时间：2023-03-15 14:54:50
导语：在人机界面设计论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
【关键词】PLC 火灾报警 GOT 系统集成
一.引言
消防系统主要由三大部分组成：第一部分为感应系统，即为火灾自动报警系统；
第二部分为执行系统，即灭火自动控制系统；第三部分为消防联动系统。一般情况下火灾自动报警系统主要由探测器、手动报警按钮、报警器和警报器等组成，以便完成检查火灾并报警的任务。
二.火灾报警控制系统的选器件选择
（一） 报警探测器的选择
本文设计的系统属于区域性系统，故采用较小型的单体探测器为宜。故选用了JTF-GOM-GST601点型复合式感烟感温火灾探测器。其采用了复合探测技术是目前国际上流行的新型多功能高可靠性的火灾探测技术，是由烟雾传感器件和半导体温度传感器件从工艺结构和电路结构上共同构成的多元复合探测器。其不仅具有普通散射型光电感烟火灾探测器的性能，而且兼有定温、差定温感温火灾探测器的性能。由于采用了感烟和感温相结合的技术，使得该复合探测器能够对国家标志试验火的燃烧进行探测和报警。也能够对酒精等有明显温升的明火进行探测并报警。而且探测器为无极性信号二总线制，方便连接控制器。
（二） 手动报警器的选择
由于探测器可能会在某些情况下失效，故必须要有手动报警器，且能够自动通知119火警。本控制系统选用J-SAP-8402手动报警按钮，将手动火灾报警按钮与消防电话插座设计成一体，构成一体化J-SAP-8402型手动火灾报警按钮。其主要具有以下特点：
1.采用拔插式结构，安装简单方便；
2.电子编码，可现场改写；
3.有机玻璃片在按下后可用专用工具复位；
4.采用微处理器实现信号处理，用数字信号与控制器进行通信，工作稳定可靠，对电磁干扰有良好的抑制能力。
J-SAP-8402手动报警按钮主要技术指标：
1.工作电压：总线24V
2.监视电流≤0.6mA
3.动作电流≤1.8mA
4.线制：与控制器采用无极性信号二总线连接，与总线制编码电话模块采用四线制连接，与总线制电话主机或多线制电话主机采用电话二总线连接
5.无源输出触点容量：DC60V/100mA
6.使用环境：温度：-10℃～+55℃ 相对湿度≤95%，不结露
7.外壳防护等级：IP43
8.外形尺寸： 90mm×122mm×48.5mm （带底壳）
（三） 声光报警器的选择
本系统选用HX-100B声光报警器。HX-100B火灾声光警报器（俗称声光）是一款安装在现场的编码型声光报警设备，可直接接入火灾报警控制器（俗称报警主机）的信号二总线，需要由电源系统提供两根DC24V电源线。在现场发生火灾并确认后，安装在现场的火灾声光警报器可由消防控制中心的火灾报警控制器（报警主机）启动，发出强烈的声光报警信号，以达到提醒现场人员注意的目的。如图8。
HX-100B火灾声光警报器的主要技术参数：
1.工作电压：
信号总线电压：24V 允许范围：16V～28V
电源总线电压：DC24V 允许范围：DC20V～DC28V
2.工作电流：
总线监视电流≤0.8mA 总线启动电流≤6.0mA
电源监视电流≤10mA 电源动作电流≤160mA
3.线制：四线制，与控制器采用无极性信号二总线连接，与电源线采用无极性二线制连接
4.声压级≥85dB（正前方3m水平处（A计权））
5.闪光频率：0.8Hz～1.0Hz
6.变调周期：4（1±20%）s
7.声调：火警声
8.使用环境：温度：-10℃～+50℃ 相对湿度≤95%，不结露
9.外壳防护等级：IP43
10.外形尺寸： 90mm×144mm×57mm（带底壳）
（四） 报警门灯的选择
报警门灯安装在巡视观察方便的地点，如会议室、餐厅灯地方。本次选用LD-8314作为报警门灯。其接线方式也为无极性信号二总线连接。
（五） PLC的选择
本次选用三菱FXOS系列PLC作为控制器。其适应于极小模块，广泛用途的卡片尺寸的超小型PLC。 特别是直流电流与交流电源型相比，体积又进一步减少了一半，即使在以往安装困难空间，也可以从容地安装。
特点备有可自由选择、丰富的品种可选用10/14/20/30点型。同时，根据电源，输出形式，进行选择。体积虽小却具有令人心安的高性能。本次使用点数较少故选用FX0S-10MR-001即可。
FX0S系列的基本单元FX0S系列的功能简单，价格便宜，适用于小型开关量控制系统，它只有基本单元，没有扩展单元。清晰可见FX0s-10M其6个输入点和4个输出点。本次控制所需点数少，故选用此种最低档次的三菱PLC合理。更深入查找三菱PLC技术参数，可以访问三菱电机网站，对相关器件的手册进行下载。
（六）人机界面的选择
本次选用三菱GOT人机界面。型号GT1165-VNBA-C作为本控制系统人机界面方案，但实际应用应该符合经济条件，因为GT1165-VNBA-C价格较贵，故若实际采用的话，可能不太符合经济规律。此次只是作为方案论证，并在GT simulator 2 中模拟GT1165-VNBA-C的效果。实际工程，应该按照工程造价预算，合理选择人机界面。8.4英寸TFT GT1165-VNBA-C AC机型 分辨率：VGA 640x480 显示色：256色、内存：3MB内置CF卡接口。实际工程中，可以使用RS232将GOT与PLC进行连接。
三. 控制器的详细设计
根据所选器件组成火灾报警控制系统。
（一） PLC线路设计图
根据设计需要连接PLC与各个部件，将探测器与X0连接、手动报警器与X1连接、复位按钮与X2连接。将声光报警器与Y0连接、将报警门灯与Y1连接、将消费设备与Y2连接、将连接消防联动装置与Y3连接。由于所选部件，大部分线制都是无极性信号二总线连接。故可以一端连PLC一端连COM。若有特殊需要，可以按照各个部件的使用说明，连接额外电源。GOT使用RS232与PLC连接。
（三） PLC的梯形图设计
选用GX Developer 8.52作为编程及仿真工具。GX Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
（四） GOT的人机界面设计
本控制系统选用三菱的GT1165-VNBA-C作为人机交互界面。故使用三菱电机提供的人界面编程工具――GT Designer 2作为三菱GOT的开发工具。GT Designer 2是三菱GOT综合性开发工具GT Works 2的一个重要组成部分。
四.结论
本文按照需要选择了器件，并按照设计方案详细设计了消防报警控制系统。展望未来，可以采用更先进的分布式探测器，更加智能的控制器来应用。但若想做到更符合用户的以及最优化的选择各个部件，可以使用PDM技术，做到产品与需求最优结合。
参考文献：
【关键词】多媒体教室，移动终端，管理
由于多媒体技术的不断发展，相对应的计算机教学也逐步发生了改变，在教学过程中对于多媒体设备的需求也不断的增大，而多媒体技术的应用相对应的带来了多媒体设备的故障报修和及时的维修反馈提出了要求。为了增强多媒体教室的管理及电教设备的管理，使用一套针对电教设备管理的信息系统是有必要的。
而对于我校来讲，随着招生规模的不断扩大，电教设备的需求量也随之增大，与之相对应的就是对于电教设备管理的工作量也增大了，对多媒体教室的管理也提出了更高的要求。为了更好地对电教设备实现管理，需要一套适应时展的管理系统，特别是能跟上无线网络发展的管理系统。
1需求分析
对于一个多媒体教室管理系统，首先要确定使用者，然后才能确定系统所需要的功能，对于多媒体教室的应用方面可以分为三大类别，第一类是使用者，包括教师和学生。第二类是设备维修维护人员，包括硬件维修人员和软件维护人员。第三类是管理者，包括管理员以及该系统的版权所有人即最高管理员。
在与电教设备管理人员及相关人员沟通后，电教设备管理系统主要的功能用包括：用户管理、设备购置管理、设备库存管理、设备借用管理、设备维修管理、设备报废管理、移动终端管理。
电教设备管理信息系统在设计和实现时应满足以下非功能性需求：
（1）友好的人机界面。友好的人机界面首先应做到风格的一致性，如界面设计总体风格要一致：即所有窗口界面风格应该一致，如古典风格、现代风格、朴素典雅风格等。
（2）系统的快速反应。对于基于网络的信息管理系统的反应能力是非常重要的，系统的反应能力主要为单位时间内系统所能处理的信息量，或者说在相同的硬件条件下系统回应用户需求的时间要短。
