產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)人機(jī)工程學(xué)課程實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究

張偉偉 張銀穎 晏群

摘要：為了提高產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的學(xué)生對人機(jī)工程學(xué)課程知識的把握和實(shí)際應(yīng)用能力。通過在人機(jī)工程學(xué)的課程實(shí)驗(yàn)中引入3D打印技術(shù)，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計實(shí)踐，讓學(xué)生直觀地去感受一件產(chǎn)品從概念到實(shí)物的過程，在過程中體會尺寸對產(chǎn)品的影響，了解建模前期確定產(chǎn)品尺寸的重要性，掌握科學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計流程。通過課程實(shí)驗(yàn)，學(xué)生進(jìn)一步了解3D打印技術(shù)，深刻體會尺寸對一件產(chǎn)品的重要性，對產(chǎn)品尺度也有了全新認(rèn)識，加深了對課程相關(guān)內(nèi)容的理解，掌握了科學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計流程。為產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的人機(jī)工程掌課程提供了一個可以實(shí)施的實(shí)驗(yàn)方向。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)3D打印技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)研究

中圖分類號：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（ 2021） 08-0106-04

Abstract： In order to improve the ability of product design students to grasp andpractically apply the knowledge of ergonomics courses.Through the introduction of3D printing technology in the ergonomics course experiment， combined with productdesign practice， students can intuitively feel the process of a product from conceptto object， experience the influence of size on the product in the process， understandthe importance of determining the relevant size of the product in the early stage ofmodeling， and master the scientific product design process.Through the courseexperiment， students further understand the 3D printing technology， deeply realizethe importance of size to a product， have a new understanding of product scale，deepen the understanding of the relevant content of the course， master the scientificproduct design process.lt provides a feasible experimental direction for ergonomicscourse of product design specialty.

Keywords： Ergonomics 3D printing technology Product design Experimentalinnovation Teaching research

引言

隨著社會進(jìn)步和科技發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對產(chǎn)品的需求也從生理層次擴(kuò)展到心理層次[1]。人們更關(guān)注產(chǎn)品的宜人性、易用性以及使用過程中人與產(chǎn)品的和諧性，以人為中心的設(shè)計思想在產(chǎn)品設(shè)計中變得越來越重要。人機(jī)工程學(xué)作為產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的必修課，其課程設(shè)置的主要目的就是培養(yǎng)學(xué)生“以人為中心”的設(shè)計思想，提高學(xué)生解決人一機(jī)一環(huán)境三者之間關(guān)系的能力。其課程內(nèi)容為產(chǎn)品設(shè)計中考慮人的因素提供了人體尺寸參數(shù)，為進(jìn)行人一機(jī)一環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計提供了理論依據(jù)，為堅持以人為核心的設(shè)計思想提供了系統(tǒng)的工作程序。因此，人機(jī)工程學(xué)的課程內(nèi)容對產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)學(xué)生設(shè)計思想的培養(yǎng)及設(shè)計過程中尺度的把握都有著極其重要的引導(dǎo)作用。但目前產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的人機(jī)工程學(xué)課程內(nèi)容大多停留在枯燥的理論教學(xué)中，課程中只有少量的實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)課時。實(shí)踐多是學(xué)生主觀的感受和體會，少有理性和定量的支持，設(shè)計手段也多停留在三維建模設(shè)計階段[2];實(shí)驗(yàn)則多是人體測量、人體感知、記憶特征等驗(yàn)證性的簡單實(shí)驗(yàn)[3]，專業(yè)針對性較弱，不管是環(huán)境設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計甚至工業(yè)工程專業(yè)的學(xué)生也是進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)，對于提高產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)學(xué)生的實(shí)際設(shè)計能力效果較差。當(dāng)在產(chǎn)品設(shè)計過程中需要進(jìn)行人機(jī)工程設(shè)計或分析時，雖然學(xué)習(xí)過相關(guān)的人機(jī)工程學(xué)理論，卻不知如何將學(xué)過的理論知識應(yīng)用到設(shè)計實(shí)踐中，導(dǎo)致學(xué)生在設(shè)計說明中提到的“符合人機(jī)工程學(xué)”的說法浮于表面，常常難以說出所設(shè)計的產(chǎn)品哪里符合了人機(jī)工程以及產(chǎn)品是如何符合人機(jī)工程的，因此產(chǎn)品在實(shí)際使用時難以達(dá)到人與機(jī)的和諧統(tǒng)一[4]。如何通過教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)建立理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系，使學(xué)生能夠真正掌握人機(jī)工程學(xué)課程所提供的設(shè)計理念和設(shè)計方法，增強(qiáng)學(xué)生對產(chǎn)品尺度的把握和課程理論知識的實(shí)際應(yīng)用能力，是人機(jī)工程學(xué)教學(xué)中亟待解決的問題。下面將在產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的人機(jī)工程學(xué)課程中結(jié)合設(shè)計實(shí)踐提出一個針對性更強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)性更好的課程實(shí)驗(yàn)，并將3D打印技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)中以期更好地建立起教學(xué)中理論與實(shí)踐的聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生將理論知識應(yīng)用到設(shè)計實(shí)踐中的能力。

