挖掘机意象仿生设计方案分析及实验研究

针对以挖掘机为代表的工程机械产品造型设计需求，结合意象仿生、语义差异法和眼动追踪实验，提出了具有借鉴价值的造型设计流程体系。以挖掘机为研究对象，合理选用意象仿生对象，研究分析其生物特征和造型特点，建立生物仿生特征和挖掘机造型特征的映射关系，借助多重排列组合方式形成不同的设计方案，并运用眼动追踪实验采集数据评价造型。结果表明，眼动追踪实验结果与意象仿生设计方案基本保持一致。所提出的设计流程在一定程度上为挖掘机的造型设计提供了新的思路。     

基于眼动实验的产品造型与意象空间匹配度评估指标选取

为了提取产品造型与意象空间匹配度评估指标,设计产品造型意象认知眼动实验,通过Tobii Pro T60 XL眼动仪记录被试眼动数据,分析产品造型意象认知主观评分、眼动指标数据的特征以及相互之间的相关性。结果显示：不同感性词汇与产品造型的匹配度差异显著;主观评分中意象评分、意象评分标准差、难度评分能体现感性词汇的度量性、灵敏度;意象评分与意象兴趣区中最后注视点匹配率与被试决策行为密切相关;意象兴趣区中注视时间及注视次数与被试主观评分行为相关。可以综合这些主客观指标进一步构建产品造型与意象空间匹配度评估模型。     

基于意象认知的客车造型设计方法

为了快速响应客户对产品造型风格的需求,提出了以风格意象认知需求驱动造型设计特征推理的方法.结合自然语言处理的方法和主成分分析法提取客车造型风格关键语义特征,并采用里克特7点量表对风格描述数据进行离散化表达.通过眼动追踪测试实验提取了客车造型关键几何特征.在构建产品造型关键几何特征线原型方阵的基础上,建立了客车造型意象认知-设计特征之间的映射机制和推理方法.客车改型设计实例分析结果表明,这种基于意象认知的设计方法能够满足客户对产品造型风格的感性需求,较以往主观经验性设计模式具有更强的针对性和指导性.     

基于E-PRIME的眼动实验刺激呈现

眼动实验是教育与心理研究的一种重要实验方法,但目前开展眼动实验的仪器——眼动仪在实验刺激呈现方面效率较低,无法满足复杂的教育与心理实验的需要.以ASL-D6眼动仪为例,分析了国际通行的心理实验标准化设计软件E-PRIME在眼动实验刺激呈现上的可行性和优越性,给出了E-PRIME与ASL - D6眼动仪结合进行眼动实验时实现实验刺激呈现与眼动数据同步记录的具体步骤.     

基于消费者认知的产品形态偏好预测系统

为把握终端消费者对产品形态的偏好及有效辅助设计师进行协同设计,运用家访谈、影响汽车外观造型特征的眼部跟踪观察实验、影响产品意象认知的造型特征提取实验、关键造型特征与产品意象认知关系的量化实验等方法,获得影响汽车造型意象的关键造型特征主要为车灯、侧面轮廓线以及进风格栅,得到了汽车风格与造型特征之间的关系矩阵,并进一步建立了基于特征匹配的产品意象认知模型.最后,应用该模型,开发了汽车草图设计原型系统.     

设计师和终端用户复合意象造型元素的辨识

设计师和用户在形态和意象上的认知差异将对产品造型产生重要的影响.通过对设计中感性意象的分析,基于粗糙集理论提出一种复合设计师和终端用户的意象造型元素辨识方法.在感性意象调查基础上,通过盲目删除属性约简方法,提取出个性因素与平台因素;将个性因素针对感性意象进行排序,分析设计师与终端用户之间的认知差异,辨识出复合意象的造型元素.以折弯机设计造型为例进行实例研究,结果表明该方法具有很好的适用性,将有效指导产品意象造型设计.     

基于混合方法的眼动实验AOI划分及设计评价

为进一步提升工业产品评价类眼动实验的合理性,解决实验中AOI划分缺乏系统方法的问题,提出了基于混合方法的眼动实验AOI划分方法.通过分析混合研究方法的类型和程序,构建基于顺序探究设计的AOI划分方法模型.以评价现调机设计方案的眼动实验AOI划分为例,验证该方法模型的可靠性.在质化研究部分应用扎根理论和质化分析软件,在量化研究部分开展眼动预实验,最终应用因子分析获得现调机的灯箱、接水盘两个AOI,为进一步开展正式眼动实验提供了保障.该研究提供一套易于操作的用于设计评价类眼动实验的AOI划分方法,有助于提升AOI划分合理性,提高眼动实验效率,筛选有价值的研究对象,更好地推动设计评价和产品设计的开展.     

