基于工業設計及人機工程的手持設備優化設計

楊仁杰

（四川九洲空管科技有限責任公司技術資源中心，四川 綿陽 621000）

傳統機電類產品在設計過程中一般將質量、功能及成本等因素放在首位，從而忽略了人機交互，使得產品在舒適美觀度、安全性及設計效率等方面有所欠缺[1]。因此，為了提升人機性能，在確定實現功能所需的模塊后，手持設備要如何設計才能使體積更小、質量更輕，如何設計才能使用戶在使用時更為舒適、外形更加美觀，這些思考在后續設計中尤為重要。

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70 mm。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。該設備外觀示意圖如圖1所示，內部布局示意圖如圖2所示。

圖1 設備外觀示意圖

圖2 內部布局示意圖

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6 kg，對用戶手持操作不友好。

2 優化設計

2.1 厚度優化

對于第一點設備厚度太大的問題，原設備厚度達到70 mm，不僅外觀臃腫，而且握感不佳。要壓縮整機厚度，首先需更改內部結構，但是對內部結構的更改需要遵循一定的條件：①不能更改其功能、設備內部模塊及配件數量；②部分模塊為成品，無法進行修改，需預留開口；③模塊上的器件類型和數量是固定的，因此模塊面積無法改變；④由于按鍵數量較多，顯示內容較少，出于操作舒適度及用戶方要求考慮仍保持豎版造型。

具體優化如下：①對各模塊形狀進行修改，便于壓縮空間及后續造型；同時對各模塊的堆疊方式進行優化，相互嵌套，且方便維護，優化后的內部模塊示意圖如圖3所示。②根據產品人機工程學理論[2]，按鍵、儀表盤等操作裝置是人機交互的重要渠道，設計需符合人的認知和操作規律。根據這一理論，使用德爾斐方法及判斷矩陣的兩兩比較法對按鍵的布局及外形進行重新設計[3]，使得手持設備的操作更舒適方便，降低誤操作的概率，并且方便后續對整機的造型設計，如圖4所示。

圖3 內部優化示意圖

圖4 按鍵模塊修改后示意圖

確認厚度優化方案后，對各模塊外形及位置進行了細化，對內部線纜連接進行了模擬，達到最終安裝狀態，最終效果如圖5、圖6所示。

圖5 最終內部效果示意圖（正面）

圖6 最終內部效果示意圖（背面）

該優化方案不僅可將整機厚度縮小至55 mm左右，而且各模塊間的排布更為合理，并且設備操作更為舒適，維修更方便。

2.2 外觀優化

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。

最終外觀設計效果圖如圖7～圖10所示。

圖7 最終設計效果圖1

圖8 最終設計效果圖2

圖9 最終設計效果圖3

圖10 最終設計效果圖4

2.3 質量優化

針對原設備質量較大的問題，主要從以下兩個方面進行優化：①在對設備前蓋及腔體等主要結構件進行重新設計時，盡量縮減壁厚，無強度要求的部位去除材料；在有強度要求的部位使用加強筋、局部增厚等手段保證整體剛強度，如圖11、圖12所示。②結構件使用碳纖維等密度較小但能保證強度的塑料材料開模制作；若設備產量較少，開模費用較高，可考慮使用鎂鋁合金材料銑削制作。

圖11 前蓋設計示意圖

圖12 腔體設計示意圖

通過以上優化手段，可大大減輕設備質量，保證用戶在長時間手持操作時不易疲勞。

3 總結

針對人機工程及工業設計在產品設計中的應用問題，以某測試手持設備的優化設計過程為例進行了探討，提出了一系列設計思路，主要工作及結論如下：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。