人机融合、智能人机交互、自然人机交互未来人机交互技术的三大发展方向——薛澄岐谈设计与科技

《设计》:请您介绍一下东南大学工业设计专业的办学特色。薛澄岐:在设计学科蓬勃发展的大背景下,迫切需要思考如何打造具有自身特色的学科发展道路。东南大学工业设计专业的办学特色把人才培养和设计实践结合起来,和国家高科技、重大工程相结合,坚持工程、技术与艺术相结合的特点,围绕为国家尖端战略服务、拓展国际化视野、加强和国外一流大学交流和互动的思想,培养和国际接轨的具有科学思维和素养的设计研究型人才。具体的举措以创新人才培养和创新设计研究为目标,坚持“一流科学研究+一流培养体系=一流人才培养”的理念,践行“与世界一流大学为伍,培育国际化高端设计人才”,在国际化办学的平台上、在科学研究的氛围中培养具有科学素养的高层次国际化工业设计人才。具体体现在三个方面:高起点的科研型学科定位、高水平的实践成果转化、高标准的国际合作交流三个方面。

统计任务驱动的信息界面颜色编码感知实验研究

为了有效提高用户对视觉统计任务中颜色编码的决策效率,首先需要探究人类视觉系统对界面颜色编码的感知问题。因此,将显著性差异的概念引入到颜色编码研究中,生成一套针对视觉统计任务的色彩空间,并通过典型的视觉统计任务实验,研究颜色差异阈值对视觉统计任务的感知绩效影响,进而总结颜色编码对于视觉统计任务的感知精度和感知规律。实验结果表明:首先,在相关性识别任务和平均值比较任务中,人类视觉系统对颜色的感知精度比以往色彩模型预测的更精确,说明颜色编码时的差异阈值(JND)选择可以更小;其次,当选择不同颜色轴进行颜色编码时,相关性识别任务用明度编码识别绩效会更高;最后,在不同基础相关系数和点群数量条件下,相关性识别精度和平均值比较精度均符合韦伯线性函数,反映了观察者在进行视觉统计任务时处理信息熵的能力。本文为信息可视化设计者提供设计指导,并从心理物理学角度,对可视化界面信息的颜色编码提供了量化依据。

基于特征重构的辅助风格设计技术

研究了与风格创新设计系统实现相关的用户需求识别、风格数据库构造与检索以及特征组件置换与重构技术.以形式文法的方式描述了用户风格创新需求的精确结构,定义了需求识别向量并给出了用户需求识别算法.描述了风格数据库的结构并给出了风格数据库的实体关系模型.在此基础上,着重探讨了基于组件继承与置换的特征重构技术,提出了最大化特征重构策略并给出了一种组件置换算法.最后通过构造原型系统进行了用户需求识别实验以及风格特征重构实验,对所提出的理论、策略和算法等进行了验证分析.

基于航空飞行器冰雹撞击试验的冰雹粒子特性分析

为了研究冰雹高速撞击对航空飞行器造成的损伤,需构建相应的试验系统,其中冰雹粒子特性分析是关键.从航空飞行器冰雹撞击试验的要求出发,对冰雹粒子的特性进行了全面分析.首先应用冲击波理论分析了冰雹破坏特性,以及冰雹出现裂纹的条件 然后对冰雹撞击运动过程进行了建模,给出了基于简单波的冰雹粒子运动方程 最后给出了冰雹撞击试验系统参数的计算程序.据此确定了冰雹撞击试验系统设计参数：撞击速度200-300m/s,冰雹直径19mm,气压0.6-1.0M Pa,气体炮炮管长度6m.在此基础上成功开发国内首台冰雹试验系统,该系统所有特性均达到设计标准,证明了理论分析是正确的,符合冰雹撞击试验实际情况和要求.

基于实体模型的产品形状特征识别

依据实体造型的特点,从模型空间的特征层入手,搜寻模型空间中的简单形状特征,并根据造型特点获取单个特征在零件模型上的几何拓扑关系,从而实现形状特征的自动识别.通过分析特征实体造型,提出一种基于实体模型的产品形状特征识别方法,并结合微波器件产品开发特征参数提取模块,实现复杂零件模型形状特征的自动识别与提取.该方法为快速建立企业零件库提供途径,也为网络环境下的协同设计和数据共享奠定基础.