一、3D打印技術(shù)引入人機(jī)工程學(xué)教學(xué)的意義

3D打印是一種快速成型技術(shù)，它以計算機(jī)三維模型為基礎(chǔ)，通過逐層打印黏結(jié)，最終疊加成型的方式制造出實(shí)體產(chǎn)品[5]。近年，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也從航天、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展到汽車、醫(yī)藥科學(xué)、工業(yè)、設(shè)計、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域。尤其3D打印技術(shù)在產(chǎn)品（工業(yè)）設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用將產(chǎn)品設(shè)計與制造融為一體，設(shè)計方案能夠很快地變成實(shí)物樣品，可以更快、更準(zhǔn)確地進(jìn)行驗(yàn)證、定型[6]。3D打印技術(shù)可以直接快速實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的效果，可以極大地縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期，減少產(chǎn)品研發(fā)的時間，降低設(shè)計研發(fā)成本[7]，同時也為創(chuàng)客群體提供了全新的動力，為年輕的創(chuàng)業(yè)人群提供了一個全新的創(chuàng)業(yè)途徑[6]。3D打印技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步推動了李克強(qiáng)總理提出的“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的構(gòu)想，也進(jìn)一步推動著工業(yè)設(shè)計智能化時代的發(fā)展。

將3D打印技術(shù)引入到人機(jī)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生能夠主動地了解當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平，是與時俱進(jìn)的體現(xiàn)，有利于產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行設(shè)計實(shí)踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè);3D打印技術(shù)能夠減少設(shè)計周期，甚至能讓學(xué)生在一天內(nèi)將設(shè)計創(chuàng)意進(jìn)行快速生產(chǎn)，可以將人機(jī)工程學(xué)中存在的不易理解的抽象理論知識轉(zhuǎn)化為直觀可視化的實(shí)物模型展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生獲得更深刻的認(rèn)知體驗(yàn)[8]，幫助學(xué)生深入了解產(chǎn)品尺寸與產(chǎn)品使用體驗(yàn)之間的聯(lián)系，建立起從“用戶定位”到‘‘人機(jī)參數(shù)”到“產(chǎn)品設(shè)計”再到“產(chǎn)品3D打印制造”最后到“用戶體驗(yàn)與評估”的科學(xué)設(shè)計流程，進(jìn)一步提高產(chǎn)品使用過程中人與產(chǎn)品的和諧性，使產(chǎn)品設(shè)計不光具有好看的外表，更具有合理的尺寸和舒適的可使用性。這種理性化、數(shù)據(jù)化、可操作的設(shè)計實(shí)驗(yàn)教學(xué)，打破了傳統(tǒng)設(shè)計實(shí)踐基于感受的定性途徑和驗(yàn)證性的簡單實(shí)驗(yàn)，對設(shè)計實(shí)物的評估使學(xué)生更容易理解產(chǎn)品設(shè)計過程中人機(jī)數(shù)據(jù)的應(yīng)用方法，能夠真正將課程知識內(nèi)化、掌握并應(yīng)用到具體的產(chǎn)品設(shè)計中。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)理論知識，在理論知識的學(xué)習(xí)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)與理論學(xué)習(xí)相輔相成，互相促進(jìn)。

