時間：2023-03-15 14:54:50
導語：在人機界面設計論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
【關鍵詞】PLC 火災報警 GOT 系統集成
一.引言
消防系統主要由三大部分組成：第一部分為感應系統，即為火災自動報警系統；
第二部分為執行系統，即滅火自動控制系統；第三部分為消防聯動系統。一般情況下火災自動報警系統主要由探測器、手動報警按鈕、報警器和警報器等組成，以便完成檢查火災并報警的任務。
二.火災報警控制系統的選器件選擇
（一） 報警探測器的選擇
本文設計的系統屬于區域性系統，故采用較小型的單體探測器為宜。故選用了JTF-GOM-GST601點型復合式感煙感溫火災探測器。其采用了復合探測技術是目前國際上流行的新型多功能高可靠性的火災探測技術，是由煙霧傳感器件和半導體溫度傳感器件從工藝結構和電路結構上共同構成的多元復合探測器。其不僅具有普通散射型光電感煙火災探測器的性能，而且兼有定溫、差定溫感溫火災探測器的性能。由于采用了感煙和感溫相結合的技術，使得該復合探測器能夠對國家標志試驗火的燃燒進行探測和報警。也能夠對酒精等有明顯溫升的明火進行探測并報警。而且探測器為無極性信號二總線制，方便連接控制器。
（二） 手動報警器的選擇
由于探測器可能會在某些情況下失效，故必須要有手動報警器，且能夠自動通知119火警。本控制系統選用J-SAP-8402手動報警按鈕，將手動火災報警按鈕與消防電話插座設計成一體，構成一體化J-SAP-8402型手動火災報警按鈕。其主要具有以下特點：
1.采用拔插式結構，安裝簡單方便；
2.電子編碼，可現場改寫；
3.有機玻璃片在按下后可用專用工具復位；
4.采用微處理器實現信號處理，用數字信號與控制器進行通信，工作穩定可靠，對電磁干擾有良好的抑制能力。
J-SAP-8402手動報警按鈕主要技術指標：
1.工作電壓：總線24V
2.監視電流≤0.6mA
3.動作電流≤1.8mA
4.線制：與控制器采用無極性信號二總線連接，與總線制編碼電話模塊采用四線制連接，與總線制電話主機或多線制電話主機采用電話二總線連接
5.無源輸出觸點容量：DC60V/100mA
6.使用環境：溫度：-10℃～+55℃ 相對濕度≤95%，不結露
7.外殼防護等級：IP43
8.外形尺寸： 90mm×122mm×48.5mm （帶底殼）
（三） 聲光報警器的選擇
本系統選用HX-100B聲光報警器。HX-100B火災聲光警報器（俗稱聲光）是一款安裝在現場的編碼型聲光報警設備，可直接接入火災報警控制器（俗稱報警主機）的信號二總線，需要由電源系統提供兩根DC24V電源線。在現場發生火災并確認后，安裝在現場的火災聲光警報器可由消防控制中心的火災報警控制器（報警主機）啟動，發出強烈的聲光報警信號，以達到提醒現場人員注意的目的。如圖8。
HX-100B火災聲光警報器的主要技術參數：
1.工作電壓：
信號總線電壓：24V 允許范圍：16V～28V
電源總線電壓：DC24V 允許范圍：DC20V～DC28V
2.工作電流：
總線監視電流≤0.8mA 總線啟動電流≤6.0mA
電源監視電流≤10mA 電源動作電流≤160mA
3.線制：四線制，與控制器采用無極性信號二總線連接，與電源線采用無極性二線制連接
4.聲壓級≥85dB（正前方3m水平處（A計權））
5.閃光頻率：0.8Hz～1.0Hz
6.變調周期：4（1±20%）s
7.聲調：火警聲
8.使用環境：溫度：-10℃～+50℃ 相對濕度≤95%，不結露
9.外殼防護等級：IP43
10.外形尺寸： 90mm×144mm×57mm（帶底殼）
（四） 報警門燈的選擇
報警門燈安裝在巡視觀察方便的地點，如會議室、餐廳燈地方。本次選用LD-8314作為報警門燈。其接線方式也為無極性信號二總線連接。
（五） PLC的選擇
本次選用三菱FXOS系列PLC作為控制器。其適應于極小模塊，廣泛用途的卡片尺寸的超小型PLC。 特別是直流電流與交流電源型相比，體積又進一步減少了一半，即使在以往安裝困難空間，也可以從容地安裝。
特點備有可自由選擇、豐富的品種可選用10/14/20/30點型。同時，根據電源，輸出形式，進行選擇。體積雖小卻具有令人心安的高性能。本次使用點數較少故選用FX0S-10MR-001即可。
FX0S系列的基本單元FX0S系列的功能簡單，價格便宜，適用于小型開關量控制系統，它只有基本單元，沒有擴展單元。清晰可見FX0s-10M其6個輸入點和4個輸出點。本次控制所需點數少，故選用此種最低檔次的三菱PLC合理。更深入查找三菱PLC技術參數，可以訪問三菱電機網站，對相關器件的手冊進行下載。
（六）人機界面的選擇
本次選用三菱GOT人機界面。型號GT1165-VNBA-C作為本控制系統人機界面方案，但實際應用應該符合經濟條件，因為GT1165-VNBA-C價格較貴，故若實際采用的話，可能不太符合經濟規律。此次只是作為方案論證，并在GT simulator 2 中模擬GT1165-VNBA-C的效果。實際工程，應該按照工程造價預算，合理選擇人機界面。8.4英寸TFT GT1165-VNBA-C AC機型 分辨率：VGA 640x480 顯示色：256色、內存：3MB內置CF卡接口。實際工程中，可以使用RS232將GOT與PLC進行連接。
三. 控制器的詳細設計
根據所選器件組成火災報警控制系統。
（一） PLC線路設計圖
根據設計需要連接PLC與各個部件，將探測器與X0連接、手動報警器與X1連接、復位按鈕與X2連接。將聲光報警器與Y0連接、將報警門燈與Y1連接、將消費設備與Y2連接、將連接消防聯動裝置與Y3連接。由于所選部件，大部分線制都是無極性信號二總線連接。故可以一端連PLC一端連COM。若有特殊需要，可以按照各個部件的使用說明，連接額外電源。GOT使用RS232與PLC連接。
（三） PLC的梯形圖設計
選用GX Developer 8.52作為編程及仿真工具。GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設計，網絡參數設定，可進行程序的線上更改、監控及調試，具有異地讀寫PLC程序功能。
（四） GOT的人機界面設計
本控制系統選用三菱的GT1165-VNBA-C作為人機交互界面。故使用三菱電機提供的人界面編程工具――GT Designer 2作為三菱GOT的開發工具。GT Designer 2是三菱GOT綜合性開發工具GT Works 2的一個重要組成部分。
四.結論
本文按照需要選擇了器件，并按照設計方案詳細設計了消防報警控制系統。展望未來，可以采用更先進的分布式探測器，更加智能的控制器來應用。但若想做到更符合用戶的以及最優化的選擇各個部件，可以使用PDM技術，做到產品與需求最優結合。
參考文獻：
【關鍵詞】多媒體教室，移動終端，管理
由于多媒體技術的不斷發展，相對應的計算機教學也逐步發生了改變，在教學過程中對于多媒體設備的需求也不斷的增大，而多媒體技術的應用相對應的帶來了多媒體設備的故障報修和及時的維修反饋提出了要求。為了增強多媒體教室的管理及電教設備的管理，使用一套針對電教設備管理的信息系統是有必要的。
而對于我校來講，隨著招生規模的不斷擴大，電教設備的需求量也隨之增大，與之相對應的就是對于電教設備管理的工作量也增大了，對多媒體教室的管理也提出了更高的要求。為了更好地對電教設備實現管理，需要一套適應時展的管理系統，特別是能跟上無線網絡發展的管理系統。
1需求分析
對于一個多媒體教室管理系統，首先要確定使用者，然后才能確定系統所需要的功能，對于多媒體教室的應用方面可以分為三大類別，第一類是使用者，包括教師和學生。第二類是設備維修維護人員，包括硬件維修人員和軟件維護人員。第三類是管理者，包括管理員以及該系統的版權所有人即最高管理員。
在與電教設備管理人員及相關人員溝通后，電教設備管理系統主要的功能用包括：用戶管理、設備購置管理、設備庫存管理、設備借用管理、設備維修管理、設備報廢管理、移動終端管理。
電教設備管理信息系統在設計和實現時應滿足以下非功能性需求：
（1）友好的人機界面。友好的人機界面首先應做到風格的一致性，如界面設計總體風格要一致：即所有窗口界面風格應該一致，如古典風格、現代風格、樸素典雅風格等。
（2）系統的快速反應。對于基于網絡的信息管理系統的反應能力是非常重要的，系統的反應能力主要為單位時間內系統所能處理的信息量，或者說在相同的硬件條件下系統回應用戶需求的時間要短。