感性量化评价技术在工业产品设计中的认知研究与应用——以智能电源产品设计的眼动实验为例

运用眼动追踪技术对智能电源产品的造型形态、功能组件在交互界面中的体量规模,以及在空间设置中的视觉效果进行眼动实验.通过采集被试者在观察该类电源产品原型机与改良型样机的眼动数据,比较被试者在观察两款产品时眼动数据上的差异,分析存在差异的原因,验证眼动实验对产品形态设计评估的有效性.实现眼动追踪技术与感性量化评价手段之间的结合,在判断产品视觉要素对影响用户认知效果上进行了探索性尝试.     

基于感性工学的产品形态设计研究—以保温饮水器的眼动试验为例

运用感性工学的相关理论和方法评估保温饮水器的形态设计,进而探索得出一种产品形态设计的合理方法。通过眼动追踪设备捕捉被试者观察试验图片时的眼动数据,并利用划分兴趣区的方式分析被试者对于不同产品形态区域的关注度,以及不同产品形态区域对于产品形态设计的影响。结合眼动数据分析和问卷访谈调研两个方面对保温饮水器形态进行设计评价。试验分析得到保温饮水器的外观形态与其杯身的倾斜程度、杯盖的造型、商标的位置存在的关联。在上述产品形态区域中,商标最受到被试者的注意;当商标位于容器下方时其美观程度高于位于上方位置;杯盖的造型设计为带有卡扣、较为复杂精致的结构时,其美观程度复变高于简单的旋盖结构;当保温饮水器身越趋向于垂直时,保温饮水器的美观程度更高。聚焦用户对保温饮水器的视觉认知规律,验证了眼动实验对产品形态设计评估的有效性。     

基于眼动跟踪技术的界面可用性评估

为解决因界面而造成的整体系统效率低下的问题,以认知学为理论基础,提出将眼动跟踪技术运用于界面可用性检测.首先讨论了眼动跟踪设备的优势与技术原理,然后以德国汉堡城市轻轨U4线站台界面的交互设计为例,描述眼动跟踪实验的流程.最后从眼动路径、热度、信息量、任务用时和注视频率等方面对新旧界面进行实验,以定量实验方法评估新旧界面的优劣.实验结果分析比较表明:新界面的各项实验检测数据都明显优于旧界面,更符合用户的需求和认知习惯;同时,眼动跟踪实验的可靠性高,数据结果比较精确,适合进一步推广应用,并为后续航电系统界面设计研究工作提供了一种有效的评估方法.     

轴流压气机低速模化设计的叶片造型

为了提高航空发动机高压压气机的气动性能,需要对高速压气机进行低速模化设计以开展试验研究.选取高压压气机后面级作为研究对象,给出了高压压气机低速模化设计的相似准则和模化设计流程,为低速模化设计提供了可以借鉴的准则.针对高速原型压气机设计工况点,制定模化设计目标,完成几何变换、通流设计、叶片造型及数值模拟.重点研究了叶片造型模化相似技术,在叶片造型设计上突破了几何相似的限制,通过三维积叠造型的设计方法保证了高低速压气机气动参数的相似性.研究为轴流压气机低速模化设计的叶片造型提供了可以借鉴的方法.     

柑橘果园机器人仿生眼的目标跟踪与定位系统

针对传统柑橘园林机器人云台视野范围小、定位精度低等问题,在仿生眼平台上,提出一种基于连续自适应均值偏移(CAM shift)算法和变结构PID控制器相结合的目标跟踪方法。具体包括效仿人类眼颈的结构特点,设计一个4自由度的仿生眼视觉平台;建立仿生眼的成像模型,提出一种相机外参数自适应标定方法,以解决仿生眼平台外参数会随着相机位姿改变而不断变化的问题;提出基于CAM shift的仿生眼目标跟踪算法,成功实现了对于目标的持续跟踪;为提高仿生眼系统在饱和非线性特性下的动态响应性能,提出采用基于抗饱和(Anti-windup)的变结构自适应PID控制器来设计仿生眼控制系统。以柑橘为研究对象,在设计的仿生眼平台上开展试验。结果表明,本文方法左眼平均中心位置像素误差(CPE)为7.2,右眼CPE6.1,均小于设计所要求的CPE10,且每帧图像处理过程小于0.1s。系统能满足实际应用,具有较高的鲁棒性和准确性。     

基于灰色关联理论的产品意象设计参数辨识方法

针对当前产品设计中对感性意象需求的提高,提出一种产品意象造型设计参数辨识方法.首先获取产品的感性意象评价值和设计元素,然后通过灰关联计算,依据灰关联度辨识出产品意象造型中的平台参数和个性参数.该方法能使设计师较好地掌握关键性设计元素,从而合理配置设计资源.最后以轿车侧轮廓为例进行说明.     

国外仿生造型家具的历史发展

仿生造型家具因其折射出"天人合一"的美好理想而受到人们的青睐,讨论了国外仿生造型家具的发展历史,重点总结了现代仿生造型家具发展历程中各个时期的仿生设计特点,以期对中国现代家具设计提供借鉴.     