（3）易扩充升级、易维护性。对于一个基于计算机和网络的管理系统来讲，计算机及网络硬件、软件的更新换代是非常快的，这就要求系统在设计时一定要实现容易升级、维护方便的特性。
（4）可移动性。利用无线网络技术和移动终端实现移动办公，真正实现设备管理的无纸化。
2系统设计
在设计和实现基于移动终端的电教设备管理系统时，实现的功能有：用户管理功能、设备购置管理、设备库存管理、设备借用管理、设备维修管理、设备报废管理、移动终端设计等，系统的功能模块图如图1所示。
通过以上实体分析及遵循相应的原则，本系统设计12个数据表，分别为用户信息表、用户权限信息表、部门信息表、设备基本信息表、购置计划信息表、购置信息表、设备入库信息表、设备出库信息表、设备库存信息表、设备借用信息表、设备维修信息表、设备报废信息表等。下面给出部分数据表的字段描述。
3系统实现
管理员登录系统后，点击设备管理，进入设备管理界面，管理员可以根据需要管理的设备类别、设备状态、设备名称和所在教室号进行检索，不检索则默认显示所有设备，并且对设备进行查看、修改和删除。若需要添加新设备则点击新增设备进行添加。若需要批量修改、批量删除则选择批量修改和批量删除即可。
4结论
本论文主要介绍了如何搭建一个基于移动终端的电教设备管理系统，使高校的设备管理真正实现了无纸化办公。按照科学性、实用性等原则提高了高校行政工作的工作效率，减少了工作开销，具体实现了网上办公系统的基本功能。
参考文献：
关键词：CC2530；SIM900A；云服务器；桥梁稳定性
中图分类号：TP277.2 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）12-00-03
0 引 言
在桥梁工程领域，随着各类自然及人为灾害的增加，对桥梁稳定性监测和预警的要求也越来越高。目前，桥梁监测主要集中在桥面、桥墩等桥体的监测，而对于桥梁桥墩所在基质（基础地质条件）的监测却相对较少。基质是桥梁稳定的重要基础，当基质经过流水冲刷，地质条件发生变化时，桥墩的稳定性会随基质变化直接影响整个桥梁的稳定性。
本文设计了一个基于CC2530无线传感网络，利用GPRS通讯及云服务器的桥梁基质监测系统。实现了将监测所得的各桥墩基质高度数据上传至云服务器处理并预警的功能。
1 系统简介
系统设计包含物联网层、承载网络和应用层三个部分，其中物联网层将CC2530作为基础，设计监测基质高度的无线传感器，每个桥墩都安装一个传感器作为ZigBee无线网络的终端或中继设备。协调器与SIM900A通过串口进行数据通讯，控制SIM900A连接GPRS，通过GPRS网络发送数据至服务器或接收来自服务器的指令。系统基础结构如图1所示。
根据ZigBee网络的特点[1]，网络内使用短地址进行通讯，而重新组网后短地址可能会发生变化，系统设计使用CC2530的长地址（IEEE地址）作为区分唯一设备的ID，长地址为64位全球唯一识别码，不会更改。服务器数据库保存桥墩的长地址，每次终端注册时数据库更新长地址对应的短地址。物联网层与服务器通讯简图如图2所示。
系统设计一座桥只有一个协调器和GSM模块，即一座桥只有一个确定的IP地址和端口。如图2所示，系统要与某座桥的某个桥墩进行通讯的步骤为：查询桥墩绑定的长地址――查询长地址对应的IP、端口及短地址――往IP和端口发送包含短地址的数据――IP对应的GSM模块收到数据――发送到协调器――通过短地址发送到终端。如此，系统即可实现服务器与多座桥不同桥墩传感器之间的通讯。
2 系统硬件设计
2.1 基质监测传感器设计
由于桥梁桥墩基质测量的特殊性，没有现成的即方便又经济的传感器可以使用，论文以CC2530为核心芯片设计了一款综合测量和无线通讯传感器。传感器采用磁环+普通的霍尔传感器作为测量部分[2]，CC2530作为中控部分，磁环和塑料垫片相隔放置于一定长度的PVC管中，一个磁环和垫片的高度为5 mm，即测量的精度为5 mm。传感器样机如图3所示。
图中所示为横向放置，正常安装时为竖向安装，传感器底座和PVC管为一体，穿过CC2530电路板，两者之间可以相互移动，当有位移时，电路板上的霍尔传感器感应到变化则通知CC2530产生一次中断，每产生一次中断移动5 mm距离。传感器在桥墩上安装的示意图如图4所示。
由图4可知，无线传感器的CC2530部分与大钢管为一体，安装固定在桥墩上，底座、PVC管同小钢管固定，PVC管穿过CC2530的感应器，小钢管套入大钢管内，底座沉入水底与基质接触。当基质高度降低时，小钢管跟随降低，当降低高度达到分辨率5 mm时，CC2530产生一次中断，系统监测到高度变化后，传感器计算当前高度，将高度数据通过协调器发送到服务器。
2.2 协调器设计
协调器电路设计与常用CC2530电路设计类似，加入SIM900A模块，利用串口与协调器通讯。其样机如图5所示。
2.3 供电设计
考虑到设备都在户外运行，系统设计协调器和传感器都采用太阳能板+蓄电池的供电模式。
3 CC2530程序设计
根据系统功能，程序设计分为协调器程序和无线传感器程序两个部分。无线传感器可以作为终端或中继使用。
3.1 协调器程序设计
协调器主要用于数据处理，组建ZigBee网络，接收桥墩的监测数据并通过SIM900A发送到服务器，接收服务器的控制查询数据并将数据下发至终端或中继设备。程序主要分为组网、串口通讯、无线通讯三个模块。
在组网程序方面，协调器运行Z-Stack协议栈与终端或中继设备组网，该部分程序只需在Z-Stack协议栈[3]基础上稍做修改即可。
串口程序的设计主要使用AT指令与SIM900A模块进行通讯。通过程序设计，让CC2530根据AT指令模式发送和接收数据并判断命令类型，实现GPRS连接和数据传输。与服务器间的数据通讯通过UDP实现。
无线通讯程序主要接收处理桥墩终端上传的数据，包括注册、心跳、高度数据、报警等，将数据按照协议格式通过串口和GPRS发送至服务器。处理串口转换过来的相关指令并发送至桥墩终端。协调器端程序流程图如图6所示。
3.2 终端传感器程序设计
终端传感器的主要功能包括与协调器组网通讯，接收协调器指令进行查询、设置基质初始高度等，监测基质高度变化，并将变化后的高度数据发送至协调器。按照功能区分，将终端程序的设计分为组网程序、传感器程序和无线接收处理三个模块。传感器端程序流程如图7所示。
图7 传感器端程序流程
终端组网程序同样使用Z-Stack协议栈，在协议栈的基础上稍做修改，组网时读取短地址和长地址并发送到协调器。
传感器程序主要利用I/O口中断，每中断一次表明基质高度发生5 mm变化，程序根据初始设置高度值计算当前高度并上报至协调器，若短时间内高度变化过快则发送报警指令等。
无线数据处理模块主要处理来自协调器的指令，包括查询、设置高度等指令。程序接收到指令后，根据协议做相应的处理。此外，程序还设计了1分钟定时向服务器发送心跳的功能，以表明设备在网，方便服务器处理。
4 云服务器功能设计
云服务器是系统运行的核心部分，论文所用系统将阿里云的云服务器作为基础，设计数据库和应用，实现桥梁基质的实时监测。云服务器主要包含数据库设计，网络通讯设计和应用层设计三个模块。人机界面设计如图8所示。
数据库设计使用SQL Server2008进行数据管理，根据系统功能数据库保存桥梁各桥墩传感器的长地址和短地址，保存每座桥梁SIM900A的IP地址和端口及每个桥墩的高度数据等。
网络通讯设计主要用于服务器跟桥梁和桥墩传感器之间的通讯。论文使用UDP完成，根据设计的通信协议以及数据库功能保证通讯正常进行。通讯指令包含注册、心跳、高度数据、设置、报警等类型。
应用层设计主要是人机界面设计。论文采用地图供应商提供的接口[4]，将监测的桥梁以地图模式显示，此外，还包括设备绑定、查询、报警等功能。
图中左侧为各桥梁以及桥墩的信息，中间为当前桥梁的地图位置，下方为桥梁各桥墩的基质高度信息。菜单包括绑定传感器、设置等功能。
5 结 语
本文设计了一种监测桥墩基质高度变化的传感器，利用ZigBee网络+云服务器实现了实时监测桥梁桥墩基质高度变化的功能，系统设计友好的人机界面将监测数据进行直观展现，系统无需人工值守即可实现远程实时监测、报警等功能。目前，该系统已在丽水市宣平港大桥投入测试阶段，测试期间系统稳定，各项功能均正常运行。
参考文献
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[2]吴志红，管志华，朱元.基于Modbus协议的线性霍尔传感器编程器设计[J].物联网技术，2011，1（6）：52-55.
