CIMS环境下基于特征的产品模型

CIMS环境下基于特征的产品模型（通用6篇）

CIMS环境下基于特征的产品模型 篇1

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李龙梅     张暴暴    冯辛安    刘晓冰

(大连理工大学CIMS中心  大连  116024)

摘要：CAD/CAM是CIMS的核心，基于特征的产品建模是实现CAD/CAM集成的关键，本文通过分析典型CIMS中工程设计分系统功能模型，给出CIMS环境下CAD/CAM产品特征模型。

关键词：特征    产品信息模型   CAD/CAM

中图号：TP391.        CIMS集成产品模型与CAD/CAM基于特征的产品模型        计算机集成制造系统CIMS作为新一代工厂自动化模式之一覆盖了产品的整个生命周期。机械产品的生命周期包括从产品的市场需求分析、立项论证、生产决策、产品设计、工艺设计、加工制造、装配、测试到销售和售后服务的全过程。CIMS集成产品模型是产品生命周期中全部数据的集合，它是整个CIMS研究和处理的对象，所有类型的产品信息都集中储存在这个集成的产品信息模型中，信息的表达已将产品生命周期中的不同阶段都考虑进去，是整个企业在生产周期的任何阶段能共享的信息模型，它能在整体上和局部级上支持各种应用活动，使得面向制造、面向装配、面向质量等成为可能。集成产品模型是以用户需求、市场分析为出发点，以产品设计制造模型（CAD/CAM的模型）为基础，在产品整个生命周期内不断扩充、不断更新版本的动态模型。它应能克服以往仅从某一特定阶段的数据需求和数据处理的特点来建立数据模型，改善对产品产品生命周期中所有数据需求的全局分析的不足，而使得在产品生命周期中各阶段实现信息交换与共享。工程设计分系统CAD/CAM是CIMS的核心。 CAD/CAM就是按照产品设计-制造的实际进程，在计算机里实现应用程序所需要的信息处理和交换，形成连续的、协调的和科学的系统。实现CAD/CAM一体化的关键在于信息的集成。基于特征的产品模型，是实现CAD/CAM有效集成最佳方法，是CIMS集成产品模型的一个子集，是集成产品模型的基础模型，也是CAD/CAM系统中数据共享的核心。传统的基于实体造型的CAD系统仅仅是几何形状的描述，缺乏对产品零件信息的完整描述，与制造所需信息彼此是分离的，从而导致CAD/CAM系统集成的困难。将特征概念引入CAD/CAM，出现了产品特征模型。基于特征的建模是CAD建模的一个新的里程碑，它是CAD/CAM技术的发展和应用到达一定水平，要求进一步提高生产组织的集成化及自动化程度的历史进程中逐步发展起来的。基于特征的建模着眼于更好地表达产品的完整技术和管理信息，为建立产品集成信息模型服务，它使产品设计在更高层次上进行，设计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素，直接体现了设计意图，使建立的产品模型容易为非设计人员理解并便于组织生产，设计图样更容易修改，有助于加强产品设计、分析、工艺准备、加工检验各部门之间的联系，更好地将产品设计意图贯彻到下游环节，并及时得到意见反馈。因此特征建模是解决产品模型建立的可靠途径，于是出现了许多关于特征建模的研究。对特征技术的研究工作，主要可以概括为七个方面：特征的定义与分类、特征识别、特征建模、特征表达、特征检验、特征映射和特征数据库。特征的定义和分类的研究是特征技术研究的基础，但到目前为止，对特征定义和分类的研究还没有形成一个统一的标准，这是因为特征的定义和分类受到特征研究应用背景的制约。CAD/CAM的特征建模究竟应当包含哪些特征，各说不一。作者认为，作为CIMS的核心－－CAD/CAM系统的开发应用，完全可以按照CIMS信息集成的概念进行,由于CAD/CAM最终要集成到CIMS中，基于特征产品模型最终要为CIMS中所有子系统共享，所以在研究特征造型时不仅需要考虑CAD/CAM本身的信息需求，而且需考虑其在CIMS中的地位、作用及其与CIMS中其它分系统之关系。本文就是通过研究典型CIMS中工程设计分系统功能模型各二级子系统的信息需求、本分系统与其它分系统信息联系，得出基于特征的建模应包含的特征定义与分类。2.  CIMS中工程设计分系统的功能模型     一般可以将CIMS分为四个功能分系统和两个支撑分系统。四个功能分系统分别是工程设计分系统、管理信息分系统、制造自动化分系统和计算机质量保证分系统。两个支撑分系统分别是数据库和网络支撑分系统。图(1)所示为典型的工程设计分系统的功能模型图。工程设计分系统由产品数据管理（PDM）、产品设计、工艺设计和制造准备四个二级子系统组成。从这个图中我们可以清楚地看出系统内部数据信息的需求和流动。首先通过PDM将产品开发计划、生产经营计划管理等信息传到产品设计模块，将产品设计模块输出产品的技术报价、BOM表、图纸、技术文档等信息所形成的产品设计模型返回到PDM；工艺设计分系统从PDM中获取有关信息，完成工艺设计并将设计结果，如：工艺规程、专用工装图等技术文档返回PDM；制造准备模块从PDM中获得信息，编制数控加工、夹具需求计划等制造数据信息和各类技术文档返回PDM。产品设计、工艺设计和制造准备之间的信息通过PDM传送，改善数据的统一性和安全性。最后形成的基于特征的产品模型就存在于PDM中了。工程设计分系统的输入信息是市场信息和管理信息分系统传递的生产管理信息，输出O1将又成为质量保证分系统、制造自动化分系统、管理信息分系统的输入。在CIMS环境下，工程设计分系统应与生产管理、质量管理、制造自动化集成起来，因此特征建模时，应考虑这些分系统的信息需求。例如，质量保证分系统的功能是规划和执行企业的质量保证活动，它需要工程设计分系统提供有关产品几何数据、零件、原材料的基本数据、图纸、零件明细、产品结构、标准规范、加工、装配与检测规程和程序等，并从质量保证角度向CAD模块提出产品质量方面的要求和修改设计的意见，提出有关质量方面的要求和达到质量要求建议采取的措施，通过生产控制和维修实现质量控制。由于安排生产作业计划、物料需求计划、能力平衡计划、合同管理、仓库管理等需在管理信息分系统中完成，所以管

理信息分系统与工程设计分系统之信息交换包括：供应商、用户基本数据，用户订单和车间下达任务的有关数据、图纸、零件明细、产品结构有关工具、消耗品数据、工艺规程等。

3.  特征的定义与分类   3.1特征的定义    在一个产品整个生命周期中产生的信息很多，其中包括：设计信息、制造信息、管理信息、质量信息、使用和维护信息等。这些信息又被CIMS中其它系统以不同的方式使用。产品设计初始特征模型是由设计人员建立的，然而在产品整个生命周期内，这个特征模型的不断完善需要设计师、工艺师、质量检测人员等的共同协作。

本文对特征的定义是在CIMS环境下，特征是产品生命周期内信息完整描述的载体，特征是一种信息表示方法，包括几何信息和非几何信息。

尽管特征的定义由于应用的不同而有差异，但特征的性质和作用是基本一致的。首先特征是低层的几何元素与零部件间联系的桥梁，特征将构成特征的几何元素有机地结合起来，形成能够表达特定功能或含义的形状结构，以体现面向应用的形状信息；此外，特征的组成元素可以作为尺寸 公差、表面粗糙度等加工信息的相关载体，使得工艺信息能完整地借助特征而得到表达。基于特征的产品模型不仅能支持各种应用所需的产品定义信息，而且能提供符合人们思维的高层次工程描述术语，并反映设计和制造意图，从而克服现行CAD/CAM系统中产品信息定义不完备性和低层数据抽象性的不足。为CAD/CAM信息的真正集成、及其向CIMS的集成提供保障。

