基于引力模型的智能制造產(chǎn)線信息系統(tǒng)的信息呈現(xiàn)

吳曉莉 晏 彪 薛澄岐 許盼盼

(1南京理工大學(xué)設(shè)計藝術(shù)與傳媒學(xué)院, 南京 210094)(2中航光電科技股份有限公司, 洛陽 471003)(3東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院, 南京 211189)(4河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院, 常州 213022)

工業(yè)智能轉(zhuǎn)型升級中,特別是工業(yè)制造領(lǐng)域從生產(chǎn)、運(yùn)營、監(jiān)管角度需求的流程看板以及多屏顯示的操控、指揮等信息系統(tǒng)面臨著錯綜復(fù)雜的信息交互界面.交互界面是用戶與智能產(chǎn)線信息系統(tǒng)交流的媒介,通過交互界面的信息呈現(xiàn),用戶可以便捷地查看產(chǎn)線信息系統(tǒng)的相關(guān)信息.產(chǎn)線信息系統(tǒng)的功能日益完善,信息元的數(shù)量也隨之增加,用戶在使用產(chǎn)線信息系統(tǒng)時,需要在龐大的信息數(shù)據(jù)庫中尋找目標(biāo)信息元,在很大程度上降低了用戶的認(rèn)知績效.因此,如何科學(xué)地進(jìn)行信息呈現(xiàn)來降低用戶的搜索時間、提高認(rèn)知績效是亟需解決的問題.

信息呈現(xiàn)是指對復(fù)雜信息系統(tǒng)界面中的信息元進(jìn)行呈現(xiàn),包含對信息元的編碼、布局和可視化等.國內(nèi)外學(xué)者對于信息呈現(xiàn)已經(jīng)從信息編碼、信息布局以及信息可視化方面進(jìn)行了研究.在信息編碼方面,van Laar等[1-2]在交互界面的設(shè)計中提出了有關(guān)顏色的視覺分層方法,通過顏色加強(qiáng)視覺上的顯示分割以提供視覺線索，并對儀控界面顏色編碼的視覺分層方法評估進(jìn)行了研究,結(jié)果表明基于視覺特性的可視化圖層編碼方法比其他編碼方法效果更顯著.邵將[3]從飛行員視知覺出發(fā),研究了界面的圖標(biāo)符號編碼、信息布局編碼以及色彩編碼.李晶等[4-5]通過認(rèn)知容量實(shí)驗(yàn),得到了不同壓力下的顏色、形狀編碼閾值,根據(jù)不同壓力建立信息編碼準(zhǔn)則.嚴(yán)寒等[6]通過語義關(guān)聯(lián)對工業(yè)圖標(biāo)進(jìn)行分析,從而指導(dǎo)工業(yè)圖標(biāo)設(shè)計.在信息布局方面,Habuchi等[7]通過將信息界面分成功能區(qū)的方式來考察信息的分類、用戶經(jīng)驗(yàn)和功能區(qū)3種要素,發(fā)現(xiàn)用戶習(xí)慣偏好和界面視覺設(shè)計因素都會對視線產(chǎn)生影響.Balakrishnan等[8]對交互界面布局提出一種新的啟發(fā)方法,能夠優(yōu)化交互界面設(shè)計布局.張杏[9]基于飛行任務(wù)特征,通過行為實(shí)驗(yàn)得到了在飛行狀態(tài)下警告信息出現(xiàn)位置的優(yōu)先級.王海燕等[10]針對現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)雜的交互界面,利用界面設(shè)計方案,提供了布局設(shè)計的方法流程.在信息可視化方面,Castellano等[11]通過層次信息的可視化方法,在有限的呈現(xiàn)資源下進(jìn)行信息可視化的呈現(xiàn).Serrano等[12]通過對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究,將社交網(wǎng)絡(luò)中的個體興趣和背景差異進(jìn)行多層次的可視化設(shè)計.Ahn等[13]提出將交互式可視化和個性化檢索相結(jié)合.周蕾等[14]結(jié)合感性工學(xué)、圖形學(xué)和工程學(xué)等,提出一種界面設(shè)計的美度評價方法.綜上所述,仍需要從信息呈現(xiàn)的角度對產(chǎn)線信息系統(tǒng)的呈現(xiàn)方式進(jìn)行深入的研究.

本文以某制造企業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型中的RT/SI部門產(chǎn)線信息為樣本,對產(chǎn)線信息進(jìn)行分析,依據(jù)引力模型算法理論,進(jìn)行不同用戶層級的信息呈現(xiàn).

