人机界面设计论文范文

导语：如何才能写好一篇人机界面设计论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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论文关键词：电冰箱,人机界面

优化产品与用户间的界面是人机工程学的研究目的。包括软件界面和硬件界面两部分，软件指控制部分和显示部分等无实体形态的部分，硬件指把手、按钮、旋钮等有实体形态部分。良好的产品界面设计应达到这样的目标：在操作过程中，决不让用户调整自己，不会使用户产生混乱，不能对用户有害。软件部分要简洁、清晰、明了的起到指示作用；硬件部分应保证用户操作的目标实现和保护用户。

一、电冰箱的人机界面分析

电冰箱的人机界面设计首先要考虑人的使用性要求。使用者在操作冰箱过程中，对电冰箱的拉手、电气按钮或旋钮（一般没有）、冰箱造型、零件功能等均有要求，探讨和研究电冰箱人机界面设计就是研究诸如电冰箱的把手、按键、储藏空间、显示界面等内容。

1．把手

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目前国家经济飞速发展，但随之而来的环境保护工作也日趋严峻，酸雨的危害有目共睹，酸雨对土壤、水体、森林、建筑、名胜古迹等人文景观均带来严重危害，不仅造成重大经济损失，更危及人类生存和发展，近年来国家对环境保护的力度不断加大，所以各大火力发电厂特别是使用高硫燃料的石油化工配套电厂纷纷上马脱硫剂制粉项目，使用炉内脱硫技术以减少二氧化硫的排放量。在本文中，我根据自己在脱硫剂制粉生产中总结的经验，阐述PLC自动化控制系统在生产中的实际应用。

关键词：

自动化联锁保护系统优化操作

中图分类号：F407文献标识码： A

论文主体：

脱硫剂制粉生产工艺较为简单，即将原料高钙石灰石矿石进行破碎制粉达到电厂炉内脱硫所要求的粒度即可，由于整套生产设备控制方式主要是逻辑开关量控制，所以采用PLC作为自动化控制系统，我所在的项目PLC硬件采用西门子S7 300系列CPU及IO模块，通讯网络采用ProfiBus DP总线配置；上位HMI软件采用SIMATIC WinCC6.2，通过以太网和PLC通讯。硬件网络配置如下图：

硬件配置中的AI模块主要采集现场设备的电流数据，DI模块采集设备的运行状态数据，DO模块负责向设备发送启停命令，RTD模块负责采集现场大型电动机的绕组温度数据；所有I/O模块通过IM153通讯模块与CPU联接集中控制；若在硬件方面有多个独立的PLC子系统，可通过以太网联接整合成一个总的控制系统便于集中管理。

该控制系统从逻辑控制上又可细分为上料系统、制粉系统和输送系统。

一、上料系统

上料系统是将原料从原料堆积场输送到一定高度的原料缓冲仓中以供制粉设备使用，虽然此流程不是生产的核心环节，但它逻辑控制最为复杂，是PLC控制系统最为主要的部分，它的基本设备流程见下图：

系统中的每个设备的控制组成都由两个DO输出控制点（启动、关闭）和两个DI输入显示点（运行、停止）组成，系统设备的启停逻辑顺序为倒启正停，系统的运行方式可设为以下三种：

三种运行控制方式中“自动方式”为平时的正常运行方式，系统会通过模拟量输入模块（AI模块）从原料缓冲仓安装的雷达料位计采集料位数据，按照设定值自动启停上料设备，不需人为干预，设备与设备之间的启停都设有缓冲时间，一旦有中间设备发生故障，系统会根据DI模块监控到的现场设备运行状态自动关闭相应设备以避免事故扩大化；“联锁手动”和“解锁手动”是在系统非正常情况或排除故障以后采用的试验运行方式。

二、制粉系统

制粉系统是脱硫剂生产中的核心部分，设备包括给料设备、研磨设备、回料设备、风选设备和除尘设备组成。由于在此系统的启停阶段各设备之间没有紧密的逻辑关系，所以可以不设置自动启停，由控制室内的主操人员通过计算机监控到的设备现场工艺数据远程手动完成设备启停工作，只设置生产系统正常运行后的设备联锁保护。若研磨设备在运行过程中电流不稳定，所采用的给料设备送料均匀的情况下可使用PLC中的PID控制器命令，自动调整给料量，提高设备的稳定运行性。在风选设备工艺调整方面，可选用现在应用已十分成熟的变频器改变鼓风机转速替代原始的风门调节方法，这样即可以通过PLC远程进行精确的工艺调整，又可以大大降低风机的能耗。

三、成品输送系统

生产出的成品粉料可由粉罐车运输到电厂的炉前仓；若使用量较大，制粉厂与电厂的距离适中的情况下可采用由PLC全程自动化控制的气力输送方式进行，这套系统的逻辑控制比较复杂，一般会由设备制造厂家根据现场实际运行条件编制，在这里就不进行详细叙述了。

四、人机界面组态

人机界面组态工作即对控制室操作计算机画面的编辑，基本由设备运行监控界面、报警界面、模拟量趋势界面、数据统计界面等组成，由于大部分用户对于windows系统较为熟悉，在界面设计中应尽量兼容标准的windows界面的特征，界面的布局设计根据人体工程学的要求应实现简洁、平衡和风格一致，为了提供足够的信息量又能保证界面的清晰明了，在设计上采用控件的分级和分层布置方式；在图形和图标选择上应尽量简洁并贴合实际，优先选择普遍被大众认可的标准化图形和图标。一个设计良好的人机界面可大大降低操作人员的工作疲劳度，减少误操作的可能性，在工作使用中也应积极听取操作人员的建议和意见不断优化和改进自控界面的操作性。

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关键词： 人类工效学；设计；SolidWorks；CATIA

中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）06-0119-01

0 引言

随着计算机技术的发展，在概念设计阶段使用三维数字化人机工程设计是现代工业设计的必然要求。以人体参数为基础建立的数字人体模型是描述人体形态和力学特征的有效手段，是研究、分析、设计和评价人机系统不可缺少的测量和模拟工具。目前可进行人机工学分析的软件较多，本文尝试以SolidWorks和CATIA这两种三维软件为例来探讨计算机辅助技术在人类工效学方面的应用。

1 建立模型的思路

由于SolidWorks软件基于具体的尺寸绘制草图完成建模，然后通过在装配体文件中添加几何关系组成完整的人体模型。所以在创建之前需要计算出各个人体百分位所针对的主要部位尺寸。笔者首先进行了油田作业工人的人体测量工作，由于人体测量中所得到的测量值，都是离散的值随机变量，大多数都符合正态分布(高斯分布)规律，因而可根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数[1]。

通过实际测量，利用上述方法可以计算出对应人体尺寸百分位5%、10%、50%、90%、95%共5组模型尺寸。由于所有部位零件都使用了SolidWorks的配置功能，所得到的最终模型通过选择不同配置就可以改变各部位的尺寸比例。

CATIA与SolidWorks不同，它具有专门的人机分析模块，还提供了美国、加拿大、韩国、日本和法国的人体模型数据库，遗憾的是没有中国的人体模型。这里笔者依据韩国人人体模型的各部位比例和测量参数，通过修改模型库中韩国人的相关参数[2]，还可以建立针对目标人群的文件来实现，如图1所示，当定义完人体模型相关数据后导入CATIA的人体模型库，然后再确定要建立的人体模型的父系产品、人体模型名、性别、百分数，就能生成中国地区的虚拟人体模型[3]。

2 人机优化方法的不同

使用SolidWorks笔者建立了一个操作平台,这里对于操控域设置为站姿操作方式来进行设计。以空间分析为例，根据人机工学对站姿操作评估的需求，作业面高度同作业姿势有关。一般在站姿作业时，身体向前或向后倾斜以不超过10°～15°为宜，工作台高度一般为操作者身高的60％左右。当台面高度为900mm～1100mm时，台面处于最佳作业区内[4]。以此为依据，可以参考导入的人体模型对平台进行优化，将作业人员所处的作业空间尺寸设定为1100mm*900mm的空间，满足作业岗位中横向活动间距大于1000mm的要求，参考建立的人体模型还可以近一步设定操控台面的最低线距离操作站立面的距离为1135mm，由于操控台平面为坡面，最高处与最低处的高度差为111mm，则可以算得操控平面中线距离作业站立面的高度为1191mm，在身高60%的比例高度稍微偏高处，在软件中完全适合我们所测得的平均身高为1753mm的华北地区作业人员使用。操控台宽度为540mm，与虚拟人体模型肩宽接近，两侧各多出83mm。这样作业者作业时手臂减少横向的施力，可以降低肌肉疲劳。依据以上人机工学评价标准，我们最终完成的操控域的优化设计工作。

这里我们将修井机的操控域设计为室内坐姿作业方式。CATIA也具有独立建模的能力，首先对操控域进行建模，然后导入建立好的人体模型。在对现场作业姿势有了充分了解后，可以利用约束工具进行身体部位与其它虚拟物体的定位，利用干涉检查和终止干涉来避免虚拟人体模型的身体和虚拟物体的重合，使人体模型姿势符合作业姿势。

由于CATIA具有人体模型姿态分析（HPA）模块，所以我们可以直接针对这一坐姿，利用CATIA的姿态评估大腿与小腿夹角的舒适度为92.6%。同理对其他模型部位进行评估。以这一坐姿为依据，我们可以调整操控域的座椅以及作业台的具体尺寸，使得操控域满足作业人机舒适性的要求。

3 结论

在对操作平台操控域两种不同方案的人机优化过程当中我们可以得到以下结论：SolidWorks和CATIA虽然都能进行三维建模，但是在建模方面SolidWorks采用参数化驱动模型，用数值参数和几何约束来控制三维几何体建模过程要更加简便易行，当发现不符合人机工学要求的尺寸时可以及时修改。其不足之处是当人体模型建立完成之后没有一个专门的人机分析模块对方案进行智能化分析，需要借助工程图和零件图依据人机工程学的人机评价标准来人工调整。而CATIA虽然在所建立模型的编辑和调整上不如SolidWorks便捷，但是它拥有专门的人体模型构造（HBR）模块和人体模型姿态分析（HPA）模块，可以很快地对所需作业姿势进行优化评价。评价结果以分数来显示清晰明了。

通过以上比较我们可以总结出这样的一个设计思路，如果结合两个软件各自的优势，利用SolidWorks对操作平台进行建模工作，然后使用CATIA软件确定最佳的作业姿势，最终以这一姿势所需要的具体人机尺寸来修改SolidWorks中建立的操控域模型，这样整个设计过程会更加便捷有效。

参考文献：

[1]载敏．基于人机工程的动态人体模型研究和应用．四川大学研究生学位论文．2004（5）：12-13.

