1、工業(yè)設(shè)計(jì)論文：基于駕駛仿真的人因?qū)嶒?yàn)教學(xué)的探索    論文關(guān)鍵詞：駕駛仿真  人因工程  實(shí)驗(yàn)教學(xué)  虛擬現(xiàn)實(shí)    論文摘要：人因工程是工業(yè)工程主要的專(zhuān)業(yè)方向之一，駕駛仿真是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、研究駕駛安全的重要手段和方法。該文介紹了基于駕駛仿真開(kāi)展綜合型開(kāi)放的人因教學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，以及所取得的教學(xué)效果，為人因教學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供了可以借鑒和參考的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。    人因工程 (human factors engineering或 er

2、gonomics)是研究人與系統(tǒng)其他元素之間的交互作用的學(xué)科，是一個(gè)運(yùn)用理論、原則、數(shù)據(jù)、方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提升人類(lèi)福利并優(yōu)化整體系統(tǒng)表現(xiàn)的專(zhuān)業(yè)。人因工程涉及 的領(lǐng)域廣，應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)。     培養(yǎng)學(xué)生具備人因?qū)W的眼光，去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力以及靈活運(yùn)用人因理論方法和技術(shù)的能力，僅靠傳統(tǒng)的人因工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)是不夠的。傳統(tǒng)的人因工程教學(xué)大多側(cè)重于某項(xiàng)內(nèi)容的測(cè)定，形式比較單一，比如環(huán)境噪聲的測(cè)定、環(huán)境照明的測(cè)定、心率與耗氧量的測(cè)定、勞動(dòng)強(qiáng)度的測(cè)定等。僅這些測(cè)定內(nèi)容，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合能力的培養(yǎng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。    

3、 隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)的增長(zhǎng)和交通系統(tǒng)的發(fā)展，道路交通形勢(shì)極為嚴(yán)峻，應(yīng)用人因工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決道路及汽車(chē)駕駛問(wèn)題是十分重要和必要的。而且，學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的交通系統(tǒng)問(wèn)題感同身受，易于學(xué)生對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和理解。為此，我們以駕駛仿真為基礎(chǔ)，通過(guò)開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生從人因的角度去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合、系統(tǒng)地應(yīng)用人因理論知識(shí)去分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生加深對(duì)人因理論和方法的理解與掌握。    1 實(shí)驗(yàn)實(shí)施基礎(chǔ)     11 硬件基礎(chǔ)     清華大學(xué)工業(yè)工程系人因工程實(shí)驗(yàn)室

4、自行研制了多通道寬屏幕固定式駕駛仿真系統(tǒng)，見(jiàn)圖 1所示。該系統(tǒng)由真車(chē)改造，具有可用性、柔性、整體性好和成本低等特點(diǎn)。系統(tǒng)的多個(gè)模塊具有可配置性，能靈活地運(yùn)用于各種駕駛仿真任務(wù)的模擬，可隨時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和研究對(duì)象的變化對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)軟硬件進(jìn)行調(diào)整，以適用不同研究課題或?qū)嶒?yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)需要。        通過(guò)駕駛仿真系統(tǒng)可以對(duì)駕駛員在駕駛過(guò)程中的行為、感知、認(rèn)知、決策和態(tài)度進(jìn)行觀察、測(cè)量和分析，具有安全性、可控制性、可重復(fù)性、易于采集客觀數(shù)據(jù)等特點(diǎn)。     12 軟件及仿真場(chǎng)景模

5、型庫(kù)     駕駛仿真系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分之一是虛擬駕駛場(chǎng)景的仿真，它基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，具有沉浸、交互、構(gòu)想的特性，使駕駛員身臨其境，與駕駛仿真的場(chǎng)景環(huán)境自然交互。駕駛場(chǎng)景的構(gòu)建主要是根據(jù)科研或教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)造交通場(chǎng)景的三維模型或再現(xiàn)真實(shí)的交通場(chǎng)景。可以采用 Muhigen Paradigm公司的 Creator建模軟件或常見(jiàn)的3DS MAX造型軟件進(jìn)行虛擬駕駛場(chǎng)景的建模，采用 Muhigen Paradigm公司Vega軟件構(gòu)建模擬駕駛的仿真平臺(tái)。    我們目前已擁有具有一定素材，可用性強(qiáng)的仿真場(chǎng)景模型庫(kù)，如圖2所

