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基于人机工程学知识的设计认知与应用方法研究

作者:admin 更新时间:2018年08月24日 10:15:09

  针对人机工程的研究是产品造型设计中的重要内容,在分析产品造型中人机工程学知识内容体系的基础上探讨了设计的认知问题,对人机工程学知识的设计认知在产品造型设计中的应用方法与评价体系进行了创新性的思考与探索。


  关键词:人机工程学;设计认知;产品造型设计;


  随着时代的进步、科技的发展,人机工程学的理论研究日益成熟,但如今人机工程学理论在实际设计生产过程中的应用还是以个案的改进为主。此外,产品造型一直是设计中一个十分棘手的向题,造型设计实践中常常走入为了变化而变化的设计误区,造成形态苍白而缺乏内涵的设计局面,这些状况体现了设计者缺乏对产品设计本质的认识与思考;对于产品而言,究其根本,产品是工具,它是为人服务,产品的价值体现在产品与人的结合关系以及所带来的效用上,因此人与产品的关系及针对两者之间关系的认知研究才是产品造型设计中人机工程知识应用研究的核心。


  1人机工程学知识


  1.1人机工程学


  是一门技术科学、人体科学以及社会科学相交叉的综合性新兴边缘学科,它与产品造型设计关系密切,是产品设计工作者和社会科学工作者共同研究的课题。目前国内外对人机工程学的解释有多种,但在研究对象、手段及目的方面是基本一致的:即主要研究如何根据人的生理、心理特点及要求来设计、布置机器设备、仪表(包括劳动工具)等,设计、安排工作场所及工作环境,使人的劳动更合理,使机器设备、仪表、工具等便于操作,从而达到改善劳动条件、减少能量消耗、减轻疲劳、降低事故发生率和提高工作效率的目的。简而言之,人机工程学就是研究人与机器设备之间的相互关系及其合理配合,使之更适合人的生理、心理特点,进而使劳动环境更安全舒适,使人机系统的工作效率达到最佳化的一门学科[1]。


  1.2造型设计中人机工程学知识研究的内容


  在当今的产品造型设计与开发中,产品的宜人性、创新性、适用性等因素越来越受到设计方与使用者的重视,因此,人机工程学知识在产品设计过程中的应用地位也得到提高。其一,人机工程知识的研究是使产品功能得到最佳发挥的基础条件,如果没有人、机之间的科学配套,产品的合理使用无从谈起,产品的造型语言也不能体现产品所具备的使用细节;其二,人机工程知识的研究探索实践了关于人的科学,其中对人的活动、生产、生活的研究已经成为新产品开发的重要推动力。在产品造型设计过程中的人机系统设计主要研究内容有4个方面。


  1)人与产品造型的关系因素研究。人作为设计的主体对象是产品设计中人机研究的重点,也是人机研究的基础;人的自然属性(如人体形态特征参数、人的感知特性、人的反应特性以及人在操作产品过程中的心理特征等)与人的社会属性(如人的社会行为、价值观念、人文环境、社会背景文化等)都是影响人与产品造型的重要关系因素。


  2)人机的系统关系因素研究。人机的系统关系优化是为了创造最优的人机配合,优化的尺度关系、舒适的环境关系、可辨识的界面关系都是充分发挥人、机各自的特点,相互配合、协调工作的重要因素,两者之间的系统设计问题也是人和产品有机交流的重要前提。


  3)产品的人机环境因素研究。产品的造型设计要符合产品的使用环境,产品的内部环境也要对人的健康与效率负责,重视细节的微观内部环境与重视系统关系的宏观外部环境构成了产品人机环境因素的主体。


  4)产品的人机安全性因素研究。产品的安全性因素可分为2个方面,对使用者来讲不仅需要高效的操作,更需要将事故危险性减小到最低限度,这就需要有相应的防护、保险、余量、防失误、事故控制、求援方法等等安全性的设计因素;此外,产品的人机安全也需要反映到延长产品的操作寿命与降低操作者的使用破坏性等因素。


