趙可恒，于海洋，李懋，2

(1.常州工學(xué)院藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇常州213022； 2.常州大學(xué)藝術(shù)學(xué)院，江蘇常州213164)

人機(jī)關(guān)系是“人—機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)中的人、機(jī)器、環(huán)境三大要素及其相互關(guān)系的簡(jiǎn)稱[1]。人機(jī)關(guān)系分析貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的始終，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中具有重要意義。在產(chǎn)品調(diào)研階段，人機(jī)關(guān)系分析是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，為后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并為產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)置基本前提。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的深化階段，人機(jī)關(guān)系分析為論證設(shè)計(jì)的合理性提供理論支撐。此外，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程中，人機(jī)關(guān)系分析可以作為設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)，在方案構(gòu)思、方案遴選、設(shè)計(jì)表達(dá)等多方面發(fā)揮重要作用。人機(jī)關(guān)系分析應(yīng)以人機(jī)工程學(xué)的理論框架體系為基礎(chǔ)，形成某種固定范式，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的人機(jī)關(guān)系分析有據(jù)可依，有章可循。

1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)中人機(jī)關(guān)系分析存在的普遍問(wèn)題

1.1 人機(jī)關(guān)系分析不全面，以偏概全

產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中普遍存在人機(jī)關(guān)系分析不全面的現(xiàn)象，究其原因主要是對(duì)人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)度不夠，在分析和論述的過(guò)程中只抓住了人機(jī)關(guān)系的某一點(diǎn)或某些點(diǎn)。例如：在論述人的要素部分只強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品尺寸和人體測(cè)量數(shù)據(jù)的匹配性，而忽略人的感知特征和行為習(xí)慣；在工具性產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，只強(qiáng)調(diào)人對(duì)產(chǎn)品的控制行為，而漠視產(chǎn)品使用者的信息反饋。固然，不同類型的產(chǎn)品人機(jī)關(guān)系分析的側(cè)重點(diǎn)不同，但應(yīng)保持基本相似的框架體系。一個(gè)完整的人機(jī)關(guān)系論述不僅需要闡明人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中的三大要素，還要分析三大要素之間的相互關(guān)系對(duì)整個(gè)系統(tǒng)效能的影響。不僅要靜態(tài)分析產(chǎn)品的合理性，更要在使用的動(dòng)態(tài)過(guò)程中把握產(chǎn)品性能。

1.2 人機(jī)關(guān)系分析流于空洞的理論描述，針對(duì)性差

任何人機(jī)關(guān)系分析都是針對(duì)某一具體的人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)展開(kāi)的，分析過(guò)程必須緊扣具體案例。在許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)的人機(jī)關(guān)系分析過(guò)程中，設(shè)計(jì)者只是簡(jiǎn)單強(qiáng)調(diào)人機(jī)關(guān)系在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要性，描述人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的三大要素及其相互關(guān)系對(duì)于提高系統(tǒng)效能的重要意義。既不對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)定位中涉及的具體消費(fèi)者特征、產(chǎn)品功能、使用環(huán)境作闡述，也不對(duì)具體的顯示界面、控制界面作分析，只把一些概念性的理論表述當(dāng)作具體分析，人機(jī)關(guān)系分析缺乏針對(duì)性，或形成的分析只有面而沒(méi)有點(diǎn)，針對(duì)性較差。

1.3 人機(jī)關(guān)系分析缺乏理論高度，陷入經(jīng)驗(yàn)主義的泥淖

人機(jī)關(guān)系分析建立在人機(jī)工程學(xué)理論基礎(chǔ)之上，人機(jī)工程學(xué)是多學(xué)科綜合形成的交叉學(xué)科和邊緣學(xué)科，但有其獨(dú)立的理論體系。許多人機(jī)工程學(xué)方面精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)、經(jīng)典的原理都是多代人機(jī)工程學(xué)專家學(xué)者孜孜不倦地研究和探究的結(jié)果。但仍有部分設(shè)計(jì)者在人機(jī)關(guān)系分析的過(guò)程中憑經(jīng)驗(yàn)主義，或僅憑個(gè)人生活體驗(yàn)的感受作概念化的理解，分析缺乏基本的理論依據(jù)，缺乏精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，以定性評(píng)價(jià)代替定量分析，甚至缺乏基本的科學(xué)精神。這樣的人機(jī)關(guān)系分析往往流于膚淺，對(duì)設(shè)計(jì)無(wú)法產(chǎn)生直接的指導(dǎo)性作用。

