用于评定/训练受试者运动控制能力、平衡能力（含躯干平衡能力），提高本体感觉功能。当患者与斜板进行相互运动的时候，平板上获得的数据是根据每个单一运动转化为电脉冲而得到，并且把所得数据直接传输到电脑。软件将对这些电脉冲进行详细分析，之后便在电脑控制端将显示出一个描迹，这与斜板上的成角运动或在其上施加的力是一致的。

②德国的Zebris公司研制的平衡训练器POSTUROMED（如图1）：

POSTUROMED是一种神经矫形治疗装置。是利用其不稳定性和可调节性，用以治疗和训练病理性身体姿势改变的设备，尤其是侧重对身体承重关节的功能性不稳定的训练。POSTUROMED可应用于神经康复，疼痛的治疗，平衡能力及感觉运动的训练，达到以下目的：（1）身体承重关节的功能稳定性。（2）部分的疼痛治疗，尤其是影响到运动系统的慢性背部和姿势性的疼痛。（3）预防性的协调功能训练。

系统通过交互式训练与姿势本体感觉的治疗紧密结合在一起，有严格的姿势训练原则。通过从简单到复杂的七个治疗与阶段，使治疗效果达到最大化。可以调节的不稳定表面治疗对于治疗病理性的姿势反应度和关节活动功能的不稳定性有着良好的效果。

1.2 国内研究现状

近几年国内的一些大学也开始相关研发然而国内研究还与国外有着较大差距，尚没有类似国外biodex balance_sd集平衡测试、平衡训练与一体的，人机交互较好的平衡康复机器人的出现，在平衡测试和训练的理论研究方面也略显不足，国内大多还停留在针对国外现有平衡测试仪信度和效度的研究上，在平衡测试方法上也没有形成统一的平衡测试标准。

①Sway 机器人

Sway 机器人是哈尔滨工程大学制作的双轮移动机器人的实物，如图2所示：Sway 机器人由上位机和机器人车体两个主要部分构成，两者是分开的，通过无线通讯交换数据。

机器人的车体系统构成如图2所示：该机器人采用Cygnal公司推出的C8051F005单片机作为人机交互上位机的控制核心。车体的倾斜角度检测仪采用AD公司推出的双轴加速度传感器ADXL202以及反射式的红外线距离传感器。利用PWM技术控制两台直流电机的转速。上位机与机器人之间的数据通信采用迅通生产的PTR2000超小型、超低功耗高速无线收发数传MODEM。人机交互界面则采用240×128图形液晶点阵、方向摇杆及按键。基于这些完备而又可靠的硬件设计，此机器人也使用了一套独特的软件算法，实现了Sway的平衡控制与数据交换功能，如图3所示。

1.3 目前的发展现状总结

平衡机器人的研究经历了二十多年的不断发展，不仅结构、形式与功能上有很大改善，训练方法也随着社会的进步逐步增多。作为帮助人训练平衡能力的机器，机械结构的合理性，智能控制的有效性，系统设计的复杂性，人机交互的辅等等决定了它的研究还有待提高。当前，国外人体平衡功能测试评估和训练系统已经经过多年的发展，但其操作复杂，价格高昂；国内对平衡机器人的研究水平还仍然处于初级阶段，虽然也出现了不少研究成果，但还未生产出真正投入使用的产品，研究方面还存在着以下问题：

（1）康复训练较为被动，模式单调枯燥。

（2）测试、训练模式单一，过分依赖医师。

（3）缺乏康复理论的指导。

而我国的平衡康复机器人较国外还有一定的差距，虽然已经有相当一部分国产康复机器人投入市场且性价比较高，但是在功能和结构上还有如下缺陷：

（1）平衡训练模块薄弱

（2）动态平衡功能不足

2.平衡训练系统设计的基本原则

（1）安全性原则：因为患者进行平衡训练时要站在平衡训练系统测试平台上，所以必须优先考虑在使用时患者是否康复训练机器人产生干涉，平衡训练系统本身不会对患者造成伤害，并且保证患者在运动中不会因为站立不稳跌倒而受到伤害。

（2）有效性原则：这里所指的有效性是指平衡测试评估和训练系统能够完成规定的动作，如按照一定轨迹进行运动，从而带动患者进行有效的平衡训练，同时，在检测患者的平衡能力时，仪器受系统误差和随机误差的影响较小，从而有效的测得所需的数据。这也是对平衡训练机器人的基本要求。