特征除了具有一定的几何信息以外，还包括在设计、工艺规划和制造过程中需要技术、功能等信息，即特征给各种数据赋予了一定的语义。特征建模所需处理的数据纷繁复杂，系统中的数据类型繁多，数据之间的关系也十分复杂，既包括反映产品形状几何拓朴信息的几何模型，又有反映设计结构功能的设计模型，还需处理具有加工特点和装配特性的制造模型，既要存储静态的产品标准、规范等信息，又要涉及动态产品设计、制造过程信息。

3.2特征的分类     在对CIMS工程设计分系统各子系统信息交换分析的基础上，从特征建模的角度出发可以将零件特征分以下6类:

1)形状特征：零件上有一定拓扑关系的一组几何元素所构成的一个特定形状。它具有特定的功能及其特定的加工方法集。形状特征可以分为主形状特征和辅形状特征。其中主形状特征用于构造零件的主体形状(如圆柱体、圆锥体等)，辅形状特征用于对主特征的局部修饰(如倒角、键槽、退刀槽、中心孔等)。辅形状特征附加于主特征之上，或附加于另一辅特征之上，根据辅特征的特点还可以将之进一步划分为简单辅特征、组合辅特征和复制辅特征。简单辅特征是指如倒角、退刀槽等单一特征；组合辅特征是由一些简单辅特征组合而成的特征如阶梯孔等；复制辅特征是同一辅特征按一定规律在空间不同位置上复制而成的特征，如周向均布孔、矩阵列孔等。也可以按获得形状的加工方法不同将形状特征分类。

2)精度特征：用于表达零件各要素尺寸公差、形状公差、位置公差和表面粗糙度等精度要求信息。需特别指出的是，一般形位公差除公差项目名、公差值、基准外，还应包含公差检测原则(如包容原则、最大实体原则等)。精度特征是形成零件质量指标的主要依据。

3)管理特征：用于描述零件的管理信息，如标题栏中的设计者、批量、一台份的.件数、零件与其它产品的借用与通用关系、日期、编码以及生产管理中MRP－II所需信息，和设计过程管理，包括版本管理，使用者权限设定与管理，审定等，并为PDM提供所需的信息。

4)技术特征：用于描述零件的性能、功能等相关信息。说明外观要求、搬运要求等图纸上无法在图上标注的要求，零件运行过程中工况条件（常规、极限），载荷与约束条件，为CAE提供模拟信息，为性能实验，分析计算、优化，有限元前处理提供条件。

5)材料特征：用于描述零件材料的类型、理化指标及热处理等特殊要求、表面处理的信息集合。

6)装配特征：用于表达零件在装配过程中所需用的信息，如与其它零件之配合、配作等关系，装配尺寸链信息、父项子项的信息。为装配工艺提供必要的信息。如组成产品的零部件之间在装配中的关系可分为：

层次关系：机械产品是由具有层次关系的零部件组成的系统

装配关系：包括描述实体模型几何元素之间直接的相互关系的几何关系，比如平面贴合、点面接触相切；描述零部件之间高于几何测层次的机械关系，如螺纹联接、键联接等；描述零部件之间运动关系（相对运动或传递运动），如相对转动，齿轮传动等。

参数约束关系：设计中的参数分为两大类，一类是从上一层传递下来的参数，本层设计部门必须满足，而且无权直接修改，称之为继承参数，一类是设计中产生的新参数，它们有的是从继承参数中导出的，有的是根据当前设计需要制定的统称为生成参数。当继承参数改变时，相关的生成参数要随之调整。

以上特征中，形状特征和精度特征是与零件建模直接相关的特征，而其余特征是CAPP系统选择毛坯、下料、制定工艺的依据，是质量保证系统制定质量检测规划的依据。特征之间的关系有反映主形状特征之间的空间相互位置关系的邻接关系；辅助特征从属于一个主特征或另一个辅特征时构成的附属关系；描述特征类之间关联属性而相互引用的引用关系；不同层次特征之间的继承关系等。

以上特征是根据产品的对象定义的，支持产品生命周期多个阶段的通用特征，不同阶段之间的信息传递主要是通过基本特征这个信息载体，又可以称为基本特征。基本特征对不同应用领域具有不同视口、不同投影与继承，是特征模型支持下游操作和模型本身不断完善的途径。各个分系统结合各自不同信息，就形成了各自的应用特征，如工艺特征、制造特征、检测特征。所以应用特征，是面向具体应用领域或具体应用系统的专用特征，它满足具体系统的操作要求，同时它的信息是可以从基本特征中导出的。

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图1 工程设计自动化分系统功能模型图

Feature-Based  Product  Model  In  CIMS

Li Longmei, Zhang Baobao, Feng Xinan, Liu Xiaobing

(CIMS Centre of Dalian University of Technology, Dalian, P.R. China, 116024)

ABSTRACT:  CAD/CAM is a core element in CIMS, and hence the feature-based product modeling is the key to CAD/CAM integration. In this paper, a typical functional model of automatic engineering design system of  CIMS  is  analyzed,  and the definition and classification of features in CIMS-oriented and feature-based product modeling are discussed.

Keywords:  Feature, Product information model, CAD/CAM

参考文献

[1]冯辛安主编，CAD/CAM技术概论，北京：机械工业出版社.1995.

[2]贺建平、丁秋林、孙正兴，基于特征的产品信息建模技术研究，计算机辅助设计与制造,96(3).

[3]肖田元，CIMS与先进制造技术，工程设计CAD及自动化,96(4).

[4]唐荣锡、张关康、关红明，结合国情研究特征造型技术，计算机辅助设计与图形学学报,92(4).

[5]潘东、张申生、步丰林，基于装配的并行设计辅助系统的研究，计算机辅助设计与制造,96(7).

[6]C Kim and P J O’Grady,   A representation formalism for feature-based design ,Computer Aided Design, , 28(6/7)

CIMS环境下基于特征的产品模型 篇2

一、我国制造企业CIMS的流程再造的必要性分析

当今, 我国制造企业在运营CIMS时, 也暴露出许多管理方法和管理手段的问题, 其具体表现在以下几个方面:

第一, 生产制造柔性较差, 产品生产不均衡, 按时供货率较低, 客户服务质量有待提高。有的分公司生产能力负荷过大, 有的分公司生产能力放空。

第二, 技术、生产、销售、库存等业务部门之间层次关系不明确, 流程中断, 部门间协作能力不强, 无法实现公司生产经营业务的实时控制。

第三, 制造企业质量信息传递和反馈相当落后。现在虽然某些制造企业已经实施CIMS, 但质量信息系统的许多功能还未得到完善, 质量信息流严重扭曲和变形, 造成资金和人力的极大浪费。

可以看出, 探索适合我国制造企业实际的业务流程再造模式, 是我国企业实施业务流程再造的必然要求。为此, 针对当今制造企业实施BPR的经验, 提出了基于CIMS的BPR实施模式。

二、CIMS企业流程再造的设计原则

按照CIMS的经营哲理和企业观, 把企业当作一个为满足顾客需求而设计的一系列密切联系的作业集合, 即在原料采购、工程设计、生产制造、市场营销、存货收发等作业之间, 通过计算机网络通讯技术协调控制, 形成一个起始于供应商, 中间经过企业加工, 最终为顾客提供产品的作业链。重新设计企业作业流程, 就必须结合企业现行作业链进行分析, 确定哪些作业是增值作业, 哪些作业是非增值作业, 从而取消非增值作业。对增值作业尽可能提高其运行效率, 减少为完成增值作业的资源消耗。重新设计企业流程, 应该使企业生产经营的增值作业连贯一致, 取消非增值作业, 使作业链尽可能短而价值链的增值率高, 以最大限度增加产出, 减少消耗, 提高企业效益。这是企业流程再造的原则和目的。

