任英麗，吳詩瑾

基于用戶體驗的多關(guān)節(jié)主被動訓練儀可用性研究

任英麗，吳詩瑾

(燕山大學藝術(shù)與設(shè)計學院，河北 秦皇島 066004)

為提高多關(guān)節(jié)主被動訓練儀的可用性水平，以用戶體驗理論為基礎(chǔ)構(gòu)建了以用戶為觸點的多關(guān)節(jié)主被動訓練儀可用性評價指標體系，運用模糊層次分析法(FAHP)和隸屬度定量化處理的方法構(gòu)建多關(guān)節(jié)主被動訓練儀可用性評價模型。以某公司生產(chǎn)的一款多關(guān)節(jié)主被動訓練儀為例，先由專家測評確定評價指標并計算出各指標因素的權(quán)重值，再由評分小組操作該產(chǎn)品后得出對每項可用性評價指標的評價等級，結(jié)合多關(guān)節(jié)主被動訓練儀可用性評價模型計算得出最終的評價結(jié)果。結(jié)果表明，運用該模型能對產(chǎn)品的可用性進行全面準確的評價，進而發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在的可用性問題，提出改進意見，為產(chǎn)品的升級創(chuàng)新提供參考。

可用性評價；用戶體驗；產(chǎn)品設(shè)計；多關(guān)節(jié)主被動訓練儀；模糊層次分析法

多關(guān)節(jié)主被動訓練儀是一款協(xié)助上肢或下肢功能障礙患者進行康復訓練的康復醫(yī)療設(shè)備，含主動和被動2種模式[1]。用戶在使用多關(guān)節(jié)主被動訓練儀時經(jīng)常會出現(xiàn)操作不規(guī)范、認知不清晰、有心理抵觸的情況，難以達到預期的康復訓練效果。如何發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中存在的可用性問題、提升產(chǎn)品的可用性成為亟待解決的問題。

可用性(usability)最早于20世紀70年代被提出，并作為IT產(chǎn)品的重要質(zhì)量指標，在ISO9241標準中可用性的定義為“對于用戶來說，產(chǎn)品能被有效、高效并且令人滿意地達到特定目標的程度”[2]，可用性是每個產(chǎn)品都具有的品質(zhì)，但可用性更加傾向于產(chǎn)品本身，對用戶的關(guān)注稍顯缺失，而使用者對于產(chǎn)品的評價并不只著眼于產(chǎn)品本身的可用性。用戶體驗(user experience，UE/UX)的概念是在可用性概念的基礎(chǔ)之上于1995提出的，其更加關(guān)注用戶心理和需求(包括用戶產(chǎn)生的想法、感觸和感知)，更凸顯用戶和產(chǎn)品之間的交互過程[3]，用戶體驗的研究對象為用戶本身，是對傳統(tǒng)的可用性概念的發(fā)展，是用戶體驗領(lǐng)域的基礎(chǔ)[4]?，F(xiàn)普遍認可的是ISO 9241-210標準對用戶體驗的定義，即人們對于使用或期望使用的產(chǎn)品、系統(tǒng)或服務(wù)的感受和回應(yīng)。同時界定了用戶體驗的主體是“人”，用戶的感受和反饋為其重要影響因素，強調(diào)體驗的主觀性。通過用戶對產(chǎn)品、系統(tǒng)或服務(wù)的體驗或使用挖掘出用戶對產(chǎn)品的需求和評價，進而提升產(chǎn)品的可用性。

目前，可用性測試(usability testing)多為定性化的方法，如焦點小組法、調(diào)查問卷法等，其被用于描述某個問題產(chǎn)生的原由，進而找出解決問題的方法，但缺乏定量可用性評價信息，而評價信息的定量化處理在評價可用性問題時更為高效[5]，因此其朝著量化研究的方向發(fā)展。如黃薇等[6]提出情感等主觀因素和產(chǎn)品屬性的量化評估是可用性研究的重要影響因素，并強調(diào)感性認知與物理屬性相互轉(zhuǎn)化的重要性；張一凡[7]將定性與定量相結(jié)合的多指標評價方法運用到產(chǎn)品后期評價階段，對老年人陪護機器人設(shè)計方案的人機交互系統(tǒng)的可用性進行評價分析，為相關(guān)領(lǐng)域的可用性研究提供了理論與技術(shù)支撐。以定量化的數(shù)據(jù)分析為核心的可用性評估方法在效率和準確性上具有明顯優(yōu)勢，規(guī)避了因評估人員的水平不同造成的評價結(jié)果不一致的弊端。