[3]曾宝国.Z-STACK协议栈应用开发分析[J].物联网技术，2011，1（3）：71-73.
[4]丁振中.利用百度地图接口建立人社自助服务一体机导航地图[J].电脑编程技巧与维护，2015（4）：88-90.
[5]林元乖.基于物联网技术的休闲农业智能监测与培育系统[J].物联网技术，2014，4（5）：78-79.
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关键词：生产现场 无线 数据采集终端 造型设计
0 引言
根据数据采集器的用途不同，可将其分为两类：有线数据采集器和无线数据采集器。无线数据采集器是为适应现场数据采集和扫描笨重物体条码等脱机使用场合而设计的。无线数据采集器主要用于生产制造、仓库管理、销售窜货追踪、企业资产管理[1]等领域。随着生产过程、管理、装备信息化步伐的加快，生产现场数据无线采集终端将得到快速的发展[2，3]。国外应用于生产现场的无线数据采集器主要有具备存储功能的手持数据采集器、无线条码扫描器及数据采集器、led生产管理显示看板[4]等；国内这种产品还很少。而且面对众多的零、部件加工车间大量的现场数据实时控制如何进行；不同层面上的制造与管理人员如何能实现更好地在线沟通；现场的操作方式与持握方式怎样？等等，这些问题在现有国内外的产品中均没有得到综合的体现，本设计正是针对上述问题展开，从实现在制造物流中的顺利、快捷、体现个性的沟通方面进行了探索。
1 产品形态设计
根据应用人群为工厂中的工人和管理人员，产品必须赋予抗摔防震、耐脏的功能，所以在产品形态设计上必须给人予结实有力、浑厚大气的感觉，作为工厂的建设者还应体现出产品的尊严，体现持握产品的人的象征感，这种感觉使他带着自信和积极认真地态度去迎接每一份工作，故本产品并没有采用一般工业产品的仪器使用的象征感觉。采用富有个性和流行时尚感的造型设计，增加了造型的亲切感与使用的舒适感，一种当家作主和被尊重的感觉。在颜色上采用易耐脏并且流行的有时尚感的银灰色和给人以稳重感的深蓝色。
2 产品持握方式设计
根据生产现场数据采集的特点，在生产现场的工位、检测点、材料、工具的出入口以及巡检人员等配置生产现场无线数据采集器，实现作业现场数据实时采集与通讯。
对于生产工位的工人，一般双手经常处于工作状态，为了不影响工作效率，又能实时传递生产信息，所以将采集器设计成戴在的胳膊上，并尽量靠近头部，用语音输入生产现场物流传递信息，在技术交流和临时通知方面提高效率
对于工厂管理人员，可以采用手持、戴在胳膊上两种方式。手持时，在生产现场通过扫码器快速识别各种部件，灵活地运用语音、键盘、扫码等功能实现实时的数据在线通讯。
键盘采用推拉式，屏幕显示方式可以实现纵横向切换。
3 无线数据采集信息界面设计
在操作方式的选择上，避免触摸屏操作易出错、寿命低、成本高等缺点，采用按键方式。
人在进行操作机器时，主要受价值和动机目的支配[5]，在设计中要考虑人视觉、思维、动作的习惯过程，使操作界面的设计符合人的日常习惯，使产品容易掌握和不易出错。为了减少操作的不确定性，按钮的设计采用不同执行操作发出相应的声音和光的变化，以增加人们的操作信心与可驾驭感。
在数据采集的过程中，可能会遇到同一种零部件重复读入的情况，还有可能是同一种零部件，由于不在同一个位置所导致的重复录录情况。在进行易出错界面设计时，根据用户的使用出错频率改进设计。对输入数据的域值进行设定，当输入值大于该值时就要对操作员进行提醒，使之尽量减少出错的发生。
3.1 数据采集的信息界面设计 在界面设计时，设计师不应当提供过多的选择可能性。录入时只需输入被采集物品的编号，填上数量即可完成采集。如图4所示。并根据被采集件输入的频次，决定检索的次序，使专用部件的搜索快捷、方便。如有临时添加的信息，通过语音输入与求助键配合使用，使物流实现准确快捷的传递。整机的物流识别可采用条码扫描录录。数据采集器的操作程序可根据实际的需要进行编制，充分考虑操作使用过程的方便、灵活和通用性。
3.2 数据传送的信息界面设计 数据传送功能有数据的下载和上传。
数据下载时通过要件按钮将需要数据采集器进行确认的零部件信息从计算机中传送到数据采集器中
数据上传时将采集到的零部件数据通过发件按钮将数据传送到计算机中去。
数据采集器的菜单，可以将所要完成的系统功能加入，如：零部件入库、出库、补货和盘点等。同一批数据， 既作为入库数据又作为出库数据，给操作带来了方便，减少了数据的再次读入。
4 耐用与节电功能设计
为了防护采集器的屏幕，在采集器的两侧和中间屏幕部分装有减震功能的防震橡胶，可承受一般的撞击，即使跌落在地板上，也能正常运作；自动的省电运行模式设计，10秒无操作自动进入省电运行模式，按任意键自动“唤醒”。所以，使用两节普通7号电池能正常使用达一个月以上。
5 小结
占领某领域的市场有两种途径，一是在激烈的竞争中靠实力取胜；二是去发掘别人尚未发现的市场，无论哪种方法市场细分定位以及对目标人群的调查了解都是相当重要的。当今时代，消费者心理普遍要求产品符合自己的身份品位。只有了解消费者的特征和消费心理需求，才会有准确的市场定位，产品上市才会受欢迎。中国是工业大国，尤其是东北是我国的老工业基地，怎样在能提高工作效率，作业质量以及使管理更加系统化是刻不容缓的问题。
在设计开发过程中加强对市场和目标人群的分析及研究，提高设计师对市场的敏锐洞察力。抓住市场同时还要重视产品的使用功能是否体现的人性化程度，产品款式造型和色彩是否符合现代人审美需求的水平。只有这样才能全面提高产品的市场竞争力，设计出成功的产品。
参考文献：
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[2]通信世界.rfid技术有望在3-5年内成为新利润增长点.
