摘要：研究背景本設(shè)計(jì)研究就來(lái)源于魯迅美術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究中心，它是中國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域唯一所國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)中心。在實(shí)驗(yàn)中心設(shè)計(jì)人員研究產(chǎn)品創(chuàng)新的方法，將人體功效學(xué)理論導(dǎo)入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐之中。同時(shí)實(shí)驗(yàn)中心擁有三維快速打印設(shè)備、數(shù)控加工中心、平面雕刻設(shè)備等儀器，可以幫助設(shè)計(jì)人員使用不同的材料制作概念產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。這些實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀糜跍y(cè)試產(chǎn)品是否符合人體功效學(xué)的要求。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)計(jì)創(chuàng)新時(shí)會(huì)在實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行各項(xiàng)人機(jī)工效學(xué)實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐創(chuàng)新家用手電鉆是針對(duì)居家使用環(huán)境，為沒(méi)有使用電鉆經(jīng)驗(yàn)的使用者，如婦女、老人也能輕松自如地完成各項(xiàng)操作而設(shè)計(jì)的，確保操作安全并輔助使用者解決精確打孔、定位、收納雜屑等操作。通過(guò)對(duì)了解或熟練操作手電鉆的用戶(hù)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)以用戶(hù)為中心的使用問(wèn)題，并綜合產(chǎn)品創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方法提出解決方案。本文試圖通過(guò)使用者行為記錄與分析系統(tǒng)，對(duì)適用的受試者人群進(jìn)行雙手操作分析、使用姿態(tài)分析、細(xì)節(jié)工作分析、時(shí)間與動(dòng)作研究等人因工程研究；同時(shí)通過(guò)用戶(hù)體驗(yàn)分析、行為意向分析等方式進(jìn)行使用者主觀感性評(píng)估。信息來(lái)源家用手電鉆的使用功能、組成結(jié)構(gòu)、形態(tài)造型、色彩、材質(zhì)、細(xì)節(jié)等因素符合易用性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。家用手電鉆有兩個(gè)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，第一個(gè)是電鉆前端的透明罩，可以收集打孔產(chǎn)生的灰塵、垃圾，保持工作環(huán)境清潔；第二個(gè)是電鉆前端的形狀使電鉆與打孔面完全貼合，可以增強(qiáng)打孔穩(wěn)定性。所以這款手電鉆非常適合于無(wú)使用經(jīng)驗(yàn)者，電鉆在使用時(shí)可在打孔面上投射輔助線(xiàn)，幫助用戶(hù)進(jìn)行精確打孔和陣列打孔。研究結(jié)果經(jīng)測(cè)評(píng)得到的數(shù)據(jù)、圖表，并自創(chuàng)了重影疊加方法對(duì)研究成果進(jìn)行綜合評(píng)估，驗(yàn)證了家用手電鉆所具有的優(yōu)勢(shì)符合易用性使用需求，減少了操作失誤率，增加了使用安全性因素。結(jié)論這款家用手電鉆被命名為“90 Degree”，在2011年獲得德國(guó)紅點(diǎn)概念設(shè)計(jì)獎(jiǎng)，成為了具有代表性的解決多種手電鉆使用困難的優(yōu)秀設(shè)計(jì)范例。將人因工程理論導(dǎo)入設(shè)計(jì)實(shí)踐，用科學(xué)的測(cè)評(píng)程序與方法來(lái)評(píng)估產(chǎn)品所具有的價(jià)值，而這一過(guò)程有利于產(chǎn)品的深入研發(fā)和推廣。

關(guān)鍵詞：家用手電鉆 設(shè)計(jì)創(chuàng)新 人因工程價(jià)值 行為記錄與分析方法 易用性評(píng)估

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2015）06-0024-04

1 家用手電鉆的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述

手電鉆是一種便攜式小型鉆孔工具，隨著個(gè)性化、DIY在家庭裝飾、裝修中的興起，手電鉆成為了家中必備工具之一。許多女性、青少年、中老年用戶(hù)也成為了手電鉆的使用群體，使用現(xiàn)有的手電鉆產(chǎn)品進(jìn)行工作時(shí)，經(jīng)常要求佩戴膠皮手套、防塵眼鏡、膠布鞋等裝備；在操作過(guò)程中需要注意鉆頭的旋轉(zhuǎn)方向和進(jìn)給方向；加工結(jié)束后不要立即接觸鉆頭，以免燙傷皮膚；對(duì)操作中產(chǎn)生的灰塵和雜屑需及時(shí)清理，避免進(jìn)入人眼或呼吸道妨礙工作。此外，因操作不當(dāng)、防范措施疏漏、缺乏使用經(jīng)驗(yàn)經(jīng)常會(huì)對(duì)使用者造成誤傷，導(dǎo)致工作失敗。為了避免此類(lèi)問(wèn)題繼續(xù)發(fā)生，我們的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用人因工程學(xué)的理論和研究方法設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一種新型的家用手電鉆。圖1為家用手電鉆與普通手電鉆的對(duì)比圖。

