時間：2023-03-15 14:54:50
導(dǎo)語：在人機界面設(shè)計論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
【關(guān)鍵詞】PLC 火災(zāi)報警 GOT 系統(tǒng)集成
一.引言
消防系統(tǒng)主要由三大部分組成：第一部分為感應(yīng)系統(tǒng)，即為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)；
第二部分為執(zhí)行系統(tǒng)，即滅火自動控制系統(tǒng)；第三部分為消防聯(lián)動系統(tǒng)。一般情況下火災(zāi)自動報警系統(tǒng)主要由探測器、手動報警按鈕、報警器和警報器等組成，以便完成檢查火災(zāi)并報警的任務(wù)。
二.火災(zāi)報警控制系統(tǒng)的選器件選擇
（一） 報警探測器的選擇
本文設(shè)計的系統(tǒng)屬于區(qū)域性系統(tǒng)，故采用較小型的單體探測器為宜。故選用了JTF-GOM-GST601點型復(fù)合式感煙感溫火災(zāi)探測器。其采用了復(fù)合探測技術(shù)是目前國際上流行的新型多功能高可靠性的火災(zāi)探測技術(shù)，是由煙霧傳感器件和半導(dǎo)體溫度傳感器件從工藝結(jié)構(gòu)和電路結(jié)構(gòu)上共同構(gòu)成的多元復(fù)合探測器。其不僅具有普通散射型光電感煙火災(zāi)探測器的性能，而且兼有定溫、差定溫感溫火災(zāi)探測器的性能。由于采用了感煙和感溫相結(jié)合的技術(shù)，使得該復(fù)合探測器能夠?qū)覙?biāo)志試驗火的燃燒進行探測和報警。也能夠?qū)凭扔忻黠@溫升的明火進行探測并報警。而且探測器為無極性信號二總線制，方便連接控制器。
（二） 手動報警器的選擇
由于探測器可能會在某些情況下失效，故必須要有手動報警器，且能夠自動通知119火警。本控制系統(tǒng)選用J-SAP-8402手動報警按鈕，將手動火災(zāi)報警按鈕與消防電話插座設(shè)計成一體，構(gòu)成一體化J-SAP-8402型手動火災(zāi)報警按鈕。其主要具有以下特點：
1.采用拔插式結(jié)構(gòu)，安裝簡單方便；
2.電子編碼，可現(xiàn)場改寫；
3.有機玻璃片在按下后可用專用工具復(fù)位；
4.采用微處理器實現(xiàn)信號處理，用數(shù)字信號與控制器進行通信，工作穩(wěn)定可靠，對電磁干擾有良好的抑制能力。
J-SAP-8402手動報警按鈕主要技術(shù)指標(biāo)：
1.工作電壓：總線24V
2.監(jiān)視電流≤0.6mA
3.動作電流≤1.8mA
4.線制：與控制器采用無極性信號二總線連接，與總線制編碼電話模塊采用四線制連接，與總線制電話主機或多線制電話主機采用電話二總線連接
5.無源輸出觸點容量：DC60V/100mA
6.使用環(huán)境：溫度：-10℃～+55℃ 相對濕度≤95%，不結(jié)露
7.外殼防護等級：IP43
8.外形尺寸： 90mm×122mm×48.5mm （帶底殼）
（三） 聲光報警器的選擇
本系統(tǒng)選用HX-100B聲光報警器。HX-100B火災(zāi)聲光警報器（俗稱聲光）是一款安裝在現(xiàn)場的編碼型聲光報警設(shè)備，可直接接入火災(zāi)報警控制器（俗稱報警主機）的信號二總線，需要由電源系統(tǒng)提供兩根DC24V電源線。在現(xiàn)場發(fā)生火災(zāi)并確認(rèn)后，安裝在現(xiàn)場的火災(zāi)聲光警報器可由消防控制中心的火災(zāi)報警控制器（報警主機）啟動，發(fā)出強烈的聲光報警信號，以達到提醒現(xiàn)場人員注意的目的。如圖8。
HX-100B火災(zāi)聲光警報器的主要技術(shù)參數(shù)：
1.工作電壓：
信號總線電壓：24V 允許范圍：16V～28V
電源總線電壓：DC24V 允許范圍：DC20V～DC28V
2.工作電流：
總線監(jiān)視電流≤0.8mA 總線啟動電流≤6.0mA
電源監(jiān)視電流≤10mA 電源動作電流≤160mA
3.線制：四線制，與控制器采用無極性信號二總線連接，與電源線采用無極性二線制連接
4.聲壓級≥85dB（正前方3m水平處（A計權(quán)））
5.閃光頻率：0.8Hz～1.0Hz
6.變調(diào)周期：4（1±20%）s
7.聲調(diào)：火警聲
8.使用環(huán)境：溫度：-10℃～+50℃ 相對濕度≤95%，不結(jié)露
9.外殼防護等級：IP43
10.外形尺寸： 90mm×144mm×57mm（帶底殼）
（四） 報警門燈的選擇
報警門燈安裝在巡視觀察方便的地點，如會議室、餐廳燈地方。本次選用LD-8314作為報警門燈。其接線方式也為無極性信號二總線連接。
（五） PLC的選擇
本次選用三菱FXOS系列PLC作為控制器。其適應(yīng)于極小模塊，廣泛用途的卡片尺寸的超小型PLC。 特別是直流電流與交流電源型相比，體積又進一步減少了一半，即使在以往安裝困難空間，也可以從容地安裝。
特點備有可自由選擇、豐富的品種可選用10/14/20/30點型。同時，根據(jù)電源，輸出形式，進行選擇。體積雖小卻具有令人心安的高性能。本次使用點數(shù)較少故選用FX0S-10MR-001即可。
FX0S系列的基本單元FX0S系列的功能簡單，價格便宜，適用于小型開關(guān)量控制系統(tǒng)，它只有基本單元，沒有擴展單元。清晰可見FX0s-10M其6個輸入點和4個輸出點。本次控制所需點數(shù)少，故選用此種最低檔次的三菱PLC合理。更深入查找三菱PLC技術(shù)參數(shù)，可以訪問三菱電機網(wǎng)站，對相關(guān)器件的手冊進行下載。
（六）人機界面的選擇
本次選用三菱GOT人機界面。型號GT1165-VNBA-C作為本控制系統(tǒng)人機界面方案，但實際應(yīng)用應(yīng)該符合經(jīng)濟條件，因為GT1165-VNBA-C價格較貴，故若實際采用的話，可能不太符合經(jīng)濟規(guī)律。此次只是作為方案論證，并在GT simulator 2 中模擬GT1165-VNBA-C的效果。實際工程，應(yīng)該按照工程造價預(yù)算，合理選擇人機界面。8.4英寸TFT GT1165-VNBA-C AC機型 分辨率：VGA 640x480 顯示色：256色、內(nèi)存：3MB內(nèi)置CF卡接口。實際工程中，可以使用RS232將GOT與PLC進行連接。
三. 控制器的詳細設(shè)計
根據(jù)所選器件組成火災(zāi)報警控制系統(tǒng)。
（一） PLC線路設(shè)計圖
根據(jù)設(shè)計需要連接PLC與各個部件，將探測器與X0連接、手動報警器與X1連接、復(fù)位按鈕與X2連接。將聲光報警器與Y0連接、將報警門燈與Y1連接、將消費設(shè)備與Y2連接、將連接消防聯(lián)動裝置與Y3連接。由于所選部件，大部分線制都是無極性信號二總線連接。故可以一端連PLC一端連COM。若有特殊需要，可以按照各個部件的使用說明，連接額外電源。GOT使用RS232與PLC連接。
（三） PLC的梯形圖設(shè)計
選用GX Developer 8.52作為編程及仿真工具。GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。
（四） GOT的人機界面設(shè)計
本控制系統(tǒng)選用三菱的GT1165-VNBA-C作為人機交互界面。故使用三菱電機提供的人界面編程工具――GT Designer 2作為三菱GOT的開發(fā)工具。GT Designer 2是三菱GOT綜合性開發(fā)工具GT Works 2的一個重要組成部分。
四.結(jié)論
本文按照需要選擇了器件，并按照設(shè)計方案詳細設(shè)計了消防報警控制系統(tǒng)。展望未來，可以采用更先進的分布式探測器，更加智能的控制器來應(yīng)用。但若想做到更符合用戶的以及最優(yōu)化的選擇各個部件，可以使用PDM技術(shù)，做到產(chǎn)品與需求最優(yōu)結(jié)合。
參考文獻：
【關(guān)鍵詞】多媒體教室，移動終端，管理
由于多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，相對應(yīng)的計算機教學(xué)也逐步發(fā)生了改變，在教學(xué)過程中對于多媒體設(shè)備的需求也不斷的增大，而多媒體技術(shù)的應(yīng)用相對應(yīng)的帶來了多媒體設(shè)備的故障報修和及時的維修反饋提出了要求。為了增強多媒體教室的管理及電教設(shè)備的管理，使用一套針對電教設(shè)備管理的信息系統(tǒng)是有必要的。
而對于我校來講，隨著招生規(guī)模的不斷擴大，電教設(shè)備的需求量也隨之增大，與之相對應(yīng)的就是對于電教設(shè)備管理的工作量也增大了，對多媒體教室的管理也提出了更高的要求。為了更好地對電教設(shè)備實現(xiàn)管理，需要一套適應(yīng)時展的管理系統(tǒng)，特別是能跟上無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的管理系統(tǒng)。
1需求分析
對于一個多媒體教室管理系統(tǒng)，首先要確定使用者，然后才能確定系統(tǒng)所需要的功能，對于多媒體教室的應(yīng)用方面可以分為三大類別，第一類是使用者，包括教師和學(xué)生。第二類是設(shè)備維修維護人員，包括硬件維修人員和軟件維護人員。第三類是管理者，包括管理員以及該系統(tǒng)的版權(quán)所有人即最高管理員。
在與電教設(shè)備管理人員及相關(guān)人員溝通后，電教設(shè)備管理系統(tǒng)主要的功能用包括：用戶管理、設(shè)備購置管理、設(shè)備庫存管理、設(shè)備借用管理、設(shè)備維修管理、設(shè)備報廢管理、移動終端管理。
電教設(shè)備管理信息系統(tǒng)在設(shè)計和實現(xiàn)時應(yīng)滿足以下非功能性需求：
（1）友好的人機界面。友好的人機界面首先應(yīng)做到風(fēng)格的一致性，如界面設(shè)計總體風(fēng)格要一致：即所有窗口界面風(fēng)格應(yīng)該一致，如古典風(fēng)格、現(xiàn)代風(fēng)格、樸素典雅風(fēng)格等。
（2）系統(tǒng)的快速反應(yīng)。對于基于網(wǎng)絡(luò)的信息管理系統(tǒng)的反應(yīng)能力是非常重要的，系統(tǒng)的反應(yīng)能力主要為單位時間內(nèi)系統(tǒng)所能處理的信息量，或者說在相同的硬件條件下系統(tǒng)回應(yīng)用戶需求的時間要短。
（3）易擴充升級、易維護性。對于一個基于計算機和網(wǎng)絡(luò)的管理系統(tǒng)來講，計算機及網(wǎng)絡(luò)硬件、軟件的更新?lián)Q代是非常快的，這就要求系統(tǒng)在設(shè)計時一定要實現(xiàn)容易升級、維護方便的特性。
（4）可移動性。利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和移動終端實現(xiàn)移動辦公，真正實現(xiàn)設(shè)備管理的無紙化。
2系統(tǒng)設(shè)計
在設(shè)計和實現(xiàn)基于移動終端的電教設(shè)備管理系統(tǒng)時，實現(xiàn)的功能有：用戶管理功能、設(shè)備購置管理、設(shè)備庫存管理、設(shè)備借用管理、設(shè)備維修管理、設(shè)備報廢管理、移動終端設(shè)計等，系統(tǒng)的功能模塊圖如圖1所示。
通過以上實體分析及遵循相應(yīng)的原則，本系統(tǒng)設(shè)計12個數(shù)據(jù)表，分別為用戶信息表、用戶權(quán)限信息表、部門信息表、設(shè)備基本信息表、購置計劃信息表、購置信息表、設(shè)備入庫信息表、設(shè)備出庫信息表、設(shè)備庫存信息表、設(shè)備借用信息表、設(shè)備維修信息表、設(shè)備報廢信息表等。下面給出部分?jǐn)?shù)據(jù)表的字段描述。
3系統(tǒng)實現(xiàn)
