人机驱动的产品创新设计研究

王鹏，陈炳发

(南京航空航天大学，江苏 南京 210016)

人机驱动的产品创新设计研究

王鹏，陈炳发

(南京航空航天大学，江苏 南京 210016)

在产品创新设计与人机工程学的研究基础上，提出了人机驱动的产品创新设计概念。对人机驱动的产品创新设计原则和内容进行概述，通过对人机驱动的产品创新设计的两个要点-人机驱动的产品创新设计需求点和人机驱动的产品创新设计因素进行分析，得出了人机驱动的产品创新设计方法，并以便携式输液器设计为例对人机驱动的产品创新设计研究内容进行论证。

人机工程学；产品创新设计；人机驱动

0 引言

产品创新，就是指运用某种全新的技术原理或者某种新的设计构思开发生产全新的产品，或者运用新的技术原理或新的设计构思，在产品的造型、功能、材料、生产工艺等各方面对现有产品加以改良，并显著提高现有产品的性能或弥补现有产品的缺陷而得到新的产品。一直以来，人机工程学是被当作一种辅助工具或产品创新设计方法在工业设计、机械设计等设计行业使用。

随着以人为本、环境友好、系统设计等概念越来越受到关注，人机工程学研究在产品创新设计中占据愈发重要的位置。人机驱动的产品创新设计是对新的创新设计思路及方法的研究探讨，也是为人机驱动的创新产品设计提供一条主线和的理论支持。

1 人机驱动的要素

在产品创新设计时，全面地考虑人机尺寸驱动、人机界面驱动、人机环境驱动和人机期望驱动，寻找几者在产品创新设计中的和谐关系，而不是片面的以其中某一方面为依据。

1.1 人机尺寸驱动

人机尺寸驱动是指以人体静态、动态尺寸、产品功能限定尺寸和产品空间环境尺寸为设计依据，以此作为产品功能和造型的妥协依据。人机尺寸驱动是产品创新设计中最常用的一种设计驱动方式，其他设计因素的实现必须以保证人机尺寸为前提，建立人机尺寸在产品创新设计中的核心位置。

1.2 人机界面驱动

人要借助产品完成自己的目标需求，人与产品之间必然产生一定交互作用，人机交互界面就是联系人和产品之间的纽带。通过人机界面，人与产品才能实现沟通。

人机界面驱动是指在产品创新设计过程中，以交互体验、界面视觉风格和界面布局的研究作为设计的出发点，以人机界面研究作为产品功能实现的核心。人机界面不仅包括实体界面也包括虚拟界面。

1.3 人机环境驱动

人机环境驱动是指关注人机目标需求实现所需的空间、温度、光照等多种环境组合。人机环境系统是高效、安全、舒适地完成人机系统目标的前提，局部环境和自然环境都会对人机系统产生影响，局部环境的影响因素包括工作空间，照明，噪声，温度、湿度、通风等。自然环境的人机性，就是坚持绿色环保的理念，在产品创新设计过程中，关切可能对自然环境造成破环，或者影响自然环境可持续发展的设计因素，尽可能地去寻找环境友好的产品创新设计解决方案。

1.4 人机期望驱动

人机期望是人对产品在满足需求之外的一种额外期许，人机期望驱动就是在产品创新设计的过程中寻求更好的可能性，在满足人机基本需求的条件下，探索潜在的人机需求，并以此作为设计要素，纳入产品创新设计流程。

2 人机驱动的产品创新设计原则

人机驱动的产品创新设计原则包括关怀性设计原则、传达性设计原则、友好性设计原则、经济性设计原则、安全性设计原则和创新性设计原则。

关怀性原则是指创新产品本身所体现出的一种人文关怀，这种关怀不仅仅是生理上，更是强调一种精神上的关切和支持；传达性设计原则是为了强调动视觉、听觉、触觉的等各种信息传达的方式，向用户传达尽可能多的使用、操作和维护等信息；友好性设计原则包括产品的环境的友好性和与人友好性；经济性设计原则是所有产品创新设计的共性原则，包括可及性、环保性、市场性等特征；安全性原则包括可靠性、可信性、准确性等特征；创新性原则体现了人机驱动的产品创新设计与其他设计方法的不同之处，包括积极性、独特性等特征。

3 人机驱动的产品创新设计方法

图1是人机驱动的产品创新设计流程图，其中表明了人机驱动的产品创新设计各个环节。人机驱动的产品创新设计流程可以概括性的理解为，提出问题、设定目标，目标落实、功能方案，功能组合、设计方案，方案评价、目标达成(如果方案评价失败，则需要回归到提出问题的设计之初，进行重新审视)。

