基于差错认知的轿车中控界面设计方法研究

轿车中控交互界面具有情境特殊性,为解决因驾驶员的差错认知引发的错误和重复操作,导致分散驾驶注意力、引发驾驶事故的问题。从用户差错认知角度,提出了一种通过获取界面操作出错因子以得到界面信息特征设计优化策略的轿车中控界面设计方法。首先,将通过模拟实验获取的出错因子基于CREAM差错分析模型进行认知表征,并归类至基于认知加工理论的出错分类模型中。然后,分析出错因子、认知因子与设计因子的关联性以构建出错-认知-设计特征关系映射模型,根据三者的映射关系得到优化轿车中控界面的设计策略。最后,以广汽传祺GS4轿车为例对其中控界面进行优化设计,验证了此方法的运用有助于提高轿车中控界面的操作效能。     

面向人为差错的多通道约束匹配模型

为减少用户使用产品时出现人为差错的概率,提高产品的使用效率,建立了面向人为差错的多通道约束匹配模型。分别从认知层面与执行层面对造成人为差错的因素进行探讨,应用基于假设的真值维护系统理论得到3种差错类型,分别为认知错误、认知失效和操作失误。从视觉、听觉和触觉3个通道为产品加载设计约束,构造问题求解器,建立差错类型环境与通道类型集合的映射关系,从而得到多通道约束匹配模型,实现非单调推理。以某品牌车载导航仪为例,提取人为差错因子,基于多通道约束匹配模型架构建立导航任务过程中的面向人为差错的多通道约束子模型,并通过该子模型找到导航出错的有效约束,从而减少车载导航仪在使用过程中产生的人为差错,提升车载导航仪使用绩效。建立面向人为差错的多通道约束匹配模型,为减少用户使用产品出现人为差错提供了基础研究架构。     

基于视觉感知强度的人机交互界面优化设计

为了提高人机交互界面的视觉舒适性和高效性,提出了一种基于视觉感知强度的人机交互界面优化设计方法。首先依据人眼视锥感知细胞的感知强度区域划分标准,建立人机交互界面感知强度划分模型;然后依据优序法的权重等级划分方法,科学度量视觉感知元素权重等级;最后在人机交互界面感知强度与感知元素重要度指标基础上,构建基于视觉感知强度的人机交互界面优化布置模型并用遗传算法求解该模型。刀具补偿操作界面的实例表明,该方法适用于人机交互界面优化布置设计。     

服务型制造车间关键任务调度的Stackelberg博弈研究

针对服务型制造车间关键任务调度问题,提出了两层次嵌套的Stackelberg博弈调度模型。该博弈模型由Stackelberg子博弈与非合作静态子博弈构成。其中Stackelberg子博弈模型用于解决关键任务与非关键任务的之间的调度决策问题,非合作静态子博弈模型则用于实现非关键任务之间的调度决策。在该博弈调度模型中,将关键任务映射为领导者,将其余非关键任务映射为追随者,将与各任务包含的工序集所对应的可选加工设备映射为可行方案集,将各任务的综合成本指标映射为收益函数。为实现对模型的Stackelberg均衡点的有效求解,设计了基于爬山搜索的混合自适应遗传算法。算例仿真结果验证了所提出的模型与解算方法的正确性。     

面向运行工况的矿山机械人机交互设计研究

针对矿山机械的运行工况,研究此类装备的人机交互设计。从交互任务、用户、信息、通道和界面关系出发,归纳矿山机械人机交互的系统层级构架、用户协同、界面混合和通道多样化的特点。以运行工况、用户系统及交互情景3个方面,构建了矿山机械人机交互设计模型,最后以电动轮自卸车驾驶室人机交互设计进行应用。实例表明:矿山机械的人机交互需要依据实际工况进行设计,人机交互与运行工况相匹配,为复杂产品人机交互设计提供参考。     

产品设计中用户感知意象的思维结构

为获取产品总意象、子意象和产品构成元素之间的关系,分析了产品设计中用户感知意象的生成机制,并提出了感知意象思维结构的模型。以太阳镜外形为研究案例,采用多元自适应回归样条技术构建产品总意象与造型、色彩、材质和光影子意象的关系模型,据此应用子意象最低规则和意象值近似规则,在Matlab软件中求解四个子意象的最优组合。采用回归树技术得到各子意象与产品构成元素的关系模型,进一步地以感知意象区间为基础,求解对应于四个最优子意象的最优产品构成元素,据此得到对应于用户感知意象的最优产品构成元素组合。研究表明:在感知意象的思维结构中,产品子意象与构成元素的关系可用树结构表征,而与产品总意象之间存在复杂的映射关系。     

