基于proe的錐齒輪系的虛擬設計含三維及3張CAD圖.zip,基于,proe,齒輪,虛擬,設計,三維,CAD 外文題目： Axiomatic design principles in analysing the ergonomics designparameter of a virtual environment 譯文題目 ： 虛擬環(huán)境人體工程學設計參數分析的公理化設計原則 外文出處 國際工業(yè)人體工學雜志 虛擬環(huán)境人體工程學設計參數分析的公理化設計原則 作者：Zahari Taha 馬來西亞科技大學制造工程與管理學院教授 Hartomo Soewardi 印度尼西亞日惹印度尼西亞伊斯蘭大學工業(yè)技術學院工業(yè)工程系講師 Siti Zawiah M Dawal 馬來西亞馬來亞大學工程學院制造系工程設計系副教授 a我們確定客戶在虛擬環(huán)境設計中尋找的屬性。 b我們調查虛擬環(huán)境設計中的人體工程學標準。 c運用公理設計原則，在設計虛擬環(huán)境中開發(fā)人體工程學設計參數。 概述 用戶在與虛擬環(huán)境交互時遇到的負面影響之一是視覺癥狀。本文通過應用公理設計原理，探討了虛擬環(huán)境的人體工程學設計參數，以盡量減少這種負面影響。公理化設計是一種為設計產品和大型系統提供系統化方法的方法。獨立性公理用于映射客戶域（CA）到功能域（FR）和物理域（DP）。進行紙質調查以識別和定義客戶在虛擬環(huán)境中的偏好。開發(fā)虛擬機器人制造系統作為案例研究，以探索滿足FR和CA獨立性的人機工程學設計參數。這項研究的結果表明，虛擬環(huán)境的人體工程學設計參數確定（DP161 -DP 162 -DP 121 -DP 111 -DP 131 -DP 141 -DP 151 -DP 152）已經滿足用戶的獨立功能要求和期望的視覺舒適度。通過解除設計，它提供了有效和有效的設計活動順序FR 161 -FR 162 -FR 121 -FR 111 -FR 131 -FR 141 -FR 151 -FR 152。 關鍵詞 公理化設計 人體工程學 設計參數 虛擬環(huán)境 1. 介紹 虛擬環(huán)境(VE)可以定義為計算機生成的三維模型環(huán)境，用戶在其中感覺到如果他/她在其中，并且用戶可以直觀地與(Wilson，1999年)。同時也有利于體驗新的環(huán)境而不必建造真實的是，這種經歷對一些人來說有一些副作用。當通過輸出和輸入設備與VE交互時，它具有據報道，一些用戶經歷了負面的副作用沉浸在圖形渲染的虛擬世界中。其中之一副作用被稱為網絡疾病，即特別是影響。the視覺（stanney等。1998；巴雷特，2004年）。stanney等。（1998年）還提到要使VES有效并受到歡迎他們的使用者；在避免不必要的副作用的同時，人類的在VE設計階段需要考慮限制因素。它是對于確保VE技術的進步不會以犧牲人類福祉為代價。人類工效學是科學的一個分支，它關注的是工人與工人之間最佳關系的實現工作環(huán)境(Tayyari和Smith，1997年)。因為人類在虛擬環(huán)境的設計過程中，限制是至關重要的，人類工程學的實現將帶來一個最優(yōu)的VE。用戶體驗。結合人體工程學的好設計考慮將加強用戶之間的溝通。以及虛擬世界。因為有幾個人類工學因素很好的VE設計，需要調查哪些是關鍵人機工程設計參數。與虛擬環(huán)境相關的人機工程學研究過去曾進行過，但研究的重點只是將虛擬企業(yè)作為人體工程學分析的工具(Shakh等人，2004年；科倫坡和Cugini，2005年；Pappas等人，2005年；Dukic等人，2007年；Hu等人，2011年）。Shaikh等人（2004）研究了使用VR的參與性人機工程學，并發(fā)現VR系統將有助于設計更好的工作場所?？