（3）易擴充升級、易維護性。對于一個基于計算機和網絡的管理系統來講，計算機及網絡硬件、軟件的更新換代是非常快的，這就要求系統在設計時一定要實現容易升級、維護方便的特性。
（4）可移動性。利用無線網絡技術和移動終端實現移動辦公，真正實現設備管理的無紙化。
2系統設計
在設計和實現基于移動終端的電教設備管理系統時，實現的功能有：用戶管理功能、設備購置管理、設備庫存管理、設備借用管理、設備維修管理、設備報廢管理、移動終端設計等，系統的功能模塊圖如圖1所示。
通過以上實體分析及遵循相應的原則，本系統設計12個數據表，分別為用戶信息表、用戶權限信息表、部門信息表、設備基本信息表、購置計劃信息表、購置信息表、設備入庫信息表、設備出庫信息表、設備庫存信息表、設備借用信息表、設備維修信息表、設備報廢信息表等。下面給出部分數據表的字段描述。
3系統實現
管理員登錄系統后，點擊設備管理，進入設備管理界面，管理員可以根據需要管理的設備類別、設備狀態、設備名稱和所在教室號進行檢索，不檢索則默認顯示所有設備，并且對設備進行查看、修改和刪除。若需要添加新設備則點擊新增設備進行添加。若需要批量修改、批量刪除則選擇批量修改和批量刪除即可。
4結論
本論文主要介紹了如何搭建一個基于移動終端的電教設備管理系統，使高校的設備管理真正實現了無紙化辦公。按照科學性、實用性等原則提高了高校行政工作的工作效率，減少了工作開銷，具體實現了網上辦公系統的基本功能。
參考文獻：
關鍵詞：CC2530；SIM900A；云服務器；橋梁穩定性
中圖分類號：TP277.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）12-00-03
0 引 言
在橋梁工程領域，隨著各類自然及人為災害的增加，對橋梁穩定性監測和預警的要求也越來越高。目前，橋梁監測主要集中在橋面、橋墩等橋體的監測，而對于橋梁橋墩所在基質（基礎地質條件）的監測卻相對較少。基質是橋梁穩定的重要基礎，當基質經過流水沖刷，地質條件發生變化時，橋墩的穩定性會隨基質變化直接影響整個橋梁的穩定性。
本文設計了一個基于CC2530無線傳感網絡，利用GPRS通訊及云服務器的橋梁基質監測系統。實現了將監測所得的各橋墩基質高度數據上傳至云服務器處理并預警的功能。
1 系統簡介
系統設計包含物聯網層、承載網絡和應用層三個部分，其中物聯網層將CC2530作為基礎，設計監測基質高度的無線傳感器，每個橋墩都安裝一個傳感器作為ZigBee無線網絡的終端或中繼設備。協調器與SIM900A通過串口進行數據通訊，控制SIM900A連接GPRS，通過GPRS網絡發送數據至服務器或接收來自服務器的指令。系統基礎結構如圖1所示。
根據ZigBee網絡的特點[1]，網絡內使用短地址進行通訊，而重新組網后短地址可能會發生變化，系統設計使用CC2530的長地址（IEEE地址）作為區分唯一設備的ID，長地址為64位全球唯一識別碼，不會更改。服務器數據庫保存橋墩的長地址，每次終端注冊時數據庫更新長地址對應的短地址。物聯網層與服務器通訊簡圖如圖2所示。
系統設計一座橋只有一個協調器和GSM模塊，即一座橋只有一個確定的IP地址和端口。如圖2所示，系統要與某座橋的某個橋墩進行通訊的步驟為：查詢橋墩綁定的長地址――查詢長地址對應的IP、端口及短地址――往IP和端口發送包含短地址的數據――IP對應的GSM模塊收到數據――發送到協調器――通過短地址發送到終端。如此，系統即可實現服務器與多座橋不同橋墩傳感器之間的通訊。
2 系統硬件設計
2.1 基質監測傳感器設計
由于橋梁橋墩基質測量的特殊性，沒有現成的即方便又經濟的傳感器可以使用，論文以CC2530為核心芯片設計了一款綜合測量和無線通訊傳感器。傳感器采用磁環+普通的霍爾傳感器作為測量部分[2]，CC2530作為中控部分，磁環和塑料墊片相隔放置于一定長度的PVC管中，一個磁環和墊片的高度為5 mm，即測量的精度為5 mm。傳感器樣機如圖3所示。
圖中所示為橫向放置，正常安裝時為豎向安裝，傳感器底座和PVC管為一體，穿過CC2530電路板，兩者之間可以相互移動，當有位移時，電路板上的霍爾傳感器感應到變化則通知CC2530產生一次中斷，每產生一次中斷移動5 mm距離。傳感器在橋墩上安裝的示意圖如圖4所示。
由圖4可知，無線傳感器的CC2530部分與大鋼管為一體，安裝固定在橋墩上，底座、PVC管同小鋼管固定，PVC管穿過CC2530的感應器，小鋼管套入大鋼管內，底座沉入水底與基質接觸。當基質高度降低時，小鋼管跟隨降低，當降低高度達到分辨率5 mm時，CC2530產生一次中斷，系統監測到高度變化后，傳感器計算當前高度，將高度數據通過協調器發送到服務器。
2.2 協調器設計
協調器電路設計與常用CC2530電路設計類似，加入SIM900A模塊，利用串口與協調器通訊。其樣機如圖5所示。
2.3 供電設計
考慮到設備都在戶外運行，系統設計協調器和傳感器都采用太陽能板+蓄電池的供電模式。
3 CC2530程序設計
根據系統功能，程序設計分為協調器程序和無線傳感器程序兩個部分。無線傳感器可以作為終端或中繼使用。
3.1 協調器程序設計
協調器主要用于數據處理，組建ZigBee網絡，接收橋墩的監測數據并通過SIM900A發送到服務器，接收服務器的控制查詢數據并將數據下發至終端或中繼設備。程序主要分為組網、串口通訊、無線通訊三個模塊。
在組網程序方面，協調器運行Z-Stack協議棧與終端或中繼設備組網，該部分程序只需在Z-Stack協議棧[3]基礎上稍做修改即可。
串口程序的設計主要使用AT指令與SIM900A模塊進行通訊。通過程序設計，讓CC2530根據AT指令模式發送和接收數據并判斷命令類型，實現GPRS連接和數據傳輸。與服務器間的數據通訊通過UDP實現。
無線通訊程序主要接收處理橋墩終端上傳的數據，包括注冊、心跳、高度數據、報警等，將數據按照協議格式通過串口和GPRS發送至服務器。處理串口轉換過來的相關指令并發送至橋墩終端。協調器端程序流程圖如圖6所示。
3.2 終端傳感器程序設計
終端傳感器的主要功能包括與協調器組網通訊，接收協調器指令進行查詢、設置基質初始高度等，監測基質高度變化，并將變化后的高度數據發送至協調器。按照功能區分，將終端程序的設計分為組網程序、傳感器程序和無線接收處理三個模塊。傳感器端程序流程如圖7所示。
圖7 傳感器端程序流程
終端組網程序同樣使用Z-Stack協議棧，在協議棧的基礎上稍做修改，組網時讀取短地址和長地址并發送到協調器。
傳感器程序主要利用I/O口中斷，每中斷一次表明基質高度發生5 mm變化，程序根據初始設置高度值計算當前高度并上報至協調器，若短時間內高度變化過快則發送報警指令等。
無線數據處理模塊主要處理來自協調器的指令，包括查詢、設置高度等指令。程序接收到指令后，根據協議做相應的處理。此外，程序還設計了1分鐘定時向服務器發送心跳的功能，以表明設備在網，方便服務器處理。
4 云服務器功能設計
云服務器是系統運行的核心部分，論文所用系統將阿里云的云服務器作為基礎，設計數據庫和應用，實現橋梁基質的實時監測。云服務器主要包含數據庫設計，網絡通訊設計和應用層設計三個模塊。人機界面設計如圖8所示。
數據庫設計使用SQL Server2008進行數據管理，根據系統功能數據庫保存橋梁各橋墩傳感器的長地址和短地址，保存每座橋梁SIM900A的IP地址和端口及每個橋墩的高度數據等。
網絡通訊設計主要用于服務器跟橋梁和橋墩傳感器之間的通訊。論文使用UDP完成，根據設計的通信協議以及數據庫功能保證通訊正常進行。通訊指令包含注冊、心跳、高度數據、設置、報警等類型。
應用層設計主要是人機界面設計。論文采用地圖供應商提供的接口[4]，將監測的橋梁以地圖模式顯示，此外，還包括設備綁定、查詢、報警等功能。
圖中左側為各橋梁以及橋墩的信息，中間為當前橋梁的地圖位置，下方為橋梁各橋墩的基質高度信息。菜單包括綁定傳感器、設置等功能。
5 結 語
本文設計了一種監測橋墩基質高度變化的傳感器，利用ZigBee網絡+云服務器實現了實時監測橋梁橋墩基質高度變化的功能，系統設計友好的人機界面將監測數據進行直觀展現，系統無需人工值守即可實現遠程實時監測、報警等功能。目前，該系統已在麗水市宣平港大橋投入測試階段，測試期間系統穩定，各項功能均正常運行。
參考文獻
[1]王東，張金榮，魏延，等.利用ZigBee技術構建無線傳感器網絡[J].重慶大學學報（自然版），2006，29（8）：95-97.
