本文關鍵詞：混合感性工學驅動的艙內人機設計與評價方法研究

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【摘要】：任何設計活動的最終目的都是為人服務的,現(xiàn)代設計要本著“以人為本”的理念。設計不僅要滿足人的生理需要,還要滿足人的心理需要。近年來,我國圍繞飛機駕駛艙操縱器和顯示器等重要裝置功能需要的布局、造型和色彩的設計及評價,大都是針對人體生理方面的研究,主要以人的可達域、可視域、疲勞程度等人機的角度作為出發(fā)點,往往輕視,甚至忽視了偏向人心理作用的情感因素,而情感因素同樣會影響駕駛的效率與誤操作率。另外,對艙內色彩設計的研究也非常少。因此,在對艙內布局、造型和色彩進行系統(tǒng)設計與評價時,人的心理因素同樣應該作為研究重點。感性工學是將感性和工學相融合的技術,是基于人的感性因素來設計和制造產(chǎn)品的理論與方法,是在人機工程學的基礎上發(fā)展起來的新興學科。與人機工程學一樣,感性工學也是較為適應“以人為本”理念的學科,但與人機工程學不同的是感性工學更為關注人的心理因素,感性工學與人機工程學相結合就能夠較為完整地考慮設計中使用者的感性心理問題�；旌细行怨W是由正向式感性工學和逆向式感性工學共同構成的一種可雙向轉譯的感性工學系統(tǒng),比較適用于考慮使用者感性因素對復雜項目的設計與評價。目前對感性工學的研究與運用仍處于新興階段,感性工學和人機工程學相結合的研究還很少,混合感性工學至今還沒形成較為成熟的研究方法。將混合感性工學應用于飛機駕駛艙人機設計和將感性因素融入到飛機駕駛艙進行人機評價是本文的重要嘗試,不僅是對我國飛機駕駛艙設計研究領域往往存在的輕視人的情感和心理因素問題的一點修正,也是對感性工學尤其是混合感性工學研究還比較薄弱現(xiàn)狀的有益補充。本文應用混合感性工學與人機工程學的相關理論,從工程實際應用的角度出發(fā),探索出一種同時滿足飛行員心理需求和生理需求的設計與評價方法。本文構建了一種新的雙向式混合感性工學模型,其構建方式與現(xiàn)有的混合感性工學模型有所不同,用途也有所創(chuàng)新,更適用于飛機駕駛艙的艙內設計。現(xiàn)有的混合感性工學模型主要用于較為簡單的產(chǎn)品設計,如手機設計,機床設計等,而且現(xiàn)有的混合感性工學模型中的正向式感性工學模型只有設計用途,逆向式感性工學模型只有反向推理的設計驗證用途,這種模式難以滿足飛機駕駛艙這類復雜艙室的設計需求。本文根據(jù)飛機駕駛艙的特殊性與復雜性的設計特點,構建了新的混合感性工學模型,其中的正向式感性工學模型雖然仍舊只具有設計用途,但逆向式感性工學模型同時具有設計與設計驗證這兩種用途,這樣就能夠較好地解決復雜的艙內設計問題。另外,鑒于現(xiàn)有的混合感性工學模型雙向轉譯特點完全由人工智能算法實現(xiàn),人感性因素不確定性和不穩(wěn)定性的大小難以估算和調整,本文構建的混合感性工學模型針對這方面進行了改善,所采用的構建混合感性工學模型的方法與現(xiàn)有方法也有一定創(chuàng)新。本文開展混合感性工學驅動的艙內人機設計研究,是在構建混合感性工學模型與人機工程學模型的基礎上,對飛機駕駛艙艙內布局、造型和色彩設計展開的研究。同時,本文基于感性工學,開展了對混合感性工學驅動的艙內設計方案的人機評價研究。本文主要分為三大部分進行研究并展開論述。第一,構建混合感性工學模型與構建人機工程學模型。首先,采用遺傳算法改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡和自適應權重改進的粒子群算法,構建正向式感性工學模型,并且與未改進的算法和常用算法進行了對比,凸顯了本文改進的優(yōu)越性;其次,采用專家咨詢法,多元回歸分析構建了逆向感性工學模型;最后,基于幾何和力學關系構建了駕駛姿勢的人機工程學模型,并且基于人眼可視域、人體可達域、人體上肢運動分解構建了人機約束模型。第二,基于混合感性工學進行了艙內人機設計,包括布局、造型和色彩設計。其中,提出使用基于改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡和改進粒子群算法構建的正向式感性工學模型,建立了感性意象到設計元素的映射關系;提出使用多元回歸分析構建逆向式感性工學模型,建立了設計元素到感性意象的映射關系;并且采用專家咨詢法構建的逆向式感性工學模型,驗證了正向式感性工學建立的映射效果。第三,基于感性工學進行了人機評價方法的構建。首先,基于眼動設備設計了不同的配色方案,進行了心理和認知評價分析;其次,運用Delphi排序改進了AHP-Fuzzy,人體三維掃描實驗,建立了人機虛擬評價模型;再次,采用肌電儀和坐墊壓力設備,在座椅和腳蹬處于不同相對位置的情況下,對人體下肢進行了數(shù)據(jù)采集和對座椅進行了壓力測試,基于均方根值和壓力變異系數(shù)進行了方差分析,提出了評價坐姿舒適度的方法;最后,采用多屬性決策較好地解決了復雜駕駛艙的綜合評價問題。本文構建了新的混合感性工學模型,提出了艙內人機設計的新方法,解決了目前艙內設計對人的心理因素分析不足的問題,有助于對飛機駕駛艙這種復雜艙室進行系統(tǒng)化的艙內布局、造型和色彩人機設計。本文結合感性工學,基于人機實驗儀器和人機工程分析軟件采集到的數(shù)據(jù),提出的人機評價,有助于篩選出最優(yōu)設計方案,為飛機駕駛艙的前期設計提供參考借鑒。本課題來源于中國航空工業(yè)第一飛機設計研究院的工業(yè)設計項目,×××××駕駛艙人機工效評估與設計改進課題。
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V223.1
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本文編號：1179468