[2]郝增涛．80型轮式装载机驾驶室人机工程学设计.吉林大学，2008：62-63．

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关键词计量；数据采集；网络系统

1引言

安钢计量信息平台系统设计包括系统总体设计和详细设计，包括硬件及软件两部分，主要描述的是该系统的组成与运行过程。按照计量信息需求及的实际情况，系统采用浏览器/Web/数据库服务器三层分布式结构。计量信息共享平台是一个人机对话系统，从物理机构上看，它主要是由计算机、硬件设备、软件、数据和用户组成。

为达到本系统设计目标，在设计中遵循以下几个原则：实用性，可用性，先进性，易用性，人机分工合理性几个方面。根据信息平台的实际情况，对各个具体功能和细节进行分析和系统开发，根据用户需求，在Windows环境下，采用当前最为流行的开发工具进行开发，建立人机友好，可视化的用户界面，输入方便快捷，输出信息易读易懂。

2体系结构设计

本信息共享平台采用三层B/S结构，B/S结构中只安装一个服务器，而客户端采用浏览器运行软件。在数据管理层和用户界面增加了一层结构，称为中间件，使整个体系结构分为三层。中间件主要提供以下功能：负责客户机与服务器、服务器与服务器间的连接与通讯，实现应用与数据库的高效连接。这种三层结构在层与层之间相互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能。

3系统总体设计

图1系统功能结构图

根据系统的要求，在建立计量信息共享平台之前，首先做好数据的采集工作。统一数据是建立信息共享平台的基础。在计量信息共享平台上，数据层是基础，通过数据的共享和交换处理形成信息，然后利用技术手段把信息总结、分类和归纳形成知识层，在此之上提供管理与决策支撑。根据系统的需求分析，确定系统的功能如下：基础数据、电能计量、动力量数据处理、轨道衡数据处理、工作计划、供应处数据、管理查询、权限管理、设备维护、设备信息、生产数据、实时监控、数据查询、数据维护、采集数据上传、原始数据查询、组织机构等功能。整个系统的功能结构图如图1所示。

4整体网络方案设计

安钢计量信息共享平台的建设，首先是网络系统的建设，整体网络采用千兆义太网技术，在硬件网络布线设计上采用了分层的结构，分为：核心层、汇聚层、接入层。

网络核心层采用2台高性能万兆路由交换机ExtremeAspen8810交换机组成，放置在数据中心机房作为核心设备，提供与四个汇聚交换机的互连和服务器的连接。网络汇聚层设置四个节点(网络交换中心)，分别放置在回皮轨道衡、计控部、热送称、黑河路，每个汇聚层节点配置一台高性能的Extreme的SummitX450汇聚交换机。对于接入层，有的地方使用已有的DlinkDES系列交换机，有的地方节点数较少，甚至只有一个节点，就直接连到汇聚层交换机上。接交换机的地方有：回皮轨道衡交换中心在计控仓库、焦粉称、西站配置三台接入层交换机；计控部交换中心在250t/300t称配置一台接入层交换机；热送称交换中心在进厂称配置一台接入层交换机；黑河路交换中心在三炼轨道衡配置一台接入层交换机。四个交换中心共配置6台接入层交换机。其网络拓扑结构如图2所示。

图2安钢计量数据网络拓扑结构

5软件详细设计

5.1软件平台设计

操作系统：选用MSWindows2000高级服务器；数据库系统：选用MSSQL2000；系统采用三层B/S的逻辑体系结构，前端用户界面为浏览器。在数据库和前端业务界面之间为业务逻辑层。采用微软.NET框架开发。对外的服务功能以Web服务的形式提供。

5.2信息共享平台整体结构设计

从逻辑功能角度分析，把该系统分为应用系统和支撑系统两大部分。支撑系统是整个系统继承的物质基础，包括计算机系统、通讯网络系统、数据库系统和工具层。应用系统是建立在支撑系统之上，根据在子系统中的作用领域又分为计量数据管理系统和现场数据采集两个应用子系统，两者之间通过支撑系统的网络通讯系统实现物理集成，通过数据库系统实现信息集成。系统基本结构图如图3所示。

.3数据采集层系统设计

数据采集层完成现场数据的采集，包括能源量采集系统的升级，物资量采集软件的编制与更新，它是信息共享平台的数据来源。

能源量采集网络采用”893”单总线结构。硬件上把所有能源量计量网络划分为四个小的子网络，每个网络设一个数据采集子站，由子站完成各子网内的数据采集，子站就近通过光纤在义太网上进行数据交换和网络控制，同时设立一个中心站完成数据的汇总、分析和网络传输。软件使用北京亚控公司的组态王软件对能源量采集系统进行开发。对电量采集数据，使用自编的数据采集软件把全部电站的结算电表数据实时采入计算机数据库，并进入数据中心数据平台，由数据中心按不同用户的需要对授权用户提供数据查询与监控。物资量采集程序开发工具使用Delphi6.0+MSDE数据库进行开发，完成数据采集任务，并存入本地采集站的数据库中，由远程数据库服务器通过“存储过程”完成将本地的数据上传到数据库服务器，经过加工、处理后提供和授权用户查询。

系统采用上传模型：(采集上传的数据主要包括：能源量数据、轨道衡计量数据、汽车衡计量数据、皮带称计量数据、在线称计量数据、电量计量数据。)

图3系统基本结构图

5.4管理层系统设计

管理层完成对现场计量数据的采集和管理、分析与应用等功能，整个系统采用三层B/S模式结构，数据存储部分由SQLServer2000完成，业务逻辑层使用开发完成，表示层使用完成开发。系统主要完成系统中提供的能源量及物资量数据的归类、处理、及相关功能的实现，是信息共享平台的主要部分。

5.5支撑系统设计

被分为四个层次：计算机层、通讯网络层、数据库层、工具层。

工具层介于应用系统和计算机网络/数据库系统之间的软件工具的集合。包括开发工具和集成工具。数据库层是计量数据网络系统中所使用的数据库系统，处于通讯网络层之上，在计算机网络的支持下，为应用系统提供信息存储、管理、共享和集成的手段。本系统涉及数据采集系统的本地数据库及管理信息系统的数据库。计量信息共享平台均采用关系模型。数据库的设计关键是表的设计，信息共享平台应用的数据库表有两种：本地数据库表；管理层数据库表。通讯网络层是计量数据网络系统中数据通讯的载体和枢纽，计量信息共享平台通过完落系统，是计算机之间、计算机与计量设备之间连接，实现了整个系统的网络集成，支持和保障了计量数据网络系统的信息集成。采用混合型网络拓扑结构，TCP/IP协议。计算机层是支撑系统的底层。本系统要求客户端计算机为PⅢ以上，安装Windows2000Professionnal；服务器设计为双冗余、群集方式，运行MicrosoftWindows2000AdvanceServer。

5.6人机监控界面设计

监控画面是人机交互的界面，一个软件系统是否成功，最终的检查标准是它能否使用户感到满意。本系统人机交互包括两个方面：一方面是人对系统的输入，包括向系统下达的命令，提供的命令参数和系统所需要的其它输入信息；另一方面是系统向人提供信息，即输出。输出信息一般有三种：提示信息；系统向人报告的计算或处理结果；系统对输入操作的反馈信息。本着使用简便、界面一致、及时反馈与美观的原则，结合计量信息共享平台的功能需求，应用面向对象的方法进行系统的人机界面设计。

6结束语

以上详细论述了安钢计量信息平台的总体设计和详细设计，将整个系统按照横向和纵向分层介绍，采用具体的方案设计了安钢信息计量平台。该系统在实际中得以很好的应用。

参考文献

[1]杨海鹰，，陆婉珍.信息管理系统应用设计.现代科学仪器［M］，1996(1)：32~45

[2]黄梯云，李一军.管理信息系统［M］.北京：高等教育出版社，1999.34~40

[3]做好能源计量工作的三点意见［J］.中国计量，2006(12)：4~5

[4]陈燕.重庆大学人事管理系统的设计与开发：[硕士论文].［D］保存地点：重庆大学图书馆，2002.

[5]王鹏，董群.数据库技术及其应用.［M］北京：人民邮电出版社，2000.1：101~171

[6]王春海，张晓莉，王金珠.企业网络应用解决方案——从需求分析到配置管理.［M］北京：兵器工业出版社，2006.79~99

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【关键词】仿生、抽象、界面、和谐与共生

前言

自然界到处充满活生生的“优良设计”实例，对设计师而言，是个取之不尽、用之不竭的“设计资料库”。诸如无生命的山川河流，有生命的飞禽走兽，还有多姿多彩的花草树木，除有丰富的造型之外，绚丽的颜色也给人以视觉上的无比享受。这些动植物经历了几百万年的适者生存法则的自然进化后，不仅完全适应自然,而且其进化程度也接近完美。这些自然的“优良设计”，有的机能完备，让人叹服；有的结构精巧，用材合理，符合自然的经济原则；也有的美不胜收，让人爱不释手；有的甚至是根据某种数理法则形成，它合乎“以最少材料”构成“最大合理空间”的要求。这些生物形形的奇特本领耐人寻味，使人浮想连翩。我们在赞赏之余，是否能从这些精妙的设计中，获取一些灵感呢？回答是肯定的。

一、历史上的仿生

人类在遥远的岁月似乎就认识到能从自然生态系统中领悟到自身生存、发展、进步的真谛。人类从蒙昧时代进入文明时代就是在模仿和适应自然规律的基础上发展起来的。回顾中国的古文明史，不难看到人们较早就留下了模仿自然生态的痕迹。从远古原始人构筑的人首龙身、人面鸟身等“人心营构之象”，到现实生活中以各种动物形态为原型的实用器皿，如牛形灯、猪、鹰形壶等。从神话传说中人的羽化飞升，到春秋战国时期的鲁班从草叶的齿形边缘中“悟”到了锯的原理等，大量的事例记述了人们对自然生命的外在形态和功能创造性地模仿。

国外亦然，古时人们看到鸟儿在天上自由自在地飞翔，就向往人也能象鸟一样飞上天，于是便用各种方法模仿鸟。经过漫长岁月，从最初的木制飞人发展到今天的超音速飞机，终于实现了人类在蓝天上自由飞翔的梦想。达芬奇被认为是现代仿生学之父。在大约公元1500年，他完成鸟翅模型之后，又画了一系列的无法实现的飞行设备草图。大约400年之后，奥托成功了，他根据鹳的翅膀制造的滑翔机成功地飞行了250米，而且他也取得了"滑翔机之父"的称号。而我们小时侯玩的竹蜻蜓，便是现代直升飞机的趋形。一直以来，许多研究者都在不断尝试把自然界的形态和功能类比的应用于科学。

由此可见人类师法自然思维由来已久，这便促成了仿生学的诞生，仿生学是在生物科学与技术科学之间发展起来的，模仿生物系统的原理来建造技术系统的一门新兴边缘学科。仿生学恰似“桥梁”和“纽带”，连接着生物科学与技术科学。仿生设计则是在仿生学的基础上发展起来的。它以仿生学为基础，通过研究自然界生物系统的优异功能、形态、结构、色彩等特征，并有选择性的在设计过程中应用这些原理和特征进行设计。

