人機界面設計論文范文

導語：如何才能寫好一篇人機界面設計論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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論文關(guān)鍵詞：電冰箱,人機界面

優(yōu)化產(chǎn)品與用戶間的界面是人機工程學的研究目的。包括軟件界面和硬件界面兩部分，軟件指控制部分和顯示部分等無實體形態(tài)的部分，硬件指把手、按鈕、旋鈕等有實體形態(tài)部分。良好的產(chǎn)品界面設計應達到這樣的目標：在操作過程中，決不讓用戶調(diào)整自己，不會使用戶產(chǎn)生混亂，不能對用戶有害。軟件部分要簡潔、清晰、明了的起到指示作用；硬件部分應保證用戶操作的目標實現(xiàn)和保護用戶。

一、電冰箱的人機界面分析

電冰箱的人機界面設計首先要考慮人的使用性要求。使用者在操作冰箱過程中，對電冰箱的拉手、電氣按鈕或旋鈕（一般沒有）、冰箱造型、零件功能等均有要求，探討和研究電冰箱人機界面設計就是研究諸如電冰箱的把手、按鍵、儲藏空間、顯示界面等內(nèi)容。

1．把手

篇2

目前國家經(jīng)濟飛速發(fā)展，但隨之而來的環(huán)境保護工作也日趨嚴峻，酸雨的危害有目共睹，酸雨對土壤、水體、森林、建筑、名勝古跡等人文景觀均帶來嚴重危害，不僅造成重大經(jīng)濟損失，更危及人類生存和發(fā)展，近年來國家對環(huán)境保護的力度不斷加大，所以各大火力發(fā)電廠特別是使用高硫燃料的石油化工配套電廠紛紛上馬脫硫劑制粉項目，使用爐內(nèi)脫硫技術(shù)以減少二氧化硫的排放量。在本文中，我根據(jù)自己在脫硫劑制粉生產(chǎn)中總結(jié)的經(jīng)驗，闡述PLC自動化控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中的實際應用。

關(guān)鍵詞：

自動化聯(lián)鎖保護系統(tǒng)優(yōu)化操作

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

論文主體：

脫硫劑制粉生產(chǎn)工藝較為簡單，即將原料高鈣石灰石礦石進行破碎制粉達到電廠爐內(nèi)脫硫所要求的粒度即可，由于整套生產(chǎn)設備控制方式主要是邏輯開關(guān)量控制，所以采用PLC作為自動化控制系統(tǒng)，我所在的項目PLC硬件采用西門子S7 300系列CPU及IO模塊，通訊網(wǎng)絡采用ProfiBus DP總線配置；上位HMI軟件采用SIMATIC WinCC6.2，通過以太網(wǎng)和PLC通訊。硬件網(wǎng)絡配置如下圖：

硬件配置中的AI模塊主要采集現(xiàn)場設備的電流數(shù)據(jù)，DI模塊采集設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，DO模塊負責向設備發(fā)送啟停命令，RTD模塊負責采集現(xiàn)場大型電動機的繞組溫度數(shù)據(jù)；所有I/O模塊通過IM153通訊模塊與CPU聯(lián)接集中控制；若在硬件方面有多個獨立的PLC子系統(tǒng)，可通過以太網(wǎng)聯(lián)接整合成一個總的控制系統(tǒng)便于集中管理。

該控制系統(tǒng)從邏輯控制上又可細分為上料系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)。

一、上料系統(tǒng)

上料系統(tǒng)是將原料從原料堆積場輸送到一定高度的原料緩沖倉中以供制粉設備使用，雖然此流程不是生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，但它邏輯控制最為復雜，是PLC控制系統(tǒng)最為主要的部分，它的基本設備流程見下圖：

系統(tǒng)中的每個設備的控制組成都由兩個DO輸出控制點（啟動、關(guān)閉）和兩個DI輸入顯示點（運行、停止）組成，系統(tǒng)設備的啟停邏輯順序為倒啟正停，系統(tǒng)的運行方式可設為以下三種：

三種運行控制方式中“自動方式”為平時的正常運行方式，系統(tǒng)會通過模擬量輸入模塊（AI模塊）從原料緩沖倉安裝的雷達料位計采集料位數(shù)據(jù)，按照設定值自動啟停上料設備，不需人為干預，設備與設備之間的啟停都設有緩沖時間，一旦有中間設備發(fā)生故障，系統(tǒng)會根據(jù)DI模塊監(jiān)控到的現(xiàn)場設備運行狀態(tài)自動關(guān)閉相應設備以避免事故擴大化；“聯(lián)鎖手動”和“解鎖手動”是在系統(tǒng)非正常情況或排除故障以后采用的試驗運行方式。

二、制粉系統(tǒng)

制粉系統(tǒng)是脫硫劑生產(chǎn)中的核心部分，設備包括給料設備、研磨設備、回料設備、風選設備和除塵設備組成。由于在此系統(tǒng)的啟停階段各設備之間沒有緊密的邏輯關(guān)系，所以可以不設置自動啟停，由控制室內(nèi)的主操人員通過計算機監(jiān)控到的設備現(xiàn)場工藝數(shù)據(jù)遠程手動完成設備啟停工作，只設置生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行后的設備聯(lián)鎖保護。若研磨設備在運行過程中電流不穩(wěn)定，所采用的給料設備送料均勻的情況下可使用PLC中的PID控制器命令，自動調(diào)整給料量，提高設備的穩(wěn)定運行性。在風選設備工藝調(diào)整方面，可選用現(xiàn)在應用已十分成熟的變頻器改變鼓風機轉(zhuǎn)速替代原始的風門調(diào)節(jié)方法，這樣即可以通過PLC遠程進行精確的工藝調(diào)整，又可以大大降低風機的能耗。

三、成品輸送系統(tǒng)

生產(chǎn)出的成品粉料可由粉罐車運輸?shù)诫姀S的爐前倉；若使用量較大，制粉廠與電廠的距離適中的情況下可采用由PLC全程自動化控制的氣力輸送方式進行，這套系統(tǒng)的邏輯控制比較復雜，一般會由設備制造廠家根據(jù)現(xiàn)場實際運行條件編制，在這里就不進行詳細敘述了。

四、人機界面組態(tài)

人機界面組態(tài)工作即對控制室操作計算機畫面的編輯，基本由設備運行監(jiān)控界面、報警界面、模擬量趨勢界面、數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面等組成，由于大部分用戶對于windows系統(tǒng)較為熟悉，在界面設計中應盡量兼容標準的windows界面的特征，界面的布局設計根據(jù)人體工程學的要求應實現(xiàn)簡潔、平衡和風格一致，為了提供足夠的信息量又能保證界面的清晰明了，在設計上采用控件的分級和分層布置方式；在圖形和圖標選擇上應盡量簡潔并貼合實際，優(yōu)先選擇普遍被大眾認可的標準化圖形和圖標。一個設計良好的人機界面可大大降低操作人員的工作疲勞度，減少誤操作的可能性，在工作使用中也應積極聽取操作人員的建議和意見不斷優(yōu)化和改進自控界面的操作性。

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關(guān)鍵詞： 人類工效學；設計；SolidWorks；CATIA

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）06-0119-01

0 引言

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，在概念設計階段使用三維數(shù)字化人機工程設計是現(xiàn)代工業(yè)設計的必然要求。以人體參數(shù)為基礎建立的數(shù)字人體模型是描述人體形態(tài)和力學特征的有效手段，是研究、分析、設計和評價人機系統(tǒng)不可缺少的測量和模擬工具。目前可進行人機工學分析的軟件較多，本文嘗試以SolidWorks和CATIA這兩種三維軟件為例來探討計算機輔助技術(shù)在人類工效學方面的應用。

1 建立模型的思路

由于SolidWorks軟件基于具體的尺寸繪制草圖完成建模，然后通過在裝配體文件中添加幾何關(guān)系組成完整的人體模型。所以在創(chuàng)建之前需要計算出各個人體百分位所針對的主要部位尺寸。筆者首先進行了油田作業(yè)工人的人體測量工作，由于人體測量中所得到的測量值，都是離散的值隨機變量，大多數(shù)都符合正態(tài)分布(高斯分布)規(guī)律，因而可根據(jù)概率論與數(shù)理統(tǒng)計理論對測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，從而獲得所需群體尺寸的統(tǒng)計規(guī)律和特征參數(shù)[1]。

通過實際測量，利用上述方法可以計算出對應人體尺寸百分位5%、10%、50%、90%、95%共5組模型尺寸。由于所有部位零件都使用了SolidWorks的配置功能，所得到的最終模型通過選擇不同配置就可以改變各部位的尺寸比例。

CATIA與SolidWorks不同，它具有專門的人機分析模塊，還提供了美國、加拿大、韓國、日本和法國的人體模型數(shù)據(jù)庫，遺憾的是沒有中國的人體模型。這里筆者依據(jù)韓國人人體模型的各部位比例和測量參數(shù)，通過修改模型庫中韓國人的相關(guān)參數(shù)[2]，還可以建立針對目標人群的文件來實現(xiàn)，如圖1所示，當定義完人體模型相關(guān)數(shù)據(jù)后導入CATIA的人體模型庫，然后再確定要建立的人體模型的父系產(chǎn)品、人體模型名、性別、百分數(shù)，就能生成中國地區(qū)的虛擬人體模型[3]。

2 人機優(yōu)化方法的不同

使用SolidWorks筆者建立了一個操作平臺,這里對于操控域設置為站姿操作方式來進行設計。以空間分析為例，根據(jù)人機工學對站姿操作評估的需求，作業(yè)面高度同作業(yè)姿勢有關(guān)。一般在站姿作業(yè)時，身體向前或向后傾斜以不超過10°～15°為宜，工作臺高度一般為操作者身高的60％左右。當臺面高度為900mm～1100mm時，臺面處于最佳作業(yè)區(qū)內(nèi)[4]。以此為依據(jù)，可以參考導入的人體模型對平臺進行優(yōu)化，將作業(yè)人員所處的作業(yè)空間尺寸設定為1100mm*900mm的空間，滿足作業(yè)崗位中橫向活動間距大于1000mm的要求，參考建立的人體模型還可以近一步設定操控臺面的最低線距離操作站立面的距離為1135mm，由于操控臺平面為坡面，最高處與最低處的高度差為111mm，則可以算得操控平面中線距離作業(yè)站立面的高度為1191mm，在身高60%的比例高度稍微偏高處，在軟件中完全適合我們所測得的平均身高為1753mm的華北地區(qū)作業(yè)人員使用。操控臺寬度為540mm，與虛擬人體模型肩寬接近，兩側(cè)各多出83mm。這樣作業(yè)者作業(yè)時手臂減少橫向的施力，可以降低肌肉疲勞。依據(jù)以上人機工學評價標準，我們最終完成的操控域的優(yōu)化設計工作。

這里我們將修井機的操控域設計為室內(nèi)坐姿作業(yè)方式。CATIA也具有獨立建模的能力，首先對操控域進行建模，然后導入建立好的人體模型。在對現(xiàn)場作業(yè)姿勢有了充分了解后，可以利用約束工具進行身體部位與其它虛擬物體的定位，利用干涉檢查和終止干涉來避免虛擬人體模型的身體和虛擬物體的重合，使人體模型姿勢符合作業(yè)姿勢。

由于CATIA具有人體模型姿態(tài)分析（HPA）模塊，所以我們可以直接針對這一坐姿，利用CATIA的姿態(tài)評估大腿與小腿夾角的舒適度為92.6%。同理對其他模型部位進行評估。以這一坐姿為依據(jù)，我們可以調(diào)整操控域的座椅以及作業(yè)臺的具體尺寸，使得操控域滿足作業(yè)人機舒適性的要求。

3 結(jié)論

在對操作平臺操控域兩種不同方案的人機優(yōu)化過程當中我們可以得到以下結(jié)論：SolidWorks和CATIA雖然都能進行三維建模，但是在建模方面SolidWorks采用參數(shù)化驅(qū)動模型，用數(shù)值參數(shù)和幾何約束來控制三維幾何體建模過程要更加簡便易行，當發(fā)現(xiàn)不符合人機工學要求的尺寸時可以及時修改。其不足之處是當人體模型建立完成之后沒有一個專門的人機分析模塊對方案進行智能化分析，需要借助工程圖和零件圖依據(jù)人機工程學的人機評價標準來人工調(diào)整。而CATIA雖然在所建立模型的編輯和調(diào)整上不如SolidWorks便捷，但是它擁有專門的人體模型構(gòu)造（HBR）模塊和人體模型姿態(tài)分析（HPA）模塊，可以很快地對所需作業(yè)姿勢進行優(yōu)化評價。評價結(jié)果以分數(shù)來顯示清晰明了。

通過以上比較我們可以總結(jié)出這樣的一個設計思路，如果結(jié)合兩個軟件各自的優(yōu)勢，利用SolidWorks對操作平臺進行建模工作，然后使用CATIA軟件確定最佳的作業(yè)姿勢，最終以這一姿勢所需要的具體人機尺寸來修改SolidWorks中建立的操控域模型，這樣整個設計過程會更加便捷有效。

參考文獻：

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關(guān)鍵詞計量；數(shù)據(jù)采集；網(wǎng)絡系統(tǒng)