模糊層次分析法(fuzzy analytic hierarchy process，F(xiàn)AHP)作為一種系統(tǒng)分析方法，具有定性與定量相結(jié)合的特點，該方法能夠?qū)⒏行缘脑u價指標進行定量化轉(zhuǎn)換，從而提高評估的效率和可靠性，同時簡化了評估流程。FAHP方法被廣泛應(yīng)用于不同類型的產(chǎn)品可用性研究中。黃河和楊明剛[8]結(jié)合FAHP方法建立了基于感性評價的老年人智能手表可用性評價體系，將感性評價進行量化驗證了該方法的有效性。張東方[9]將FAHP方法運用到立體車庫人機界面的可用性研究，并證明了該方法的有效性；RAMANAYAKA等[10]運用FAHP方法構(gòu)建了圖書館網(wǎng)站可用性評價框架，對其進行了定量化的評估，從而發(fā)現(xiàn)了圖書館網(wǎng)站存在的可用性問題。

最大隸屬度原則在運用FAHP方法得出評價最終結(jié)果時較為常用，但對最大隸屬度原則的適用性進行檢驗的研究較少，致使評價結(jié)果準確性較低，為了規(guī)避此類弊端，本文將FAHP方法與最大隸屬度原則適用性檢驗相結(jié)合，并對隸屬度進行定量化處理，以此對產(chǎn)品的可用性進行評估。

本文從用戶的角度出發(fā)，基于用戶體驗理論，運用將FAHP方法與隸屬度定量化處理相結(jié)合的方法，構(gòu)建多關(guān)節(jié)主被動訓練儀產(chǎn)品可用性綜合評價的數(shù)學模型，并運用該模型對現(xiàn)有的多關(guān)節(jié)主被動訓練儀進行可用性評價，對評價結(jié)果進行分析并提出改進方案。

1 用戶體驗層次與可用性分析

本能層、行為層和反思層是諾曼用戶體驗理論的3個層次[11]，據(jù)此可將用戶使用產(chǎn)品的體驗過程分為直覺體驗、過程體驗和經(jīng)歷體驗[12]?？捎眯允遣煌a(chǎn)品的共同特性。用戶對產(chǎn)品最直接的感受是對產(chǎn)品外觀的感知，SEVA等[13]提出了外觀可用性的概念；LODHI[14]將任務(wù)操作的完成時間、效率和錯誤頻數(shù)等非主觀因素可用性定義為操作可用性；另外用戶使用產(chǎn)品后的感性評價也應(yīng)作為可用性指標，稱作感知可用性[15]。因此，產(chǎn)品的可用性通常被分為外觀、操作和感知可用性3個方向。產(chǎn)品的可用性與用戶體驗層次具有映射關(guān)系，如圖1 所示。

圖1 用戶體驗層次與產(chǎn)品可用性的對應(yīng)關(guān)系

2 可用性評價模型構(gòu)建

2.1 可用性評價流程

FAHP方法通常用于對方案的評價指標進行量化，并用于產(chǎn)品可用性的決策，先將不確定的主觀感受進行層次劃分，再運用模糊數(shù)學進行整體綜合評價[16]。多關(guān)節(jié)主被動訓練儀的可用性受到眾多因素的影響，其評價流程如圖2所示，首先確定哪些因素可以作為可用性評價指標；其次運用層次分析法建立可用性評價體系并得出各指標權(quán)重；然后運用模糊綜合評價法對多關(guān)節(jié)主被動訓練儀進行綜合評價；最后分析可用性評價的結(jié)果并改進產(chǎn)品的設(shè)計方案。