著名的德国工业设计师路易吉.科拉尼是仿生设计理论的大力倡导者和实践者，他那蕴藏着人类责任感的设计哲学思想，以及呼吁人类社会与大自然和谐统一的设计观念，都具有极其深刻的划时代意义。他鲜明的仿生设计原理与方法、强烈的造型意念和极具旺盛生命力的设计，成功地影响了后代设计师。

运用仿生性思维进行设计，可作为人类社会生产活动与自然界的锲合点，使人类社会与自然达到高度的和谐统一，仿生设计正逐渐成为工业设计发展的大趋势。

二、现代工业设计中的仿生

现代社会文明的主体是人与机器。人类在这种文明所导致的生态失调状况下开始反思并力求寻找新的出路，建立人与自然、机器的对话平台，共生哲学观强烈地呼吁人与机器、生态自然与人造自然之间合理的建构，创造人类社会与自然高度的和谐。那么，师法自然的仿生设计就是一种良策和新理念。

仿生设计是人们在长期向大自然学习的过程中，经过积累经验，选择和改进其功能、形态，从而来创造更优良的人造物。尤其是当今的信息时代，人们对产品设计的要求和过去不同，既注意功能的优良特性，又追求形态的清新、淳朴，同时注重产品的返朴归真和个性。提倡仿生设计，不但创造功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，同时赋予产品形态以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然统一。

德国著名设计大师路易吉·科拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中”。这话道出了自然界是蕴含着无尽设计宝藏的天机。归纳现代工业设计中的仿生，其主要表现在以下几个方面：

1、形态的仿生

形态从其再现事物的逼真程度和特征来看，可分为具象形态和抽象形态。

1）具象形态的仿生

具象形态是透过眼睛构造以生理的自然反应，诚实地把外界之形映入眼睛膜刺激神经后感觉到存在的形态。它比较逼真的再现事物的形态。由于具象形态具有很好的情趣性、可爱性、有机性、亲和性、自然性，人们普遍乐于接受，在玩具、工艺品、日用品应用比较多。但由于其形态的复杂性，很多工业产品不宜采用具象形态。

2）抽象形态的仿生

抽象形态是用简单的形体反映事物独特的本质特征。此形态作用于人时，会产生“心理”形态，这种“心理”形态必需生活经验的积累，经过联想和相象把形浮现在脑海中，那是一种虚幻的，不实的形，但是这个形经过个人主观的喜怒哀乐联想所产生的形变化多端、色彩丰富，这与生理上感觉到的形大异起趣。

归纳起来抽象的仿生形态具有以下特征：

1）形态高度的简化性和概括性

形态高度的简化性和概括性，指的是形态本质的抽象表现。通过对生物形态或非生物形态的科学分析，结合的我们的生活经验，均可证明一切形态的本质都是一种内力的运动变化。这种内力运动变化是产生形态的根据。在研究形态时，设计者从知觉和心理角度有意无意地都把形态的内力运动变化感受为生命活力，再通过形态抽象变化，用点、线、面的运动组合来表现生命活力。因此，形式上表现为简化性，而在传达本质特征上表现为高度的概括性。

这种形式的简化性和特征的概括性，正好吻合现代工业产品对外观形态的简洁性，几何性以及产品的语意性的要求，因此，它大量的应用于现代产品设计。

2）形态丰富的联想性和想象性

抽象仿生形态作用于人时，产生的“心理”形态必需生活经验的积累，经过联想和想象才浮现在脑海中。因此，它充分地释放了人无限想象力。同时因人的生活经验不同，因此经过个人主观喜好联想产生的“心形”也不尽相同，产生形态生命活力的感受自然丰富多彩。

3）同一具象形态的抽象形态的多样性

设计者在对同一具象形态进行抽象化的过程中，由于生活经验、抽象方式方法以及表现手法不同，因此抽象化所得形态有多种。

抽象仿生形态应用于产品开发时，在生产和销售中有以下优点：

1）生产便捷

抽象形态的形式简洁，这吻合了现代工业产品提倡的简练几何外观的特征，因此，对生产设备并没有特殊的要求，开发商可以方便快捷的进行生产，这为各种工业产品的仿生生产提供了无限可能。

2）产品形态多样化

具象形态不胜枚举，抽象后的形态更是不计其数，这为仿生的工业产品形态的多样化提供了选择的可能。

3）满足不同层次的顾客

抽象形态的联想性和想象性充分地释放了顾客的自由想象力，人们不但可以感受到产品形态的有机、可爱、情趣、亲和、运动等特点，同时因联想和想象不同，有的想起自己可爱的小宠物，有的想起一段美好的爱情，有的想起一个老朋友，有的想起一次愉快的旅行等，正所谓仁者见仁，智者见智。顾客从不同的角度感受到仿生形态赋予产品的艺术美感和想象空间，这就更容易满足不同层次的顾客，从而激起他们共同的购买欲望。

4)产品回归自然

抽象仿生形态的本质特征是由内力运动变化而产生的生命活力。这种特征赋予仿生产品以生命的象征，让产品回归自然，建立了人、机器、自然对话的平台，这种共生的哲学观合理地构建人造自然和生态自然之间的和谐，增进了人类和自然的统一。仿生型家具是模仿动物、植物等生物形体制作的家具，其形象十分逼真，以寄托对大自然的依恋之情，此种家具给人以大自然的感觉。

总之，具象仿生停留在模仿生物表层，思想性和艺术性的含量相对低一些；抽象仿生集中于提炼物体的内在本质属性，是一种特殊的心理加工活动，属于高层次思维创造活动，它侧重揭示物体的理念内涵。在现代仿生设计中，高、新、精、尖的工业产品，更适合用抽象仿生。

2、功能的仿生

人们发现，动植物的某些方面的功能，实际上远远超越了人类自身在此方面的科技成果。生存在自然界中的各种各样的动植物能在各种恶劣复杂的环境中生存与运动，这是因为其运动器官和形体与恶劣复杂环境斗争进化的结果。植物和动物在几百万年的自然进化中，不仅完全适应自然，而且其进化程度接近完美。今天，我们生活在科学技术飞快发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已经成为技术革新和技术革命的一个新方向。许多事实说明，仿生学是发展新技术的金钥匙。

仿生学的思想是建立在自然进化和共同进化的基础上的。仿生学试图在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能。这个思想在生物学和技术之间架起了一座桥梁，并且对解决技术难题提供了帮助。通过再现生物学的原理，人类不仅找到了技术上的解决方案，而且同时该方案也完全适应了自然的需要。其目的就是分析生物过程和结构，并将此分析用于未来的设计。

在创造物质文明的过程中，人类常常将生物的某些特性运用到创造发明之中。例如科学家根据蜻蜒的飞行原理研制成功了直升飞机；根据加重的翅痣蜻蜒在高速飞行时安然无恙，人们仿效其在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动的棘手问题；又如根据蛙眼原理，科学家利用电子技术制成了雷达系统，能准确快速地识别目标；根据萤火虫100%的光能转化效率原理，人类制成的冷光源，将其发光效率提高十几倍，大大节约了能量。再如仿昆虫单复眼的构造特点，人类造出了大屏幕模块化彩电和复眼照相机；仿狗鼻子嗅觉功能，人类造出了电子鼻可以检测出极其微量的有毒气体等等诸多令人惊叹的创造。

尽管如此，自然界的动植物千千万万，其许多高超的技能与奥秘人们尚未完全掌握，但可以相信，随着仿生技术的发展，各种仿生发明会源源不断地被应用到人类的生活中来。

在创造物质文明过程中，工业设计师该怎样更好利用仿生发明来创造产品呢？首先，要明确科学家或工程师与工业设计师职责的不同，前者解决物与物之间或物体本身整体与部分之间的关系；后者解决物与人之间的关系，即构建人机对话的平台。因此，工业设计师实现产品创造的基础是仿生技术发明的实现。这样，工业设计师就有两种方式来更好地利用仿生发明开发产品：

1）科学家先实现成果，工业设计师结合人类的需求转化为仿生设计

科学家先实现了仿生发明，但由于知识结构的差异，科学家不可能对市场和人的需求有一个全面而准确的定位，就不可能成功将其成果转化为市场所需求的产品，更不可能创造人性化的人机界面。而工业设计师正好能准确地捕捉到市场需求，结合优秀的仿生发明创造出人们所需求的产品，同时构建友好的人机对话平台，从而创造更多有价值的产品。

2）工业设计师先提出设想，科学家择优实现的互动仿生设计

科学家还没有实现某种仿生发明，工业设计师通过对自然现象的细心观察和经验总结，结合对市场需求全面而准确的认识，提出某种产品的构想或概念。科学家择优实现这种仿生技术，这使得工业设计师创造这种仿生产品成为可能。通过工业设计师和科学家的互动，从而创造有价值的产品。

因此，工业设计师要关注最新的仿生成果，同时也要细心的观察自然。

3、结构和材料的仿生

随着仿生学的深入开展，人们不但从外形、功能去模仿生物，而且从生物奇特的结构和肌理中也得到不少启发。人们在“仿生制造”中不仅是师法大自然，而且是学习与借鉴他们自身内秉的组织方式与运行模式。有的结构精巧，用材合理，符合自然的经济原则；有些甚至是根据某种数理法则形成的，合乎“以最少材料”构成“最大合理空间”的要求。这些为人类提供了“优良设计”的典范。

例如蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的菱形钝角109°28’和锐角70°32’完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。

最新科学研究指出，生物体都是由少数很简单的物质构成的，诸如糖、蛋白质和水之类。生物体的不同部分，从柔韧的皮肤到坚硬的骨骼，性能如此多样，关键在于从原子排列成分子，及从分子组合成纤维,晶体等半成品，在结构上的千差万别，就是由于结构的奇巧精致，形成了各种优越奇特的性能。

解生物体构造的这些奥秘，最直接的目的就是研制新型的“仿生材料”。研究人员模仿鲍鱼壳的微观结构，将铝分子充满在碳化硼分子之间，已初步研制成功新型的陶瓷材料，除了既坚硬又柔软以外，还可以感测并适应周围环境的变化，如果飞机机翼材料具有这种性能，那么遭到损害时能够感知并自行修复。具有和生物机体相同弹性的材料，伸缩自如，能成功地用来制作人工动脉。

因此，工业设计师也要积极的关注仿生发明中精巧的结构和奇特的材料，并且巧妙地应用这些结构和材料，结合市场的需求创造出人们需求的产品，同时也要细心的观察自然，提炼自然的精妙，提出更多的构想，为科学家的探索提供更多的思路，从而创造更有价值的仿生成果，为人类创造更加精美更加丰富的产品。

总之，破解生物体结构之谜，研制仿生材料的路还很漫长，目前人类只不过刚刚起步前行，但是仿生材料的应用前途无量，却是绝无疑义的。

4、界面仿生

在现代工业产品设计中，单纯地从形态、功能、结构或材料的某一个方面来仿生是很少见的，更多的是综合形态、功能、结构和材料的多个方面来进行仿生设计，而且还从大自然的生存哲学即和谐与共生的角度进行仿生设计，诸如绿色仿生设计，可持续仿生设计等。这种既从自然界的个体表现形式，又从自然界的总体生存理念的仿生设计，与界面设计的功能性设计和情感性设计是相吻合的，因此，我把这归结为界面仿生设计。