三、CIMS企业业务流程重组的实施内容

CIMS企业的业务流程重组意味着企业按照CIMS的思想重新设计企业的生产经营过程, 这包含了新产品开发、生产和管理技术的重新组合的重大调整。因此结合本人课题的相关内容主要研究企业新产品开发流程再造、生产作业流程的再造和企业的质量管理信息流程再造三方面的内容。

(一) 企业新产品开发流程再造

在CIMS的企业环境下就要求企业具有高度的灵敏性, 快速响应市场需求, 不断地迅速开发新产品, 以吸引用户。业务流程再造理论为缩短新产品开发周期提供了新的方法。

1.传统新产品开发流程

传统新产品开发一般包括一系列复杂的涉及多职能的活动 (见图1)

在概念设计过程中, 由市场营销部门将有关市场机会、竞争力、技术可行性、生产需求的信息综合起来, 确定新产品的框架;一旦方案通过, 新产品开发转入详细设计阶段, 该阶段基本活动是由设计部门对产品原型进行设计与构造以及商品生产中使用工具与设备的开发。所需的产品与过程都要在概念上定义, 而且体现于产品原型中;接着由制造部门对产品的设计进行测试。如果原形不能体现期望性能特性, 则由制造部门将方案交给设计部门, 由设计工程师寻求设计改进, 此后重复进行“设计—建立—测试”循环。

2.新产品开发流程再造

从图1中可以看出, 典型的新产品开发流程采用串行工作模式, 这使整个新产品开发周期被延长了。在这种运作流程中, 无人负责整个经营过程, 缺乏全心全意为顾客服务的意识。在执行任务时, 各部门都从本部门的实际利益出发, 这就不可避免地存在本位主义和相互推诿现象, 这些都是不增值的环节, 也造成了经营过程运作成本的居高不下。同时也会造成部门之间在衔接中的大量等待, 又使各部门增加很多重复劳动, 大大延长了完成任务所花费的时间。

显然, 传统的新产品开发流程很难快速开发出用户所需的产品。在CIMS环境下, 企业要充分利用信息化集成的优势在竞争中获胜, 就必须消除流程中多余环节, 保证各个过程流畅、协调, 以有效地缩短新产品开发周期。实施业务流程再造解决新产品开发中存在的问题如下:

(1) 新产品开发观念重建

企业要在竞争中求得生存和发展, 唯有顺应时代潮流, 战略思想、经营理念进行彻底的变革。在新产品开发过程中, 企业应树立顾客至上, 树立快速响应市场需求观念, 企业迅速捕捉复杂多变的市场动态信息, 并及时作出正确的预测和决策, 为实现快速设计奠定基础。

(2) 新产品开发流程重建

首先, 将串行的工作模式尽可能地并行, 也就是交叉职能集成的思想, 把产品开发的各个活动看成是一个集成过程, 并从全局优化角度出发, 对集成过程进行管理和控制 (见图2) 。将新产品开发各阶段同步进行;概念设计与详细设计并行;详细设计与过程设计并行;工程设计与测试并行:测试与生产并行。上一工序进行工作时, 而下一工序已经开始于本工序有关的准备。这样, 可以大大地减少串行工作模式所带来的时间上的浪费。

(3) 新产品开发组织重建

CIMS企业应根据产品开发的阶段不同, 建立集成产品开发团队, 即由来自不同职能部门的专家组成。各异的多功能小组, 强调团队精神, 他们代表产品整个生命周期的各个环节, 在开发过程中作出决策, 集体对新产品开发负全部责任, 即承担起某一产品从投入到产出, 直到顾客的满意度等整个管理工作。这样不仅实现跨学科的信息共享和及时交换, 而且能在产品开发过程的早期通过跨部门的信息交流考虑到其后期发展的所有因素, 以减少发生错误的数量, 提高产品设计、制造的一次成功成功率。

(二) 实施CIMS工程, 再造企业生产流程作业

本文将生产流程再造定义为:以企业生产流程为对象, 以生产战略为指导, 对生产流程进行完善设计, 以求生产系统在成本、质量、速度、柔性、顾客满意等方面取得显著成效。该定义重点强调生产流程的“完善设计”和“顾客满意”这一再造目标, 可以改变在人们的心目中“生产只是一项执行职能, 生产流程也只是一个执行流程”的片面观念。

1.CIMS对企业生产流程的要求

CIMS的集成特性, 使生产流程中的各项活动都在同一工作平台展开, 也改变着人们的思维方式和工作方式, 对生产流程也提出了新的要求。具体体现在以下几个方面:

(1) 实施CIMS后, 要求采集的信息准确, 而且实现更大范围内的共享, 因此, 信息采集将成为CIMS能否成功实施的关键因素之一。在生产流程再造过程中, 应确保信息采集的准确性、处理和传递的及时性。

(2) 从生产流程的长度来看, 由于CIMS的集成特性, 可以使起上传下达作用的中间层大为减少, 大大缩短生产流程;CIMS共享信息平台的建立也为开展并行工程活动创造了条件, 生产流程活动的并行度将大大提高。

(3) CIMS本身基于生产系统快速响应市场需求的要求, 受益于CIMS的信息共享机制, 要求更多的部门和个人能从中找到可以利用的资源, 从而形成更多以项目为线索的行动团队, 参与到决策过程中来。因此, 与传统生产管理模式相比, CIMS下的生产流程活动将增加更多的决策内容。

2.企业实施生产流程再造的系统实施框架

在先进制造技术CIMS环境下, 企业生产流程再造应以系统论为指导思想, 一般地具体实施框架如图3所示。

企业的生产流程再造的准备主要包括确定生产流程再造的指导方针和评价标准、确认使用信息技术的机会、制定工作计划等。生产流程建模是对企业生产流程的抽象描述, 是对现有流程进行分析和优化的必要前提。通过对生产流程模型的分析, 可发现其中存在的问题, 在此基础上, 依据生产流程再造目标确定再造方案。生产流程再造方案有效实施还需要相应子系统的支持保证。如生产战略的指导、组织结构的支持、人力资源管理的保障等。生产流程再造效果评价是根据评价目标, 运用科学的方法评价再造取得的效果, 巩固成绩, 发现不足, 以更加有针对性地进行下一轮再造。

(三) 实施CIMS工程, 再造企业质量信息管理流程

1.现行质量信息流程分析

在没有实施CIMS工程的制造企业因质量信息散布于各科室, 散布在零件加工过程中, 使得用人工手段进行质量信息的采集、分类、整理及反馈难以准确及时, 以至于质量信息管理规范化程度和效率难以提高;质量管理和质量保证体系中的评价、控制、规划和预测功能薄弱规划和预测等功能减弱环节, 质量管理和保证的整体水平也难以提高等主要质量信息管理问题。

因此, 企业由一般环境下的质量管理模式转化为CIMS环境下质量信息系统, 绝不是表面形式上的改变, 而是要进行脱胎换骨的改造。为此, 首先要做的就是应用BPR的思想对企业的质量管理系统进行过程再造, 使其适应新时期激烈竞争的市场环境的需要, 适应CIMS环境的需要。因此, 理顺企业质量信息流及其处理流程就是CIMS环境下质量管理BPR的核心内容之一。

2.CIMS企业的质量信息流程再造

在CIMS环境下建立科学、合理、实用的质量信息系统, 首要的任务就是应用BPR的思想理顺企业的质量信息流, 并按照CIMS运行哲理, 结合ISO9001质量标准的要求, 设计出企业质量信息处理流程, 这些是进行CIMS/CAQ设计的基础。当然, 不同类型企业其质量信息也是不同的, 其处理流程必须适合于该企业的生产经营特点。

一般制造企业质量信息处理流程中应包括信息源、信息的采集、信息的统计、分析、评价及处理环节。其中信息源应全面、采集应准确及时、统计应自动化、分析应科学、评价应客观, 处理应得当。企业质量信息的采集、统计、分析、评价与处置应该有一个科学、实用的处理流程。所谓科学性是指该处理流程应该遵循国家及国际标准的要求, 特别是ISO9000系列标准的要求, 应该采用科学的统计分析方法;所谓实用性就是指处理流程应该适合于企业的生产经营特点, 适合于产品的特征, 适合于CIMS/CAQ构架的要求。

四、结语

以上所探讨的问题是实施CIMS企业所面临的必然问题, 其流程再造设计是我国制造企业进行CIMS总体设计过程中的基本内容和要求。它具有广泛的代表性, 对我国其他类型的企业如何实施CIMS的流程再造工程具有一定的参考价值。

参考文献

[1]陈禹六, 谢斌, 董亚男.计算机集成制造 (CIM) 系统设计和实施方法论[M].北京:清华大学出版社, 2007.