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[3]上海条码网./pshu_index.htm.2006-
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[4]上海力象电脑有限公司./systems/lx
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【论文摘要】自然界是最伟大的造型师，其丰富的有机生命形态，有助于塑造造型设计的形式语言，使设计师能从这些精妙的有机生命形态中，获取灵感，以仿生的方式进行发明创造和产品的创新设计。仿生设计的应用，能够强化产品的动态美，突出产品的个性，增加人与产品之间的精神互动，使产品具有意象美和意蕴美。本文主要从仿生学、仿生设计学、仿生设计在工业设计中的应用以及仿生设计的未来等几个方面来阐述仿生，倡导工业设计师在仿生设计学的指导下，创造人、机、自然和谐共生的生存空间。
对设计师而言，自然界丰富的自然生命形态是个取之不尽、用之不竭的设计资料库。这些自然生命形态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。如将其融入新型包装，原来的几何线条将逐渐演变为柔和圆润﹑厚重饱满的有生命的线条，产品被赋予了“动”的神态。而且，仿生设计有利于突出产品的个性，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，不但能创造出功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，同时还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。
一、仿生学与仿生设计学
仿生是高科技的代名词，它是指运用尖端的科学技术，来模仿生物的各种官能感觉和思维判功能，更加有效地为人类服务。各国都在不遗余力地加大在仿生学方面的研究。[1]
仿生设计学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了高度的统一，正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。自古以来，自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。生物界有着种类繁多的动植物及物质存在，它们在漫长的进化过程中，为了求得生存与发展，逐渐具备了适应自然界变化的本领。人类运用其观察、思维和设计能力，开始了对生物的模仿，并通过创造性的劳动，制造出简单的工具，增强了自己与自然界斗争的本领和能力。
艺术设计领域的仿生设计兼具自然科学和社会科学的特点。首先，它是一种新的途径和方法，具备社会科学的思辨性与形而上学的特点，并与美学、艺术理论等紧密联系。此外，它又具备自然科学的逻辑性、科学性、系统性和实证性，与空气动力学、流体力学、人机工程学等研究相辅相成。最为重要的一点是，它具备艺术科学的属性，是环境科学、生态科学在艺术领域的延伸，也为形态学、语义学、符号学的发展指出了一条新路。[2]
二、仿生在工业设计中的应用
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、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。
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。是一种虚幻的，不实的形。抽象形态的仿生具有形态高度的简化性和概括性，形态丰富的联想性和想象性，同一具象形态的抽象形态的多样性这三个主要特征。同时在应用于产品开发时，具有生产便捷，产品形态多样化，满足不同层次的顾客等优点。
2、功能的仿生
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。[3]
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。
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。
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。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。
因此，工业设计师要积极地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。
4、界面仿生
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。
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。
三、未来工业设计中仿生的前景
中国未来的工业设计必须以创意与革新为首要条件，唯有真正好用且务实的商品才能在市场上脱颖而出，让消费者感到贴心且实惠的产品方是企业制胜的绝佳利器。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，仿生设计学是发展新技术的金钥匙。
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】
[1]倪海曙《视觉和仿生学》[M]，知识出版社，1985。
关键词：工业设计；人机工程学；理论；技术；应用
1人机工程学发展概述
1.1人机工程学的概念和发展历史
人机工程学是研究人、机、环境之间相互作用的学科，其研究目的是使机械系统或者人机环境系统能够在最大程度上符合人类的形态以及生理、心理的特点，保证人们可以利用机械设备安全、舒适并且高效地进行各种活动。人机工程学涉及心理学、医学等多个领域的知识，着重研究人和机器的相互关系，从而提高人机整体的工作能力。人机工程学从人学会制造工具开始就已经存在，具有悠久的历史，不过人机工程学作为一项独立学科出现只是20世纪的事情。人机工程学的发展历史主要分为三个阶段：第一阶段是人适应机器的阶段，在这个阶段主要是进行人机匹配，通过对人进行各种训练使人达到使用机器的水平。第二阶段，机器适应人的阶段，在这个阶段英国成立了人机工程学学会，标志着人机工程学成为一门专门的学科。在此阶段由于机械越来越复杂，对人进行严格训练也很难使人们达到适应机器的水平，因此研究者将更多的精力放在了机器适应人的研究当中。第三阶段，是以人为中心的系统阶段，人们将人、机和环境视为一个整体进行系统研究，并将许多新兴的科学理论，如系统论、信息论等应用到了研究之中，着眼于为人类创造更舒适、安全并且高效的工作环境。进入21世纪，人机工程学快速发展，人机交互技术更是被各个国家视为重要的研究内容。
1.2人机工程学在我国的发展
人机工程学在我国的研究历史并不长，直到20世纪80年代我国才正式对人机工程学进行研究。随着人机工程学在我国的快速发展，我国研究人员对于其的研究逐渐侧重于人机工程学的实际应用，如人机界面设计、作业环境及安全设置问题和操作者的疲劳程度等方面。根据近些年来我国研究人员在科学刊物上发表的论文来看，我国的人机工程学研究主要集中在工业技术、医药卫生、交通运输以及自动化、计算机技术等领域，这些领域的人机工程学相关论文占到了总量的一半以上。
1.3人机工程学在工业设计中的作用
人机工程学在工业设计中起到的主要作用是为工业设计提供科学依据，人机工程学在人、机和环境的相互关系上的研究进展，使工业设计在人机关系的设计上有了可靠的依据。在工业设计的策划和调研阶段，研究人员需要对与人相关的人机工程学数据做研究，这也是工业设计中最需要人机工程学理论的阶段。在工业设计中通常利用人机工程学理论对设计的产品进行改良。例如，人机工程学被利用于电脑键盘的设计之中，通过人机工程学的理论对键盘的布局、主键盘、数字符主键盘等的位置进行改进，从而使键盘的设计更加人性化，使人们提高了使用键盘时的效率。利用人机工程学理论可以完善目前许多多媒体控制台的缺陷，通过对控制台的结构、形状等条件进行理论分析，建立了一种坐、立两种姿势都可以使用的多媒体控制台，方便人们的使用，促进其使用效率的提升。
2工业设计中人机工程学的应用方法
2.1工业设计中常用的人机工程学方法
在工业设计中有许多人机工程学方法被应用，其中常用的方法有人体参数法、调查方法和模型方法等。人体参数法，主要是指设计人员根据人体的身体各方面的数据，如尺寸数据、结构数据和身体机能数据等对设计的产品进行改进，以提高产品对人的适应程度。调查方法，主要是指设计人员根据产品设定的销售人群进行人体的特征以及习惯的调查，从而改良产品的属性。模型方法，是指设计者通过利用计算机等技术构建三维模型的方式来测试产品是否符合人体工程学的原理，以便对产品的设计进行修正。下面将对人体工程学在工业设计中的具体应用进行简单的分析，我们以头脑侧面建立方法为例。首先，设计者对产品所面向的人群进行定位，并分析用户的群体属性，如年龄、学历、文化背景等，然后对用户处理数据的过程进行分析，通过分析结果确定产品信息的表示层次和方式，并由此来确定产品的形状、大小等参数，并对产品强调的信息、颜色等条件进行设定，最终确定产品的设计对应关系，之后对设计内容进行评价和验证，对设计内容进行修改和测试，最终确定整个设计体系。
2.2设计心理学理论的应用
设计心理学是工业设计中人机工程学应用的新理论，它基于心理学，是一门将人的心理状态及需求和产品设计联系在一起的一门科学，其研究目的是使实际的产品更加符合人们的心理需求。因此，这门学问不仅会研究设计对社会上潜在的消费人群的心理影响，同时也会研究设计者在设计过程中的心理变化，并将这些心理都反馈到设计之中，从而使设计更加符合人们的心理预期。这种理论的调查方式有很多种，如心理描述法、抽样调查法、访谈法和观察法等。笔者认为可以将虚拟现实技术应用到人们对设计的心理反应上，这种方式可以让人们对设计了解得更深入全面，得出的心理反应结果也更为准确。在设计中注重人心理的研究，是人机工程学在工业设计中应用发展的新趋势。
2.3计算机辅助人机工程设计方法
计算机辅助人机工程设计技术涉及计算机技术、人机工程学、生理学、工程技术等多种理论和技术，其中虚拟人体模型的方法是其在工业设计中主要的应用方法，通过虚拟人体模型技术可以让人们对设计进行更好的评测，使相关设计取得更好的效果。计算机辅助人机工程设计应用到工业设计中有许多优势，如可以在设计前期对设计的方案进行评测、缩短制造的周期、降低成本，还可以减少返工的概率。尤其是在一些危险领域，其中的实验项目具有很大的危险性，如汽车碰撞实验，此时计算机辅助人工设计就可以发挥作用。
3人机工程学的研究和发展趋势
目前，人机工程学发展趋势更加注重其实际应用。随着社会的不断发展，工业设计的理念也在不断发展，设计者从以往注重设计产品的形式，到现在更加注重人对产品的情感体验，给人机工程学提供了更广阔的利用空间。在人机工程学的理论研究上，人们开始注重研究感性工学，并基于新时代的背景，提出了“人机工程教育学”以及“参与式人机工程学”等新的理念，同时虚拟现实技术也是人机工程学研究的热点方向，其在人体工程学和工业设计中有很大的研究价值。在未来，人机工程学还会呈现出多学科交叉的趋势，涉及管理学、教育学、心理学和计算机科学等多种科学领域，并在设计师和使用者的心理研究方面继续探究，使设计出的产品为人们提供更加丰富的情感体验。
4结语
人机工程学经过几十年的发展，形成了比较成熟的理论体系，也出现了多种应用方法，对工业设计的发展起到了重要的辅助作用，促进了工业设计的不断发展。随着科学技术的不断发展，人机工程学理论不断的完善，工业设计也逐渐向人性化、情感化方向发展，使人们拥有越来越好的产品体验。
参考文献：
［1］卢兆麟，汤文成.工业设计中的人机工程学理论、技术与应用研究进展［J］.图学学报，2009，30（6）：1-9.