要理解界面仿生设计，首先要知道界面。所谓界面，即人机界面，是人与机器进行交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介，其中包括信息的输入和输出。好的人机界面美观易懂、操作简单且具有引导功能，使用户感觉愉快、兴趣增强，从而提高使用效率。

美国学者赫伯特．西蒙提出：设计是人工物的内部环境(人工物自身的物质和组织)和外部环境(人工物的工作或使用环境)的接合。所以设计是把握人工物内部环境与外部环境接合的学科，这种接合是围绕人来进行的。“人”是设计界面的一个方面，是认识的主体和设计服务的对象，而作为对象的“物”则是设计界面的另一个方面。它是包含着对象实体、环境及信息的综合体，就如我们看见一件产品、一栋建筑，它带给人的不仅有使用的功能、材料的质地，也包含着对传统思考、文化理喻、科学观念等的认知。“任何一件作品的内容，都必须超出作品中所包含的那些个别物体的表象。”分析“物”也就分析了设计界面存在的多样性。

因此，为了认识和分析仿生界面设计，可将其分类为：

1）功能性界面仿生

功能性设计界面接受物的功能信息，操纵与控制物，同时也包括与生产的接口，即材料运用、科学技术的应用等等。这一界面的仿生侧重于功能、结构和材料的仿生，它反映着设计与人造物的协调作用。

2）情感性界面仿生

情感性设计界面即物要传递感受给人，取得与人的感情共鸣。这种感受的信息传达存在着确定性与不确定性的统一。情感把握在于深入目标对象的使用者的感情，而不是个人的情感抒发。设计师“投入热情，不投入感情”，避免个人的任何主观臆断与个性的自由发挥。这一界面的仿生侧重于用形态、色彩、肌理等引发心理情感，体现大自然和谐与共生的精神哲学的仿生设计，它反映着设计与人的关系。

如在计算机的设计中，硬件方面人们逐渐采用多种方式与机器交互，如自然语言接口、计算机支持的协同工作、眼动跟踪、姿势识别、三维输入、表情识别、听觉界面等，进行着功能性方面的界面仿生设计；软件方面广大的软件研制人员开发计算机用户愈为迫切需要的符合“简单、自然、友好、一致”原则的人机界面，即情感性方面的界面仿生设计。

总之，随着计算机广泛应用，它已经变成家喻户晓的商品，可以任意地装在人们的口袋里，用来帮助人们处理日常的办公业务和生活事务，自然的人机界面与和谐的人机环境已逐步变成信息世界关心的焦点。其他产品同样如此。因此，仿生设计使产品有更加完备的功能性界面和更加自然和谐的情感性界面，更好地满足人的需求。

三、未来工业设计中仿生的前景

今天，我们生活在科学技术飞速发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已经成为技术革新和技术革命的一个新方向。许多事实说明，仿生学是发展新技术的金钥匙。例如研究显示，不远的将来一种仿生电子眼可望诞生。因为科研人员已揭开眼睛是如何看到经大脑“翻译”的图像。他们已发明一种称为“细胞神经网络”的电脑微型集成电路，据此将发明仿生“电子眼”可以用来进行类似视网膜功能的图像处理。又如美国宾夕法尼亚大学医疗中心耳鼻喉科的医生不久将开展“仿生耳”植入手术，让从前失去听力的成人重获听力。再如科研人员以猴子作为人的替身，正在研究人大脑的思维与记忆的生理活动。他们设想，如果仿照人的神经系统，把它运用到电子计算机上去，就有可能诞生具有高级神经活动的生物计算机，那就是仿生学划时代的贡献。所有这些都预示着仿生科技前途似锦，而且仿生科技的探索永无止境。

另一方面，神奇的大自然向人类展示着精妙绝伦的生命形态和绚丽多彩的悦人色彩，同时，大自然还无声地阐释了自然界的生存哲学——和谐与共生。这种和谐的设计哲学呼吁人类社会与大自然之间的高度和谐统一；共生的设计哲学则呼吁着人与机器、生态自然与人造自然之间建立合理的建构，搭建人与自然、机器共生的对话平台。

总结

综上所述，运用仿生性思维进行设计，不仅创造功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，而且赋予产品以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然统一。因此，工业设计师要学会师法自然的仿生性设计思维，创造人、自然、机器和谐共生的对话平台。

参考文献：

〔01〕《视觉和仿生学》倪海曙主编知识出版社1985

〔02〕《仿生学纵横谈》邵海忠编著江西人民出版社1981

〔03〕《世界现代设计史》王受之编著中国青年出版社2002

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关键词：PKPM软件；建筑结构；设计；运用

一、PKPM软件概述

PKPM是目前国内结构工程设计中应用较为广泛的一种计算软件，它主要是针对各类地上建筑物的结构进行计算，包括建筑、结构、特种结构、设备、概预算五个方面的内容。应用范围全面，功能强大，自动化程度高，是众多建筑设计软件中最权威的设计软件之一。其中尤以结构设计软件最受设计人员的青睐，成为结构设计人员不可或缺的重要工具。[1]PKPM结构设计软件还包括许多应用软件，最常用的有PK、PMCAD、TAT、SATWE和JCCAD等。

通过使用PKPM软件，可以提高计算速度，使设计周期大为缩短，但是该软件在实际应用过程中，有大量的参数是系统默认值，并不一定能满足每一个工程的实际情况，因此必须注意结合相关规范对计算参数进行调整才能使计算的结果更加准确，更加符合结构物的实际受力特性。

二、PKPM软件建筑结构设计中的常见问题

（一）功能还有待完善

PKPM建筑结构设计软件的功能十分强大，但也不是万能的，比如软件目前还不能处理板上布置砖墙线荷载、局部面荷载或集中荷载的问题。[2]PKPM的自动化程度相当高，但平面配筋图运行自动配筋后，所绘出的图纸配筋密密麻麻，相互重叠，非常零乱，这给设计人员人工调筋带来很大麻烦，而且钢筋修改后，配筋表中的钢筋不能随之改变，这也给设计人员带来很大的工作量，因此PKPM在功能上还有待进一步完善。

（二）模型还不够智能化

结构模型中所有的构件均在此项操作中输入，输入的数据（参数、截面尺寸、荷载等）尤其是控制总信息等原始数据必须正确合理，既要符合有关的规范和标准，又要结合正确的结构力学模型。应当注意的是：凡是结构布置形式及构件尺寸和荷载不同的结构层均应描述为不同的结构标准层，对于上下层柱变截面情况用构件相对于节点的偏心描述，注意在节点过密的时候墙体及梁布置的连续性。在布置过两个或更多的标准层后，不能使用图案编辑菜单对某一层或某一部分拖动或平移[3]，因为所有的节点位置都是用相对于原点的位置描述的，拖动或平移会造成上下层节点错位。全楼的组装必须是自下而上的标准层组装，不能把后一个标准层组装于前一个标准层之前。填充墙不能作为墙体输入，只能按梁输入，在梁上输入附加荷载值。

（三）人机交互界面舒适性有待提高

软件界面的舒适性对于建筑结构设计人员来说较为重要，它有利于提高设计人员工作效率。PKPM软件界面总体布局相对较合理，按钮布置也比较清晰，但是从舒适性上看还有所欠缺。由上可见，人机界面设计是一门综合性非常强的学科，它不仅借助计算机技术，还要依托于心理学、认知科学、语言学、通信技术及戏剧、音乐、美术等多方面的理论和方法，才能达到用户满意的界面。因此，PKPM软件的界面开发还有待于进一步改进，从而更好地满足我们用户的审美需求，当然，PKPM软件每年进行修订，新的软件界面在这方面已经有了较大的改善。

（四）超出了规定的要求进行设计

（1）以建筑抗震为例，一些抗震设防烈度为7度的地区所建砖混建筑物相继出现7层带半地下室砖混住宅。半地下室、全地下室的判别应该根据房屋埋深和嵌固情况确定计算简图。严格地讲，按"抗规"的规定，带半地下室住宅房屋的高度和层数应从地下室地面算起，也就是说7层带半地下室建筑的实际层数应为8层。[4]这样的建筑无论是高度还是层数都超越了规范的规定。

（2）底层框架砖房超规范设计问题。底层框架砖房除存在上述高度和层数超规范问题以外，还存在底层框架本身的设计超规范问题。"抗规"中提到的底层框架是指底层为框架-抗震墙承重结构，且宜采用钢筋混凝土抗震墙，但抗震烈度为6度和7度地区可采用普通砖抗震墙，但其构造措施必须满足"抗规"中的有关规定。[5]有些工程虽采用普通砖抗震墙但不满足"抗规"要求，使得底层框架抗震能力不足。

三、PKPM软件的正确使用

设计人员应根据工程实际情况，正确地选择相应有受力学模型的分析软件，对于一些大中型重要工程应采用两种不同理论模型软件进行比较，选择更合理的计算结果。熟练掌握计算机知识，了解软件开发背景及使用前提。增强对软件计算结果正确性判断，通过对软件输出结果（弯矩包络图、剪力包络图、荷载传递情况等）进行分析，可保证计算结果的合理、正确。

总而言之，计算机毕竟是人操作的机器，而软件也不过是人给予计算机的大脑，所以我们一定首先以人为本，正确使用PKPM软件，取其利而去其弊地应用它，让它在结构设计中充分地为我们所用，使结构设计在满足安全适用，经济合理的原则的基础上设计出更完美的作品。

参考文献：

[1] 罗兆亮.在结构设计中应用PKPM软件应注意的问题[J]. 邢台职业技术学院学报. 2007（05）

[2] 范小平.PKPM软件在建筑结构设计中应注意的问题[J]. 重庆建筑. 2008（02）

[3] 李青松，钱冬.应用PKPM进行结构设计时应注意的问题[J]. 山西建筑. 2008（15）

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毕业设计开题报告1.课题名称：

钢筋混凝土多层、多跨框架软件开发

2.项目研究背景：

所要编写的结构程序是混凝土的框架结构的设计，建筑指各种房屋及其附属的构筑物。建筑结构是在建筑中，由若干构件，即组成结构的单元如梁、板、柱等，连接而构成的能承受作用（或称荷载）的平面或空间体系。

编写算例使用建设部最新出台的《混凝土结构设计规范》gb50010-2002,该规范与原混凝土结构设计规范gbj10-89相比，新增内容约占15％，有重大修订的内容约占35％，保持和基本保持原规范内容的部分约占50％，规范全面总结了原规范实施以来的实践经验，借鉴了国外先进标准技术。

3.项目研究意义：

建筑中，结构是为建筑物提供安全可靠、经久耐用、节能节材、满足建筑功能的一个重要组成部分，它与建筑材料、制品、施工的工业化水平密切相关，对发展新技术。新材料，提高机械化、自动化水平有着重要的促进作用。