圖2 多關(guān)節(jié)主被動訓練儀評價流程

2.2 可用性評價指標構(gòu)建

多關(guān)節(jié)主被動訓練儀的可用性評價指標要貫穿用戶體驗的整個過程，并充分考慮用戶的實際感受。由于多關(guān)節(jié)主被動訓練儀為康復醫(yī)療器械，產(chǎn)品本身所涉及人機工程學的因素同樣重要，因此從用戶的審美、生理和心理需求以及產(chǎn)品本身所涉及的人機工程學等方面歸納出40個評價指標。采用德菲爾調(diào)查法，邀請10名專家對40個評價指標進行評判，并確定了20個最終評價指標進行簡單描述，見表1。

表1 最終可用性評價指標與描述

2.3 層次分析法

2.3.1 可用性評價體系建立

運用層次分析法將多關(guān)節(jié)主被動訓練儀的評價體系分為3個層次：目標層、準則層A和指標層A，如圖3所示。

圖3 多關(guān)節(jié)主被動訓練儀評價體系

2.3.2 判斷矩陣構(gòu)建

運用九級標度法賦值，將準則層的因素進行兩兩相互比較構(gòu)造判斷矩陣，即

2.3.3 指標權(quán)重計算

(1) 計算判斷矩陣的各行元素的乘積

(2) 計算次方根

2.3.4 一致性檢驗

首先計算的最大特征值，即

再進行一致性檢驗，求評價指標的一致性指標，即

為判定，引入隨機一致性指標，取值見表2。

表2 隨機一致性指標RI

一致性比率為

通常，當值小于0.1時，矩陣具有滿意的一致性，否則需調(diào)整,直至值小于0.1。同理，求得指標層各因素的權(quán)重值及指標層各矩陣的權(quán)向量。

2.4 模糊綜合評價

2.4.1 模糊評價矩陣構(gòu)建

同理，構(gòu)建準則層評價對象映射到評語集的模糊評判矩陣，即

2.4.2 指標層綜合評價

2.4.3 準則層綜合評價

由指標層綜合評價結(jié)果得出準則層評價矩陣=(1,2,···,)T，對準則層綜合評價得出模糊評價集，即

2.5 隸屬度定量化處理

2.5.1 最大隸屬度原則有效性檢驗

通常利用最大隸屬度原則，可從模糊評價集中得出評價結(jié)果，但需要對最大隸屬度原則的有效性進行檢驗，其準確性才得以保證。引入有效度指標，該指標說明采用最大隸屬原則進行判別的可靠程度，為評價結(jié)果的合理性提供了定量化描述[17]。該指標定義為

其中，為最大隸屬度；為第二隸屬度；為評語的等級數(shù)。若≥1，采用最大隸屬原則非常有效；若0.5≤＜1.0，為相對有效；若0＜＜0.5，為低效；若=0，為無效。

2.5.2 隸屬度定量化處理

若評價集的指標通過有效性檢驗，則可采用最大隸屬度原則直接得出產(chǎn)品的評價等級。若未通過檢驗，則需要對隸屬度進行定量化處理，根據(jù)各評價等級表示的數(shù)值區(qū)間，計算最后評價等級的最高分高和最低分低，再根據(jù)分值計算評價結(jié)果在各評價區(qū)間的概率P，其公式為

其中，為高與低的差值；L為和所對應(yīng)的評分區(qū)間的分值閾值與高或低的差值。P的最大值所在的等級區(qū)間即為最終評價結(jié)果。

3 實例驗證

3.1 確定評價對象

選定某公司生產(chǎn)的一款多關(guān)節(jié)主被動訓練儀的實物產(chǎn)品進行評價，如圖4所示。對產(chǎn)品進行評價能夠保證用戶通過實際的操作體驗，得出較為準確客觀的評價。

