人機驅動的產品創新設計研究

王鵬，陳炳發

(南京航空航天大學，江蘇 南京 210016)

人機驅動的產品創新設計研究

王鵬，陳炳發

(南京航空航天大學，江蘇 南京 210016)

在產品創新設計與人機工程學的研究基礎上，提出了人機驅動的產品創新設計概念。對人機驅動的產品創新設計原則和內容進行概述，通過對人機驅動的產品創新設計的兩個要點-人機驅動的產品創新設計需求點和人機驅動的產品創新設計因素進行分析，得出了人機驅動的產品創新設計方法，并以便攜式輸液器設計為例對人機驅動的產品創新設計研究內容進行論證。

人機工程學；產品創新設計；人機驅動

0 引言

產品創新，就是指運用某種全新的技術原理或者某種新的設計構思開發生產全新的產品，或者運用新的技術原理或新的設計構思，在產品的造型、功能、材料、生產工藝等各方面對現有產品加以改良，并顯著提高現有產品的性能或彌補現有產品的缺陷而得到新的產品。一直以來，人機工程學是被當作一種輔助工具或產品創新設計方法在工業設計、機械設計等設計行業使用。

隨著以人為本、環境友好、系統設計等概念越來越受到關注，人機工程學研究在產品創新設計中占據愈發重要的位置。人機驅動的產品創新設計是對新的創新設計思路及方法的研究探討，也是為人機驅動的創新產品設計提供一條主線和的理論支持。

1 人機驅動的要素

在產品創新設計時，全面地考慮人機尺寸驅動、人機界面驅動、人機環境驅動和人機期望驅動，尋找幾者在產品創新設計中的和諧關系，而不是片面的以其中某一方面為依據。

1.1 人機尺寸驅動

人機尺寸驅動是指以人體靜態、動態尺寸、產品功能限定尺寸和產品空間環境尺寸為設計依據，以此作為產品功能和造型的妥協依據。人機尺寸驅動是產品創新設計中最常用的一種設計驅動方式，其他設計因素的實現必須以保證人機尺寸為前提，建立人機尺寸在產品創新設計中的核心位置。

1.2 人機界面驅動

人要借助產品完成自己的目標需求，人與產品之間必然產生一定交互作用，人機交互界面就是聯系人和產品之間的紐帶。通過人機界面，人與產品才能實現溝通。

人機界面驅動是指在產品創新設計過程中，以交互體驗、界面視覺風格和界面布局的研究作為設計的出發點，以人機界面研究作為產品功能實現的核心。人機界面不僅包括實體界面也包括虛擬界面。

1.3 人機環境驅動

人機環境驅動是指關注人機目標需求實現所需的空間、溫度、光照等多種環境組合。人機環境系統是高效、安全、舒適地完成人機系統目標的前提，局部環境和自然環境都會對人機系統產生影響，局部環境的影響因素包括工作空間，照明，噪聲，溫度、濕度、通風等。自然環境的人機性，就是堅持綠色環保的理念，在產品創新設計過程中，關切可能對自然環境造成破環，或者影響自然環境可持續發展的設計因素，盡可能地去尋找環境友好的產品創新設計解決方案。

1.4 人機期望驅動

人機期望是人對產品在滿足需求之外的一種額外期許，人機期望驅動就是在產品創新設計的過程中尋求更好的可能性，在滿足人機基本需求的條件下，探索潛在的人機需求，并以此作為設計要素，納入產品創新設計流程。

2 人機驅動的產品創新設計原則

人機驅動的產品創新設計原則包括關懷性設計原則、傳達性設計原則、友好性設計原則、經濟性設計原則、安全性設計原則和創新性設計原則。

關懷性原則是指創新產品本身所體現出的一種人文關懷，這種關懷不僅僅是生理上，更是強調一種精神上的關切和支持；傳達性設計原則是為了強調動視覺、聽覺、觸覺的等各種信息傳達的方式，向用戶傳達盡可能多的使用、操作和維護等信息；友好性設計原則包括產品的環境的友好性和與人友好性；經濟性設計原則是所有產品創新設計的共性原則，包括可及性、環保性、市場性等特征；安全性原則包括可靠性、可信性、準確性等特征；創新性原則體現了人機驅動的產品創新設計與其他設計方法的不同之處，包括積極性、獨特性等特征。