苽惼潞蛶旒?2005年)研究虛擬人和原型，評估人體工程學和安全性。Pappas等人(2005年)研究虛擬裝配任務的人機工程學評價。其他研究人員例如Dukic等人(2007年)研究了虛擬制造過程中的人體工程學評價，Hu等人(2011年)給出了關系的初步實驗結果。幾種典型的VE與RE的人體工效學測量之間的關系“鉆探”任務。注意到目前還沒有關于人機工程學設計參數的研究。據報道，設計一個虛擬環(huán)境。若要創(chuàng)建一個從人機工程學的角度可接受的是，虛擬環(huán)境的設計，這些（2007）指出，功能要求（FRS）和人機工程學問題相關的約束必須從設計過程一開始就被識別和定義其中，必須確定設計參數(DPS)以滿足獨立的聯邦安全局。公理設計(AD)構成的形式化方法，可用于表示各種設計問題(國家工程學院，2002年)。這方法提供了科學的依據和邏輯的、合理的思想。人機工程學設計過程(Suh，2001年)。近幾年來，人們對這方面的研究已經相當多。AD在人機工程學中的應用實證研究。在一項理論研究中，Helander(1995)在人體工程學AD程序的使用進行了概念化。Suh(2007)提出了AD和復雜性理論在人機工程學設計中的應用，以提高設計的魯棒性和效率。在一項實證研究中，Quill等人(2001)將AD應用于視覺設計。信息。Helander和Lin(2002)將AD作為人機工程學設計的基礎，他們設計了一個人體工程學。顯微鏡工作場所和手工具的生物力學設計。羅氏和Helander(2007)進行了一項分析復雜性的研究在人機系統中發(fā)展了一種消除聯軸器的方法。Helander(2007)還進行了一項研究找出聯軸器的來源，并提出新的設計參數，使設計在人機交互中解耦。然而，目前還沒有關于其應用的研究。對虛擬企業(yè)人機工程設計參數的識別。因此，本研究的目的是識別用于設計虛擬環(huán)境的人機工程學設計參數。 2.研究方法 在這項研究中進行了三項主要活動進行探索?；谌藱C工程學原理的虛擬環(huán)境的設計參數采用公理化設計理論。以下內容研究活動包括： 活動1：調查客戶的主要屬性通過一項調查在虛擬環(huán)境中尋找。 活動2：進行一項實證研究，分析視覺癥狀的屬性。 活動3：將公理化設計應用于虛擬設計根據在活動1和2中收集和分析的數據建立的環(huán)境。 2.1. 調查 編制了一份問卷，并向答復者分發(fā)。誰熟悉虛擬世界？。它由三部分組成。這是虛擬企業(yè)的個人背景(A部分)，用戶標準。設計(B部分)，以及VE硬件使用的用戶標準。論文在3個月內進行了一次基于調查的調查，以確定客戶在VE中尋找的屬性。這叫做聲音顧客的。發(fā)放的問卷超過一百份。在調查中。所需樣本大小被確定為最小有效反饋響應。描述性非參數統計分析也應用于本研究中。 2.2.實證研究 實證研究的目的是分析虛擬環(huán)境屬性對視覺癥狀的影響。實驗在人體工效學虛擬現實實驗室進行。八名大學生參加了這項研究參與者有前庭和視覺障礙。在實驗中沒有服用任何藥物。大平均年齡21.7歲(19 e23歲)。坐姿被攝者坐在距離15e25厘米的地方。表的后緣以完成任務。活動是為了使用紅外鼠標(無線)在虛擬環(huán)境中操作虛擬機器人(鼠標)在寬屏顯示器上觀察到的運動。大虛擬激勵系統是一種虛擬機器人制造系統。它提供了一個虛擬機器人活動，用于存儲裝載和卸載(SLU)過程(如圖1所示)。通過使用問卷。問卷的編制是為了確定虛擬環(huán)境變量/屬性的可視癥狀調查過。問卷由兩個主體組成。大第一部分包含了問題的七個回應選項。這是目的是識別在此期間或之后所經歷的視覺問題。與虛擬環(huán)境互動。第二部分包含以下問題：的答案，確定所經歷的癥狀程度。前一部分。第二部分對問題的回答屬于順序數據類型。