家用手電鉆的設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：第一，鉆頭前面有一個(gè)塑料透明罩，可以將作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的雜屑和粉塵收納在罩內(nèi)，隨時(shí)倒出清理，防止灰塵、粉末進(jìn)入人眼中或吸入口鼻中，無(wú)需再佩戴防護(hù)裝備；為了更好地增加操作穩(wěn)定性，防止灰塵外溢，在透明罩前端的鉆頭出入口處添加了一圈橡膠墊；第二，塑料透明罩的正面與操作面貼合，使鉆頭和操作面形成90。垂直夾角，可以增加操作的穩(wěn)定性和打孔的精準(zhǔn)度，防止錯(cuò)誤操作造成打孔失誤；第三，電鉆頂面的控制按鈕可調(diào)節(jié)鉆頭的使用方式，電鉆既可以去掉透明罩作為普通電鉆使用，也可以加上透明罩，通過(guò)鉆頭伸縮來(lái)使用；第四，電鉆可以向打孔面投射打孔基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣更容易進(jìn)行定位打孔和陣列打孔；第五，在塑料透明罩上設(shè)有標(biāo)尺，可以輔助測(cè)量打孔深度。具體的設(shè)計(jì)效果圖如圖2所示。

2 家用手電鉆的人因工程實(shí)驗(yàn)

由于這次人因工程的實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象為手電鉆，需要研究人的因素主要包括：人體上肢、手部、眼睛視閩等；需要研究機(jī)器的因素主要包括：功能、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、色彩、材質(zhì)、細(xì)節(jié)等；需要研究環(huán)境的因素主要包括：家庭環(huán)境。

人因工程實(shí)驗(yàn)的步驟：第一步，設(shè)定測(cè)試的內(nèi)容，提出試驗(yàn)計(jì)劃。第二步，邀請(qǐng)三組不同年齡段的使用者，分別為13—25周歲的青少年10名（男女各一半），25—50周歲的成年人10名（男女各一半），50周歲以上的中老年人10名（男女各一半）。第三步，建立實(shí)驗(yàn)所需模擬場(chǎng)景。第四步，安排實(shí)驗(yàn)所需記錄人員，布置實(shí)驗(yàn)記錄儀器。第五步，準(zhǔn)備家用手電鉆的樣機(jī)模型。第六步，使用者依次按照自己的習(xí)慣在指定時(shí)間內(nèi)完成幾個(gè)指定的操作動(dòng)作，記錄人員依次進(jìn)行記錄。第七步，使用者填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)調(diào)研問(wèn)卷，匯總實(shí)驗(yàn)結(jié)果并制作數(shù)據(jù)表和圖表。笫八步，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，對(duì)家用手電鉆的樣機(jī)模型進(jìn)行評(píng)估。

2.1 家用手電鉆的把手測(cè)試

在實(shí)驗(yàn)之前，實(shí)驗(yàn)人員需對(duì)使用者的手部進(jìn)行了多組尺寸測(cè)量，如圖表1所示。如圖3所示，在持握狀態(tài)下，對(duì)手指的最大圍合面積進(jìn)行測(cè)量，從中得到最舒適的圍合面積范圍。由于電鉆把手在使用時(shí)與人頻繁接觸，在設(shè)計(jì)時(shí)采用曲線(xiàn)形態(tài)，通過(guò)由粗到細(xì)的變化和形態(tài)的轉(zhuǎn)折，限制了人手在持握電鉆把手時(shí)的范圍。為了確保把手的舒適度，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用3D打印機(jī)打印一個(gè)電鉆把手中心橫截面，并安排多名使用者進(jìn)行持握測(cè)試，從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而調(diào)整把手的面積，再次打印并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使電鉆更易于持握和使用，如圖4所示。

在手持電鉆操作時(shí)，手掌因持握工具將產(chǎn)生一定的作用力和反作用力。由于使用手電鉆會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，考慮到手掌的生理因素，需要對(duì)進(jìn)行受力分析，如圖5所示。針對(duì)長(zhǎng)期使用工具容易造成損傷的手掌區(qū)域，需要避免持續(xù)、高強(qiáng)度受力。對(duì)手掌最佳持握姿態(tài)、手腕最佳持握角度、手指最大力度和活動(dòng)范圍等依次進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，通過(guò)把手形態(tài)設(shè)計(jì)、功能按鈕位置設(shè)計(jì)最大限度地減少使用產(chǎn)品時(shí)產(chǎn)生的疲勞，并且更高效地完成操作任務(wù)。