1引言

安鋼計量信息平臺系統(tǒng)設計包括系統(tǒng)總體設計和詳細設計，包括硬件及軟件兩部分，主要描述的是該系統(tǒng)的組成與運行過程。按照計量信息需求及的實際情況，系統(tǒng)采用瀏覽器/Web/數(shù)據(jù)庫服務器三層分布式結(jié)構(gòu)。計量信息共享平臺是一個人機對話系統(tǒng)，從物理機構(gòu)上看，它主要是由計算機、硬件設備、軟件、數(shù)據(jù)和用戶組成。

為達到本系統(tǒng)設計目標，在設計中遵循以下幾個原則：實用性，可用性，先進性，易用性，人機分工合理性幾個方面。根據(jù)信息平臺的實際情況，對各個具體功能和細節(jié)進行分析和系統(tǒng)開發(fā)，根據(jù)用戶需求，在Windows環(huán)境下，采用當前最為流行的開發(fā)工具進行開發(fā)，建立人機友好，可視化的用戶界面，輸入方便快捷，輸出信息易讀易懂。

2體系結(jié)構(gòu)設計

本信息共享平臺采用三層B/S結(jié)構(gòu)，B/S結(jié)構(gòu)中只安裝一個服務器，而客戶端采用瀏覽器運行軟件。在數(shù)據(jù)管理層和用戶界面增加了一層結(jié)構(gòu)，稱為中間件，使整個體系結(jié)構(gòu)分為三層。中間件主要提供以下功能：負責客戶機與服務器、服務器與服務器間的連接與通訊，實現(xiàn)應用與數(shù)據(jù)庫的高效連接。這種三層結(jié)構(gòu)在層與層之間相互獨立，任何一層的改變不會影響其它層的功能。

3系統(tǒng)總體設計

圖1系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)系統(tǒng)的要求，在建立計量信息共享平臺之前，首先做好數(shù)據(jù)的采集工作。統(tǒng)一數(shù)據(jù)是建立信息共享平臺的基礎。在計量信息共享平臺上，數(shù)據(jù)層是基礎，通過數(shù)據(jù)的共享和交換處理形成信息，然后利用技術(shù)手段把信息總結(jié)、分類和歸納形成知識層，在此之上提供管理與決策支撐。根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，確定系統(tǒng)的功能如下：基礎數(shù)據(jù)、電能計量、動力量數(shù)據(jù)處理、軌道衡數(shù)據(jù)處理、工作計劃、供應處數(shù)據(jù)、管理查詢、權(quán)限管理、設備維護、設備信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)維護、采集數(shù)據(jù)上傳、原始數(shù)據(jù)查詢、組織機構(gòu)等功能。整個系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4整體網(wǎng)絡方案設計

安鋼計量信息共享平臺的建設，首先是網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設，整體網(wǎng)絡采用千兆義太網(wǎng)技術(shù)，在硬件網(wǎng)絡布線設計上采用了分層的結(jié)構(gòu)，分為：核心層、匯聚層、接入層。

網(wǎng)絡核心層采用2臺高性能萬兆路由交換機ExtremeAspen8810交換機組成，放置在數(shù)據(jù)中心機房作為核心設備，提供與四個匯聚交換機的互連和服務器的連接。網(wǎng)絡匯聚層設置四個節(jié)點(網(wǎng)絡交換中心)，分別放置在回皮軌道衡、計控部、熱送稱、黑河路，每個匯聚層節(jié)點配置一臺高性能的Extreme的SummitX450匯聚交換機。對于接入層，有的地方使用已有的DlinkDES系列交換機，有的地方節(jié)點數(shù)較少，甚至只有一個節(jié)點，就直接連到匯聚層交換機上。接交換機的地方有：回皮軌道衡交換中心在計控倉庫、焦粉稱、西站配置三臺接入層交換機；計控部交換中心在250t/300t稱配置一臺接入層交換機；熱送稱交換中心在進廠稱配置一臺接入層交換機；黑河路交換中心在三煉軌道衡配置一臺接入層交換機。四個交換中心共配置6臺接入層交換機。其網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2安鋼計量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)

5軟件詳細設計

5.1軟件平臺設計

操作系統(tǒng)：選用MSWindows2000高級服務器；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：選用MSSQL2000；系統(tǒng)采用三層B/S的邏輯體系結(jié)構(gòu)，前端用戶界面為瀏覽器。在數(shù)據(jù)庫和前端業(yè)務界面之間為業(yè)務邏輯層。采用微軟.NET框架開發(fā)。對外的服務功能以Web服務的形式提供。

5.2信息共享平臺整體結(jié)構(gòu)設計

從邏輯功能角度分析，把該系統(tǒng)分為應用系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)兩大部分。支撐系統(tǒng)是整個系統(tǒng)繼承的物質(zhì)基礎，包括計算機系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和工具層。應用系統(tǒng)是建立在支撐系統(tǒng)之上，根據(jù)在子系統(tǒng)中的作用領(lǐng)域又分為計量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集兩個應用子系統(tǒng)，兩者之間通過支撐系統(tǒng)的網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)實現(xiàn)物理集成，通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)信息集成。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

.3數(shù)據(jù)采集層系統(tǒng)設計

數(shù)據(jù)采集層完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，包括能源量采集系統(tǒng)的升級，物資量采集軟件的編制與更新，它是信息共享平臺的數(shù)據(jù)來源。

能源量采集網(wǎng)絡采用”893”單總線結(jié)構(gòu)。硬件上把所有能源量計量網(wǎng)絡劃分為四個小的子網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡設一個數(shù)據(jù)采集子站，由子站完成各子網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集，子站就近通過光纖在義太網(wǎng)上進行數(shù)據(jù)交換和網(wǎng)絡控制，同時設立一個中心站完成數(shù)據(jù)的匯總、分析和網(wǎng)絡傳輸。軟件使用北京亞控公司的組態(tài)王軟件對能源量采集系統(tǒng)進行開發(fā)。對電量采集數(shù)據(jù)，使用自編的數(shù)據(jù)采集軟件把全部電站的結(jié)算電表數(shù)據(jù)實時采入計算機數(shù)據(jù)庫，并進入數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)平臺，由數(shù)據(jù)中心按不同用戶的需要對授權(quán)用戶提供數(shù)據(jù)查詢與監(jiān)控。物資量采集程序開發(fā)工具使用Delphi6.0+MSDE數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)，完成數(shù)據(jù)采集任務，并存入本地采集站的數(shù)據(jù)庫中，由遠程數(shù)據(jù)庫服務器通過“存儲過程”完成將本地的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫服務器，經(jīng)過加工、處理后提供和授權(quán)用戶查詢。

系統(tǒng)采用上傳模型：(采集上傳的數(shù)據(jù)主要包括：能源量數(shù)據(jù)、軌道衡計量數(shù)據(jù)、汽車衡計量數(shù)據(jù)、皮帶稱計量數(shù)據(jù)、在線稱計量數(shù)據(jù)、電量計量數(shù)據(jù)。)

圖3系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖

5.4管理層系統(tǒng)設計

管理層完成對現(xiàn)場計量數(shù)據(jù)的采集和管理、分析與應用等功能，整個系統(tǒng)采用三層B/S模式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲部分由SQLServer2000完成，業(yè)務邏輯層使用開發(fā)完成，表示層使用完成開發(fā)。系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)中提供的能源量及物資量數(shù)據(jù)的歸類、處理、及相關(guān)功能的實現(xiàn)，是信息共享平臺的主要部分。

5.5支撐系統(tǒng)設計

被分為四個層次：計算機層、通訊網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)庫層、工具層。

工具層介于應用系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡/數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)之間的軟件工具的集合。包括開發(fā)工具和集成工具。數(shù)據(jù)庫層是計量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)中所使用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，處于通訊網(wǎng)絡層之上，在計算機網(wǎng)絡的支持下，為應用系統(tǒng)提供信息存儲、管理、共享和集成的手段。本系統(tǒng)涉及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的本地數(shù)據(jù)庫及管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。計量信息共享平臺均采用關(guān)系模型。數(shù)據(jù)庫的設計關(guān)鍵是表的設計，信息共享平臺應用的數(shù)據(jù)庫表有兩種：本地數(shù)據(jù)庫表；管理層數(shù)據(jù)庫表。通訊網(wǎng)絡層是計量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通訊的載體和樞紐，計量信息共享平臺通過完落系統(tǒng)，是計算機之間、計算機與計量設備之間連接，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡集成，支持和保障了計量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡系統(tǒng)的信息集成。采用混合型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，TCP/IP協(xié)議。計算機層是支撐系統(tǒng)的底層。本系統(tǒng)要求客戶端計算機為PⅢ以上，安裝Windows2000Professionnal；服務器設計為雙冗余、群集方式，運行MicrosoftWindows2000AdvanceServer。

5.6人機監(jiān)控界面設計

監(jiān)控畫面是人機交互的界面，一個軟件系統(tǒng)是否成功，最終的檢查標準是它能否使用戶感到滿意。本系統(tǒng)人機交互包括兩個方面：一方面是人對系統(tǒng)的輸入，包括向系統(tǒng)下達的命令，提供的命令參數(shù)和系統(tǒng)所需要的其它輸入信息；另一方面是系統(tǒng)向人提供信息，即輸出。輸出信息一般有三種：提示信息；系統(tǒng)向人報告的計算或處理結(jié)果；系統(tǒng)對輸入操作的反饋信息。本著使用簡便、界面一致、及時反饋與美觀的原則，結(jié)合計量信息共享平臺的功能需求，應用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM行系統(tǒng)的人機界面設計。

6結(jié)束語

以上詳細論述了安鋼計量信息平臺的總體設計和詳細設計，將整個系統(tǒng)按照橫向和縱向分層介紹，采用具體的方案設計了安鋼信息計量平臺。該系統(tǒng)在實際中得以很好的應用。

參考文獻

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【關(guān)鍵詞】仿生、抽象、界面、和諧與共生

前言

自然界到處充滿活生生的“優(yōu)良設計”實例，對設計師而言，是個取之不盡、用之不竭的“設計資料庫”。諸如無生命的山川河流，有生命的飛禽走獸，還有多姿多彩的花草樹木，除有豐富的造型之外，絢麗的顏色也給人以視覺上的無比享受。這些動植物經(jīng)歷了幾百萬年的適者生存法則的自然進化后，不僅完全適應自然,而且其進化程度也接近完美。這些自然的“優(yōu)良設計”，有的機能完備，讓人嘆服；有的結(jié)構(gòu)精巧，用材合理，符合自然的經(jīng)濟原則；也有的美不勝收，讓人愛不釋手；有的甚至是根據(jù)某種數(shù)理法則形成，它合乎“以最少材料”構(gòu)成“最大合理空間”的要求。這些生物形形的奇特本領(lǐng)耐人尋味，使人浮想連翩。我們在贊賞之余，是否能從這些精妙的設計中，獲取一些靈感呢？回答是肯定的。

一、歷史上的仿生

人類在遙遠的歲月似乎就認識到能從自然生態(tài)系統(tǒng)中領(lǐng)悟到自身生存、發(fā)展、進步的真諦。人類從蒙昧時代進入文明時代就是在模仿和適應自然規(guī)律的基礎上發(fā)展起來的。回顧中國的古文明史，不難看到人們較早就留下了模仿自然生態(tài)的痕跡。從遠古原始人構(gòu)筑的人首龍身、人面鳥身等“人心營構(gòu)之象”，到現(xiàn)實生活中以各種動物形態(tài)為原型的實用器皿，如牛形燈、豬、鷹形壺等。從神話傳說中人的羽化飛升，到春秋戰(zhàn)國時期的魯班從草葉的齒形邊緣中“悟”到了鋸的原理等，大量的事例記述了人們對自然生命的外在形態(tài)和功能創(chuàng)造性地模仿。

國外亦然，古時人們看到鳥兒在天上自由自在地飛翔，就向往人也能象鳥一樣飛上天，于是便用各種方法模仿鳥。經(jīng)過漫長歲月，從最初的木制飛人發(fā)展到今天的超音速飛機，終于實現(xiàn)了人類在藍天上自由飛翔的夢想。達芬奇被認為是現(xiàn)代仿生學之父。在大約公元1500年，他完成鳥翅模型之后，又畫了一系列的無法實現(xiàn)的飛行設備草圖。大約400年之后，奧托成功了，他根據(jù)鸛的翅膀制造的滑翔機成功地飛行了250米，而且他也取得了"滑翔機之父"的稱號。而我們小時侯玩的竹蜻蜓，便是現(xiàn)代直升飛機的趨形。一直以來，許多研究者都在不斷嘗試把自然界的形態(tài)和功能類比的應用于科學。

由此可見人類師法自然思維由來已久，這便促成了仿生學的誕生，仿生學是在生物科學與技術(shù)科學之間發(fā)展起來的，模仿生物系統(tǒng)的原理來建造技術(shù)系統(tǒng)的一門新興邊緣學科。仿生學恰似“橋梁”和“紐帶”，連接著生物科學與技術(shù)科學。仿生設計則是在仿生學的基礎上發(fā)展起來的。它以仿生學為基礎，通過研究自然界生物系統(tǒng)的優(yōu)異功能、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、色彩等特征，并有選擇性的在設計過程中應用這些原理和特征進行設計。

