產品人機形態(tài)設計研究.pdf

1、設計理論和設計對象是工業(yè)產品設計領域所研究的兩個重要問題。目前，對技術系統(tǒng)和設計理論的研究已經比較廣泛和成熟。但是，傳統(tǒng)的“以功能為中心”的設計思想和方法依然存在廣泛而深刻的影響；由于未能全面而系統(tǒng)的考慮人、作業(yè)環(huán)境對產品的作用和影響，“以人為中心”的設計仍然得不到充分地實現(xiàn)。 在此背景下，本文就產品的人機形態(tài)設計問題，以工業(yè)產品設計過程中產品形態(tài)與人機工程學的關系為出發(fā)點，在深入研究人機工程學的基礎理論、人體測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計

2、分析理論、國標人體尺寸理論、遺傳算法理論和產品形態(tài)的設計方法等內容的基礎上，對人機工程學在產品形態(tài)方面的應用進行了有益的探索，提出了產品人機形態(tài)設計的一種新思路和新方法。 本論文的主要內容和成果如下： (1)人體的人機學參數(shù)是建立產品人機形態(tài)設計所需要的基礎數(shù)據(jù)來源，重點研究了以國標GBl0000—1988《中國成年人人體尺寸》和國標GB／T13547-1992《工作空間人體尺寸》為基礎的人體測量尺寸等人機學參數(shù)，分析了

3、人體的人體結構尺寸和功能尺寸，研究了國標人體測量數(shù)據(jù)的處理和應用情況。在應用國標人體尺寸數(shù)據(jù)和生物學部分相關理論的基礎上，運用概率和數(shù)理統(tǒng)計的方法，建立了人體尺寸變量的正態(tài)分布函數(shù)和線性回歸分析函數(shù)，提出了建立非國標項目的衍生人體尺寸的具體方法。 (2)人機形態(tài)的設計是人機工程學研究領域的重要方向之一。以人體人機學參數(shù)的研究為基礎，建立了人機接觸面的人機交互形式、接觸點的構成、人體接觸點的生理學性能、產品表面的物理特性和體壓分布

4、的內容，研究了人機接觸點的特點、構建方法，以及人機接觸曲面形態(tài)的約束條件等內容，并在這些工作的接觸上建立了以NURBS為曲面形式的產品人機接觸曲面形態(tài)。 (3)作為一種魯棒的隨機搜索優(yōu)化算法，遺傳算法在離散變量運算方面具有突出的優(yōu)勢。在利用這些突出特點的基礎上，建立了基于遺傳算法的人機曲面形態(tài)的運算流程。分析了人機形態(tài)的基因編碼方法；提出了目標函數(shù)和各種約束條件函數(shù)的構建方法，構建了適應度函數(shù)；在經過選擇、交叉和變異等各步運算之

5、后，建立了基于遺傳算法的人機曲面形態(tài)設計方法。最后以座椅靠背曲面的人機形態(tài)建立為例，說明了基于遺傳算法的產品人機形態(tài)的運算過程。該實例表明了基于遺傳算法的產品人機形態(tài)設計方法是可行的。 (4)基于遺傳算法的產品人機形態(tài)設計可以在給定的解空間中產生多種設計方案，并通過預先確定的評估函數(shù)或與設計師的交互對話，選擇合適的設計方案，在經過多輪循環(huán)之后而獲得最優(yōu)的方案。由于該算法可以通過對約束條件和適應度函數(shù)進行調整，因此它能夠獲得較好的