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基于认知负荷理论的工程机械涂装交互式进化设计研究
| 论文题名： | 基于认知负荷理论的工程机械涂装交互式进化设计研究 |
| 关键词： | 单钢轮振动式压路机;涂装设计;交互式进化设计;认知负荷理论 |
| 摘要： | 工程机械产品设计与制造的智能化己成为满足工程建设需要的关键。涂装，作为工程机械制造的关键工艺之一，在传递视觉信息与品牌文化等方面具有重要作用。然而，目前涂装设计主要依靠设计师的直觉与经验，未形成有效的智能化设计方法。交互式进化设计（Interactive Evolutionary Design，IED），是一种将用户评价作为个体适应度以指导种群进化的智能设计方法，其在解决与用户直觉和偏好相关的隐性目标决策问题中具有显著优势，己被应用于多种设计场景，是解决涂装设计智能化不足的有效途径。然而，由于认知能力的有限性，用户在进化设计的不同阶段会承载不同的认知负荷，而过载的认知负荷将降低交互式进化设计的效率。因此，如何有效地减少进化设计过程的认知负荷，是一个亟待解决的问题。本文从理论、方法和实践三个层面展开研究。 在理论研究层面，本文基于认知负荷理论，对交互式进化设计中用户认知过程进行分析与阐述。首先，解构与分析了不同进化阶段用户的认知活动，总结了每个阶段涉及的具体认知任务，以及其中包含的认知负荷的具体种类；然后，结合认知负荷效应，针对每个认知任务提出了相应的减少认知负荷的改进策略，并提出了结合认知负荷测量的进化设计评估方法；最后，总结提出了基于认知负荷理论的交互式进化设计流程。 在方法研究层面，本文基于改进策略，提出两种具体方法。第一种方法为基于关联认知负荷的交互式进化设计方法(Interactive Evolutionary Design based on germane cognltive load，GCL-IED)，该方法旨在通过构建“设计目标一个体特征”的关联映射，结合参考案例的自适应呈现，以提高进化前期的关联认知效率。第二种方法为基于外部认知负荷的交互式进化设计方法(Interactive Evolutionary Design based on extraneous cognitive load，ECL-IED)，该方法采用两极递进式排序法对评价机制进行改进，并提出了结合用户认知特征与个体评价时间的模糊适应度计算方法。 在设计实践层面，本文选取单钢轮振动式压路机的涂装设计作为具体实践对象。通过对已有案例的搜集与分析，整理与归纳涂装特征，并制定染色体编码规则。基于提出的两种方法，采用Swift语言开发了iOS移动端的压路机涂装进化设计系统。通过对比实验验证了提出方法在降低认知负荷，提高认知效率上的有效性。 |
| 作者： | 贺茂恩 |
| 专业： | 工业设计工程 |
| 导师： | 曾栋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国矿业大学(江苏) |
| 学位年度： | 2021 |
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