著名的德國工業(yè)設計師路易吉.科拉尼是仿生設計理論的大力倡導者和實踐者，他那蘊藏著人類責任感的設計哲學思想，以及呼吁人類社會與大自然和諧統(tǒng)一的設計觀念，都具有極其深刻的劃時代意義。他鮮明的仿生設計原理與方法、強烈的造型意念和極具旺盛生命力的設計，成功地影響了后代設計師。

運用仿生性思維進行設計，可作為人類社會生產(chǎn)活動與自然界的鍥合點，使人類社會與自然達到高度的和諧統(tǒng)一，仿生設計正逐漸成為工業(yè)設計發(fā)展的大趨勢。

二、現(xiàn)代工業(yè)設計中的仿生

現(xiàn)代社會文明的主體是人與機器。人類在這種文明所導致的生態(tài)失調(diào)狀況下開始反思并力求尋找新的出路，建立人與自然、機器的對話平臺，共生哲學觀強烈地呼吁人與機器、生態(tài)自然與人造自然之間合理的建構(gòu)，創(chuàng)造人類社會與自然高度的和諧。那么，師法自然的仿生設計就是一種良策和新理念。

仿生設計是人們在長期向大自然學習的過程中，經(jīng)過積累經(jīng)驗，選擇和改進其功能、形態(tài)，從而來創(chuàng)造更優(yōu)良的人造物。尤其是當今的信息時代，人們對產(chǎn)品設計的要求和過去不同，既注意功能的優(yōu)良特性，又追求形態(tài)的清新、淳樸，同時注重產(chǎn)品的返樸歸真和個性。提倡仿生設計，不但創(chuàng)造功能完備、結(jié)構(gòu)精巧、用材合理、美妙絕倫的產(chǎn)品，同時賦予產(chǎn)品形態(tài)以生命的象征，讓設計回歸自然，增進人類與自然統(tǒng)一。

德國著名設計大師路易吉·科拉尼曾說：“設計的基礎應來自誕生于大自然的生命所呈現(xiàn)的真理之中”。這話道出了自然界是蘊含著無盡設計寶藏的天機。歸納現(xiàn)代工業(yè)設計中的仿生，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、形態(tài)的仿生

形態(tài)從其再現(xiàn)事物的逼真程度和特征來看，可分為具象形態(tài)和抽象形態(tài)。

1）具象形態(tài)的仿生

具象形態(tài)是透過眼睛構(gòu)造以生理的自然反應，誠實地把外界之形映入眼睛膜刺激神經(jīng)后感覺到存在的形態(tài)。它比較逼真的再現(xiàn)事物的形態(tài)。由于具象形態(tài)具有很好的情趣性、可愛性、有機性、親和性、自然性，人們普遍樂于接受，在玩具、工藝品、日用品應用比較多。但由于其形態(tài)的復雜性，很多工業(yè)產(chǎn)品不宜采用具象形態(tài)。

2）抽象形態(tài)的仿生

抽象形態(tài)是用簡單的形體反映事物獨特的本質(zhì)特征。此形態(tài)作用于人時，會產(chǎn)生“心理”形態(tài)，這種“心理”形態(tài)必需生活經(jīng)驗的積累，經(jīng)過聯(lián)想和相象把形浮現(xiàn)在腦海中，那是一種虛幻的，不實的形，但是這個形經(jīng)過個人主觀的喜怒哀樂聯(lián)想所產(chǎn)生的形變化多端、色彩豐富，這與生理上感覺到的形大異起趣。

歸納起來抽象的仿生形態(tài)具有以下特征：

1）形態(tài)高度的簡化性和概括性

形態(tài)高度的簡化性和概括性，指的是形態(tài)本質(zhì)的抽象表現(xiàn)。通過對生物形態(tài)或非生物形態(tài)的科學分析，結(jié)合的我們的生活經(jīng)驗，均可證明一切形態(tài)的本質(zhì)都是一種內(nèi)力的運動變化。這種內(nèi)力運動變化是產(chǎn)生形態(tài)的根據(jù)。在研究形態(tài)時，設計者從知覺和心理角度有意無意地都把形態(tài)的內(nèi)力運動變化感受為生命活力，再通過形態(tài)抽象變化，用點、線、面的運動組合來表現(xiàn)生命活力。因此，形式上表現(xiàn)為簡化性，而在傳達本質(zhì)特征上表現(xiàn)為高度的概括性。

這種形式的簡化性和特征的概括性，正好吻合現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品對外觀形態(tài)的簡潔性，幾何性以及產(chǎn)品的語意性的要求，因此，它大量的應用于現(xiàn)代產(chǎn)品設計。

2）形態(tài)豐富的聯(lián)想性和想象性

抽象仿生形態(tài)作用于人時，產(chǎn)生的“心理”形態(tài)必需生活經(jīng)驗的積累，經(jīng)過聯(lián)想和想象才浮現(xiàn)在腦海中。因此，它充分地釋放了人無限想象力。同時因人的生活經(jīng)驗不同，因此經(jīng)過個人主觀喜好聯(lián)想產(chǎn)生的“心形”也不盡相同，產(chǎn)生形態(tài)生命活力的感受自然豐富多彩。

3）同一具象形態(tài)的抽象形態(tài)的多樣性

設計者在對同一具象形態(tài)進行抽象化的過程中，由于生活經(jīng)驗、抽象方式方法以及表現(xiàn)手法不同，因此抽象化所得形態(tài)有多種。

抽象仿生形態(tài)應用于產(chǎn)品開發(fā)時，在生產(chǎn)和銷售中有以下優(yōu)點：

1）生產(chǎn)便捷

抽象形態(tài)的形式簡潔，這吻合了現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品提倡的簡練幾何外觀的特征，因此，對生產(chǎn)設備并沒有特殊的要求，開發(fā)商可以方便快捷的進行生產(chǎn)，這為各種工業(yè)產(chǎn)品的仿生生產(chǎn)提供了無限可能。

2）產(chǎn)品形態(tài)多樣化

具象形態(tài)不勝枚舉，抽象后的形態(tài)更是不計其數(shù)，這為仿生的工業(yè)產(chǎn)品形態(tài)的多樣化提供了選擇的可能。

3）滿足不同層次的顧客

抽象形態(tài)的聯(lián)想性和想象性充分地釋放了顧客的自由想象力，人們不但可以感受到產(chǎn)品形態(tài)的有機、可愛、情趣、親和、運動等特點，同時因聯(lián)想和想象不同，有的想起自己可愛的小寵物，有的想起一段美好的愛情，有的想起一個老朋友，有的想起一次愉快的旅行等，正所謂仁者見仁，智者見智。顧客從不同的角度感受到仿生形態(tài)賦予產(chǎn)品的藝術(shù)美感和想象空間，這就更容易滿足不同層次的顧客，從而激起他們共同的購買欲望。

4)產(chǎn)品回歸自然

抽象仿生形態(tài)的本質(zhì)特征是由內(nèi)力運動變化而產(chǎn)生的生命活力。這種特征賦予仿生產(chǎn)品以生命的象征，讓產(chǎn)品回歸自然，建立了人、機器、自然對話的平臺，這種共生的哲學觀合理地構(gòu)建人造自然和生態(tài)自然之間的和諧，增進了人類和自然的統(tǒng)一。仿生型家具是模仿動物、植物等生物形體制作的家具，其形象十分逼真，以寄托對大自然的依戀之情，此種家具給人以大自然的感覺。

總之，具象仿生停留在模仿生物表層，思想性和藝術(shù)性的含量相對低一些；抽象仿生集中于提煉物體的內(nèi)在本質(zhì)屬性，是一種特殊的心理加工活動，屬于高層次思維創(chuàng)造活動，它側(cè)重揭示物體的理念內(nèi)涵。在現(xiàn)代仿生設計中，高、新、精、尖的工業(yè)產(chǎn)品，更適合用抽象仿生。

2、功能的仿生

人們發(fā)現(xiàn)，動植物的某些方面的功能，實際上遠遠超越了人類自身在此方面的科技成果。生存在自然界中的各種各樣的動植物能在各種惡劣復雜的環(huán)境中生存與運動，這是因為其運動器官和形體與惡劣復雜環(huán)境斗爭進化的結(jié)果。植物和動物在幾百萬年的自然進化中，不僅完全適應自然，而且其進化程度接近完美。今天，我們生活在科學技術(shù)飛快發(fā)展的時代，學習和利用生物系統(tǒng)的優(yōu)異結(jié)構(gòu)和奇妙的功能，已經(jīng)成為技術(shù)革新和技術(shù)革命的一個新方向。許多事實說明，仿生學是發(fā)展新技術(shù)的金鑰匙。

仿生學的思想是建立在自然進化和共同進化的基礎上的。仿生學試圖在技術(shù)方面模仿動物和植物在自然中的功能。這個思想在生物學和技術(shù)之間架起了一座橋梁，并且對解決技術(shù)難題提供了幫助。通過再現(xiàn)生物學的原理，人類不僅找到了技術(shù)上的解決方案，而且同時該方案也完全適應了自然的需要。其目的就是分析生物過程和結(jié)構(gòu)，并將此分析用于未來的設計。

在創(chuàng)造物質(zhì)文明的過程中，人類常常將生物的某些特性運用到創(chuàng)造發(fā)明之中。例如科學家根據(jù)蜻蜒的飛行原理研制成功了直升飛機；根據(jù)加重的翅痣蜻蜒在高速飛行時安然無恙，人們仿效其在飛機的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動的棘手問題；又如根據(jù)蛙眼原理，科學家利用電子技術(shù)制成了雷達系統(tǒng)，能準確快速地識別目標；根據(jù)螢火蟲100%的光能轉(zhuǎn)化效率原理，人類制成的冷光源，將其發(fā)光效率提高十幾倍，大大節(jié)約了能量。再如仿昆蟲單復眼的構(gòu)造特點，人類造出了大屏幕模塊化彩電和復眼照相機；仿狗鼻子嗅覺功能，人類造出了電子鼻可以檢測出極其微量的有毒氣體等等諸多令人驚嘆的創(chuàng)造。

盡管如此，自然界的動植物千千萬萬，其許多高超的技能與奧秘人們尚未完全掌握，但可以相信，隨著仿生技術(shù)的發(fā)展，各種仿生發(fā)明會源源不斷地被應用到人類的生活中來。

在創(chuàng)造物質(zhì)文明過程中，工業(yè)設計師該怎樣更好利用仿生發(fā)明來創(chuàng)造產(chǎn)品呢？首先，要明確科學家或工程師與工業(yè)設計師職責的不同，前者解決物與物之間或物體本身整體與部分之間的關(guān)系；后者解決物與人之間的關(guān)系，即構(gòu)建人機對話的平臺。因此，工業(yè)設計師實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)造的基礎是仿生技術(shù)發(fā)明的實現(xiàn)。這樣，工業(yè)設計師就有兩種方式來更好地利用仿生發(fā)明開發(fā)產(chǎn)品：

1）科學家先實現(xiàn)成果，工業(yè)設計師結(jié)合人類的需求轉(zhuǎn)化為仿生設計

科學家先實現(xiàn)了仿生發(fā)明，但由于知識結(jié)構(gòu)的差異，科學家不可能對市場和人的需求有一個全面而準確的定位，就不可能成功將其成果轉(zhuǎn)化為市場所需求的產(chǎn)品，更不可能創(chuàng)造人性化的人機界面。而工業(yè)設計師正好能準確地捕捉到市場需求，結(jié)合優(yōu)秀的仿生發(fā)明創(chuàng)造出人們所需求的產(chǎn)品，同時構(gòu)建友好的人機對話平臺，從而創(chuàng)造更多有價值的產(chǎn)品。

2）工業(yè)設計師先提出設想，科學家擇優(yōu)實現(xiàn)的互動仿生設計

科學家還沒有實現(xiàn)某種仿生發(fā)明，工業(yè)設計師通過對自然現(xiàn)象的細心觀察和經(jīng)驗總結(jié)，結(jié)合對市場需求全面而準確的認識，提出某種產(chǎn)品的構(gòu)想或概念。科學家擇優(yōu)實現(xiàn)這種仿生技術(shù)，這使得工業(yè)設計師創(chuàng)造這種仿生產(chǎn)品成為可能。通過工業(yè)設計師和科學家的互動，從而創(chuàng)造有價值的產(chǎn)品。

因此，工業(yè)設計師要關(guān)注最新的仿生成果，同時也要細心的觀察自然。

3、結(jié)構(gòu)和材料的仿生

隨著仿生學的深入開展，人們不但從外形、功能去模仿生物，而且從生物奇特的結(jié)構(gòu)和肌理中也得到不少啟發(fā)。人們在“仿生制造”中不僅是師法大自然，而且是學習與借鑒他們自身內(nèi)秉的組織方式與運行模式。有的結(jié)構(gòu)精巧，用材合理，符合自然的經(jīng)濟原則；有些甚至是根據(jù)某種數(shù)理法則形成的，合乎“以最少材料”構(gòu)成“最大合理空間”的要求。這些為人類提供了“優(yōu)良設計”的典范。