管理員登錄系統(tǒng)后，點擊設(shè)備管理，進入設(shè)備管理界面，管理員可以根據(jù)需要管理的設(shè)備類別、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備名稱和所在教室號進行檢索，不檢索則默認(rèn)顯示所有設(shè)備，并且對設(shè)備進行查看、修改和刪除。若需要添加新設(shè)備則點擊新增設(shè)備進行添加。若需要批量修改、批量刪除則選擇批量修改和批量刪除即可。
4結(jié)論
本論文主要介紹了如何搭建一個基于移動終端的電教設(shè)備管理系統(tǒng)，使高校的設(shè)備管理真正實現(xiàn)了無紙化辦公。按照科學(xué)性、實用性等原則提高了高校行政工作的工作效率，減少了工作開銷，具體實現(xiàn)了網(wǎng)上辦公系統(tǒng)的基本功能。
參考文獻：
關(guān)鍵詞：CC2530；SIM900A；云服務(wù)器；橋梁穩(wěn)定性
中圖分類號：TP277.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）12-00-03
0 引 言
在橋梁工程領(lǐng)域，隨著各類自然及人為災(zāi)害的增加，對橋梁穩(wěn)定性監(jiān)測和預(yù)警的要求也越來越高。目前，橋梁監(jiān)測主要集中在橋面、橋墩等橋體的監(jiān)測，而對于橋梁橋墩所在基質(zhì)（基礎(chǔ)地質(zhì)條件）的監(jiān)測卻相對較少?；|(zhì)是橋梁穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，當(dāng)基質(zhì)經(jīng)過流水沖刷，地質(zhì)條件發(fā)生變化時，橋墩的穩(wěn)定性會隨基質(zhì)變化直接影響整個橋梁的穩(wěn)定性。
本文設(shè)計了一個基于CC2530無線傳感網(wǎng)絡(luò)，利用GPRS通訊及云服務(wù)器的橋梁基質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。實現(xiàn)了將監(jiān)測所得的各橋墩基質(zhì)高度數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器處理并預(yù)警的功能。
1 系統(tǒng)簡介
系統(tǒng)設(shè)計包含物聯(lián)網(wǎng)層、承載網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層三個部分，其中物聯(lián)網(wǎng)層將CC2530作為基礎(chǔ)，設(shè)計監(jiān)測基質(zhì)高度的無線傳感器，每個橋墩都安裝一個傳感器作為ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的終端或中繼設(shè)備。協(xié)調(diào)器與SIM900A通過串口進行數(shù)據(jù)通訊，控制SIM900A連接GPRS，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)至服務(wù)器或接收來自服務(wù)器的指令。系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
根據(jù)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的特點[1]，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用短地址進行通訊，而重新組網(wǎng)后短地址可能會發(fā)生變化，系統(tǒng)設(shè)計使用CC2530的長地址（IEEE地址）作為區(qū)分唯一設(shè)備的ID，長地址為64位全球唯一識別碼，不會更改。服務(wù)器數(shù)據(jù)庫保存橋墩的長地址，每次終端注冊時數(shù)據(jù)庫更新長地址對應(yīng)的短地址。物聯(lián)網(wǎng)層與服務(wù)器通訊簡圖如圖2所示。
系統(tǒng)設(shè)計一座橋只有一個協(xié)調(diào)器和GSM模塊，即一座橋只有一個確定的IP地址和端口。如圖2所示，系統(tǒng)要與某座橋的某個橋墩進行通訊的步驟為：查詢橋墩綁定的長地址――查詢長地址對應(yīng)的IP、端口及短地址――往IP和端口發(fā)送包含短地址的數(shù)據(jù)――IP對應(yīng)的GSM模塊收到數(shù)據(jù)――發(fā)送到協(xié)調(diào)器――通過短地址發(fā)送到終端。如此，系統(tǒng)即可實現(xiàn)服務(wù)器與多座橋不同橋墩傳感器之間的通訊。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 基質(zhì)監(jiān)測傳感器設(shè)計
由于橋梁橋墩基質(zhì)測量的特殊性，沒有現(xiàn)成的即方便又經(jīng)濟的傳感器可以使用，論文以CC2530為核心芯片設(shè)計了一款綜合測量和無線通訊傳感器。傳感器采用磁環(huán)+普通的霍爾傳感器作為測量部分[2]，CC2530作為中控部分，磁環(huán)和塑料墊片相隔放置于一定長度的PVC管中，一個磁環(huán)和墊片的高度為5 mm，即測量的精度為5 mm。傳感器樣機如圖3所示。
圖中所示為橫向放置，正常安裝時為豎向安裝，傳感器底座和PVC管為一體，穿過CC2530電路板，兩者之間可以相互移動，當(dāng)有位移時，電路板上的霍爾傳感器感應(yīng)到變化則通知CC2530產(chǎn)生一次中斷，每產(chǎn)生一次中斷移動5 mm距離。傳感器在橋墩上安裝的示意圖如圖4所示。
由圖4可知，無線傳感器的CC2530部分與大鋼管為一體，安裝固定在橋墩上，底座、PVC管同小鋼管固定，PVC管穿過CC2530的感應(yīng)器，小鋼管套入大鋼管內(nèi)，底座沉入水底與基質(zhì)接觸。當(dāng)基質(zhì)高度降低時，小鋼管跟隨降低，當(dāng)降低高度達到分辨率5 mm時，CC2530產(chǎn)生一次中斷，系統(tǒng)監(jiān)測到高度變化后，傳感器計算當(dāng)前高度，將高度數(shù)據(jù)通過協(xié)調(diào)器發(fā)送到服務(wù)器。
2.2 協(xié)調(diào)器設(shè)計
協(xié)調(diào)器電路設(shè)計與常用CC2530電路設(shè)計類似，加入SIM900A模塊，利用串口與協(xié)調(diào)器通訊。其樣機如圖5所示。
2.3 供電設(shè)計
考慮到設(shè)備都在戶外運行，系統(tǒng)設(shè)計協(xié)調(diào)器和傳感器都采用太陽能板+蓄電池的供電模式。
3 CC2530程序設(shè)計
根據(jù)系統(tǒng)功能，程序設(shè)計分為協(xié)調(diào)器程序和無線傳感器程序兩個部分。無線傳感器可以作為終端或中繼使用。
3.1 協(xié)調(diào)器程序設(shè)計
協(xié)調(diào)器主要用于數(shù)據(jù)處理，組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，接收橋墩的監(jiān)測數(shù)據(jù)并通過SIM900A發(fā)送到服務(wù)器，接收服務(wù)器的控制查詢數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)下發(fā)至終端或中繼設(shè)備。程序主要分為組網(wǎng)、串口通訊、無線通訊三個模塊。
在組網(wǎng)程序方面，協(xié)調(diào)器運行Z-Stack協(xié)議棧與終端或中繼設(shè)備組網(wǎng)，該部分程序只需在Z-Stack協(xié)議棧[3]基礎(chǔ)上稍做修改即可。
串口程序的設(shè)計主要使用AT指令與SIM900A模塊進行通訊。通過程序設(shè)計，讓CC2530根據(jù)AT指令模式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)并判斷命令類型，實現(xiàn)GPRS連接和數(shù)據(jù)傳輸。與服務(wù)器間的數(shù)據(jù)通訊通過UDP實現(xiàn)。
無線通訊程序主要接收處理橋墩終端上傳的數(shù)據(jù)，包括注冊、心跳、高度數(shù)據(jù)、報警等，將數(shù)據(jù)按照協(xié)議格式通過串口和GPRS發(fā)送至服務(wù)器。處理串口轉(zhuǎn)換過來的相關(guān)指令并發(fā)送至橋墩終端。協(xié)調(diào)器端程序流程圖如圖6所示。
3.2 終端傳感器程序設(shè)計
終端傳感器的主要功能包括與協(xié)調(diào)器組網(wǎng)通訊，接收協(xié)調(diào)器指令進行查詢、設(shè)置基質(zhì)初始高度等，監(jiān)測基質(zhì)高度變化，并將變化后的高度數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器。按照功能區(qū)分，將終端程序的設(shè)計分為組網(wǎng)程序、傳感器程序和無線接收處理三個模塊。傳感器端程序流程如圖7所示。
圖7 傳感器端程序流程
終端組網(wǎng)程序同樣使用Z-Stack協(xié)議棧，在協(xié)議棧的基礎(chǔ)上稍做修改，組網(wǎng)時讀取短地址和長地址并發(fā)送到協(xié)調(diào)器。
傳感器程序主要利用I/O口中斷，每中斷一次表明基質(zhì)高度發(fā)生5 mm變化，程序根據(jù)初始設(shè)置高度值計算當(dāng)前高度并上報至協(xié)調(diào)器，若短時間內(nèi)高度變化過快則發(fā)送報警指令等。
無線數(shù)據(jù)處理模塊主要處理來自協(xié)調(diào)器的指令，包括查詢、設(shè)置高度等指令。程序接收到指令后，根據(jù)協(xié)議做相應(yīng)的處理。此外，程序還設(shè)計了1分鐘定時向服務(wù)器發(fā)送心跳的功能，以表明設(shè)備在網(wǎng)，方便服務(wù)器處理。
4 云服務(wù)器功能設(shè)計
云服務(wù)器是系統(tǒng)運行的核心部分，論文所用系統(tǒng)將阿里云的云服務(wù)器作為基礎(chǔ)，設(shè)計數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用，實現(xiàn)橋梁基質(zhì)的實時監(jiān)測。云服務(wù)器主要包含數(shù)據(jù)庫設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計和應(yīng)用層設(shè)計三個模塊。人機界面設(shè)計如圖8所示。
數(shù)據(jù)庫設(shè)計使用SQL Server2008進行數(shù)據(jù)管理，根據(jù)系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)庫保存橋梁各橋墩傳感器的長地址和短地址，保存每座橋梁SIM900A的IP地址和端口及每個橋墩的高度數(shù)據(jù)等。
網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)計主要用于服務(wù)器跟橋梁和橋墩傳感器之間的通訊。論文使用UDP完成，根據(jù)設(shè)計的通信協(xié)議以及數(shù)據(jù)庫功能保證通訊正常進行。通訊指令包含注冊、心跳、高度數(shù)據(jù)、設(shè)置、報警等類型。
應(yīng)用層設(shè)計主要是人機界面設(shè)計。論文采用地圖供應(yīng)商提供的接口[4]，將監(jiān)測的橋梁以地圖模式顯示，此外，還包括設(shè)備綁定、查詢、報警等功能。
圖中左側(cè)為各橋梁以及橋墩的信息，中間為當(dāng)前橋梁的地圖位置，下方為橋梁各橋墩的基質(zhì)高度信息。菜單包括綁定傳感器、設(shè)置等功能。
5 結(jié) 語
本文設(shè)計了一種監(jiān)測橋墩基質(zhì)高度變化的傳感器，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)+云服務(wù)器實現(xiàn)了實時監(jiān)測橋梁橋墩基質(zhì)高度變化的功能，系統(tǒng)設(shè)計友好的人機界面將監(jiān)測數(shù)據(jù)進行直觀展現(xiàn)，系統(tǒng)無需人工值守即可實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測、報警等功能。目前，該系統(tǒng)已在麗水市宣平港大橋投入測試階段，測試期間系統(tǒng)穩(wěn)定，各項功能均正常運行。