[论文摘要]:车间监控层中生产数据的及时采集与更新[3] 是保证烟厂“计划”与“生产”密切配合的关键。本文通过Flex Builder软件及web服务技术模拟建设卷烟厂卷接机组滤棒成型监控机人机监控画面及实施了数据采集的实时仿真。
1 引言
随着市场经济的不断发展与完善，以及工厂信息化建设的快速发展。卷烟企业车间监控层就成为烟草行业企业信息化工程的基础[7]，应用网络实现对生产作业过程中产生的大量的实时数据的自动化快速收集，并对实时事件及时处理，同时又与计划层保持双向通信能力，从计划层接收相应数据并反馈处理结果和生产指令，有效地解决了制造企业对生产现场作业管理的难题，为企业创收做出了巨大的贡献[4]。本文在此基础上，通过项目实例介绍了flex Builder在卷烟厂滤棒成型监控机建设上的应用。
传统的BS架构的监控系统客户端处理数据的能力并不强，对服务器端的依赖很大，而实时监控需要在客户端与服务器之间频繁传递数据，并且服务器同时也要把显示的页面传回给客户端，这将增大服务器的负担。针对此问题系统以Flex作为表现层，不仅提高了客户端处理数据、展示数据的能力，同时服务器端与客户端传递的只有数据而没有传统的页面，界面的布局变化完全由客户端执行处理。
2 系统结构
SHAPE \* MERGEFORMAT
Flex应用程序框架[1]由MXML、AcitonScript 3.0及Flex类库三部分组成，开发人员利用MXML及ActionScript编写Flex应用程序，利用MXML定义应用程序用户界面元素，利用ActionScript虚拟机(AVM)定义客户端逻辑及程序控制，而将Flex类库中包含的大量的组件、管理器及行为等作为辅助，来加快整个开发的进程，程序编写完成后，通过Flex编译器将其编译为字节码，最终形成以.swf为扩展的可执行的二进制文件。本文采用Flex框架作为表现层和数据交互引擎，充分利用其客户端运算能力和客户端缓存能力，从而减轻了服务器的负担，减少了响应时间和传递的数据量。在此基础上构建了一个B/S结构的卷接机组监控系统，其中人机界面与PLC的通讯采用MPI方式[2]。如图1。
(1) 串口通信层：在系统与主控机之间使用VB串口通信（采用的是RS-232串口标准）实现数据的交互[6]。VB串口通信层对滤棒成型机提供的数据进行解析，并以特定XML文件格式保存数据于服务器，供Flex端读取并进行分析和处理，同时Flex端根据数据结果实施相应的动作。
(2) 表现层：即Flex制作的用户界面，以web浏览器的形式展示。将相关业务逻辑和数据处理交给客户端来运行，减轻了服务器的压力，使服务器只用来进行相应的人员数据传输和读取原始描述滤棒成型机状态信息的XML文件[5] ，加快了系统运行速度。
(3) 业务逻辑层：通过Servlet处理Flex的请求，读取滤棒成型机状态信息XML文件，并返回于客户端；负责响应请求、记录日志、读取或保存相关数据。
(4) 数据层：由多数据服务器构成，主要有：日志档案文件、滤棒成型机数据设置信息数据库、滤棒成型机历史信息数据库、滤棒成型机实时状态信息文件的存储、管理和维护。
3.1功能界面设计
SHAPE \* MERGEFORMAT
车间监控层由多台PC组成，它的主要功能是：一是提供车间级集中监控界面；二是采集现场层的数据，存入本地数据库；三是为一级监控系统提供数据接口。根据现场层提供的数据采集接口技术的开放程度，监控机建设有两种方案:a.在通用监控软件商作二次开发，b.由设备供应商提供监控系统。本文设计的KDF2滤棒成型机的监控主页面如图2所示。最下面一排十一个按钮，每个按钮点击进入一个子页面，虽然各个模块界面元素不同，但数采功能的原理是一样的，因此本文就不一一做说明了，只对主页面进行数据仿真。
3.2 模拟现场监控数据仿真程序设计
3.2.1 Flex与XML通讯
Flex在建立一个项目并在项目里添加项目MXML文件(MXML是XML格式的标记语言，主要用于编写用户界面，也用于声明一些非界面组件)后，系统自动生成一个文件头
在实际卷烟生产操作中控制滤棒成型机的PLC组件发送XML字符串，字符串格式为，再此，便于模拟仿真，我们通过实际数据点从PLC读取数据，并将XML字符串转换成getflashdata/文档，此文档是一个以aspx为后缀名的XML文档，通过文档中的data id值与Flex中各标签label的id名称相对应，从而取得机器上的数据信息。比如说上图中”溶胶室:87.4 ℃中87.4为一label，而此label的id值为main_label3，那么我们的getflashdata/文档中也要有一个id值为main_label3值与之对应，才具备了数据仿真的基本条件。并且要在Flex后台source中定义一个读取xml字符串的事件，代码如下：
① 定义txt2label取值事件
public function txt2label(labelname:String，idname:String):void{
try{Label(this[labelname]).text=testxml.data.(@id==idname).@value; } catch(e:Error){} }
② 将Flex中label的id与XML中的id对应
public function ShowXml():void{ //label id
XML id
txt2label("main_label3"，" main_label3");}
③ Flex以HTML页面作为客户端，运行在Web浏览器之中，实时数据监控采用异步更新，在不刷新页面的情况下显现数据实时更新，大大节省了服务器资源，代码如下：
private function Init():void{ ticker = new Timer(3000); ticker.addEventListener(TimerEvent.TIMER， onTick);
ticker.start();//lblDate.text=dateFormatter.format(new Date());//ShowInit();doRequest();}
新建getflashdata/文件，并将文件存储于项目中的bin-debug文件夹下，以下即为getflashdata/文档主页中的需要从控制滤棒成型机的PLC上接收的XML字符串内容：
3.2.2 使用HTTPService获取XML
通常所需的 XML数据是动态的而不是静态的，直接来自于滤棒成型机 ，这时可以通过HTTPService来获取所需的 XML动态数据。可以选择使用ActionScript或MXML来创建HTTPService类 ，它们是等价的 ，因为 Flex本身是作为ActionScript的类来实现的。可以通过 GET或 POST方式发送请求到一个 URL，对指定的URL产生一个异步调用 ，然后处理这个请求并将数据返回至 Flex中。通过指定的URL， HTTPService对象可以访问静态的或动态创建的 XML，动态创建的 XML可以由 Java、 .NET、 PHP、 ColdFusi on或其它任何服务器端技术产生。最终结果返回给 Flex并存储在 ActionScript对象当中 ，当然可以在MXML标签内使用属性resultFormat来指定返回数据的格式。下面的代码使用Flex的MXML标签来从指定的URL获取XML数据。
result="handleResult(event)" fault="handleFault(event)" resultFormat="e4x">
ptdetail 6