例如蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成，這些結(jié)構(gòu)與近代數(shù)學家精確計算出來的菱形鈍角109°28’和銳角70°32’完全相同，是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，且容量大、極堅固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構(gòu)造用各種材料制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板，強度大、重量輕、不易傳導聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。

最新科學研究指出，生物體都是由少數(shù)很簡單的物質(zhì)構(gòu)成的，諸如糖、蛋白質(zhì)和水之類。生物體的不同部分，從柔韌的皮膚到堅硬的骨骼，性能如此多樣，關(guān)鍵在于從原子排列成分子，及從分子組合成纖維,晶體等半成品，在結(jié)構(gòu)上的千差萬別，就是由于結(jié)構(gòu)的奇巧精致，形成了各種優(yōu)越奇特的性能。

解生物體構(gòu)造的這些奧秘，最直接的目的就是研制新型的“仿生材料”。研究人員模仿鮑魚殼的微觀結(jié)構(gòu)，將鋁分子充滿在碳化硼分子之間，已初步研制成功新型的陶瓷材料，除了既堅硬又柔軟以外，還可以感測并適應周圍環(huán)境的變化，如果飛機機翼材料具有這種性能，那么遭到損害時能夠感知并自行修復。具有和生物機體相同彈性的材料，伸縮自如，能成功地用來制作人工動脈。

因此，工業(yè)設計師也要積極的關(guān)注仿生發(fā)明中精巧的結(jié)構(gòu)和奇特的材料，并且巧妙地應用這些結(jié)構(gòu)和材料，結(jié)合市場的需求創(chuàng)造出人們需求的產(chǎn)品，同時也要細心的觀察自然，提煉自然的精妙，提出更多的構(gòu)想，為科學家的探索提供更多的思路，從而創(chuàng)造更有價值的仿生成果，為人類創(chuàng)造更加精美更加豐富的產(chǎn)品。

總之，破解生物體結(jié)構(gòu)之謎，研制仿生材料的路還很漫長，目前人類只不過剛剛起步前行，但是仿生材料的應用前途無量，卻是絕無疑義的。

4、界面仿生

在現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品設計中，單純地從形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)或材料的某一個方面來仿生是很少見的，更多的是綜合形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)和材料的多個方面來進行仿生設計，而且還從大自然的生存哲學即和諧與共生的角度進行仿生設計，諸如綠色仿生設計，可持續(xù)仿生設計等。這種既從自然界的個體表現(xiàn)形式，又從自然界的總體生存理念的仿生設計，與界面設計的功能性設計和情感性設計是相吻合的，因此，我把這歸結(jié)為界面仿生設計。

要理解界面仿生設計，首先要知道界面。所謂界面，即人機界面，是人與機器進行交互的操作方式，即用戶與機器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入和輸出。好的人機界面美觀易懂、操作簡單且具有引導功能，使用戶感覺愉快、興趣增強，從而提高使用效率。

美國學者赫伯特．西蒙提出：設計是人工物的內(nèi)部環(huán)境(人工物自身的物質(zhì)和組織)和外部環(huán)境(人工物的工作或使用環(huán)境)的接合。所以設計是把握人工物內(nèi)部環(huán)境與外部環(huán)境接合的學科，這種接合是圍繞人來進行的。“人”是設計界面的一個方面，是認識的主體和設計服務的對象，而作為對象的“物”則是設計界面的另一個方面。它是包含著對象實體、環(huán)境及信息的綜合體，就如我們看見一件產(chǎn)品、一棟建筑，它帶給人的不僅有使用的功能、材料的質(zhì)地，也包含著對傳統(tǒng)思考、文化理喻、科學觀念等的認知。“任何一件作品的內(nèi)容，都必須超出作品中所包含的那些個別物體的表象。”分析“物”也就分析了設計界面存在的多樣性。

因此，為了認識和分析仿生界面設計，可將其分類為：

1）功能性界面仿生

功能性設計界面接受物的功能信息，操縱與控制物，同時也包括與生產(chǎn)的接口，即材料運用、科學技術(shù)的應用等等。這一界面的仿生側(cè)重于功能、結(jié)構(gòu)和材料的仿生，它反映著設計與人造物的協(xié)調(diào)作用。

2）情感性界面仿生

情感性設計界面即物要傳遞感受給人，取得與人的感情共鳴。這種感受的信息傳達存在著確定性與不確定性的統(tǒng)一。情感把握在于深入目標對象的使用者的感情，而不是個人的情感抒發(fā)。設計師“投入熱情，不投入感情”，避免個人的任何主觀臆斷與個性的自由發(fā)揮。這一界面的仿生側(cè)重于用形態(tài)、色彩、肌理等引發(fā)心理情感，體現(xiàn)大自然和諧與共生的精神哲學的仿生設計，它反映著設計與人的關(guān)系。

如在計算機的設計中，硬件方面人們逐漸采用多種方式與機器交互，如自然語言接口、計算機支持的協(xié)同工作、眼動跟蹤、姿勢識別、三維輸入、表情識別、聽覺界面等，進行著功能性方面的界面仿生設計；軟件方面廣大的軟件研制人員開發(fā)計算機用戶愈為迫切需要的符合“簡單、自然、友好、一致”原則的人機界面，即情感性方面的界面仿生設計。

總之，隨著計算機廣泛應用，它已經(jīng)變成家喻戶曉的商品，可以任意地裝在人們的口袋里，用來幫助人們處理日常的辦公業(yè)務和生活事務，自然的人機界面與和諧的人機環(huán)境已逐步變成信息世界關(guān)心的焦點。其他產(chǎn)品同樣如此。因此，仿生設計使產(chǎn)品有更加完備的功能性界面和更加自然和諧的情感性界面，更好地滿足人的需求。

三、未來工業(yè)設計中仿生的前景

今天，我們生活在科學技術(shù)飛速發(fā)展的時代，學習和利用生物系統(tǒng)的優(yōu)異結(jié)構(gòu)和奇妙的功能，已經(jīng)成為技術(shù)革新和技術(shù)革命的一個新方向。許多事實說明，仿生學是發(fā)展新技術(shù)的金鑰匙。例如研究顯示，不遠的將來一種仿生電子眼可望誕生。因為科研人員已揭開眼睛是如何看到經(jīng)大腦“翻譯”的圖像。他們已發(fā)明一種稱為“細胞神經(jīng)網(wǎng)絡”的電腦微型集成電路，據(jù)此將發(fā)明仿生“電子眼”可以用來進行類似視網(wǎng)膜功能的圖像處理。又如美國賓夕法尼亞大學醫(yī)療中心耳鼻喉科的醫(yī)生不久將開展“仿生耳”植入手術(shù)，讓從前失去聽力的成人重獲聽力。再如科研人員以猴子作為人的替身，正在研究人大腦的思維與記憶的生理活動。他們設想，如果仿照人的神經(jīng)系統(tǒng)，把它運用到電子計算機上去，就有可能誕生具有高級神經(jīng)活動的生物計算機，那就是仿生學劃時代的貢獻。所有這些都預示著仿生科技前途似錦，而且仿生科技的探索永無止境。

另一方面，神奇的大自然向人類展示著精妙絕倫的生命形態(tài)和絢麗多彩的悅?cè)松剩瑫r，大自然還無聲地闡釋了自然界的生存哲學——和諧與共生。這種和諧的設計哲學呼吁人類社會與大自然之間的高度和諧統(tǒng)一；共生的設計哲學則呼吁著人與機器、生態(tài)自然與人造自然之間建立合理的建構(gòu)，搭建人與自然、機器共生的對話平臺。

總結(jié)

綜上所述，運用仿生性思維進行設計，不僅創(chuàng)造功能完備、結(jié)構(gòu)精巧、用材合理、美妙絕倫的產(chǎn)品，而且賦予產(chǎn)品以生命的象征，讓設計回歸自然，增進人類與自然統(tǒng)一。因此，工業(yè)設計師要學會師法自然的仿生性設計思維，創(chuàng)造人、自然、機器和諧共生的對話平臺。

參考文獻：

〔01〕《視覺和仿生學》倪海曙主編知識出版社1985

〔02〕《仿生學縱橫談》邵海忠編著江西人民出版社1981

〔03〕《世界現(xiàn)代設計史》王受之編著中國青年出版社2002

篇6

關(guān)鍵詞：PKPM軟件；建筑結(jié)構(gòu)；設計；運用

一、PKPM軟件概述

PKPM是目前國內(nèi)結(jié)構(gòu)工程設計中應用較為廣泛的一種計算軟件，它主要是針對各類地上建筑物的結(jié)構(gòu)進行計算，包括建筑、結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)、設備、概預算五個方面的內(nèi)容。應用范圍全面，功能強大，自動化程度高，是眾多建筑設計軟件中最權(quán)威的設計軟件之一。其中尤以結(jié)構(gòu)設計軟件最受設計人員的青睞，成為結(jié)構(gòu)設計人員不可或缺的重要工具。[1]PKPM結(jié)構(gòu)設計軟件還包括許多應用軟件，最常用的有PK、PMCAD、TAT、SATWE和JCCAD等。

通過使用PKPM軟件，可以提高計算速度，使設計周期大為縮短，但是該軟件在實際應用過程中，有大量的參數(shù)是系統(tǒng)默認值，并不一定能滿足每一個工程的實際情況，因此必須注意結(jié)合相關(guān)規(guī)范對計算參數(shù)進行調(diào)整才能使計算的結(jié)果更加準確，更加符合結(jié)構(gòu)物的實際受力特性。

二、PKPM軟件建筑結(jié)構(gòu)設計中的常見問題

（一）功能還有待完善

PKPM建筑結(jié)構(gòu)設計軟件的功能十分強大，但也不是萬能的，比如軟件目前還不能處理板上布置磚墻線荷載、局部面荷載或集中荷載的問題。[2]PKPM的自動化程度相當高，但平面配筋圖運行自動配筋后，所繪出的圖紙配筋密密麻麻，相互重疊，非常零亂，這給設計人員人工調(diào)筋帶來很大麻煩，而且鋼筋修改后，配筋表中的鋼筋不能隨之改變，這也給設計人員帶來很大的工作量，因此PKPM在功能上還有待進一步完善。

（二）模型還不夠智能化

結(jié)構(gòu)模型中所有的構(gòu)件均在此項操作中輸入，輸入的數(shù)據(jù)（參數(shù)、截面尺寸、荷載等）尤其是控制總信息等原始數(shù)據(jù)必須正確合理，既要符合有關(guān)的規(guī)范和標準，又要結(jié)合正確的結(jié)構(gòu)力學模型。應當注意的是：凡是結(jié)構(gòu)布置形式及構(gòu)件尺寸和荷載不同的結(jié)構(gòu)層均應描述為不同的結(jié)構(gòu)標準層，對于上下層柱變截面情況用構(gòu)件相對于節(jié)點的偏心描述，注意在節(jié)點過密的時候墻體及梁布置的連續(xù)性。在布置過兩個或更多的標準層后，不能使用圖案編輯菜單對某一層或某一部分拖動或平移[3]，因為所有的節(jié)點位置都是用相對于原點的位置描述的，拖動或平移會造成上下層節(jié)點錯位。全樓的組裝必須是自下而上的標準層組裝，不能把后一個標準層組裝于前一個標準層之前。填充墻不能作為墻體輸入，只能按梁輸入，在梁上輸入附加荷載值。

（三）人機交互界面舒適性有待提高

軟件界面的舒適性對于建筑結(jié)構(gòu)設計人員來說較為重要，它有利于提高設計人員工作效率。PKPM軟件界面總體布局相對較合理，按鈕布置也比較清晰，但是從舒適性上看還有所欠缺。由上可見，人機界面設計是一門綜合性非常強的學科，它不僅借助計算機技術(shù)，還要依托于心理學、認知科學、語言學、通信技術(shù)及戲劇、音樂、美術(shù)等多方面的理論和方法，才能達到用戶滿意的界面。因此，PKPM軟件的界面開發(fā)還有待于進一步改進，從而更好地滿足我們用戶的審美需求，當然，PKPM軟件每年進行修訂，新的軟件界面在這方面已經(jīng)有了較大的改善。

（四）超出了規(guī)定的要求進行設計

（1）以建筑抗震為例，一些抗震設防烈度為7度的地區(qū)所建磚混建筑物相繼出現(xiàn)7層帶半地下室磚混住宅。半地下室、全地下室的判別應該根據(jù)房屋埋深和嵌固情況確定計算簡圖。嚴格地講，按"抗規(guī)"的規(guī)定，帶半地下室住宅房屋的高度和層數(shù)應從地下室地面算起，也就是說7層帶半地下室建筑的實際層數(shù)應為8層。[4]這樣的建筑無論是高度還是層數(shù)都超越了規(guī)范的規(guī)定。

（2）底層框架磚房超規(guī)范設計問題。底層框架磚房除存在上述高度和層數(shù)超規(guī)范問題以外，還存在底層框架本身的設計超規(guī)范問題。"抗規(guī)"中提到的底層框架是指底層為框架-抗震墻承重結(jié)構(gòu)，且宜采用鋼筋混凝土抗震墻，但抗震烈度為6度和7度地區(qū)可采用普通磚抗震墻，但其構(gòu)造措施必須滿足"抗規(guī)"中的有關(guān)規(guī)定。[5]有些工程雖采用普通磚抗震墻但不滿足"抗規(guī)"要求，使得底層框架抗震能力不足。