[2]韩庆兰, 陈松乔, 高阳.实施CIMS工程与企业流程再造[J].中国有色金金属学报, 1998 (3) :184-185.

[3]汪秋菊, 刘晓东.业务流程再造与快速产品设计策略[J].交通科技与经济, 2004 (5) .

[4]周荣辅.基于先进制造技术的制造业生产流程再造研究[D].燕山大学2, 007.

CIMS环境下基于特征的产品模型 篇3

关键词：知识共享；个人学习环境；交互

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2015）15/16-0159-04

当代学习理论的研究表明，人类学习历经了“学习即个体获得”的获得隐喻和“学习即情境参与”的参与隐喻，正在走向“学习即知识创造”的新型隐喻。[1]知识创造隐喻不仅关注个体对已有知识的获得与继承，关注人与人之间的互动或人与环境之间的互动，而且强调共同体成员通过共享互动开发出“人造物”（Artifacts）。Web2.0技术的蓬勃兴起，正在促使人们对技术在学习活动中发挥的作用进行相应革新，让技术更为有效地推进人类学习由“获得”“参与”逐渐向“知识共享”“知识创造”迈进。“个人学习环境”（Personal Learning Environment，PLE）正是在新兴技术发展和学习研究创新的相互砥砺中而孕生出的一种新的学习环境形态。目前，个人学习环境因其支持交流共享、知识创造、自主管理等个性化学习，逐渐在高校教育教学领域中受到关注与应用。那么，在个人学习环境中，大学生如何在知识共享过程中发生交互？这些交互具有什么特征？对这些问题的探察，有助于明晰基于个人学习环境的学习方式与规律，对优化大学生学习环境、革新大学生学习方式、提升大学生数字学习能力具有重要的现实意义与价值。

基于Web2.0知识共享的交互

知识共享是个体经由知识分享、知识交换、知识讨论等活动所建立的双向交互沟通过程，从而实现个体的知识增长、建构与创新。要实现知识共享，交互是一个非常必要的前提条件。Web2.0技术的蓬勃发展，以其高度的参与性和社会化特征，为实现学习者的参与和双向互动、灵活使用和共享知识提供了有力的技术支撑。

1.基于Web2.0的知识共享过程

野中郁次郎（Nonaka，I.）与竹内弘高（Takeuchi，H.）提出的组织化的知识创造（Organizational Knowledge-creation）模式很好地解释了知识共享的机制，该模式被称为知识创造的“SECI模型”。具体过程包括了“社会化”（Socialization）、“外在化”（Externalization）、“联结化”（Combination）和“内在化”（Internalization）四个阶段（如下页图1）。[2]在此基础上，不少研究者根据Web2.0的特性，提出了基于Web2.0的知识共享过程模型（如下页图2）。从该模型中，我们可以看出，Web2.0技术在不同方面影响着显性知识与隐性知识之间的相互转化。

（1）社会化

社会化，即从隐性知识到隐性知识，是分享体验并由此创造诸如共有心智模式和技能之类隐性知识的过程。在传统的学习中，这一过程需要借助观察、模仿、体验、实践等方式来实现。其中，以师徒制最具代表性。在Web2.0技术的支持下，这一过程可基于学习社区或即时通信工具的讨论加以实现，使得个体间的隐性知识转化更加便捷，无须受到时空的限制。

（2）外在化

外在化，即将隐性知识显性化的过程，采用比喻、类比或模型等形式，经由文字、数字、图表、公式或语言等方式将隐性知识表述为明确的概念知识。例如，应用最为广泛的博客，为每一位学习者提供了一个个性化的学习空间来自由表达他们的观点、思想和反思，其他人可以在他的博客上发表评论或者留言，由此在群体的分享和交流中会产生较为清晰的认识。

（3）联结化

联结化，即从显性知识到显性知识，是将各种概念经过整理、分类、结合或重新组合，综合为一个更为复杂和系统的知识体系的过程。随着Web2.0技术的发展，标签作为一种更为灵活、有趣的分类方式备受关注，它是学习者在互联网上用来定义相关信息的一种标记。通过标签，学习者可以方便地管理自己的各种学习内容，汇聚和传播学习者的个性化信息，满足学习者的个性化需求。

（4）内在化

内在化，即从显性知识到隐性知识，是使显性知识转化为隐性知识的过程。实质上，这一过程即为个体对前三个阶段所获得的知识进行自我建构的过程。在Web2.0技术的支持下，学习者将自我建构的知识通过与其他学习者进行分享、交流，激发下一轮知识共享的过程。如此循环，不断升华。

2.基于Web2.0知识共享的交互类型

在基于Web2.0的知识共享过程中，知识及各种Web2.0技术（工具）成为了学习者个体之间交互的主要中介。为了更好地分析在Web2.0知识共享过程中的交互类型，我们从Web2.0技术对显性知识与隐性知识相互转化的影响作用出发，按照“社会化”“外在化”“联结化”和“内在化”四个阶段将交互划分为6种类型（如上页表）。

个人学习环境中大学生学习交互特征分析

从技术维度看，个人学习环境是以“小零件、松连接”的思想体现为个性化学习支持的服务系统（或工具集合）。在个人学习环境中，除了突出学习者学习的自我导向与自我管理，更强调学习者之间的合作交流，强调学习者以知识为中介的交互活动。在2012-2013年，我们分别以华南师范大学教育技术学专业二、三年级学生为研究对象，以博客创建的个人学习环境为依托，在“教学设计原理与方法”课程教学中选取“教学目标确定”“学习者特征分析”“教学资源设计”和“教学模式与策略设计”等专题内容，开展了持续一个学年的探索性研究（注：“教学设计原理与方法”在二年级第二学期开设，在三年级第一学期开设，故研究时间跨度为两个学期），以探明在个人学习环境中大学生知识共享的交互特征。

参照上页表所示的“基于Web2.0知识共享的交互类型”，我们分别在二、三年级中采用分层抽样的方式各选取了15个个人学习环境（共30个）作为研究样本进行分析。结果发现：

1.在“社会化”方面，“群组内的互访”和“利用工具检索/订阅”的“知识获取”交互最为凸显，实现了“社会隐性知识”转化为“个人隐性知识”

（1）群组内的互访

从“访友”栏目可以看出，每一位学习者都在其他学习者的个人学习环境中出现过访问的痕迹，说明学习者会主动访问好友的主页，阅读群组成员发布的信息。

（2）利用工具订阅信息

有85%的学习者在个人学习环境中设置了Google搜索引擎，100%的学习者在个人学习环境中都设置了RSS、鲜果、抓虾等订阅信息工具，从不同渠道获取与课程相关的内容知识。