[2]吳志紅，管志華，朱元.基于Modbus協議的線性霍爾傳感器編程器設計[J].物聯網技術，2011，1（6）：52-55.
[3]曾寶國.Z-STACK協議棧應用開發分析[J].物聯網技術，2011，1（3）：71-73.
[4]丁振中.利用百度地圖接口建立人社自助服務一體機導航地圖[J].電腦編程技巧與維護，2015（4）：88-90.
[5]林元乖.基于物聯網技術的休閑農業智能監測與培育系統[J].物聯網技術，2014，4（5）：78-79.
[6]吳昊，彭懋磊，張亦梅.基于STM32和ZigBee的臺站觀測環境監測系統設計[J].物聯網技術，2016，6（11）：54-56，60.
關鍵詞：生產現場 無線 數據采集終端 造型設計
0 引言
根據數據采集器的用途不同，可將其分為兩類：有線數據采集器和無線數據采集器。無線數據采集器是為適應現場數據采集和掃描笨重物體條碼等脫機使用場合而設計的。無線數據采集器主要用于生產制造、倉庫管理、銷售竄貨追蹤、企業資產管理[1]等領域。隨著生產過程、管理、裝備信息化步伐的加快，生產現場數據無線采集終端將得到快速的發展[2，3]。國外應用于生產現場的無線數據采集器主要有具備存儲功能的手持數據采集器、無線條碼掃描器及數據采集器、led生產管理顯示看板[4]等；國內這種產品還很少。而且面對眾多的零、部件加工車間大量的現場數據實時控制如何進行；不同層面上的制造與管理人員如何能實現更好地在線溝通；現場的操作方式與持握方式怎樣？等等，這些問題在現有國內外的產品中均沒有得到綜合的體現，本設計正是針對上述問題展開，從實現在制造物流中的順利、快捷、體現個性的溝通方面進行了探索。
1 產品形態設計
根據應用人群為工廠中的工人和管理人員，產品必須賦予抗摔防震、耐臟的功能，所以在產品形態設計上必須給人予結實有力、渾厚大氣的感覺，作為工廠的建設者還應體現出產品的尊嚴，體現持握產品的人的象征感，這種感覺使他帶著自信和積極認真地態度去迎接每一份工作，故本產品并沒有采用一般工業產品的儀器使用的象征感覺。采用富有個性和流行時尚感的造型設計，增加了造型的親切感與使用的舒適感，一種當家作主和被尊重的感覺。在顏色上采用易耐臟并且流行的有時尚感的銀灰色和給人以穩重感的深藍色。
2 產品持握方式設計
根據生產現場數據采集的特點，在生產現場的工位、檢測點、材料、工具的出入口以及巡檢人員等配置生產現場無線數據采集器，實現作業現場數據實時采集與通訊。
對于生產工位的工人，一般雙手經常處于工作狀態，為了不影響工作效率，又能實時傳遞生產信息，所以將采集器設計成戴在的胳膊上，并盡量靠近頭部，用語音輸入生產現場物流傳遞信息，在技術交流和臨時通知方面提高效率
對于工廠管理人員，可以采用手持、戴在胳膊上兩種方式。手持時，在生產現場通過掃碼器快速識別各種部件，靈活地運用語音、鍵盤、掃碼等功能實現實時的數據在線通訊。
鍵盤采用推拉式，屏幕顯示方式可以實現縱橫向切換。
3 無線數據采集信息界面設計
在操作方式的選擇上，避免觸摸屏操作易出錯、壽命低、成本高等缺點，采用按鍵方式。
人在進行操作機器時，主要受價值和動機目的支配[5]，在設計中要考慮人視覺、思維、動作的習慣過程，使操作界面的設計符合人的日常習慣，使產品容易掌握和不易出錯。為了減少操作的不確定性，按鈕的設計采用不同執行操作發出相應的聲音和光的變化，以增加人們的操作信心與可駕馭感。
在數據采集的過程中，可能會遇到同一種零部件重復讀入的情況，還有可能是同一種零部件，由于不在同一個位置所導致的重復錄錄情況。在進行易出錯界面設計時，根據用戶的使用出錯頻率改進設計。對輸入數據的域值進行設定，當輸入值大于該值時就要對操作員進行提醒，使之盡量減少出錯的發生。
3.1 數據采集的信息界面設計 在界面設計時，設計師不應當提供過多的選擇可能性。錄入時只需輸入被采集物品的編號，填上數量即可完成采集。如圖4所示。并根據被采集件輸入的頻次，決定檢索的次序，使專用部件的搜索快捷、方便。如有臨時添加的信息，通過語音輸入與求助鍵配合使用，使物流實現準確快捷的傳遞。整機的物流識別可采用條碼掃描錄錄。數據采集器的操作程序可根據實際的需要進行編制，充分考慮操作使用過程的方便、靈活和通用性。
3.2 數據傳送的信息界面設計 數據傳送功能有數據的下載和上傳。
數據下載時通過要件按鈕將需要數據采集器進行確認的零部件信息從計算機中傳送到數據采集器中
數據上傳時將采集到的零部件數據通過發件按鈕將數據傳送到計算機中去。
數據采集器的菜單，可以將所要完成的系統功能加入，如：零部件入庫、出庫、補貨和盤點等。同一批數據， 既作為入庫數據又作為出庫數據，給操作帶來了方便，減少了數據的再次讀入。
4 耐用與節電功能設計
為了防護采集器的屏幕，在采集器的兩側和中間屏幕部分裝有減震功能的防震橡膠，可承受一般的撞擊，即使跌落在地板上，也能正常運作；自動的省電運行模式設計，10秒無操作自動進入省電運行模式，按任意鍵自動“喚醒”。所以，使用兩節普通7號電池能正常使用達一個月以上。
5 小結
占領某領域的市場有兩種途徑，一是在激烈的競爭中靠實力取勝；二是去發掘別人尚未發現的市場，無論哪種方法市場細分定位以及對目標人群的調查了解都是相當重要的。當今時代，消費者心理普遍要求產品符合自己的身份品位。只有了解消費者的特征和消費心理需求，才會有準確的市場定位，產品上市才會受歡迎。中國是工業大國，尤其是東北是我國的老工業基地，怎樣在能提高工作效率，作業質量以及使管理更加系統化是刻不容緩的問題。
在設計開發過程中加強對市場和目標人群的分析及研究，提高設計師對市場的敏銳洞察力。抓住市場同時還要重視產品的使用功能是否體現的人性化程度，產品款式造型和色彩是否符合現代人審美需求的水平。只有這樣才能全面提高產品的市場競爭力，設計出成功的產品。
參考文獻：
[1]vcans公司.固定資產管理條碼解決方案.
/asset.htm，2006-05-03
[2]通信世界.rfid技術有望在3-5年內成為新利潤增長點.
/artsys/newslist.asp?id=333&classid=3&nclassid=2.2005-10-8.
[3]上海條碼網./pshu_index.htm.2006-
05-03.
[4]上海力象電腦有限公司./systems/lx
wm.htm，2005-04.