三、PKPM軟件的正確使用

設計人員應根據(jù)工程實際情況，正確地選擇相應有受力學模型的分析軟件，對于一些大中型重要工程應采用兩種不同理論模型軟件進行比較，選擇更合理的計算結(jié)果。熟練掌握計算機知識，了解軟件開發(fā)背景及使用前提。增強對軟件計算結(jié)果正確性判斷，通過對軟件輸出結(jié)果（彎矩包絡圖、剪力包絡圖、荷載傳遞情況等）進行分析，可保證計算結(jié)果的合理、正確。

總而言之，計算機畢竟是人操作的機器，而軟件也不過是人給予計算機的大腦，所以我們一定首先以人為本，正確使用PKPM軟件，取其利而去其弊地應用它，讓它在結(jié)構(gòu)設計中充分地為我們所用，使結(jié)構(gòu)設計在滿足安全適用，經(jīng)濟合理的原則的基礎上設計出更完美的作品。

參考文獻：

[1] 羅兆亮.在結(jié)構(gòu)設計中應用PKPM軟件應注意的問題[J]. 邢臺職業(yè)技術(shù)學院學報. 2007（05）

[2] 范小平.PKPM軟件在建筑結(jié)構(gòu)設計中應注意的問題[J]. 重慶建筑. 2008（02）

[3] 李青松，錢冬.應用PKPM進行結(jié)構(gòu)設計時應注意的問題[J]. 山西建筑. 2008（15）

篇7

畢業(yè)設計開題報告1.課題名稱：

鋼筋混凝土多層、多跨框架軟件開發(fā)

2.項目研究背景：

所要編寫的結(jié)構(gòu)程序是混凝土的框架結(jié)構(gòu)的設計，建筑指各種房屋及其附屬的構(gòu)筑物。建筑結(jié)構(gòu)是在建筑中，由若干構(gòu)件，即組成結(jié)構(gòu)的單元如梁、板、柱等，連接而構(gòu)成的能承受作用（或稱荷載）的平面或空間體系。

編寫算例使用建設部最新出臺的《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》gb50010-2002,該規(guī)范與原混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范gbj10-89相比，新增內(nèi)容約占15％，有重大修訂的內(nèi)容約占35％，保持和基本保持原規(guī)范內(nèi)容的部分約占50％，規(guī)范全面總結(jié)了原規(guī)范實施以來的實踐經(jīng)驗，借鑒了國外先進標準技術(shù)。

3.項目研究意義：

建筑中，結(jié)構(gòu)是為建筑物提供安全可靠、經(jīng)久耐用、節(jié)能節(jié)材、滿足建筑功能的一個重要組成部分，它與建筑材料、制品、施工的工業(yè)化水平密切相關(guān)，對發(fā)展新技術(shù)。新材料，提高機械化、自動化水平有著重要的促進作用。

由于結(jié)構(gòu)計算牽扯的數(shù)學公式較多，并且所涉及的規(guī)范和標準很零碎。并且計算量非常之大，近年來，隨著經(jīng)濟進一步發(fā)展，城市人口集中、用地緊張以及商業(yè)競爭的激烈化，更加劇了房屋設計的復雜性，許多多高層建筑不斷的被建造。這些建筑無論從時間上還是從勞動量上，都客觀的需要計算機程序的輔助設計。這樣，結(jié)構(gòu)軟件開發(fā)就顯得尤為重要。

一棟建筑的結(jié)構(gòu)設計是否合理，主要取決于結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件的截面尺寸、材料強度等級以及主要機構(gòu)構(gòu)造是否合理。這些問題已經(jīng)正確解決，結(jié)構(gòu)計算、施工圖的繪制、則是另令人辛苦的具體程序設計工作了，因此原來在學校使用的手算方法，將被運用到具體的程序代碼中去，精力就不僅集中在怎樣利用所學的結(jié)構(gòu)知識來設計出做法，還要想到如何把這些做法用代碼來實現(xiàn)，

第一diyifanwen.com整理該文章……

4.文獻研究概況

在不同類型的結(jié)構(gòu)設計中有些內(nèi)容是一樣的，做框架結(jié)構(gòu)設計時關(guān)鍵是要減少漏項、減少差錯，計算機也是如此的。

建筑結(jié)構(gòu)設計統(tǒng)一標準（gbj68－84）該標準是為了合理地統(tǒng)一各類材料的建筑結(jié)構(gòu)設計的基本原則，是制定工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)、薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等設計規(guī)范以及地基基礎和建筑抗震等設計規(guī)范應遵守的準則，這些規(guī)范均應按本標準的要求制定相應的具體規(guī)定。制定其它土木工程結(jié)構(gòu)設計規(guī)范時，可參照此標準規(guī)定的原則。本標準適用于建筑物（包括一般構(gòu)筑物）的整個結(jié)構(gòu)，以及組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和基礎；適用于結(jié)構(gòu)的使用階段，以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作、運輸與安裝等施工階段。本標準引進了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)可靠性設計理論，采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法分析確定，即將各種影響結(jié)構(gòu)可靠性的因素都視為隨機變量，使設計的概念和方法都建立在統(tǒng)計數(shù)學的基礎上，并以主要根據(jù)統(tǒng)計分析確定的失效概率來度量結(jié)構(gòu)的可靠性，屬于“概率設計法”，這是設計思想上的重要演進。這也是當代國際上工程結(jié)構(gòu)設計方法發(fā)展的總趨勢，而我國在設計規(guī)范（或標準）中采用概率極限狀態(tài)設計法是迄今為止采用最廣泛的國家。

結(jié)構(gòu)的作用效應常見的作用效應有：

1．內(nèi)力。

軸向力，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一正截面上的法向拉力或壓力；

剪力，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的切向力；

彎矩，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的內(nèi)力矩；

扭矩，即作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件某一截面上的剪力構(gòu)成的力偶矩。

2．應力。如正應力、剪應力、主應力等。

3．位移。作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中某點位變（線位移）或某線段方向的改變（角位移）。

4．撓度。構(gòu)件軸線或中面上某點在彎短作用平面內(nèi)垂直于軸線或中面的線位移。

5．變形。作用引起的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中各點間的相對位移。變形分為彈性變形和塑性變形。

6．應變：如線應變、剪應變和主應變等。

極限狀態(tài)整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設計規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。極限狀態(tài)可分為兩類：

1．承載能力極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載能力或達到不適于繼續(xù)承載的變形的極限狀態(tài)：

（1）整個結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；

（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強度被超過而破壞（包括疲勞破壞），或因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C動體系；

（4）結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件喪失穩(wěn)定（如壓屈等）。

2．正常使用極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到使用功能上允許的某一限值的極限狀態(tài)。出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了正常使用極限狀態(tài)：

（1）影響正常使用或外觀的變形；

（2）影響正常使用或耐久性能的局部損壞（包括裂縫）；

（3）影響正常使用的振動；（4）影響正常使用的其它特定狀態(tài)。

結(jié)構(gòu)設計的基本任務，是在結(jié)構(gòu)的可靠與經(jīng)濟之間選擇一種合理的平衡，力求以最低的代價，使所建造的結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的使用期限內(nèi)，能滿足預定的安全性、適用性和耐久性等功能要求。為達到這個目的，人們采用過多種設計方法。以現(xiàn)代觀點看，可劃分為定值設計法和概率設計法兩大類。

1．定值設計法。將影響結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素（如荷載、材料強度、幾何參數(shù)、計算公式精度等）看作非隨機變量，而且采用以經(jīng)驗為主確定的安全系數(shù)來度量結(jié)構(gòu)可靠性的設計方法，即確定性方法。此方法要求任何情況下結(jié)構(gòu)的荷載效應s（內(nèi)力、變形、裂縫寬度等）不應大于結(jié)構(gòu)抗力r（強度、剛度、抗裂度等），即s≤r。在20世紀70年代中期前，我國和國外主要都采用這種方法。

2．概率設計法：將影響結(jié)構(gòu)可靠度的主要因素看作隨機變量，而且采用以統(tǒng)計為主確定的失效概率或可靠指標來度量結(jié)構(gòu)可靠性的設計方法，即非確定性方法。此方法要求按概率觀念來設計結(jié)構(gòu)，也就是出現(xiàn)結(jié)構(gòu)荷載效應3大于結(jié)構(gòu)抗力r（s＞r）的概率應小于某個可以接受的規(guī)定值。這種方法是20世紀40年代提出來的，至70年代后期在國際上已進入實用階段。我國自80年代中期，結(jié)構(gòu)設計方法開始由定值法向概率法過渡。

面向?qū)ο缶幊?/p>

使創(chuàng)建windows程序較為容易的關(guān)鍵技術(shù)是面向?qū)ο缶幊蹋騩op。這種技術(shù)可以創(chuàng)建可重用組建，它是程序的組成模塊。

幾個定義

控件提供程序可見界面的可重用對象。控件的示例有文本框、標簽和命令按鈕。

事件由用戶或操作系統(tǒng)引發(fā)的動作。事件的示例有擊鍵、單擊鼠標、一段時間的限制，或從端口接收數(shù)據(jù)。

方法嵌入在對象定義中的程序代碼，它定義對象怎樣處理信息并響應某事件。例如，數(shù)據(jù)庫對象有打開紀錄集并從一個記錄移動到另一個記錄的方法。

對象程序的基本元素，它含有定義其特征的屬性，定義其任務和識別它可以響應的事件的方法。控件和窗體是visualbasic中所有對象的示例。

過程為完成任務而編寫的代碼段。過程通常用于響應特定的事件。

屬性對象的特征，如尺寸、位置、顏色或文本。屬性決定對象的外觀，有時也決定對象的行為。屬性也用于為對象提供數(shù)據(jù)和從對象取回信息。

5.設計主要內(nèi)容

本軟件適用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土多層、多跨的框架的設計。畢業(yè)設計要完成的工作包括：

1.平面鋼架分析程序的改造

對結(jié)構(gòu)力學教研室版平面鋼架分析程序進行修改和補充。要求：

(1)編寫自動生成節(jié)點坐標和單元節(jié)點編號的程序，或以圖形方式輸入計算簡圖。

(2)修改程序，使之適合多工況內(nèi)力計算；(3)根據(jù)輸入、輸出數(shù)據(jù)的特點，設計適當?shù)娜藱C界面。輸出應可選的顯示各構(gòu)件端力和內(nèi)力圖。

2．編寫鋼筋混凝土多層多跨框架機構(gòu)的構(gòu)件設計程序

(1)根據(jù)有關(guān)的規(guī)范，應明確計算的各種荷載（恒載、樓屋面活載、風荷載和地震作用等）的計算方法，在次基礎上編寫自動生成各種荷載作用下的結(jié)點荷載和單元荷載的程序。

地震作用按底部剪力法確定。自振周期用經(jīng)驗公式確定。

(2)計算各種荷載單獨作用時框架各桿件的內(nèi)力。計算結(jié)構(gòu)存放在各自的桿端力（隨機）文件中。

對豎向荷載下的梁端彎距進行塑性調(diào)幅。

(3)在(2)中產(chǎn)生的桿端力文件基礎上，分別計算各種可能的荷載組合下，梁、柱控制截面的內(nèi)力。計算結(jié)果存放在適當?shù)奈募小?/p>

(4)從(3)生成的文件中選出最不利組合，同時給出截面配筋。

梁、柱截面配筋的確定應考慮抗震設計的要求。

(5)部分編程較熟練的同學可根據(jù)計算結(jié)果和構(gòu)造規(guī)定，用auto-cadvba繪制梁、柱配筋圖。

5．成果形式

本畢業(yè)設計的成果應包括：

1.可運行的、并能給出正確計算結(jié)果的源程序

在存放源程序的軟盤中，應至少有一個算例的數(shù)據(jù)文件，可在基本不需另外鍵入數(shù)據(jù)的前提下，顯示正確地運行結(jié)果。

2．軟件使用手冊

這是為用戶準備的關(guān)于軟件使用方法、操作步驟和其他必要的文字材料。

3．軟件說明書

這是軟件作者的工作檔案，是軟件維護的基本資料。其中應包括：

(1)軟件所依據(jù)的工作檔案、力學和工程結(jié)構(gòu)模型的較為詳細的描述，主要的計算公式及其使用的符號的含義，重要算法的文字說明：

(2)程序的結(jié)構(gòu)：模塊的劃分的情況、各模塊相互之間的關(guān)系及各模塊的功能；

(3)帶有較為詳細的注釋的源程序文本。其中應注明各標識符的含義（盡可能的采用通用公式中的符號）。各程序段的功能、相應的數(shù)學公式和特殊算法的說明；(4)為使他人根據(jù)軟件說明書讀懂你的程序所必需的其他資料。