图1 人机驱动的产品创新设计流程图

3.1 人机驱动的产品创新设计需求点分析

需求的产生是建立在对产品使用的基础上，因此首先提出人机系统的用户体验的概念。

a) 人机系统的用户体验

用户体验以可用性和以用户为中心的设计为基础，是指用户在使用产品(有形/无形产品)或者享受无形服务的过程中所建立起来的一系列心理感受。人机系统的用户体验分为视觉体验、功能体验、行为体验、环境体验和服务体验。

b) 人机系统的需求层次细分

1) 第一层需求：以马斯洛的需求层次理论研究为基础，将人的第一层需求划分为生理需求、安全需求、社会需求、尊重需求、自我实现；

2) 第二层需求：以人机系统的用户体验为依据，将人的第二层需求分为视觉需求、功能需求、行为需求、环境需求、服务需求；

3) 第三层需求：借鉴市场需求细分的内容，引入地理、人口、心理3个方面的变量进行需求细分；

c) 人机驱动的产品创新设计期望

人机期望是在仔细审视人与机器、环境的冲突，机器与环境、机器内部功能的冲突等之后，在人、机器、环境之间希望达到的一个平衡点。结合人机系统的用户体验研究，将人机驱动的产品创新设计期望归结为下面5点。

1) 视觉需求期望，指对产品在美观性方面的需求期望，反映心理愉悦、舒适等积极需求的期望。包括造型需求的期望、色彩需求的期望、材质需求的期望等方面的需求内容。

2) 功能需求期望，是人结合自身需求，对产品需求设定的一个期望点。包括实际功能需求期望和潜在功能需求期望，关键是挖掘潜在的功能需求。

3) 行为需求期望，是人对产品能够与自身行为习惯相吻合的需求期望。

4) 环境需求期望，包括不同环境匹配性的需求期望和绿色环保需求的期望。前者是指希望产品能够尽可能多地保证在各种各样的使用环境下实现其功能，诸如防水、防尘、防摔等环境适应能力强的功能。后者是出于对生存环境的一种保护意识。

5) 服务需求期望，服务需求就是指希望产品能够提供优质服务的一种期望。

3.2 人机驱动的产品创新设计因素分析

人机驱动的产品创新设计因素，与产品的人机属性直接相关。产品的人机属性主要包含产品品质、产品功能、产品性能、产品技术和产品成本等的人机属性。研究人机驱动的产品创新设计时，既要研究人、机、环境每个子系统的属性，也要研究人机系统整体结构和属性。

产品的人机因素体系(如图2所示)研究实现人机系统功能的关键，如果说人机需求点分析是为了得到正确的方向和切入点，那么人机因素分析则是表现需求点的实现是如何在产品身上体现出来的。而人机驱动的产品创新设计方法的研究正是为了建立两者之间的映射关系。产品设计是为人的需求服务的，在人机系统设计中人始终是占据主导作用的，但这些需求是概念性的描述，最终还是以产品的功能实现呈现出来。

图2 产品的人机因素体系

4 人机驱动的产品创新设计实践-便携式输液器设计

输液器是日常的看病过程中经常会接触到的一种输液设备。传统的输液方式，由于输液时间长、高位悬挂的方式又使得输液者必须保持特定的姿态，活动自由也受到限制，让人苦不堪言。因此，可以在遵循人机驱动的产品创新设计原则基础上进行创新设计。

4.1 设计需求点分析

运用人机缺陷穷举法，对传统输液器和输液方式的不足进行分析逆向地寻找设计需求点。对高度差、限制体位、输液速度不受控、安全隐患、效率低等传统输液器与输液方式中的诸多缺陷进行分析。针对这些缺陷得出对于便携式输液器的设计需求期望，如表1所示。

表1 便携式输液器的设计需求期望

4.2 设计因素分析

人的设计因素，主要包括人在输液过程中的静态生理参数和心理参数和人正常情况下的动态行为参数，这里人的因素还需要考虑提供服务的护士的行为因素；输液器的设计因素，主要包括输液器的工作原理、功能实现的部件组成和实现功能所用到的设计材料；环境设计因素，医院注射室的环境因素，包括空间、温度、照明、杂音等因素；综合设计因素，便携式输液器的设计因素相对比较简单，在具体的方案设计过程中主要是综合考虑人的生理参数，尝试着突破输液器的设计因素和环境设计因素的限制。

4.3 人机驱动的产品创新设计方案

1) 创新设计方案1：如图3所示，以背负式或绑负式，在用户肩膀或胳膊上设置携带传统输液瓶的柔性固定装置。同时配合以输液监控仪等辅助的产品创新设计，这样既可以避免便携式输液器功能结构的复杂性，又保证了人机系统大部分缺陷能够得以解决。

图3 便携式输液器创新设计方案1

2) 创新设计方案2：如图4所示，运用人机期望设定法，并参照宜人性设计原则，尽可能的简化设计装置的复杂性和操作方式的复杂性，以吸附的方式，使输液瓶的固定装置可以吸附在就近的窗户或墙壁上，以达到便于携带、快捷使用的人机期望。

图4 便携式输液器创新设计方案2

3) 创新设计方案3：按照设计需求缺陷分析所对应的功能进行集成，组合而成一台可移动输液设备，彻底改变传统输液器的输液方式(如表2)。

表2 便携式输液器的方案设想

5 结语

产品创新设计能力是企业发展的核心竞争力，所以新的人机工程学环境下进行产品创新设计法的研究既满足了人机工程学发展多元化的需求，也为产品创新设计的发展提供了新的研究方向。

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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

王鹏(1989-)，男，陕西眉县人，硕士研究生，研究方向：人机工程学、工业产品造型设计。

TB18

B

1671-5276(2015)05-0212-04

2014-03-14