基于工業設計及人機工程的手持設備優化設計

張軒軒 張黎明

摘要：手持點檢儀的設計投入消除了原有點檢儀制度中的漏洞和弊端，使點檢結果在執行過程中更加真實有效的反映設備的運轉情況。手持點檢儀可獲得展品運行的大量數據，通過數據結構的統計，對展品運行數據進行分析，實現展品運行狀態的監測、展品故障類型的統計、展品故障預報警，甚至通過運行數據可以分析展品的操作熱度，記錄到系統中，將展品熱度分析、展品運行及故障分析等內容根據系統獲得的實時數據，轉換為多種圖表形式，直觀簡潔地進行展示，便于管理人員隨時查看。本文對基于工業設計及人機工程的手持設備優化設計進行分析，以供參考。

關鍵詞：手持設備;工業設計;人機工程;優化設計

引言

隨著信息化時代的到來，生產型企業的傳統設備管理模式，已跟不上時代的步伐，為適應快速高效的節奏，必須對傳統模式進行改變。通過一種智能的點檢方式代替“手工抄表”“隨機抽查”的常規管理模式。智能手持點檢儀終端是基于傳感器檢測和網絡技術數據遠程傳輸及數據云存儲構建而成。通過手持的振動、溫度、噪音一體化傳感器放置在展品的關鍵位置處采集數據，傳感器數據通過Wi-Fi網絡或蜂窩網絡與云存儲服務器連接，數據存儲。

1手持設備原結構

某測試手持設備原主體結構為盒體，可拆為前蓋和腔體兩部分，厚度約70mm。前蓋安裝有顯示器、按鍵等，腔體內安裝有5個模塊，后側裝有1塊電池及電池蓋，各模塊之間選用帶纜和射頻電纜連接，安裝時將前蓋、腔體合為一個整體，并在主機四周包有防滑減震裝置，設備兩側設置有拉伸式把手。該手持設備在使用中暴露的主要問題如下：①內部空間利用率較低，設備厚度較大，整機顯得臃腫;②按鍵排布簡單，外觀中規中矩，缺乏設計感;③整體質量接近6kg，對用戶手持操作不友好。

2基于智能手持設備的車牌識別系統

2.1基于形態學的車牌定位

在車牌定位階段，我們的目的是使用基于邊緣的圖像處理技術根據原始圖像確定車牌區域。通過識別原始圖像中亮度急劇變化的點而獲得二值邊緣圖像。車牌區域的亮度變化比原始圖像中的其他區域更為明顯和頻繁。矩形車牌區域比其他區域包含更豐富的邊緣和紋理特征。因此，該信息可以用于確定車牌區域，我們使用了形態學方法。首先對真彩色的車牌進行灰度化處理，然后進行高斯模糊處理，再進行基于Sobel算子的邊緣檢測，再運用形態學開、閉、膨脹等操作找出候選的區域，最后進行車牌定位切割操作。為了提高運行速度和便于計算，通常需要將真彩色車牌圖像灰度化，灰度化之后要進行邊緣檢測，但是Sobel算子對噪聲比較敏感，所以我們先進行高斯模糊處理，消除掉噪聲同時模糊一下非車牌的邊緣。Sobel算子結合了微分求導和高斯平滑算法，通過這種算法來計算圖像中灰度的近似梯度。邊緣也是圖像的顯著特征之一。Sobel算子包含兩個3×3的矩陣，分別為水平與垂直模板，因為車牌中垂直邊緣比較多，所以我們用垂直邊緣檢測模板與車牌圖像進行卷積操作;然后將邊緣檢測的結果進行閉運算，填充孔洞;再進行開運算，去除小的噪聲，平滑邊界;之后進行移除小對象與膨脹操作，得到車牌的位置;最后根據獲得的車牌區域進行車牌定位裁剪。

2.2基于人工神經網絡的車牌字符分割與識別

一般來說，人工神經網絡由處理單元形成，人工神經細胞彼此關聯，每個神經細胞之間的連接結構決定了神經網絡的結構。如何改變連接以實現預期目標，取決于人工神經網絡中的學習算法。直到系統結果和期望結果之間的錯誤率降低到足夠接近于零為止，根據學習規則改變網絡權重。因為沒有經驗法則來確定需要多少隱藏層，我們在本實驗中使用反向傳播學習算法構建了一層前饋人工神經網絡，并且在字符中使用此人工神經網絡確定字符的識別階段。在前饋神經網絡中，神經細胞（神經元）被組織成層，層中細胞的輸出通過權重作為下一層的輸入。輸入層接收來自外部環境的信息，并將其傳輸到隱藏層中的節點，而不進行任何更改。網絡輸出通過處理隱藏層和輸出層中的信息來確定。在神經網絡的訓練階段利用反向傳播學習算法。

3優化設計

內部模塊優化完成后，對設備外觀進行了重新設計，提高產品的設計感及用戶體驗度。主要優化內容如下：①基于用戶要求，外觀造型不能過于浮夸，應以穩重簡約為主。因此整機采用大量弧面流線設計，LOGO字符采用鐳雕銀色效果，觀感更為舒適。②按鍵板上確定鍵采用綠色軟膠、開關鍵采用紅色軟膠、其余按鍵采用灰色軟膠，實現啞光效果，色彩搭配合理，使用更舒適;按鍵字符全部采用鐳雕透光工藝，可增強透光效果，利于在夜晚及其他光線不足的環境下進行操作。③指示燈位置位于數字按鍵上方中部，整體下沉，外側加鏡片，鏡片背面絲印黑色，透光處透空字符鐳雕，使得指示燈效果更為明顯。④主機四角防滑防撞條增加凹凸裝飾線條，增強手感;設備頂部、顯示器及按鍵采用多邊凹槽下沉設計，對各外露器件進行保護。⑤把手兩側改為可調尼龍帶單側分離搭扣設計，既便于攜帶，又杜絕使用金屬連接可能出現的生銹情況。

結束語

①結合判斷矩陣分析法、德爾斐方法等，對原設備按鍵的排布及外形進行了重新設計，同時對原設備內部各模塊的布局進行規劃，使整個設備的空間利用率更高、質量更輕。②根據工業設計理論，對原設備造型、色彩、材質等進行了優化，加入了大量弧面、線條等元素，搭配多種色彩及新材質，使得手持設備在保持功能及強度的基礎上更加具備設計美感。③產品設計是一個復雜的過程，除了對功能、質量、成本等因素進行考慮外，還需加強對工業設計及人機工程的關注。只有當各方面因素和諧共存時，才能帶給用戶全新的視覺感受和充分的情感滿足。

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