3.2 可用性評價指標權(quán)重計算

由10名專家組成測試組，并計算各項評價指標權(quán)值。計算可用性評價指標權(quán)重，需建立多關(guān)節(jié)主被動訓練儀評價指標的判斷矩陣。分別構(gòu)建目標層對于準則層1~3的判斷矩陣0、準則層1對于指標層1116的判斷矩陣1、準則層2對于2128的判斷矩陣2以及準則層3對于3136的判斷矩陣3，判斷矩陣0中各指標因素的權(quán)重見表3。

圖4 多關(guān)節(jié)主被動訓練儀

表3 判斷矩陣R0及各因素權(quán)重

由實驗結(jié)果可知=0，說明矩陣0具有完全一致性，得出其權(quán)重向量為0=(0.143, 0.429, 0.429)T。

同理，得出指標層判斷矩陣1，2，3的權(quán)重向量分別為

3.3 可用性綜合評價

邀請康復患者20人(有嚴重肢體障礙的患者按其描述代其打分)、護理人員10人共30人(男、女各15人，平均年齡48.13歲)以小組對該款多關(guān)節(jié)主被動訓練儀進行操作，并分別對20個可用性評價指標進行評價，采用5級李克特量表，將滿意程度分為5個等級={好，較好，一般，較不好，不好}，對指標層構(gòu)建評價矩陣，并進行綜合評價，由式(9)和式(11)得出模糊評價集

由式(13)對準則層模糊評價集進行最大隸屬度原則有效性檢驗，即

可見，該情況下采用最大隸屬度原則是低效的，故不能在本次評價中運用該原則。需對隸屬度進行定量化處理，計算評價結(jié)果在各得分區(qū)間概率分別為

同理，得出該款產(chǎn)品的外觀、操作及感知可用性的綜合評價結(jié)果分別為：一般、較好和較好。

3.4 結(jié)果分析

表4為該款多關(guān)節(jié)主被動訓練儀的可用性評價結(jié)果。

表4 可用性評價結(jié)果

從評判結(jié)果可知，該款產(chǎn)品的整體可用性、操作和感知可用性的評價為較好，表明用戶對該產(chǎn)品的操作性、功能性及產(chǎn)品的整體表現(xiàn)是滿意的。而該款的外觀可用性評價為一般，說明其需要改進。通過分析參評人員對產(chǎn)品各指標的評估統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)外觀可用性“和諧的、簡潔的、美觀的、規(guī)整的”操作可用性“易調(diào)節(jié)的”以及感知可用性“舒適的”等指標的評價僅為一般，說明應(yīng)圍繞這些指標進行改進。

3.5 改進方案

根據(jù)評價結(jié)果及參評人員意見，對該產(chǎn)品進行改進：①圍繞“和諧的”指標做出優(yōu)化，在保證人機尺寸合理以及產(chǎn)品操作性不受影響的前提下，縮小內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外殼之間的距離，進一步協(xié)調(diào)產(chǎn)品的比例；②圍繞“簡潔的”指標做出優(yōu)化，進一步簡化形態(tài)，將下肢阻尼盤與底座進行歸納整理，將底座的體積進一步精簡并做出質(zhì)量重心前移的調(diào)整，使其視覺上更穩(wěn)定、外觀更加統(tǒng)一；③針對“美觀性”指標進行改進，優(yōu)化產(chǎn)品色彩搭配的整體性及協(xié)調(diào)性，同時對顯示器的造型進行再設(shè)計，使其看起來更親切，增加用戶使用時的愉悅感；④針對 “規(guī)整的”指標做出優(yōu)化，對安裝結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，將外露式安裝方式升級為隱藏式安裝，提升用戶的視覺安全感；⑤針對“易調(diào)節(jié)的”指標，將升降旋鈕降低位置以便用戶調(diào)節(jié)高度；⑥在“舒適的”指標上，用戶反饋足托的穿戴方式繁瑣，故在保證舒適性的前提下，對魔術(shù)貼的長度及開和方向進行調(diào)整，提升用戶穿戴的便捷性。改進后的設(shè)計方案如圖5所示。