（3）经济性原则：所设计的平衡功能测试评估和训练系统能否广泛的推广很大程度上取决于下平衡功能测试评估和训练系统是否有较为适合的经济成本。目前很多国外生产的平衡功能测试评估和训练系统由于造价成本过高导致其应用范围只局限于大型的医疗机构，而限制了平衡训练系统在国内的进一步推广。因而从降低成本的角度上来说，设计该平衡训练系统时，在保证有效性的基础上，应该尽可能的简化机构，并且使用合适的材料。

（4）创造性原则：创造是人类的本领。人类如果不发挥自己的创造性，生产就不能发展，科技就不会进步，也就没有人类的今天。设计只有作为一种创造性活动才具有强大的生命力。因循守旧，不敢创新，只能永远落在别人后面。特别是在当今世界科技飞速发展的情况下，在机械设计中贯彻创造性原则尤为重要。

（5）以市场需求为导向的原则：机械设计作为一种生产活动，与市场是紧密联系在一起的。从确定设计课题，使用要求，技术指标，设计与制造工期到拿出总体方案，进行可行性论证，综合效用分析（着眼于实际使用效果的综合分析），盈亏分析直至具体设计，试制，鉴定，产品投放市场后的信息反馈等都是紧紧围绕市场需求来运作的。设计人员要时时刻刻想着如何设计才能使产品具有竞争力，能够占领市场，受到用户青睐。

（6）标准化、系列化、通用化原则：标准化，系列化，通用化简称为“三化”。“三化”是我国现行的一项很重要的技术政策，在机械设计中要认真贯彻执行。标准化是指将产品（特别是零部件）的质量，规格，性能，结构等方面的技术指标加以统一规定并作为标准来执行。贯彻“三化”的好处主要是：减轻了设计开发的工作量，提高了设计质量，同时也缩短生产周期；减少了刀具和量具的规格，更有利于设计与制造，也降低了生产成本；便于组织标准件的规模化，专门化，易于保证产品质量，节约材料，降低成本；提高互换性，便于维修；便于国家的宏观管理与调控以及内，外贸易；便于评价产品质量，解决经济纠纷。

（7）整体优化原则：设计要贯彻“系统化”和优化的思想。性能最好的机器其内部零件不一定是最好的；性能最好的机器也不一定是效益最好的机器；只要是有利于整体优化，机械部件也可以考虑用电子或其他元器件替代。总之，设计人员要将设计方案放在大系统中去考虑，寻求最优，要从经济，技术，社会效益等各方面去分析，计算，权衡利弊，尽量使设计效果达到最佳。

（8）人机工程原则：机器是为人服务的，但也是需要人去操作使用的。如何使机器适应人的操作要求，人机合一后，投入产出比率高，整体效果最好，这是摆在设计人员面前的一个课题。好的设计一定要符合人机工程学原理。

3.机器人控制系统方案设计

3.1 平衡机器人的工作原理

该传动系统主要是由电机，链传动系统，丝杆螺母副，弹簧及弹簧导向管组成的，如图4所示。根据传动系统图容易看出，该机构由电动机带动与电机轴相连的链轮转动，通过链条将电机的转动传递到三根不同直径的螺母丝杆运动副上，由于三根丝杆的直径不相同，造成了丝杆的轴向运动距离不同，进而实现了不同方向上的倾斜运动，通过弹簧导向管实现变阻尼的倾斜运动。丝杆盘上均匀分布有8根弹簧导管，弹簧将丝杆板与训练板连接在一起，从而将丝杆板两个方向上的倾斜运动转移到训练板，拉动训练板两个方向上的运动。

4.机器人控制系统总体方案---基于labview的控制软件设计

Labview拥有强大的界面控制编程功能。平衡机器人需要进行的一系列训练与测试，都可以用Labview软件进行仿真设计，为使用者提供简约易懂的画面指导，使机器人在操作上和心理上都更易让人接受。

4.1 平衡系统人机界面设计

根据平衡机器人的功能要求以及平衡问题出现的不同原因，人机界面进行编程设计时，需实现多种模式要求，如图5所示。

（1）迷宫控制

迷宫控制训练模式能够让病患在静态环境和动态环境迷宫中随着一可重复生成的型态移动，如图6所示。基本调节模式与稳定度极限相似。使用者可根据自身的情况，随意调整迷宫等级以创造简单或复杂的环境来操纵。由静态模式改变至动态模式会加速其康复进程。打分是以百分比为基础且等于所有击中目标数/总的设定目标数。