非參數統計分析包括描述性統計和統計二項式檢驗。測試正在進行屬性的每個屬性或變量的影響的假設虛擬環(huán)境下視覺癥狀的發(fā)生率。大提出的假設如下： H1：背景顏色對沉浸環(huán)境用戶的視覺癥狀有影響 H2：虛擬照明對沉浸環(huán)境用戶的視覺癥狀有影響 H3：對比度對沉浸環(huán)境用戶的視覺癥狀的影響 H4：視場(視場)對沉浸環(huán)境用戶的視覺癥狀有影響 H5：流量(FR)對沉浸環(huán)境用戶的視覺癥狀的影響 H6：虛擬物體的運動速度對視覺癥狀有影響。 H7：顯示器分辨率對視覺癥狀有影響 圖1.虛擬機器人制造系統的抓拍。 沉浸環(huán)境用戶所有分析的顯著性水平為1/4 0.05。 2.3。公理化設計的應用 設計涉及到“我們想要的”之間的持續(xù)互動。實現“和”我們如何實現它“(Suh，1990，2001)。據Suh(2001)說，概念域是一個重要的概念域。公理化設計方法(AD)的建立這種相互作用所涉及的思想過程。這個概念四種不同設計活動的分界線，它包含客戶域，即ca(Customer)。用于設計的屬性；功能域，即FRS。（功能需求）滿足CAS；物理域，滿足FRS的DPS(設計參數)和進程域，這是要生成的PV(流程變量)。按DPS規(guī)定的設計。在從域到域的映射過程中，Suh(2001)建議必須在“解決方案中立的環(huán)境”內進行。這意味著必須在沒有任何情況下定義映射。想著已經設計好的東西。曾經CA已被識別和定義，此屬性必須是轉換為FRS，并將它們映射到特定的DPS中，以滿足FRS，也可以進入PVs，可以滿足指定的DPS。這一過程以層次結構的方式作為一個到多個進程開始的，它也是通過引用兩個公理，稱為Z字形或分解過程：獨立公理（公理1）和信息公理(公理2).公理1規(guī)定FRS的獨立性必須始終是維持。這意味著設計解決方案必須是這樣的每個FRS不受其他FRS的影響。因此是正確的必須選擇一組DPS以滿足維護獨立(Suh，2001年)。這個映射過程可以用數學表述為(Suh，2001)。FFRgA fDPg 1)其中，0.5 A是與FRS和DPS有關的設計矩陣。有三種類型的設計矩陣，如圖2所示，它們是不耦合的。設計、解耦設計和耦合設計。不耦合設計是一個理想的設計，每個dps只控制其中一個聯邦安全局。這個矩陣通常稱為對角矩陣(圖2(A))。當FRS的獨立性不能被解偶聯所滿足時或者是對角矩陣，FRS的獨立性可以滿足當且僅當。如果DPS是以適當的順序確定的。這樣的設計是稱為解耦設計或三角矩陣（圖2（b））。在按照徐（2001），當一個矩陣產生的耦合設計或一個完整的矩陣(圖2(C))，那么它可能導致許多。設計中的問題。因此，耦合設計是不可靠的。不能存活DPS的隨機變異。為了滿足獨立公理，Suh(2001)建議設計矩陣必須是對角矩陣還是三角形矩陣。公理2指出設計具有最小的信息。內容是滿足獨立公理(Suh，2001年)。在本研究中，公理2不是。因為這不是本研究的目的。此外，只需要公理1來開發(fā)設計參數。基于人機工程學原理的虛擬環(huán)境 3.結果和討論 3.1.虛擬環(huán)境屬性對視覺癥狀的影響 表1顯示了實驗結果和統計二項式。虛擬環(huán)境屬性對視覺效果的測試癥狀。在5%的顯著水平上，所有假設的檢驗結果被接受。由此可以得出結論，虛擬的設計環(huán)境受多個屬性的影響，如虛擬。彩色背景，虛擬照明，對比度，視野，流量，虛擬對象的速度，顯示的類型和分辨率。這些屬性顯著影響用戶，特別是使用眼睛疲勞癥狀。視力模糊癥狀明顯受VE設計的幾個屬性的影響，即紅色背景，視場，流量為每10秒。片(Fr 10)，虛擬物體的運動速度和對比度。比率為50.83%。干燥和刺激的眼睛癥狀也受到虛擬設計的幾個屬性的顯著影響。視場亮度在10%和100%級的照明所有條件，流量(Fr)為所有條件，速度為虛擬。