【論文摘要】自然界是最偉大的造型師，其豐富的有機生命形態，有助于塑造造型設計的形式語言，使設計師能從這些精妙的有機生命形態中，獲取靈感，以仿生的方式進行發明創造和產品的創新設計。仿生設計的應用，能夠強化產品的動態美，突出產品的個性，增加人與產品之間的精神互動，使產品具有意象美和意蘊美。本文主要從仿生學、仿生設計學、仿生設計在工業設計中的應用以及仿生設計的未來等幾個方面來闡述仿生，倡導工業設計師在仿生設計學的指導下，創造人、機、自然和諧共生的生存空間。
對設計師而言，自然界豐富的自然生命形態是個取之不盡、用之不竭的設計資料庫。這些自然生命形態經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。如將其融入新型包裝，原來的幾何線條將逐漸演變為柔和圓潤﹑厚重飽滿的有生命的線條，產品被賦予了“動”的神態。而且，仿生設計有利于突出產品的個性，尤其是當今的信息時代，人們對產品設計的要求和過去不同，既注意功能的優良特性，又追求形態的清新、淳樸，同時注重產品的返樸歸真和個性。
提倡仿生設計，不但能創造出功能完備、結構精巧、用材合理、美妙絕倫的產品，同時還賦予產品形態以生命的象征，讓設計回歸自然，增進人類與自然統一。
一、仿生學與仿生設計學
仿生是高科技的代名詞，它是指運用尖端的科學技術，來模仿生物的各種官能感覺和思維判功能，更加有效地為人類服務。各國都在不遺余力地加大在仿生學方面的研究。[1]
仿生設計學作為人類社會生產活動與自然界的鍥合點，使人類社會與自然達到了高度的統一，正逐漸成為設計發展過程中新的亮點。自古以來，自然界就是人類各種科學技術原理及重大發明的源泉。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在，它們在漫長的進化過程中，為了求得生存與發展，逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類運用其觀察、思維和設計能力，開始了對生物的模仿，并通過創造性的勞動，制造出簡單的工具，增強了自己與自然界斗爭的本領和能力。
藝術設計領域的仿生設計兼具自然科學和社會科學的特點。首先，它是一種新的途徑和方法，具備社會科學的思辨性與形而上學的特點，并與美學、藝術理論等緊密聯系。此外，它又具備自然科學的邏輯性、科學性、系統性和實證性，與空氣動力學、流體力學、人機工程學等研究相輔相成。最為重要的一點是，它具備藝術科學的屬性，是環境科學、生態科學在藝術領域的延伸，也為形態學、語義學、符號學的發展指出了一條新路。[2]
二、仿生在工業設計中的應用
歸納現代工業設計中的仿生，其主要表現在以下幾個方面：
1、形態的仿生
形態從其再現事物的逼真程度和特征來看，可分為具象形態和抽象形態。
1）具象形態的仿生
具象形態是比較逼真的再現事物的形態。由于具象形態具有很好的情趣性、可愛性、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。
2）抽象形態的仿生
抽象形態是用簡單的形體反映事物獨特的本質特征。是一種虛幻的，不實的形。抽象形態的仿生具有形態高度的簡化性和概括性，形態豐富的聯想性和想象性，同一具象形態的抽象形態的多樣性這三個主要特征。同時在應用于產品開發時，具有生產便捷，產品形態多樣化，滿足不同層次的顧客等優點。
2、功能的仿生
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境斗爭進化的結果。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飛快發展的時代，學習和利用生物系統的優異結構和奇妙的功能，已經成為技術革新和技術革命的一個新方向。[3]
例如，科學家根據蜻蜒的飛行原理研制成功了直升飛機；根據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；又如根據蛙眼原理，科學家利用電子技術制成了雷達系統，能準確快速地識別目標；根據螢火蟲100%的光能轉化效率原理，人類制成的冷光源，將其發光效率提高十幾倍，大大節約了能量。
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，隨著仿生技術的發展，各種仿生發明會源源不斷地被應用到人類的生活中來。
3、結構和材料的仿生
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構和肌理中也得到不少啟發。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秉的組織方式與運行模式。有的結構精巧，用材合理，符合自然的經濟原則；有些甚至是根據某種數理法則形成的，合乎“以最少材料”構成“最大合理空間”的要求。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，這些結構與近代數學家精確計算出來的菱形鈍角109°28′和銳角70°32′完全相同，是最節省材料的結構，且容量大、極堅固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構造用各種材料制成蜂巢式夾層結構板，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、人造衛星等的理想材料。
因此，工業設計師要積極地關注仿生發明中精巧的結構和奇特的材料，并且巧妙地應用這些結構和材料，結合市場的需求創造出人們需求的產品，同時也要細心的觀察自然，提煉自然的精妙，提出更多的構想，為科學家的探索提供更多的思路，從而創造更有價值的仿生成果，為人類創造更加精美更加豐富的產品。
4、界面仿生
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。
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，同時也包括與生產的接口，即材料運用、科學技術的應用等等。這一界面的仿生側重于功能、結構和材料的仿生，它反映著設計與人造物的協調作用。
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。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揮。這一界面的仿生側重于用形態、色彩、肌理等引發心理情感，體現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系。
三、未來工業設計中仿生的前景
中國未來的工業設計必須以創意與革新為首要條件，唯有真正好用且務實的商品才能在市場上脫穎而出，讓消費者感到貼心且實惠的產品方是企業制勝的絕佳利器。今天，我們生活在科學技術飛速發展的時代，學習和利用生物系統的優異結構和奇妙的功能，已經成為技術革新和技術革命的一個新方向。許多事實說明，仿生設計學是發展新技術的金鑰匙。
總結
綜上所述，運用仿生性思維進行設計，不僅創造功能完備、結構精巧、用材合理、美妙絕倫的產品，而且賦予產品以生命的象征，讓設計回歸自然，增進人類與自然統一。因此，工業設計師要學會師法自然的仿生性設計思維，創造人、自然、機器和諧共生的對話平臺。
【參考文獻】
[1]倪海曙《視覺和仿生學》[M]，知識出版社，1985。
關鍵詞：工業設計；人機工程學；理論；技術；應用
1人機工程學發展概述
1.1人機工程學的概念和發展歷史
人機工程學是研究人、機、環境之間相互作用的學科，其研究目的是使機械系統或者人機環境系統能夠在最大程度上符合人類的形態以及生理、心理的特點，保證人們可以利用機械設備安全、舒適并且高效地進行各種活動。人機工程學涉及心理學、醫學等多個領域的知識，著重研究人和機器的相互關系，從而提高人機整體的工作能力。人機工程學從人學會制造工具開始就已經存在，具有悠久的歷史，不過人機工程學作為一項獨立學科出現只是20世紀的事情。人機工程學的發展歷史主要分為三個階段：第一階段是人適應機器的階段，在這個階段主要是進行人機匹配，通過對人進行各種訓練使人達到使用機器的水平。第二階段，機器適應人的階段，在這個階段英國成立了人機工程學學會，標志著人機工程學成為一門專門的學科。在此階段由于機械越來越復雜，對人進行嚴格訓練也很難使人們達到適應機器的水平，因此研究者將更多的精力放在了機器適應人的研究當中。第三階段，是以人為中心的系統階段，人們將人、機和環境視為一個整體進行系統研究，并將許多新興的科學理論，如系統論、信息論等應用到了研究之中，著眼于為人類創造更舒適、安全并且高效的工作環境。進入21世紀，人機工程學快速發展，人機交互技術更是被各個國家視為重要的研究內容。
1.2人機工程學在我國的發展
人機工程學在我國的研究歷史并不長，直到20世紀80年代我國才正式對人機工程學進行研究。隨著人機工程學在我國的快速發展，我國研究人員對于其的研究逐漸側重于人機工程學的實際應用，如人機界面設計、作業環境及安全設置問題和操作者的疲勞程度等方面。根據近些年來我國研究人員在科學刊物上發表的論文來看，我國的人機工程學研究主要集中在工業技術、醫藥衛生、交通運輸以及自動化、計算機技術等領域，這些領域的人機工程學相關論文占到了總量的一半以上。
1.3人機工程學在工業設計中的作用
人機工程學在工業設計中起到的主要作用是為工業設計提供科學依據，人機工程學在人、機和環境的相互關系上的研究進展，使工業設計在人機關系的設計上有了可靠的依據。在工業設計的策劃和調研階段，研究人員需要對與人相關的人機工程學數據做研究，這也是工業設計中最需要人機工程學理論的階段。在工業設計中通常利用人機工程學理論對設計的產品進行改良。例如，人機工程學被利用于電腦鍵盤的設計之中，通過人機工程學的理論對鍵盤的布局、主鍵盤、數字符主鍵盤等的位置進行改進，從而使鍵盤的設計更加人性化，使人們提高了使用鍵盤時的效率。利用人機工程學理論可以完善目前許多多媒體控制臺的缺陷，通過對控制臺的結構、形狀等條件進行理論分析，建立了一種坐、立兩種姿勢都可以使用的多媒體控制臺，方便人們的使用，促進其使用效率的提升。
2工業設計中人機工程學的應用方法
2.1工業設計中常用的人機工程學方法
在工業設計中有許多人機工程學方法被應用，其中常用的方法有人體參數法、調查方法和模型方法等。人體參數法，主要是指設計人員根據人體的身體各方面的數據，如尺寸數據、結構數據和身體機能數據等對設計的產品進行改進，以提高產品對人的適應程度。調查方法，主要是指設計人員根據產品設定的銷售人群進行人體的特征以及習慣的調查，從而改良產品的屬性。模型方法，是指設計者通過利用計算機等技術構建三維模型的方式來測試產品是否符合人體工程學的原理，以便對產品的設計進行修正。下面將對人體工程學在工業設計中的具體應用進行簡單的分析，我們以頭腦側面建立方法為例。首先，設計者對產品所面向的人群進行定位，并分析用戶的群體屬性，如年齡、學歷、文化背景等，然后對用戶處理數據的過程進行分析，通過分析結果確定產品信息的表示層次和方式，并由此來確定產品的形狀、大小等參數，并對產品強調的信息、顏色等條件進行設定，最終確定產品的設計對應關系，之后對設計內容進行評價和驗證，對設計內容進行修改和測試，最終確定整個設計體系。