（7）随机控制

为了加强病患的运动神经控制与内耳前庭的训练，平衡机器人需要设置随机控制训练，如图7所示。这种训练在静态模式和动态模式下都可以进行。在静态模式中，病患可在其倾斜盖运动，移动光标让其始终保持在移动目标中。在动态模式中，病患必须同时使用臀部、膝盖与脚踝以在随机移动目标内操纵平台光标。

（8）测试模式

为了可让医疗人员量化病患在一静态或者不稳定的表面维持动态单向或双向姿势稳定度，以此来评估病患之神经肌控制，所以平衡机器人需要让病患进行平衡系统测试，如图8所示。

静态测试是用来测病患的重力中心的角度偏离能力。身体重量会在静态量测中发挥作用。人之重力中心大约为其体重的55%。当选择静态模式时，软件会提示选择您的重量，根据使用者所选的重量可提供一个适当的静态量测刻度。此模式测试用于移动障碍之基线测试，用在内耳前庭失常和整形外科病患都是理想的情况。若静态测试分数良好，患者可进步至动态测试与训练。

在动态测试模式中，病患的能力检测可从控制该平台角度的课程量化为锁住位置的变化来反应，也可计算为随着时间偏斜的程度。较大之变化程度意味着比较迟缓的神经肌反应。进一步神经肌活力状态可以从前/后与中间/侧向平台倾斜量化而获得。预期数值与比较报告可用于绘制病患表现之图表，双向比较可快速地将每一下肢间的不同做出比较。

同样根据平衡问题出现的几个因素的不同，需要进行的平衡测试有姿势稳定度，稳定度极限，运动员单脚与跌倒风险四个模式。运动员单脚与跌倒风险的测试结果都可与基准数据做比较。姿势稳定度与稳定度极限测试可在不同困难程度下得到。双向报告（以一脚站立之姿势稳定度表现与另一只脚站立之比较）可在姿势稳定度测试下的更多选择中得到。

5.结论

本文旨在设计一款能够进行训练与测试的平衡机器人，并实现对它的系统控制研究。在对国内外平衡机器人发展现状研究的基础上，结合目前平衡的一些原理及训练方法，提出了平衡机器人，并阐述了其控制系统设计的全过程。主要完成的内容如下：

（1）从力学角度和生理角度分析了平衡对于人体的重要性以及一些影响平衡能力的因素。分析比较了观察法、量表评定法以及平衡仪评定法，最终选择了平衡仪评定法来支持平衡机器人的评定。接着从安全性、经济性、有效性、创造性、整体性等方面强调了平衡训练系统设计时要遵循的一些基本原则，最后比较了传统静态平衡训练法、Bobath平衡训练法以及平衡仪训练法的优缺点及适用范围，最终选择平衡仪训练法作为平衡机器人的训练方案。

（2）平衡机器人控制方案的设计。从保持稳定性、实现不同的平衡训练模式、保持安全性、心理上易于接受四个方面提出了对平衡机器人的设计要求。明确了平衡机器人需要实现的一些功能，完成了机器人的建模，并介绍了平衡机器人的工作原理方式。对MATLAB、C#以及LabVIEW这些可以进行界面控制的软件进行了分析，比较了它们的优缺点，最终选择LabVIEW作为的界面编程软件。

（3）根据平衡机器人需要进行的训练及测试任务，利用LabVIEW对它的人机互动界面进行了编程设计与仿真分析，实现了对机器人界面的控制。并对几种训练及测试模式作出了详细的分析说明，让患者根据自身状况选择合适的康复训练。

参考文献

第15篇

关键词：无线网络；测试系统；设计

随着无线网络在国内外的大力普及，政府对3G网络建设的政策支持，国内无线网络技术发展迅速，而其中无线网络测试技术对整个网络建设起着举足轻重的作用。无线网络测试是网络新技术实践检验和不断修正必须经历的一道管卡，也是检验理论是否符合实践的关键。因此，一个完整高质量的无线网络测试系统对于无线网络的建设起着至关重要的推动作用，通过该系统可以合理的优化网络资源配置，通过改进现有网络，提高运营商的网络竞争力，并不断为新客户提供强有力的支持。