2.2 家用手電鉆的定位打孔功能測(cè)驗(yàn)

為了測(cè)驗(yàn)家用手電鉆的各項(xiàng)功能是否合理、有效，我們利用3D打印設(shè)備制作了等比例的家用手電鉆樣機(jī)模型，如圖6所示，并對(duì)使用者的操作情況加以記錄。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)對(duì)人眼觀察范圍的記錄，人眼以中心視線(xiàn)為基準(zhǔn)，向上、向下各30。的夾角范圍為最佳觀察視域區(qū)，如圖7所示，其中，以中心視線(xiàn)位置為最佳觀測(cè)點(diǎn)，并向兩側(cè)削減。當(dāng)正常的被測(cè)試者使用家用手電鉆時(shí)，電鉆發(fā)射的坐標(biāo)射線(xiàn)、電鉆透明罩上的觀測(cè)打孔深度刻度表、鉆頭位置等需要實(shí)時(shí)觀察的部位均在最佳觀察視域之內(nèi)，并靠近中心視線(xiàn)周?chē)?，坐?biāo)射線(xiàn)和打孔深度指示標(biāo)的顏色均為紅色，清晰、醒目方便觀測(cè)。

經(jīng)過(guò)在不同情況下使用家用手電鉆進(jìn)行打孔的實(shí)際測(cè)試，證實(shí)了電鉆的坐標(biāo)射線(xiàn)、打孔深度刻度表這些設(shè)計(jì)在電鉆前端透明護(hù)罩上的輔助功能確實(shí)能夠?qū)Υ蚩灼鸬筋A(yù)想的作用，便于使用者觀察，提高打孔效率。

2.3 家用手電鉆的打孔精度實(shí)驗(yàn)

通過(guò)試驗(yàn)記錄圖片資料可以了解以上幾種操作情況下人體的受力區(qū)域主要集中在上肢，其中小臂和手掌受力最多，直接參與不同姿態(tài)的操作。經(jīng)圖8分析，當(dāng)操作手電鉆的手掌用力方向與鉆頭方向平行時(shí)，操作打孔準(zhǔn)確度最佳，而且最省力。為了確保操作手電鉆的手掌用力方向與鉆頭方向保持平行姿態(tài)，電鉆透明罩的前接觸面設(shè)計(jì)為平面。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)，電鉆透明罩的前接觸面為平面，與操作面貼合，使鉆頭和打孔面成90。夾角，使操作手電鉆的手掌用力方向與鉆頭方向在使用過(guò)程中保持平行姿態(tài)，這樣的設(shè)計(jì)可以有效提高打孔準(zhǔn)確度。

2.4 家用手電鉆的用戶(hù)主觀因素調(diào)研

當(dāng)受試者使用電鉆實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，需填寫(xiě)調(diào)查問(wèn)卷，問(wèn)卷可以研究使用者對(duì)電鉆的整體感受。例如“問(wèn)題1、電鉆的鉆孔控制按鈕給你的感受是：A.更加舒適便于操作B.與以往產(chǎn)品并無(wú)區(qū)別C.不舒適不符合操作需求”；“問(wèn)題3、電鉆的調(diào)節(jié)按鈕位于電鉆的正上方中間位置，是否符合操作需求：A便于操作B.不便于操作C.建議設(shè)置在其他位置，如_____”；“問(wèn)題6、電鉆的整體造型圓滑、過(guò)渡均勻，給你的感受是：A.具有親和力，容易被接受B.外形美觀，作為購(gòu)買(mǎi)的因素之一C.更喜歡棱角分明的產(chǎn)品D.只注重使用性和價(jià)格”；“問(wèn)題8、在使用電鉆是你需要在哪些部位加入如橡膠類(lèi)軟質(zhì)有彈性的材質(zhì)，以增加使用舒適度：A.把手內(nèi)側(cè)B.把手外側(cè)C.按鈕D.透明罩下部E.不需要”。