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關(guān)鍵詞：生產(chǎn)現(xiàn)場 無線 數(shù)據(jù)采集終端 造型設(shè)計
0 引言
根據(jù)數(shù)據(jù)采集器的用途不同，可將其分為兩類：有線數(shù)據(jù)采集器和無線數(shù)據(jù)采集器。無線數(shù)據(jù)采集器是為適應(yīng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和掃描笨重物體條碼等脫機使用場合而設(shè)計的。無線數(shù)據(jù)采集器主要用于生產(chǎn)制造、倉庫管理、銷售竄貨追蹤、企業(yè)資產(chǎn)管理[1]等領(lǐng)域。隨著生產(chǎn)過程、管理、裝備信息化步伐的加快，生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)無線采集終端將得到快速的發(fā)展[2，3]。國外應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場的無線數(shù)據(jù)采集器主要有具備存儲功能的手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器、無線條碼掃描器及數(shù)據(jù)采集器、led生產(chǎn)管理顯示看板[4]等；國內(nèi)這種產(chǎn)品還很少。而且面對眾多的零、部件加工車間大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時控制如何進行；不同層面上的制造與管理人員如何能實現(xiàn)更好地在線溝通；現(xiàn)場的操作方式與持握方式怎樣？等等，這些問題在現(xiàn)有國內(nèi)外的產(chǎn)品中均沒有得到綜合的體現(xiàn)，本設(shè)計正是針對上述問題展開，從實現(xiàn)在制造物流中的順利、快捷、體現(xiàn)個性的溝通方面進行了探索。
1 產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計
根據(jù)應(yīng)用人群為工廠中的工人和管理人員，產(chǎn)品必須賦予抗摔防震、耐臟的功能，所以在產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計上必須給人予結(jié)實有力、渾厚大氣的感覺，作為工廠的建設(shè)者還應(yīng)體現(xiàn)出產(chǎn)品的尊嚴(yán)，體現(xiàn)持握產(chǎn)品的人的象征感，這種感覺使他帶著自信和積極認(rèn)真地態(tài)度去迎接每一份工作，故本產(chǎn)品并沒有采用一般工業(yè)產(chǎn)品的儀器使用的象征感覺。采用富有個性和流行時尚感的造型設(shè)計，增加了造型的親切感與使用的舒適感，一種當(dāng)家作主和被尊重的感覺。在顏色上采用易耐臟并且流行的有時尚感的銀灰色和給人以穩(wěn)重感的深藍色。
2 產(chǎn)品持握方式設(shè)計
根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的特點，在生產(chǎn)現(xiàn)場的工位、檢測點、材料、工具的出入口以及巡檢人員等配置生產(chǎn)現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時采集與通訊。
對于生產(chǎn)工位的工人，一般雙手經(jīng)常處于工作狀態(tài)，為了不影響工作效率，又能實時傳遞生產(chǎn)信息，所以將采集器設(shè)計成戴在的胳膊上，并盡量靠近頭部，用語音輸入生產(chǎn)現(xiàn)場物流傳遞信息，在技術(shù)交流和臨時通知方面提高效率
對于工廠管理人員，可以采用手持、戴在胳膊上兩種方式。手持時，在生產(chǎn)現(xiàn)場通過掃碼器快速識別各種部件，靈活地運用語音、鍵盤、掃碼等功能實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)在線通訊。
鍵盤采用推拉式，屏幕顯示方式可以實現(xiàn)縱橫向切換。
3 無線數(shù)據(jù)采集信息界面設(shè)計
在操作方式的選擇上，避免觸摸屏操作易出錯、壽命低、成本高等缺點，采用按鍵方式。
人在進行操作機器時，主要受價值和動機目的支配[5]，在設(shè)計中要考慮人視覺、思維、動作的習(xí)慣過程，使操作界面的設(shè)計符合人的日常習(xí)慣，使產(chǎn)品容易掌握和不易出錯。為了減少操作的不確定性，按鈕的設(shè)計采用不同執(zhí)行操作發(fā)出相應(yīng)的聲音和光的變化，以增加人們的操作信心與可駕馭感。
在數(shù)據(jù)采集的過程中，可能會遇到同一種零部件重復(fù)讀入的情況，還有可能是同一種零部件，由于不在同一個位置所導(dǎo)致的重復(fù)錄錄情況。在進行易出錯界面設(shè)計時，根據(jù)用戶的使用出錯頻率改進設(shè)計。對輸入數(shù)據(jù)的域值進行設(shè)定，當(dāng)輸入值大于該值時就要對操作員進行提醒，使之盡量減少出錯的發(fā)生。
3.1 數(shù)據(jù)采集的信息界面設(shè)計 在界面設(shè)計時，設(shè)計師不應(yīng)當(dāng)提供過多的選擇可能性。錄入時只需輸入被采集物品的編號，填上數(shù)量即可完成采集。如圖4所示。并根據(jù)被采集件輸入的頻次，決定檢索的次序，使專用部件的搜索快捷、方便。如有臨時添加的信息，通過語音輸入與求助鍵配合使用，使物流實現(xiàn)準(zhǔn)確快捷的傳遞。整機的物流識別可采用條碼掃描錄錄。數(shù)據(jù)采集器的操作程序可根據(jù)實際的需要進行編制，充分考慮操作使用過程的方便、靈活和通用性。
3.2 數(shù)據(jù)傳送的信息界面設(shè)計 數(shù)據(jù)傳送功能有數(shù)據(jù)的下載和上傳。
數(shù)據(jù)下載時通過要件按鈕將需要數(shù)據(jù)采集器進行確認(rèn)的零部件信息從計算機中傳送到數(shù)據(jù)采集器中
數(shù)據(jù)上傳時將采集到的零部件數(shù)據(jù)通過發(fā)件按鈕將數(shù)據(jù)傳送到計算機中去。
數(shù)據(jù)采集器的菜單，可以將所要完成的系統(tǒng)功能加入，如：零部件入庫、出庫、補貨和盤點等。同一批數(shù)據(jù)， 既作為入庫數(shù)據(jù)又作為出庫數(shù)據(jù)，給操作帶來了方便，減少了數(shù)據(jù)的再次讀入。
4 耐用與節(jié)電功能設(shè)計
為了防護采集器的屏幕，在采集器的兩側(cè)和中間屏幕部分裝有減震功能的防震橡膠，可承受一般的撞擊，即使跌落在地板上，也能正常運作；自動的省電運行模式設(shè)計，10秒無操作自動進入省電運行模式，按任意鍵自動“喚醒”。所以，使用兩節(jié)普通7號電池能正常使用達一個月以上。
5 小結(jié)
占領(lǐng)某領(lǐng)域的市場有兩種途徑，一是在激烈的競爭中靠實力取勝；二是去發(fā)掘別人尚未發(fā)現(xiàn)的市場，無論哪種方法市場細分定位以及對目標(biāo)人群的調(diào)查了解都是相當(dāng)重要的。當(dāng)今時代，消費者心理普遍要求產(chǎn)品符合自己的身份品位。只有了解消費者的特征和消費心理需求，才會有準(zhǔn)確的市場定位，產(chǎn)品上市才會受歡迎。中國是工業(yè)大國，尤其是東北是我國的老工業(yè)基地，怎樣在能提高工作效率，作業(yè)質(zhì)量以及使管理更加系統(tǒng)化是刻不容緩的問題。
在設(shè)計開發(fā)過程中加強對市場和目標(biāo)人群的分析及研究，提高設(shè)計師對市場的敏銳洞察力。抓住市場同時還要重視產(chǎn)品的使用功能是否體現(xiàn)的人性化程度，產(chǎn)品款式造型和色彩是否符合現(xiàn)代人審美需求的水平。只有這樣才能全面提高產(chǎn)品的市場競爭力，設(shè)計出成功的產(chǎn)品。
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【論文摘要】自然界是最偉大的造型師，其豐富的有機生命形態(tài)，有助于塑造造型設(shè)計的形式語言，使設(shè)計師能從這些精妙的有機生命形態(tài)中，獲取靈感，以仿生的方式進行發(fā)明創(chuàng)造和產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。仿生設(shè)計的應(yīng)用，能夠強化產(chǎn)品的動態(tài)美，突出產(chǎn)品的個性，增加人與產(chǎn)品之間的精神互動，使產(chǎn)品具有意象美和意蘊美。本文主要從仿生學(xué)、仿生設(shè)計學(xué)、仿生設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用以及仿生設(shè)計的未來等幾個方面來闡述仿生，倡導(dǎo)工業(yè)設(shè)計師在仿生設(shè)計學(xué)的指導(dǎo)下，創(chuàng)造人、機、自然和諧共生的生存空間。
對設(shè)計師而言，自然界豐富的自然生命形態(tài)是個取之不盡、用之不竭的設(shè)計資料庫。這些自然生命形態(tài)經(jīng)歷了幾百萬年的適者生存法則的自然進化后，不僅完全適應(yīng)自然，而且其進化程度也接近完美。如將其融入新型包裝，原來的幾何線條將逐漸演變?yōu)槿岷蛨A潤﹑厚重飽滿的有生命的線條，產(chǎn)品被賦予了“動”的神態(tài)。而且，仿生設(shè)計有利于突出產(chǎn)品的個性，尤其是當(dāng)今的信息時代，人們對產(chǎn)品設(shè)計的要求和過去不同，既注意功能的優(yōu)良特性，又追求形態(tài)的清新、淳樸，同時注重產(chǎn)品的返樸歸真和個性。
提倡仿生設(shè)計，不但能創(chuàng)造出功能完備、結(jié)構(gòu)精巧、用材合理、美妙絕倫的產(chǎn)品，同時還賦予產(chǎn)品形態(tài)以生命的象征，讓設(shè)計回歸自然，增進人類與自然統(tǒng)一。
一、仿生學(xué)與仿生設(shè)計學(xué)
仿生是高科技的代名詞，它是指運用尖端的科學(xué)技術(shù)，來模仿生物的各種官能感覺和思維判功能，更加有效地為人類服務(wù)。各國都在不遺余力地加大在仿生學(xué)方面的研究。[1]
仿生設(shè)計學(xué)作為人類社會生產(chǎn)活動與自然界的鍥合點，使人類社會與自然達到了高度的統(tǒng)一，正逐漸成為設(shè)計發(fā)展過程中新的亮點。自古以來，自然界就是人類各種科學(xué)技術(shù)原理及重大發(fā)明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質(zhì)存在，它們在漫長的進化過程中，為了求得生存與發(fā)展，逐漸具備了適應(yīng)自然界變化的本領(lǐng)。人類運用其觀察、思維和設(shè)計能力，開始了對生物的模仿，并通過創(chuàng)造性的勞動，制造出簡單的工具，增強了自己與自然界斗爭的本領(lǐng)和能力。
藝術(shù)設(shè)計領(lǐng)域的仿生設(shè)計兼具自然科學(xué)和社會科學(xué)的特點。首先，它是一種新的途徑和方法，具備社會科學(xué)的思辨性與形而上學(xué)的特點，并與美學(xué)、藝術(shù)理論等緊密聯(lián)系。此外，它又具備自然科學(xué)的邏輯性、科學(xué)性、系統(tǒng)性和實證性，與空氣動力學(xué)、流體力學(xué)、人機工程學(xué)等研究相輔相成。最為重要的一點是，它具備藝術(shù)科學(xué)的屬性，是環(huán)境科學(xué)、生態(tài)科學(xué)在藝術(shù)領(lǐng)域的延伸，也為形態(tài)學(xué)、語義學(xué)、符號學(xué)的發(fā)展指出了一條新路。[2]
二、仿生在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用