本文将从无线网络测试系统的需求出发，较为详细的分析无线网络测试系统的基本原理、整体功能设计和软件实现三个方面。

1 系统设计与分析

本文所设计的无线网络测试系统是为各运营商等客户量身打造的高效、功能化、智能化的测试平台，通过提供高质量的无线网络测试帮助运营商测试并了解无线网络的运行特点并作出评估，运营商以此为基础不断提升网络质量，为用户提供更优质的服务。

无线网络测试系统在建设中把握以下几个原则：⑴标准化原则，可以满足各种接口协议。⑵开放性原则，能够满足各种网络类型及接入设备的要求。⑶人性化原则，对结构体系不断优化，并设计良好的人机界面。⑷数据互通原则，能够与其他测试系统共享数据并不受其他因素的干扰。⑸安全原则，合理设置权限，并备份测试数据，保证测试系统及数据的安全性。⑹经济原则，在科学的理念指导下用尽量少的钱做出最优质的平台。

通过功能模块化的设计，将无线网络测试系统分解为各类独立的子系统，可以更加灵活并为运营商提供更多的选择。其中专业测试子系统-Pro是其中最为突出的，本详细介绍。

专业测试子系统相对其他子系统，其功能最全面且最先进。通过该子系统的测试，运营商可以准确掌握网络出现问题的原因，网络运行的效果，并满足网络维护等各方面要求。

该系统的设计分为前端设计和后台设计。前端设计是设计测试系统接收和采集数据的模块。前端模块可以测试基本的语音和采集数据业务，通过设计良好的人机界面（类似Microsoft Office布局），通过多种方式直接展现给现场操作人员各种测量到的数据，供操作人员判断。按照之前的设计原则，前端设计有以下几点需要满足：⑴操作界面简单易上手；⑵能够支持目前国内外主流的网络制式（例如GSM，GPRS等，包括各类2D，3D制式），通过功能模块化的设计，能够满足不同用户的个性化需求。⑶并能够正确译码空中接口的采集数据。⑷能支持手机或PC等各类接收终端。⑸能够适应不同的网络制式且具备相应的展示功能。⑹能够支持基站内数据导入和分析，并可以支持多数据表显示。

后台设计则是对前端采集到的测试数据进行后台分析统计的模块。尽管前端也具有一定的分析功能，但其主要功能是采集数据并进行一些简单的分析，因此有必要设计后台来对前端采集的数据进行优化分析处理，为网络建设提供参考。

针对不同的网络制式，后台要进行个性化的计算分析，提供相应的分析报告。后台内置了高效的数据显示、分析和统计模块、帮助客户详细了解网络的运行特点、以及进行网络诊断帮助客户网络维护，提高客户的分析效率。后台还能进行基于GIS模块展现支持各类地理信息，满足各种应用需求。同时，后台通过良好的界面设计，可以完整展现分析和测试得到的各类运行参数。另外，后台还能对基站小区内的信息进行自动化处理，帮助客户直观了解网络的运行情况。

2 系统功能实现

测试平台依据专业测试子系统-Pro后台，进行创造性的再设计，通过各类测试前端采集网络运行数据，并整合进客户自行设计的功能性产品所产生的数据，将所有信息打通形成数据链，对运营商维护网络运行提供基础。

无线网络测试平台的设计特点在于设计中整合各子系统的重点模块，应用相当广泛，在满足使用情况的同时缩减开发开支，并极大的方便系统维护和更新。

相比以往的无线网络测试平台通常局限于某种测试接口，不能满足测试人员分析多个接口的需求，因此给无线网络测试带来了极大的阻碍，并降低了使用效率。该无线网络测试平台可以实现数据所有网络共享和并行监控，从而帮助客户发现和解决问题。

并且该无线网络测试平台还整合以往的实践经验，能够智能判断较基本问题并提出建议，并初步自动化分析故障，帮助提高测试效果。

无线网络综合测试平台为无线网络建设提供了新的视角。⑴可以集中化处理各类网络运行中的问题；⑵进行各种数据的对比分析和有针对性的提供解决方案；⑶通过功能化的设计降低技术人员的使用门槛。

[参考文献]

[1]程方，壬鹏.现代网络测试技术发展综述[J].重庆邮电大学学报.2008.57-60.

[2]唐兴.移动通信技术的历史及发展趋势[J].旺西通信科技.2008（2）：16-20.