1 引力模型分析

引力模型主要應(yīng)用于2個對象之間的引力值計算.引力模型用來揭示城市之間的空間作用力,可作為對象之間關(guān)系的量化模型[15-17].將引力模型運(yùn)用到智能產(chǎn)線信息系統(tǒng),采用引力模型系數(shù)轉(zhuǎn)換方法對信息元進(jìn)行系數(shù)轉(zhuǎn)換,通過引力模型的計算得到信息元之間的關(guān)系,這將促進(jìn)智能產(chǎn)線信息系統(tǒng)的有效構(gòu)建.

引力模型揭示各對象之間的聯(lián)系,主要功能是區(qū)分各對象之間的引力大小.一般引力模型如下:

(1)

2 智能產(chǎn)線信息系統(tǒng)中的信息元和信息鏈

智能產(chǎn)線信息系統(tǒng)由大量的信息元構(gòu)成,具有關(guān)聯(lián)屬性的信息元以不同的形式、結(jié)構(gòu)形成一條信息鏈[18].因此，可以按照任務(wù)完成的過程分為間接信息元和目標(biāo)信息元,分析信息鏈的可擴(kuò)展性和可變化性[19],通過信息元引力分布構(gòu)建信息鏈.

本文提取某測量技術(shù)有限公司RT/SI部門LMES產(chǎn)線信息系統(tǒng)的信息元,并從4種用戶分類(經(jīng)理、主管、工程師以及一線員工)角度,分別建立信息鏈,如圖1所示.圖中,會議展板T1展示員工績效得分，會議展板T2展示假期、產(chǎn)出工時、異常損失時間總和等信息，會議展板T3展示按燈響應(yīng)時間、實(shí)際生產(chǎn)效率、未準(zhǔn)時完成訂單等信息;WTG表示工時去向;KPSI表示安全、交貨率、完成率等;ANDON表示按燈響應(yīng)時間.

圖1 基于用戶的信息鏈

由于效率和成本是企業(yè)生產(chǎn)的重要指標(biāo),在圖1用戶信息鏈基礎(chǔ)上,分別建立基于效率和成本的信息鏈,并以工時為統(tǒng)計單位,提取相關(guān)基于工時的信息元.基于企業(yè)效率建立信息鏈時，針對員工提取假期等信息元，針對工程師提取異常損失時間等信息元，針對主管提取損失占比等信息元，針對經(jīng)理提取效率等信息元，如圖2所示.基于企業(yè)成本建立信息鏈時，針對員工提取上班工時等信息元，針對工程師提取產(chǎn)線安排等信息元，針對主管和經(jīng)理分別提取工時統(tǒng)計等信息元，如圖3所示.

圖2 基于企業(yè)效率的信息鏈建立

圖3 基于企業(yè)成本的信息鏈建立

3 信息元間的距離和起始重要度

3.1 信息元間距離

對信息鏈進(jìn)行節(jié)點(diǎn)劃分,如表1所示.以用戶P1(一線員工)、P2(工程師)、P3(主管)和P4(經(jīng)理)為一級節(jié)點(diǎn),二級節(jié)點(diǎn)以T1～T3報表展板為節(jié)點(diǎn)對相同層級的信息元進(jìn)行編碼,位于三級節(jié)點(diǎn)的信息元以A1、A2、…等對該層級信息元進(jìn)行編碼,P1和P2之間相距一個單元距離,設(shè)定位于2個層級的信息元間距離為1.具體如:信息元P1T1A1與P3T2的節(jié)點(diǎn)個數(shù)為4,則信息元P1T1A1與P3T2的距離為4.

表1 基于信息鏈的各信息元節(jié)點(diǎn)個數(shù)劃分

3.2 信息元起始重要度

本文通過專家打分法獲取信息元的起始重要度P.內(nèi)容包含與工時相關(guān)的信息元,以及生產(chǎn)一次通過率、按燈響應(yīng)時間、及時交貨率和未準(zhǔn)時完成訂單數(shù)量等與工時相關(guān)的指標(biāo)信息元.專家來自梅特勒-托利多測量技術(shù)有限公司RT/SI部門,由于一線員工主要面向任務(wù)執(zhí)行的看板(沒有信息輸出),本文僅針對經(jīng)理、主管和工程師3類用戶展開專家打分.專家用戶包括1名經(jīng)理、4名主管和12名工程師,要求專家對工時的相關(guān)信息元進(jìn)行重要度評分(1～5個等級).為了便于計算將信息元按照順序進(jìn)行編碼,一級信息元記為Y,二級信息元記為E,依次用序數(shù)對其進(jìn)行標(biāo)注,各信息元起始重要度的專家用戶打分均值如表2所示.由