6、示，具有多種形象逼真的交通環(huán)境、車(chē)輛和行人模型，具備各種機(jī)動(dòng)車(chē)輛等可配置交通模塊，還具備模擬特殊天氣下的交通環(huán)境，如雪天、霧天、夜間等駕駛環(huán)境。這些豐富的仿真場(chǎng)景設(shè)計(jì)元素大大增加了系統(tǒng)的柔性和可用性，方便研究人員及學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模O(shè)計(jì)和開(kāi)展各種有關(guān)駕駛員行為的研究。        13 知識(shí)基礎(chǔ)     基于駕駛仿真的人因?qū)嶒?yàn)教學(xué)要求學(xué)生已經(jīng)具備一定人因工程基礎(chǔ)理論和方法的基礎(chǔ)，例如反應(yīng)時(shí)的測(cè)定、標(biāo)識(shí)的設(shè)計(jì)理念、人因設(shè)計(jì)的基本思路及應(yīng)用的方法等。另外，還需學(xué)生具備一定的計(jì)算

7、機(jī)軟件應(yīng)用的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，以便能更快地學(xué)會(huì)相關(guān)模型軟件的使用。     2 人因?qū)嶒?yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施     結(jié)合駕駛仿真所設(shè)計(jì)的人因教學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生的實(shí)踐內(nèi)容更加貼近實(shí)際應(yīng)用，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為目標(biāo)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，主要著重于以下幾個(gè)方面。    21 發(fā)揮學(xué)生的自主性     以交通標(biāo)志設(shè)計(jì)與評(píng)估實(shí)驗(yàn)為例，交通標(biāo)牌的字體大小、圖樣設(shè)計(jì)，直至放置實(shí)施均由學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的組織形式分工協(xié)作，獨(dú)立完成。要求交通標(biāo)牌設(shè)計(jì)合

8、理，易于道路使用者識(shí)別；模型設(shè)計(jì)后，可以直接使用駕駛仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)車(chē)、實(shí)路駕駛；對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行有效、合理的評(píng)估。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中充滿了挑戰(zhàn)性，因此大大地激發(fā)了學(xué)生的興趣和主動(dòng)性 。     22 實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性     實(shí)驗(yàn)室僅提供駕駛仿真系統(tǒng)及配套模型軟件，模型的設(shè)計(jì)以及對(duì)模型評(píng)估的方法和手段都由學(xué)生根據(jù)需要自行確定，這為學(xué)生的創(chuàng)造性思維發(fā)展提供了很大的自由度。例如，針對(duì)駕駛安全某個(gè)主題的研究，學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)模型，自行設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷，組織實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，并分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。    

9、60;23 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性     實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想是讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)的同時(shí)，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際，靈活應(yīng)用人因工程理論解決實(shí)際問(wèn)題的思路及方法的能力。正如學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告里所說(shuō)：“在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題到解決問(wèn)題，我們都遵循了在人因?qū)W中起核心作用的以人為本的思想。實(shí)驗(yàn)中我們面對(duì)的是一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的復(fù)雜問(wèn)題，我們實(shí)踐了一個(gè)完整的應(yīng)用人因?qū)W原理到實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，即確定設(shè)計(jì)目標(biāo)和績(jī)效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一系統(tǒng)定義一基本設(shè)計(jì)一界面設(shè)計(jì)一測(cè)試評(píng)估一方案改進(jìn)的過(guò)程，課堂上學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)在此得到了實(shí)踐與鞏固。”24 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的創(chuàng)新性   &

10、#160; 我們應(yīng)用駕駛仿真系統(tǒng)的相關(guān)軟件和硬件，給予學(xué)生全新的集成體驗(yàn)，加深理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，并感知復(fù)雜的系統(tǒng)和理論。使學(xué)生的方案設(shè)計(jì)和改進(jìn)措施更加符合實(shí)際，利于學(xué)生的實(shí)踐實(shí)施，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)充滿興趣和積極性。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中說(shuō)到：“我們體會(huì)到了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在系統(tǒng)研究中的巨大作用。就這次實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，我們利用現(xiàn)有的模型，屏幕上談兵，就完成了系統(tǒng)的分析以及再設(shè)計(jì)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)在我們研究現(xiàn)實(shí)世界的有力工具。我們學(xué)習(xí)到了很多應(yīng)用案例，也更加深入地理解了人因課上所講到的一些理論與原則性的知識(shí)。理論結(jié)合實(shí)踐，是學(xué)習(xí)知識(shí)的最佳方式。不過(guò)，我們的實(shí)踐，不是傳統(tǒng)意義上的實(shí)踐，而是在虛擬的現(xiàn)實(shí)世界