2.在“外在化”方面，“发表/转载博文”的“知识表征”交互最为明显。但是，主动分享个人信息的“知识传递”行为相对欠缺

在基于博客的个人学习环境中，发表博文是将隐性知识外化为显性知识的一种最直接的方式。在本研究中，经过统计发现，学习者共发表博文269篇。其中，由学习者自主撰写发表的有223篇（2009级有148篇，2010级有75篇），说明绝大多数学习者乐于接受以博文发表的方式来进行知识表征。其中，有123篇博文被转载，这表明很大一部分学习者的显性知识已被其他学习者所认可并进行转载、记录、学习，使知识从他人外化转变成自身外化，这是学习者获得显性知识最便捷的交互途径。然而，本研究也发现，在“外在化”过程中，学习者虽然能够与群组成员互相关注，但是却很少有人会主动将自己搜集的课程学习材料或者学习经验发送给其他成员分享。另外，从留言内容看，仅有28条为有效留言，75%的留言板是空白或者是没有意义的留言。

3.在“组合化”方面，通过“自主分类”的“知识整理”交互比较活跃。但是，“交流协商”的“知识汇聚”交互缺乏深度互动

（1）自主分类

大约有70%左右的学习者都能采用分类、标签、权限设定等不同方式对各种信息进行分门别类，形成具有一定逻辑结构的知识系统，并清晰地呈现在个人学习环境中。统计表明，在30个个人学习环境中，对知识的分类有24种，形成的知识模块有52个，创建的标签有115个，说明学习者在课程学习过程中有意识地进行“知识整理”。

（2）交流协商

在基于博客的个人学习环境中，学习者的协商交流方式主要有：一对一即时通信、邮箱通信、多人协作共建知识、回帖等。其中，基于博客内置的回帖功能进行的交流方式最受欢迎。统计表明，在30个个人学习环境中，共发布586条帖子，包括412条评论帖和174条博主回复帖。根据帖子的内容，可以将其进一步分为“阐述观点”“征求意见”“提出建议”“问题回复”“赞扬/鼓励”等几种。其中，“赞扬/鼓励”的帖子居多，占30.3%（177条）；“征求意见”与“问题回复”的次之，均占24%（均为141条）；“阐述观点”的较少，占15.4%（90条）；“提出建议”的最为欠缺，仅占6.3%（37条）。可见，在个人学习环境中，学习者之间多以浅层互动居多，而深层互动相对薄弱。在一定程度上，这与“外在化”过程中学习者分享个人经验信息的“知识传递”行为欠缺有联系。如此看来，通过“交流协商”并未形成高度汇聚的知识体系。

4.在“内在化”方面，“反思学习”的“知识内化”交互较为突出，而“作品创作”的“知识内化”交互较为缺乏

在课程学习的过程中，每一位学习者都会对自己的学习收获和经验进行反思，并撰写反思日志。据统计，在30个个人学习环境中，共有98篇心得体会，人均3.27篇。但是，学习者发表与学习作品相关的内容却只有37篇，人均仅1.23篇。这说明，学习者通过创作作品进行“知识内化”的行为表现不够突出。一方面，也许是由于学习者的知识创造意识较为缺乏；另一方面，也可能是受限于博客的文件上传功能。

结论与讨论

本研究从知识共享的框架出发，对基于博客的个人学习环境中的交互行为进行系统分析，发现学习者在“社会化”“外在化”“联结化”和“内在化”四个阶段都表现出不同的交互。但是，主动分享个人信息的“知识传递”、“交流协商”的“知识汇聚”、“作品创作”的“知识内化”等交互较为薄弱，且“交流协商”的交互缺乏一定深度，需要引起研究者们的关注。为深化个人学习环境的教育应用，增强Web2.0、Web3.0技术对知识共享的效能，我们可以从三个方面加以探索：①针对学习者的不同共享需求，建立参与共享激励机制。②借助技术手段，开展个人学习环境交互支持的设计。例如，嵌入基于内容的推荐系统[5]（Content-based Recommendation Systems）、以小组评论为建模的焦点空间系统[6]（Populated Spaces Systems through Annotation-based Group Modeling）和历史集聚系统[7]（History Enriched Systems）等。此外，可引入学习分析技术，实现对学习过程的交互分析、学习者间的网络分析、学习者行为与情感分析等，挖掘出学习者的学习规律，并给予活动干预。③根据学习对象的不同，开发多元交互策略。例如，“基于评论的会话交流”“基于经验的传递分享”“基于创作的自我认知”等，为学习者的学习营造良好的生态网络，以促进学习的联通与共享，推动知识的建构与创造。

参考文献：

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CIMS环境下基于特征的产品模型 篇4

关键词： 眼部特征； 混合参数模型； 语义编码

中图分类号： TP 391.9文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.06.014

引言眼部语义特征[13]提取在如机器视觉、人脸识别、人机交互界面中占有重要的地位。常用的眼部特征提取方法[47]有基于可变形模板法[8]、基于三庭五眼法、模板与投影相结合法、基于几何特征检测等。在基于可变形模板法[910]中眼睛的几何模板中需要对几何模型设置初始化参数，即便是在改进的可变形模板中也需要通过先验知识设置相应的初始化参数，虽能够实现对眼睛特征的提取，但计算复杂度较高、比较耗时。模板与投影相结合法是在图像搜索区域内将模板遍历搜索区域，根据相关匹配数值检测出眼睛特征值。基于几何特征的人脸检测方法是依据人脸当中依据五官的位置划分不同的区域，然后提取相应的特征。以上方法大多是对眼睛或眉毛[11]单独进行几何模型特征提取，没有把眉毛与眼睛作为一个整体系统进行建模。由于眉毛与眼睛在面部的几何位置，往往依据对眼部特征几何形状的视觉感知，把眉毛与眼睛放在一起进行描述，虽然描述清晰但是存在差异没有量化，譬如三角眼不同的人对其感觉会有所不同。因此需要用相应的现代技术手段对其用标准予以界定，用参照标准描述人眼特征显得尤为重要。1描述眼部特征的方法

1.1构建眼部特征混合参数模型传统文化对眼部特征的汉语语义描述往往就是针对眼睛的特点，用许多形象、简洁的汉语语义来描述眼睛的特征，譬如细长眼、眯缝眼、三角眉、八字眉等，细长眼就是眼睛的垂直方向距离占眼睛内外角点距离的比例，当比例比较小时表现出来的细长的视觉特性。因此结合现有的眼部特征提取的方法，依据传统文化对眼部特征的语义描述，采用眉毛与眼睛相结合构建新型描述眼部特征混合参数模型，模型如图1所示。在图1所示混合参数模型中主要阐述三个方面的语义主特征：第一，描述眼睛的主特征，譬如特征参数N1描述眼睛间距，N2描述两只眼睛的眼心距，N5描述的是虹膜在眼睛里水平方向占的比例，表示眼睛中眼白的多少；第二，描述眉毛的语义特征，譬如特征参数N7描述眉毛的粗细程度，N8描述眉毛之间的距离；第三，描述眼睛与眉毛之间的语义特征，特征参数N11描述眉毛与眼睛之间的距离，N12与N13描述的是以眼睛为参照物，判断眉毛是内侧或者外侧型。 表征眼睛主特征参数如：N1=EX3/EX1；N2=EX2/EX1；N3=EX4/EX1；N4=EY1/EX4；N5=2·IR1/EX1；N6=IX1/EX1；表征眉毛主特征参数如：N7=BY1/BY2；N8=EBX1/EX4；N9=（B1（y1）-B3（y3））/（B1（x1）-B3（x3））；N10=BX3/BX1；表征眼与眉毛之间主特征参数：N1=EBY1/EBY2；N2=EBX1/EX4；N3=EBX2/EX4；N4=EBX3/EX4；光学仪器第36卷