所有速度的運動，CRT屏幕在中等和低分辨率和0%的對比比。虛擬照明100%亮度水平顯著影響視覺癥狀，尤其是使用者的光敏癥狀。 3.2.獨立人體工效學設計參數 3.2.1..論虛擬企業(yè)特征的顧客之聲 樣本大小要求在5%的顯著水平和10%的精度或準確度為49個樣本。多達105份調查問卷已被接受為有效的反饋答復。這意味著收到的樣本數量已達到最低要求有效樣本大小。描述非參數的結果通過對105個有效響應的分析，得出了多個客戶的虛擬環(huán)境設計屬性。這些是 CA1：“渴望”使用虛擬環(huán)境時的視覺舒適性(86.67%)“， CA2：“使用虛擬環(huán)境必須是用戶友好的(93.33%)”， CA3：“減少使用虛擬環(huán)境的努力(53.33%)”， CA4：“有趣的是看到虛擬環(huán)境(93.33%) CA5：“使用時很容易更改虛擬環(huán)境(80%)”。 最大可能的相關CA，最小的負面影響視力分析和選擇。分析結果表明當與虛擬用戶交互時，客戶需要視覺上的舒適感環(huán)境。因此，CA1是一個客戶屬性，它是對視力的負面影響最小，并將在本研究中進一步考慮。 3.2.2.FRS到DPS的映射過程 在映射過程中，標識的客戶屬性CA 1，轉化為功能需求(FR1)。因此，FR1到應指定CA 1，即“使用虛擬環(huán)境時所需的視覺舒適性”，以減少負面影響。當用戶與虛擬環(huán)境交互時對視覺的影響。相應的功能需求滿足CA1應該是FR1：“盡量減少視覺癥狀”。后定義FR1，物理中的設計參數(DP)。必須指定滿足功能需求的域。然而，也有替代的DPS可以實現FR1。其中之一本研究中提出的DP是“人機工程學設計參數”。虛擬環(huán)境“。從而確定了設計參數。用于設計虛擬環(huán)境的人體工程學原理可以使視覺問題最小化,使得所需的視覺舒適度可以用戶體驗。要實現人體工程學dp 1，必須將fr 1分解為更多的細節(jié)由一個曲折的過程，并根據一個等級結構。對應的dps在相同的層次結構中被標識，直到dps足夠詳細到已執(zhí)行。FR1的分解過程產生第二個FR1級包括六個功能需求。他們是跟隨，接著: FR 11平滑虛擬顏色 fr12設置適當的虛擬照明 FR13 Provide a good contrast FR14 Provide a good viewing FR 15設置適當的虛擬運動 fr16選擇適當的輸出設備。 以上六個設計活動必須更詳細地說明。為了開發(fā)一個好的設計，每個FRS應該在只有一個DP滿意。一對一的關系之間的FRS和DPS被稱為非耦合設計。減少眼睛疲勞、視力模糊、干燥和刺激眼睛等視覺癥狀作為光敏性，虛擬顏色被定義為平滑的、虛擬的。照明設置為適當和良好的虛擬對比。目標和背景。良好的觀賞性應該被定義為虛擬對象的運動設置適當。而輸出設備用于顯示虛擬環(huán)境的選擇是正確的。因此，dp 1的第二層滿足fr 1的第二層。 獨立可指定如下： DP11平滑的背景虛擬顏色 DP12 1/4無眩光和黑暗 DP13 Corresponding contrast level DP14 1/4方便度FOV DP15/1/4虛擬流量和速度的對應水平物體移動 Dp 16 1/4平滑顯示和兼容分辨率 滿足FR的DP分解可能不能直接實現。這是因為對應的第二級dp不是很詳細。因此，有必要將其分解為一個較低的值。水平。以下三級FRS是從第二級FR和DP的分解。如圖3所示，通過“什么”和“如何”通過曲折的過程，第三層的FRS被定義為： FR 111虛擬背景平滑色 FR 121 1/4設置亮度級別 FR 131設置一個對比度 FR 141 1/4設置FOV度 Fr 151為虛擬對象設定一個流速。 fr 152為虛擬對象設定運動速度。 