基于感性工学和神经网络的产品造型设计

针对当前产品设计中对情感意象需求的提高,建构能及时反映用户情感意象评估的产品造型设计系统.分析产品的形态要素和识别产品的感性意象认知;通过语义差分法的调查结果训练BP神经网络,建立感性意象和设计参数之间非线性的对应关系;结合计算机辅助设计技术,建构实用的产品造型设计系统.通过高脚杯的实例应用表明,该方法是合理可行性的,...     

国内设计心理学领域中的眼动研究综述

对国内设计心理学领域中眼动研究的文献回顾和分析表明,眼动研究被运用到广告设计、书籍设计、简历设计、服装设计、家具设计、城市绿化景观设计等多个设计领域,但仍以广告设计为主要研究主题.此类研究多以被试在不同设计作品上眼动模式的组内对比作为研究的主要范式,且实验材料多为静态图片.国内设计心理学领域中眼动研究存在被试成分单一,实验控制两极化,以及缺乏除眼动指标外的其他信息加工过程认知特点的研究和缺乏设计学原理的相关诠释等局限.未来该领域的眼动研究可能会出现强化眼动指标的决策作用、强调研究的生态化以及引入专家-新手研究模式等趋势.     

基于电磁防护仿生概念电路演化修复关键技术研究

基于电磁防护仿生概念,以电机控制系统为例给出了设计具有自修复能力电子系统一般方法,深入分析了重配置电路模型对电路演化修复的影响,提出了优化重配置电路模型的方法。实验结果表明,利用该优化方法改进的重配置电路模型大大降低了电路生成时间,提高了电路修复速度。     

有限转角旋转电枢式永磁同步电动机设计

为降低运行噪声,提升仿生鱼腰关节驱动用电动机(简称腰电机)无故障工作时间,降低维护成本,腰电机采用直驱方式,且还应轻质高效.根据仿生鱼鱼体尺寸、鱼体结构及鱼尾的拍动模式,结合流体力学理论,对仿生鱼尾鳍部分进行了力学分析.根据腰电机的安装位置、旋转角速度及尾鳍受力,计算得腰电机的输出转矩和输出功率要求.由于电机转矩与气隙处直径的平方成正比,故针对腰电机低速大扭矩设计要求,选择外转子电机结构形式;但是,考虑到安装空间的限制,以及腰电机运行角度有限的特点,提出了一种有限转角旋转电枢式永磁同步电动机用作腰电机,即通过变换传统外转子永磁同步电动机拓扑结构,将传统的永磁外转子变换为定子,将传统的定子电枢改为在有限转角内旋转的转子电枢,在克服安装空间受限的同时增大了电机单位体积的输出转矩.运用有限元方法对一台54槽60极有限转角旋转电枢式永磁同步电动机进行了电磁设计,通过选取合适的齿宽达到腰电机轻质高效的设计目的.根据实际运行工况,分析了腰电机在仿生鱼尾部拍动频率为0.35 Hz时的运行效率为75.5%,满足不低于75%的设计要求.最后,对腰电机样机进行了寿命试验.结果表明:该电机满足仿生鱼腰关节驱动设计要求,且运行效率较高.     

基于眼动跟踪特征的汽车造型评价方法

为了弥补主观性评价方法的不足,以获得用户对于汽车造型设计的客观性评价,提出了一种基于眼动跟踪特征的汽车造型评价方法。以眼动热点图为基础构建车型评价指标体系,包括对热点图进行背景剥离,通过"色度-饱和度-亮度(HSV)"模型提取其颜色特征,并计算其灰度直方图的各项统计值;进一步将汽车造型的评价定义为二分类问题,运用Fisher判别建立函数模型。通过实例验证了该方法的可靠性与实用性。结果表明:该方法总体上具有较高准确度,为实现汽车造型评价提供了一种可行的技术途径。     

端壁造型对轮缘密封流场和封严效率的影响

针对端壁造型设计在减少二次流损失的同时会影响轮缘密封的封严等问题,采用数值求解三维URANS(Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程和SST湍流模型的方法,研究了动叶前缘下端壁5种造型对轮缘密封流场和封严效率及动叶气动性能的影响;数值分析了轮缘密封的封严效率,并与实验数据比较,验证了数值方法的准确性。对比了5种动叶前缘端壁造型结构的轮缘密封封严效率和动叶气动性能,结果表明:动叶前缘端壁造型会影响局部的压力分布,进而影响轮缘密封封严效率;与轴对称端壁相比,凸壁面端壁造型使动叶前缘高压区前移,提高了轮缘间隙处主流周向压力波动,导致最小封严气量需求增加23%以上,而凹壁面端壁造型降低了局部压力和主流的周向压力波动,能够使最小封严气量减小14%以上;凹壁面端壁造型使得动叶流道内的通道涡扩大,级效率降低。