第6期刘祥楼，等：基于语义新型眼部特征的混合参数模型构建

1.2提取描述眼部特征的混合参数混合参数模型的特征参数的提取主要原理：首先，依据眼睛的色度信息定位眼睛；其次，依据眉毛与眼睛的几何位置关系分割出眉毛；最后，采用投影法提取相应特征参数。眼睛特征的提取主要是利用肤色的聚类特征检测出彩色图像中人的脸部，然后根据眼睛的色度信息提取眼睛轮廓。眼睛特征提取系统主要分为四个环节，即图像获取、人脸定位、区域分割、特征提取。具体过程如下（1）肤色区域的中值分别用Cb（Y）和Cr（Y）表示，变换式为：Ci（Y）=A2实验仿真与结果分析仿真实验计算机配置为AMD Athlon X2台式机，2.81 GHz主频，2.0 GB内存，计算机运行系统为Windows XP Professional SP3。在MATLAB软件平台上，本文采用东北石油大学2011级研究生入学采集的1 000张照片作为实验样本，实验的流程结构框图如图2所示。在提取眼部混合参数模型特征参数时，以语义字段的形式进行编码，如表1所示。每个混合特征参数针对实验过程中采集的数据的均值划分出4段阈值，并对阈值分别编码为00、01、10、11，如表2所示。图3所示是实验过程中输出的图像，可以看到检测出来眼睛与眉毛的边缘信息。图3中眼睛、眉毛图像投影分别如图4和图5所示。通过投影可以测得眼睛、眉毛特征中的特征参数，如眼心距、眉毛间距离等。也可以测得眉毛、眼睛角点的坐标，通过坐标值可以计算不能直接用投影直接提取的特征参数。例如B1点与B3点之间连线的水平夹角，可以通过投影测得其坐标值，利用坐标值测得N9数值，当N9>0表示眉毛下倾，N9在0附近表示眉毛两侧角点水平，N9<0表示眉毛上扬。提取虹膜的图像如图6所示，虹膜外边缘的投影图像如图7所示，可以测得描述虹膜的特征参数。

参考文献：

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CIMS环境下基于特征的产品模型 篇5

摘 要：城镇体系的分形研究是城市地理学研究的新方向。重庆的城镇体系具有分形特征，可利用分型模型分析其城镇规模结构和空间结构的分布特点。分析表明：重庆的城市首位度目前处于极不合理状态，中间位序的城镇分布过于集中；人口分布虽然显得比较均衡，但是一种较低水平的均衡；在城镇空间结构方面，城镇的空间关联程度不够紧密，空间相互作用强度不大。

关键词：城镇体系；规模结构；空间结构；分形理论；重庆市

中图分类号：F293；F224.9

文献标识码：A

文章编号：1008-6439(2008)04-0044-04

Research into characters of Chongqings urban system based on fractal model

LI Bin

(School of tourism，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China)

Abstract：A new direction for urban geography research is fractal study. Chongqings urban system has characteristics of the fractal model，which can be applied to analyze the scale structure and spatial structure of Chongqing urban system. According to the analysis，the scattered characteristics and its primary ratio of Chongqings urban system is not reasonable，which means the intermediate cities are over-centralized；the population has an equilibrium distribution but in low levels；for special structure，the special relevancy is not adequate，and the interactive intensity is not great.

Key words：urban system；scale structure；spatial structure；fractal theory；Chongqing

城镇体系是区域经济的骨架，是带动区域经济增长的极核。研究城镇体系结构特征及成长的动力机制，制订合理的城镇体系发展对策，对促进区域经济增长、社会发展具有十分重要的意义。作为大自然负幂律的重要形式，Zipf定律已被证明具有分形性质[1，2]，分形研究(fractal studies)是当代理论地理学研究的重要内容之一。在国外，Mandelbrot最早研究了城镇规模分布的性质[3]，D.Wong、A.S.Fotheringham和P.Frankhouser等先后研究了城镇体系的位序-规模法则以及Pareto分布与分维的关系，S.L.Arlinghaus和W.C.Arlinghaus讨论了中心地体系的分维[4]。这些为分形理论在城市研究领域的应用做了开拓性的工作，从此该领域的分形研究得到了蓬勃发展。在国内，从20世纪90年代初开始将分形理论引入城市地理学的研究，艾南山、李后强等人做了开创性的工作，陈彦光、刘继生等人在基础理论、应用方法和实证研究方面都取得了丰硕的成果。本文试图利用分形理论对重庆市城镇体系的规模结构和空间结构特征进行研究，以期对城镇体系的分析与规划提供科学依据。

一、研究区域概况

重庆市位于四川盆地东南部、青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，与四川、陕西、湖北、湖南、贵州等省毗邻。辖区东西宽470千米，南北长450千米，国土面积8.2万平方千米，共辖40个区(县)，1 044个乡(镇)，全市人口3 090万人，是我国最年轻的直辖市。2006年，重庆市提出了“一圈两翼”的空间结构，即以都市区为中心的一小时经济圈、以万州为中心的三峡库区核心地带(渝东北翼)和以黔江为中心的乌江流域及武陵山区(渝东南翼)。

一小时经济区包括都市区及涪陵、江津、合川、永川、长寿、綦江、大足、潼南、荣昌、铜梁、璧山、南川、万盛、双桥23个区县，面积2.87万平方千米，依托长江水系和铁路、高速公路、机场等一体化综合交通网络，形成网络型、开放式的区域空间结构和城镇布局体系。这一区域面积约3万平方公里，目前常住人口达1 600万人，接近全市的60%，其中城镇人口接近1 000万人，城镇化率接近60%；2005年实现地区生产总值超过2 000亿元，占全市地区生产总值70%左右。

渝东北地区包括万州、开县、垫江、丰都、忠县、云阳、奉节、梁平、巫山、巫溪、城口11个区县，面积3.39万平方千米。依托长江以及沿江铁路、高速公路构成的东北线发展轴发展，形成以万州为核心、以开县和奉节为主要节点、其他城市和建制镇为基础的带状城镇发展区。

渝东南地区包括黔江、秀山、酉阳、石柱、彭水、武隆6个区县(自治县)，面积1.98万平方千米。依托乌江和渝湘高速公路、渝怀铁路等构成的东南线发展轴，形成以黔江为核心、以秀山为主要节点、其他城市和建制镇为基础的点轴状城镇发展区。

二、城镇规模分布的分形特征

1.区域城镇规模分布的分形模型

等级规模结构是指城镇体系中各城镇之间规模相互组合关系、特征与差异等，城镇等级规模分布是指一定区域内城镇规模的层次，该分布反映城镇从大到小的序列与规模，揭示一个区域内城镇规模的分布规律(集中或分散)。城镇体系的分形特征是指城镇等级规模分布序列中的自相似性，即分布序列中局部与整体间的自相似性，因此，城镇体系规模分布具有分形特征[5]。确定分维的方法有多种，其中最基本、最常用的是豪斯道夫维数。对于一个特定区域，将城镇人口规模从大到小排序，用人口尺度r(r用人口数量表示)来度量人口规模大于r的城镇数目N(r)，改变人口尺度r时，区域内的城镇数目N(r)也会随之改变，当r由大变小时N(r)不断增多。在某个标度范围内，N(r)与r满足关系：

显然这是一个分形模型，其中D便是豪斯道夫(Hausdorff)分形维数[6]。1949年G.K.Zipf提出了一个通用的城市规模分布描述方程：

两边取对数得：

式中，r为城市等级序列(r=1，2，3...，n)，p(r)为等级为r的城市规模，p1为最大城市规模，q为与区域条件和发展阶段有关的常数。齐夫公式服从幂定律，具有分形意义。参数q(Zipf维数)与D(Hausdorff维数)互为倒数，即D=1/q或q=1/D。一般来说，D值的大小具有明确的地理意义，直接反映了城镇体系等级规模结构。当D < 1(q>1)时，表示该区域的城镇体系等级规模结构比较松散，人口分布差异程度较大，首位城市的垄断性较强；当D = 1(q=1)时，表示该区域首位城市与最小城市的人口规模之比恰好为区域内整个城镇体系的城镇数目；当D > 1(q<1)时，表示该区域城镇规模分布比较集中，人口分布比较均衡，中间位序的城镇数目较多[7]。