(5)部分編程較熟練的同學可遞交梁、柱配筋圖紙一張。

4．對自己所編程序的評價

(1)對算例計算結(jié)果的合理性進行必要的分析；

(2)總結(jié)軟件設計過程中的經(jīng)驗和及教訓，提出設計改進意見。

以上各項資料處源程序文本以軟盤形式提交外，其余均用計算機打印。

6.進度計劃

第一周畢業(yè)實習，參觀工程，收集資料。

第二周需求分析：描述計算機模型，編些初步的軟件說明書。

第三周軟件設計：選擇模塊劃分的方案

第四周模塊設計：數(shù)據(jù)輸入界面設計（梁柱截面數(shù)據(jù)）

或數(shù)據(jù)輸入界面設計（可視化圖形輸入）

第五周數(shù)據(jù)輸入界面設計（框架數(shù)據(jù)、附加荷載）

第六周模塊設計：荷載計算（恒載、活載），相應的內(nèi)力計算

第七周荷載計算（風荷載、地震作用），相應的內(nèi)力計算

第八周模塊設計：梁配筋計算

第九周梁荷載組合，確定梁配筋

第十周梁荷載組合，確定梁配筋

第十一周模塊設計：柱配筋計算

第十二周柱荷載組合，確定柱配筋

第十三周柱荷載組合，確定柱配筋

第十四周軟件測試或用autocadvba繪制梁、柱配筋圖；

第十五周軟件測試

第十六周整理源程序，編寫軟件說明數(shù)和用戶手冊

篇8

Google的Android平臺是一個新興的手機操作系統(tǒng)，它強大的網(wǎng)絡功能和絢麗的用戶界面不輸iPhone。通過增強現(xiàn)實技術(shù)，利用GPS全球定位技術(shù)確定用戶所處的地理位置，通過攝像頭獲取用戶周圍的真實情況，將周圍敏感點的相關(guān)信息疊加到攝像頭照片之上，達到增強現(xiàn)實（AR）的效果，真正幫助用戶了解周圍的信息狀況。用戶可以選擇自己想獲取的信息，比如酒店，餐飲之類信息，就可以真正的將現(xiàn)實和信息結(jié)合起來，達到增強現(xiàn)實（AR）的效果。系統(tǒng)結(jié)合西南大學大學的實際情況，通過SQLite構(gòu)建了西南大學校園范圍內(nèi)的興趣點數(shù)據(jù)庫， 并且通過GPS全球定位系統(tǒng)確定用戶當前所在的位置，結(jié)合Android的相關(guān)傳感器確定手機的姿勢，最終判斷手機的方位角和手機、建筑物之間和正北方向構(gòu)成的方位角是否一致，若相同，將在屏幕上顯示興趣點的相關(guān)信息。系統(tǒng)主要提供了列表展示、地圖展示和增強現(xiàn)實展示三種方式，相互結(jié)合，用戶可以在不同的界面之間可以相互切換，最終幫助用戶準確了解周圍現(xiàn)實世界的詳細情況。

【關(guān)鍵詞】Android；增強現(xiàn)實（AR）；GPS

1、引言

現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)，信息量非常的巨大，然而人們對這些信息的利用過度依賴于搜索，需要輸入合適的關(guān)鍵詞才能找到自己想要的信息。除了搜索之外，有沒有更好的方式呢，能夠讓人們更加便利，隨時隨地的利用周圍的信息呢？人與人之間的溝通交流，現(xiàn)實世界過于生硬，虛擬世界過于遙遠，要真正找到志同道合的知己很難，有沒有介于現(xiàn)實和虛擬之間的一個交流平臺，幫助大家找到更多的好朋友？利用增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)正好可以解決以上各種問題，可以利用該技術(shù)把現(xiàn)實中的事物和虛擬事物結(jié)合起來，使我們的世界變得更加豐富多彩。

2、研究背景

增強現(xiàn)實（AR）是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎上發(fā)展起來的一種新興計算機應用和人機交互技術(shù)。它借助計算機和可視化技術(shù)將虛擬的信息應用到真實世界，真實的環(huán)境和虛擬的物體實時地疊加到了同一個畫面或空間同時存在。簡單的說就是虛實結(jié)合。它是一個新興的研究領(lǐng)域，與傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)所要達到的完全沉浸的效果不同，增強現(xiàn)實技術(shù)致力于將計算機生成的物體疊加到現(xiàn)實景物上，在虛擬環(huán)境與真實世界之間的溝壑間架起了一座橋梁[1]。它通過多種設備，如與計算機相連接的光學透視式頭盔顯示器（optical see―through head―mounted display，后簡稱S―HMD）或配有各種成像原件的眼鏡等，讓虛擬物體能夠疊加到真實場景上，以便使它們一起出現(xiàn)在使用者的視場中。同時，使用者可以通過各種方式來與虛擬物體進行交互，例如，在裝配或維修工作中，基于增強現(xiàn)實技術(shù)的應用系統(tǒng)會在操作人員視野的相應位置顯示出有用的提示信息；又如在使用增強現(xiàn)實技術(shù)的培訓系統(tǒng)中，甚至可以將虛擬物體和實際配件裝配在一起。增強現(xiàn)實技術(shù)在工業(yè)設計、機械制造、建筑、教育和娛樂等領(lǐng)域都有著廣泛的應用前景，而且它不僅提供了一種更容易實現(xiàn)的虛擬現(xiàn)實的方法，更代表了下一代更易使用的人機界面的發(fā)展趨勢[2]。

Azuma在1997年曾對這些系統(tǒng)和其使用的基本技術(shù)給出過一個詳盡的綜述。同沉浸式的虛擬現(xiàn)實相比，增強現(xiàn)實不但應用的場合廣泛，而且更加安全，因為增強現(xiàn)實系統(tǒng)可以讓用戶在看到虛擬物體的同時，仍能看到真實的場景[3]。20世紀90年代末，這個領(lǐng)域的研究者們開始聚會在一系列每年召開的和增強現(xiàn)實相關(guān)的國際研討會和工作會議上，例如，國際增強現(xiàn)實工作會議（IWAR）、國際增強現(xiàn)實研討會（ISAR）和國際混合與增強現(xiàn)實會議（ISMAR）等。這些會議在很大程度上促進了AR的研究發(fā)展。近年來隨著移動設備計算能力的增強和對網(wǎng)格計算環(huán)境的關(guān)注，對戶外增強現(xiàn)實系統(tǒng)和支持分布式協(xié)同操作增強現(xiàn)實系統(tǒng)的研究明顯增加。

而Android一詞的本義指“機器人”，同時也是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平臺的開源手機操作系統(tǒng)的名稱，該平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應用軟件組成，而且不存在任何以往阻礙移動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的專有權(quán)障礙，號稱是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件。Android系統(tǒng)平臺的手機具有五大優(yōu)勢： 1、開放性；2、掙脫運營商的束縛；3、豐富的硬件選擇；4、不受任何限制的開發(fā)商；5、無縫結(jié)合的Google應用。

3、可行性分析

本系統(tǒng)采用的是Eclipse開發(fā)平臺，與SQLite數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方法，通過SQLite數(shù)據(jù)庫搭建AR數(shù)據(jù)庫，存儲興趣點的相關(guān)信息，諸如經(jīng)緯度，名稱，圖像等內(nèi)容。最后，通過Google Maps在地圖上展示出來，顯示用戶所在位置周圍的興趣點；而且在攝像頭的圖層之上顯示用戶周圍的物體信息，達到增強現(xiàn)實的效果。基于此思想的系統(tǒng)的理論及技術(shù)已很成熟，而且該方面的開發(fā)也已經(jīng)有很多機構(gòu)，人們正在研究，并且已經(jīng)有類似的軟件開始、運行。比如觸景無限公司的Senscape AR瀏覽器可以將現(xiàn)實世界跟虛擬的數(shù)字內(nèi)容完美的結(jié)合在一起，讓你通過手機瀏覽器，就能感知更多精彩的世界。在增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)領(lǐng)域向更加縱深的方向發(fā)展。因此，從技術(shù)方面來講，理論上是可以實現(xiàn)的。用戶只需要Android系統(tǒng)的智能手機一部即可達到硬件要求，并且本系統(tǒng)設計的用戶界面簡單，用戶很快可以上手，達到操作要求。

4、系統(tǒng)設計

（1）、體系結(jié)構(gòu)設計

系統(tǒng)采用分層的體系結(jié)構(gòu)，這樣，層與層之間相互進行數(shù)據(jù)通信，互相調(diào)用，方便以后的維護，修改與升級。系統(tǒng)分別由數(shù)據(jù)訪問層、用戶界面層以及邏輯管理層構(gòu)成。數(shù)據(jù)訪問層主要出來對SQLite數(shù)據(jù)庫的操作，邏輯事務層主要處理系統(tǒng)中的邏輯判斷以及通信、事件的管理，界面層主要負責把數(shù)據(jù)以良好的UI展示給用戶。這樣的設計便于以后的維護更改等操作，而且各層之間相互隔離，有益于保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。該軟件的體系結(jié)構(gòu)如下（圖1）：

（2）、數(shù)據(jù)庫表設計

Power Designer中PDM模型名稱：AR，模型圖如下：

由于系統(tǒng)僅需要存儲興趣點的具體信息：興趣點類型、興趣點名稱、興趣點經(jīng)度、興趣點緯度，興趣點備注等信息，還需要存儲興趣點類型的相關(guān)信息：類型名稱，類型圖像標志的地址。因此，選擇SQLite數(shù)據(jù)庫能夠滿足我們單機測試的要求。由于采用的是SQLite數(shù)據(jù)庫，因此和SQL還是有一定的區(qū)別，所設計的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)舉例如下：

（3）、系統(tǒng)流程

本系統(tǒng)將采用SQLite數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建AR數(shù)據(jù)庫，達到增強現(xiàn)實的效果，應用于西南大學，同時通過GPS定位，確定用戶周圍的興趣點，并在Google Maps在地圖上展示出來。系統(tǒng)流程圖如下：

首先需要通過GPS確定用戶所處的具置，用戶在進入系統(tǒng)之后，可以設置顯示周圍多大范圍之內(nèi)的興趣點。系統(tǒng)需要獲取Android手機中各種傳感器的使用權(quán)限，并且注冊各個活動頁面，接著按照系統(tǒng)流程圖進行工作，這其中都是通過代碼來實現(xiàn)其的功能，如獲取系統(tǒng)中攝像頭的使用權(quán)限的代碼： 獲取系統(tǒng)中網(wǎng)絡的使用權(quán)限的代碼： 等。該系統(tǒng)主要通過以下四個模塊實現(xiàn)系統(tǒng)功能：

主界面模塊：主界面主要采用了借鑒了網(wǎng)站設計中tab的布局設計理念，主界面主要由一個tab選項卡構(gòu)成，tab由列表、鏡頭、地圖三個選項卡構(gòu)成，分別對應著不同的功能和操作界面。當用戶單機了不同的選項卡之后，系統(tǒng)將切換到不同的界面。而且，系統(tǒng)提供了兩個Menu選項，分別用來退出系統(tǒng)和幫助用戶了解系統(tǒng)。

列表展示模塊：該模塊主要以列表的形式展示用戶所在周圍指定范圍內(nèi)的興趣點信息，具體包括興趣點的名稱，興趣點的類型，而且將會提供一個按鈕，使得用戶可以直接跳轉(zhuǎn)到地圖上查看該點的信息。

增強顯示展示模塊：這一模塊是系統(tǒng)的核心模塊，它主要結(jié)合用戶攝像頭的內(nèi)容，在攝像頭內(nèi)容之上添加一個新的圖層。在新的圖層之上顯示周圍物體的相關(guān)信息[4]。首先通過一個布局記錄用戶攝像頭的內(nèi)容，在該布局之上加入一個新的圖層用來顯示興趣點的內(nèi)容。在新的圖層上，我們還可以加入圖標來標志建筑物所在的位置，這樣的話，基本上就展示了用戶周圍的建筑物情況，有效的幫用戶了解了周圍的情況。

地圖展示模塊：該模塊主要是通過Google Maps展示用戶所在位置周圍的興趣點。地圖上會以不同的圖像展示不同類型的興趣點，這些興趣點都是從SQLite數(shù)據(jù)庫讀取出來的。

5、結(jié)論

在現(xiàn)在智能手機高速發(fā)展的今天，手機應用程序的互動性已經(jīng)越來越重要。增強現(xiàn)實應用現(xiàn)在已經(jīng)成為智能手機的一個研究熱點。本論文基于Android平臺給出了一個初步的設計方案，并已經(jīng)實現(xiàn)基本的功能。通過SQLite數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)快速訪問興趣點的相關(guān)信息，利用GPS確定用戶所在的位置，分析手機傳感器的數(shù)據(jù)，最終確定在用戶周圍展示哪些具體的信息。最終不僅實現(xiàn)了興趣點的信息的展示，而且確保了展示的準確性和具體性。同時，簡約的界面設計風格，給用戶帶來了良好的體驗。

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21.陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力模型研究進展盧鶴立，劉桂芳，LUHe-li，LIUGui-fang

1.弱交換自映象的一個新的公共不動點定理李付成，陸競，LIFu-cheng，LUJing

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14.數(shù)字電路在EDA開發(fā)系統(tǒng)上的實現(xiàn)方法研究韓芝俠，HANZhi-xia