fr161使用顯示合適的類型 FR 162設置顯示分辨率的級別。 圖2.設計矩陣的三種類型：(A)非耦合設計，(B)解耦設計，(C)耦合設計。 表1：視覺癥狀的實驗和二項分布試驗結果。 號碼 顏色 觀察比例， 癥狀 確切顯著性 決定 1.紅75 眼疲勞 0.633 影響 63模糊視覺0.321影響 2.紫紅色63眼疲勞0.321影響 3.深藍63眼疲勞0.321影響 4. 中級的石板藍63眼睛疲勞0.321影響 5.白75眼疲勞0.633影響 亮度水平 6。10% 83眼疲勞0.534 影響 5 0眼睛干燥和刺激0.114 影響 7. 25%級83眼疲勞0.534影響 8. 50%級83眼疲勞0.534影響 9. 100%級100目疲勞0.178影響 67眼睛干和刺激0.138 影響 50光敏0.114影響 反差比 10. 50.83%75眼疲勞0.633影響 63模糊視覺0.321影響 11. 24.58% 75 Eyestrain 0.633 Effect 12. 0%(0.56%)75眼疲勞0.633影響 50眼干燥和刺激0.114 影響 度的視場 13. 視場120度 50眼疲勞0.114影響 50模糊視覺0.114影響 63眼干燥和刺激0.321 影響 14.視場850 75眼疲勞0.633影響 50模糊視覺0.114影響 50眼干燥和刺激0.114 影響 流量(FR) 15.流量5(FR5)75眼疲勞0.633影響 50眼干燥和刺激0.114 影響 16.流量10 (FR10)75眼疲勞0.633影響 50模糊視覺0.114影響 50眼干燥和刺激0.114 影響 速度水平 17.低速83眼疲勞0.534影響 50模糊視覺0.114影響 67眼干和刺激0.466 影響 18.高速75眼疲勞0.633影響 50模糊視覺0.114影響 50眼干燥和刺激0.114影響 分辨率水平 液晶顯示屏，液晶顯示器(Liquid Crystal Display) 19.高分辨率56眼疲勞0.166影響 20. 媒介決議89眼疲勞0.300影響 21.低分辨率56眼疲勞0.166影響 陰極射線管 22.高分辨率67眼疲勞0.399影響 23. 中等的決議67眼疲勞0.399影響 56眼干燥0.166 影響 24.低分辨率67眼疲勞0.399影響 56眼干燥0.166 影響 P > 0.05; N8. 圖3：.功能需求(Frs)和設計參數(Dps)的層次結構和分解 對于一個好的設計，相應的第三級DP滿足第三級獨立性可發(fā)展如下： dp111中石板藍，深藍色的天空，紫紅色 DP 121 25 25白度0% DP 131/25的對比度 DP 141 25度85度或120度視場 DP 151每片流量5秒 DP 152 1/4高速或低速運動 DP 161 LCD DP 162 1/4高分辨率或低分辨率 3.2.3.。設計獨立性分析 為了保持獨立性公理，設計矩陣必須是對角線/不耦合或三角/解耦(Suh，1990，(2001年)。給出了描述第二層fr與dp之間關系的設計方程(2)。 該方程給出了解耦設計或上三角形設計矩陣，其中每個FR由一個DP滿足。即使有一個幾乎沒有影響其他FRS的FRS。這個設計還是可以接受的。然而，這樣的設計活動很難完成。設計中的難點--平滑的虛擬色彩背景(DP11)在選擇平滑顯示和兼容分辨率(DP 16)和設置NO虛擬照明的眩光和暗度(DP12)。該方程示出了設計復雜性的存在。這樣就有了一個合適的設計順序應開展活動，以便順利地展示和兼容分辨率(DP 16)，虛擬無眩光和暗照明(Dp 12)應事先指定，以便消除復雜。設計方程(3)顯示非耦合設計或第二層的對角線設計矩陣，它是獨立的彼此。這是一個理想的設計，應該實現。 下文第三節(jié)FR與DP的關系設計公式(4)中表示的級別等于二級設計矩陣為對角線設計矩陣?；蛘呤遣获詈系脑O計。