歸納現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中的仿生，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1、形態(tài)的仿生
形態(tài)從其再現(xiàn)事物的逼真程度和特征來看，可分為具象形態(tài)和抽象形態(tài)。
1）具象形態(tài)的仿生
具象形態(tài)是比較逼真的再現(xiàn)事物的形態(tài)。由于具象形態(tài)具有很好的情趣性、可愛性、親和性、自然性，人們普遍樂于接受，在玩具、工藝品、日用品應(yīng)用比較多。
2）抽象形態(tài)的仿生
抽象形態(tài)是用簡單的形體反映事物獨特的本質(zhì)特征。是一種虛幻的，不實的形。抽象形態(tài)的仿生具有形態(tài)高度的簡化性和概括性，形態(tài)豐富的聯(lián)想性和想象性，同一具象形態(tài)的抽象形態(tài)的多樣性這三個主要特征。同時在應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)時，具有生產(chǎn)便捷，產(chǎn)品形態(tài)多樣化，滿足不同層次的顧客等優(yōu)點。
2、功能的仿生
動植物的某些方面的功能，實際上遠遠超越了人類自身在此方面的科技成果。生存在自然界中的各種各樣的動植物能在各種惡劣復(fù)雜的環(huán)境中生存與運動，這是因為其運動器官和形體與惡劣復(fù)雜環(huán)境斗爭進化的結(jié)果。植物和動物在幾百萬年的自然進化中，不僅完全適應(yīng)自然，而且其進化程度接近完美。今天，我們生活在科學(xué)技術(shù)飛快發(fā)展的時代，學(xué)習(xí)和利用生物系統(tǒng)的優(yōu)異結(jié)構(gòu)和奇妙的功能，已經(jīng)成為技術(shù)革新和技術(shù)革命的一個新方向。[3]
例如，科學(xué)家根據(jù)蜻蜒的飛行原理研制成功了直升飛機；根據(jù)加重的翅痣蜻蜒在高速飛行時安然無恙，人們仿效其在飛機的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動的棘手問題；又如根據(jù)蛙眼原理，科學(xué)家利用電子技術(shù)制成了雷達系統(tǒng)，能準(zhǔn)確快速地識別目標(biāo)；根據(jù)螢火蟲100%的光能轉(zhuǎn)化效率原理，人類制成的冷光源，將其發(fā)光效率提高十幾倍，大大節(jié)約了能量。
盡管如此，自然界的動植物千千萬萬，其許多高超的技能與奧秘人們尚未完全掌握，但可以相信，隨著仿生技術(shù)的發(fā)展，各種仿生發(fā)明會源源不斷地被應(yīng)用到人類的生活中來。
3、結(jié)構(gòu)和材料的仿生
隨著仿生學(xué)的深入開展，人們不但從外形、功能去模仿生物，而且從生物奇特的結(jié)構(gòu)和肌理中也得到不少啟發(fā)。人們在“仿生制造”中不僅是師法大自然，而且是學(xué)習(xí)與借鑒他們自身內(nèi)秉的組織方式與運行模式。有的結(jié)構(gòu)精巧，用材合理，符合自然的經(jīng)濟原則；有些甚至是根據(jù)某種數(shù)理法則形成的，合乎“以最少材料”構(gòu)成“最大合理空間”的要求。例如蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成，這些結(jié)構(gòu)與近代數(shù)學(xué)家精確計算出來的菱形鈍角109°28′和銳角70°32′完全相同，是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，且容量大、極堅固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構(gòu)造用各種材料制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板，強度大、重量輕、不易傳導(dǎo)聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。
因此，工業(yè)設(shè)計師要積極地關(guān)注仿生發(fā)明中精巧的結(jié)構(gòu)和奇特的材料，并且巧妙地應(yīng)用這些結(jié)構(gòu)和材料，結(jié)合市場的需求創(chuàng)造出人們需求的產(chǎn)品，同時也要細心的觀察自然，提煉自然的精妙，提出更多的構(gòu)想，為科學(xué)家的探索提供更多的思路，從而創(chuàng)造更有價值的仿生成果，為人類創(chuàng)造更加精美更加豐富的產(chǎn)品。
4、界面仿生
要理解界面仿生設(shè)計，首先要知道界面。所謂界面，即人機界面，是人與機器進行交互的操作方式，即用戶與機器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入和輸出。好的人機界面美觀易懂、操作簡單且具有引導(dǎo)功能，使用戶感覺愉快、興趣增強，從而提高使用效率。
為了認(rèn)識和分析仿生界面設(shè)計，可將其分類為：
1）功能性界面仿生
功能性設(shè)計界面接受物的功能信息，操縱與控制物，同時也包括與生產(chǎn)的接口，即材料運用、科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用等等。這一界面的仿生側(cè)重于功能、結(jié)構(gòu)和材料的仿生，它反映著設(shè)計與人造物的協(xié)調(diào)作用。
2）情感性界面仿生
情感性設(shè)計界面即物要傳遞感受給人，取得與人的感情共鳴。這種感受的信息傳達存在著確定性與不確定性的統(tǒng)一。情感把握在于深入目標(biāo)對象的使用者的感情，而不是個人的情感抒發(fā)。設(shè)計師“投入熱情，不投入感情”，避免個人的任何主觀臆斷與個性的自由發(fā)揮。這一界面的仿生側(cè)重于用形態(tài)、色彩、肌理等引發(fā)心理情感，體現(xiàn)大自然和諧與共生的精神哲學(xué)的仿生設(shè)計，它反映著設(shè)計與人的關(guān)系。
三、未來工業(yè)設(shè)計中仿生的前景
中國未來的工業(yè)設(shè)計必須以創(chuàng)意與革新為首要條件，唯有真正好用且務(wù)實的商品才能在市場上脫穎而出，讓消費者感到貼心且實惠的產(chǎn)品方是企業(yè)制勝的絕佳利器。今天，我們生活在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時代，學(xué)習(xí)和利用生物系統(tǒng)的優(yōu)異結(jié)構(gòu)和奇妙的功能，已經(jīng)成為技術(shù)革新和技術(shù)革命的一個新方向。許多事實說明，仿生設(shè)計學(xué)是發(fā)展新技術(shù)的金鑰匙。
總結(jié)
綜上所述，運用仿生性思維進行設(shè)計，不僅創(chuàng)造功能完備、結(jié)構(gòu)精巧、用材合理、美妙絕倫的產(chǎn)品，而且賦予產(chǎn)品以生命的象征，讓設(shè)計回歸自然，增進人類與自然統(tǒng)一。因此，工業(yè)設(shè)計師要學(xué)會師法自然的仿生性設(shè)計思維，創(chuàng)造人、自然、機器和諧共生的對話平臺。
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關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計；人機工程學(xué)；理論；技術(shù)；應(yīng)用
1人機工程學(xué)發(fā)展概述
1.1人機工程學(xué)的概念和發(fā)展歷史
人機工程學(xué)是研究人、機、環(huán)境之間相互作用的學(xué)科，其研究目的是使機械系統(tǒng)或者人機環(huán)境系統(tǒng)能夠在最大程度上符合人類的形態(tài)以及生理、心理的特點，保證人們可以利用機械設(shè)備安全、舒適并且高效地進行各種活動。人機工程學(xué)涉及心理學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域的知識，著重研究人和機器的相互關(guān)系，從而提高人機整體的工作能力。人機工程學(xué)從人學(xué)會制造工具開始就已經(jīng)存在，具有悠久的歷史，不過人機工程學(xué)作為一項獨立學(xué)科出現(xiàn)只是20世紀(jì)的事情。人機工程學(xué)的發(fā)展歷史主要分為三個階段：第一階段是人適應(yīng)機器的階段，在這個階段主要是進行人機匹配，通過對人進行各種訓(xùn)練使人達到使用機器的水平。第二階段，機器適應(yīng)人的階段，在這個階段英國成立了人機工程學(xué)學(xué)會，標(biāo)志著人機工程學(xué)成為一門專門的學(xué)科。在此階段由于機械越來越復(fù)雜，對人進行嚴(yán)格訓(xùn)練也很難使人們達到適應(yīng)機器的水平，因此研究者將更多的精力放在了機器適應(yīng)人的研究當(dāng)中。第三階段，是以人為中心的系統(tǒng)階段，人們將人、機和環(huán)境視為一個整體進行系統(tǒng)研究，并將許多新興的科學(xué)理論，如系統(tǒng)論、信息論等應(yīng)用到了研究之中，著眼于為人類創(chuàng)造更舒適、安全并且高效的工作環(huán)境。進入21世紀(jì)，人機工程學(xué)快速發(fā)展，人機交互技術(shù)更是被各個國家視為重要的研究內(nèi)容。
1.2人機工程學(xué)在我國的發(fā)展
人機工程學(xué)在我國的研究歷史并不長，直到20世紀(jì)80年代我國才正式對人機工程學(xué)進行研究。隨著人機工程學(xué)在我國的快速發(fā)展，我國研究人員對于其的研究逐漸側(cè)重于人機工程學(xué)的實際應(yīng)用，如人機界面設(shè)計、作業(yè)環(huán)境及安全設(shè)置問題和操作者的疲勞程度等方面。根據(jù)近些年來我國研究人員在科學(xué)刊物上發(fā)表的論文來看，我國的人機工程學(xué)研究主要集中在工業(yè)技術(shù)、醫(yī)藥衛(wèi)生、交通運輸以及自動化、計算機技術(shù)等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域的人機工程學(xué)相關(guān)論文占到了總量的一半以上。
1.3人機工程學(xué)在工業(yè)設(shè)計中的作用
人機工程學(xué)在工業(yè)設(shè)計中起到的主要作用是為工業(yè)設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，人機工程學(xué)在人、機和環(huán)境的相互關(guān)系上的研究進展，使工業(yè)設(shè)計在人機關(guān)系的設(shè)計上有了可靠的依據(jù)。在工業(yè)設(shè)計的策劃和調(diào)研階段，研究人員需要對與人相關(guān)的人機工程學(xué)數(shù)據(jù)做研究，這也是工業(yè)設(shè)計中最需要人機工程學(xué)理論的階段。在工業(yè)設(shè)計中通常利用人機工程學(xué)理論對設(shè)計的產(chǎn)品進行改良。例如，人機工程學(xué)被利用于電腦鍵盤的設(shè)計之中，通過人機工程學(xué)的理論對鍵盤的布局、主鍵盤、數(shù)字符主鍵盤等的位置進行改進，從而使鍵盤的設(shè)計更加人性化，使人們提高了使用鍵盤時的效率。利用人機工程學(xué)理論可以完善目前許多多媒體控制臺的缺陷，通過對控制臺的結(jié)構(gòu)、形狀等條件進行理論分析，建立了一種坐、立兩種姿勢都可以使用的多媒體控制臺，方便人們的使用，促進其使用效率的提升。
2工業(yè)設(shè)計中人機工程學(xué)的應(yīng)用方法
2.1工業(yè)設(shè)計中常用的人機工程學(xué)方法
