基于认知特性的机电产品交互界面评价体系及应用研究

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机械制造业的发展水平标志着一个国家或地区现代化的程度,机电产品设计研究的重要性不言而喻。信息化技术的发展,使机电产品的自动化、智能化水平不断提高,同时也增加了机电产品的科技含量和技术研发难度。近几年机电产品的全数字化改造一直是热点,由此伴随着一批批新形式的机电产品交互界面产生。新技术的产生为满足新的用户需求带来了更多的可能性。交互界面是用户和产品互动的媒介,机电产品交互界面的设计已经不再满足于合理的人机尺度减轻用户体力上的操作强度,而是更加关注如何解决信息化的黑箱操作和用户的认知相匹配,并且使用户获得良好的使用体验,从而达到机电产品和用户之间和谐的沟通模式。对于信息化发展下的机电产品,用户能够很好的理解并准确的使用新形式的交互界面是非常重要的。通过评价检验并提升交互界面的设计质量对机电产品来说具有非常重要的现实意义。  评价是指导交互界面设计或方案选择的重要工具,评价的意义不仅是一个决定方案选择的结果,更重要的是能够通过评价使设计者意识到问题所在,对方案进行进一步的优化,从而提高设计质量。已有的机电产品界面评价大多以人机工程学为理论基础,按照工程设计的逻辑思维构建评价体系。这种评价方法能够有效的判断机电产品人机尺度的合理性,但无法体现人机认知的匹配度和用户需求的满足度。更重要的是交互设计师采用设计思维对交互界面进行设计,以工程设计逻辑思维构建的评价体系对交互界面进行评价只能给出一个方案优选的评价结果,而无法通过评价为设计师提供量化参数进行方案的优化设计。基于此,本文以认知心理学为理论基础,从人的认知特性角度出发,按照设计思维对机电产品交互界面评价体系进行了研究,构建出能够反映用户与产品认知匹配程度和用户需求满足程度的评价体系,不仅能够为设计方案的筛选提供建议,更加能够帮助设计师对方案优化提供有效评价分析参数,同时把理论评价体系转化为可以实际操作的软件应用系统,增强了评价系统的实际应用能力。  本文的主要研究内容如下:  (1)基于认知特性对交互界面设计准则进行提取。从认知的理论基础展开论述分析认知过程的三个阶段,归纳出比较典型的认知特性。并分别从认知概念模型、认知行为两个方面阐述了认知特性对交互界面设计的重要影响,按照认知特性的规律进行交互界面设计的必要性。进而依据归纳的认知特性对产品交互界面设计准则进行提取,得出设计准则。  (2)按照设计思维建立机电产品交互界面的指标体系。分析比较设计思维和工程设计的逻辑思维在设计方法上的差异性,从设计师和用户两个角度对评价指标进行分析,提出按照设计思维,选取从用户的认知特性研究提取交互界面设计准则作为评价指标的方法。运用定性分析方法选取交互界面属性特征作为评价指标筛选对象,运用多维尺度法和聚类分析法进行关联度分析提取典型属性特征作为评价指标,运用灰色关联分析对评价指标做有效性检验,并通过层次分析法计算得出评价指标的权值,从而获得机电产品交互界面评价指标体系。  (3)基于特征分析对机电产品交互界面评价模型进行研究。根据机电产品具有秩序化、规律性操作的特点,对交互界面进行元素分解,建立各元素与评价指标的映射关系;运用语义差分法获取用户的感性评价,并通过三角模糊数的计算方式量化不确定的模糊感性数据;分别得出了机电产品交互界面评价的特征表达式:(1)各功能部件的整体效用值,(2)各操作步骤的整体效用值,(3)各属性特征的整体效用值,(4)交互界面总体综合效用值。这4组评价参数能有效地反映出机电产品交互界面的设计水平,并能够具体化指出问题所在,给予设计师优化设计方案指导。  (4)对建立的机电产品交互界面评价体系进行有效性验证。分别从机电产品的多方案评价和具体方案的评价分析两个方面对评价体系进行有效性验证。首先采用灰区间相近度的算法对分别运用本评价体系和基于人机工程学的机电产品人机界面评价体系采集到的两组不同数据进行处理,对同一机电产品的三个不同交互界面设计方案进行比较计算,最后得出两种体系下的方案比较排序结果一致,从而验证了本评价体系在多方案比较评价中的有效性。然后通过实际案例——龙门刨床2028GX运用本评价体系进行交互界面评价分析,并依据评价分析参数进行优化设计来验证本评价体系在评价分析方面的有效性。  (5)对机电产品交互界面评价体系进行系统开发。在理论评价体系的基础之上,构建出机电产品交互界面评价应用系统。系统具有属性特征提取、实时交互原型、感性评价三个模块,并由认知特性信息库、交互界面原型信息库、感性评价信息库对模块进行数据支持。系统在基于virtools软件构建的实时交互的交互界面原型基础上收集用户的主观测评,从而达到交互界面的动态评价,以及硬件界面和软件界面综合的评价体系。应用系统的建立,使评价体系在实际应用中易于使用,具有较强的可操作性。
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