2 人機(jī)工程學(xué)基本理論框架體系

人機(jī)關(guān)系分析的基本理論來(lái)源于人機(jī)工程學(xué)。人機(jī)工程學(xué)的理論框架是基于人—機(jī)—環(huán)境這個(gè)系統(tǒng)而展開(kāi)。人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中，從“人”的方面講，包括生理特征和心理特征兩部分：生理特征主要包括人體測(cè)量學(xué)特征、人的運(yùn)動(dòng)特征；心理特征主要是人的感知特征、信息處理特征。從“機(jī)”的方面講，主要包括顯示裝置和控制裝置兩部分，需要分析它們的功能、效率。從環(huán)境方面講，既有聲光熱在內(nèi)的整體環(huán)境，也包括作業(yè)空間在內(nèi)的局部環(huán)境。從人與機(jī)器關(guān)系上看，一方面是人的生理特征和產(chǎn)品的符合度、匹配度和契合度，如人體測(cè)量學(xué)特征與產(chǎn)品尺寸的關(guān)系、控制裝置與人的運(yùn)動(dòng)特征的關(guān)系等；另一方面是人的心理特征與產(chǎn)品的適應(yīng)度，如人的感知特征與產(chǎn)品顯示裝置的關(guān)系，產(chǎn)品使用過(guò)程中操作者的認(rèn)識(shí)、理解、承受和舒適程度的分析。從人與環(huán)境的角度看，主要是人對(duì)工作環(huán)境的要求與工作環(huán)境對(duì)人和工作效率的影響。機(jī)器和環(huán)境的相互關(guān)系主要涉及機(jī)器對(duì)工作環(huán)境的要求和不同工作環(huán)境對(duì)機(jī)器及其效率的影響。人—機(jī)—環(huán)境的綜合關(guān)系主要著眼于從系統(tǒng)論的角度出發(fā)，分析人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的最優(yōu)化及其實(shí)現(xiàn)途徑。

3 人機(jī)關(guān)系分析基本流程與結(jié)構(gòu)范式

3.1 人機(jī)工程學(xué)基本原理

進(jìn)行產(chǎn)品的人機(jī)關(guān)系分析首先需要開(kāi)宗明義，從總體上闡述清楚人機(jī)工程學(xué)的基本原理，為后續(xù)的論述作好鋪墊。在這一部分，首先需要說(shuō)明人機(jī)工程學(xué)是人機(jī)關(guān)系分析的理論基礎(chǔ)。然后闡明人機(jī)工程學(xué)的研究對(duì)象、研究?jī)?nèi)容、研究目的?？梢越栌脟?guó)際工效學(xué)學(xué)會(huì)1960年的人機(jī)工程學(xué)定義：“人機(jī)工程學(xué)研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究在工作、生活和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、健康、安全和舒適等問(wèn)題?！盵2]應(yīng)該說(shuō)，所有后續(xù)的人機(jī)關(guān)系分析都是基于這個(gè)定義而展開(kāi)的。

3.2 列舉人機(jī)關(guān)系的構(gòu)成

3.2.1 人機(jī)系統(tǒng)的組成

人機(jī)系統(tǒng)有簡(jiǎn)單和復(fù)雜之分。人使用一支筆、一把鉗子時(shí)，就能構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的人機(jī)系統(tǒng)。復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng)由多人、多機(jī)構(gòu)成，例如由數(shù)百人、數(shù)百臺(tái)設(shè)備構(gòu)成的大型生產(chǎn)線運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)等。產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)人機(jī)系統(tǒng)的組成分析時(shí)，要把涉及這個(gè)人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中的所有人、機(jī)和環(huán)境要素考慮進(jìn)去。嬰兒手推車(chē)相對(duì)于一般工業(yè)產(chǎn)品，具有一定的特殊性，包含兩類用戶群體：一類用戶群體是推車(chē)人(家長(zhǎng))，另一類用戶群體是6個(gè)月到3歲的嬰幼兒。因此，嬰兒手推車(chē)設(shè)計(jì)中，從人的組成上看要兼顧這兩類人；從物的功能上看，既要考慮手推車(chē)在推行時(shí)的狀態(tài)，也要考慮手推車(chē)的折疊狀態(tài)，同時(shí)還要考慮到在風(fēng)雨、泥濘、上下坡地等不同的使用環(huán)境下對(duì)產(chǎn)品使用功能和使用效率的影響。嬰兒手推車(chē)人機(jī)系統(tǒng)的組成如圖1所示。