在工業(yè)設(shè)計中有許多人機工程學(xué)方法被應(yīng)用，其中常用的方法有人體參數(shù)法、調(diào)查方法和模型方法等。人體參數(shù)法，主要是指設(shè)計人員根據(jù)人體的身體各方面的數(shù)據(jù)，如尺寸數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和身體機能數(shù)據(jù)等對設(shè)計的產(chǎn)品進行改進，以提高產(chǎn)品對人的適應(yīng)程度。調(diào)查方法，主要是指設(shè)計人員根據(jù)產(chǎn)品設(shè)定的銷售人群進行人體的特征以及習(xí)慣的調(diào)查，從而改良產(chǎn)品的屬性。模型方法，是指設(shè)計者通過利用計算機等技術(shù)構(gòu)建三維模型的方式來測試產(chǎn)品是否符合人體工程學(xué)的原理，以便對產(chǎn)品的設(shè)計進行修正。下面將對人體工程學(xué)在工業(yè)設(shè)計中的具體應(yīng)用進行簡單的分析，我們以頭腦側(cè)面建立方法為例。首先，設(shè)計者對產(chǎn)品所面向的人群進行定位，并分析用戶的群體屬性，如年齡、學(xué)歷、文化背景等，然后對用戶處理數(shù)據(jù)的過程進行分析，通過分析結(jié)果確定產(chǎn)品信息的表示層次和方式，并由此來確定產(chǎn)品的形狀、大小等參數(shù)，并對產(chǎn)品強調(diào)的信息、顏色等條件進行設(shè)定，最終確定產(chǎn)品的設(shè)計對應(yīng)關(guān)系，之后對設(shè)計內(nèi)容進行評價和驗證，對設(shè)計內(nèi)容進行修改和測試，最終確定整個設(shè)計體系。
2.2設(shè)計心理學(xué)理論的應(yīng)用
設(shè)計心理學(xué)是工業(yè)設(shè)計中人機工程學(xué)應(yīng)用的新理論，它基于心理學(xué)，是一門將人的心理狀態(tài)及需求和產(chǎn)品設(shè)計聯(lián)系在一起的一門科學(xué)，其研究目的是使實際的產(chǎn)品更加符合人們的心理需求。因此，這門學(xué)問不僅會研究設(shè)計對社會上潛在的消費人群的心理影響，同時也會研究設(shè)計者在設(shè)計過程中的心理變化，并將這些心理都反饋到設(shè)計之中，從而使設(shè)計更加符合人們的心理預(yù)期。這種理論的調(diào)查方式有很多種，如心理描述法、抽樣調(diào)查法、訪談法和觀察法等。筆者認(rèn)為可以將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到人們對設(shè)計的心理反應(yīng)上，這種方式可以讓人們對設(shè)計了解得更深入全面，得出的心理反應(yīng)結(jié)果也更為準(zhǔn)確。在設(shè)計中注重人心理的研究，是人機工程學(xué)在工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用發(fā)展的新趨勢。
2.3計算機輔助人機工程設(shè)計方法
計算機輔助人機工程設(shè)計技術(shù)涉及計算機技術(shù)、人機工程學(xué)、生理學(xué)、工程技術(shù)等多種理論和技術(shù)，其中虛擬人體模型的方法是其在工業(yè)設(shè)計中主要的應(yīng)用方法，通過虛擬人體模型技術(shù)可以讓人們對設(shè)計進行更好的評測，使相關(guān)設(shè)計取得更好的效果。計算機輔助人機工程設(shè)計應(yīng)用到工業(yè)設(shè)計中有許多優(yōu)勢，如可以在設(shè)計前期對設(shè)計的方案進行評測、縮短制造的周期、降低成本，還可以減少返工的概率。尤其是在一些危險領(lǐng)域，其中的實驗項目具有很大的危險性，如汽車碰撞實驗，此時計算機輔助人工設(shè)計就可以發(fā)揮作用。
3人機工程學(xué)的研究和發(fā)展趨勢
目前，人機工程學(xué)發(fā)展趨勢更加注重其實際應(yīng)用。隨著社會的不斷發(fā)展，工業(yè)設(shè)計的理念也在不斷發(fā)展，設(shè)計者從以往注重設(shè)計產(chǎn)品的形式，到現(xiàn)在更加注重人對產(chǎn)品的情感體驗，給人機工程學(xué)提供了更廣闊的利用空間。在人機工程學(xué)的理論研究上，人們開始注重研究感性工學(xué)，并基于新時代的背景，提出了“人機工程教育學(xué)”以及“參與式人機工程學(xué)”等新的理念，同時虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是人機工程學(xué)研究的熱點方向，其在人體工程學(xué)和工業(yè)設(shè)計中有很大的研究價值。在未來，人機工程學(xué)還會呈現(xiàn)出多學(xué)科交叉的趨勢，涉及管理學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)和計算機科學(xué)等多種科學(xué)領(lǐng)域，并在設(shè)計師和使用者的心理研究方面繼續(xù)探究，使設(shè)計出的產(chǎn)品為人們提供更加豐富的情感體驗。
4結(jié)語
人機工程學(xué)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，形成了比較成熟的理論體系，也出現(xiàn)了多種應(yīng)用方法，對工業(yè)設(shè)計的發(fā)展起到了重要的輔助作用，促進了工業(yè)設(shè)計的不斷發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人機工程學(xué)理論不斷的完善，工業(yè)設(shè)計也逐漸向人性化、情感化方向發(fā)展，使人們擁有越來越好的產(chǎn)品體驗。
參考文獻：
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[論文摘要]:車間監(jiān)控層中生產(chǎn)數(shù)據(jù)的及時采集與更新[3] 是保證煙廠“計劃”與“生產(chǎn)”密切配合的關(guān)鍵。本文通過Flex Builder軟件及web服務(wù)技術(shù)模擬建設(shè)卷煙廠卷接機組濾棒成型監(jiān)控機人機監(jiān)控畫面及實施了數(shù)據(jù)采集的實時仿真。
1 引言
隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展與完善，以及工廠信息化建設(shè)的快速發(fā)展。卷煙企業(yè)車間監(jiān)控層就成為煙草行業(yè)企業(yè)信息化工程的基礎(chǔ)[7]，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對生產(chǎn)作業(yè)過程中產(chǎn)生的大量的實時數(shù)據(jù)的自動化快速收集，并對實時事件及時處理，同時又與計劃層保持雙向通信能力，從計劃層接收相應(yīng)數(shù)據(jù)并反饋處理結(jié)果和生產(chǎn)指令，有效地解決了制造企業(yè)對生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)管理的難題，為企業(yè)創(chuàng)收做出了巨大的貢獻[4]。本文在此基礎(chǔ)上，通過項目實例介紹了flex Builder在卷煙廠濾棒成型監(jiān)控機建設(shè)上的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的BS架構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)客戶端處理數(shù)據(jù)的能力并不強，對服務(wù)器端的依賴很大，而實時監(jiān)控需要在客戶端與服務(wù)器之間頻繁傳遞數(shù)據(jù)，并且服務(wù)器同時也要把顯示的頁面?zhèn)骰亟o客戶端，這將增大服務(wù)器的負擔(dān)。針對此問題系統(tǒng)以Flex作為表現(xiàn)層，不僅提高了客戶端處理數(shù)據(jù)、展示數(shù)據(jù)的能力，同時服務(wù)器端與客戶端傳遞的只有數(shù)據(jù)而沒有傳統(tǒng)的頁面，界面的布局變化完全由客戶端執(zhí)行處理。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
SHAPE \* MERGEFORMAT
Flex應(yīng)用程序框架[1]由MXML、AcitonScript 3.0及Flex類庫三部分組成，開發(fā)人員利用MXML及ActionScript編寫Flex應(yīng)用程序，利用MXML定義應(yīng)用程序用戶界面元素，利用ActionScript虛擬機(AVM)定義客戶端邏輯及程序控制，而將Flex類庫中包含的大量的組件、管理器及行為等作為輔助，來加快整個開發(fā)的進程，程序編寫完成后，通過Flex編譯器將其編譯為字節(jié)碼，最終形成以.swf為擴展的可執(zhí)行的二進制文件。本文采用Flex框架作為表現(xiàn)層和數(shù)據(jù)交互引擎，充分利用其客戶端運算能力和客戶端緩存能力，從而減輕了服務(wù)器的負擔(dān)，減少了響應(yīng)時間和傳遞的數(shù)據(jù)量。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了一個B/S結(jié)構(gòu)的卷接機組監(jiān)控系統(tǒng)，其中人機界面與PLC的通訊采用MPI方式[2]。如圖1。
(1) 串口通信層：在系統(tǒng)與主控機之間使用VB串口通信（采用的是RS-232串口標(biāo)準(zhǔn)）實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互[6]。VB串口通信層對濾棒成型機提供的數(shù)據(jù)進行解析，并以特定XML文件格式保存數(shù)據(jù)于服務(wù)器，供Flex端讀取并進行分析和處理，同時Flex端根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果實施相應(yīng)的動作。
(2) 表現(xiàn)層：即Flex制作的用戶界面，以web瀏覽器的形式展示。將相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)處理交給客戶端來運行，減輕了服務(wù)器的壓力，使服務(wù)器只用來進行相應(yīng)的人員數(shù)據(jù)傳輸和讀取原始描述濾棒成型機狀態(tài)信息的XML文件[5] ，加快了系統(tǒng)運行速度。
(3) 業(yè)務(wù)邏輯層：通過Servlet處理Flex的請求，讀取濾棒成型機狀態(tài)信息XML文件，并返回于客戶端；負責(zé)響應(yīng)請求、記錄日志、讀取或保存相關(guān)數(shù)據(jù)。
(4) 數(shù)據(jù)層：由多數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成，主要有：日志檔案文件、濾棒成型機數(shù)據(jù)設(shè)置信息數(shù)據(jù)庫、濾棒成型機歷史信息數(shù)據(jù)庫、濾棒成型機實時狀態(tài)信息文件的存儲、管理和維護。
3.1功能界面設(shè)計
SHAPE \* MERGEFORMAT
車間監(jiān)控層由多臺PC組成，它的主要功能是：一是提供車間級集中監(jiān)控界面；二是采集現(xiàn)場層的數(shù)據(jù)，存入本地數(shù)據(jù)庫；三是為一級監(jiān)控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。根據(jù)現(xiàn)場層提供的數(shù)據(jù)采集接口技術(shù)的開放程度，監(jiān)控機建設(shè)有兩種方案:a.在通用監(jiān)控軟件商作二次開發(fā)，b.由設(shè)備供應(yīng)商提供監(jiān)控系統(tǒng)。本文設(shè)計的KDF2濾棒成型機的監(jiān)控主頁面如圖2所示。最下面一排十一個按鈕，每個按鈕點擊進入一個子頁面，雖然各個模塊界面元素不同，但數(shù)采功能的原理是一樣的，因此本文就不一一做說明了，只對主頁面進行數(shù)據(jù)仿真。
3.2 模擬現(xiàn)場監(jiān)控數(shù)據(jù)仿真程序設(shè)計
3.2.1 Flex與XML通訊
Flex在建立一個項目并在項目里添加項目MXML文件(MXML是XML格式的標(biāo)記語言，主要用于編寫用戶界面，也用于聲明一些非界面組件)后，系統(tǒng)自動生成一個文件頭