有限元技术在手机概念设计中的应用

为有效发现手机壳体的设计缺陷,运用HyperMesh和LS-DYNA软件仿真手机自由跌落,分析不同圆角半径的设计对手机壳体强度和刚度的影响.仿真和分析结果可以为手机壳体圆角半径设计提供参考.

智能人机系统的人机融合交互研究综述

目的对人机融合的研究现状进行了梳理和分析,旨在为智能人机系统研究提供理论支撑。方法从人机交互和人工智能的概念出发,结合多通道信息融合、人机融合认知决策机制、生理测量和人机融合协作模式等研究,对人机融合和智能人机交互的研究现状、研究热点与趋势进行了分析和归纳。结果智能机器的信息处理逻辑与人类之间的沟通障碍,抑制了人工智能技术对人机资源整合的工效学意义,人机融合的研究促进了人工智能技术与人机交互的精准合作。结论智能人机系统中,人、机、物理环境的融合不足是当前学界面临的挑战。人机融合研究应以感知识别、多通道信息融合、认知决策为着力点,帮助机器有效学习、理解、预测人类交互意图,探寻人机对话协作模式的影响要素。人机融合的群体智能对未来人机交互发展有着举足轻重的意义,通过多模态生理融合与自适应的可视化表征机理研究建立认知效率和可视化表征的联系,根据生理指标的变化构建意图空间并指导人机融合协作模式的研究。

工程中原始误差合成分布特征的矩解法

本文利用密度函数与矩的内在联系,探讨了连续分布密度函数的多项式展开,着重对Gram—Charlier级数有限项展开式的精度进行了分析;提出了非对称分布误差及其合成误差置信系数的一种相当精确的近似算法;给出了求取置信系数的回归方程。

数字化时代人机交互界面研究的重大成果——评《数字化核电厂人因可靠性》

随着科技水平的提升,人-机-环境系统的硬件、软件及运行环境有了很大程度改善,而系统中人的可靠性问题则日益凸显,众多大型复杂系统的严重事故多由人的失误/错误引发、造成,因而人因可靠性研究已成为国际可靠性工程、安全工程界和工业设计界的研究热点和前沿。大型复杂控制系统中数字界面已越来越多地取代传统人机界面而成为信息显示-控制系统人机交互的主要载体并发挥着关键作用,如核电厂、船舶、高铁、航天器、飞机、大型化工厂、大型电网调度中心等。

国际化高层次工业设计人才培养——东南大学-蒙纳士大学工业设计联合培养项目

工业设计是一门技术与艺术交叉的综合性学科，涉及工程技术、美学、设计学、人类学与环境科学等众多领域。它是通过创造性的设计活动，将最新的科技成果转变为实用、美观的工业产品。工业设计内涵的基本特征是直接面对国民经济各产业领域的战略思考与直接面对企业及市场需求的产品研发：其目的是系统解决‘火’与“物”之间的关系。其核心是以批量生产的人工制品及其环境的价值优化为目标的创新及研发设计：工业设计具有多学科交叉的特点，要求艺术、经济、科学、技术以及社会学知识等学科的交叉与融合，形成服务于人类及其环境优化的创新研发能力。

机载雷达罩静力试验研究

对机载雷达罩在实际使用条件下的受力状况,进行了静力试验研究。针对雷达罩承受的气动载荷和温度要求,提出采用气压试验的方法模拟实际工作条件,对试验方法、试验装置、试验结果均给出了详细的介绍。

冰雹撞击试验中冰雹粒子速度测量及其误差分析

航空飞行器冰雹撞击试验中,冰雹速度的准确测量是试验成功的关键。从航空飞行器冰雹撞击试验的要求和二级气体炮弹丸测速要求出发,通过对几种弹丸测速手段的分析,提出了遮光法冰雹测速技术。对测速装置的结构、误差以及相关的结构约束进行了分析,最后给出了详细的设计参数,具体设计参数选定为D=90 mm,d=2.5 mm,m=8 mm,h=30 mm,r=9 mm^50 mm,并经计算其测速误差为0.75%,≤1%的试验要求。整个理论分析结果和设计参数已应用到国内首台冰雹试验系统测速仪的研制中,测速仪通过高速摄像机测速校准和计量部门的测试标定,完全达到设计要求,说明整个理论分析是准确可靠的。