二、人機(jī)工程學(xué)課程實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計

（一）實(shí)驗(yàn)的意義與目的

人機(jī)工程學(xué)作為一門滲透型的邊緣學(xué)科，涉及面廣，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?。教學(xué)內(nèi)容以純理論型的書籍為參考，不同專業(yè)所上內(nèi)容相似且均以傳統(tǒng)的理論框架進(jìn)行教學(xué)，導(dǎo)致其課程內(nèi)容涵蓋的知識點(diǎn)較多且課程內(nèi)容多為純理論性知識，還包含一些藝術(shù)類學(xué)生看到就想打退堂鼓的公式、數(shù)據(jù)、尺寸等，整體內(nèi)容較為枯燥和乏味，學(xué)生易出現(xiàn)無聊、厭學(xué)等現(xiàn)象;課程內(nèi)容涉及面廣且與專業(yè)方向聯(lián)系較弱，難以發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力[9]，導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握和應(yīng)用能力較差。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容可以加強(qiáng)學(xué)生對人機(jī)界面的認(rèn)知、對尺度的感知以及對人體測量相關(guān)內(nèi)容的靈活應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識人機(jī)工程學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計中的作用;在實(shí)驗(yàn)過程中結(jié)合設(shè)計實(shí)踐引導(dǎo)學(xué)生掌握人機(jī)工程學(xué)知識的實(shí)際應(yīng)用方法，通過實(shí)物讓學(xué)生更深刻理解產(chǎn)品設(shè)計中的人機(jī)工程學(xué)，提高人機(jī)工程學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的實(shí)用性，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)過程不僅可以鍛煉學(xué)生的動手能力，還能夠提高學(xué)生對產(chǎn)品尺寸的敏感度。對產(chǎn)品設(shè)計的學(xué)生來說，產(chǎn)品尺度的把握是至關(guān)重要的，但是枯燥的課堂講授及簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)并不能促進(jìn)學(xué)生對尺度的感知和把握能力，也難以提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師需要在真實(shí)的實(shí)物場景及實(shí)驗(yàn)過程的互動中潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識和把握產(chǎn)品尺度，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計

實(shí)驗(yàn)過程圍繞用戶定位、人機(jī)參數(shù)、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品3D打印制造、用戶體驗(yàn)與評估五個主要設(shè)計流程進(jìn)行，這五部分內(nèi)容是產(chǎn)品從概念到產(chǎn)出的五個重要環(huán)節(jié)，也是產(chǎn)品設(shè)計師主要參與的五個環(huán)節(jié)。其中用戶定位指確定設(shè)計對象后需要考慮的目標(biāo)用戶群體及目標(biāo)用戶的特征和需求;人機(jī)參數(shù)指通過對目標(biāo)用戶、產(chǎn)品特點(diǎn)、使用環(huán)境、使用狀態(tài)等的分析后確定的與人相關(guān)的產(chǎn)品尺寸;產(chǎn)品設(shè)計指與人相關(guān)的產(chǎn)品尺寸確定后進(jìn)行產(chǎn)品功能與形態(tài)的構(gòu)思和表現(xiàn);產(chǎn)品3D打印制造指通過3D打印技術(shù)的引入快速獲得產(chǎn)品實(shí)物模型;用戶體驗(yàn)與評估指通過對人機(jī)關(guān)系的合理性及用戶使用體驗(yàn)對實(shí)物模型進(jìn)行評估，此評估結(jié)果可作為評估產(chǎn)品設(shè)計是否具有可行性的標(biāo)準(zhǔn)之一。若評估結(jié)果為人機(jī)關(guān)系和諧，用戶體驗(yàn)良好則產(chǎn)品設(shè)計具有可行性;若評估結(jié)果為人機(jī)關(guān)系不合理或用戶體驗(yàn)不好，則產(chǎn)品需重新進(jìn)行調(diào)研分析和優(yōu)化設(shè)計。實(shí)驗(yàn)過程加強(qiáng)了老師與學(xué)生的互動，調(diào)動了學(xué)生的積極性和學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生最大限度地動了起來，潛移默化地在實(shí)驗(yàn)中體會到尺寸對一件產(chǎn)品的重要性，認(rèn)識產(chǎn)品尺度對產(chǎn)品易用性的影響，加深了對課程相關(guān)內(nèi)容的理解，掌握了科學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計流程。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計的創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在三個方面：一是利用3D打印技術(shù)讓學(xué)生短期內(nèi)獲得產(chǎn)品實(shí)物，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中了解3D打印設(shè)備的相關(guān)基礎(chǔ)知識，體會3D打印技術(shù)為產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)提供的便捷性，更好地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動;二是實(shí)驗(yàn)的專業(yè)針對性更強(qiáng)，與專業(yè)理論知識的聯(lián)系更為密切，學(xué)生能更好地在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證所學(xué)的理論知識，有助于學(xué)生更透徹、更系統(tǒng)地理解課程的理論知識點(diǎn)。三是實(shí)驗(yàn)過程與設(shè)計實(shí)踐過程相呼應(yīng)，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)中了解產(chǎn)品設(shè)計流程，在實(shí)踐中體會實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和人機(jī)學(xué)知識的實(shí)際應(yīng)用性。