在實際卷煙生產(chǎn)操作中控制濾棒成型機的PLC組件發(fā)送XML字符串，字符串格式為，再此，便于模擬仿真，我們通過實際數(shù)據(jù)點從PLC讀取數(shù)據(jù)，并將XML字符串轉(zhuǎn)換成getflashdata/文檔，此文檔是一個以aspx為后綴名的XML文檔，通過文檔中的data id值與Flex中各標(biāo)簽label的id名稱相對應(yīng)，從而取得機器上的數(shù)據(jù)信息。比如說上圖中”溶膠室:87.4 ℃中87.4為一label，而此label的id值為main_label3，那么我們的getflashdata/文檔中也要有一個id值為main_label3值與之對應(yīng)，才具備了數(shù)據(jù)仿真的基本條件。并且要在Flex后臺source中定義一個讀取xml字符串的事件，代碼如下：
① 定義txt2label取值事件
public function txt2label(labelname:String，idname:String):void{
try{Label(this[labelname]).text=testxml.data.(@id==idname).@value; } catch(e:Error){} }
② 將Flex中l(wèi)abel的id與XML中的id對應(yīng)
public function ShowXml():void{ //label id
XML id
txt2label("main_label3"，" main_label3");}
③ Flex以HTML頁面作為客戶端，運行在Web瀏覽器之中，實時數(shù)據(jù)監(jiān)控采用異步更新，在不刷新頁面的情況下顯現(xiàn)數(shù)據(jù)實時更新，大大節(jié)省了服務(wù)器資源，代碼如下：
private function Init():void{ ticker = new Timer(3000); ticker.addEventListener(TimerEvent.TIMER， onTick);
ticker.start();//lblDate.text=dateFormatter.format(new Date());//ShowInit();doRequest();}
新建getflashdata/文件，并將文件存儲于項目中的bin-debug文件夾下，以下即為getflashdata/文檔主頁中的需要從控制濾棒成型機的PLC上接收的XML字符串內(nèi)容：
3.2.2 使用HTTPService獲取XML
通常所需的 XML數(shù)據(jù)是動態(tài)的而不是靜態(tài)的，直接來自于濾棒成型機 ，這時可以通過HTTPService來獲取所需的 XML動態(tài)數(shù)據(jù)?？梢赃x擇使用ActionScript或MXML來創(chuàng)建HTTPService類 ，它們是等價的 ，因為 Flex本身是作為ActionScript的類來實現(xiàn)的。可以通過 GET或 POST方式發(fā)送請求到一個 URL，對指定的URL產(chǎn)生一個異步調(diào)用 ，然后處理這個請求并將數(shù)據(jù)返回至 Flex中。通過指定的URL， HTTPService對象可以訪問靜態(tài)的或動態(tài)創(chuàng)建的 XML，動態(tài)創(chuàng)建的 XML可以由 Java、 .NET、 PHP、 ColdFusi on或其它任何服務(wù)器端技術(shù)產(chǎn)生。最終結(jié)果返回給 Flex并存儲在 ActionScript對象當(dāng)中 ，當(dāng)然可以在MXML標(biāo)簽內(nèi)使用屬性resultFormat來指定返回數(shù)據(jù)的格式。下面的代碼使用Flex的MXML標(biāo)簽來從指定的URL獲取XML數(shù)據(jù)。
result="handleResult(event)" fault="handleFault(event)" resultFormat="e4x">
ptdetail 6
到此軟件部分要實現(xiàn)的基本仿真程序就編寫完成了，運行程序之后，將在瀏覽器中看到如圖2中中間界面部分所示的頁面內(nèi)容，當(dāng)在getflashdata文件中更改main_label3的value值并保存時，我們會看到，web瀏覽器中頁面上溶膠室后面的溫度數(shù)值也會變成mian_label3的value值，并且并未刷新頁面，有效地實現(xiàn)了異步更新的監(jiān)控仿真功能。
4 小結(jié)
本文簡要介紹了下Flex Builder建設(shè)卷煙廠監(jiān)控機監(jiān)控系統(tǒng)中的特點、系統(tǒng)架構(gòu)[8]，并做了簡單的系統(tǒng)仿真。Flex強大的功能大大提高了客戶端處理數(shù)據(jù)、展示數(shù)據(jù)的能力，同時軟件設(shè)計較傳統(tǒng)的客戶端服務(wù)器設(shè)計架構(gòu)簡單，操作方便，可以多工控軟件兼容，可在原有工控軟件的基礎(chǔ)之上進行二次開發(fā)。本文只是做了卷煙廠監(jiān)控子機的小小仿真，為Flex在更大項目工程中的應(yīng)用拓展打下了堅實的基礎(chǔ)，有著良好的開發(fā)應(yīng)用前景。
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[關(guān)鍵詞] UML QFD 需求分析
一、引言
開發(fā)軟件系統(tǒng)的工作首先便是獲取系統(tǒng)需求并進行需求分析，需求分析是軟件開發(fā)生命周期的第一個階段，它貫穿于整個開發(fā)生命周期，是軟件系統(tǒng)開發(fā)中的關(guān)鍵問題。但至今需求分析仍是軟件系統(tǒng)開發(fā)中最復(fù)雜、最困難的過程之一。表現(xiàn)在1.需求獲取困難。軟件需求獲取中缺乏領(lǐng)域知識的問題常常是模糊的、不精確的，而需求獲取及分析偏向創(chuàng)造性思維活動，其過程讓第三者難以理解；2.需求分析不完整。是軟件開發(fā)失敗的主要原因之一；3.需求建模較復(fù)雜。在軟件需求中混雜著各種各樣的需求，功能性需求與非功能性需求錯綜復(fù)雜的聯(lián)系，以及當(dāng)前對非功能需求分析建模技術(shù)的缺乏都大大增加了需求建模的復(fù)雜性。如何有效地分析客戶需求并映射到系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程，實現(xiàn)系統(tǒng)需求的跟蹤管理和控制，是軟件系統(tǒng)開發(fā)中的重要課題。
針對需求分析中存在的困難，提出了一種基于UML的QFD需求定量分析方法，把UML用例建模應(yīng)用到軟件需求分析中，用作為需求獲取和分析過程可視化，以及建立可視化模型的工具，利用QFD客觀地使需求項目層次化，可視化和充分化，從而降低需求建模的復(fù)雜性。同時給出一個需求分析框架，使該方法具有較強的可操作性。
二、UML需求建模
UML（Unified Modeling Language） 是一種通用的可視化建模語言，它支持從需求分析開始的軟件系統(tǒng)開發(fā)的全過程。在軟件系統(tǒng)需求分析中可通過用例圖對系統(tǒng)的需求進行分析建模。UML 作為一種強大的圖形化建模語言，是理想的需求描述和建模分析工具，對大規(guī)模的、復(fù)雜的、不斷變化的用戶需求有著很強的控制力。
用例（USE CASE）是系統(tǒng)執(zhí)行的一系列動作，通過這些動作能獲得對參與者(Actor，包括客戶、用戶和開發(fā)人員等)有價值的結(jié)果。
1.用例與需求的關(guān)系。用例體現(xiàn)參與者需要系統(tǒng)完成何種操作，強調(diào)實現(xiàn)用戶的真正目標(biāo)，以一種簡單而有效的方式表達系統(tǒng)的行為，更體現(xiàn)系統(tǒng)對用戶的價值，把需求書寫者的注意力從程序員關(guān)心的系統(tǒng)功能列表，回到用戶需求上。
需求分為業(yè)務(wù)需求、用戶需求、軟件需求三個層次，如圖1所示。需求工程應(yīng)該從上向下，從宏觀到微觀，且循環(huán)迭代補充完整。
在UML中，軟件需求定義為“系統(tǒng)所需的特性、屬性或行為”。軟件需求就是系統(tǒng)必須遵循的條件和所具備功能的陳述，它們都是可以觀察的外部系統(tǒng)行為規(guī)范，它表明了用戶或者另一系統(tǒng)要求調(diào)用系統(tǒng)必須完成的工作，因此這些需求必須是詳細且明確的，同時軟件的需求又可以明確地指導(dǎo)系統(tǒng)的實現(xiàn)和測試工作。
用例圖關(guān)注的是系統(tǒng)功能高層次的形狀，而不關(guān)注系統(tǒng)的具體實現(xiàn)方法，它著重從用戶的角度描述系統(tǒng)功能，適用于系統(tǒng)的需求分析階段，是系統(tǒng)的核心，驅(qū)動著其他模型的開發(fā)。
系統(tǒng)所有的參與者和所有用例組成用例模型，用例模型幫助參與者在如何使用系統(tǒng)方面達成共識，參與者在與用例進行交互時使用系統(tǒng)。一張用例圖描述部分用例模型，顯示帶有關(guān)聯(lián)關(guān)系的用例和參與者的集合。用例建模得到的功能需求明確規(guī)定了參與者執(zhí)行的特定任務(wù)，使用戶能清晰看到系統(tǒng)提供的有價值操作，有效地降低待開發(fā)系統(tǒng)的復(fù)雜度，幫助人們理解復(fù)雜的問題。
2.使用用例進行需求分析。在軟件需求分析過程中，需求一般可以分為兩類：功能需求和非功能需求。功能需求是系統(tǒng)必須能夠?qū)崿F(xiàn)的系統(tǒng)行為，而不需要在條件中加入物理約束，它指定了系統(tǒng)的輸入和輸出行為；非功能性需求指定了了系統(tǒng)必須具有的其他性質(zhì)，描述的是系統(tǒng)的特征或者系統(tǒng)的環(huán)境特征。
在使用UML進行需求建模時，通過用例圖從用戶目標(biāo)和系統(tǒng)交互功能兩方面來分析。在軟件系統(tǒng)開發(fā)的過程中，客戶先給了項目組《用戶需求書》，其中描述了業(yè)務(wù)需求和用戶需求，主要內(nèi)容是用戶希望的系統(tǒng)功能，然后由需求小組進行需求獲取和需求分析。用例將軟件需求放在環(huán)境中，將功能性需求放入實際操作的用戶環(huán)境中，當(dāng)系統(tǒng)與用戶或其他系統(tǒng)交互時，可以描述系統(tǒng)的行為。
(1)用例的提取。通過《用戶需求書》，對領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)詞法進行分析，將用戶和客戶的需要作為需求，篩選出有效的備選需求，將功能性需求表示為用例模型中的用例，其他的需求放到一個單獨的列表中，以待在質(zhì)量功能展開時進行分析，同時對用例圖中的用例進行語義描述。
(2)建立需求用例模型。用例模型是所有用于描述指定系統(tǒng)的用例、參與者和用例―參與者關(guān)聯(lián)關(guān)系的組合。在UML中用例模型是這樣定義的：用例模型可用于描述系統(tǒng)的功能性需求或者用例的其他分類。在軟件開發(fā)過程中，使用模型對現(xiàn)實進行簡化、概括，從而可以加強對真實構(gòu)建系統(tǒng)的理解。
通過用例描述發(fā)現(xiàn)用例之間的關(guān)系，在用例圖中描述出來建立用例模型，對用例之間的關(guān)系進行可視化的描述，使用戶和領(lǐng)域?qū)＜夷軌蚋玫貙ο到y(tǒng)的需求分析及其建模結(jié)果進行審評，及早發(fā)現(xiàn)需求的不足，減少系統(tǒng)開發(fā)的風(fēng)險。
3.質(zhì)量功能展開需求分析。通過UML可視化地表達系統(tǒng)需求的發(fā)現(xiàn)與描述，克服了系統(tǒng)需求分析中純文字性說明的不足之處，體現(xiàn)了直觀、規(guī)范、易交流等優(yōu)點，這是需求表達的一種有效手段。在需求分析階段，還有一個關(guān)鍵的工作在于怎樣盡力降低初始階段的開發(fā)費用，加快初始階段的開發(fā)進度。但在系統(tǒng)分析人員缺少相關(guān)的領(lǐng)域知識，不熟悉其業(yè)務(wù)流程的情況下, 提取需求、精確描述需求之間關(guān)系、對于需求用例的優(yōu)先級控制、性能性需求和技術(shù)特性需求等問題難以解決。