2.2設計心理學理論的應用
設計心理學是工業設計中人機工程學應用的新理論，它基于心理學，是一門將人的心理狀態及需求和產品設計聯系在一起的一門科學，其研究目的是使實際的產品更加符合人們的心理需求。因此，這門學問不僅會研究設計對社會上潛在的消費人群的心理影響，同時也會研究設計者在設計過程中的心理變化，并將這些心理都反饋到設計之中，從而使設計更加符合人們的心理預期。這種理論的調查方式有很多種，如心理描述法、抽樣調查法、訪談法和觀察法等。筆者認為可以將虛擬現實技術應用到人們對設計的心理反應上，這種方式可以讓人們對設計了解得更深入全面，得出的心理反應結果也更為準確。在設計中注重人心理的研究，是人機工程學在工業設計中應用發展的新趨勢。
2.3計算機輔助人機工程設計方法
計算機輔助人機工程設計技術涉及計算機技術、人機工程學、生理學、工程技術等多種理論和技術，其中虛擬人體模型的方法是其在工業設計中主要的應用方法，通過虛擬人體模型技術可以讓人們對設計進行更好的評測，使相關設計取得更好的效果。計算機輔助人機工程設計應用到工業設計中有許多優勢，如可以在設計前期對設計的方案進行評測、縮短制造的周期、降低成本，還可以減少返工的概率。尤其是在一些危險領域，其中的實驗項目具有很大的危險性，如汽車碰撞實驗，此時計算機輔助人工設計就可以發揮作用。
3人機工程學的研究和發展趨勢
目前，人機工程學發展趨勢更加注重其實際應用。隨著社會的不斷發展，工業設計的理念也在不斷發展，設計者從以往注重設計產品的形式，到現在更加注重人對產品的情感體驗，給人機工程學提供了更廣闊的利用空間。在人機工程學的理論研究上，人們開始注重研究感性工學，并基于新時代的背景，提出了“人機工程教育學”以及“參與式人機工程學”等新的理念，同時虛擬現實技術也是人機工程學研究的熱點方向，其在人體工程學和工業設計中有很大的研究價值。在未來，人機工程學還會呈現出多學科交叉的趨勢，涉及管理學、教育學、心理學和計算機科學等多種科學領域，并在設計師和使用者的心理研究方面繼續探究，使設計出的產品為人們提供更加豐富的情感體驗。
4結語
人機工程學經過幾十年的發展，形成了比較成熟的理論體系，也出現了多種應用方法，對工業設計的發展起到了重要的輔助作用，促進了工業設計的不斷發展。隨著科學技術的不斷發展，人機工程學理論不斷的完善，工業設計也逐漸向人性化、情感化方向發展，使人們擁有越來越好的產品體驗。
參考文獻：
［1］盧兆麟，湯文成.工業設計中的人機工程學理論、技術與應用研究進展［J］.圖學學報，2009，30（6）：1-9.
[論文摘要]:車間監控層中生產數據的及時采集與更新[3] 是保證煙廠“計劃”與“生產”密切配合的關鍵。本文通過Flex Builder軟件及web服務技術模擬建設卷煙廠卷接機組濾棒成型監控機人機監控畫面及實施了數據采集的實時仿真。
1 引言
隨著市場經濟的不斷發展與完善，以及工廠信息化建設的快速發展。卷煙企業車間監控層就成為煙草行業企業信息化工程的基礎[7]，應用網絡實現對生產作業過程中產生的大量的實時數據的自動化快速收集，并對實時事件及時處理，同時又與計劃層保持雙向通信能力，從計劃層接收相應數據并反饋處理結果和生產指令，有效地解決了制造企業對生產現場作業管理的難題，為企業創收做出了巨大的貢獻[4]。本文在此基礎上，通過項目實例介紹了flex Builder在卷煙廠濾棒成型監控機建設上的應用。
傳統的BS架構的監控系統客戶端處理數據的能力并不強，對服務器端的依賴很大，而實時監控需要在客戶端與服務器之間頻繁傳遞數據，并且服務器同時也要把顯示的頁面傳回給客戶端，這將增大服務器的負擔。針對此問題系統以Flex作為表現層，不僅提高了客戶端處理數據、展示數據的能力，同時服務器端與客戶端傳遞的只有數據而沒有傳統的頁面，界面的布局變化完全由客戶端執行處理。
2 系統結構
SHAPE \* MERGEFORMAT
Flex應用程序框架[1]由MXML、AcitonScript 3.0及Flex類庫三部分組成，開發人員利用MXML及ActionScript編寫Flex應用程序，利用MXML定義應用程序用戶界面元素，利用ActionScript虛擬機(AVM)定義客戶端邏輯及程序控制，而將Flex類庫中包含的大量的組件、管理器及行為等作為輔助，來加快整個開發的進程，程序編寫完成后，通過Flex編譯器將其編譯為字節碼，最終形成以.swf為擴展的可執行的二進制文件。本文采用Flex框架作為表現層和數據交互引擎，充分利用其客戶端運算能力和客戶端緩存能力，從而減輕了服務器的負擔，減少了響應時間和傳遞的數據量。在此基礎上構建了一個B/S結構的卷接機組監控系統，其中人機界面與PLC的通訊采用MPI方式[2]。如圖1。
(1) 串口通信層：在系統與主控機之間使用VB串口通信（采用的是RS-232串口標準）實現數據的交互[6]。VB串口通信層對濾棒成型機提供的數據進行解析，并以特定XML文件格式保存數據于服務器，供Flex端讀取并進行分析和處理，同時Flex端根據數據結果實施相應的動作。
(2) 表現層：即Flex制作的用戶界面，以web瀏覽器的形式展示。將相關業務邏輯和數據處理交給客戶端來運行，減輕了服務器的壓力，使服務器只用來進行相應的人員數據傳輸和讀取原始描述濾棒成型機狀態信息的XML文件[5] ，加快了系統運行速度。
(3) 業務邏輯層：通過Servlet處理Flex的請求，讀取濾棒成型機狀態信息XML文件，并返回于客戶端；負責響應請求、記錄日志、讀取或保存相關數據。
(4) 數據層：由多數據服務器構成，主要有：日志檔案文件、濾棒成型機數據設置信息數據庫、濾棒成型機歷史信息數據庫、濾棒成型機實時狀態信息文件的存儲、管理和維護。
3.1功能界面設計
SHAPE \* MERGEFORMAT
車間監控層由多臺PC組成，它的主要功能是：一是提供車間級集中監控界面；二是采集現場層的數據，存入本地數據庫；三是為一級監控系統提供數據接口。根據現場層提供的數據采集接口技術的開放程度，監控機建設有兩種方案:a.在通用監控軟件商作二次開發，b.由設備供應商提供監控系統。本文設計的KDF2濾棒成型機的監控主頁面如圖2所示。最下面一排十一個按鈕，每個按鈕點擊進入一個子頁面，雖然各個模塊界面元素不同，但數采功能的原理是一樣的，因此本文就不一一做說明了，只對主頁面進行數據仿真。
3.2 模擬現場監控數據仿真程序設計
3.2.1 Flex與XML通訊
Flex在建立一個項目并在項目里添加項目MXML文件(MXML是XML格式的標記語言，主要用于編寫用戶界面，也用于聲明一些非界面組件)后，系統自動生成一個文件頭
在實際卷煙生產操作中控制濾棒成型機的PLC組件發送XML字符串，字符串格式為，再此，便于模擬仿真，我們通過實際數據點從PLC讀取數據，并將XML字符串轉換成getflashdata/文檔，此文檔是一個以aspx為后綴名的XML文檔，通過文檔中的data id值與Flex中各標簽label的id名稱相對應，從而取得機器上的數據信息。比如說上圖中”溶膠室:87.4 ℃中87.4為一label，而此label的id值為main_label3，那么我們的getflashdata/文檔中也要有一個id值為main_label3值與之對應，才具備了數據仿真的基本條件。并且要在Flex后臺source中定義一個讀取xml字符串的事件，代碼如下：
① 定義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 將Flex中label的id與XML中的id對應
public function ShowXml():void{ //label id
XML id
txt2label("main_label3"，" main_label3");}
③ Flex以HTML頁面作為客戶端，運行在Web瀏覽器之中，實時數據監控采用異步更新，在不刷新頁面的情況下顯現數據實時更新，大大節省了服務器資源，代碼如下：
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，并將文件存儲于項目中的bin-debug文件夾下，以下即為getflashdata/文檔主頁中的需要從控制濾棒成型機的PLC上接收的XML字符串內容：
3.2.2 使用HTTPService獲取XML
通常所需的 XML數據是動態的而不是靜態的，直接來自于濾棒成型機 ，這時可以通過HTTPService來獲取所需的 XML動態數據。可以選擇使用ActionScript或MXML來創建HTTPService類 ，它們是等價的 ，因為 Flex本身是作為ActionScript的類來實現的。可以通過 GET或 POST方式發送請求到一個 URL，對指定的URL產生一個異步調用 ，然后處理這個請求并將數據返回至 Flex中。通過指定的URL， HTTPService對象可以訪問靜態的或動態創建的 XML，動態創建的 XML可以由 Java、 .NET、 PHP、 ColdFusi on或其它任何服務器端技術產生。最終結果返回給 Flex并存儲在 ActionScript對象當中 ，當然可以在MXML標簽內使用屬性resultFormat來指定返回數據的格式。下面的代碼使用Flex的MXML標簽來從指定的URL獲取XML數據。
result="handleResult(event)" fault="handleFault(event)" resultFormat="e4x">
ptdetail 6
到此軟件部分要實現的基本仿真程序就編寫完成了，運行程序之后，將在瀏覽器中看到如圖2中中間界面部分所示的頁面內容，當在getflashdata文件中更改main_label3的value值并保存時，我們會看到，web瀏覽器中頁面上溶膠室后面的溫度數值也會變成mian_label3的value值，并且并未刷新頁面，有效地實現了異步更新的監控仿真功能。
4 小結
本文簡要介紹了下Flex Builder建設卷煙廠監控機監控系統中的特點、系統架構[8]，并做了簡單的系統仿真。Flex強大的功能大大提高了客戶端處理數據、展示數據的能力，同時軟件設計較傳統的客戶端服務器設計架構簡單，操作方便，可以多工控軟件兼容，可在原有工控軟件的基礎之上進行二次開發。本文只是做了卷煙廠監控子機的小小仿真，為Flex在更大項目工程中的應用拓展打下了堅實的基礎，有著良好的開發應用前景。
參考文獻
[1] 陳顯軍，魏祖寬 基于Flex的XML數據通訊與應用研究[J].計算機與現代化，2008(3).