由于结构计算牵扯的数学公式较多，并且所涉及的规范和标准很零碎。并且计算量非常之大，近年来，随着经济进一步发展，城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化，更加剧了房屋设计的复杂性，许多多高层建筑不断的被建造。这些建筑无论从时间上还是从劳动量上，都客观的需要计算机程序的辅助设计。这样，结构软件开发就显得尤为重要。

一栋建筑的结构设计是否合理，主要取决于结构体系、结构布置、构件的截面尺寸、材料强度等级以及主要机构构造是否合理。这些问题已经正确解决，结构计算、施工图的绘制、则是另令人辛苦的具体程序设计工作了，因此原来在学校使用的手算方法，将被运用到具体的程序代码中去，精力就不仅集中在怎样利用所学的结构知识来设计出做法，还要想到如何把这些做法用代码来实现，

第一diyifanwen.com整理该文章……

4.文献研究概况

在不同类型的结构设计中有些内容是一样的，做框架结构设计时关键是要减少漏项、减少差错，计算机也是如此的。

建筑结构设计统一标准（gbj68－84）该标准是为了合理地统一各类材料的建筑结构设计的基本原则，是制定工业与民用建筑结构荷载规范、钢结构、薄壁型钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等设计规范以及地基基础和建筑抗震等设计规范应遵守的准则，这些规范均应按本标准的要求制定相应的具体规定。制定其它土木工程结构设计规范时，可参照此标准规定的原则。本标准适用于建筑物（包括一般构筑物）的整个结构，以及组成结构的构件和基础；适用于结构的使用阶段，以及结构构件的制作、运输与安装等施工阶段。本标准引进了现代结构可靠性设计理论，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定，即将各种影响结构可靠性的因素都视为随机变量，使设计的概念和方法都建立在统计数学的基础上，并以主要根据统计分析确定的失效概率来度量结构的可靠性，属于“概率设计法”，这是设计思想上的重要演进。这也是当代国际上工程结构设计方法发展的总趋势，而我国在设计规范（或标准）中采用概率极限状态设计法是迄今为止采用最广泛的国家。

结构的作用效应常见的作用效应有：

1．内力。

轴向力，即作用引起的结构或构件某一正截面上的法向拉力或压力；

剪力，即作用引起的结构或构件某一截面上的切向力；

弯矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的内力矩；

扭矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的剪力构成的力偶矩。

2．应力。如正应力、剪应力、主应力等。

3．位移。作用引起的结构或构件中某点位变（线位移）或某线段方向的改变（角位移）。

4．挠度。构件轴线或中面上某点在弯短作用平面内垂直于轴线或中面的线位移。

5．变形。作用引起的结构或构件中各点间的相对位移。变形分为弹性变形和塑性变形。

6．应变：如线应变、剪应变和主应变等。

极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态可分为两类：

1．承载能力极限状态。结构或结构构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形的极限状态：

（1）整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆等）；

（2）结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏），或因过度的塑性变形而不适于继续承载；（3）结构转变为机动体系；

（4）结构或结构构件丧失稳定（如压屈等）。

2．正常使用极限状态。结构或结构构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：

（1）影响正常使用或外观的变形；

（2）影响正常使用或耐久性能的局部损坏（包括裂缝）；

（3）影响正常使用的振动；（4）影响正常使用的其它特定状态。

结构设计的基本任务，是在结构的可靠与经济之间选择一种合理的平衡，力求以最低的代价，使所建造的结构在规定的条件下和规定的使用期限内，能满足预定的安全性、适用性和耐久性等功能要求。为达到这个目的，人们采用过多种设计方法。以现代观点看，可划分为定值设计法和概率设计法两大类。

1．定值设计法。将影响结构可靠度的主要因素（如荷载、材料强度、几何参数、计算公式精度等）看作非随机变量，而且采用以经验为主确定的安全系数来度量结构可靠性的设计方法，即确定性方法。此方法要求任何情况下结构的荷载效应s（内力、变形、裂缝宽度等）不应大于结构抗力r（强度、刚度、抗裂度等），即s≤r。在20世纪70年代中期前，我国和国外主要都采用这种方法。

2．概率设计法：将影响结构可靠度的主要因素看作随机变量，而且采用以统计为主确定的失效概率或可靠指标来度量结构可靠性的设计方法，即非确定性方法。此方法要求按概率观念来设计结构，也就是出现结构荷载效应3大于结构抗力r（s＞r）的概率应小于某个可以接受的规定值。这种方法是20世纪40年代提出来的，至70年代后期在国际上已进入实用阶段。我国自80年代中期，结构设计方法开始由定值法向概率法过渡。

面向对象编程

使创建windows程序较为容易的关键技术是面向对象编程，或oop。这种技术可以创建可重用组建，它是程序的组成模块。

几个定义

控件提供程序可见界面的可重用对象。控件的示例有文本框、标签和命令按钮。

事件由用户或操作系统引发的动作。事件的示例有击键、单击鼠标、一段时间的限制，或从端口接收数据。

方法嵌入在对象定义中的程序代码，它定义对象怎样处理信息并响应某事件。例如，数据库对象有打开纪录集并从一个记录移动到另一个记录的方法。

对象程序的基本元素，它含有定义其特征的属性，定义其任务和识别它可以响应的事件的方法。控件和窗体是visualbasic中所有对象的示例。

过程为完成任务而编写的代码段。过程通常用于响应特定的事件。

属性对象的特征，如尺寸、位置、颜色或文本。属性决定对象的外观，有时也决定对象的行为。属性也用于为对象提供数据和从对象取回信息。

5.设计主要内容

本软件适用于现浇钢筋混凝土多层、多跨的框架的设计。毕业设计要完成的工作包括：

1.平面钢架分析程序的改造

对结构力学教研室版平面钢架分析程序进行修改和补充。要求：

(1)编写自动生成节点坐标和单元节点编号的程序，或以图形方式输入计算简图。

(2)修改程序，使之适合多工况内力计算；(3)根据输入、输出数据的特点，设计适当的人机界面。输出应可选的显示各构件端力和内力图。

2．编写钢筋混凝土多层多跨框架机构的构件设计程序

(1)根据有关的规范，应明确计算的各种荷载（恒载、楼屋面活载、风荷载和地震作用等）的计算方法，在次基础上编写自动生成各种荷载作用下的结点荷载和单元荷载的程序。

地震作用按底部剪力法确定。自振周期用经验公式确定。

(2)计算各种荷载单独作用时框架各杆件的内力。计算结构存放在各自的杆端力（随机）文件中。

对竖向荷载下的梁端弯距进行塑性调幅。

(3)在(2)中产生的杆端力文件基础上，分别计算各种可能的荷载组合下，梁、柱控制截面的内力。计算结果存放在适当的文件中。

(4)从(3)生成的文件中选出最不利组合，同时给出截面配筋。

梁、柱截面配筋的确定应考虑抗震设计的要求。

(5)部分编程较熟练的同学可根据计算结果和构造规定，用auto-cadvba绘制梁、柱配筋图。

5．成果形式

本毕业设计的成果应包括：

1.可运行的、并能给出正确计算结果的源程序

在存放源程序的软盘中，应至少有一个算例的数据文件，可在基本不需另外键入数据的前提下，显示正确地运行结果。

2．软件使用手册

这是为用户准备的关于软件使用方法、操作步骤和其他必要的文字材料。

3．软件说明书

这是软件作者的工作档案，是软件维护的基本资料。其中应包括：

(1)软件所依据的工作档案、力学和工程结构模型的较为详细的描述，主要的计算公式及其使用的符号的含义，重要算法的文字说明：

(2)程序的结构：模块的划分的情况、各模块相互之间的关系及各模块的功能；

(3)带有较为详细的注释的源程序文本。其中应注明各标识符的含义（尽可能的采用通用公式中的符号）。各程序段的功能、相应的数学公式和特殊算法的说明；(4)为使他人根据软件说明书读懂你的程序所必需的其他资料。

(5)部分编程较熟练的同学可递交梁、柱配筋图纸一张。

4．对自己所编程序的评价

(1)对算例计算结果的合理性进行必要的分析；

(2)总结软件设计过程中的经验和及教训，提出设计改进意见。

以上各项资料处源程序文本以软盘形式提交外，其余均用计算机打印。

6.进度计划

第一周毕业实习，参观工程，收集资料。

第二周需求分析：描述计算机模型，编些初步的软件说明书。

第三周软件设计：选择模块划分的方案

第四周模块设计：数据输入界面设计（梁柱截面数据）

或数据输入界面设计（可视化图形输入）

第五周数据输入界面设计（框架数据、附加荷载）

第六周模块设计：荷载计算（恒载、活载），相应的内力计算

第七周荷载计算（风荷载、地震作用），相应的内力计算

第八周模块设计：梁配筋计算

第九周梁荷载组合，确定梁配筋

第十周梁荷载组合，确定梁配筋

第十一周模块设计：柱配筋计算

第十二周柱荷载组合，确定柱配筋

第十三周柱荷载组合，确定柱配筋

第十四周软件测试或用autocadvba绘制梁、柱配筋图；

第十五周软件测试

第十六周整理源程序，编写软件说明数和用户手册

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Google的Android平台是一个新兴的手机操作系统，它强大的网络功能和绚丽的用户界面不输iPhone。通过增强现实技术，利用GPS全球定位技术确定用户所处的地理位置，通过摄像头获取用户周围的真实情况，将周围敏感点的相关信息叠加到摄像头照片之上，达到增强现实（AR）的效果，真正帮助用户了解周围的信息状况。用户可以选择自己想获取的信息，比如酒店，餐饮之类信息，就可以真正的将现实和信息结合起来，达到增强现实（AR）的效果。系统结合西南大学大学的实际情况，通过SQLite构建了西南大学校园范围内的兴趣点数据库， 并且通过GPS全球定位系统确定用户当前所在的位置，结合Android的相关传感器确定手机的姿势，最终判断手机的方位角和手机、建筑物之间和正北方向构成的方位角是否一致，若相同，将在屏幕上显示兴趣点的相关信息。系统主要提供了列表展示、地图展示和增强现实展示三种方式，相互结合，用户可以在不同的界面之间可以相互切换，最终帮助用户准确了解周围现实世界的详细情况。

【关键词】Android；增强现实（AR）；GPS

1、引言

现在的互联网，信息量非常的巨大，然而人们对这些信息的利用过度依赖于搜索，需要输入合适的关键词才能找到自己想要的信息。除了搜索之外，有没有更好的方式呢，能够让人们更加便利，随时随地的利用周围的信息呢？人与人之间的沟通交流，现实世界过于生硬，虚拟世界过于遥远，要真正找到志同道合的知己很难，有没有介于现实和虚拟之间的一个交流平台，帮助大家找到更多的好朋友？利用增强现实（AR）技术正好可以解决以上各种问题，可以利用该技术把现实中的事物和虚拟事物结合起来，使我们的世界变得更加丰富多彩。

