工業(yè)設(shè)計及人機(jī)工程手持設(shè)備優(yōu)化探析

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摘要：根據(jù)某測試手持設(shè)備產(chǎn)品在使用過程中所暴露的問題以及用戶的反饋，提出對手持設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部造型進(jìn)行重新設(shè)計，加入了大量弧面、流線、凹凸線及多邊凹槽等工業(yè)設(shè)計。改變了原設(shè)備棱角分明、生硬笨拙的形象，提高了設(shè)備的設(shè)計美感；同時從人機(jī)工程的角度考慮，使用判斷矩陣分析法和德爾斐方法對手持設(shè)備按鍵重新布局，根據(jù)常用機(jī)械設(shè)計理論減小手持設(shè)備厚度及質(zhì)量，達(dá)到理想的優(yōu)化設(shè)計效果，從而探討工業(yè)設(shè)計與人機(jī)工程在產(chǎn)品設(shè)計過程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：手持設(shè)備；工業(yè)設(shè)計；人機(jī)工程；優(yōu)化設(shè)計

傳統(tǒng)機(jī)電類產(chǎn)品在設(shè)計過程中一般將質(zhì)量、功能及成本等因素放在首位，從而忽略了人機(jī)交互，使得產(chǎn)品在舒適美觀度、安全性及設(shè)計效率等方面有所欠缺[1]。因此，為了提升人機(jī)性能，在確定實現(xiàn)功能所需的模塊后，手持設(shè)備要如何設(shè)計才能使體積更小、質(zhì)量更輕，如何設(shè)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(xù)設(shè)計中尤為重要。

1手持設(shè)備原結(jié)構(gòu)

某測試手持設(shè)備原主體結(jié)構(gòu)為盒體，可拆為前蓋和腔體兩部分，厚度約70mm。前蓋安裝有顯示器、按鍵等，腔體內(nèi)安裝有5個模塊，后側(cè)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(jī)四周包有防滑減震裝置，設(shè)備兩側(cè)設(shè)置有拉伸式把手。該設(shè)備外觀示意圖如圖1所示，內(nèi)部布局示意圖如圖2所示。該手持設(shè)備在使用中暴露的主要問題如下：①內(nèi)部空間利用率較低，設(shè)備厚度較大，整機(jī)顯得臃腫；②按鍵排布簡單，外觀中規(guī)中矩，缺乏設(shè)計感；③整體質(zhì)量接近6kg，對用戶手持操作不友好。

2優(yōu)化設(shè)計

2.1厚度優(yōu)化

對于第一點設(shè)備厚度太大的問題，原設(shè)備厚度達(dá)到70mm，不僅外觀臃腫，而且握感不佳。要壓縮整機(jī)厚度，首先需更改內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的更改需要遵循一定的條件：①不能更改其功能、設(shè)備內(nèi)部模塊及配件數(shù)量；②部分模塊為成品，無法進(jìn)行修改，需預(yù)留開口；③模塊上的器件類型和數(shù)量是固定的，因此模塊面積無法改變；④由于按鍵數(shù)量較多，顯示內(nèi)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(yōu)化如下：①對各模塊形狀進(jìn)行修改，便于壓縮空間及后續(xù)造型；同時對各模塊的堆疊方式進(jìn)行優(yōu)化，相互嵌套，且方便維護(hù)，優(yōu)化后的內(nèi)部模塊示意圖如圖3所示。②根據(jù)產(chǎn)品人機(jī)工程學(xué)理論[2]，按鍵、儀表盤等操作裝置是人機(jī)交互的重要渠道，設(shè)計需符合人的認(rèn)知和操作規(guī)律。根據(jù)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(jìn)行重新設(shè)計[3]，使得手持設(shè)備的操作更舒適方便，降低誤操作的概率，并且方便后續(xù)對整機(jī)的造型設(shè)計，如圖4所示。確認(rèn)厚度優(yōu)化方案后，對各模塊外形及位置進(jìn)行了細(xì)化，對內(nèi)部線纜連接進(jìn)行了模擬，達(dá)到最終安裝狀態(tài)，最終效果如圖5、圖6所示。該優(yōu)化方案不僅可將整機(jī)厚度縮小至55mm左右，而且各模塊間的排布更為合理，并且設(shè)備操作更為舒適，維修更方便。

2.2外觀優(yōu)化

內(nèi)部模塊優(yōu)化完成后，對設(shè)備外觀進(jìn)行了重新設(shè)計，提高產(chǎn)品的設(shè)計感及用戶體驗度。主要優(yōu)化內(nèi)容如下：①基于用戶要求，外觀造型不能過于浮夸，應(yīng)以穩(wěn)重簡約為主。因此整機(jī)采用大量弧面流線設(shè)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(guān)鍵采用紅色軟膠、其余按鍵采用灰色軟膠，實現(xiàn)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(qiáng)透光效果，利于在夜晚及其他光線不足的環(huán)境下進(jìn)行操作。③指示燈位置位于數(shù)字按鍵上方中部，整體下沉，外側(cè)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(jī)四角防滑防撞條增加凹凸裝飾線條，增強(qiáng)手感；設(shè)備頂部、顯示器及按鍵采用多邊凹槽下沉設(shè)計，對各外露器件進(jìn)行保護(hù)。⑤把手兩側(cè)改為可調(diào)尼龍帶單側(cè)分離搭扣設(shè)計，既便于攜帶，又杜絕使用金屬連接可能出現(xiàn)的生銹情況。最終外觀設(shè)計效果圖如圖7～圖10所示。

2.3質(zhì)量優(yōu)化

針對原設(shè)備質(zhì)量較大的問題，主要從以下兩個方面進(jìn)行優(yōu)化：①在對設(shè)備前蓋及腔體等主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行重新設(shè)計時，盡量縮減壁厚，無強(qiáng)度要求的部位去除材料；在有強(qiáng)度要求的部位使用加強(qiáng)筋、局部增厚等手段保證整體剛強(qiáng)度，如圖11、圖12所示。②結(jié)構(gòu)件使用碳纖維等密度較小但能保證強(qiáng)度的塑料材料開模制作；若設(shè)備產(chǎn)量較少，開模費用較高，可考慮使用鎂鋁合金材料銑削制作。通過以上優(yōu)化手段，可大大減輕設(shè)備質(zhì)量，保證用戶在長時間手持操作時不易疲勞。

3總結(jié)

針對人機(jī)工程及工業(yè)設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用問題，以某測試手持設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計過程為例進(jìn)行了探討，提出了一系列設(shè)計思路，主要工作及結(jié)論如下：①結(jié)合判斷矩陣分析法、德爾斐方法等，對原設(shè)備按鍵的排布及外形進(jìn)行了重新設(shè)計，同時對原設(shè)備內(nèi)部各模塊的布局進(jìn)行規(guī)劃，使整個設(shè)備的空間利用率更高、質(zhì)量更輕。②根據(jù)工業(yè)設(shè)計理論，對原設(shè)備造型、色彩、材質(zhì)等進(jìn)行了優(yōu)化，加入了大量弧面、線條等元素，搭配多種色彩及新材質(zhì)，使得手持設(shè)備在保持功能及強(qiáng)度的基礎(chǔ)上更加具備設(shè)計美感。③產(chǎn)品設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，除了對功能、質(zhì)量、成本等因素進(jìn)行考慮外，還需加強(qiáng)對工業(yè)設(shè)計及人機(jī)工程的關(guān)注。只有當(dāng)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。

作者:楊仁杰 單位:四川九洲空管科技有限責(zé)任公司技術(shù)資源中心