15.基于H.264標準的運動估計算法研究高蕊，GAORui

16.IGBTPspice靜態(tài)模型的建立與仿真王瑞，趙亞輝，WANGRui，ZHAOYa-hui

17.一種低功耗升壓電路的研究與設計孫曉娟，SUNXiao-juan

18.現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品設計的管理與實現(xiàn)齊秀芝，QIXiu-zhi

19.從國民體質(zhì)耐力素質(zhì)的區(qū)域分布談運動員的選材魏俊民，WEIJun-min

1.解一類隨機線性互補的可行光滑牛頓法李向利，孫小軍，LIXiang-li，SUNXiao-jun

2.關(guān)于clean環(huán)與exchange環(huán)的一點注記張振華，肖光世，ZHANGZhen-hua，XIAOGuang-shi

3.pmqn階(1≤m,n≤3,p,q為素數(shù))群正規(guī)的sylow子群的存在性范愛琴，F(xiàn)ANAi-qin

4.關(guān)于3個冪等矩陣線性組合的若干探討謝濤，XIETao

5.一類互連網(wǎng)絡的容錯性與傳送延遲崔宏志，薛占軍，CUIHong-zhi，XUEZhan-jun

6.壓電復合材料中雙周期圓柱形夾雜的反平面問題常莉紅，CHANGLi-hong

7.水熱前驅(qū)體法低溫合成Pb(Mg1/2W1/2)O3-PbTiO3鄭成成，成海鷗，高秀華，俞鵬飛，崔斌，ZHENGCheng-cheng，CHENGHai-ou，GAOXiu-hua，YUPeng-fei，CUIBin

8.線型三嵌段共聚物的合成與表征寇立群，陳衛(wèi)星，馬愛潔，KOULi-qun，CHENWei-xing，MAAi-jie

9.競走運動員運動補劑選擇的理論分析余娟，王棣，曲洪剛，雷飛，廖桂瓊，熊正英，YUJuan，WANGDi，QUHong-gang，LEIFei，LIAOGui-qiong，XIONGZheng-ying

10.寶雞文理學院學報自然科學版 空氣負離子與冰上奇跡黃龑，HUANGYan

11.空氣負離子應用研究新進展馬云慧，MAYun-hui

12.直流和交流電場對脂肪酶紫外光譜的影響許強，王苗，XUQiang，WANGMiao

13.介觀孔對介觀超導圓盤中渦旋態(tài)的影響研究吳江文，郭朋飛，WUJiang-wen，GUOPeng-fei

14.一維單原子鏈晶格振動的定量研究張曉軍，高賓，王安祥，ZHANGXiao-jun，GAOBin，WANGAn-xiang

15.基于串行擴展技術(shù)的霍爾液位傳感器淮文博，HUAIWen-bo

16.旅游動機經(jīng)典核心量表的提煉和測度研究——以西安6大高校在校生為例張春暉，張紅，白凱，姚宏，ZHANGChun-hui，ZHANGHong，BAIKai，YAOHong

17.基于專家調(diào)查的寶雞文化旅游資源比較優(yōu)勢及開發(fā)策略分析趙建昌，ZHAOJian-chang

1.Hilbert空間中Bessel列的算子擾動劉琴，曹懷信，王秋芬，LIUQin，CAOHuai-Xin，WANGQiu-Fen

2.加權(quán)復合算子作用在B∞(∏+)的有界性和緊性姬小斌，于濤，JIXiao-bin，YUTao

3.不確定時滯微分中立系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件薛衛(wèi)勤，李永釗，吳保衛(wèi)，XUEWei-qin，LIYong-zhao，WUBao-wei

4.補白

5.關(guān)于推廣的Hardy-Hilbert不等式唐秀娟，劉慶和，TANGXiu-juan，LIUQing-he

6.基于二元語義投影算子的語言群決策方法魏峰，肖燕婷，WEIFeng，XIAOYan-ting

7.納米ZnO陣列場發(fā)射性能研究唐海平，葉志鎮(zhèn)，PARKJi-yong，TANGHai-ping，YEZhi-zhen，PARKJi-yong

8.改性木薯淀粉的制備及其對焦化廢水絮凝效果研究官挺，董國文，王仁章，藍華遠，GUANTing，DONGGuo-wen，WANGRen-zhang，LANHua-yuan

9.3-溴-5-氯水楊醛縮對甲基苯胺Schiff堿的合成及晶體結(jié)構(gòu)研究趙斐文，ZHAOFei-wen

10.環(huán)氧樹脂/石英砂粒狀包覆體的制備及結(jié)構(gòu)形態(tài)鄒志明，聞荻江，崔國星，ZOUZhi-ming，WENDi-jiang，CUIGuo-xing

11.非廣延統(tǒng)計中的速度分布函數(shù)李巍巖，LIWei-yan

12.用塞曼效應實驗測量朗德g因子葛澤玲，GEZe-ling

13.基于Multisim的激光線性電源設計韓芝俠，高蕊，HANZhi-xia，GAORui

14.感知因素在人機界面設計中的應用分析王肖燁，韓超艷，楊峰，WANGXiao-ye，HANChao-yan，YANGFeng

15.對我院公共體育課生理負荷的測量與分析魏俊民，WEIJun-min

16.西安入境游客旅游決策行為模式研究——以日韓客源市場為例姚媛，馬耀峰，王靜，YAOYuan，MAYao-feng，WANGJing

17.Ei數(shù)據(jù)庫收錄陜西地區(qū)學者論文統(tǒng)計分析于澄潔，YUCheng-jie

18.CA摘錄十余年留得芳香滿人間——CA摘錄《寶雞文理學院學報:自然科學版》論文統(tǒng)計與分析諸平，ZHUPing

19.《寶雞文理學院學報:自然科學版》2005～2008年網(wǎng)絡傳播分析李宗紅，LIZong-hong

20.建立科學評價體系走出"以刊論文"誤區(qū)李哲峰，諸平，LIZhe-feng，ZHUPing

1.測度鏈上四階四點邊值問題解的存在性楊丹丹，李剛，YANGDan-dan，LIGang

2.基于身份的環(huán)簽密方案杜紅珍，DUHong-zhen

3.一類新的Φ-壓縮型映象的公共不動點定理李亞瓊，谷峰，LIYa-qiong，GUFeng

4.高階非線性Schr(o)dinger方程的新解傅海明，戴正德，F(xiàn)UHai-ming，DAIZheng-de

5.B(X)上完全保立方冪等的映射齊靜，QIJing

6.基于Haar小波多分辨率分析的計算方法楊建宏，YANGJian-hong

7.應用首次積分法求解非線性偏微分方程的精確解閆榮，張亞敏，YANRong，ZHANGYa-min

8.異丁酸苯氧乙酯微波合成研究鄧斌，章愛華，徐安武，DENGBin，ZHANGAi-hua，XUAn-wu

9.烴基硫亞胺鍵:生物分子中的新連接寶雞文理學院學報自然科學版

10.水合鳶尾異黃酮磺化物[K(H2O)](C17H13O6SO3)的合成及晶體結(jié)構(gòu)郭亞寧，GUOYa-ning

11.相轉(zhuǎn)移催化劑TEBAC的合成與應用研究李玉紅，孟小華，LIYu-hong，MENGXiao-hua

12.水基液在不銹鋼拉深中的應用研究簡報肖亞航，李海峰，黨露，XIAOYa-hang，LIHai-feng，DANGLu

13.FT-IR在研究蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中的應用高紅艷，許強，楊志懷，GAOHong-yan，XUQiang，YANGZhi-huai

14.寶雞市可吸入顆粒物24h濃度變化特征分析薛平，黃戰(zhàn)勝，劉麗霞，XUEPing，HUANGZhan-sheng，LIULi-xia

15.雙重功效的抗瘧新藥合成圖解--3-chloro-6-(2-diethylamino-ethoxy)-10-(2-diethylaminoethyl)-acridone(T3.5)

16.雙光束信號在四能級原子系統(tǒng)中的傳輸李轉(zhuǎn)，李萍萍，LIZhuan，LIPing-ping

17.壓電壓磁復合材料橢圓夾雜界面開裂的電磁彈性耦合解常莉紅，CHANGLi-hong

18.q分布下二維玻色氣體的熱力學性質(zhì)李巍巖，LIWei-yan

19.取值稠密信息系統(tǒng)的一種屬性約簡方法楊麗霞，YANGLi-xia

20.產(chǎn)品配置設計中知識庫的研究王春英，鄭雁翎，馮元，WANGChun-ying，ZHENGYan-ling，F(xiàn)ENGYuan

21.結(jié)構(gòu)設計素描與產(chǎn)品設計的關(guān)系韓超艷，王肖燁，HANChao-yan，WANGXiao-ye

篇10

【關(guān)鍵詞】移動學習；系統(tǒng)分析；理論模型

【中圖分類號】G40-057　【文獻標識碼】A　【論文編號】1009―8097(2011)11--0017--06

引言

1994年，卡內(nèi)基梅隆大學開展了Wire-LessAndrew項目，使得校內(nèi)人員能夠在校園里盡享移動學習所帶來的便攜，開創(chuàng)了移動學習研究的先河。雖然當時業(yè)界人士對移動學習傾注了極大的興趣和關(guān)注，但是由于條件約束，移動學習的發(fā)展一直很緩慢。近年來，隨著WAP、GPRS、UMTS等通訊技術(shù)得到很快的發(fā)展，同時手機、平板電腦等無線通訊終端設備得到很大的提升，移動學習正以前所未有的速度發(fā)展，相關(guān)項目漸漸擴展到課堂教學、非正式學習以及終身學習。

筆者認為，移動學習是數(shù)字化學習的進一步發(fā)展；移動學習與傳統(tǒng)的數(shù)字化學習的主要差別在于是移動計算設備所支撐的學習；移動學習較之傳統(tǒng)的數(shù)字化學習，將具有輕便攜帶、隨時攜帶、隨處攜帶的特征；移動學習根據(jù)是否接入網(wǎng)絡，可以分為完全在線，完全離線，以及二者過渡三種。在對該內(nèi)涵理解的基礎上，移動學習在移動設備方面具有體積小、重量輕、移動性好、數(shù)字處理能力完備、信息交互方便、社會屬性顯著等特征；在移動學習環(huán)境方面具有學習內(nèi)容粒度細化、操作界面簡潔清晰、學習媒體多限制化等特征；在移動學習活動方面具有接入靈活、內(nèi)容個性化、交互方式多樣、隨時在線、自主性強、情境性融入性好等特點。

基于這些特征，合理、高效的應用移動學習是深入研究和發(fā)展的趨勢。通過對近十年來教育技術(shù)學核心期刊中涉及到移動學習的論文進行元分析，31.2％的文獻都討論了移動學習的概念、內(nèi)涵、特征等相關(guān)理論，但僅有7.3％的文獻探討了移動學習的理論依據(jù)，這些文獻中與移動學習系統(tǒng)分析相關(guān)的甚少。然而，對移動學習系統(tǒng)分析的理論研究將有助于移動學習深入研究和應用。本文將試圖構(gòu)建移動學習系統(tǒng)理論模型，解決移動學習系統(tǒng)構(gòu)建的理論依據(jù)缺失問題。一移動學習主要理論基礎分析

通過文獻分析發(fā)現(xiàn)，學者們在探討移動學習理論基礎的時候，主要集中于中于非正式學習、情境學習理論、活動學習理論、分布式認知理論等。雖然這些理論各有不同側(cè)重點，但都是以學習者為中心的，基于活動的，強調(diào)情境認知、意義建構(gòu)、通訊、交流、協(xié)作與共同建構(gòu)的。此外，Sharpies等人試圖結(jié)合會話理論、活動理論以及情境學習理論構(gòu)建移動學習的理論基礎，雖然目前并沒有看到最終的成果，但是研究過程為我們開辟了新的視角。下面將具體分析以下五種學習理論對移動學習的支撐和影響：

1　活動理論

活動理論以活動系統(tǒng)為分析單位，活動系統(tǒng)不局限于個體行為，而是強調(diào)集體性人類建構(gòu)活動。活動系統(tǒng)的效果和效益反比于系統(tǒng)中所有要素之間的矛盾。在移動學習的支撐下，學習者能夠隨時隨地隨需獲取知識與信息，這樣就能促使生成子系統(tǒng)能夠具有更好的客體轉(zhuǎn)化、消耗子系統(tǒng)起到的負摩擦力更小、分配子系統(tǒng)更為和諧、交流子系統(tǒng)能夠更易于形成統(tǒng)一的規(guī)范約束；

2　非正式學習

非正式學習是一類學習方式的總稱，是通過交互活動或者協(xié)作者而獲得的隱含式信息。非正式學習為移動學習提供了很好的應用空間。在移動學習中，人們可以在任何時間、任何地點利用任何移動設備進行任何內(nèi)容的學習，這就使得學習環(huán)境已經(jīng)脫離了正式學習的時間與地點。另外，移動學習能夠為大家提供更豐富、有效的交流方式與機會，這都增加了非正式學習的應用條件。

3　情境認知理論

情境認知理論強調(diào)外部學習環(huán)境同樣對學習具有很重要的作用，主張學生通過在具體情境中進行學習的方式提高認知。無論從是自然科學走入自然情境，還是從社會科學走入社會文化情境，如果能有移動學習進行支撐，學生就能將情境中所獲得到的信息和知識更好的共享，也能夠根據(jù)情境的具體需要選擇合適的學習內(nèi)容，這都會很好的提高學習質(zhì)量。