基于认知负荷的人机交互数字界面设计和评价

复杂系统信息量大,信息结构复杂,容易造成数字界面设计与用户认知失衡, 文中针对这一问题,基于认知负荷的视角,展开了界面设计和评价研究以提高人-数字界面交互工效。从数字界面信息加工机制出发,结合认知资源有限理论和认知图式理论探讨了数字界面认知负荷的生成机理,提出了数字界面外在认知负荷、内在认知负荷和相关认知负荷的3个来源及相应的减少认知负荷的界面设计策略。将视觉搜索机制和眼动生理评估有效结合起来,提出了基于搜索深度-搜索广度和内敛度-发散度的数字界面眼动认知评价模型,在一定程度上实现了数字界面研究的认知根源挖掘和主客观统一。     

以用户为中心的自助售货机交互界面设计

为找出影响自助售货机人机交互性能的关键设计因素、交互元素及参数,在分析现有自助售货机设计的基础上,发现以机器为本的设计逻辑是阻碍人机交互的关键。比较日常生活中以机器为本和以人为本的不同消费行为模式,建立了以人为本的自助售货机交互模型,该模型的应用测试结果显示,以用户为中心的界面系统可显著缩短操作时间、减少操作出错。所建立的模型和方法为同类自助产品系统的交互设计构建了基础和框架。     

基于FBS与基元模型的机械装备概念设计研究

机械装备体积大、结构复杂、操作步骤多,用户在操作、运输、装配、维修时交互行为复杂且易出错,为解决上述问题,基于FBS与基元模型,通过对人的实际操作行为进行层次形式化描述,提出以用户操作行为特征为导向的概念设计方法。运用基元模型的事元对人机交互行为置换、增删、扩缩、分解、复制,并映射符合使用方式的造型和结构,从而实现了用户操作的合理性。以子午线轮胎成形机主机为例,验证了基于FBS与基元模型的机械装备概念设计的可操作性,该方法为更系统的机械装备人机交互概念设计提供理论参考。     

机器人视觉示教学习方法研究

针对机器人在非结构化环境的人机交互过程中环境感知与目标识别问题,提出一种基于视觉的机器人示教学习方法,机器人通过视觉感知人机交互过程中用户的单次示教获得任务操作技能。采用视觉系统捕获用户示教操作动作图像,通过图像处理与特征匹配算法SIFT提取目标对象特征。机器人复现阶段,识别出新任务环境中目标对象且向机器人输入其坐标位置。在Matlab仿真环境中模拟机器人经始末坐标逆解出机器人任务操作的运动轨迹,通过Barrett WAM机器人实验平台实现操作一组多孔积木的装配任务。研究结果表明:在单次示教与极少的环境先验知识的情况下,机器人能够学习到用户的顺序任务操作技能,并且在视觉范围内有较好的泛化能力。     

基于视觉感知分层的数字界面颜色编码研究*

复杂系统数字界面中的颜色编码对界面设计有十分重要的影响,如何通过颜色编码降低视觉信息混乱、提高认知绩效是优化界面设计中有待研究的课题。针对视觉的层次化感知引导人的注意捕获和视觉行为,在色彩体系和注意捕获理论基础上,通过对视觉感知分层和注意捕获程度的关联分析,提出利用两颜色之间的相互干扰反应时间之差判断其注意捕获程度。采用蒙赛尔色立体中的颜色心理三属性在知觉上的等距离划分,设计颜色的注意捕获试验,结合色差对不同色相、明度和饱和度的视觉感知层次和注意捕获程度进行判定、整合,并对比不同色差大小对认知速度的影响,分析结果表明：黑色背景下,除红色外仅色相不同的颜色在视觉感知上处于同一层;随着明度和饱和度的减少,视觉感知层次降低;目标与干扰物的色差固定时,低明度颜色对比高明度颜色对有更好的识别绩效。以飞机辅助起飞系统弯道情境仿真界面设计为例,验证了距离高饱和的目标色相同色差时,低明度背景上的目标认知绩效优于高明度背景。     

一种基于视觉注意机制的刀具检测方法

为了解决视觉引导的机器人加工系统中对目标进行快速、准确检测的问题,将人类视觉选择性注意机制引入机器视觉系统,提出了一种基于轮廓的视觉选择性注意计算模型(SECO模型).该模型通过分离目标、提取边缘、感知轮廓、轮廓显著度竞争、注意焦点选择及转移等策略,实现对目标的检测.实验结果表明,该模型能够实现在复杂场景下对目标进行快速准确的检测,且具有很强的抗干扰能力和较高的计算效率,便于在机器视觉系统中直接应用.     