2.重庆市城镇规模分布的分形特征

李 斌：基于分形模型的重庆市城镇体系特征研究按照上述模型，采用重庆市32个城市非农业人口的数据 (见表1)，分析重庆市城镇规模结构的分形特征。以lnr为横坐标，lnp(r)为纵坐标做出散点图，进行线性回归模拟，无标度区的范围从序号2起，到序号30结束。

结果如图1所示，q=0.7 639，D=1.3 091，R2=0.9 486，相关性较好。分维值D =1.3 091>1，表明区域内城镇体系规模分布较为集中，中间位序的城镇较多，人口分布显得比较均衡，这种低水平的均衡分布不仅反映了区域发展的水平相对落后，而且也将对区域今后的进一步发展产生不利影响。

三、城镇体系空间结构的分形特征

1.城镇体系空间相关性的分形模型

城镇体系的空间结构是城镇体系的重要特征之一，它指一个区域内的城镇由于存在空间相互作用，把空间上彼此分离的城镇结合为具有特定结构和功能的有机整体。它揭示的是区域内各城镇间相互作用的状况和机制。[8]城镇体系各要素通过物质流、能量流和信息流的传输与交换，相互作用，协同发育，产生比速增长机制，使得区域城镇的空间分布显示出一定的规律，这便是城镇体系空间分布的自相似分形结构。城镇体系的空间分布具有明显的无标度特征，一定范围内具有随机分形结构[9]。城镇体系的空间相关性分形研究一般采用关联维数来标度，其关联函数为[10，11]：

2.重庆市城镇体系空间相关性的分形特征

根据上述模型，确定重庆市区为中心城市。本文采用城市之间的直线距离进行计算，具体数据从重庆市地图中查得，构建32×32矩阵(略)。

以r为横坐标、以C(r)为纵坐标做出散点图，结果如图2。由于计算空间关联维数必须考虑无标度区的范围[12]，根据散点图，无标度区的范围应从序号3起，到序号20结束，则对应的距离范围是42～280。可以得到C(r)=0.4286r1.048，空间关联维数D=1.048，测定系数R2=0.998。空间关联维数D值相对较低，说明重庆城镇分布相对集中，空间相互作用也相对较弱。

四、结语

通过以上分析可以得出以下基本结论：

(1)重庆市城镇体系在规模分布和空间结构上都具有比较明显的分形特征，表现出自相似结构。说明分形理论适合重庆市城镇等级规模结构和空间结构的分析研究，这一数学测算方法对制定该区域的城镇规划具有一定的实践价值。因此，在重庆市城镇体系规划中，可以运用分形思想设计城镇体系的等级规模结构和空间结构。

(2)根据对城镇体系规模分布的分维测算，重庆市城镇体系在今后较长时期内仍是城市首位度过高、中间位序城镇同级竞争的格局。所以，必须重点建设区域中心城市——万州区、涪陵区、江津市、永川市、合川市、黔江区，充分利用其作为市政府驻地的优越区位条件和经济实力相对雄厚等优势，发挥龙头带动作用，扩大对全区物资流通和各种信息、人才、科技、资金集散的辐射带动功能；同时，要以25个中小城市为主体、以若干中心镇为基础，并向集镇辐射的等级合理、规模适度、职能分工明确的多层次、网络化的城镇体系发展，改变中间位序城镇分布过于集中的现状。

(3)根据分形特征可以看出，重庆城镇等级规模结构的分布在一定程度上也是区域行政分隔背景下区县域之间封闭、保守和低水平竞争的结果。因此，在重庆城镇体系和区域发展规划中，应将城镇体系的自身建设与区际联系统筹考虑，充分挖掘成渝、渝黔、渝怀、沿长江经济带的辐射区域等优越区位条件；在注重自身城镇体系完整性与独立性的前提下，重视与邻省等地区城镇体系之间的相互联系，加强城镇体系规模、空间结构的优化，逐步使重庆城镇体系的结构功能与经济功能走向完善。[13]

(4)根据对重庆市城镇体系空间结构的分形特征研究，重庆城镇体系空间分布相对集中，空间相互作用也相对较弱。由于重庆市城镇主要分布在丘陵、山区及沿江地带，空间分布格局受到地形及河流的影响，因而交通条件成为影响城市之间相互作用强度的主要因素。为改变城镇之间空间关联程度不高的现状，必须加快以交通为主的基础设施建设，改善城镇之间的通达条件，以时间来压缩空间距离，增强城市之间的空间相互作用强度。

参考文献：

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(责任编校：夏 冬)

CIMS环境下基于特征的产品模型 篇6

老龄化是社会不可逆转的趋势，老龄化问题具有社会时效性和迫切性，同时，信息化社会所产生的交互涉及到生活的方方面面，老年人用的产品也不例外。本文针对通用产品的交互界面，根据设计学、认知学、交互科学的相关原理和方法，进行适老化设计的初步研究，从而使产品交互不仅仅适合其他群体，同时也适合老年群体，以期使产品达到真正意义上的通用。

关键词：

行为特征 通用产品 交互界面设计 适老化

随着经济的发展，社会的变迁，我国人口不断增长的发展趋势虽然已经得到了明显的控制。但是伴随科学技术的突飞猛进，医疗水平的进步，人们的生活质量不断提高，人口老龄化的现象越发严重，已经成为国内乃至全世界共同关注的社会问题。且具有社会时效性和迫切性。同时，信息化社会所产生的交互涉及到生活的方方面面，老年产品也不例外。但更多的老人渴望得到与其他群体一样的认可。因此，产品交互界面的适老化设计显得尤为重要。本文针对通用产品的交互界面，根据设计学，认知学，交互科学的相关原理和方法，进行适老化设计研究，着意于如何使通用产品交互不仅仅适合其他群体，同时也适合老年群体。意在为国内老年产品交互界面的设计，提供一定的参考。

1.产品交互界面要素和架构

通过查阅大量相关资料和文献，我们采用要素类聚法和原型设计法对产品交互界面要素和架构进行分析，交互界面主要分为两种：硬界面交互和软界面交互，硬界面主要包括功能、结构、形态、方式等方面。软界面主要包括文字、色彩、图形、控件、结构、导航等方面。交互界面的架构主要包括功能模块、逻辑结构、以及交互形式。根据所得信息。我们进行市场调查，将市场上现有的部分老年产品和通用产品交互界面的要素和架构进行分析和比较，总结其共性和特性。

2.老年认知、理解、反馈的行为特征

随着科技的发展，各式各样的高科技产品开始逐渐融入我们的日常生活中，成为我们日常需要中不可或缺的一部分，老年产品也不例外。虽然国内外对老年产品已经开始有了一些研究，但是仍处于初级阶段，尤其是行为特征这—方面。缺乏全面和系统的考虑。本小节着重分析和总结了老年人的行为特征。为实现通用产品交互界面的适老化设计提供参考。

（1）认知

从认知心理学的角度来讲，老年人在认知方面的退化主要体现在视觉、听觉、触觉上。

视觉方面，眼睛作为视觉器官，是人体感知系统中最重要的一部分，能够对收到的信息做出最直接的判断和定位，在信息的传达上起着十分重要的作用。但随着年龄不断增长，人体的视觉器官开始出现退行性变化。研究发现，老年人眼睛出现眩光的概率远比年轻人大得多，以及常伴有不同程度的眼科疾病。如，白内障、青光眼等。视力减退，对图形的感知力不断下降，对其相互关系也不能够做出准确的判断和把握。同时，老年人对色彩的识别能力也存在明显衰退，特别是邻近色之间的分辨，有一定的困难。视力的减退对老年人心理活动也造成一定的负面影响。

