工業(yè)設(shè)計及人機工程手持設(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)常用機械設(shè)計理論減小手持設(shè)備厚度及質(zhì)量，達到理想的優(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；人機工程；優(yōu)化設(shè)計

傳統(tǒng)機電類產(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)備厚度達到70mm，不僅外觀臃腫，而且握感不佳。要壓縮整機厚度，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行優(yōu)化，相互嵌套，且方便維護，優(yōu)化后的內(nèi)部模塊示意圖如圖3所示。②根據(jù)產(chǎn)品人機工程學(xué)理論[2]，按鍵、儀表盤等操作裝置是人機交互的重要渠道，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行了細(xì)化，對內(nèi)部線纜連接進行了模擬，達到最終安裝狀態(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，可增強透光效果，利于在夜晚及其他光線不足的環(huán)境下進行操作。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主機四角防滑防撞條增加凹凸裝飾線條，增強手感；設(shè)備頂部、顯示器及按鍵采用多邊凹槽下沉設(shè)計，對各外露器件進行保護。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行優(yōu)化：①在對設(shè)備前蓋及腔體等主要結(jié)構(gòu)件進行重新設(shè)計時，盡量縮減壁厚，無強度要求的部位去除材料；在有強度要求的部位使用加強筋、局部增厚等手段保證整體剛強度，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行了重新設(shè)計，同時對原設(shè)備內(nèi)部各模塊的布局進行規(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、成本等因素進行考慮外，還需加強對工業(yè)設(shè)計及人機工程的關(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