11、中進(jìn)行的實(shí)踐。”     我們針對(duì)不同的教學(xué)需求，可以開(kāi)設(shè)如下不同類(lèi)型、不同形式的人因教學(xué)實(shí)驗(yàn)。     (1)體驗(yàn)式教學(xué)。可以把復(fù)雜的難于理解的人因工程理論通過(guò)駕駛交互體驗(yàn)來(lái)領(lǐng)會(huì)和學(xué)習(xí)。     (2)研究型教學(xué)。學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景或測(cè)試方案，開(kāi)展針對(duì)特定理論或者原則的實(shí)驗(yàn)研究。例如，有準(zhǔn)備的反應(yīng)模式與無(wú)準(zhǔn)備的反應(yīng)模式區(qū)別，有分神或者無(wú)分神的反應(yīng)模式區(qū)別，疲勞和正常精神狀態(tài)下的反應(yīng)模式區(qū)別等。     (3)專(zhuān)題教學(xué)。例如：交通險(xiǎn)情

12、專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)險(xiǎn)情反應(yīng)模式、反應(yīng)時(shí)間的測(cè)定，學(xué)生也可進(jìn)行交通險(xiǎn)情的體驗(yàn)；交通標(biāo)識(shí)專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)可以對(duì)交通路標(biāo)進(jìn)行主觀、客觀的評(píng)估。     3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果     基于駕駛仿真，我們已經(jīng)開(kāi)設(shè)了人機(jī)系統(tǒng)仿真體驗(yàn)式實(shí)驗(yàn)、汽車(chē)貼膜研究型實(shí)驗(yàn)和以北京西直門(mén)為案例開(kāi)展了交通標(biāo)志設(shè)計(jì)與評(píng)估的專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)貼近生活實(shí)際的應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)實(shí)驗(yàn)很好地達(dá)到了預(yù)期效果，受到了學(xué)生的肯定與好評(píng)。     (1)學(xué)生感受到人因理論方法與技術(shù)在實(shí)際生活中

13、的重要地位，真正理解了人因工程的內(nèi)涵，有助于學(xué)生在實(shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用，加強(qiáng)了對(duì)所學(xué)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)。     (2)利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造性解決問(wèn)題的能力。     (3)培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生合理分工，相互協(xié)作，進(jìn)行有效的團(tuán)隊(duì)溝通，共同解決問(wèn)題，才能成功地完成。     (4)提高了學(xué)習(xí)的興趣。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容目的性強(qiáng)，貼近實(shí)際應(yīng)用，給學(xué)生充分的自由度，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高，自主、積極地查閱資料，確定解決方法。   &

14、#160; (5)提高了實(shí)踐教學(xué)效果。利用駕駛仿真系統(tǒng)使教學(xué)環(huán)境生動(dòng)、逼真、安全，學(xué)生能夠多方體驗(yàn)，吸引了學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的興趣，也有利于學(xué)生對(duì)方案結(jié)果的檢驗(yàn)和評(píng)估。     4 結(jié)束語(yǔ)     基于駕駛仿真，我們開(kāi)設(shè)了多種類(lèi)型的自主性、綜合性、開(kāi)放型的實(shí)驗(yàn)，并得以順利實(shí)施讓學(xué)生有機(jī)會(huì)嘗試、體驗(yàn)、研究并解決人因工程的實(shí)際問(wèn)題，受到了學(xué)生的廣泛贊譽(yù)。實(shí)驗(yàn)鍛煉了學(xué)生綜合運(yùn)用理論和方法解決實(shí)際項(xiàng)目問(wèn)題的能力，為他們后續(xù)的學(xué)習(xí)和去企業(yè)實(shí)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。     今后，我們

15、還將不斷總結(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，不斷地完善和提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平，不斷豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，為培養(yǎng)創(chuàng)新型、綜合型高素質(zhì)人才而服務(wù)。     參考文獻(xiàn)：     1張緒柱工業(yè)工程實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)教程 M北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ，2006     2Ying Wang，Endong Zhang，Wei ZhangDevelopment of a lowcodriving simulation system for safety study and trainingc/Prceeding of Dr

16、iving Simulation Conference AsiaPacificTsukubaJapan ，2006     3嚴(yán)京濱，林亨，張偉人因工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè) J實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，22(6)：l3-l5     4王力威培養(yǎng)大學(xué)生主動(dòng)性和獨(dú)立性之思考 J江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，8(4)：83-85     5張勁利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建教學(xué)新模式 J常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，3(53)：2628     6北京市交通安全教育學(xué)校機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛員交通法規(guī)與相關(guān)知識(shí)M北京：群眾出版社，2004     7裴玉龍，王煒道路交通事故成因及預(yù)防對(duì)策