圖5 多關(guān)節(jié)主被動訓練儀改進方案

為驗證改進方案的實際效果，再次邀請30名參評者使用產(chǎn)品后對可用性指標進行滿意度打分。運用本文建立的評價模型對改進方案做出評估，其評估結(jié)果為：整體可用性、外觀可用性、操作可用性均較好；感知可用性好。可以看出改進后的方案在外觀可用性及感知可用性上有了明顯提升。

4 結(jié) 論

多關(guān)節(jié)主被動訓練儀可用性研究有助于提升產(chǎn)品使用黏性。基于用戶體驗理論，根據(jù)用戶使用產(chǎn)品的體驗過程確定影響該產(chǎn)品可用性的評價指標；運用層次分析法得出權(quán)重向量；結(jié)合用戶體驗后的評價結(jié)果，運用模糊綜合評價法分別對指標層和準則層進行評價，并檢驗最大隸屬度原則的適用性，對隸屬度進行定量化分析，以確保評價結(jié)果的準確性。該評價模型能充分考慮用戶各方面的訴求，并能對產(chǎn)品的可用性進行較為準確、客觀的評價。同時也為其他相關(guān)康復設(shè)備產(chǎn)品的可用性評估與改進提供了參考。

[1] 趙海容, 李繼文, 魏俊國. 多關(guān)節(jié)主被動訓練在偏癱痙攣康復中的療效[J]. 世界最新醫(yī)學信息文摘, 2018, 18(29): 40-41. ZHAO H R, LI J W, WEI J G. Effect of multi-joint active and passive trainer in rehabilitation of hemiplegia with spasm [J]. World Latest Medicine Information, 2018, 18(29): 40-41 (in Chinese).

[2] RUBIN J, DANA C. 可用性測試手冊[M]. 王超, 鄒燁譯. 2版. 北京: 人民郵電出版社, 2017: 3-6. RUBIN J, DANA C. Usability testing manual[M]. WANG C, ZOU Y, Trans. 2nd. Beijing: People’s Posts and Telecommunications Press, 2017: 3-6 (in Chinese).

[3] 李永鋒, 侍偉偉, 朱麗萍. 基于灰色層次分析法的老年人APP用戶體驗評價研究[J]. 圖學學報, 2018, 39(1): 68-74. LI Y F, SHI W W, ZHU L P. Research on the user experience evaluation of APP for the elder based on grey AHP[J]. Journal of Graphics, 2018, 39(1): 68-74 (in Chinese).

[4] 胡飛, 馮梓昱, 劉典財, 等. 用戶體驗設(shè)計再研究:從概念到方法[J]. 包裝工程, 2020, 41(16): 51-63. HU F, FENG Z Y, LIU D C, et al. User experience design: from concept to method[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(16): 51-63 (in Chinese).

[5] BRINKMAN W P, HAAKMA R, BOUWHUIS D G. Towards an empirical method of efficiency testing of system parts: a methodological study[J]. Interacting with Computers, 2007, 19(3): 342-356.

[6] 黃薇, 王菲菲, 吳劍鋒. 基于用戶情感的個人消費電子產(chǎn)品可用性研究[J]. 輕工機械, 2013, 31(4): 115-118. HUANG W, WANG F F, WU J F. Usability research of personal consumer electronics based on user emotion[J]. Light Industry Machinery, 2013, 31(4): 115-118 (in Chinese).

[7] 張一凡. 基于人機工程的老齡陪伴服務(wù)機器人可用性設(shè)計研究[D]. 天津: 天津工業(yè)大學, 2019. ZHANG Y F. Research on usability design of elderly companion service robot based on man-machine engineering[D]. Tianjin: Tiangong University, 2019(in Chinese).

[8] 黃河, 楊明剛. 基于感性工學的老年人智能產(chǎn)品可用性研究[J]. 機械設(shè)計, 2016, 33(4): 109-112. HUANG H, YANG M G. Research on usability of intelligent products for the elderly based on kansei engineering[J]. Journal of Machine Design, 2016, 33(4): 109-112 (in Chinese).