2、研究背景

增强现实（AR）是在虚拟现实技术基础上发展起来的一种新兴计算机应用和人机交互技术。它借助计算机和可视化技术将虚拟的信息应用到真实世界，真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。简单的说就是虚实结合。它是一个新兴的研究领域，与传统虚拟现实技术所要达到的完全沉浸的效果不同，增强现实技术致力于将计算机生成的物体叠加到现实景物上，在虚拟环境与真实世界之间的沟壑间架起了一座桥梁[1]。它通过多种设备，如与计算机相连接的光学透视式头盔显示器（optical see―through head―mounted display，后简称S―HMD）或配有各种成像原件的眼镜等，让虚拟物体能够叠加到真实场景上，以便使它们一起出现在使用者的视场中。同时，使用者可以通过各种方式来与虚拟物体进行交互，例如，在装配或维修工作中，基于增强现实技术的应用系统会在操作人员视野的相应位置显示出有用的提示信息；又如在使用增强现实技术的培训系统中，甚至可以将虚拟物体和实际配件装配在一起。增强现实技术在工业设计、机械制造、建筑、教育和娱乐等领域都有着广泛的应用前景，而且它不仅提供了一种更容易实现的虚拟现实的方法，更代表了下一代更易使用的人机界面的发展趋势[2]。

Azuma在1997年曾对这些系统和其使用的基本技术给出过一个详尽的综述。同沉浸式的虚拟现实相比，增强现实不但应用的场合广泛，而且更加安全，因为增强现实系统可以让用户在看到虚拟物体的同时，仍能看到真实的场景[3]。20世纪90年代末，这个领域的研究者们开始聚会在一系列每年召开的和增强现实相关的国际研讨会和工作会议上，例如，国际增强现实工作会议（IWAR）、国际增强现实研讨会（ISAR）和国际混合与增强现实会议（ISMAR）等。这些会议在很大程度上促进了AR的研究发展。近年来随着移动设备计算能力的增强和对网格计算环境的关注，对户外增强现实系统和支持分布式协同操作增强现实系统的研究明显增加。

而Android一词的本义指“机器人”，同时也是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平台的开源手机操作系统的名称，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，而且不存在任何以往阻碍移动产业创新的专有权障碍，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。Android系统平台的手机具有五大优势： 1、开放性；2、挣脱运营商的束缚；3、丰富的硬件选择；4、不受任何限制的开发商；5、无缝结合的Google应用。

3、可行性分析

本系统采用的是Eclipse开发平台，与SQLite数据库相结合的方法，通过SQLite数据库搭建AR数据库，存储兴趣点的相关信息，诸如经纬度，名称，图像等内容。最后，通过Google Maps在地图上展示出来，显示用户所在位置周围的兴趣点；而且在摄像头的图层之上显示用户周围的物体信息，达到增强现实的效果。基于此思想的系统的理论及技术已很成熟，而且该方面的开发也已经有很多机构，人们正在研究，并且已经有类似的软件开始、运行。比如触景无限公司的Senscape AR浏览器可以将现实世界跟虚拟的数字内容完美的结合在一起，让你通过手机浏览器，就能感知更多精彩的世界。在增强现实（AR）技术领域向更加纵深的方向发展。因此，从技术方面来讲，理论上是可以实现的。用户只需要Android系统的智能手机一部即可达到硬件要求，并且本系统设计的用户界面简单，用户很快可以上手，达到操作要求。

4、系统设计

（1）、体系结构设计

系统采用分层的体系结构，这样，层与层之间相互进行数据通信，互相调用，方便以后的维护，修改与升级。系统分别由数据访问层、用户界面层以及逻辑管理层构成。数据访问层主要出来对SQLite数据库的操作，逻辑事务层主要处理系统中的逻辑判断以及通信、事件的管理，界面层主要负责把数据以良好的UI展示给用户。这样的设计便于以后的维护更改等操作，而且各层之间相互隔离，有益于保证系统的安全性和稳定性。该软件的体系结构如下（图1）：

（2）、数据库表设计

Power Designer中PDM模型名称：AR，模型图如下：

由于系统仅需要存储兴趣点的具体信息：兴趣点类型、兴趣点名称、兴趣点经度、兴趣点纬度，兴趣点备注等信息，还需要存储兴趣点类型的相关信息：类型名称，类型图像标志的地址。因此，选择SQLite数据库能够满足我们单机测试的要求。由于采用的是SQLite数据库，因此和SQL还是有一定的区别，所设计的数据库表结构举例如下：

（3）、系统流程

本系统将采用SQLite数据库，构建AR数据库，达到增强现实的效果，应用于西南大学，同时通过GPS定位，确定用户周围的兴趣点，并在Google Maps在地图上展示出来。系统流程图如下：

首先需要通过GPS确定用户所处的具置，用户在进入系统之后，可以设置显示周围多大范围之内的兴趣点。系统需要获取Android手机中各种传感器的使用权限，并且注册各个活动页面，接着按照系统流程图进行工作，这其中都是通过代码来实现其的功能，如获取系统中摄像头的使用权限的代码： 获取系统中网络的使用权限的代码： 等。该系统主要通过以下四个模块实现系统功能：

主界面模块：主界面主要采用了借鉴了网站设计中tab的布局设计理念，主界面主要由一个tab选项卡构成，tab由列表、镜头、地图三个选项卡构成，分别对应着不同的功能和操作界面。当用户单机了不同的选项卡之后，系统将切换到不同的界面。而且，系统提供了两个Menu选项，分别用来退出系统和帮助用户了解系统。

列表展示模块：该模块主要以列表的形式展示用户所在周围指定范围内的兴趣点信息，具体包括兴趣点的名称，兴趣点的类型，而且将会提供一个按钮，使得用户可以直接跳转到地图上查看该点的信息。

增强显示展示模块：这一模块是系统的核心模块，它主要结合用户摄像头的内容，在摄像头内容之上添加一个新的图层。在新的图层之上显示周围物体的相关信息[4]。首先通过一个布局记录用户摄像头的内容，在该布局之上加入一个新的图层用来显示兴趣点的内容。在新的图层上，我们还可以加入图标来标志建筑物所在的位置，这样的话，基本上就展示了用户周围的建筑物情况，有效的帮用户了解了周围的情况。

地图展示模块：该模块主要是通过Google Maps展示用户所在位置周围的兴趣点。地图上会以不同的图像展示不同类型的兴趣点，这些兴趣点都是从SQLite数据库读取出来的。

5、结论

在现在智能手机高速发展的今天，手机应用程序的互动性已经越来越重要。增强现实应用现在已经成为智能手机的一个研究热点。本论文基于Android平台给出了一个初步的设计方案，并已经实现基本的功能。通过SQLite数据库实现快速访问兴趣点的相关信息，利用GPS确定用户所在的位置，分析手机传感器的数据，最终确定在用户周围展示哪些具体的信息。最终不仅实现了兴趣点的信息的展示，而且确保了展示的准确性和具体性。同时，简约的界面设计风格，给用户带来了良好的体验。

【参考文献】

[1]赵新灿.增强现实维修诱导系统关键技术研究[D].南京航空航天大学，2007.

[2]黄侃.计算机立体视觉中的摄像机标定算法的研究与应用[D].沈阳工业大学，2007.

篇9

2.算子方程AX=XAX的解许俊莲，XUJun-lian

3.一类含Hille-Yosida算子的Volterra积分微分方程的解李春宏，刘丽英，LIChun-hong，LIULi-ying

4.宝鸡文理学院学报自然科学版 信息动态

5.模糊数值函数Henstock-Stieltjes积分的相关性质任爱红，RENAi-hong

6.广义单调性条件及其应用唐秀娟，TANGXiu-juan

7.两个二次矩阵组合的可逆性谢涛，XIETao

8.连续值决策表的一种属性约简方法杨丽霞，YANGLi-xia

9.呋喃甲醛缩4-氨基安替比林Schiff碱的合成及晶体结构研究赵斐文，ZHAOFei-wen

10.反相微乳液法制备核壳型磁性SiO2微球及其表征冯国栋，FENGGuo-dong

11.山药多糖的提取测定研究赵卫星，姜红波，张来新，朱丹，ZHAOWei-xing，JIANGHong-bo，ZHANGLai-xin，ZHUDan

12.纳米TiO2在建筑涂饰材料中的应用新动向贾润才，侯党社，JIARun-cai，HOUDang-she

13.纳米TiO2在太阳能电池中的应用研究新进展伏治甲，FUZhi-jia

14.眉县重点三镇大气环境质量状况分析及治理措施研究胡永锋，HUYong-feng

15.两端固支热弹耦合运动梁的稳定性郭旭侠，GUOXu-xia

16.产品配置设计规则的建立及需求转换算法郑雁翎，王亚云，ZHENGYan-ling，WANGYa-yun

17.基于FFT加窗与插值算法的接地电阻测量新方法高蕊，史二娜，GAORui，SHIEr-na

18.关于动态主机地址分配的协议方案李明亮，LIMing-liang

19.云计算及其发展综述李建卓，LIJian-zhuo

20.土地生态风险分析及对策——以宝鸡市为例刘引鸽，徐春迪，袁晓红，LIUYin-ge，XUChun-di，YUANXiao-hong

21.陆地生态系统生产力模型研究进展卢鹤立，刘桂芳，LUHe-li，LIUGui-fang

1.弱交换自映象的一个新的公共不动点定理李付成，陆竞，LIFu-cheng，LUJing

2.三角插值多项式的Fejér和对ω-型有界变差函数的逼近叶秀芳，YEXiu-fang

3.加权复合算子是渐近Toeplitz算子贺长雁，胡小浇，HEChang-yan，HUXiao-jiao

4.二元非乘积型广义Baskakov算子的逼近逆定理高义，GAOYi

5.具有功能反应的一种食物链模型的整体解杨芳，YANGFang

6.钙钛矿La0.75Na0.25MnO3外延膜的制备及磁电特性研究朱金山，韩立安，ZHUJin-shan，HANLi-an

7.4种8-羟基喹啉-7-醛缩芳香酰肼Schiff碱的合成及表征雷瑞霞，程剑，贾妍妍，刘彩芬，刘永春，LEIRui-xia，CHENGJian，JIAYan-yan，LIUCai-fen，LIUYong-chun