  2设计的认知


  在产品设计的人机工程学研究中需要对人—机—环境这3个因素进行分析,见图1,三者相互依存、相互制约;但是,因为各自研究方法和研究思想不同,也所属不同的研究领域,因此要实现人—机—环境的优化组合,难度是相当大的。此外,虽然许多设计工作者已经有组织地对人—机—环境三者之间的关系进行实验研究,并积累了大量有关数据,但是对这些数据的综合运用仍是凭经验进行,因而这种人机研究与应用的方式难以取得人—机—环境匹配的最佳效果。因此,如何将产品造型设计中人机工程的知识内容应用到产品造型设计中成为人机研究的瓶颈。产品造型设计活动是对目标对象所进行的造型信息处理的过程,针对人机工程学知识而言,这是从初始的人机知识—抽象的设计概念提炼—具体的造型与结构的过程,人机设计信息是不断发展变化的,如何有效地描述和处理设计对象及其相关信息是产品造型设计的基本问题,这也就是人机工程学知识的设计认知所需要解决的问题。


  2.1产品信息的交流系统


  产品的最终造型是产品设计过程中各类信息的载体,使用者正是直接的通过造型符号来阅读产品设计中的各种信息。因此,从设计的表达上看造型设计的符号是对设计对象的描述,从含义上看造型设计中的符号也承载了设计对象的相关属性信息。基于人机知识的产品信息交流系统模型见图2,人机工程学知识的信息符号与设计对象的对应关系组成了产品信息交流系统模型;设计对象的造型符号在所承载信息的支持下,代表设计对象在各个设计阶段进行产品信息建模,是符号模型的基本构成元素。产品设计过程中,设计对象在实例对象的支持下从设计概念转化为实体结构,设计对象符号根据其所携带信息的完备程度描述了设计对象的概念状态、实体状态以及其他中间状态;其中,对应于概念状态的是定性信息描述,对应于实体状态的是定量信息描述;这些状态的综合构成了产品信息的交流系统。在设计过程结束后,设计对象转化为新的实例对象,而相应的信息完备设计对象符号也转化为常量符号[2]。


  图2基于人机知识的产品信息交流系统模型Fig.2Productinformationexchangesystemmodelbasedonergonomicsknowledge


  图2基于人机知识的产品信息交流系统模型Fig.2Productinformationexchangesystemmodelbasedonergonomicsknowledge下载原图


  2.2产品设计知识的隐性扩展


  通过产品设计,设计师将产品的信息赋予产品,通过造型符号与具体的产品使用将相应的价值传达给使用者。因此,产品造型设计中的设计认知过程模型可以描述为设计师—知识信息—设计符号—产品媒介—认知符号—产品的使用过程;在此过程中设计师将各种设计知识通过设计编码成为设计符号,这些符号体现了企业、品牌以及产品等多个角度信息并以产品造型为媒介传达给使用者,然后使用者在对产品信息解码的过程中得到其本身对产品各种信息的理解。


  产品设计知识的扩展可以分为隐性和显性2种,在此,设计认知——产品设计知识的隐性扩展与产品设计过程(产品设计知识的显性扩展)是相对应的,设计认知即设计符号的演变过程是产品设计的基础与前提。


  产品设计的宗旨就在于将所期望的以实用功能为主的文化价值如实地传达给最广大的消费者群体,所以不仅应利用工业工程系统在信文的大批量复制中抑制噪声,并且能使收信人通过感官感知正确的信息重建[3]。这正是对设计认知过程的明确描述,这要求设计师的造型符号构成必须是一种有目的构成,其中符号构成的规则必须以该产品的使用群体为基础。


  3人机工程学知识的设计认知在产品造型设计中的应用方法


  从设计的认知过程,可以看出设计人员通过认知活动来进行产品设计时,是在受到外界设计环境和内部认知行为的交互影响下进行的,因此需要通过相应的设计方法、设计流程控制和评价等一系列的认知操作使认知活动高效、合理的服务产品设计,从而解决设计的问题。


  3.1设计认知效率提高的方法


  从设计认知的工效角度来看,产品使用过程中的人机系统是使用者的认知过程,这就要求在设计中针对人的认知特性来改善人机界面的信息,从而加强信息交互效率和可用性。设计认知的效率是衡量认知系统信息处理的质量和速度的综合性指标[4]。为了通过设计者的合理编码从而提高使用者的认知效率,是设计认知需要解决的主要问题,具体来讲认知系统认知效率的提高可以通过3个方面进行。


  1)提高设计认知和客观对象的匹配程度。


  设计者在对人机数据的整理后会对设计对象有一定的主观意识,因此设计认知具有一定的主观环境性,这种主观环境性是认知主体对认知客体及所处客观环境的信息以及组织方式的认识;但是,产品开发设计中的科学性与合理性要求设计者必须客观理性的思考设计问题,因此设计认知中理性的规则是必不可少的,设计者必须对主观环境进行理性的过滤和约束。通过设计认知和客观实际的匹配及对应信息的准确度来防止使用者信息获取的失误。