實(shí)驗(yàn)主要包括以下6個階段：

1.實(shí)驗(yàn)導(dǎo)論

包括對整個實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)安排、實(shí)驗(yàn)要求、產(chǎn)品設(shè)計時的注意點(diǎn)及3D打印相關(guān)設(shè)備的認(rèn)識和操作的講解。

2.設(shè)計調(diào)研（用戶定位）

在本階段確定產(chǎn)品的目標(biāo)用戶及用戶特征與需求。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)日常生活中手握式產(chǎn)品的人機(jī)關(guān)系問題，通過對問題的分析確定實(shí)驗(yàn)的設(shè)計主題和產(chǎn)品的用戶定位;對與主題相關(guān)的產(chǎn)品進(jìn)行更深入的人機(jī)分析，對目標(biāo)用戶進(jìn)行針對性的調(diào)研與分析。

3.設(shè)計分析（人機(jī)參數(shù)）

在本階段確定與產(chǎn)品相關(guān)的人機(jī)參數(shù)。通過調(diào)研分析結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品人體尺寸的設(shè)計及產(chǎn)品使用（交互）方式的構(gòu)思與確定，為后續(xù)的產(chǎn)品方案設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

4.設(shè)計表現(xiàn)（產(chǎn)品設(shè)計）

在本階段進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計表現(xiàn)。根據(jù)前期確定的人機(jī)參數(shù)進(jìn)行二維手繪草模方案表現(xiàn)，畫出可能的設(shè)計方案;對手繪模型進(jìn)行分析優(yōu)選后進(jìn)行三維計算機(jī)模型表現(xiàn)。

5.實(shí)物打印（產(chǎn)品3D打印制造）

在本階段進(jìn)行產(chǎn)品的3D打印制造。將設(shè)計完成的三維計算機(jī)模型轉(zhuǎn)為STL格式導(dǎo)入3D打印機(jī)進(jìn)行實(shí)物打印。打印過程中引導(dǎo)學(xué)生了解3D打印的技術(shù)原理，增強(qiáng)學(xué)生對與專業(yè)相關(guān)的新技術(shù)的認(rèn)識，為學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打好基礎(chǔ)。通過3D打印技術(shù)將虛擬的計算機(jī)三維模型在數(shù)小時（或數(shù)十小時）內(nèi)打印成可觸的實(shí)物模型，讓學(xué)生直觀地感受到一件產(chǎn)品從概念到實(shí)物的過程，在過程中體會尺寸對產(chǎn)品的影響，增強(qiáng)學(xué)生對設(shè)計過程的感知，加深學(xué)生對于書本知識的理解。從三維虛擬模型到產(chǎn)品真實(shí)觸摸的改變，讓學(xué)生切實(shí)感受到產(chǎn)品尺寸與人體尺寸的關(guān)系，掌握該如何在產(chǎn)品設(shè)計時靈活調(diào)用學(xué)過的人機(jī)工程學(xué)知識。

6.實(shí)物評估（用戶體驗(yàn)與評估）

在本階段對產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行用戶體驗(yàn)與評估。通過給實(shí)物模型涂上顏色并模擬真實(shí)的使用狀態(tài)，隨后拍照觀察手部染色情況，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的課程知識從人機(jī)學(xué)的合理性方面去評估產(chǎn)品在尺寸和使用方式上能否達(dá)到讓使用者舒適、健康、提高效率的人機(jī)學(xué)目的;邀請符合用戶定位的被試進(jìn)行產(chǎn)品實(shí)物的使用模擬，通過觀察被試的使用過程，記錄被試的使用感受，從產(chǎn)品使用的舒適體驗(yàn)感方面去評估產(chǎn)品設(shè)計是否是“以人為中心”的設(shè)計。評估過程進(jìn)一步考查了學(xué)生對課程知識的掌握，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)和鞏固理論知識，理論知識與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相互促進(jìn)，相輔相成，形成一個完整的知識鏈。