8.纳米ZnO固载辣根过氧化物酶及其降解酚类化合物研究张锋，ZHANGFeng

9.新近纳米TiO2研究文献统计分析诸平，ZHUPing

10.西安市沪河下游湿地水文水质特征的初步分析海燕，刘立萌，刘晓玲，HAIYan，LIULi-meng，LIUXiao-ling

11.基于第一性原理的Mg2Sn和Mg2Ge半导体热力学性质研究常少梅，CHANGShao-mei

12.基于改进遗传禁忌算法的PID控制器王鹏云，WANGPeng-yun

13.MMC-1芯片在智能小车控制系统中的应用李小斌，王亚云，张军，杜健锋，LIXiao-bin，WANGYa-yun，ZHANGJun，DUJian-feng

14.数字电路在EDA开发系统上的实现方法研究韩芝侠，HANZhi-xia

15.基于H.264标准的运动估计算法研究高蕊，GAORui

16.IGBTPspice静态模型的建立与仿真王瑞，赵亚辉，WANGRui，ZHAOYa-hui

17.一种低功耗升压电路的研究与设计孙晓娟，SUNXiao-juan

18.现代企业产品设计的管理与实现齐秀芝，QIXiu-zhi

19.从国民体质耐力素质的区域分布谈运动员的选材魏俊民，WEIJun-min

1.解一类随机线性互补的可行光滑牛顿法李向利，孙小军，LIXiang-li，SUNXiao-jun

2.关于clean环与exchange环的一点注记张振华，肖光世，ZHANGZhen-hua，XIAOGuang-shi

3.pmqn阶(1≤m,n≤3,p,q为素数)群正规的sylow子群的存在性范爱琴，FANAi-qin

4.关于3个幂等矩阵线性组合的若干探讨谢涛，XIETao

5.一类互连网络的容错性与传送延迟崔宏志，薛占军，CUIHong-zhi，XUEZhan-jun

6.压电复合材料中双周期圆柱形夹杂的反平面问题常莉红，CHANGLi-hong

7.水热前驱体法低温合成Pb(Mg1/2W1/2)O3-PbTiO3郑成成，成海鸥，高秀华，俞鹏飞，崔斌，ZHENGCheng-cheng，CHENGHai-ou，GAOXiu-hua，YUPeng-fei，CUIBin

8.线型三嵌段共聚物的合成与表征寇立群，陈卫星，马爱洁，KOULi-qun，CHENWei-xing，MAAi-jie

9.竞走运动员运动补剂选择的理论分析余娟，王棣，曲洪刚，雷飞，廖桂琼，熊正英，YUJuan，WANGDi，QUHong-gang，LEIFei，LIAOGui-qiong，XIONGZheng-ying

10.宝鸡文理学院学报自然科学版 空气负离子与冰上奇迹黄龑，HUANGYan

11.空气负离子应用研究新进展马云慧，MAYun-hui

12.直流和交流电场对脂肪酶紫外光谱的影响许强，王苗，XUQiang，WANGMiao

13.介观孔对介观超导圆盘中涡旋态的影响研究吴江文，郭朋飞，WUJiang-wen，GUOPeng-fei

14.一维单原子链晶格振动的定量研究张晓军，高宾，王安祥，ZHANGXiao-jun，GAOBin，WANGAn-xiang

15.基于串行扩展技术的霍尔液位传感器淮文博，HUAIWen-bo

16.旅游动机经典核心量表的提炼和测度研究——以西安6大高校在校生为例张春晖，张红，白凯，姚宏，ZHANGChun-hui，ZHANGHong，BAIKai，YAOHong

17.基于专家调查的宝鸡文化旅游资源比较优势及开发策略分析赵建昌，ZHAOJian-chang

1.Hilbert空间中Bessel列的算子扰动刘琴，曹怀信，王秋芬，LIUQin，CAOHuai-Xin，WANGQiu-Fen

2.加权复合算子作用在B∞(∏+)的有界性和紧性姬小斌，于涛，JIXiao-bin，YUTao

3.不确定时滞微分中立系统的稳定性条件薛卫勤，李永钊，吴保卫，XUEWei-qin，LIYong-zhao，WUBao-wei

4.补白

5.关于推广的Hardy-Hilbert不等式唐秀娟，刘庆和，TANGXiu-juan，LIUQing-he

6.基于二元语义投影算子的语言群决策方法魏峰，肖燕婷，WEIFeng，XIAOYan-ting

7.纳米ZnO阵列场发射性能研究唐海平，叶志镇，PARKJi-yong，TANGHai-ping，YEZhi-zhen，PARKJi-yong

8.改性木薯淀粉的制备及其对焦化废水絮凝效果研究官挺，董国文，王仁章，蓝华远，GUANTing，DONGGuo-wen，WANGRen-zhang，LANHua-yuan

9.3-溴-5-氯水杨醛缩对甲基苯胺Schiff碱的合成及晶体结构研究赵斐文，ZHAOFei-wen

10.环氧树脂/石英砂粒状包覆体的制备及结构形态邹志明，闻荻江，崔国星，ZOUZhi-ming，WENDi-jiang，CUIGuo-xing

11.非广延统计中的速度分布函数李巍岩，LIWei-yan

12.用塞曼效应实验测量朗德g因子葛泽玲，GEZe-ling

13.基于Multisim的激光线性电源设计韩芝侠，高蕊，HANZhi-xia，GAORui

14.感知因素在人机界面设计中的应用分析王肖烨，韩超艳，杨峰，WANGXiao-ye，HANChao-yan，YANGFeng

15.对我院公共体育课生理负荷的测量与分析魏俊民，WEIJun-min

16.西安入境游客旅游决策行为模式研究——以日韩客源市场为例姚媛，马耀峰，王静，YAOYuan，MAYao-feng，WANGJing

17.Ei数据库收录陕西地区学者论文统计分析于澄洁，YUCheng-jie

18.CA摘录十余年留得芳香满人间——CA摘录《宝鸡文理学院学报:自然科学版》论文统计与分析诸平，ZHUPing

19.《宝鸡文理学院学报:自然科学版》2005～2008年网络传播分析李宗红，LIZong-hong

20.建立科学评价体系走出"以刊论文"误区李哲峰，诸平，LIZhe-feng，ZHUPing

1.测度链上四阶四点边值问题解的存在性杨丹丹，李刚，YANGDan-dan，LIGang

2.基于身份的环签密方案杜红珍，DUHong-zhen

3.一类新的Φ-压缩型映象的公共不动点定理李亚琼，谷峰，LIYa-qiong，GUFeng

4.高阶非线性Schr(o)dinger方程的新解傅海明，戴正德，FUHai-ming，DAIZheng-de

5.B(X)上完全保立方幂等的映射齐静，QIJing

6.基于Haar小波多分辨率分析的计算方法杨建宏，YANGJian-hong

7.应用首次积分法求解非线性偏微分方程的精确解闫荣，张亚敏，YANRong，ZHANGYa-min

8.异丁酸苯氧乙酯微波合成研究邓斌，章爱华，徐安武，DENGBin，ZHANGAi-hua，XUAn-wu

9.烃基硫亚胺键:生物分子中的新连接宝鸡文理学院学报自然科学版

10.水合鸢尾异黄酮磺化物[K(H2O)](C17H13O6SO3)的合成及晶体结构郭亚宁，GUOYa-ning

11.相转移催化剂TEBAC的合成与应用研究李玉红，孟小华，LIYu-hong，MENGXiao-hua

12.水基液在不锈钢拉深中的应用研究简报肖亚航，李海峰，党露，XIAOYa-hang，LIHai-feng，DANGLu

13.FT-IR在研究蛋白质二级结构中的应用高红艳，许强，杨志怀，GAOHong-yan，XUQiang，YANGZhi-huai

14.宝鸡市可吸入颗粒物24h浓度变化特征分析薛平，黄战胜，刘丽霞，XUEPing，HUANGZhan-sheng，LIULi-xia

15.双重功效的抗疟新药合成图解--3-chloro-6-(2-diethylamino-ethoxy)-10-(2-diethylaminoethyl)-acridone(T3.5)

16.双光束信号在四能级原子系统中的传输李转，李萍萍，LIZhuan，LIPing-ping

17.压电压磁复合材料椭圆夹杂界面开裂的电磁弹性耦合解常莉红，CHANGLi-hong

18.q分布下二维玻色气体的热力学性质李巍岩，LIWei-yan

19.取值稠密信息系统的一种属性约简方法杨丽霞，YANGLi-xia

20.产品配置设计中知识库的研究王春英，郑雁翎，冯元，WANGChun-ying，ZHENGYan-ling，FENGYuan

21.结构设计素描与产品设计的关系韩超艳，王肖烨，HANChao-yan，WANGXiao-ye

篇10

【关键词】移动学习；系统分析；理论模型

【中图分类号】G40-057　【文献标识码】A　【论文编号】1009―8097(2011)11--0017--06

引言

1994年，卡内基梅隆大学开展了Wire-LessAndrew项目，使得校内人员能够在校园里尽享移动学习所带来的便携，开创了移动学习研究的先河。虽然当时业界人士对移动学习倾注了极大的兴趣和关注，但是由于条件约束，移动学习的发展一直很缓慢。近年来，随着WAP、GPRS、UMTS等通讯技术得到很快的发展，同时手机、平板电脑等无线通讯终端设备得到很大的提升，移动学习正以前所未有的速度发展，相关项目渐渐扩展到课堂教学、非正式学习以及终身学习。

笔者认为，移动学习是数字化学习的进一步发展；移动学习与传统的数字化学习的主要差别在于是移动计算设备所支撑的学习；移动学习较之传统的数字化学习，将具有轻便携带、随时携带、随处携带的特征；移动学习根据是否接入网络，可以分为完全在线，完全离线，以及二者过渡三种。在对该内涵理解的基础上，移动学习在移动设备方面具有体积小、重量轻、移动性好、数字处理能力完备、信息交互方便、社会属性显著等特征；在移动学习环境方面具有学习内容粒度细化、操作界面简洁清晰、学习媒体多限制化等特征；在移动学习活动方面具有接入灵活、内容个性化、交互方式多样、随时在线、自主性强、情境性融入性好等特点。

基于这些特征，合理、高效的应用移动学习是深入研究和发展的趋势。通过对近十年来教育技术学核心期刊中涉及到移动学习的论文进行元分析，31.2％的文献都讨论了移动学习的概念、内涵、特征等相关理论，但仅有7.3％的文献探讨了移动学习的理论依据，这些文献中与移动学习系统分析相关的甚少。然而，对移动学习系统分析的理论研究将有助于移动学习深入研究和应用。本文将试图构建移动学习系统理论模型，解决移动学习系统构建的理论依据缺失问题。一移动学习主要理论基础分析

通过文献分析发现，学者们在探讨移动学习理论基础的时候，主要集中于中于非正式学习、情境学习理论、活动学习理论、分布式认知理论等。虽然这些理论各有不同侧重点，但都是以学习者为中心的，基于活动的，强调情境认知、意义建构、通讯、交流、协作与共同建构的。此外，Sharpies等人试图结合会话理论、活动理论以及情境学习理论构建移动学习的理论基础，虽然目前并没有看到最终的成果，但是研究过程为我们开辟了新的视角。下面将具体分析以下五种学习理论对移动学习的支撑和影响：

1　活动理论

活动理论以活动系统为分析单位，活动系统不局限于个体行为，而是强调集体性人类建构活动。活动系统的效果和效益反比于系统中所有要素之间的矛盾。在移动学习的支撑下，学习者能够随时随地随需获取知识与信息，这样就能促使生成子系统能够具有更好的客体转化、消耗子系统起到的负摩擦力更小、分配子系统更为和谐、交流子系统能够更易于形成统一的规范约束；