到此软件部分要实现的基本仿真程序就编写完成了，运行程序之后，将在浏览器中看到如图2中中间界面部分所示的页面内容，当在getflashdata文件中更改main_label3的value值并保存时，我们会看到，web浏览器中页面上溶胶室后面的温度数值也会变成mian_label3的value值，并且并未刷新页面，有效地实现了异步更新的监控仿真功能。
4 小结
本文简要介绍了下Flex Builder建设卷烟厂监控机监控系统中的特点、系统架构[8]，并做了简单的系统仿真。Flex强大的功能大大提高了客户端处理数据、展示数据的能力，同时软件设计较传统的客户端服务器设计架构简单，操作方便，可以多工控软件兼容，可在原有工控软件的基础之上进行二次开发。本文只是做了卷烟厂监控子机的小小仿真，为Flex在更大项目工程中的应用拓展打下了坚实的基础，有着良好的开发应用前景。
参考文献
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[2] 王声决，熊刚 厂企业内部网的设计与实现[J]工业控制计算机，2003，(J)
[3] 接到良，烟草企业自动数据采集系统的研究与实践[J]自动化仪表，2006第27卷第3期
[4] 欧金成. 组态软件的现状和发展[J]工业控制计算机，2002，(4)
[5] Chafic Kazoun，Joey Lott. Programming Flex2，America： OReilly，2007
[6] 李长林. Visual Basic串口通信技术与典型实例. 清华大学出版社. 2006
[关键词] UML QFD 需求分析
一、引言
开发软件系统的工作首先便是获取系统需求并进行需求分析，需求分析是软件开发生命周期的第一个阶段，它贯穿于整个开发生命周期，是软件系统开发中的关键问题。但至今需求分析仍是软件系统开发中最复杂、最困难的过程之一。表现在1.需求获取困难。软件需求获取中缺乏领域知识的问题常常是模糊的、不精确的，而需求获取及分析偏向创造性思维活动，其过程让第三者难以理解；2.需求分析不完整。是软件开发失败的主要原因之一；3.需求建模较复杂。在软件需求中混杂着各种各样的需求，功能性需求与非功能性需求错综复杂的联系，以及当前对非功能需求分析建模技术的缺乏都大大增加了需求建模的复杂性。如何有效地分析客户需求并映射到系统设计开发过程，实现系统需求的跟踪管理和控制，是软件系统开发中的重要课题。
针对需求分析中存在的困难，提出了一种基于UML的QFD需求定量分析方法，把UML用例建模应用到软件需求分析中，用作为需求获取和分析过程可视化，以及建立可视化模型的工具，利用QFD客观地使需求项目层次化，可视化和充分化，从而降低需求建模的复杂性。同时给出一个需求分析框架，使该方法具有较强的可操作性。
二、UML需求建模
UML（Unified Modeling Language） 是一种通用的可视化建模语言，它支持从需求分析开始的软件系统开发的全过程。在软件系统需求分析中可通过用例图对系统的需求进行分析建模。UML 作为一种强大的图形化建模语言，是理想的需求描述和建模分析工具，对大规模的、复杂的、不断变化的用户需求有着很强的控制力。
用例（USE CASE）是系统执行的一系列动作，通过这些动作能获得对参与者(Actor，包括客户、用户和开发人员等)有价值的结果。
1.用例与需求的关系。用例体现参与者需要系统完成何种操作，强调实现用户的真正目标，以一种简单而有效的方式表达系统的行为，更体现系统对用户的价值，把需求书写者的注意力从程序员关心的系统功能列表，回到用户需求上。
需求分为业务需求、用户需求、软件需求三个层次，如图1所示。需求工程应该从上向下，从宏观到微观，且循环迭代补充完整。
在UML中，软件需求定义为“系统所需的特性、属性或行为”。软件需求就是系统必须遵循的条件和所具备功能的陈述，它们都是可以观察的外部系统行为规范，它表明了用户或者另一系统要求调用系统必须完成的工作，因此这些需求必须是详细且明确的，同时软件的需求又可以明确地指导系统的实现和测试工作。
用例图关注的是系统功能高层次的形状，而不关注系统的具体实现方法，它着重从用户的角度描述系统功能，适用于系统的需求分析阶段，是系统的核心，驱动着其他模型的开发。
系统所有的参与者和所有用例组成用例模型，用例模型帮助参与者在如何使用系统方面达成共识，参与者在与用例进行交互时使用系统。一张用例图描述部分用例模型，显示带有关联关系的用例和参与者的集合。用例建模得到的功能需求明确规定了参与者执行的特定任务，使用户能清晰看到系统提供的有价值操作，有效地降低待开发系统的复杂度，帮助人们理解复杂的问题。
2.使用用例进行需求分析。在软件需求分析过程中，需求一般可以分为两类：功能需求和非功能需求。功能需求是系统必须能够实现的系统行为，而不需要在条件中加入物理约束，它指定了系统的输入和输出行为；非功能性需求指定了了系统必须具有的其他性质，描述的是系统的特征或者系统的环境特征。
在使用UML进行需求建模时，通过用例图从用户目标和系统交互功能两方面来分析。在软件系统开发的过程中，客户先给了项目组《用户需求书》，其中描述了业务需求和用户需求，主要内容是用户希望的系统功能，然后由需求小组进行需求获取和需求分析。用例将软件需求放在环境中，将功能性需求放入实际操作的用户环境中，当系统与用户或其他系统交互时，可以描述系统的行为。
(1)用例的提取。通过《用户需求书》，对领域内的相关词法进行分析，将用户和客户的需要作为需求，筛选出有效的备选需求，将功能性需求表示为用例模型中的用例，其他的需求放到一个单独的列表中，以待在质量功能展开时进行分析，同时对用例图中的用例进行语义描述。
(2)建立需求用例模型。用例模型是所有用于描述指定系统的用例、参与者和用例―参与者关联关系的组合。在UML中用例模型是这样定义的：用例模型可用于描述系统的功能性需求或者用例的其他分类。在软件开发过程中，使用模型对现实进行简化、概括，从而可以加强对真实构建系统的理解。
通过用例描述发现用例之间的关系，在用例图中描述出来建立用例模型，对用例之间的关系进行可视化的描述，使用户和领域专家能够更好地对系统的需求分析及其建模结果进行审评，及早发现需求的不足，减少系统开发的风险。
3.质量功能展开需求分析。通过UML可视化地表达系统需求的发现与描述，克服了系统需求分析中纯文字性说明的不足之处，体现了直观、规范、易交流等优点，这是需求表达的一种有效手段。在需求分析阶段，还有一个关键的工作在于怎样尽力降低初始阶段的开发费用，加快初始阶段的开发进度。但在系统分析人员缺少相关的领域知识，不熟悉其业务流程的情况下, 提取需求、精确描述需求之间关系、对于需求用例的优先级控制、性能性需求和技术特性需求等问题难以解决。
质量功能展开QFD (Quality Function Deployment)模型也是针对软件系统开发周期各阶段而建立的模型，特别是可对需求和技术特性进行定量需求分析。在系统需求分析中，QFD以用户的需求为输入，采用关系矩阵的方法对用户需求加以描述、迭代展开，将用户需求与技术特性、用户需求的重要性与竞争性联系起来，并把用户的需求转化为技术特性、构件接口和体系框架，从而提高系统需求获取质量和需求分析质量，为从需求到设计的映射打下了好的基础。
质量屋HOQ (House of Quality) 的概念是由美国学者J. R. Hauser和Don Clausing在1988年提出的。质量屋是由一个输入到―个输出的转换过程，它提供了一种将用户需求转化成为技术特性，并配置到建造过程中去的结构方法。QFD采用HOQ建立用户需求和功能特性之间的相互联系，针对需求抽取困难的问题，把QFD应用到系统需求管理中，质量屋矩阵可用作需求获取和分析过程可视化，及构造可视化模型的工具。质量屋的基本结构如图2所示。