工业产品造型设计与CAID技术

首先对工业产品造型设计的基本要求和设计特点进行了简述 ,然后对工业产品造型CAD的任务和设计过程进行了阐述 ,最后对一些常用的CAID软件的功能作了介绍。

齿轮传动链的传动比分配与结构形式对其空程的影响

传动链运动精度的大小可用均值、方差、偏倚系数、偏峰系数４个参数决定。本文主要讨论了传动比及传动链结构型式对空程的上述４个参数的影响；给出了上述影响的定量变化曲线。

可调中心距齿轮副空程计算的矩解法

本文首次将均值、方差、偏倚系数、偏峰系数(分别为分布的一至四阶矩)同时用于研究可调中心距齿轮副的空程计算。对现有的可调中心距齿轮副空程数学模型进行了分析,给出了各种传动比下获取空程精确置信区间的偏倚系数、偏峰系数,最后对模拟运算和试验验证的结果进行了比较和分析。

产品造型创新CAID模块设计

将形态组合方法引入产品造型概念创新设计 ,提出了产品形态组合分析的特征矩阵 ,在此基础上给出实现CAID模块的程序框图。

界面元素布局设计的美度评价方法

通过分析当前界面美学研究与美度计算的进展和不足,结合感性工学、图形学、系统工程学、心理物理学等领域的理论和方法,提出一种界面设计美度评价方法.首先分析了界面美度的感性意象结构,指出界面的平衡、比例、简洁、呼应为影响用户美感体验的关键性潜在因子,提出12个美度指标并构建了界面美度的计算体系;然后运用灰色关联分析研究设计方案的美度优势次序,进行美度综合评价;最后开发了交互界面美度计算原型系统,并介绍了界面信息编码、美度计算和方案综合评价的相应功能模块.与心理物理学常用的对偶比较法进行比较的实验结果表明,文中的系统和方法是可行和有效的.

复杂系统人机交互界面的E-C映射模型

为解决复杂系统人机交互界面中用户出错而导致的任务失败、系统故障以及各种事故频繁发生等问题。对前人提出的出错分类方法以及试验方法进行探讨;从用户认知的角度,提出了复杂系统中人机交互界面的5种出错类型,分别是错误感知、注意失效、知觉混淆、记忆失误以及失手。对用户出错与认知之间存在相对应的关联性进行研究,建立每种出错类型的映射,证实其出错集与认知集存在着交织的映射关系。将5种出错类型按照认知加工进行合并,获得18个出错-认知组,从认知加工过程建立E-C(Error-Cognition)映射模型。以典型复杂系统行业的美国F35战斗机航电显示监控任务界面为例,提取信息显示方式的出错因子和出错类型表征,建立三者之间的映射关系。按照E-C映射模型对应的视觉感知和注意加工出错类型,建立监控任务过程中的出错-视觉感知子模型和出错-注意加工子模型,从而有效地验证复杂系统人机交互界面中用户出错与界面认知的研究模型。

基于UG的产品设计特征继承与重构

特征继承与重构技术是原有设计特征的再利用,是对产品形态的创新设计和变形设计,对产品造型概念设计的形成具有重要的研究价值。介绍目前特征继承技术的研究概况。结合面向对象技术和特征技术,对面向特征继承的特征分类方法、特征重构技术的基本算法进行了研究,并以此为基础,在UG环境下利用OPEN API函数,实现了凸台类、腔孔类、沟槽类、倒角类等特征的继承和重构算法,并将其成功地运用到手机下盖的造型概念设计中。

齿轮传动链结构形式对其运动精度的影响

传动链运动精度的大小可用均值、方差、偏倚系数、偏峰系数四个参数决定。本文主要讨论了传动比及传动链结构型式对空程的上述四个参数的影响。给出了上述影响的定量变化曲线,提出了对空程影响最大的传动比大小及传动链结构型式。