3 人機驅動的產品創新設計方法

圖1是人機驅動的產品創新設計流程圖，其中表明了人機驅動的產品創新設計各個環節。人機驅動的產品創新設計流程可以概括性的理解為，提出問題、設定目標，目標落實、功能方案，功能組合、設計方案，方案評價、目標達成(如果方案評價失敗，則需要回歸到提出問題的設計之初，進行重新審視)。

圖1 人機驅動的產品創新設計流程圖

3.1 人機驅動的產品創新設計需求點分析

需求的產生是建立在對產品使用的基礎上，因此首先提出人機系統的用戶體驗的概念。

a) 人機系統的用戶體驗

用戶體驗以可用性和以用戶為中心的設計為基礎，是指用戶在使用產品(有形/無形產品)或者享受無形服務的過程中所建立起來的一系列心理感受。人機系統的用戶體驗分為視覺體驗、功能體驗、行為體驗、環境體驗和服務體驗。

b) 人機系統的需求層次細分

1) 第一層需求：以馬斯洛的需求層次理論研究為基礎，將人的第一層需求劃分為生理需求、安全需求、社會需求、尊重需求、自我實現；

2) 第二層需求：以人機系統的用戶體驗為依據，將人的第二層需求分為視覺需求、功能需求、行為需求、環境需求、服務需求；

3) 第三層需求：借鑒市場需求細分的內容，引入地理、人口、心理3個方面的變量進行需求細分；

c) 人機驅動的產品創新設計期望

人機期望是在仔細審視人與機器、環境的沖突，機器與環境、機器內部功能的沖突等之后，在人、機器、環境之間希望達到的一個平衡點。結合人機系統的用戶體驗研究，將人機驅動的產品創新設計期望歸結為下面5點。

1) 視覺需求期望，指對產品在美觀性方面的需求期望，反映心理愉悅、舒適等積極需求的期望。包括造型需求的期望、色彩需求的期望、材質需求的期望等方面的需求內容。

2) 功能需求期望，是人結合自身需求，對產品需求設定的一個期望點。包括實際功能需求期望和潛在功能需求期望，關鍵是挖掘潛在的功能需求。

3) 行為需求期望，是人對產品能夠與自身行為習慣相吻合的需求期望。

4) 環境需求期望，包括不同環境匹配性的需求期望和綠色環保需求的期望。前者是指希望產品能夠盡可能多地保證在各種各樣的使用環境下實現其功能，諸如防水、防塵、防摔等環境適應能力強的功能。后者是出于對生存環境的一種保護意識。

5) 服務需求期望，服務需求就是指希望產品能夠提供優質服務的一種期望。

3.2 人機驅動的產品創新設計因素分析

人機驅動的產品創新設計因素，與產品的人機屬性直接相關。產品的人機屬性主要包含產品品質、產品功能、產品性能、產品技術和產品成本等的人機屬性。研究人機驅動的產品創新設計時，既要研究人、機、環境每個子系統的屬性，也要研究人機系統整體結構和屬性。

產品的人機因素體系(如圖2所示)研究實現人機系統功能的關鍵，如果說人機需求點分析是為了得到正確的方向和切入點，那么人機因素分析則是表現需求點的實現是如何在產品身上體現出來的。而人機驅動的產品創新設計方法的研究正是為了建立兩者之間的映射關系。產品設計是為人的需求服務的，在人機系統設計中人始終是占據主導作用的，但這些需求是概念性的描述，最終還是以產品的功能實現呈現出來。

圖2 產品的人機因素體系

4 人機驅動的產品創新設計實踐-便攜式輸液器設計

輸液器是日常的看病過程中經常會接觸到的一種輸液設備。傳統的輸液方式，由于輸液時間長、高位懸掛的方式又使得輸液者必須保持特定的姿態，活動自由也受到限制，讓人苦不堪言。因此，可以在遵循人機驅動的產品創新設計原則基礎上進行創新設計。

4.1 設計需求點分析

運用人機缺陷窮舉法，對傳統輸液器和輸液方式的不足進行分析逆向地尋找設計需求點。對高度差、限制體位、輸液速度不受控、安全隱患、效率低等傳統輸液器與輸液方式中的諸多缺陷進行分析。針對這些缺陷得出對于便攜式輸液器的設計需求期望，如表1所示。