這顯示了下面的分解。級別與較高級別一致。設計方程(4)說明設計活動首先使用液晶顯示器(DP 161)滿足FR 161，然后設置高或低分辨率(DP 162)和設置25 0%的亮度(DP 121)獨立的虛擬照明。然后其他人獨立DPS(DP 111，DP 131，DP 141，DP 151，DP 152)是下一個設計活動應該讓其他獨立的FRS滿意FR111、FR131、FR141、FR151和FR152。 方程(3)和(4)中的對角設計矩陣對于第二層和第三層，顯示了設計的順序?；顒娱_始于指定相應的dp 161來確定lcd以滿足獨立的功能需求。161.緊隨其后的是DP 162和DP 121，它們將設定最高值?；蛘唢@示分辨率低，亮度也低。這些設計活動是在不影響其他設計活動的情況下進行的。而它幫助設計師有效地和高效地配合下一個設計活動。因此，設計活動的順序為FR161-FR162-FR121-FR111-FR131-FR141-FR151-FR152 3.2.4.人機工程學設計參數分析 根據國際人體工學協會(2003年)，人類工效學(或人為因素)與設計方法有關。以優(yōu)化人類福祉和整體系統性能。有鑒于此，系統元素(在此上下文中是(虛擬環(huán)境)必須設計以滿足需求，用戶的能力和限制。但最基本的問題在于多功能系統--人與人的兼容性。必須同時滿足的要求(Karwowski，(2005年)。Suh(2007)提出利用公理設計理論繪制地圖人的能力和系統(技術-環(huán)境)要求和負擔能力的限制。公理化設計方法和人機工程學的結果本研究中的原則表明所識別的設計參數滿足了獨立的功能要求(見設計方程(3)。結果發(fā)現，中板藍色、深藍色和紫紅色與其他顏色相比，沒有出現視覺癥狀。顏色。研究還發(fā)現，虛擬照明的25度0%范圍亮度水平只造成了一些視覺問題。用戶根本沒有任何視覺癥狀。上述研究結果表明虛擬背景的顏色應該柔和一點，白度不應產生效果。以適應用戶視覺能力和局限性。虛擬物體和背景之間的對比度為24.58%，不會對用戶的視覺產生任何影響。它也減少了視覺癥狀。85或120視野對視覺。這是因為這兩種FOV都沒有產生任何視覺效果。超過50%的使用者出現癥狀。因此…的設定對比度和視野是減少視覺問題的關鍵。阿每片流量5s與虛擬高速或低速運動同時對象集可以減少用戶感知到的視覺障礙。最后使用液晶高分辨率或低分辨率的液晶顯示器(LCD)是最好的選擇，因為超過40%的人沒有遇到視力問題。用戶。這與Saito等人(1993年)和Menozzi等人（1999年）。 4.結論和建議 減少使用者視覺上的癥狀是一種狀態(tài)當虛擬的設計參數應該達到時能夠滿足用戶的需求、能力和限制。在這里本文研究表明，設計參數是在人機工程學原理的AD方法在虛擬設計中滿足所需的視覺舒適性環(huán)境，外界.可以得出結論： （1）公理設計方法是一種有效的識別方法虛擬環(huán)境的人機工程學設計參數 （2）解耦設計提供了適當的設計順序獨立活動 （3）虛擬環(huán)境的設計受以下幾個方面的影響屬性，如顏色背景、虛擬照明、虛擬對象的視圖、流量、速度和分辨率以及對比度，這可能會顯著影響使用者，尤其是有視覺癥狀的使用者。 （4）基于關于滿足獨立性功能的工效學準則需求和客戶語音包括中板巖藍色，深藍色，紫紅色代表平滑的虛擬顏色，25%的亮度，適合的虛擬水平。照明，虛擬物體與物體之間良好對比的24.58%背景、85或120度視場(FOV)用于良好查看、高低流速和運動虛擬對象對于合適的運動，液晶顯示器(Lcd)和高或低分辨率顯示適當的輸出設備,未來的研究將包括驗證設計參數。 鳴謝 我們希望感謝MOSTI TechnoFund項目。編號：TF0106D105和UM-HeMohir項目D 000035-16001馬來西亞大學，印度尼西亞伊斯蘭大學支持這一項目。