圖1 嬰兒手推車(chē)人機(jī)系統(tǒng)組成

3.2.2 產(chǎn)品界面的構(gòu)建

在人機(jī)系統(tǒng)組成分析的基礎(chǔ)上，就會(huì)形成一組到多組人機(jī)界面。人機(jī)界面即人與機(jī)器進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息傳遞與交換的構(gòu)成有效聯(lián)系的非實(shí)體虛擬中間環(huán)節(jié)。人機(jī)界面可分為硬件界面和軟件界面兩種。就嬰兒手推車(chē)而言，主要是硬件界面，包括控制裝置和顯示裝置兩部分。在人機(jī)界面設(shè)計(jì)中應(yīng)著重注意人操作部分相關(guān)物體的材料、尺寸、截面形狀，使其符合人體工程學(xué)尺度[3]。嬰兒手推車(chē)在推行狀態(tài)下，形成了推車(chē)人手與車(chē)扶手、嬰兒與躺臥空間等多組人機(jī)界面。這些人機(jī)界面有些顯示與控制是分離的，有些則集顯示與控制為一體。

3.3 分析人機(jī)系統(tǒng)中的三大要素及其相互關(guān)系

3.3.1 三大要素

1)人的特征

人的特征是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的根本依據(jù)。人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了結(jié)構(gòu)和尺寸規(guī)則，人的感知特征和運(yùn)動(dòng)特征是顯示裝置和控制裝置設(shè)計(jì)的依據(jù)。產(chǎn)品人機(jī)關(guān)系分析第一步就是確定使用者，即人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中的人。從成人的角度出發(fā)，人體的立姿尺寸、人的手掌大小、人的作業(yè)空間范圍都會(huì)對(duì)嬰兒手推車(chē)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響。這些數(shù)據(jù)在人體測(cè)量的相關(guān)表格中都能找到。從嬰兒的角度出發(fā)，嬰幼兒身體柔軟，骨骼發(fā)育不完全，同時(shí)，這一時(shí)期的嬰兒身體成長(zhǎng)尺度增幅變化很大，7～8個(gè)月嬰兒身高約65～70 cm，而25～30個(gè)月身高約90～95 cm，因此，嬰兒車(chē)必須在有限的空間里提供舒適的活動(dòng)范圍。另外，由于嬰兒身體正處于發(fā)育時(shí)期，必須要保持嬰兒坐臥壓力分布合理，身體自然松弛，血液循環(huán)良好。而且在這一時(shí)期嬰兒頭部占身體比重的18%，是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象[4]193。

2)機(jī)的性能

人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中的機(jī)，就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的對(duì)象，是所有的人機(jī)關(guān)系分析的終極指向。嬰兒手推車(chē)在人—機(jī)—環(huán)境中處于最為重要的一環(huán)，既要滿足人的需求又要協(xié)調(diào)環(huán)境的影響，一切的功能與實(shí)現(xiàn)最終都要落實(shí)在產(chǎn)品上[4]193。人機(jī)關(guān)系分析中，圍繞機(jī)器展開(kāi)的分析主要是顯示裝置和控制裝置兩部分。顯示裝置方面，需要根據(jù)不同的顯示類型，分析顯示裝置的形態(tài)、尺寸、色彩、整體布局、讀取方式(包括視距、亮度、文字、刻度、指針等)?？刂蒲b置方面，主要根據(jù)不同的控制方式，著重分析控制裝置的形態(tài)、尺寸、色彩、受力特征、活動(dòng)范圍等。無(wú)論顯示裝置還是控制裝置的設(shè)計(jì)其基本依據(jù)都是人的特征。不同產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和分析重點(diǎn)有所區(qū)別。在嬰兒手推車(chē)中顯示裝置只涉及信息反饋，內(nèi)容較少，也不是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，可以只作描述性介紹。控制裝置涉及產(chǎn)品的推行裝置、剎車(chē)裝置、折疊裝置等，需要根據(jù)不同的功能，分析產(chǎn)品的使用過(guò)程，闡述這些裝置的形態(tài)、尺寸、色彩、受力特征、活動(dòng)范圍等。

3)環(huán)境要素

圖2 嬰兒手推車(chē)與人的匹配關(guān)系

環(huán)境要素在人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中對(duì)系統(tǒng)整體性能的組成發(fā)揮著重要作用，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的前提條件。一般來(lái)說(shuō)，環(huán)境要素不會(huì)因?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)的改變而改變，但環(huán)境要素對(duì)現(xiàn)代智能化產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來(lái)越重要。

