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生态界面设计(EID)作为设计复杂社会技术系统(STS)人机界面的理论体系已经被证明在过程控制领域(核电站安全监控、乳制品加热杀菌监控等)是可行而有效的。与传统的人机界面相比,其最大的优势就是为系统操作人员在需要做出审慎决策的新情况下解决新问题提供有效支持。现代舰船的高度复杂化和自动化,使人和机器的关系和角色发生了重大变化。舰员的工作由“操作”逐渐转向“监视——决策——控制”,由于把判断和决策的任务主要交给人来完成,对舰员的认知能力以及生理和心理的承受能力都提出了更高要求。
本论文在深入剖析现代舰船STS 特征的基础上,将工程心理学、人因工程学等相关理论引入到舰船设计中,着重在舰船自动化系统人机界面的设计上充分考虑现代舰船的STS 特征,结合人的生理及心理特征,特别是人的认知能力来设计界面,首次将EID 理论引入到船舱进水监控系统的人机界面设计中,按照EID的基本步骤:从工作域分析到抽象层次各个级别视图的整合,再到最后的程序实现及程序改进的讨论,本文基本上完整地实现了船舱进水监控系统EID的全过程。实现人机界面设计从传统的“以设备和技术为中心”向“以人为中心”的转变,达到“人机共生”的目标,产生人机结合的最大效益。
论文主体部分共分为六章。
第一章:绪论。本章旨在为整个论文提供一个概略说明,简要介绍本文的研究背景、目的及意义,国内外研究现状,EID的优势以及论文研究思路及主要研究内容,指出论文的创新点与局限性,给出论文的组织结构。
第二章:舰船的STS 特征及其对人机界面设计的影响。本章从舰船技术系统与社会系统的研究入手提炼出舰船STS的特征,并从这一特征中的人机关系的发展和共生关系角度概括出其对于人机界面设计的影响,为后文提取其对人机界面设计新要求提供研究基础。
第三章:EID基础理论研究。本章从大量分散在的国外最新的EID 应用型文章中,理解归纳和总结出EID的基本理论、先天优势并给出基本创作过程。
第四章:基于STS 特征的船舱进水监控系统EID。首先由第二章舰船STS特征对舰船系统人机界面设计的影响提炼出其对人机界面设计的新要求,然后指出EID 由于自身优势相比传统人机界面能更好地满足这些要求,引入EID;进而应用EID 理论,遵循EID 原则,以损管系统中的船舱进水监控子系统为例设计出了一套EID 方案。
第五章:程序实现。由前一章提出的设计方案选择LabVIEW8.2 作为创作工具,实现了方案中的核心部分(功能性目的视图和抽象功能视图)的程序编制,给出了程序框图和程序运行结果,同时针对运行时的一些不足给出了改进方案,并做了简要分析。
第六章:结论与展望。从方案和程序的实际运行情况来看,由于界面中加入了两条趋势线,同时由于各个抽象级别的视图同步在一个界面上显示,界面清晰直观地反映出了系统内部的运行原理及主要指标的运行状态,这样操作者在未预知事件发生时,通过观察各个级别视图中的目标相关约束(水位→水流率→舱室剩余体积→剩余时间)是否被打破,确定未预知事件的发生,并在实际的排水过程中通过观察当前状态线和安全线是否不断趋近以及程序改进一节中我们所增加的排水效率比较信息,在特殊情况下(本文假设某一时间段内只能控制相关设备排减其中一个舱室的进水)快速做出决策,这极大地减轻了操作者现场问题求解(基于知识的行为)时的心理负担,提高了决策的准确性和可靠性。近年来,我国人机交互特别是人机界面设计这一领域出现了一些对于EID的探索,然而遗憾的是,目前我国在EID 领域还处于刚刚起步阶段,而且绝大多数都是只有对国外部分相关理论的介绍而没有实际创作方案,更没有程序实现。
作为国内EID 领域从方案设计到程序实现的一个探索性尝试,本文最大的贡献在于从搜集阅读的大量国外相关资料中总结概括出EID的系统理论和基本创作步骤,进而按照该步骤给出进水监控系统EID 方案,并最终程序实现。这为今后设计更为复杂、更符合实际的舰船损管监控系统生态界面具有较强的指导和借鉴作用。