听觉方面，听觉器官同样会随着年龄的增长明显衰退，耳朵内部及听觉神经细胞逐渐凋亡，对声音的敏锐度降低。研究发现，在相同的声波频率下，65岁的老人需要30岁的人的10倍的声音强度才能感知相同的声响。这使得老年人在日常生活中不仅对信息的获取有着一定的影响，对其语言表达和知觉也有一定的影响。

触觉方面，老年人触觉方面的退化主要表现在由于年龄的增长，身体各项机能的衰退，新陈代谢缓慢，表皮细胞减少使得老年人皮肤不平滑较干燥，手部关节也随之变得僵硬，不灵活，对物体的触觉知觉能力显著降低，在产品操作上尤其是对小型产品及设计精巧的产品进行操作时容易出现失误。导致情绪大幅度波动。

（2）理解

老年人在对事物的理解行为的变化主要表现在记忆力和智力等方面随着年龄的增长而衰退。

记忆力的衰退是当人们进入老年时表现最为明显的特征。经研究发现，人在60岁以后，记忆力开始明显下降，主要变现在记忆速度变慢，范围变小。回忆能力降低，但老年人记忆力衰退的特殊之处在于往往对记忆力开始减退之前的事物记忆深刻，对近期发生的事情记忆能力较弱，有时刚刚做过的事情，转身就忘记。

记忆力的衰退使老年人对新事物的接受能力降低。往往成为老年人在学习新事物过程中的主要障碍，导致他们在接触新事物时容易产生恐惧心理，本能地开始抗拒，或是极度不自信。

智力方面，心理学家对智力和年龄的关系进行研究，发现，正常情况下，人进入高龄后，智力不会出现明显减退，尤其是人生阅历知识经验丰富的老年人，对复杂事物的分析处理能力，判断能力，思维能力都毫不逊色于年轻人。通常语言理智性和在对知识的理解方面在80岁之后才开始出现明显下降。社会以及老年人本身在在对这方面的认知上都存在着误区，认为人在进入老年之后各方面机能的下降，心智严重钝化，思维能力迟滞，不适合学习。

综上所述，基于对老年人认知和理解行为的分析，我们可以得到大量有关于老年人界面交互设计重要提示，在通用产品的交互界面适老化设计中充分考虑老年人的行为特点。从而使人机的交互达到最和谐统一的状态，实现真正的通用。

3.产品交互界面的适老化设计研究

所谓“产品交互界面的适老化设计”，通常是指采用通用化设计理念，以老年群体的生理机能和行为特征为参考，以老年产品交互界面为设计对象，采用系统设计方法，去除老年群体在使用产品过程中的心理障碍，使老年产品交互界面更加“易用、好用、想用”。

目前，国内外针对产品交互界面的适老化设计虽然有了一定的研究，但均有些片面。市场上现有的一些产品交互界面设计，呈现出较严重的两极分化趋势，一种是功能上越来越齐全，界面绚丽多彩。对年轻人而言，可以丰富其生活，增加乐趣。但对于老年人来说，这与他们的认知特征并不相符，无疑会增加他们在操作上的困难，失去自信心。面对这样的产品甚至会产生恐惧感和排斥心理。另一种则是专为老年人设计的产品交互界面，功能简单，形式单一。可以满足一些使用上的基本功能。

根据调研以及查阅相关资料文献，针对老年人的行为特性，本文总结出以下几点以老年用户为中心的产品交互界面适老化设计的原则。

3.1结构设计原则

结构设计是整个界面系统的骨骼，是决定其在使用过程中难易程度的基础设计。主要包括信息架构与信息表达两个部分。

3.1.1信息架构

所谓信息架构，就是对界面信息中的图像、文字、声音等虚拟信息进行统一管理的方式。

信息架构以调查所得的充分数据为基础，以用户为中心，了解用户的需求，将其所需的功能按照结构化、系统化的方式进行分类，优先选择最为重要或经常用到的功能以便于用户找到的图标形式展现在主界面上。这是对于普通用户而言，信息架构设计的原则。结合前文对老年人行为特性的整理分析，在进行适老化设计时，要充分考虑到老年人行为特征中的记忆特性，注意信息架构层次的深度与宽度之间的权衡。深度太大或者宽度太大都会增加老年人在使用上的记忆负荷。研究表明宽度在一定程度上优先于深度。作者认为在架构设计时，应注意架构的清晰，明确，避免多余的架构出现。保证逻辑顺序准确性。确保每项功能模块都可以通过主页直接进入，减少多余的操作。

3.1.2信息表达

信息表达是在完成信息架构设计之后，设计师把信息架构中的内容通过语言、符号等用户可以理解的形式展现出来。设计师在做这部分设计时应尽量使用符合目标用户习惯或熟悉的非专有名词来命名。以便使用者能够快速地进入交互系统，轻便、快捷、准确地获取所需要的信息。

3.2交互设计原则

人对任何产品的使用都是一个互动的过程。用户如何通过产品获取所需要的信息，产品如何将所知的信息传达给用户，这都需要设计师通过界面设计将信息进行相互传达，这个过程就是交互设计。本文结合老年行为特征给出几点界面交互设计原则：

（1）界面简明扼要：相对于个性张扬，繁缛复杂的界面设计，大多数老年人更偏爱于简明扼要的界面。采用简单大方的背景，突出主要功能，免去了老年人在使用过程中因视觉缺陷而引起的不必要麻烦。

（2）一致性原则：产品中功能相同或功能类似的选项界面，在结构上应具有一致性，并进行适当合并，减少老年人在使用时的操作困难，便于学习和记忆。

（3）信息提示功能：设计师在界面设计过程中应注意设置信息提示功能，例如在第一步操作时提供下一步的帮助信息以减轻用户的记忆负担。

（4）实时反馈：在用户使用过程中，界面应当实时将用户操作时的状态信息反馈给用户，以便用户能够直观地掌握当前状态。

3.3视觉化设计原则

界面设计在满足功能需求的同时，也要满足人们在审美上的需求。视觉化设计是界面设计中最直接的部分，能够使用户最直观地获取信息。是非常重要的一个环节。因此，为了保证视觉化设计的合理性方便老年群体和其他群体共同使用，要遵循以下几个原则。

（1）图标：图标作为界面设计中一个非常重要的元素，在设计时应注意简洁并包含适当的信息量，使用户在操作过程中能够轻易地感知信息。方便大脑更快捷地储存信息，不易遗忘。

（2）语言：语言是信息传达中最主要的形式，包括图形语言、文字语言等，产品交互界面在进行适老化设计时，应多采用图形语言的形式来进行信息的传达，因为图形中所包含的信息量远大于文本。可以降低老年人在接受信息过程中的认知困难以及所产生的记忆负荷。

（3）色彩：色彩设计是界面设计中必不可少的步骤，要着重考虑色彩的合理运用、搭配方式等。研究表明，老年人对蓝色的分辨能力较弱。结合前文老年行为特性中视觉特性，作者认为在界面适老化设计时，尽量使用对比强烈的色彩搭配设计，而非邻近色。

综上所述，不同的交互系统、不同的分辨率以及不同的界面尺寸都有其不同的准则，在进行视觉化设计时应视情况而定。

总结

随着老年群体势力的不断扩大，对产品需求的不断增加。产品交互界面的适老化设计研究对老年群体来说，有很大的现实意义。本文针对老年人的生理机能，认知、理解、反馈等行为特征，做了比较系统的分析和整理。对产品交互界面的适老化设计做出了积极的探索。但在研究过程中，由于各方面因素的限制，整体还不是很完善，尚处于初步阶段，有待进一步的提高。希望能够为老年产品交互界面设计的研究工作提供一定参考。尽早实现老年专属产品与普通产品之间的通用，让老年人能够深刻地感受到社会给予他们的关怀。