質(zhì)量功能展開QFD (Quality Function Deployment)模型也是針對軟件系統(tǒng)開發(fā)周期各階段而建立的模型，特別是可對需求和技術(shù)特性進行定量需求分析。在系統(tǒng)需求分析中，QFD以用戶的需求為輸入，采用關(guān)系矩陣的方法對用戶需求加以描述、迭代展開，將用戶需求與技術(shù)特性、用戶需求的重要性與競爭性聯(lián)系起來，并把用戶的需求轉(zhuǎn)化為技術(shù)特性、構(gòu)件接口和體系框架，從而提高系統(tǒng)需求獲取質(zhì)量和需求分析質(zhì)量，為從需求到設(shè)計的映射打下了好的基礎(chǔ)。
質(zhì)量屋HOQ (House of Quality) 的概念是由美國學(xué)者J. R. Hauser和Don Clausing在1988年提出的。質(zhì)量屋是由一個輸入到―個輸出的轉(zhuǎn)換過程，它提供了一種將用戶需求轉(zhuǎn)化成為技術(shù)特性，并配置到建造過程中去的結(jié)構(gòu)方法。QFD采用HOQ建立用戶需求和功能特性之間的相互聯(lián)系，針對需求抽取困難的問題，把QFD應(yīng)用到系統(tǒng)需求管理中，質(zhì)量屋矩陣可用作需求獲取和分析過程可視化，及構(gòu)造可視化模型的工具。質(zhì)量屋的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
一個完整的質(zhì)量屋包括6個部分:(1)用戶需求及重要度：確定了什么才是用戶最需要的;（2)技術(shù)特性：在需求分析時，由系統(tǒng)項目組根據(jù)用戶需求來提取出滿足這些需求的技術(shù)特性；（3）關(guān)系矩陣：描述了用戶需求和技術(shù)特性之間的關(guān)系程度；（4）競爭分析：站在用戶的角度，對本軟件系統(tǒng)在滿足用戶需求方面進行評估，以確定本系統(tǒng)的競爭優(yōu)勢和劣勢以尋找突破性的改進方向和領(lǐng)域;(5)技術(shù)評估：技術(shù)評估包括技術(shù)特性的權(quán)重、競爭性評估和設(shè)計質(zhì)量;（6)關(guān)聯(lián)矩陣：表示出了各技術(shù)特性之間相互支持或阻礙的關(guān)系。
經(jīng)過反復(fù)的質(zhì)量功能展開，HOQ陣逐漸被整理成層次化結(jié)構(gòu)形式，而軟件需求和數(shù)據(jù)項目也被同時并列地層次化。HOQ矩陣的層次與需求項目的層次相對應(yīng)，反映了需求的一次水平、二次水平、三次水平等層次關(guān)系，并通過技術(shù)評估檢驗需求是否滿足要求。
4.基于UML的QFD軟件系統(tǒng)需求定量分析過程?；谝呀⒌某跏加美Ｐ?，由于領(lǐng)域業(yè)務(wù)、需求變化的因素可能導(dǎo)致需求分析的演化，即在現(xiàn)有需求分析的基礎(chǔ)上進行下一遍的需求分析及建模。基于不同領(lǐng)域知識互補的必要性，以演化的觀點來考慮系統(tǒng)的需求分析，項目經(jīng)理應(yīng)與參與者共同分析。不同類型的參與者在需求分析建模過程中，從不同的層次、不同的角度分析系統(tǒng)的需求，并通過UML表示出需求。如，需求分析人員主要考慮系統(tǒng)范圍的設(shè)定；構(gòu)架設(shè)計師必需處理關(guān)鍵和重大的風(fēng)險，確認(rèn)那些制定構(gòu)架計劃所需要的用例。經(jīng)過QFD展開分析定量確定用例的優(yōu)先級，對于本階段的目標(biāo)是無關(guān)緊要的用例，只投入少量的精力，同時檢驗分析的需求是否足夠地滿足用戶的需求。
需求分析及建模需要經(jīng)過多次反復(fù)才能完成，系統(tǒng)需求分析包括提煉、分析和仔細審查已收集到的需求，以確保所有的風(fēng)險承擔(dān)者都明白其含義并找出其中的錯誤、遺漏或其他不足的地方。基于UML的QFD軟件系統(tǒng)需求定量分析過程包括以下的循環(huán)過程：
（1)對領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)詞法進行分析，篩選出有效的備選需求；
（2)將功能性需求表示為用例；
(3)建立需求用例模型；
（4)列出用例模型中的功能需求和用戶的性能需求；
(5)對每一個需求盡可能量化應(yīng)該做的工作；
（6)列出用戶需求與技術(shù)特性之間的關(guān)系；
(7)對需求的重要性進行排序，并給出評分；
(8)需求評審，對技術(shù)特性相對重要度較低的需求重復(fù)上述過程進行修正。
基于UML的QFD軟件系統(tǒng)需求定量分析模型如圖3所示。
用例作為新的需求分析技術(shù)，但若項目組對用例的劃分、用例的描述、用例與用例之間的關(guān)系把握不好，仍會造成項目的失敗。所以在實際工作中，建立用例模型后，為了保證獲取正確的需求，應(yīng)采用關(guān)系矩陣的方法加以描述、迭代展開，從而提高需求分析的質(zhì)量，保證對用例的一致理解，最終獲取需求的成功。
本文提出的基于UML的QFD需求定量分析方法已用于通用多媒體播放器的界面設(shè)計、超市管理系統(tǒng)的需求分析及中小企業(yè)ERP實施規(guī)劃中，收到了很好的效果。
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作為計算機科學(xué)技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)，“操作系統(tǒng)原理”(也稱“操作系統(tǒng)”)是一門承上啟下的重要課程。該課程幫助學(xué)生理解操作系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)，熟悉操作系統(tǒng)內(nèi)核，能夠運用操作系統(tǒng)深層次功能來解釋和開發(fā)更好的中間件和應(yīng)用程序，等。此外，無論是為新設(shè)備編寫驅(qū)動程序、創(chuàng)建新的微內(nèi)核服務(wù)器，還是提供能夠高效處理發(fā)展需求的新系統(tǒng)，等等，都需要理解基本的操作系統(tǒng)原理和技術(shù)。一些學(xué)校的專業(yè)學(xué)生甚至還需要掌握操作系統(tǒng)的分析、開發(fā)和設(shè)計技術(shù)。而另一方面，應(yīng)用型、教學(xué)型高等院校(尤其是本科院校)計算機專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生雖然很少直接從事操作系統(tǒng)軟件的開發(fā)，但其操作系統(tǒng)原理的知識水平，直接或間接地影響其專業(yè)水平和系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)能力，是他們與其他非計算機專業(yè)的用戶和應(yīng)用者的分水嶺。
1 “操作系統(tǒng)原理”已經(jīng)有完整的知識結(jié)構(gòu)與內(nèi)容
鑒于其重要性，各個學(xué)校，尤其是研究型大學(xué)的計算機專業(yè)，都一貫重視“操作系統(tǒng)原理”的課程建設(shè)。例如，我們利用Google (谷歌)搜索引擎，對“操作系統(tǒng)精品課程”關(guān)鍵字進行搜索，得到“簡體中文網(wǎng)頁中，約有880, 000項符合‘操作系統(tǒng)精品課程’的查詢結(jié)果”(2007.10.9查詢。作為比較，同樣是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)精品課程”有290, 000項；“軟件工程精品課程”有594, 000項) 。
又例如，我們在圖書的專業(yè)網(wǎng)站“互動出版網(wǎng)”() 進行相關(guān)搜索，在該網(wǎng)站的“計算機書店”中，“操作系統(tǒng)”類圖書信息有2, 251條(2007.10.9查詢。作為對照，“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”類圖書信息有433條；“軟件工程及軟件方法學(xué)”類圖書信息有1270條)。
可見，在解決操作系統(tǒng)課程教學(xué)的重點難點問題方面，我們不乏優(yōu)秀論文和優(yōu)秀成果，也有很多優(yōu)秀的教學(xué)前輩和教學(xué)典范；另一方面，從宏觀上講，我們不缺教材，也不缺好的“操作系統(tǒng)原理”教材。在長期的專業(yè)建設(shè)和教學(xué)實踐中，通過引進、消化吸收以及教改創(chuàng)新，許多優(yōu)秀的、具有方方面面特色的國內(nèi)外“操作系統(tǒng)原理”教材得以建設(shè)、出版和發(fā)行。
但是，在精品課程的建設(shè)過程中，我們認(rèn)識到，應(yīng)用型院校的學(xué)科建設(shè)應(yīng)該有其自身的特點和特色。傳統(tǒng)的精英教育模式即使仍然優(yōu)秀與先進，也不能完全適應(yīng)普及高等教育的需要，新的高等教育形勢呼喚新的教學(xué)方法和新的教學(xué)模式。這一點，在當(dāng)下的眾多精品課程建設(shè)中，無論是建設(shè)者，還是評判者，都很少顧及，往往還是用傳統(tǒng)的方法，用精英模式的方法來建設(shè)和評價應(yīng)用型院校的項目。
在實踐中，我們認(rèn)為兄弟院校做到的我們要努力學(xué)習(xí)積極爭取做到，更重要的是，應(yīng)用型“操作系統(tǒng)原理”精品課程建設(shè)還應(yīng)該包括對本課程教育對象 (例如獨立學(xué)院本專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和認(rèn)知特點) 的正確認(rèn)識、對教學(xué)目的(例如獨立學(xué)院培養(yǎng)“應(yīng)用型”“本科”人才)的深刻理解和對新的教學(xué)方法的改革與發(fā)展，等。
2正確理解教育對象，建設(shè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)環(huán)境
孔子曾經(jīng)提出過不少至今仍然具有教育意義的人本思想，他的“有教無類”觀點的理論基礎(chǔ)是其“性相近也，習(xí)相遠也”的人性論?！靶韵嘟闭f明人皆有成才成德的可能性，而“習(xí)相遠”又說明了實施教育的重要性。正是基于“人皆可以通過教育成才成德”認(rèn)識，才有了“有教無類”的教育原則。
認(rèn)識“有教無類”，對于教師來說，就要真心地愛學(xué)生，真心地?zé)釔劢處熯@個職業(yè)。由基本的對崗位和對學(xué)生的“愛”為出發(fā)點，去理解學(xué)生，思考問題，尋找解決之道。亦即：要尊重學(xué)生，用科學(xué)的態(tài)度分析和認(rèn)識學(xué)生中存在和出現(xiàn)的問題；根據(jù)學(xué)生群體的認(rèn)知習(xí)慣來設(shè)計、調(diào)整、改變和發(fā)展自己的教學(xué)方法。通過師生的共同努力，建設(shè)新的、更加積極的良好學(xué)風(fēng)。
就像池塘養(yǎng)魚。不同的魚種有不同水深分層次生活的習(xí)性，所以，池塘養(yǎng)魚一般是分層次確定投放魚種的。在社會生活中，對于計算機專業(yè)人才的需要也是分不同層面而產(chǎn)生不同需求的。研究型院校主要培養(yǎng)學(xué)科精英，教學(xué)型院校主要培養(yǎng)優(yōu)秀應(yīng)用人才，甚至是高職高專的應(yīng)用型人才，都各有各的用武之地，重要的是，應(yīng)該以不同的角度去看待他們，理解和認(rèn)識他們，教育和培養(yǎng)他們，而不是一刀切。
在精品課程建設(shè)過程中，我們逐漸認(rèn)識到：學(xué)校學(xué)習(xí)氛圍的變化主要緣于學(xué)生結(jié)構(gòu)和學(xué)生對象的改變。事實上，教學(xué)對象變了，教學(xué)目標(biāo)變了，教師“單一”的教學(xué)方法已經(jīng)成為亟待解決的關(guān)鍵。
3著眼于應(yīng)用性教育目標(biāo)，倡導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容的分層次設(shè)計