[2] 王聲決，熊剛 廠企業內部網的設計與實現[J]工業控制計算機，2003，(J)
[3] 接到良，煙草企業自動數據采集系統的研究與實踐[J]自動化儀表，2006第27卷第3期
[4] 歐金成. 組態軟件的現狀和發展[J]工業控制計算機，2002，(4)
[5] Chafic Kazoun，Joey Lott. Programming Flex2，America： OReilly，2007
[6] 李長林. Visual Basic串口通信技術與典型實例. 清華大學出版社. 2006
[關鍵詞] UML QFD 需求分析
一、引言
開發軟件系統的工作首先便是獲取系統需求并進行需求分析，需求分析是軟件開發生命周期的第一個階段，它貫穿于整個開發生命周期，是軟件系統開發中的關鍵問題。但至今需求分析仍是軟件系統開發中最復雜、最困難的過程之一。表現在1.需求獲取困難。軟件需求獲取中缺乏領域知識的問題常常是模糊的、不精確的，而需求獲取及分析偏向創造性思維活動，其過程讓第三者難以理解；2.需求分析不完整。是軟件開發失敗的主要原因之一；3.需求建模較復雜。在軟件需求中混雜著各種各樣的需求，功能性需求與非功能性需求錯綜復雜的聯系，以及當前對非功能需求分析建模技術的缺乏都大大增加了需求建模的復雜性。如何有效地分析客戶需求并映射到系統設計開發過程，實現系統需求的跟蹤管理和控制，是軟件系統開發中的重要課題。
針對需求分析中存在的困難，提出了一種基于UML的QFD需求定量分析方法，把UML用例建模應用到軟件需求分析中，用作為需求獲取和分析過程可視化，以及建立可視化模型的工具，利用QFD客觀地使需求項目層次化，可視化和充分化，從而降低需求建模的復雜性。同時給出一個需求分析框架，使該方法具有較強的可操作性。
二、UML需求建模
UML（Unified Modeling Language） 是一種通用的可視化建模語言，它支持從需求分析開始的軟件系統開發的全過程。在軟件系統需求分析中可通過用例圖對系統的需求進行分析建模。UML 作為一種強大的圖形化建模語言，是理想的需求描述和建模分析工具，對大規模的、復雜的、不斷變化的用戶需求有著很強的控制力。
用例（USE CASE）是系統執行的一系列動作，通過這些動作能獲得對參與者(Actor，包括客戶、用戶和開發人員等)有價值的結果。
1.用例與需求的關系。用例體現參與者需要系統完成何種操作，強調實現用戶的真正目標，以一種簡單而有效的方式表達系統的行為，更體現系統對用戶的價值，把需求書寫者的注意力從程序員關心的系統功能列表，回到用戶需求上。
需求分為業務需求、用戶需求、軟件需求三個層次，如圖1所示。需求工程應該從上向下，從宏觀到微觀，且循環迭代補充完整。
在UML中，軟件需求定義為“系統所需的特性、屬性或行為”。軟件需求就是系統必須遵循的條件和所具備功能的陳述，它們都是可以觀察的外部系統行為規范，它表明了用戶或者另一系統要求調用系統必須完成的工作，因此這些需求必須是詳細且明確的，同時軟件的需求又可以明確地指導系統的實現和測試工作。
用例圖關注的是系統功能高層次的形狀，而不關注系統的具體實現方法，它著重從用戶的角度描述系統功能，適用于系統的需求分析階段，是系統的核心，驅動著其他模型的開發。
系統所有的參與者和所有用例組成用例模型，用例模型幫助參與者在如何使用系統方面達成共識，參與者在與用例進行交互時使用系統。一張用例圖描述部分用例模型，顯示帶有關聯關系的用例和參與者的集合。用例建模得到的功能需求明確規定了參與者執行的特定任務，使用戶能清晰看到系統提供的有價值操作，有效地降低待開發系統的復雜度，幫助人們理解復雜的問題。
2.使用用例進行需求分析。在軟件需求分析過程中，需求一般可以分為兩類：功能需求和非功能需求。功能需求是系統必須能夠實現的系統行為，而不需要在條件中加入物理約束，它指定了系統的輸入和輸出行為；非功能性需求指定了了系統必須具有的其他性質，描述的是系統的特征或者系統的環境特征。
在使用UML進行需求建模時，通過用例圖從用戶目標和系統交互功能兩方面來分析。在軟件系統開發的過程中，客戶先給了項目組《用戶需求書》，其中描述了業務需求和用戶需求，主要內容是用戶希望的系統功能，然后由需求小組進行需求獲取和需求分析。用例將軟件需求放在環境中，將功能性需求放入實際操作的用戶環境中，當系統與用戶或其他系統交互時，可以描述系統的行為。
(1)用例的提取。通過《用戶需求書》，對領域內的相關詞法進行分析，將用戶和客戶的需要作為需求，篩選出有效的備選需求，將功能性需求表示為用例模型中的用例，其他的需求放到一個單獨的列表中，以待在質量功能展開時進行分析，同時對用例圖中的用例進行語義描述。
(2)建立需求用例模型。用例模型是所有用于描述指定系統的用例、參與者和用例―參與者關聯關系的組合。在UML中用例模型是這樣定義的：用例模型可用于描述系統的功能性需求或者用例的其他分類。在軟件開發過程中，使用模型對現實進行簡化、概括，從而可以加強對真實構建系統的理解。
通過用例描述發現用例之間的關系，在用例圖中描述出來建立用例模型，對用例之間的關系進行可視化的描述，使用戶和領域專家能夠更好地對系統的需求分析及其建模結果進行審評，及早發現需求的不足，減少系統開發的風險。
3.質量功能展開需求分析。通過UML可視化地表達系統需求的發現與描述，克服了系統需求分析中純文字性說明的不足之處，體現了直觀、規范、易交流等優點，這是需求表達的一種有效手段。在需求分析階段，還有一個關鍵的工作在于怎樣盡力降低初始階段的開發費用，加快初始階段的開發進度。但在系統分析人員缺少相關的領域知識，不熟悉其業務流程的情況下, 提取需求、精確描述需求之間關系、對于需求用例的優先級控制、性能性需求和技術特性需求等問題難以解決。
質量功能展開QFD (Quality Function Deployment)模型也是針對軟件系統開發周期各階段而建立的模型，特別是可對需求和技術特性進行定量需求分析。在系統需求分析中，QFD以用戶的需求為輸入，采用關系矩陣的方法對用戶需求加以描述、迭代展開，將用戶需求與技術特性、用戶需求的重要性與競爭性聯系起來，并把用戶的需求轉化為技術特性、構件接口和體系框架，從而提高系統需求獲取質量和需求分析質量，為從需求到設計的映射打下了好的基礎。
質量屋HOQ (House of Quality) 的概念是由美國學者J. R. Hauser和Don Clausing在1988年提出的。質量屋是由一個輸入到―個輸出的轉換過程，它提供了一種將用戶需求轉化成為技術特性，并配置到建造過程中去的結構方法。QFD采用HOQ建立用戶需求和功能特性之間的相互聯系，針對需求抽取困難的問題，把QFD應用到系統需求管理中，質量屋矩陣可用作需求獲取和分析過程可視化，及構造可視化模型的工具。質量屋的基本結構如圖2所示。
一個完整的質量屋包括6個部分:(1)用戶需求及重要度：確定了什么才是用戶最需要的;（2)技術特性：在需求分析時，由系統項目組根據用戶需求來提取出滿足這些需求的技術特性；（3）關系矩陣：描述了用戶需求和技術特性之間的關系程度；（4）競爭分析：站在用戶的角度，對本軟件系統在滿足用戶需求方面進行評估，以確定本系統的競爭優勢和劣勢以尋找突破性的改進方向和領域;(5)技術評估：技術評估包括技術特性的權重、競爭性評估和設計質量;（6)關聯矩陣：表示出了各技術特性之間相互支持或阻礙的關系。
經過反復的質量功能展開，HOQ陣逐漸被整理成層次化結構形式，而軟件需求和數據項目也被同時并列地層次化。HOQ矩陣的層次與需求項目的層次相對應，反映了需求的一次水平、二次水平、三次水平等層次關系，并通過技術評估檢驗需求是否滿足要求。