一个完整的质量屋包括6个部分:(1)用户需求及重要度：确定了什么才是用户最需要的;（2)技术特性：在需求分析时，由系统项目组根据用户需求来提取出满足这些需求的技术特性；（3）关系矩阵：描述了用户需求和技术特性之间的关系程度；（4）竞争分析：站在用户的角度，对本软件系统在满足用户需求方面进行评估，以确定本系统的竞争优势和劣势以寻找突破性的改进方向和领域;(5)技术评估：技术评估包括技术特性的权重、竞争性评估和设计质量;（6)关联矩阵：表示出了各技术特性之间相互支持或阻碍的关系。
经过反复的质量功能展开，HOQ阵逐渐被整理成层次化结构形式，而软件需求和数据项目也被同时并列地层次化。HOQ矩阵的层次与需求项目的层次相对应，反映了需求的一次水平、二次水平、三次水平等层次关系，并通过技术评估检验需求是否满足要求。
4.基于UML的QFD软件系统需求定量分析过程。基于已建立的初始用例模型，由于领域业务、需求变化的因素可能导致需求分析的演化，即在现有需求分析的基础上进行下一遍的需求分析及建模。基于不同领域知识互补的必要性，以演化的观点来考虑系统的需求分析，项目经理应与参与者共同分析。不同类型的参与者在需求分析建模过程中，从不同的层次、不同的角度分析系统的需求，并通过UML表示出需求。如，需求分析人员主要考虑系统范围的设定；构架设计师必需处理关键和重大的风险，确认那些制定构架计划所需要的用例。经过QFD展开分析定量确定用例的优先级，对于本阶段的目标是无关紧要的用例，只投入少量的精力，同时检验分析的需求是否足够地满足用户的需求。
需求分析及建模需要经过多次反复才能完成，系统需求分析包括提炼、分析和仔细审查已收集到的需求，以确保所有的风险承担者都明白其含义并找出其中的错误、遗漏或其他不足的地方。基于UML的QFD软件系统需求定量分析过程包括以下的循环过程：
（1)对领域内的相关词法进行分析，筛选出有效的备选需求；
（2)将功能性需求表示为用例；
(3)建立需求用例模型；
（4)列出用例模型中的功能需求和用户的性能需求；
(5)对每一个需求尽可能量化应该做的工作；
（6)列出用户需求与技术特性之间的关系；
(7)对需求的重要性进行排序，并给出评分；
(8)需求评审，对技术特性相对重要度较低的需求重复上述过程进行修正。
基于UML的QFD软件系统需求定量分析模型如图3所示。
用例作为新的需求分析技术，但若项目组对用例的划分、用例的描述、用例与用例之间的关系把握不好，仍会造成项目的失败。所以在实际工作中，建立用例模型后，为了保证获取正确的需求，应采用关系矩阵的方法加以描述、迭代展开，从而提高需求分析的质量，保证对用例的一致理解，最终获取需求的成功。
本文提出的基于UML的QFD需求定量分析方法已用于通用多媒体播放器的界面设计、超市管理系统的需求分析及中小企业ERP实施规划中，收到了很好的效果。
参考文献:
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作为计算机科学技术及其相关专业的重要基础，“操作系统原理”(也称“操作系统”)是一门承上启下的重要课程。该课程帮助学生理解操作系统的工作原理和技术，熟悉操作系统内核，能够运用操作系统深层次功能来解释和开发更好的中间件和应用程序，等。此外，无论是为新设备编写驱动程序、创建新的微内核服务器，还是提供能够高效处理发展需求的新系统，等等，都需要理解基本的操作系统原理和技术。一些学校的专业学生甚至还需要掌握操作系统的分析、开发和设计技术。而另一方面，应用型、教学型高等院校(尤其是本科院校)计算机专业毕业的学生虽然很少直接从事操作系统软件的开发，但其操作系统原理的知识水平，直接或间接地影响其专业水平和系统设计与开发能力，是他们与其他非计算机专业的用户和应用者的分水岭。
1 “操作系统原理”已经有完整的知识结构与内容
鉴于其重要性，各个学校，尤其是研究型大学的计算机专业，都一贯重视“操作系统原理”的课程建设。例如，我们利用Google (谷歌)搜索引擎，对“操作系统精品课程”关键字进行搜索，得到“简体中文网页中，约有880, 000项符合‘操作系统精品课程’的查询结果”(2007.10.9查询。作为比较，同样是重要的专业基础课程，“数据结构精品课程”有290, 000项；“软件工程精品课程”有594, 000项) 。
又例如，我们在图书的专业网站“互动出版网”() 进行相关搜索，在该网站的“计算机书店”中，“操作系统”类图书信息有2, 251条(2007.10.9查询。作为对照，“数据结构”类图书信息有433条；“软件工程及软件方法学”类图书信息有1270条)。
可见，在解决操作系统课程教学的重点难点问题方面，我们不乏优秀论文和优秀成果，也有很多优秀的教学前辈和教学典范；另一方面，从宏观上讲，我们不缺教材，也不缺好的“操作系统原理”教材。在长期的专业建设和教学实践中，通过引进、消化吸收以及教改创新，许多优秀的、具有方方面面特色的国内外“操作系统原理”教材得以建设、出版和发行。
但是，在精品课程的建设过程中，我们认识到，应用型院校的学科建设应该有其自身的特点和特色。传统的精英教育模式即使仍然优秀与先进，也不能完全适应普及高等教育的需要，新的高等教育形势呼唤新的教学方法和新的教学模式。这一点，在当下的众多精品课程建设中，无论是建设者，还是评判者，都很少顾及，往往还是用传统的方法，用精英模式的方法来建设和评价应用型院校的项目。
在实践中，我们认为兄弟院校做到的我们要努力学习积极争取做到，更重要的是，应用型“操作系统原理”精品课程建设还应该包括对本课程教育对象 (例如独立学院本专业学生的学习状况和认知特点) 的正确认识、对教学目的(例如独立学院培养“应用型”“本科”人才)的深刻理解和对新的教学方法的改革与发展，等。
2正确理解教育对象，建设应用型人才培养环境
孔子曾经提出过不少至今仍然具有教育意义的人本思想，他的“有教无类”观点的理论基础是其“性相近也，习相远也”的人性论。“性相近”说明人皆有成才成德的可能性，而“习相远”又说明了实施教育的重要性。正是基于“人皆可以通过教育成才成德”认识，才有了“有教无类”的教育原则。
认识“有教无类”，对于教师来说，就要真心地爱学生，真心地热爱教师这个职业。由基本的对岗位和对学生的“爱”为出发点，去理解学生，思考问题，寻找解决之道。亦即：要尊重学生，用科学的态度分析和认识学生中存在和出现的问题；根据学生群体的认知习惯来设计、调整、改变和发展自己的教学方法。通过师生的共同努力，建设新的、更加积极的良好学风。
就像池塘养鱼。不同的鱼种有不同水深分层次生活的习性，所以，池塘养鱼一般是分层次确定投放鱼种的。在社会生活中，对于计算机专业人才的需要也是分不同层面而产生不同需求的。研究型院校主要培养学科精英，教学型院校主要培养优秀应用人才，甚至是高职高专的应用型人才，都各有各的用武之地，重要的是，应该以不同的角度去看待他们，理解和认识他们，教育和培养他们，而不是一刀切。
在精品课程建设过程中，我们逐渐认识到：学校学习氛围的变化主要缘于学生结构和学生对象的改变。事实上，教学对象变了，教学目标变了，教师“单一”的教学方法已经成为亟待解决的关键。
3着眼于应用性教育目标，倡导教学内容的分层次设计
大多数大专院校都设置有计算机科学技术及其相关专业，我们至少可以认为：根据所在院校的办学类型不同、培养目标不同、所在地及其周边地区社会需求的不同，这些计算机专业的教学内容应该有所不同，这些计算机专业对于“操作系统原理”这门课程的教学内容也应该是有所不同的。