大多數(shù)大專院校都設(shè)置有計算機科學(xué)技術(shù)及其相關(guān)專業(yè)，我們至少可以認(rèn)為：根據(jù)所在院校的辦學(xué)類型不同、培養(yǎng)目標(biāo)不同、所在地及其周邊地區(qū)社會需求的不同，這些計算機專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該有所不同，這些計算機專業(yè)對于“操作系統(tǒng)原理”這門課程的教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)該是有所不同的。
我們認(rèn)為：對于大多數(shù)計算機專業(yè)的學(xué)生，尤其是非研究型院校的學(xué)生，應(yīng)該把“操作系統(tǒng)原理”的學(xué)習(xí)定位在理解、熟悉和能夠靈活運用操作系統(tǒng)原理，來解釋計算機運行的現(xiàn)象和開發(fā)更好的應(yīng)用程序與新設(shè)備驅(qū)動程序等這樣的層面，而把那些“考研”所需要的更深層次理論性內(nèi)容放在選修或者考研復(fù)習(xí)階段來解決。從長遠看，應(yīng)該對各層次院校的計算機專業(yè)所開設(shè)的“操作系統(tǒng)原理”課程的教學(xué)內(nèi)容進行研究，在特定的范圍內(nèi)形成一定的相關(guān)共識。
換句話說，在教材建設(shè)中要很好地把握編寫內(nèi)容的“度”，要完整、全面；而在具體教學(xué)過程中，要很好地把握靈活的“度”，在符合培養(yǎng)目標(biāo)的前提下，授課要生動、能理解，要引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生對課程內(nèi)容的濃厚興趣，千萬不要滿堂深灌而讀僵讀死?！安僮飨到y(tǒng)原理”課程雖然有鮮明的應(yīng)用性和實踐性，但也有對基礎(chǔ)課程和對理論深度的很高要求，因此，教學(xué)方法需要很好地設(shè)計，需要明了教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，積極進行調(diào)整和引導(dǎo)。
4注重因材施教，重視教學(xué)方法改革與創(chuàng)新
孔子非常注重因材施教，他研究人的方法是以承認(rèn)人與人的存在差別為前提的，他對每個學(xué)生的性格和特長都很了解，并且要求學(xué)生把學(xué)和思、學(xué)和行結(jié)合起來。
孔子的教育觀點體現(xiàn)了教書育人的精神。從“教書”來講，就是要培養(yǎng)有能力有學(xué)問的賢才；從“育人”來講，就是要塑造理想的人格?？鬃硬话选笆ト恕弊鳛榻逃哪繕?biāo)，而把重點放在培養(yǎng)君子人格上。在《論語》中，孔子所描繪的君子是儀表端莊、崇德向善、慎言敏行、學(xué)以致道、善于交際、愛才惠民、安貧樂道的人。在孔子那里，君子的標(biāo)準(zhǔn)可高可低，高到德、才、智全面發(fā)展，低到能具備某些優(yōu)點就行了。君子既要求完美，又不盡完美。孔子培養(yǎng)學(xué)生的君子人格、就是在對學(xué)生的優(yōu)點和不足有了全面了解的基礎(chǔ)上進行的。
正因為此，“因材施教”就成為教師應(yīng)該遵循的基本原則。教師要尊重學(xué)生的個性，發(fā)揮學(xué)生的專長，通過因材施教，使廣大學(xué)生成為各方面的“賢才君子”。在應(yīng)用型“操作系統(tǒng)原理”精品課程建設(shè)過程中，我們的一個側(cè)重點，就是探索學(xué)生能夠喜歡、能夠接受的教學(xué)方法。
傳統(tǒng)模式的教學(xué)方法可以簡單地概括為“先說 (課堂理論教學(xué)) 后做(驗證性實驗)”和“光說不做”。但是，在大眾化高等教育背景下，課堂教學(xué)效果普遍出現(xiàn)滑坡，客觀上淡化了“驗證性”實驗的基礎(chǔ)，因而嚴(yán)重影響了課程的教學(xué)質(zhì)量。這一點，在“操作系統(tǒng)原理”課的教學(xué)中尤其如此。
我們在教學(xué)實踐中摸索出一套“把實驗實踐環(huán)節(jié)與理論教學(xué)相融合，抓實驗實踐教學(xué)促進學(xué)科理論知識學(xué)習(xí)”的教學(xué)方法，有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以此來提高大眾化高等教育背景下“操作系統(tǒng)原理”以及其他專業(yè)課程的教學(xué)效果和質(zhì)量。這個教學(xué)方法可以簡單地概括為“先做后說”和“邊做邊做”。這里的“先做”，就是教師依據(jù)相關(guān)課程的知識體系和教學(xué)要求，精心設(shè)計前導(dǎo)實驗，學(xué)生在實驗設(shè)計的指導(dǎo)下，通過實驗方法來了解和實踐課程知識；這里的“后說”，就是在學(xué)生具備了一定的感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中答疑解惑，系統(tǒng)地提高學(xué)科知識的理論水平。
例如，“操作系統(tǒng)原理”課程一向都有實驗教學(xué)的要求，但實驗內(nèi)容通常是根據(jù)操作系統(tǒng)原理的思想，運用某種程序設(shè)計語言來實現(xiàn)操作系統(tǒng)的部分功能，或者分析諸如Linux操作系統(tǒng)某個版本的開放源代碼，等，帶有強烈的“驗證性”色彩。但是，(1) 由于低年級程序設(shè)計語言教與學(xué)所存在的問題，學(xué)生普遍不能順利地運用程序設(shè)計語言工具；(2) 對于應(yīng)用型院校的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)原理的主要目的應(yīng)該不是設(shè)計新的操作系統(tǒng)，而是在理解的基礎(chǔ)之上更好地運用操作系統(tǒng)。
因此，應(yīng)用型“操作系統(tǒng)原理”的課程建設(shè)尤其要重視建設(shè)實驗、實踐和應(yīng)用等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過實驗認(rèn)識問題所在，通過實踐理解問題的解決方法，通過體會到應(yīng)用價值而喜愛本課程的教學(xué)內(nèi)容。
操作系統(tǒng)軟件肯定是我們所見到的最優(yōu)秀、最復(fù)雜和最龐大的軟件之一，所以，真正領(lǐng)會操作系統(tǒng)課程所介紹的概念、原理、方法和技巧，對很多學(xué)生來說是困難的。我們需要為學(xué)生提供了一個研究操作系統(tǒng)內(nèi)核的學(xué)習(xí)方法，使學(xué)生可以由此來體驗操作系統(tǒng)內(nèi)核及其設(shè)計技巧?？梢栽诓恍薷娜魏未a的情況下，了解操作系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的各個方面；也可以通過編寫新的代碼來閱讀內(nèi)核的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和了解操作系統(tǒng)運作方式，等等。
根據(jù)以上思考，我們在實驗內(nèi)容的選擇、實驗步驟的設(shè)計和實驗文檔的組織等方面都作了精心的考慮和安排，結(jié)合精品課程建設(shè)，嘗試為“操作系統(tǒng)原理”課程編寫了實驗教材《操作系統(tǒng)原理實驗》(2003年科學(xué)出版社出版，2007年修訂)。該實驗教材依據(jù)課程教學(xué)大綱，充分理解課程的大多數(shù)教材，遵循課程教學(xué)的規(guī)律和節(jié)奏，體現(xiàn)了實驗的可操作性，幫助學(xué)生切實把握本課程的知識內(nèi)涵和理論與實踐的水平。幾年來，作為被許多應(yīng)用型院校廣泛采用的實驗教材，獲得了很好的教學(xué)效果，也得到了廣大學(xué)生的認(rèn)同。
5積極推廣，擴大精品課程建設(shè)的成果
在“操作系統(tǒng)原理”精品課程建設(shè)的實踐中，我們體會到，學(xué)生在“操作系統(tǒng)原理”等課程中產(chǎn)生的學(xué)習(xí)困難，首先來自于他們對所學(xué)知識缺乏必要的感性認(rèn)識，而我們在教學(xué)中采用“先做后說”的方法，把根據(jù)學(xué)科理論知識精心設(shè)計的實驗實踐環(huán)節(jié)與學(xué)科理論教學(xué)相融合，抓實驗實踐教學(xué)促進學(xué)科理論知識學(xué)習(xí)，較好地解決了學(xué)生的認(rèn)知困難，符合特定的學(xué)生對象，取得了很好的教學(xué)效果。
我們在“操作系統(tǒng)原理”精品課程建設(shè)過程中所做的教改工作，此后又陸續(xù)體現(xiàn)到如軟件工程、多媒體技術(shù)、電子商務(wù)概論、網(wǎng)頁設(shè)計與網(wǎng)站建設(shè)、匯編語言程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、信息安全技術(shù)、數(shù)字藝術(shù)設(shè)計、人機界面設(shè)計，以及信息資源管理等課程中，實現(xiàn)了建設(shè)一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，帶動一批相關(guān)課程發(fā)展，積累了一些成功的教學(xué)經(jīng)驗。
由《操作系統(tǒng)原理實驗》開始，這一系列教材在發(fā)展過程中形成的共同的教學(xué)特點是：(1) 重視動手能力和自學(xué)能力的培養(yǎng)，重視實驗所必須的訓(xùn)練，重視設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，以形成一個“什么都學(xué)過什么都會點”的積極局面。(2) 實驗內(nèi)容有很好的可操作性、趣味性和適當(dāng)?shù)碾y度?？刹僮餍员ＷC學(xué)生都能完成實驗而促進學(xué)生學(xué)習(xí)信心的建立，在一定程度上能減少學(xué)生抄襲的理由，克服實驗數(shù)據(jù)普遍抄襲的弊病；趣味性體現(xiàn)“寓教于樂”以提高學(xué)生完成實驗的積極性；而適當(dāng)?shù)碾y度有助于激發(fā)優(yōu)秀學(xué)生進一步鉆研的斗志。(3) 學(xué)生通過實驗提高對學(xué)科理論知識的興趣和理解，保證本科院校學(xué)生具有必要的理論知識水平。
(4) 實驗內(nèi)容形式多樣，例如可以是實驗、論文、課程設(shè)計等不同環(huán)節(jié)，并且各種實驗內(nèi)容應(yīng)該得到嚴(yán)肅認(rèn)真的設(shè)計，使實驗產(chǎn)生適當(dāng)?shù)墓?jié)奏感。
6后記
在許多交流場合都有老師說：用實驗實踐促進理論教學(xué)確實符合應(yīng)用型院校的學(xué)生特點，那么什么時候什么情況下需要和可以這樣做？
我們覺得，傳統(tǒng)的教學(xué)方法中已經(jīng)積累了很多很好的內(nèi)容，這些內(nèi)容要傳承和發(fā)揚，要珍惜，要很好地加以利用。我們的探索和研究，只是在此“單一”的基礎(chǔ)上，成為“有二”，而教學(xué)改革還需要“成三”、“為四”……，只要“材”不同，“教”法就可能也應(yīng)該有所不同。這是一。
其二，原本教學(xué)狀況很好的不一定要“改”，至少“狀況好”說明教學(xué)方法得當(dāng)；但反之，如果確實面臨了教學(xué)問題，那眼下，調(diào)整方法可能首當(dāng)其沖。
“操作系統(tǒng)原理”是計算機學(xué)科的一門經(jīng)典課程，成果多，經(jīng)驗多，高手多，我們只是想根據(jù)自己的實踐，起點“拋磚引玉”的作用。推而廣之，本文所談及的一些想法，在諸如軟件工程、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等等重要課程的建設(shè)過程中，也同樣具有意義。
和大家一樣，我們期待著推動和進步，期待著本科教育質(zhì)量的騰飛。
參考文獻
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[3] 周蘇、金海溶等編著. 操作系統(tǒng)原理實驗[M]，北京：科學(xué)出版社，2007.