基于人类工效学理论的农业植保产品设计研究

发布时间：2020-11-05 20:35

　　 智能技术的进步带动多个行业领域的联动发展,农业现代化趋势日渐显著。农业植保作为农业生产中极为重要的环节,农户对其重视度也越来越高。农业植保产品类型多样,分为背负式、自走式、植保无人机、环保式、其他式五种类型,其特征各异。由于中国地大物博,地形地貌多样化,因此,各地农业植保产品的应用与当地地形、作物有极大关系。通过对农业植保产品的调查,得出农业植保产品设计尚有诸多不足之处,尤其未形成系统的设计策略与设计模型,因此,急需研究出适合农业植保产品的设计体系,为农业植保产品的设计发展提供新思路。人类工效学作为较成熟的设计指导理论,发展历史较长,研究领域广,含农业、林业、工业、作业空间等。同时,该理论已有成熟的设计流程与方法,农业植保产品作为农业体系中的一个部分,人类工效学可作为设计理论对其进行设计指导。本文研究方法主要有文献研究法、调查法、数据分析法等对农业植保产品与人类工效学进行研究。首先,通过文献研究法得出农业植保产品与人类工效学相关基础理论研究、现状、两者关系;其次,梳理出人类工效学理论要点,根据要点对农业植保产品进行产品分析、用户研究,输出不同类型产品设计点;而后根据痛点及需求点从人体视觉、人体尺寸、人体触觉、听觉、环境分析五个方面内容,进而构建农业植保产品设计策略、设计要素模型、设计方法模型,用于指导农业植保产品设计;最后,根据农业4.0智能化发展方向,选取农业植保无人机进行设计实践,着重设计农业植保无人机产品与服务平台,再运用可用性测试分析设置核心任务与用户场景,验证设计策略及设计模型的可行性与延展性,以期为农业植保产品领域设计提供可参考的设计指导。综上所述,文章从理论和实践两方面探讨人类工效学在农业植保产品设计中的指导作用,构建农业植保产品设计策略与设计模型,为现有农业植保产品设计提供思考角度,促进该领域设计进步与发展,最终设计出符合人-机-环境系统的最佳产品。
【学位单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S49
【部分图文】：

西华大学硕士学位论文5对产品进行设计指导，改善现有产品设计现状。通过对国内外相关书籍与文献的阅读，发现人类工效学目前已经在医疗、家具、家电、交通工具等产品领域做了相关研究，如图1.1所示。在农业生产领域，人类工效学目前虽然有涉及，但也仅仅只限于种植、收割领域的部分产品。而农业植保领域相关的文献研究及实际案例较少，因此，人类工效学作为一套系统有效的设计理论，从用户的角度出发，引入人类工效学是改善用户与农业植保产品关系的有效方式之一。图1.1人类工效学理论应用领域Fig.1.1ErgonomicsResearchArea（图片来源：作者自绘）从图1.1人类工效学理论应用领域可以看出，人类工效学理论在不同领域的侧重点是不一致的，针对产品类型做出相对应的设计指导。例如，家电类产品由于其居家属性，因此，操作便利性是用户关注的第一要素，因此，在这个人机关系中最主要关注的应为人机交互，主要含交互方式和界面交互。人类工效学发展时间较长，根据其时间与社会技术层面对其进行阶段划分，大致经历了经验工效学、科学工效学、现代工效学三个发展阶段[1]。由于社会、经济以及技术等因素，每个阶段的关注重点也有所差异。如表1.2所示，三个阶段代表性人物及其研究时的关注重点。[1]谢庆森,黄艳群编著.人机工程学[M].北京:中国建筑工业出版社,2009:23.

西华大学硕士学位论文7图1.2人类工效学研究方面Fig.1.2ErgonomicResearch（图片来源：作者重绘）在人机交互研究方面，Wilson等人将人类工效学交互设计研究分为8个方面，其中界面交互和任务交互属于微观交互，也是目前国内外大多数产品设计主要研究的方面。随着设计产业的发展，Kagermann、Wahlster和Johannes于2013年等人提出，工业4.0发展带来整个设计行业的变化，改变工作内容、工作方式、组织与环境等[1]，改善工业工作条件是一个设计产业面临的重大挑战，可以通过新的新兴技术来解决，人类工效学主要负责进行数据收集[2]。Romero等人在2016提出产业转型4.0需要新的设计和工程原理以人为中心，专注于增强和增强物理、感觉和认知能[3]。PacauxLemoine等人在2017年提出，始终采用以人为中心的方法可以提高复杂的社会技术系统和改善用户工作环境，提高工作效率[4]。Kong在2019年提出，不断变化的需求将对现有设计的认知产生较大影响，认知工效学关注人类的心理过程和感知[5]，因此，减低认知负荷是当下[1]KagermannH,WahlsterW,&JohannesH.RecommendationsforimplementingthestrategicinitiativeINDUSTRIE4.0[J].FinalReportoftheIndustrie4.0WG,2013,04：82.[2]PaulineMaurice,AdrienMalaisé,ClélieAmiot,etal.Guy-JuniorRichard,OlivierRochel,SerenaIvaldi.Humanmovementandergonomics:Anindustryorienteddatasetforcollaborativerobotics[J].SAGEPublications,2019,38(14):31.[3]RomeroD,StahreJ,WuestT,etal.TowardsanOperator4.0Typology:Ahumancentricperspectiveonthefourthindustrialrevolutiontechnologies,2016[C].CIE:46thinternationalconferencesoncomputersandindustrialengineering,2016,0–

方法改善[2]。（2）国内研究现状人类工效学在国内起步晚，直至二十世纪六十年代才逐渐开始研究，多用于工作场所。1989年正式成立中国人类工效学学会（ChineseErgonomicsSociety，简称CES），至此以后，人类工效学逐渐被国内各领域重视，而后加入IEA，极大推动了该理论在中国的发展，为各个领域的设计提供了理论指导。关于人类工效学应用于设计的研究从中国知网、万方学术文献及相关著作进行整理，发现人类工效学通过吸收各个学科不断发展，且在不同时期研究侧重点有所不同，因而，该理论研究在中国具有相对多样性。如图1.3所示，不同时间点，人类工效学的发展侧重点与研究内容具有不一致性。图1.3人类工效学在中国发展历程图Fig.1.3TheDevelopmentofErgonomicsinChina（图片来源：作者自绘）自1995年开始，人类工效学应用于产品设计的研究在中国开始呈现上升趋势，这个时期从文献中反映出该时期的研究方向主要为视觉信息在产品上的应用；从2000年左右开始，人类工效学的研究方向转向大型的挖掘器械类产品及农业器械类产品等，这个时期研究了解人体各项标准数据，注重产品的安全性。3郭伏等人在《国内外人因工程学研究的比较分析》中指出，人类工效学在国外对设计指导含生物力学、运动力学、生[1]Kong,F.Developmentofmetricmethodandframeworkmodelofintegratedcomplexityevaluationsofproductionprocessforergonomicsworkstations[J].InternationalJournalofProductionResearch,2013,57:24-29.[2]JessicaLeaDunn,ErezNusem,KarlaStraker,etal.HumanFactorsandUserExperienceIssueswithVentricularAssistDeviceWearableComponents:ASystematicReview[J].SpringerUS,2019,47(4):31-37.[3]佘大庆.我国植物保护机械现状及发展战?
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本文编号：2872154