實(shí)驗(yàn)主要階段的內(nèi)容、內(nèi)在邏輯關(guān)系及實(shí)驗(yàn)過程見圖l。

（三）實(shí)驗(yàn)過程中的關(guān)鍵注意點(diǎn)

1.確定人機(jī)參數(shù)

本階段一定要分析和考慮產(chǎn)品的目標(biāo)用戶、使用狀態(tài)、使用環(huán)境等，并以此考慮相關(guān)尺寸的百分位選擇及修正量，確保設(shè)計的產(chǎn)品是可用、易用的。

2.實(shí)物打印階段

打印前需了解3D打印機(jī)設(shè)備的相關(guān)參數(shù)及設(shè)定方法，并選擇最合適的打印材料與打印方式。分析產(chǎn)品是否需要拆解打印，思考如何拆解與組裝可以讓產(chǎn)品表現(xiàn)出最優(yōu)的人機(jī)關(guān)系。

3.實(shí)物評估階段：要得到具有統(tǒng)計學(xué)意義的數(shù)據(jù)必須選擇符合產(chǎn)品用戶定位并能夠如實(shí)、正確地表述使用體驗(yàn)的被試人群，同時用戶體驗(yàn)?zāi)M過程中要確保被試真正完成了產(chǎn)品使用的整個過程，以此保證所得結(jié)果的有效性。

三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究應(yīng)用范例一一辦公鼠標(biāo)再設(shè)計

（一）實(shí)驗(yàn)名稱與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.實(shí)驗(yàn)名稱：操縱人機(jī)界面的人體感知實(shí)驗(yàn)。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：對各類把手、操縱手柄、鼠標(biāo)及其他手握式產(chǎn)品抓握部分的形態(tài)、尺寸、人機(jī)交互方式等進(jìn)行設(shè)計及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（學(xué)生自選一項(xiàng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）。

（二）實(shí)驗(yàn)步驟（以學(xué)生作業(yè)：某學(xué)生團(tuán)隊(duì)的“辦公鼠標(biāo)再設(shè)計”為例）

1.市場現(xiàn)狀：發(fā)現(xiàn)問題（主要為人機(jī)關(guān)系問題）。

調(diào)研發(fā)現(xiàn)當(dāng)前辦公鼠標(biāo)造型復(fù)雜，尺寸不合適，使用時手腕狀態(tài)處于非順直狀態(tài)，鼠標(biāo)按鍵較多，鼠標(biāo)表面易出現(xiàn)油光及手心汗液殘留等問題。

2.確定設(shè)計對象。

設(shè)計對象為：辦公鼠標(biāo)。主要針對當(dāng)前辦公鼠標(biāo)造型復(fù)雜，尺寸不合適，使用時手腕處于非順直狀態(tài)，鼠標(biāo)按鍵較多，鼠標(biāo)表面易出現(xiàn)油光及手心汗液殘留等問題進(jìn)行辦公鼠標(biāo)的改良設(shè)計。

3.提出設(shè)計方案：從形狀、大小、結(jié)構(gòu)、交互等方面進(jìn)行方案設(shè)計。

設(shè)計目標(biāo)：辦公鼠標(biāo)，造型簡約，尺寸適當(dāng)，無線設(shè)計，輕薄便于攜帶滿足辦公人士的需求。方案草圖如圖2，方案主要通過降低現(xiàn)有鼠標(biāo)總體高度讓手腕處于順直狀態(tài);通過將鼠標(biāo)中間挖空來避免掌部組織受壓（尤其手心）;通過只保留常用的左右鍵及滾輪來塑造簡約的造型。根據(jù)一般通用產(chǎn)品的平均尺寸設(shè)計原則結(jié)合G BlOOOO-1988中我國成人人體主要尺寸可知，我國50%的成年男性手長在183mm以下，手寬在82mm以下，50%的成年女性手長在17lmm以下，手寬在76mm以下。當(dāng)鼠標(biāo)寬度過大時手指的靈活性將被限制，既不利于操作，也降低了握持的舒適程度[10];鼠標(biāo)過窄時，使用鼠標(biāo)時手指距離較近會影響鼠標(biāo)操作的流利性和舒適度;考慮使用鼠標(biāo)時手處于半屈弓狀態(tài)，鼠標(biāo)長度和寬度應(yīng)小于50%的成年女性手長和手寬值，為方便握持及操作，鼠標(biāo)的長度選擇了112mm，寬度65mm（中間寬度），高度25mm。此尺寸會在后續(xù)的實(shí)物結(jié)果出來后進(jìn)行使用舒適度的評估。