4　分布式認知理論

分布式認知同時關(guān)注信息的內(nèi)部表征與外部表征，而且以系統(tǒng)觀來考慮認知的分布。在移動學習系統(tǒng)的支撐下，設備隨身可帶，信息隨時可查，就能更好地處理不確定的意外事件，同時也極大的提高了系統(tǒng)的自組織性，這些都有利于認知的分布與個人認知的提高。

5　會話學習理論

在移動技術(shù)的支撐下，對話可以從課堂內(nèi)延展到課堂外，從書本上的知識拓展到實際生活。因此，移動學習可以提供新的對話環(huán)境或者將已有對話環(huán)境更加豐富化。在移動學習系統(tǒng)的支撐下，這樣就使得對話以及日常生活中的交互更為豐富。同時，由于移動技術(shù)的更新和發(fā)展，對話發(fā)生的途徑和方式也大大豐富了，能夠?qū)崿F(xiàn)更加有效的會話。

上述五種理論能夠為移動學習在不同應用情況和不同應用目的下提供理論支撐，將影響到移動學習模型的設計、研發(fā)和利用。

二　系統(tǒng)分析理論模型的理論建構(gòu)

在如前所分析的移動學習的主流理論依據(jù)中，非正式學習可以理解為一種移動學習應用的領(lǐng)域，我們不再將其作為理論依據(jù)進行理論模型的研究。情境認知理論與活動理論雖然有很多差異，但是活動理論中也很強調(diào)要基于具體的情境進行學習活動的設計，尤其在應用活動理論分析以學習者為中心的學習環(huán)境時，“分析情境脈絡”是其最后一個步驟。因此，我們將會話理論、活動理論、分布式認知理論作為理論依據(jù)，進行移動學習系統(tǒng)分析的理論模型建構(gòu)。

在移動學習的理論模型中，活動理論對于系統(tǒng)的平衡和知識與技能的生產(chǎn)具有重要意義；分布式認知理論認為認知分布包括個體內(nèi)、個體間、媒介、環(huán)境、文化、社會和時間等方面，這與移動學習的特征不謀而合；會話有利于在學習者與教師之間、學習者與學習者之間、學習者自身，以及學習者與實施實驗、探究與闡釋結(jié)果等過程中進行意義建構(gòu)，能夠較好地改善學習效果與效率。因而，三種理論從不同角度對理論模型進行支撐，會話理論連同活動層次為其具體交互提供依據(jù)，活動理論能對系統(tǒng)設計以及如何使得系統(tǒng)更加有效提供支撐，而分布式認知理論擴展了活動理論對知識表征和存儲的范圍。

根據(jù)組合關(guān)系，在三種理論中任取兩種理論，構(gòu)成3種組合方式。我們下面就從這三種組合方式，闡述移動學習系統(tǒng)分析理論模型如何融合了三種學習理論的優(yōu)點。

1　會話理論與活動理論

在Laurillard所提出的“技術(shù)支持學習的對話框架”中，行動層發(fā)生在完成教學活動的過程中，關(guān)注的是發(fā)送了什么以及接下來的行動，因此，行動層既包括了行為之間的會話，

也包括了對描述層理解映射為行為的會話；描述層發(fā)生在解釋、修改解釋以及再次描述理論等過程中，關(guān)注的是行動以及教學活動的含義，因此描述層既包括了描述層內(nèi)部的會話，也包括了對行為映射為描述層理解的會話。對應活動理論，我們可以與活動理論中活動、行為、操作與動機、目標、條件相對等，同樣可以從行為和描述兩層進行了活動層次的解釋。

2　會話理論與分布式認知理論

會話將發(fā)生在學習者與教師之間、學習者與學習者之間、學習者自身，以及學習者與實施實驗、探究與闡釋結(jié)果等過程中。依據(jù)分布式認知理論，認知分布在個體內(nèi)、個體間、媒介、環(huán)境、文化、社會和時間等方面，而個體內(nèi)、個體間、媒介、環(huán)境、文化、社會都應該具有時間的維度，因此認知分布既可以是同一個時間平面上的個體內(nèi)、個體間、媒介、環(huán)境、文化、社會之間的相互關(guān)聯(lián)，也可以是某個個體內(nèi)、個體間、媒介、環(huán)境、文化或社會，或其中的兩個或多個在時間縱軸上的變化。

進一步將會話對應到分布式認知理論中，會話將發(fā)生在同一個時間平面上的個體內(nèi)、個體間、媒介、環(huán)境、文化、社會之間或者發(fā)生在某個個體內(nèi)、個體間、媒介、環(huán)境、文化或社會，或其中的兩個或多個在時間縱軸上的變化之間。對于前者，會話的發(fā)生需要聯(lián)結(jié)層為依托；對于后者，會話的發(fā)生是在整個八面體自轉(zhuǎn)過程中闡述，是時間跨度上的會話和發(fā)展。

3　分布式認知理論與活動理論

在活動理論中，活動系統(tǒng)包括了主體、工具、客體、分工、共同體和規(guī)則六大要素。而分布式認知理論包括個體內(nèi)、個體間、媒介、環(huán)境、文化、社會及時間等因素。

這里，我們做這種對應關(guān)系，活動理論中的主體與分布式認知中的個體相對應，我們稱之為學習者；活動理論中的共同體與分布式認知中的個體間相對應，我們稱之為共同體；活動系統(tǒng)中的工具、客體同時對應到分布式認知理論中的媒介、環(huán)境、文化、社會，他們構(gòu)成了聯(lián)結(jié)層；而活動系統(tǒng)中的分工和規(guī)則，我們認為內(nèi)涵在八面體的外在規(guī)則性上，如果分工和規(guī)則越明確，則八面體越規(guī)則。

分布式認知的另一個因素時間，認知既可以橫向分布于每個學習者特有的時間維度上，而已可以縱向分布于特定學習者的過去、現(xiàn)在和未來。我們可以將該因素與活動系統(tǒng)的時間穩(wěn)定性相關(guān)聯(lián)。

三　CAD理論模型結(jié)構(gòu)

我們梳理出移動學習在動設備、移動學習環(huán)境、移動學習活動方面的特征和優(yōu)勢，并以會話理論、活動理論、分布式認知理論作為理論依據(jù)，從任意兩個理論之間的交融闡述了移動學習理論模型的理論基礎。

以五大理論依據(jù)中的活動理論，分布式認知理論及會話理論作為理論基礎，并兼顧情境認知理論的核心思想，在Sharples的“分析移動學習的活動理論模型”、Salomon所提出的“個體認知與分布式認知的交互模型”和Laurillard所提出的“技術(shù)支持學習的對話框架，”研究基礎上，本文提出了會話，活動一分布式理論模型，簡稱為CAD。

1　整體結(jié)構(gòu)

2　頂點的意義

上頂點指代學習者(學習者的身份，等同于分布式認知中的個體內(nèi)，以及活動理論中的學習者)；下頂點指代共同體(共同體的身份，取自活動理論中的共同體，等同于分布式認知中的個體間)；中間黃色平面的四個頂點分別指代了媒介、環(huán)境、文化、社會，這四個頂點取自于分布式認知理論，四個頂點作為一個平面同時賦予活動理論中工具與客體的作用，既是用來作為認知的分布，也是用來促進學習者的意義建構(gòu)，我們將該平面稱為聯(lián)結(jié)層。

3　邊的意義

Sharples的“分析移動學習的活動理論模型”和Laurillard所提出的“技術(shù)支持學習的對話框架”都分為兩層，前者將模型分為了符號層與技術(shù)層；后者將模型分為了描述層與行動層。在CAD中，我們對二者進行了折中，從體現(xiàn)知識發(fā)生變化的角度進行分析，分為描述／符號層以及行動／技術(shù)層。前者指代的是學習者對知識所進行的意義建構(gòu)，橘黃色線表征；后者主要是由于意義建構(gòu)所導致的學習者行為及意圖發(fā)生的變化，用黑色線表征。另外，　學習者在移動學習的過程中未必都有合作學習，因此，整個八面體的上半部分線條是實線，下半部分是虛線。

四　CAD理論模型作用

CAD模型建立在Sharpies的“分析移動學習的活動理論模型”、Salomon的“個體認知與分布式認知的交互模型”和Laurillard的“技術(shù)支持學習的會話模型框架”的研究基礎上，這些理論對系統(tǒng)設計、教學交互、知識的表征和存儲范圍等問題提供了很好的理論依據(jù)，因此CAD模型具有如下促進系統(tǒng)平衡、改善教學交互、擴展認知分布等作用。本部分還對每種操作的注意事項進行了簡要的分析。

1　促進系統(tǒng)平衡

CAD中對活動理論進行了更新和改良，我們將以修訂后的活動理論為主要依據(jù)，分析活動理論四個子系統(tǒng)。系統(tǒng)平衡要建立在良好的系統(tǒng)設計上，CAD與其他基于活動理論提出的模型在流程上雖然沒有很大的不同，但是在具體的環(huán)節(jié)上卻有其特殊性。

(1)關(guān)于生產(chǎn)子系統(tǒng)，因為移動學習具有很好的便攜性，也常用來與現(xiàn)實生活實現(xiàn)很好的無縫化融合，因此在同樣目標的導向下，可更好地利用社會、文化、環(huán)境及媒介資源。例如學習動物的相關(guān)詞匯，如果是常規(guī)數(shù)字化學習中我們可以通過圖片結(jié)合聲音的方式將詞匯展示，但是在移動學習環(huán)境中，我們可以讓學生游覽動物園，將不同動物的信息傳遞給手機進行信息交流與共享，讓學生更生動的將詞匯記住：

(2)關(guān)于消耗子系統(tǒng)，活動系統(tǒng)能夠達到平衡的狀態(tài)，消耗子系統(tǒng)將起到同樣重要的作用。移動學習所具體的隨身便攜性能夠達到這樣的效果――即便同一個人處于多個共同體中，移動學習設備能夠具有很好的提醒和警示作用，從而使得其能夠較好的定位到當前的活動中來，并且移動設備所具有的典型特征和多交互性，也使得較之傳統(tǒng)數(shù)字化學習方式，能夠更好地與共同體達成一致；

(3)關(guān)于分配子系統(tǒng)和交流子系統(tǒng)，在活動理論中，分別是用社會法則或者活動約束來使得子系統(tǒng)運轉(zhuǎn)。在CAD中我們一直沒有顯像的提到這兩個子系統(tǒng)，這是因為我們將活動系統(tǒng)中的工具與客體對應到了聯(lián)結(jié)層，包括了環(huán)境、文化、社會、媒體四個因素，就包括了活動準則和活動約束。

2　改善教學交互

在具體的學習過程中，學習者更有效學習行為的相關(guān)關(guān)鍵詞是控制、情境以及交流，雖然在CAD中，我們并沒有顯示的提出這三個關(guān)鍵詞，但是我們可以從CAD中對話模型的視角找到一些線索。

從技術(shù)的角度看，Sharples所提出的控制、情境以及交流分別對應著人機交互、物理環(huán)境以及通訊手段與協(xié)議，而這三者都可以通過“會話”來具體達成目標。有效的會話是建立到學習者準確理解了模型、理論、方法等的內(nèi)涵基礎上的，而這個過程就需要與共同體(可以是老師，也可以是學生)進行反復的提出理論、提供解釋、修改解釋以及再次描述理論(體現(xiàn)在描述層，八面體中用黑色線標示)；同時，當學習者內(nèi)含知識的過程中，其所對應的學習行為也必將發(fā)生一系列的變化，也就是體現(xiàn)在現(xiàn)象、預設目標及所要求的學習行動之間需要一系列的磨合(體現(xiàn)在行為層，八面體中用橘黃色線標示)。

為了達到良好的學習效果，就要從動機，活動，目標一行為，條件，操作之間的轉(zhuǎn)換上分析，對系統(tǒng)如何分別在描述層和行動層(交互界面上的操作)進行學習路徑、學習行為的引領(lǐng)進行充分的考證。

3　拓展認知分布

通過上面的分析，我們可以清楚看到，活動理論能夠從系統(tǒng)觀的角度對CAD模型的設計、平衡、提高效益提供支撐；會話理論有利于從系統(tǒng)具體運作流程及人機界面設計上提供依據(jù)；而分布式認知，一方面擴展了“客體”所賴以中介的媒體，擴展到了環(huán)境、文化、媒介及社會多個方面，另一方面這些因素反過來也能促進和提高知識和技能的轉(zhuǎn)換。

但是在這個假設下，認知將分布于個體內(nèi)、個體間、媒介、環(huán)境、文化、社會、時間等因素之間，在方便了知識獲取途徑與提高了知識轉(zhuǎn)化方式的同時，還需要處理好分布式認知融合、同一知識不同側(cè)面的聚合，來源不同的知識之間的沖突和矛盾等問題。

五　CAD理論模型案例分析

為了更好地闡釋CAD模型，我們以臺灣中央大學BWL和日本德島大學LOCH兩個移動學習案例進行分析。