  2)改善设计者的信息处理能力水平。


  信息处理过程是整个设计信息加工中的重要过程,设计者的信息处理能力对整个设计信息的加工过程的信息速度有很大影响,在具体的产品设计中设计模板、设计推理以及设计反馈和协作能力的提高将有助于减少和抑制设计失误。


  3)采用适当的设计认知策略。


  针对人机工程学知识的设计认知策略是设计者在人机信息与数据的处理过程中所采取的设计模版与推理,设计者应针对不同类别的产品建立企业资源为基础的设计模版。企业设计模版的确立决定了信息处理过程中人机知识认知资源的分配,避免了因为设计师的个人因素在相同的环境和任务条件下而采用不同的认知策略。


  3.2基于人机工程设计认知的造型设计方法


  产品造型设计就是对产品的造型要素如符号、信息、语义信息和表现信息等进行编码的过程[5]。


  1)设计者首先需要通过测量、访谈、观察、语义差异分析等方法来研究使用者的人机数据信息与喜好、思维、情感等特点,并将这些内隐设计信息根据企业模版和对用户的研究外显化为相应的造型符号,并寻找到该类别产品的人机设计规律;在产品造型设计之前,对用户所隐藏的人机知识研究与探索并找出其共性特征会有利于提高设计方案的成功率。


  2)在完成相应的设计信息与数据分析后,根据用户需求及使用者信息,针对设计对象进行造型样本测试,在对反馈的造型要素提炼分析后通过计算机辅助工具建立人机设计知识表示的模型,从而使设计结果形式化和规范化。此步骤中对人机知识进行模型化、规律化为下一步的完善设计奠定基础。


  3)在完成以上工作以后,设计师凭借对人机信息与数据掌握,根据企业的设计模版和自己的设计知识,通过其情感理解、文化内涵融入以及与实用功能、技术的结合,借助视觉符号的组合来表述设计的实质内涵,从而使产品具有美感、识别性与可操作性;并且运用“明喻”、“暗喻”、“联想”、“类比”、“综合”等手法帮助用户认识、学习、操作不熟悉的产品,包括产品的外形、色彩、质感、声音、气味以及所处的环境等[6]。


  3.3人机知识应用的设计评价体系


  是人机优化设计的关键,也是设计是否达到预定设想的检验。因为人机各因素之间的关系很难把握,所以凭借设计者的设计经验来对人机系统作全面的评价是模糊的,这种模糊性的研究结果难以综合运用到产品的评价过程。人机研究的核心在于人机的匹配优化,因此,人机的匹配优度应作为人机知识应用设计的评价指标,需要综合运用人机工程学中的人机设计原则与产品造型设计研究中的造型法则对人机工程学试验的研究方法,人机匹配进行量化的评价,以获取匹配的优度。“匹配”指的是人与机器的相互关系,“度”是合理的程度,表示这种关系是否符合人机工程学设计的基本原则,如安全性、有效性、合理性、舒适性等。该指标定义如下:人机界面的匹配优度指的是系统的显示、操作界面与操作人员之间匹配的合理程度,它是0~1之间的一个数值,越接近于1就表示人与机器的几何界面匹配得越好[7]。


  人机的匹配评价体系由主观评价和客观评价2部分构成,具体包括了人机工程学中尺度、数据、频率等客观因素,也将人的主观评价引入到人机的评价体系之中。在具体评价实施中,以人机工程学中的尺度等客观数值为核心评价点,任何人机客观数值的不合理可以采用一票否决的评价方式;在所有客观数值评价均符合使用者的要求时,针对不同的匹配关系采用分层次的评判方法较为合适,在得到分层次的主观分析数值以后按照不同匹配关系的重要程度换算出总体匹配优度数值。这种主观与客观相结合的评价方法,可以定量地对人机匹配进行评价,克服了以往凭经验的不确定性缺点。


  4结语


  目前,在对技术系统和设计理论的研究方面已比较广泛和成熟,其中功能论的观点和方法依然存在广泛而深刻的影响,在此未能全面而系统的考虑人、环境及产品的相互作用和影响,但是,对人机系统的优化设计是产品造型设计不可回避的问题,人机工程学知识的设计应用也是产品人性化设计的主流。