[9] 張東方. 基于FAHP的立體車庫人機界面可用性評價方法[J]. 機械設(shè)計, 2014, 31(4): 97-100. ZHANG D F. Usability evaluation method on human-machine interface of stereo garage based on FAHP[J]. Journal of Machine Design, 2014, 31(4): 97-100 (in Chinese).

[10] RAMANAYAKA K H, CHEN X Q, SHI B. UNSCALE: a fuzzy-based multi-criteria usability evaluation framework for measuring and evaluating library websites[J]. IETE Technical Review, 2019, 36(4): 412-431.

[11] 唐納德·A·諾曼. 情感化設(shè)計[M]. 付秋芳, 程進三譯. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2005: 5-8. NORMAN D A. Emotional design[M]. FU Q F, CHENG J S, Trans. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2005: 5-8 (in Chinese).

[12] 蘭玉琪, 劉湃. 基于用戶體驗的交互產(chǎn)品情感化研究[J]. 包裝工程, 2019, 40(12): 23-28. LAN Y Q, LIU P. Emotionalization of interactive products based on user experience[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(12): 23-28 (in Chinese).

[13] SEVA R R, GOSIACO K G T, SANTOS M C E D, et al. Product design enhancement using apparent usability and affective quality[J]. Applied Ergonomics, 2011, 42(3): 511-517.

[14] LODHI A. Usability heuristics as an assessment parameter: for performing usability testing[C]//2010 2th International Conference on Software Technology and Engineering. New York: IEEE Press, 2010: 256-259.

[15] SONDEREGGER A, SAUER J. The influence of design aesthetics in usability testing: effects on user performance and perceived usability[J]. Applied Ergonomics, 2010, 41(3): 403-410.

[16] 李佳璐, 涂細凱, 伍賽, 等. 基于用戶體驗的外骨骼機器人舒適性研究[J]. 機械設(shè)計, 2019, 36(7): 125-130. LI J L, TU X K, WU S, et al. Study of exoskeleton robot comfort based on user experience[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(7): 125-130 (in Chinese).

[17] 朱小飛, 王永君, 李大軍. 模糊評價中最大隸屬度原則有效性檢驗[J]. 測繪與空間地理信息, 2016, 39(5): 135-137, 143. ZHU X F, WANG Y J, LI D J. The effectiveness test of the maximum membership principle in fuzzy comprehensive evaluation[J]. Geomatics & Spatial Information Technology, 2016, 39(5): 135-137, 143(in Chinese).

Usability evaluation and application of multi-joint active and passive trainer based on user experience

REN Ying-li, WU Shi-jin

(School of Art and Design, Yanshan University, Qinhuangdao Hebei 066004, China)

In order to improve the usability of multi-joint active and passive trainer, the usability evaluation index system of multi-joint active and passive trainer was constructed based on the user experience theory, and the usability evaluation model of multi-joint active and passive trainer was constructed through the fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) and the membership quantitative processing method. Taking a multi-joint active and passive trainer produced by some company as an example, the evaluation index was determined by expert evaluation and the weight value of each index factor was calculated. Then the evaluation grade of each usability evaluation index was generated after the product was operated by the scoring team, and the final evaluation result was yielded based on the usability evaluation model of multi-joint active and passive trainer. The results show that the product usability can be evaluated comprehensively and accurately using the model, and then the usability problems can be identified and improvements can be proposed, thus informing the upgrading and innovation of products.

usability evaluation; user experience; product design; multi-joint active and passive trainer; fuzzy analytic hierarchy process

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2021020325

A

2095-302X(2021)02-0325-07

2020-07-13；

13 July，2020；

2020-09-21

21 September，2020

任英麗(1972–)，女，遼寧阜新人，副教授，碩士，碩士生導師。主要研究方向為服務(wù)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計等。E-mail：80274611@qq.com

REN Ying-li (1972-), female, associate professor, master. Her main research interests cover service design, product design, etc. E-mail：80274611@qq.com