3.3.2 三大要素之間的相互關(guān)系

1)人與產(chǎn)品之間的相互關(guān)系

人與產(chǎn)品之間的關(guān)系是人機(jī)關(guān)系分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)。人與產(chǎn)品的關(guān)系主要體現(xiàn)在人機(jī)界面上。人機(jī)界面是人與機(jī)器之間構(gòu)成有效聯(lián)系的非實(shí)體虛擬中間環(huán)節(jié)。一般包括顯示界面和控制界面。對(duì)于顯示界面，除了需要闡明顯示裝置的尺寸(包括整體尺寸和局部尺寸)與產(chǎn)品使用對(duì)象的人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)性關(guān)系外，還需著重分析界面中信息顯示與人的認(rèn)知能力的匹配關(guān)系，信息顯示與認(rèn)知效率的應(yīng)變關(guān)系。對(duì)于控制界面，在分析控制裝置的形態(tài)、尺寸與使用對(duì)象的人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)上的對(duì)應(yīng)性關(guān)系的基礎(chǔ)上，還應(yīng)重點(diǎn)分析控制器的施力特征和作業(yè)范圍與人的能力和行為習(xí)慣之間的匹配關(guān)系(如圖2所示)。

嬰兒手推車(chē)設(shè)計(jì)要充分考慮到嬰兒的人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)，身長(zhǎng)、肩寬、坐高等數(shù)據(jù)為搖籃的長(zhǎng)、寬、高提供尺寸參考，也為頂棚的空間尺寸數(shù)據(jù)規(guī)定了前提；手推車(chē)把手的高度、寬度、直徑也應(yīng)該與手推車(chē)的操作者的立姿肘高、肩寬、手掌長(zhǎng)等數(shù)據(jù)形成嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。特別需要注意的是，無(wú)論是嬰兒還是推車(chē)者在嬰兒手推車(chē)的使用過(guò)程中都是動(dòng)態(tài)的。嬰兒可能是全躺姿、仰躺勢(shì)或坐姿；推車(chē)者可能是父親，也可能是母親。另外手推車(chē)的剎車(chē)踏板的位置，操作阻力、操作方式應(yīng)該充分考慮到操作者的感知特征和運(yùn)動(dòng)特征。在這部分分析中在必要情況下要列出相關(guān)表格，如果能輔以圖形表達(dá)，則效果更佳。

2)產(chǎn)品與環(huán)境之間的相互關(guān)系

產(chǎn)品與環(huán)境之間的相互關(guān)系主要包括機(jī)器運(yùn)行對(duì)環(huán)境的特定要求以及不同的使用環(huán)境條件對(duì)機(jī)器的工作效率的影響。如果環(huán)境條件不可變，則需要設(shè)計(jì)師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中把環(huán)境要素作為設(shè)計(jì)的基本前提條件考慮。如果環(huán)境條件可以因產(chǎn)品而單獨(dú)設(shè)置，應(yīng)充分發(fā)揮效率優(yōu)先的原則，最大程度地提高產(chǎn)品的工作效率。

3)人與環(huán)境之間的相互關(guān)系

人與環(huán)境之間的相互關(guān)系主要表現(xiàn)在人對(duì)工作環(huán)境的要求和環(huán)境對(duì)人的工作效率的影響。雖然也是影響人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)整體效能的一部分，但與產(chǎn)品設(shè)計(jì)關(guān)系相對(duì)較弱，可以作簡(jiǎn)單的描述性介紹。

4)人—產(chǎn)品—環(huán)境系統(tǒng)的總體效能

一般來(lái)講，系統(tǒng)的整體效能既取決于系統(tǒng)中各要素，更取決于系統(tǒng)各要素之間的相互關(guān)系。具體到特定人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)，可以從提高人的個(gè)體能力、提升產(chǎn)品的性能、改善環(huán)境等方面展開(kāi)分析；也可以從人與產(chǎn)品的功能分配，人與產(chǎn)品的匹配性，人、產(chǎn)品與環(huán)境的協(xié)調(diào)性等方面展開(kāi)闡述。但這些分析往往會(huì)存在相互矛盾的情形，這就需要充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的智慧，整合、協(xié)調(diào)、協(xié)同各種條件。

4 結(jié)論

人機(jī)關(guān)系分析是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，它既為產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)定了限制條件，又為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性提供證明。盡管設(shè)計(jì)對(duì)象不同，設(shè)計(jì)性質(zhì)不同，分析的側(cè)重點(diǎn)和基本結(jié)構(gòu)會(huì)有所差異，但總體來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的人機(jī)關(guān)系分析可以采用“原理闡述+人機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成+三大要素及其相互關(guān)系闡述+總結(jié)”的基本范式展開(kāi)。