表2 信息元起始重要度均值

表2可知,生產(chǎn)一次通過率的起始重要度均值達(dá)到最高.其中,P4、P3和P2的生產(chǎn)一次通過率Y33的起始重要度均值分別為5.00、4.75和4.60.因此,應(yīng)將生產(chǎn)一次通過率Y33作為引力分布圖的中心信息元.

4 信息元間引力計算過程

根據(jù)建立的信息鏈,一線員工所要關(guān)注的信息主要為訂單信息以及產(chǎn)品組裝,在此不再研究基于用戶P1的引力計算,分別對用戶P4、P3和P2進(jìn)行信息元的引力計算.

4.1 基于用戶P4的引力計算

4.2 基于用戶P3的引力計算

表3 用戶信息元間引力值

4.3 基于用戶P2的引力計算

4.4 基于引力計算結(jié)果的引力分布圖

根據(jù)信息元間引力計算,可以得到用戶P4、P3和P2的信息呈現(xiàn)引力分布圖.引力分布圖按3類用戶呈現(xiàn),每類用戶的信息呈現(xiàn)分為2級.依據(jù)各信息元間引力大小確定各信息元之間的距離,從而使得引力值大的信息元能夠及時被用戶捕捉.由于信息元數(shù)量多,信息呈現(xiàn)的載體具有一定的局限性[20-21].因此引力分布圖的構(gòu)建過程中將對引力值較大的信息元進(jìn)行呈現(xiàn),如圖4所示.智能產(chǎn)線信息系統(tǒng)的構(gòu)建應(yīng)按照一級、二級信息元分布開展信息可視化設(shè)計,有效提高用戶的認(rèn)知績效.

基于P4經(jīng)理用戶引力值,按照各信息元的引力值進(jìn)行依次排布,引力值越大的信息元位置則越居中,信息元也越能夠吸引用戶,整體排布方式為放射狀，依次為生產(chǎn)一次通過率、及時交貨率、ANDON響應(yīng)時間以及未完成訂單數(shù)量等信息元.二級信息元中效率目標(biāo)值、實(shí)際效率、實(shí)際生產(chǎn)效率、產(chǎn)出工時、異常時間總和以及產(chǎn)出工時/實(shí)際效率-出勤時間等信息元引力值較大，均為6.25,其次是引力值為5.00的信息元.

(a) P4用戶一級信息元分布

(b) P4用戶二級信息元分布

(c) P3用戶一級信息元分布

(d) P3用戶二級信息元分布

(e) P2用戶一級信息元分布

(f) P2用戶二級信息元分布

基于P3主管用戶引力值,按照一級信息元進(jìn)行呈現(xiàn),即信息元的引力值越大,越接近視覺的中心,反之越遠(yuǎn)離視覺中心.位于視覺中心位置的是生產(chǎn)一次通過率,其次是及時交貨率,然后是ANDON響應(yīng)時間和未完成訂單數(shù)量信息元,其他信息元依據(jù)引力值大小逐次排布.二級信息元中安全和質(zhì)量信息元引力值較大,均為7.92,其次是引力值為7.50的信息元,然后是引力值為7.08的信息元.

基于P2工程師用戶引力值,整個引力分布圖以信息元生產(chǎn)一次通過率為中心呈放射狀,然后是未準(zhǔn)時完成訂單數(shù)量、及時交貨率和ANDON響應(yīng)時間.二級信息元中安全信息元引力值較大,為5.88,其次是引力值為5.75的質(zhì)量信息元,然后是引力值為5.50的信息元.

5 結(jié)論

1) 針對企業(yè)目標(biāo)——效率、成本,建立相關(guān)的信息鏈,通過對信息鏈的分析,得到其關(guān)鍵影響因素——工時,確定了信息呈現(xiàn)的相關(guān)信息元.

4) 將引力模型引入智能制造產(chǎn)線信息系統(tǒng)能夠使信息元有效地呈現(xiàn),為用戶更加高效、便捷地提供所需信息,對企業(yè)的高效運(yùn)行提供支持.