根據(jù)用戶(hù)的選擇，匯總問(wèn)卷問(wèn)題，以數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)，再綜合評(píng)價(jià)每一個(gè)題目得分最高的選項(xiàng)是否與電鉆的各項(xiàng)設(shè)計(jì)相符，假如用戶(hù)對(duì)電鉆的某一方面存在異議，則需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以此作為深化設(shè)計(jì)的重要參考，如圖9所示。如對(duì)問(wèn)題3匯總30份調(diào)查問(wèn)卷，得到結(jié)論：有25人選擇A選項(xiàng)（便于操作）；有3人選擇B選項(xiàng)（不便于操作）；由2人選擇C選項(xiàng)（建議設(shè)置在其他位置），其中—人認(rèn)為調(diào)節(jié)按鈕位置應(yīng)更靠近把手的位置，可以延中心線(xiàn)向后移；另—人認(rèn)為調(diào)節(jié)按鈕的位置可以設(shè)置在電鉆一側(cè)。通過(guò)對(duì)這一問(wèn)題的調(diào)研確定了調(diào)節(jié)按鈕符合83.3%受試者的使用需求，并且還發(fā)現(xiàn)了新的設(shè)計(jì)可能性。

3 家用手電鉆的人因工程價(jià)值評(píng)估

該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了家用手電鉆的設(shè)計(jì)創(chuàng)新確實(shí)能夠改善現(xiàn)有手電鉆的使用問(wèn)題，增加操作安全性，提高工作效率。同時(shí)，家用手電鉆的研發(fā)具有更深層次的價(jià)值和效應(yīng)，可以分為以下幾個(gè)方面評(píng)估。

3.1 設(shè)計(jì)創(chuàng)新的引導(dǎo)作作

家用手電鉆的可伸縮鉆頭以及電鉆前面的支撐面創(chuàng)造性地解決了電鉆打孔失誤問(wèn)題，符合人因工程學(xué)對(duì)產(chǎn)品的基本要求，并解決了粉塵、雜屑的收納問(wèn)題。隨著手電鉆內(nèi)部結(jié)構(gòu)的革新，家用手電鉆的概念將轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)產(chǎn)品，并作為經(jīng)典案例對(duì)電鉆產(chǎn)品的研發(fā)起到啟發(fā)和引導(dǎo)的作用。同時(shí)，家用手電鉆的優(yōu)勢(shì)還在于將多種實(shí)用性功能進(jìn)行整合式設(shè)計(jì)，對(duì)于設(shè)計(jì)者而言，這是進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新的有效途徑；對(duì)于使用者而言，這無(wú)疑提供了更多便利，給人更多的關(guān)懷：在同類(lèi)產(chǎn)品中，是更有競(jìng)爭(zhēng)力的選擇。

3.2 使用方式的規(guī)范作用

家用手電鉆的設(shè)計(jì)力圖為使用者提供一種正確地、安全的使用方式，經(jīng)人因工程實(shí)驗(yàn)，可以減少操作失誤和對(duì)人產(chǎn)生的傷害。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)透明塑料護(hù)罩在操作方式上引導(dǎo)使用者更準(zhǔn)確、安全、舒適地進(jìn)行作業(yè)，將以前需要一定使用經(jīng)驗(yàn)才能順利進(jìn)行的工作簡(jiǎn)單化，為更多需要做此類(lèi)工作且無(wú)操作經(jīng)驗(yàn)的人提供便利條件。對(duì)于青少年用戶(hù)，家用手電鉆可以發(fā)揮鼓勵(lì)使用、鍛煉動(dòng)手能力、發(fā)展創(chuàng)造力的積極作用，消除手電鉆產(chǎn)品的不安全隱患，將以往的被動(dòng)式使用電鉆轉(zhuǎn)變成積極、輕松地主動(dòng)式使用。

3.3 使用環(huán)境的優(yōu)化作用

家用手電鉆設(shè)計(jì)更好地優(yōu)化了使用環(huán)境，為使用者提供一個(gè)干凈、整潔的操作環(huán)境。避免了因局部施工使用電鉆工具而影響家庭環(huán)境的整潔和衛(wèi)生，或?qū)σ恍┘彝ピO(shè)施造成不易清理的困難。同時(shí)，通過(guò)電鉆本身解決的灰塵、雜屑四溢的困擾，可以省去佩戴防塵眼鏡、防護(hù)口罩、橡膠手套等繁瑣的程序，更符合家庭環(huán)境下使用電鉆的需求。

3.4 社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)作用

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的每一次革新，都會(huì)對(duì)社會(huì)進(jìn)步起到一定的推動(dòng)作用。如同“蝴蝶效應(yīng)”，一個(gè)局部的革新，也許會(huì)帶來(lái)整個(gè)系統(tǒng)的升級(jí)。就手電鉆產(chǎn)品而言，從人工手動(dòng)打孔到電動(dòng)工具輔助打孔，再到越來(lái)越多的先進(jìn)的電動(dòng)打孔工具推陳出新，其目的始終是減少人為操作失誤、提高工作效率。隨著人因工程領(lǐng)域知識(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)各環(huán)節(jié)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，人們生產(chǎn)、生活環(huán)境將不斷地改善，社會(huì)生產(chǎn)力也會(huì)不斷提高。