基于特征的零件信息描述模型的建立与应用

通过分析国内外常用的零件信息描述方法,根据基于特征设计思想,建立了基于特征的零件信息描述模型,并应用于箱体类型数控加工微机自动编程系统中,得到良好的人机交互界面。     

基于PSO-BP神经网络的工业装备造型设计研究

针对工业装备造型、空间布局等外观特征要素与用户感性认知的复杂映射问题,提出基于PSO-BP神经网络算法的工业装备造型优化设计方法.结合因子降维、文本挖掘等方法确定代表性样本和感性意象词汇,采用语义差异法建立工业装备外观意象特征评价量表.依据用户感性意象评价与用户喜爱度建立线性回归公式,通过PSO-BP神经网络建立造型元素特征与用户感性认知间的映射模型,应用线性回归公式和映射模型构建工业装备造型设计系统.以某企业风电车载换油机为例,验证了该设计系统的有效性,为工业装备的造型设计提供参考.     

基于语义情境的机械设备拆装增强现实诱导

针对机械设备拆装诱导中人机交互性差、诱导信息过载等问题,提出基于装配语义图模型的拆装子情境感知方法。分析了机械设备拆装语义的组合性特点,建立了零件类型本体层次树模型、连接类型本体层次树模型和产品装配语义图模型;在上述模型的基础上,提出基于装配语义图模型的拆装情境相似度计算方法;应用该子情境相似度方法,提出基于语义情境的操作者知识经验模型,实现了对拆装诱导信息的检索和筛选,提高了诱导信息的针对性和系统的人机交互性。     

基于行为特征分析的全身交互界面用户参与

针对全身交互界面用户参与的定量评估问题,提出基于行为特征分析的研究思路.利用Openpose获得用户身体关键点坐标并提取行为特征,对比不同全身交互界面和任务模式中行为特征的显著差异,以及客观行为特征与主观感知参与度的关系.发现客观行为特征与主观感知参与度具有相关性和互补性.用户行为特征在某些属性上可以指示用户主观感知的参与程度,但两者不具有替代关系,对涉及全身交互的用户参与评估需同时从客观行为和主观认知两个层面开展.VR界面中用户总体平均速度和感知参与度均显著高于Kinect界面,VR界面在支持用户认知和行为层面的用户参与具有显着优势;任务模式影响交互行为的选择,相较于休闲模式,生存模式的交互行为更加精细.     

基于人机耦合思想的信息产品设计方法研究

分析了以用户为中心的设计思想在信息产品设计中的重要性,讨论了优秀信息产品设计中用户认知与信息界面存在的耦合关系。从用户认知的角度,提出了针对信息产品设计的人机耦合理论。在认知过程中,用户隐性知识与信息产品中表达的显性知识存在着映射关系,通过考虑映射关系实现信息产品编码设计中的人机耦合,可以实现更好的人机交互。通过案例及试验验证,证明了人机耦合思想指导下的信息产品设计方法的可用性。     

绳锯机控制器人机界面可用性评估研究

为提高绳锯机控制器界面交互的可用性水平,以可用性设计原则为基础,构建了基于眼动追踪技术和用户测试的操作界面可用性评价指标体系.根据用户行为特点,综合考虑产品界面的人机尺度和视觉感知需求,改进了控制器的人机界面交互设计方案,并将原界面和改进界面进行眼动试验评估,分析任务完成时长、正确率、至首次注视时间等眼动指标数据及热点图与轨迹图;结合用户测试和可用性量表法,从客观和主观两个角度对设计方案进行验证和评估.结果表明:改进界面的操作效率更高,有效提高了人机界面的可用性和用户满意度,该评估方法可为绳锯机控制器界面的人机交互可用性研究提供参考.     

基于视觉感知的灰色设计决策方法

针对人的隐性知识在设计决策过程中难以外显,导致决策结果不确定的问题,提出了一种融合视觉感知数据的灰色设计决策方法。基于视觉感知、注意与偏好的映射关系,建立视觉感知认知模型。综合决策者显性维度的主观选择和隐性维度的眼动追踪数据,构建偏好设计决策的评判机制,利用余弦距离来分配决策者权重,利用灰色决策综合排序求得方案的优劣顺序。以电饭煲为对象进行实例研究,结果表明该方法能得到客观、准确的决策结论,可有效应用于信息有限条件下的群体决策,为设计创新提供方法参考。     

客户竞争驱动的任务调度非合作博弈

从客户竞争需求的角度出发,在分析其提交制造任务的各自利润最大化(重点考虑任务的完成时间)调度目标的基础上,针对传统的任务调度策略、方法和模型的不足,采用博弈论,提出并构建了一种具备完全信息的非合作博弈的任务调度模型。在该任务调度模型中,来源于不同客户的制造任务被映射为博弈模型中的局中人,与各制造任务所包含的工序集对应的可选加工设备被映射为各制造任务的可行方案集,各制造任务加工完成时间的倒数被映射为其收益函数。据此,对上述任务调度目标的求解就等价为寻求该任务调度模型的Nash均衡点,对Nash均衡点的具体求解,采用遗传算法实现。最后给出具体的实例来验证其可行性。