4.基于UML的QFD軟件系統需求定量分析過程。基于已建立的初始用例模型，由于領域業務、需求變化的因素可能導致需求分析的演化，即在現有需求分析的基礎上進行下一遍的需求分析及建模。基于不同領域知識互補的必要性，以演化的觀點來考慮系統的需求分析，項目經理應與參與者共同分析。不同類型的參與者在需求分析建模過程中，從不同的層次、不同的角度分析系統的需求，并通過UML表示出需求。如，需求分析人員主要考慮系統范圍的設定；構架設計師必需處理關鍵和重大的風險，確認那些制定構架計劃所需要的用例。經過QFD展開分析定量確定用例的優先級，對于本階段的目標是無關緊要的用例，只投入少量的精力，同時檢驗分析的需求是否足夠地滿足用戶的需求。
需求分析及建模需要經過多次反復才能完成，系統需求分析包括提煉、分析和仔細審查已收集到的需求，以確保所有的風險承擔者都明白其含義并找出其中的錯誤、遺漏或其他不足的地方。基于UML的QFD軟件系統需求定量分析過程包括以下的循環過程：
（1)對領域內的相關詞法進行分析，篩選出有效的備選需求；
（2)將功能性需求表示為用例；
(3)建立需求用例模型；
（4)列出用例模型中的功能需求和用戶的性能需求；
(5)對每一個需求盡可能量化應該做的工作；
（6)列出用戶需求與技術特性之間的關系；
(7)對需求的重要性進行排序，并給出評分；
(8)需求評審，對技術特性相對重要度較低的需求重復上述過程進行修正。
基于UML的QFD軟件系統需求定量分析模型如圖3所示。
用例作為新的需求分析技術，但若項目組對用例的劃分、用例的描述、用例與用例之間的關系把握不好，仍會造成項目的失敗。所以在實際工作中，建立用例模型后，為了保證獲取正確的需求，應采用關系矩陣的方法加以描述、迭代展開，從而提高需求分析的質量，保證對用例的一致理解，最終獲取需求的成功。
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體播放器的界面設計、超市管理系統的需求分析及中小企業ERP實施規劃中，收到了很好的效果。
參考文獻:
[1]熊偉新藤久和渡邊喜道:軟件需求定量分析及其映射的模糊層次分析法[J].軟件學報.Vol.16, No.3,2005,16(3) 427～433
[2]黃雨田聶麗琴段富何華軍:用例需求分析技術的應用[J].太原理工大學學報.Vol.36, No.2,2005(3)24～27
[3]閆健恩王翠華林建秋王俊義:用例建模在軟件需求分析中的應用[J].內蒙古大學學報(自然科學版) Vol.38 No.5，2007（9）578～581
[4]劉渝妍趙卿陳媛:基于UML的老年人口生活質量指標體系框架模型設計[J].重慶工學院學報. 2005(10):20～25
[5]王敏:基于UML的快速原型方法的研究和實現-推理快速生成法IFBM[J].華東師范大學碩士論文2005(10)
[6]劉渝妍楊永發:基于SQFD的軟件需求分析技術[J].計算機應用研究增刊2007
[7]邵家駿:質量功能展開[M]．北京：機械工業出版社.2004
作為計算機科學技術及其相關專業的重要基礎，“操作系統原理”(也稱“操作系統”)是一門承上啟下的重要課程。該課程幫助學生理解操作系統的工作原理和技術，熟悉操作系統內核，能夠運用操作系統深層次功能來解釋和開發更好的中間件和應用程序，等。此外，無論是為新設備編寫驅動程序、創建新的微內核服務器，還是提供能夠高效處理發展需求的新系統，等等，都需要理解基本的操作系統原理和技術。一些學校的專業學生甚至還需要掌握操作系統的分析、開發和設計技術。而另一方面，應用型、教學型高等院校(尤其是本科院校)計算機專業畢業的學生雖然很少直接從事操作系統軟件的開發，但其操作系統原理的知識水平，直接或間接地影響其專業水平和系統設計與開發能力，是他們與其他非計算機專業的用戶和應用者的分水嶺。
1 “操作系統原理”已經有完整的知識結構與內容
鑒于其重要性，各個學校，尤其是研究型大學的計算機專業，都一貫重視“操作系統原理”的課程建設。例如，我們利用Google (谷歌)搜索引擎，對“操作系統精品課程”關鍵字進行搜索，得到“簡體中文網頁中，約有880, 000項符合‘操作系統精品課程’的查詢結果”(2007.10.9查詢。作為比較，同樣是重要的專業基礎課程，“數據結構精品課程”有290, 000項；“軟件工程精品課程”有594, 000項) 。
又例如，我們在圖書的專業網站“互動出版網”() 進行相關搜索，在該網站的“計算機書店”中，“操作系統”類圖書信息有2, 251條(2007.10.9查詢。作為對照，“數據結構”類圖書信息有433條；“軟件工程及軟件方法學”類圖書信息有1270條)。
可見，在解決操作系統課程教學的重點難點問題方面，我們不乏優秀論文和優秀成果，也有很多優秀的教學前輩和教學典范；另一方面，從宏觀上講，我們不缺教材，也不缺好的“操作系統原理”教材。在長期的專業建設和教學實踐中，通過引進、消化吸收以及教改創新，許多優秀的、具有方方面面特色的國內外“操作系統原理”教材得以建設、出版和發行。
但是，在精品課程的建設過程中，我們認識到，應用型院校的學科建設應該有其自身的特點和特色。傳統的精英教育模式即使仍然優秀與先進，也不能完全適應普及高等教育的需要，新的高等教育形勢呼喚新的教學方法和新的教學模式。這一點，在當下的眾多精品課程建設中，無論是建設者，還是評判者，都很少顧及，往往還是用傳統的方法，用精英模式的方法來建設和評價應用型院校的項目。
在實踐中，我們認為兄弟院校做到的我們要努力學習積極爭取做到，更重要的是，應用型“操作系統原理”精品課程建設還應該包括對本課程教育對象 (例如獨立學院本專業學生的學習狀況和認知特點) 的正確認識、對教學目的(例如獨立學院培養“應用型”“本科”人才)的深刻理解和對新的教學方法的改革與發展，等。
2正確理解教育對象，建設應用型人才培養環境
孔子曾經提出過不少至今仍然具有教育意義的人本思想，他的“有教無類”觀點的理論基礎是其“性相近也，習相遠也”的人性論。“性相近”說明人皆有成才成德的可能性，而“習相遠”又說明了實施教育的重要性。正是基于“人皆可以通過教育成才成德”認識，才有了“有教無類”的教育原則。
認識“有教無類”，對于教師來說，就要真心地愛學生，真心地熱愛教師這個職業。由基本的對崗位和對學生的“愛”為出發點，去理解學生，思考問題，尋找解決之道。亦即：要尊重學生，用科學的態度分析和認識學生中存在和出現的問題；根據學生群體的認知習慣來設計、調整、改變和發展自己的教學方法。通過師生的共同努力，建設新的、更加積極的良好學風。
就像池塘養魚。不同的魚種有不同水深分層次生活的習性，所以，池塘養魚一般是分層次確定投放魚種的。在社會生活中，對于計算機專業人才的需要也是分不同層面而產生不同需求的。研究型院校主要培養學科精英，教學型院校主要培養優秀應用人才，甚至是高職高專的應用型人才，都各有各的用武之地，重要的是，應該以不同的角度去看待他們，理解和認識他們，教育和培養他們，而不是一刀切。
在精品課程建設過程中，我們逐漸認識到：學校學習氛圍的變化主要緣于學生結構和學生對象的改變。事實上，教學對象變了，教學目標變了，教師“單一”的教學方法已經成為亟待解決的關鍵。
3著眼于應用性教育目標，倡導教學內容的分層次設計
大多數大專院校都設置有計算機科學技術及其相關專業，我們至少可以認為：根據所在院校的辦學類型不同、培養目標不同、所在地及其周邊地區社會需求的不同，這些計算機專業的教學內容應該有所不同，這些計算機專業對于“操作系統原理”這門課程的教學內容也應該是有所不同的。