表1 便攜式輸液器的設計需求期望

4.2 設計因素分析

人的設計因素，主要包括人在輸液過程中的靜態生理參數和心理參數和人正常情況下的動態行為參數，這里人的因素還需要考慮提供服務的護士的行為因素；輸液器的設計因素，主要包括輸液器的工作原理、功能實現的部件組成和實現功能所用到的設計材料；環境設計因素，醫院注射室的環境因素，包括空間、溫度、照明、雜音等因素；綜合設計因素，便攜式輸液器的設計因素相對比較簡單，在具體的方案設計過程中主要是綜合考慮人的生理參數，嘗試著突破輸液器的設計因素和環境設計因素的限制。

4.3 人機驅動的產品創新設計方案

1) 創新設計方案1：如圖3所示，以背負式或綁負式，在用戶肩膀或胳膊上設置攜帶傳統輸液瓶的柔性固定裝置。同時配合以輸液監控儀等輔助的產品創新設計，這樣既可以避免便攜式輸液器功能結構的復雜性，又保證了人機系統大部分缺陷能夠得以解決。

圖3 便攜式輸液器創新設計方案1

2) 創新設計方案2：如圖4所示，運用人機期望設定法，并參照宜人性設計原則，盡可能的簡化設計裝置的復雜性和操作方式的復雜性，以吸附的方式，使輸液瓶的固定裝置可以吸附在就近的窗戶或墻壁上，以達到便于攜帶、快捷使用的人機期望。

圖4 便攜式輸液器創新設計方案2

3) 創新設計方案3：按照設計需求缺陷分析所對應的功能進行集成，組合而成一臺可移動輸液設備，徹底改變傳統輸液器的輸液方式(如表2)。

表2 便攜式輸液器的方案設想

5 結語

產品創新設計能力是企業發展的核心競爭力，所以新的人機工程學環境下進行產品創新設計法的研究既滿足了人機工程學發展多元化的需求，也為產品創新設計的發展提供了新的研究方向。

[1] 曾富洪. 產品創新設計與開發[M]. 成都:西南交通大學出版社,2009.

[2] 羅堅. 人機工程學在工業產品設計中的應用[J]. 機電工程技術，2004，33(3)：9-12.

[3] 丁玉蘭. 人機工程學[M]. 北京:北京理工大學出版社,2011.

[4] 成經平. 產品概念設計中的創新設計方法及研究[J]. 開發與創新，2002，(3)：27-29.

[5] 王秀玲. 人機工程學的應用與發展[J]. 機械設計與制造，2007，(1)：151-152.

[6] 畢相軍. 醫療器械的人機工程學研究[D]. 南京：東南大學，2005.

[7] 于俊. 現代設計方法與應用[M]. 北京:中國標準出版社，2002.

[8] 韓然，呂曉萌. 說物(產品設計之間)[M]. 合肥: 安徽美術出版社,2010.

[9] 楊正. 產品設計的倫理性研究[D]. 南京：南京航空航天大學，2012.

[10] 程俊飛，張王非. 通用設計原則在產品設計中的應用[J]. 藝術與設計，2007，(7)：86-88.

[11] 陳柏泉. 從無障礙設計走向通用設計[D]. 北京：中國建筑設計研究院，2004.

[12] 成建剛. 產品障礙設計方法研究[D]. 南京：南京航空航天大學，2008.

[13] 盧兆麟，湯文成. 工業設計中的人機工程學理論、技術與應用研究進展[J]. 工程圖學學報，2009，30(6)：1-9.

Research on Product Innovation Design Driven by Ergonomics

WANG Peng, CHEN Bingfa

( Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016,China)

Based on the research on product innovation design and ergonomics, this paper proposes the definition of the product innovation design driven by ergonomics, introduces its content and principles and analyzes its two key points needed in the design, obtains its methods and verifies the research by designing the portable infusion apparatus.

ergonomics; product innovation design; driven by ergonomics

王鵬(1989-)，男，陜西眉縣人，碩士研究生，研究方向：人機工程學、工業產品造型設計。

TB18

B

1671-5276(2015)05-0212-04

2014-03-14