工业设计及人机工程手持设备探究

摘要：根据某测试手持设备产品在使用过程中所暴露的问题以及用户的反馈，提出对手持设备的内部结构及外部造型进行重新设计，加入了大量弧面、流线、凹凸线及多边凹槽等工业设计。改变了原设备棱角分明、生硬笨拙的形象，提高了设备的设计美感；同时从人机工程的角度考虑，使用判断矩阵分析法和德尔斐方法对手持设备按键重新布局，根据常用机械设计理论减小手持设备厚度及质量，达到理想的优化设计效果，从而探讨工业设计与人机工程在产品设计过程中的应用。

关键词：手持设备；工业设计；人机工程；优化设计

传统机电类产品在设计过程中一般将质量、功能及成本等因素放在首位，从而忽略了人机交互，使得产品在舒适美观度、安全性及设计效率等方面有所欠缺[1]。因此，为了提升人机性能，在确定实现功能所需的模块后，手持设备要如何设计才能使体积更小、质量更轻，如何设计才能使用户在使用时更为舒适、外形更加美观，这些思考在后续设计中尤为重要。

1手持设备原结构

某测试手持设备原主体结构为盒体，可拆为前盖和腔体两部分，厚度约70mm。前盖安装有显示器、按键等，腔体内安装有5个模块，后侧装有1块电池及电池盖，各模块之间选用带缆和射频电缆连接，安装时将前盖、腔体合为一个整体，并在主机四周包有防滑减震装置，设备两侧设置有拉伸式把手。该设备外观示意图如图1所示，内部布局示意图如图2所示。该手持设备在使用中暴露的主要问题如下：①内部空间利用率较低，设备厚度较大，整机显得臃肿；②按键排布简单，外观中规中矩，缺乏设计感；③整体质量接近6kg，对用户手持操作不友好。

2优化设计

2.1厚度优化

对于第一点设备厚度太大的问题，原设备厚度达到70mm，不仅外观臃肿，而且握感不佳。要压缩整机厚度，首先需更改内部结构，但是对内部结构的更改需要遵循一定的条件：①不能更改其功能、设备内部模块及配件数量；②部分模块为成品，无法进行修改，需预留开口；③模块上的器件类型和数量是固定的，因此模块面积无法改变；④由于按键数量较多，显示内容较少，出于操作舒适度及用户方要求考虑仍保持竖版造型。具体优化如下：①对各模块形状进行修改，便于压缩空间及后续造型；同时对各模块的堆叠方式进行优化，相互嵌套，且方便维护，优化后的内部模块示意图如图3所示。②根据产品人机工程学理论[2]，按键、仪表盘等操作装置是人机交互的重要渠道，设计需符合人的认知和操作规律。根据这一理论，使用德尔斐方法及判断矩阵的两两比较法对按键的布局及外形进行重新设计[3]，使得手持设备的操作更舒适方便，降低误操作的概率，并且方便后续对整机的造型设计，如图4所示。确认厚度优化方案后，对各模块外形及位置进行了细化，对内部线缆连接进行了模拟，达到最终安装状态，最终效果如图5、图6所示。该优化方案不仅可将整机厚度缩小至55mm左右，而且各模块间的排布更为合理，并且设备操作更为舒适，维修更方便。

2.2外观优化

内部模块优化完成后，对设备外观进行了重新设计，提高产品的设计感及用户体验度。主要优化内容如下：①基于用户要求，外观造型不能过于浮夸，应以稳重简约为主。因此整机采用大量弧面流线设计，LOGO字符采用镭雕银色效果，观感更为舒适。②按键板上确定键采用绿色软胶、开关键采用红色软胶、其余按键采用灰色软胶，实现哑光效果，色彩搭配合理，使用更舒适；按键字符全部采用镭雕透光工艺，可增强透光效果，利于在夜晚及其他光线不足的环境下进行操作。③指示灯位置位于数字按键上方中部，整体下沉，外侧加镜片，镜片背面丝印黑色，透光处透空字符镭雕，使得指示灯效果更为明显。④主机四角防滑防撞条增加凹凸装饰线条，增强手感；设备顶部、显示器及按键采用多边凹槽下沉设计，对各外露器件进行保护。⑤把手两侧改为可调尼龙带单侧分离搭扣设计，既便于携带，又杜绝使用金属连接可能出现的生锈情况。最终外观设计效果图如图7～图10所示。

2.3质量优化

针对原设备质量较大的问题，主要从以下两个方面进行优化：①在对设备前盖及腔体等主要结构件进行重新设计时，尽量缩减壁厚，无强度要求的部位去除材料；在有强度要求的部位使用加强筋、局部增厚等手段保证整体刚强度，如图11、图12所示。②结构件使用碳纤维等密度较小但能保证强度的塑料材料开模制作；若设备产量较少，开模费用较高，可考虑使用镁铝合金材料铣削制作。通过以上优化手段，可大大减轻设备质量，保证用户在长时间手持操作时不易疲劳。

3总结

针对人机工程及工业设计在产品设计中的应用问题，以某测试手持设备的优化设计过程为例进行了探讨，提出了一系列设计思路，主要工作及结论如下：①结合判断矩阵分析法、德尔斐方法等，对原设备按键的排布及外形进行了重新设计，同时对原设备内部各模块的布局进行规划，使整个设备的空间利用率更高、质量更轻。②根据工业设计理论，对原设备造型、色彩、材质等进行了优化，加入了大量弧面、线条等元素，搭配多种色彩及新材质，使得手持设备在保持功能及强度的基础上更加具备设计美感。③产品设计是一个复杂的过程，除了对功能、质量、成本等因素进行考虑外，还需加强对工业设计及人机工程的关注。只有当各方面因素和谐共存时，才能带给用户全新的视觉感受和充分的情感满足。

作者:杨仁杰 单位:四川九洲空管科技有限责任公司技术资源中心