我們認為：對于大多數計算機專業的學生，尤其是非研究型院校的學生，應該把“操作系統原理”的學習定位在理解、熟悉和能夠靈活運用操作系統原理，來解釋計算機運行的現象和開發更好的應用程序與新設備驅動程序等這樣的層面，而把那些“考研”所需要的更深層次理論性內容放在選修或者考研復習階段來解決。從長遠看，應該對各層次院校的計算機專業所開設的“操作系統原理”課程的教學內容進行研究，在特定的范圍內形成一定的相關共識。
換句話說，在教材建設中要很好地把握編寫內容的“度”，要完整、全面；而在具體教學過程中，要很好地把握靈活的“度”，在符合培養目標的前提下，授課要生動、能理解，要引導學生產生對課程內容的濃厚興趣，千萬不要滿堂深灌而讀僵讀死。“操作系統原理”課程雖然有鮮明的應用性和實踐性，但也有對基礎課程和對理論深度的很高要求，因此，教學方法需要很好地設計，需要明了教學過程中學生的學習狀況，積極進行調整和引導。
4注重因材施教，重視教學方法改革與創新
孔子非常注重因材施教，他研究人的方法是以承認人與人的存在差別為前提的，他對每個學生的性格和特長都很了解，并且要求學生把學和思、學和行結合起來。
孔子的教育觀點體現了教書育人的精神。從“教書”來講，就是要培養有能力有學問的賢才；從“育人”來講，就是要塑造理想的人格。孔子不把“圣人”作為教育的目標，而把重點放在培養君子人格上。在《論語》中，孔子所描繪的君子是儀表端莊、崇德向善、慎言敏行、學以致道、善于交際、愛才惠民、安貧樂道的人。在孔子那里，君子的標準可高可低，高到德、才、智全面發展，低到能具備某些優點就行了。君子既要求完美，又不盡完美。孔子培養學生的君子人格、就是在對學生的優點和不足有了全面了解的基礎上進行的。
正因為此，“因材施教”就成為教師應該遵循的基本原則。教師要尊重學生的個性，發揮學生的專長，通過因材施教，使廣大學生成為各方面的“賢才君子”。在應用型“操作系統原理”精品課程建設過程中，我們的一個側重點，就是探索學生能夠喜歡、能夠接受的教學方法。
傳統模式的教學方法可以簡單地概括為“先說 (課堂理論教學) 后做(驗證性實驗)”和“光說不做”。但是，在大眾化高等教育背景下，課堂教學效果普遍出現滑坡，客觀上淡化了“驗證性”實驗的基礎，因而嚴重影響了課程的教學質量。這一點，在“操作系統原理”課的教學中尤其如此。
我們在教學實踐中摸索出一套“把實驗實踐環節與理論教學相融合，抓實驗實踐教學促進學科理論知識學習”的教學方法，有效地提高了學生的學習興趣，以此來提高大眾化高等教育背景下“操作系統原理”以及其他專業課程的教學效果和質量。這個教學方法可以簡單地概括為“先做后說”和“邊做邊做”。這里的“先做”，就是教師依據相關課程的知識體系和教學要求，精心設計前導實驗，學生在實驗設計的指導下，通過實驗方法來了解和實踐課程知識；這里的“后說”，就是在學生具備了一定的感性認識的基礎上，在課堂教學環節中答疑解惑，系統地提高學科知識的理論水平。
例如，“操作系統原理”課程一向都有實驗教學的要求，但實驗內容通常是根據操作系統原理的思想，運用某種程序設計語言來實現操作系統的部分功能，或者分析諸如Linux操作系統某個版本的開放源代碼，等，帶有強烈的“驗證性”色彩。但是，(1) 由于低年級程序設計語言教與學所存在的問題，學生普遍不能順利地運用程序設計語言工具；(2) 對于應用型院校的學生來說，學習操作系統原理的主要目的應該不是設計新的操作系統，而是在理解的基礎之上更好地運用操作系統。
因此，應用型“操作系統原理”的課程建設尤其要重視建設實驗、實踐和應用等環節，讓學生通過實驗認識問題所在，通過實踐理解問題的解決方法，通過體會到應用價值而喜愛本課程的教學內容。
操作系統軟件肯定是我們所見到的最優秀、最復雜和最龐大的軟件之一，所以，真正領會操作系統課程所介紹的概念、原理、方法和技巧，對很多學生來說是困難的。我們需要為學生提供了一個研究操作系統內核的學習方法，使學生可以由此來體驗操作系統內核及其設計技巧。可以在不修改任何代碼的情況下，了解操作系統內部狀態的各個方面；也可以通過編寫新的代碼來閱讀內核的數據結構和了解操作系統運作方式，等等。
根據以上思考，我們在實驗內容的選擇、實驗步驟的設計和實驗文檔的組織等方面都作了精心的考慮和安排，結合精品課程建設，嘗試為“操作系統原理”課程編寫了實驗教材《操作系統原理實驗》(2003年科學出版社出版，2007年修訂)。該實驗教材依據課程教學大綱，充分理解課程的大多數教材，遵循課程教學的規律和節奏，體現了實驗的可操作性，幫助學生切實把握本課程的知識內涵和理論與實踐的水平。幾年來，作為被許多應用型院校廣泛采用的實驗教材，獲得了很好的教學效果，也得到了廣大學生的認同。
5積極推廣，擴大精品課程建設的成果
在“操作系統原理”精品課程建設的實踐中，我們體會到，學生在“操作系統原理”等課程中產生的學習困難，首先來自于他們對所學知識缺乏必要的感性認識，而我們在教學中采用“先做后說”的方法，把根據學科理論知識精心設計的實驗實踐環節與學科理論教學相融合，抓實驗實踐教學促進學科理論知識學習，較好地解決了學生的認知困難，符合特定的學生對象，取得了很好的教學效果。
我們在“操作系統原理”精品課程建設過程中所做的教改工作，此后又陸續體現到如軟件工程、多媒體技術、電子商務概論、網頁設計與網站建設、匯編語言程序設計、數據結構與算法、信息安全技術、數字藝術設計、人機界面設計，以及信息資源管理等課程中，實現了建設一門專業基礎課程，帶動一批相關課程發展，積累了一些成功的教學經驗。
由《操作系統原理實驗》開始，這一系列教材在發展過程中形成的共同的教學特點是：(1) 重視動手能力和自學能力的培養，重視實驗所必須的訓練，重視設計實踐環節，以形成一個“什么都學過什么都會點”的積極局面。(2) 實驗內容有很好的可操作性、趣味性和適當的難度。可操作性保證學生都能完成實驗而促進學生學習信心的建立，在一定程度上能減少學生抄襲的理由，克服實驗數據普遍抄襲的弊病；趣味性體現“寓教于樂”以提高學生完成實驗的積極性；而適當的難度有助于激發優秀學生進一步鉆研的斗志。(3) 學生通過實驗提高對學科理論知識的興趣和理解，保證本科院校學生具有必要的理論知識水平。
(4) 實驗內容形式多樣，例如可以是實驗、論文、課程設計等不同環節，并且各種實驗內容應該得到嚴肅認真的設計，使實驗產生適當的節奏感。
6后記
在許多交流場合都有老師說：用實驗實踐促進理論教學確實符合應用型院校的學生特點，那么什么時候什么情況下需要和可以這樣做？
我們覺得，傳統的教學方法中已經積累了很多很好的內容，這些內容要傳承和發揚，要珍惜，要很好地加以利用。我們的探索和研究，只是在此“單一”的基礎上，成為“有二”，而教學改革還需要“成三”、“為四”……，只要“材”不同，“教”法就可能也應該有所不同。這是一。
其二，原本教學狀況很好的不一定要“改”，至少“狀況好”說明教學方法得當；但反之，如果確實面臨了教學問題，那眼下，調整方法可能首當其沖。
“操作系統原理”是計算機學科的一門經典課程，成果多，經驗多，高手多，我們只是想根據自己的實踐，起點“拋磚引玉”的作用。推而廣之，本文所談及的一些想法，在諸如軟件工程、數據結構等等重要課程的建設過程中，也同樣具有意義。
和大家一樣，我們期待著推動和進步，期待著本科教育質量的騰飛。
參考文獻
[1] 周蘇、王文等.大學計算機專業基礎課程實驗教學的改革與創新[C]，北京：高等教育出版社，大學計算機基礎課程報告論壇論文集2005，p.194-198.
[3] 周蘇、金海溶等編著. 操作系統原理實驗[M]，北京：科學出版社，2007.