面向虚拟装配的人机界面设计技术.研究

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1、华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题研究的背景1.1.1课题的来源本课题来源于国家“十一五”基础科研项目“智能装配系统技术研究”和国家863计划“复杂产品协同装配设计、工艺规划与仿真验证技术研究”（2006AA04Z138）。1.1.2课题研究的意义近几年来，虚拟装配技术成为了先进制造技术领域的一个研究热点，它的技术潜力非常大，应用的前景也是十分广阔的。在传统的装配中，装配多依赖于人的技巧和判断力来进行复杂的操作，对产品的外观和功能评估以及装配协调性检查，一般是借助于实物模型来完成的，这样的装配方式既费时又费力，因为在设计时不可能完全考虑周全装配的需要，因此很可能在装配时因为一个

2、小的修改而需要对实物模型的重建，在市场变化日新月异的当今社会，这种装配方式只会导致生产效率的低下和生产成本的巨大浪费，完全不适应现代市场快速反应的需要。虚拟装配技术的出现为彻底解决传统装配中存在的这些弊端带来了希望，它无需产品或支撑过程的物理实现，通过计算机对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计，对装配过程进行仿真模拟，检查产品零部件之间的正确装配关系，包括可达性、顺序性、方向性、干涉情况以及公差配合等方面的内容，帮助设计人员及早发现产品装配设计中的缺陷，实现对产品的可装配性、装配工艺及装配设备设计的合理性等项目的预先检验，为工程技术人员提供一个可视化的辅助装配工艺设计系统，以达到缩短产

3、品开发周期、降低生产成本以及优化产品性能的目的，此外，借助虚拟装配系统提供的学习和培训功能，可以缩短有关装配人员的培训周期。目前关于虚拟装配技术的研究主要集中在虚拟外设与虚拟环境之间的交互技术方面，而对于虚拟装配系统的人机界面研究尚是一片空白，而人机界面设计的好坏，它的人机交互性如何都直接导致一个系统的整体质量和系统的使用效率等，因此对于虚拟装配系统的人机界面进行研究对于虚拟装配技术的发展和拓展有着非常重要的意义。1华中科技大学硕士学位论文人机界面（Human-MachineInterfaces），是人与机器之间进行信息交流的媒介，包括信息的输入和输出。长期以来，由于受到“以机器为主

4、导”的传统思想影响，人机界面的设计往往只注重于功能方面的设计，而用户的重要性却往往在人机界面设计的过程中被忽视。现在，随着人们对人机交互性的越来越重视，越来越多的研究者渐渐意识到了用户的重要性，使越来越多的研究者把界面设计的方向转向了“以人为本”的角度，除了功能方面的研究外，更加重视一个系统的可操作性和舒适性。所谓的界面设计“以人为本”，就是设计要以人为中心，一切界面设计要适合人的生理因素和心理因素，它综合了产品设计的安全性与社会性，在符合人们的物质需求的基础之上，强调了精神与情感需求的设计，在设计中更注重对产品内环境的扩展和深化。一个好的人机界面，它能够降低产品或系统技术支持的费用

5、，缩短终端用户的训练时间，减少由于用户界面问题而引起的软件修改或改版问题，能够增强用户界面的可用性，使用户更易于对其进行操作，可以更加有效地利用计算机系统资源。因此，本文结合虚拟装配的特点，重点针对人机界面设计进行研究具有一定的理论和现实意义。1.2国内外研究现状1.2.1人机交互技术人机交互(Human-ComputerInteraction,HCI)是研究人、计算机以及它们之间相[1]互影响的技术。对人机交互进行研究的目的在于探讨如何使所设计的计算机能够帮助人们更有效、更安全地完成所需的任务。自从上个世纪四十年代第一台数字计算机诞生以来，计算机技术一直都在不断的发展中，它逐渐成为

6、人们学习、生活和工作中一种不可或缺的工具，在各行各业中都扮演着重要的角色。在计算机完成任务的过程中，有大量的信息需要人与之配合才能共同完成，在这种人-机相互配合完成任务的过程中，就涉及到人与计算机之间的信息传递和交流的问题，这就是所谓的人机交互。关于人机交互技术的研究是伴随着计算机行业的发展而不断发展的，国外的研究者早在上个世纪四十年代第一台计算机诞生后就开始了这方面的研究。[2]1946年，世界上第一台计算机ENIAC由美国宾州大学摩尔学院开发出来，这台2华中科技大学硕士学位论文世界上最古老的计算机采用的联线方法是在小接线板上进行相互连接，经过改进后，又变为在小接线板上联线建立一套

7、标准的操作，用卡片阅读器输入标准的宏操作序列，计算机的程序和数据是采用穿孔卡片和穿孔纸带，由专门的卡片输入机（阅读器）或纸带输入机（阅读器）进行输入。而对计算机的管理和调试，则是通过计算机的控制面板，由开关和指示灯来控制。计算机的输出是通过控制面板显示寄存器的内容，通过打印机在纸上输出计算结果等信息。卡片及卡带输入设备沿用了很长的一段时间，其原因就是卡片及卡带可以事先脱机进行准备，并且容易保存。在计算机发展的早期，必须人去适应计算机的特点和操作方法，因此人