4.完善方案：計算機(jī)輔助設(shè)計（三維表達(dá)）。

草圖方案確定后進(jìn)入計算機(jī)輔助三維建模設(shè)計階段，建模圖如圖3所示。

5.實(shí)物制作：利用3D打印技術(shù)快速產(chǎn)出實(shí)物。

模型建立完成后在數(shù)字化設(shè)計及3D打印實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)中心將模型文件以STL格式導(dǎo)入3D打印機(jī)，數(shù)小時后得到實(shí)物模型。打印現(xiàn)場及打印實(shí)物圖如圖4。

6.實(shí)物評估。

學(xué)生拿到實(shí)物模型后通過五個評估步驟對實(shí)物進(jìn)行評估。

評估步驟一：對實(shí)物進(jìn)行涂色，如圖5，以便后續(xù)模擬使用狀態(tài)后查看手部色彩，分析手部受力情況。

評估步驟二：用實(shí)物模擬使用狀態(tài)，如圖6。

評估步驟三：拍照觀察，分析手部染色情況，對設(shè)計方案進(jìn)行手部生理學(xué)方面的評估;

通過對手掌著色部分的觀察，如圖7，可知鼠標(biāo)使用過程中受力主要集中在大魚際肌、小魚際肌和指球肌，這些是手掌上肌肉較豐富的部位，具有天然減震作用，可以適當(dāng)受壓;掌心是肌肉最少部位，不適宜長期受壓，由著色部分可知鼠標(biāo)設(shè)計避免了掌心受壓，從手的生理特性角度來說設(shè)計較為合理。但同時可以看出食指的接觸面積較小，后期使用感受評估時可能出現(xiàn)硌手感。

評估步驟四：邀請被試對實(shí)物進(jìn)行使用體驗(yàn)和評估。

通過邀請被試（20位：男性10位，女性10位，均具有準(zhǔn)確表述使用體驗(yàn)的能力）使用鼠標(biāo)并記錄被試的使用體驗(yàn)與評價，如圖8。通過觀察被試的使用過程可知使用狀態(tài)下被試手腕處于較順直狀態(tài);其中18位被試反應(yīng)鼠標(biāo)的滾輪過于小，難以使用;14位被試反映鼠標(biāo)長寬可小幅度加大。

團(tuán)隊(duì)總結(jié)分析被試意見后對鼠標(biāo)的滾輪進(jìn)行修改，適當(dāng)增大了鼠標(biāo)的滾輪的長度及寬度，使其更易用;同時將鼠標(biāo)的長和寬各增加了5mm。

評估步驟五：評估結(jié)語（評估結(jié)果若有問題則需優(yōu)化設(shè)計后再次評估;若結(jié)果為人機(jī)關(guān)系和諧，用戶體驗(yàn)良好則實(shí)驗(yàn)結(jié)束）。

通過前面四個評估步驟的分析發(fā)現(xiàn)存在一些尺寸上的問題，團(tuán)隊(duì)積極進(jìn)行方案優(yōu)化后又重新打印實(shí)物。新的實(shí)物出來后團(tuán)隊(duì)重新進(jìn)行上述步驟對優(yōu)化后的實(shí)物進(jìn)行評估。如圖9，通過手掌染色部分可發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的鼠標(biāo)設(shè)計符合手部生理學(xué)設(shè)計要素;再次邀請原先的20位被試進(jìn)行使用過程的體驗(yàn)和評估，如圖10，被試均反應(yīng)改進(jìn)后的鼠標(biāo)使用起來更加舒適，無硌手現(xiàn)象。至此，評估結(jié)果為：人機(jī)關(guān)系和諧，用戶體驗(yàn)良好。

課程實(shí)驗(yàn)最后要求學(xué)生提交一份實(shí)驗(yàn)報告書，通過報告書主要關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計的合理性、實(shí)驗(yàn)過程中人機(jī)工程學(xué)知識的掌握與鞏固、實(shí)驗(yàn)的總結(jié)與分析、對3D打印技術(shù)的認(rèn)識以及對產(chǎn)品設(shè)計流程的掌握。

