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激光增材制造装备的工效学分析与优化设计

马明宇  
【摘要】:激光增材制造装备是目前国内外广泛关注与研究的新型智能制造装备,但其复杂的任务层级与系统构成导致装备的宜人化设计水平偏低,影响操作者对装备的加工成型控制。因此,针对激光增材制造装备开展工效学分析与优化设计,对保证操作者作业效率,降低事故的发生率,提高操作人员的体验满足感,增强装备的宜人化设计与有效控制能力具有重要意义。基于此,本文以LDM4030同轴送粉式激光增材制造装备为研究对象,深入研究激光增材制造装备人机操作任务,系统研究激光增材制造装备的工效学优化设计方法,主要研究内容如下:(1)针对激光增材制造装备操作任务高度繁杂导致的人机任务分配情况不明晰的问题,建立基于任务知识分析与感知觉-认知理论的装备人机任务分配模型,实现激光增材制造装备操作任务直观化的呈现,为后续交互界面优化与情感设计奠定研究基础。(2)针对激光增材制造装备人机交互界面交互效率低、操作快捷性差等问题,提出一种基于狼群-粒子群混合算法求解的装备交互界面布局优化方法。建立基于人员可达域的装备交互界面布局优化模型。提出基于狼群-粒子群混合算法的布局模型求解方法,解决传统粒子群算法求解多维域布局模型易陷入局部最优解的问题,有效提升模型求解质量,实现装备人机交互界面交互效率的提升。(3)针对激光增材制造装备轻视操作者心理情感层面需求、轻视装备人性化设计的问题,提出基于Kansei-AD的装备情感融合设计优化方法。综合应用粗糙QFD、独立公理检验与GRA-TOPSIS方法构建从用户域到过程域的映射模型,在此基础上应用公理化设计理论确定最佳情感融合设计方案,解决装备人性化情感融合设计问题,实现操作者心理情感因素与装备设计活动的有机融合。(4)针对激光增材制造装备工效学优化方案的多维度评价问题,提出一种基于DEMATEL和粗糙VIKOR结合的工效学优化设计综合评价方法。建立基于操作体验的装备多维度层次工效学评价体系,应用DEMATEL法分析各评价维度指标间的影响关系,应用粗糙VIKOR法降低评价过程模糊性对结果客观性的不利影响,较为全面的实现装备的工效学优化方案评估。


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