2　非正式学习

非正式学习是一类学习方式的总称，是通过交互活动或者协作者而获得的隐含式信息。非正式学习为移动学习提供了很好的应用空间。在移动学习中，人们可以在任何时间、任何地点利用任何移动设备进行任何内容的学习，这就使得学习环境已经脱离了正式学习的时间与地点。另外，移动学习能够为大家提供更丰富、有效的交流方式与机会，这都增加了非正式学习的应用条件。

3　情境认知理论

情境认知理论强调外部学习环境同样对学习具有很重要的作用，主张学生通过在具体情境中进行学习的方式提高认知。无论从是自然科学走入自然情境，还是从社会科学走入社会文化情境，如果能有移动学习进行支撑，学生就能将情境中所获得到的信息和知识更好的共享，也能够根据情境的具体需要选择合适的学习内容，这都会很好的提高学习质量。

4　分布式认知理论

分布式认知同时关注信息的内部表征与外部表征，而且以系统观来考虑认知的分布。在移动学习系统的支撑下，设备随身可带，信息随时可查，就能更好地处理不确定的意外事件，同时也极大的提高了系统的自组织性，这些都有利于认知的分布与个人认知的提高。

5　会话学习理论

在移动技术的支撑下，对话可以从课堂内延展到课堂外，从书本上的知识拓展到实际生活。因此，移动学习可以提供新的对话环境或者将已有对话环境更加丰富化。在移动学习系统的支撑下，这样就使得对话以及日常生活中的交互更为丰富。同时，由于移动技术的更新和发展，对话发生的途径和方式也大大丰富了，能够实现更加有效的会话。

上述五种理论能够为移动学习在不同应用情况和不同应用目的下提供理论支撑，将影响到移动学习模型的设计、研发和利用。

二　系统分析理论模型的理论建构

在如前所分析的移动学习的主流理论依据中，非正式学习可以理解为一种移动学习应用的领域，我们不再将其作为理论依据进行理论模型的研究。情境认知理论与活动理论虽然有很多差异，但是活动理论中也很强调要基于具体的情境进行学习活动的设计，尤其在应用活动理论分析以学习者为中心的学习环境时，“分析情境脉络”是其最后一个步骤。因此，我们将会话理论、活动理论、分布式认知理论作为理论依据，进行移动学习系统分析的理论模型建构。

在移动学习的理论模型中，活动理论对于系统的平衡和知识与技能的生产具有重要意义；分布式认知理论认为认知分布包括个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会和时间等方面，这与移动学习的特征不谋而合；会话有利于在学习者与教师之间、学习者与学习者之间、学习者自身，以及学习者与实施实验、探究与阐释结果等过程中进行意义建构，能够较好地改善学习效果与效率。因而，三种理论从不同角度对理论模型进行支撑，会话理论连同活动层次为其具体交互提供依据，活动理论能对系统设计以及如何使得系统更加有效提供支撑，而分布式认知理论扩展了活动理论对知识表征和存储的范围。

根据组合关系，在三种理论中任取两种理论，构成3种组合方式。我们下面就从这三种组合方式，阐述移动学习系统分析理论模型如何融合了三种学习理论的优点。

1　会话理论与活动理论

在Laurillard所提出的“技术支持学习的对话框架”中，行动层发生在完成教学活动的过程中，关注的是发送了什么以及接下来的行动，因此，行动层既包括了行为之间的会话，

也包括了对描述层理解映射为行为的会话；描述层发生在解释、修改解释以及再次描述理论等过程中，关注的是行动以及教学活动的含义，因此描述层既包括了描述层内部的会话，也包括了对行为映射为描述层理解的会话。对应活动理论，我们可以与活动理论中活动、行为、操作与动机、目标、条件相对等，同样可以从行为和描述两层进行了活动层次的解释。

2　会话理论与分布式认知理论

会话将发生在学习者与教师之间、学习者与学习者之间、学习者自身，以及学习者与实施实验、探究与阐释结果等过程中。依据分布式认知理论，认知分布在个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会和时间等方面，而个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会都应该具有时间的维度，因此认知分布既可以是同一个时间平面上的个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会之间的相互关联，也可以是某个个体内、个体间、媒介、环境、文化或社会，或其中的两个或多个在时间纵轴上的变化。

进一步将会话对应到分布式认知理论中，会话将发生在同一个时间平面上的个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会之间或者发生在某个个体内、个体间、媒介、环境、文化或社会，或其中的两个或多个在时间纵轴上的变化之间。对于前者，会话的发生需要联结层为依托；对于后者，会话的发生是在整个八面体自转过程中阐述，是时间跨度上的会话和发展。

3　分布式认知理论与活动理论

在活动理论中，活动系统包括了主体、工具、客体、分工、共同体和规则六大要素。而分布式认知理论包括个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会及时间等因素。

这里，我们做这种对应关系，活动理论中的主体与分布式认知中的个体相对应，我们称之为学习者；活动理论中的共同体与分布式认知中的个体间相对应，我们称之为共同体；活动系统中的工具、客体同时对应到分布式认知理论中的媒介、环境、文化、社会，他们构成了联结层；而活动系统中的分工和规则，我们认为内涵在八面体的外在规则性上，如果分工和规则越明确，则八面体越规则。

分布式认知的另一个因素时间，认知既可以横向分布于每个学习者特有的时间维度上，而已可以纵向分布于特定学习者的过去、现在和未来。我们可以将该因素与活动系统的时间稳定性相关联。

三　CAD理论模型结构

我们梳理出移动学习在动设备、移动学习环境、移动学习活动方面的特征和优势，并以会话理论、活动理论、分布式认知理论作为理论依据，从任意两个理论之间的交融阐述了移动学习理论模型的理论基础。

以五大理论依据中的活动理论，分布式认知理论及会话理论作为理论基础，并兼顾情境认知理论的核心思想，在Sharples的“分析移动学习的活动理论模型”、Salomon所提出的“个体认知与分布式认知的交互模型”和Laurillard所提出的“技术支持学习的对话框架，”研究基础上，本文提出了会话，活动一分布式理论模型，简称为CAD。

1　整体结构

2　顶点的意义

上顶点指代学习者(学习者的身份，等同于分布式认知中的个体内，以及活动理论中的学习者)；下顶点指代共同体(共同体的身份，取自活动理论中的共同体，等同于分布式认知中的个体间)；中间黄色平面的四个顶点分别指代了媒介、环境、文化、社会，这四个顶点取自于分布式认知理论，四个顶点作为一个平面同时赋予活动理论中工具与客体的作用，既是用来作为认知的分布，也是用来促进学习者的意义建构，我们将该平面称为联结层。

3　边的意义

Sharples的“分析移动学习的活动理论模型”和Laurillard所提出的“技术支持学习的对话框架”都分为两层，前者将模型分为了符号层与技术层；后者将模型分为了描述层与行动层。在CAD中，我们对二者进行了折中，从体现知识发生变化的角度进行分析，分为描述／符号层以及行动／技术层。前者指代的是学习者对知识所进行的意义建构，橘黄色线表征；后者主要是由于意义建构所导致的学习者行为及意图发生的变化，用黑色线表征。另外，　学习者在移动学习的过程中未必都有合作学习，因此，整个八面体的上半部分线条是实线，下半部分是虚线。

四　CAD理论模型作用

CAD模型建立在Sharpies的“分析移动学习的活动理论模型”、Salomon的“个体认知与分布式认知的交互模型”和Laurillard的“技术支持学习的会话模型框架”的研究基础上，这些理论对系统设计、教学交互、知识的表征和存储范围等问题提供了很好的理论依据，因此CAD模型具有如下促进系统平衡、改善教学交互、扩展认知分布等作用。本部分还对每种操作的注意事项进行了简要的分析。

1　促进系统平衡

CAD中对活动理论进行了更新和改良，我们将以修订后的活动理论为主要依据，分析活动理论四个子系统。系统平衡要建立在良好的系统设计上，CAD与其他基于活动理论提出的模型在流程上虽然没有很大的不同，但是在具体的环节上却有其特殊性。

(1)关于生产子系统，因为移动学习具有很好的便携性，也常用来与现实生活实现很好的无缝化融合，因此在同样目标的导向下，可更好地利用社会、文化、环境及媒介资源。例如学习动物的相关词汇，如果是常规数字化学习中我们可以通过图片结合声音的方式将词汇展示，但是在移动学习环境中，我们可以让学生游览动物园，将不同动物的信息传递给手机进行信息交流与共享，让学生更生动的将词汇记住：

(2)关于消耗子系统，活动系统能够达到平衡的状态，消耗子系统将起到同样重要的作用。移动学习所具体的随身便携性能够达到这样的效果――即便同一个人处于多个共同体中，移动学习设备能够具有很好的提醒和警示作用，从而使得其能够较好的定位到当前的活动中来，并且移动设备所具有的典型特征和多交互性，也使得较之传统数字化学习方式，能够更好地与共同体达成一致；

(3)关于分配子系统和交流子系统，在活动理论中，分别是用社会法则或者活动约束来使得子系统运转。在CAD中我们一直没有显像的提到这两个子系统，这是因为我们将活动系统中的工具与客体对应到了联结层，包括了环境、文化、社会、媒体四个因素，就包括了活动准则和活动约束。

2　改善教学交互

在具体的学习过程中，学习者更有效学习行为的相关关键词是控制、情境以及交流，虽然在CAD中，我们并没有显示的提出这三个关键词，但是我们可以从CAD中对话模型的视角找到一些线索。

从技术的角度看，Sharples所提出的控制、情境以及交流分别对应着人机交互、物理环境以及通讯手段与协议，而这三者都可以通过“会话”来具体达成目标。有效的会话是建立到学习者准确理解了模型、理论、方法等的内涵基础上的，而这个过程就需要与共同体(可以是老师，也可以是学生)进行反复的提出理论、提供解释、修改解释以及再次描述理论(体现在描述层，八面体中用黑色线标示)；同时，当学习者内含知识的过程中，其所对应的学习行为也必将发生一系列的变化，也就是体现在现象、预设目标及所要求的学习行动之间需要一系列的磨合(体现在行为层，八面体中用橘黄色线标示)。

为了达到良好的学习效果，就要从动机，活动，目标一行为，条件，操作之间的转换上分析，对系统如何分别在描述层和行动层(交互界面上的操作)进行学习路径、学习行为的引领进行充分的考证。

3　拓展认知分布

通过上面的分析，我们可以清楚看到，活动理论能够从系统观的角度对CAD模型的设计、平衡、提高效益提供支撑；会话理论有利于从系统具体运作流程及人机界面设计上提供依据；而分布式认知，一方面扩展了“客体”所赖以中介的媒体，扩展到了环境、文化、媒介及社会多个方面，另一方面这些因素反过来也能促进和提高知识和技能的转换。

但是在这个假设下，认知将分布于个体内、个体间、媒介、环境、文化、社会、时间等因素之间，在方便了知识获取途径与提高了知识转化方式的同时，还需要处理好分布式认知融合、同一知识不同侧面的聚合，来源不同的知识之间的冲突和矛盾等问题。

五　CAD理论模型案例分析

为了更好地阐释CAD模型，我们以台湾中央大学BWL和日本德岛大学LOCH两个移动学习案例进行分析。