我们认为：对于大多数计算机专业的学生，尤其是非研究型院校的学生，应该把“操作系统原理”的学习定位在理解、熟悉和能够灵活运用操作系统原理，来解释计算机运行的现象和开发更好的应用程序与新设备驱动程序等这样的层面，而把那些“考研”所需要的更深层次理论性内容放在选修或者考研复习阶段来解决。从长远看，应该对各层次院校的计算机专业所开设的“操作系统原理”课程的教学内容进行研究，在特定的范围内形成一定的相关共识。
换句话说，在教材建设中要很好地把握编写内容的“度”，要完整、全面；而在具体教学过程中，要很好地把握灵活的“度”，在符合培养目标的前提下，授课要生动、能理解，要引导学生产生对课程内容的浓厚兴趣，千万不要满堂深灌而读僵读死。“操作系统原理”课程虽然有鲜明的应用性和实践性，但也有对基础课程和对理论深度的很高要求，因此，教学方法需要很好地设计，需要明了教学过程中学生的学习状况，积极进行调整和引导。
4注重因材施教，重视教学方法改革与创新
孔子非常注重因材施教，他研究人的方法是以承认人与人的存在差别为前提的，他对每个学生的性格和特长都很了解，并且要求学生把学和思、学和行结合起来。
孔子的教育观点体现了教书育人的精神。从“教书”来讲，就是要培养有能力有学问的贤才；从“育人”来讲，就是要塑造理想的人格。孔子不把“圣人”作为教育的目标，而把重点放在培养君子人格上。在《论语》中，孔子所描绘的君子是仪表端庄、崇德向善、慎言敏行、学以致道、善于交际、爱才惠民、安贫乐道的人。在孔子那里，君子的标准可高可低，高到德、才、智全面发展，低到能具备某些优点就行了。君子既要求完美，又不尽完美。孔子培养学生的君子人格、就是在对学生的优点和不足有了全面了解的基础上进行的。
正因为此，“因材施教”就成为教师应该遵循的基本原则。教师要尊重学生的个性，发挥学生的专长，通过因材施教，使广大学生成为各方面的“贤才君子”。在应用型“操作系统原理”精品课程建设过程中，我们的一个侧重点，就是探索学生能够喜欢、能够接受的教学方法。
传统模式的教学方法可以简单地概括为“先说 (课堂理论教学) 后做(验证性实验)”和“光说不做”。但是，在大众化高等教育背景下，课堂教学效果普遍出现滑坡，客观上淡化了“验证性”实验的基础，因而严重影响了课程的教学质量。这一点，在“操作系统原理”课的教学中尤其如此。
我们在教学实践中摸索出一套“把实验实践环节与理论教学相融合，抓实验实践教学促进学科理论知识学习”的教学方法，有效地提高了学生的学习兴趣，以此来提高大众化高等教育背景下“操作系统原理”以及其他专业课程的教学效果和质量。这个教学方法可以简单地概括为“先做后说”和“边做边做”。这里的“先做”，就是教师依据相关课程的知识体系和教学要求，精心设计前导实验，学生在实验设计的指导下，通过实验方法来了解和实践课程知识；这里的“后说”，就是在学生具备了一定的感性认识的基础上，在课堂教学环节中答疑解惑，系统地提高学科知识的理论水平。
例如，“操作系统原理”课程一向都有实验教学的要求，但实验内容通常是根据操作系统原理的思想，运用某种程序设计语言来实现操作系统的部分功能，或者分析诸如Linux操作系统某个版本的开放源代码，等，带有强烈的“验证性”色彩。但是，(1) 由于低年级程序设计语言教与学所存在的问题，学生普遍不能顺利地运用程序设计语言工具；(2) 对于应用型院校的学生来说，学习操作系统原理的主要目的应该不是设计新的操作系统，而是在理解的基础之上更好地运用操作系统。
因此，应用型“操作系统原理”的课程建设尤其要重视建设实验、实践和应用等环节，让学生通过实验认识问题所在，通过实践理解问题的解决方法，通过体会到应用价值而喜爱本课程的教学内容。
操作系统软件肯定是我们所见到的最优秀、最复杂和最庞大的软件之一，所以，真正领会操作系统课程所介绍的概念、原理、方法和技巧，对很多学生来说是困难的。我们需要为学生提供了一个研究操作系统内核的学习方法，使学生可以由此来体验操作系统内核及其设计技巧。可以在不修改任何代码的情况下，了解操作系统内部状态的各个方面；也可以通过编写新的代码来阅读内核的数据结构和了解操作系统运作方式，等等。
根据以上思考，我们在实验内容的选择、实验步骤的设计和实验文档的组织等方面都作了精心的考虑和安排，结合精品课程建设，尝试为“操作系统原理”课程编写了实验教材《操作系统原理实验》(2003年科学出版社出版，2007年修订)。该实验教材依据课程教学大纲，充分理解课程的大多数教材，遵循课程教学的规律和节奏，体现了实验的可操作性，帮助学生切实把握本课程的知识内涵和理论与实践的水平。几年来，作为被许多应用型院校广泛采用的实验教材，获得了很好的教学效果，也得到了广大学生的认同。
5积极推广，扩大精品课程建设的成果
在“操作系统原理”精品课程建设的实践中，我们体会到，学生在“操作系统原理”等课程中产生的学习困难，首先来自于他们对所学知识缺乏必要的感性认识，而我们在教学中采用“先做后说”的方法，把根据学科理论知识精心设计的实验实践环节与学科理论教学相融合，抓实验实践教学促进学科理论知识学习，较好地解决了学生的认知困难，符合特定的学生对象，取得了很好的教学效果。
我们在“操作系统原理”精品课程建设过程中所做的教改工作，此后又陆续体现到如软件工程、多媒体技术、电子商务概论、网页设计与网站建设、汇编语言程序设计、数据结构与算法、信息安全技术、数字艺术设计、人机界面设计，以及信息资源管理等课程中，实现了建设一门专业基础课程，带动一批相关课程发展，积累了一些成功的教学经验。
由《操作系统原理实验》开始，这一系列教材在发展过程中形成的共同的教学特点是：(1) 重视动手能力和自学能力的培养，重视实验所必须的训练，重视设计实践环节，以形成一个“什么都学过什么都会点”的积极局面。(2) 实验内容有很好的可操作性、趣味性和适当的难度。可操作性保证学生都能完成实验而促进学生学习信心的建立，在一定程度上能减少学生抄袭的理由，克服实验数据普遍抄袭的弊病；趣味性体现“寓教于乐”以提高学生完成实验的积极性；而适当的难度有助于激发优秀学生进一步钻研的斗志。(3) 学生通过实验提高对学科理论知识的兴趣和理解，保证本科院校学生具有必要的理论知识水平。
(4) 实验内容形式多样，例如可以是实验、论文、课程设计等不同环节，并且各种实验内容应该得到严肃认真的设计，使实验产生适当的节奏感。
6后记
在许多交流场合都有老师说：用实验实践促进理论教学确实符合应用型院校的学生特点，那么什么时候什么情况下需要和可以这样做？
我们觉得，传统的教学方法中已经积累了很多很好的内容，这些内容要传承和发扬，要珍惜，要很好地加以利用。我们的探索和研究，只是在此“单一”的基础上，成为“有二”，而教学改革还需要“成三”、“为四”……，只要“材”不同，“教”法就可能也应该有所不同。这是一。
其二，原本教学状况很好的不一定要“改”，至少“状况好”说明教学方法得当；但反之，如果确实面临了教学问题，那眼下，调整方法可能首当其冲。
“操作系统原理”是计算机学科的一门经典课程，成果多，经验多，高手多，我们只是想根据自己的实践，起点“抛砖引玉”的作用。推而广之，本文所谈及的一些想法，在诸如软件工程、数据结构等等重要课程的建设过程中，也同样具有意义。
和大家一样，我们期待着推动和进步，期待着本科教育质量的腾飞。
参考文献
[1] 周苏、王文等.大学计算机专业基础课程实验教学的改革与创新[C]，北京：高等教育出版社，大学计算机基础课程报告论坛论文集2005，p.194-198.
[3] 周苏、金海溶等编著. 操作系统原理实验[M]，北京：科学出版社，2007.
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