此團(tuán)隊(duì)第一次打印效果不是很好，鼠標(biāo)的滾輪尺寸太小，在實(shí)物模型出來的一瞬間團(tuán)隊(duì)成員就已經(jīng)感受到尺寸設(shè)計的不合適，但是在建模階段并沒有覺得不妥，只有看到實(shí)物才切實(shí)感覺到不合適的產(chǎn)品尺寸對產(chǎn)品的外觀及使用感受上的巨大影響。團(tuán)隊(duì)成員深切地認(rèn)識到在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)密切關(guān)注產(chǎn)品與人發(fā)生交互的任何一個細(xì)節(jié)，忽視任何細(xì)節(jié)都有可能會讓我們的設(shè)計工作事倍功半。

團(tuán)隊(duì)成員通過前后兩次的實(shí)驗(yàn)與評估感受到了設(shè)計時關(guān)注產(chǎn)品尺寸及按照人機(jī)尺寸去設(shè)計和建模的重要性。在這之前，大部分學(xué)生都是憑感覺去建模，對產(chǎn)品具體的尺寸概念薄弱。當(dāng)老師問學(xué)生設(shè)計的產(chǎn)品多長多寬時，多數(shù)學(xué)生會拿出一只手或兩只手比畫—下說大概這么長吧，很難確切地說出所設(shè)計產(chǎn)品的具體尺寸。實(shí)驗(yàn)過程出現(xiàn)過“兒童鼠標(biāo)”、“巨人螺絲刀”、“Mini菜夾”等令人啼笑皆非的實(shí)物。這些實(shí)物的出現(xiàn)也讓學(xué)生認(rèn)識到在產(chǎn)品設(shè)計初期充分考慮與產(chǎn)品發(fā)生關(guān)系的人和環(huán)境，靈活調(diào)用人機(jī)學(xué)知識來確定產(chǎn)品各部分尺寸及交互方式的重要性。

小結(jié)

本實(shí)驗(yàn)已應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，教學(xué)結(jié)果證明學(xué)生已經(jīng)掌握實(shí)驗(yàn)方法，且實(shí)驗(yàn)效果良好。實(shí)驗(yàn)通過3D打印技術(shù)的引入使得人機(jī)工程學(xué)理論與產(chǎn)品設(shè)計實(shí)踐相融合，不僅提高了學(xué)生對尺度的認(rèn)知，也為產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的人機(jī)工程學(xué)課程提供了一個可以實(shí)施的實(shí)驗(yàn)方向，提升了人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)水平和質(zhì)量。在后續(xù)的教學(xué)實(shí)踐中將會進(jìn)一步探索人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)模式，讓人機(jī)工程學(xué)的教學(xué)更加有效和科學(xué)。

基金項(xiàng)目：安徽省社會科學(xué)創(chuàng)新發(fā)展研究課題（項(xiàng)目編號：2020CX159）;2019年第一批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：201901043018）。

參考文獻(xiàn)

[1]李鈺田淺談“以用戶為中心”的產(chǎn)品設(shè)計原則[J]工業(yè)設(shè)計，2013 （02）：76-77

[2]張祖耀，朱媛，夏芒手持產(chǎn)品人機(jī)舒適度創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（lI）：78-81

[3]陸寧，李芳字而向產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)的《人機(jī)工程學(xué)》課程教學(xué)的實(shí)踐與探索[J].設(shè)計，2018（05）：66-67

[4]李宗民，蔡小霞以設(shè)計實(shí)踐為主導(dǎo)的《人機(jī)工程學(xué)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].工業(yè)設(shè)計，2018（lO）：129-130

[5]裴雪原3D打印技術(shù)在工業(yè)設(shè)計創(chuàng)新戰(zhàn)略中的應(yīng)用探索[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（07）：254-255

[6]丁玉蘭人機(jī)工程學(xué)（第血版）[M].北京北京理工大學(xué)出版社2017： 74

[7]張雯基于3D打印技術(shù)在玩具產(chǎn)品設(shè)計中的開發(fā)運(yùn)用——評《3D打印技術(shù)與產(chǎn)品設(shè)計》[J]塑料工業(yè)，2019，47（ll）：159

[8]薛文凱，杜鶴，戴鸛融3D打印設(shè)計教學(xué)研究與實(shí)踐[J].藝術(shù)工作，2017 （02）：6-10

[9]郎麗娟產(chǎn)品設(shè)計專業(yè)人機(jī)工程學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和方法研究[J].設(shè)計，2019，32 （15）：104-105

[10]何燦群，陳文婷，許雪純空調(diào)遙控器人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與分析[J].設(shè)計，2020，33 （05）：28-30