提升創(chuàng)新和應用能力的人機工程課程設計改革

閆換新

(浙江科技學院 經濟與管理學院，杭州 310023)

以人為本是產品創(chuàng)新的內在動力，人機工程是講授以人為本理論和實踐的課程。該課程基于對人、機器和技術的研究，發(fā)現并利用人的行為方式、工作能力、作業(yè)限制等特點[1]，合理設計工具、機器、系統(tǒng)、任務和環(huán)境，以提高效率、安全性、舒適性和有效性[2]。人機工程是工業(yè)工程等專業(yè)的主干課，也是一門綜合性邊緣學科[3]，該課程涵蓋生理、心理、色彩、視覺、體力、人體尺寸、反應時、作業(yè)空間、人機系統(tǒng)等理論和應用[4]。為便于敘述，下文將產品、系統(tǒng)和服務統(tǒng)稱為產品。

人機工程強調產品設計從人、機器和環(huán)境等大處著眼，從安全、適用、實用、效率等細節(jié)入手，因此，實用人機工程設計能幫助學生從細節(jié)出發(fā)，分析解決細節(jié)問題，在解決問題過程中熟練掌握技術工具，提升應用能力。目前，企業(yè)產品設計已細分為需求、規(guī)劃、原型、三維、仿真、詳細設計、測試等階段，產品的生產過程更復雜；無論產品設計還是制造，每個細分階段都需要不同的技術軟件，需要專業(yè)團隊長期反復地討論、比較、驗證和設計；并且，產品和技術越先進，對人機工程應用的要求越多、越高。人機工程課程設計是鏈接人機工程理論課和企業(yè)產品實踐的紐帶，因此，人機工程課程設計只有注重創(chuàng)新和應用能力的培養(yǎng)，學生才可能適應企業(yè)實踐要求。

1 人機工程課程設計存在的問題

與實踐相比，目前人機工程課程設計存在以下主要問題：

一是偏于理論驗證，設計內容偏于圍繞教材案例，設計內容單調[5-6]。二是企業(yè)產品設計生命周期的每個階段應用系列化技術軟件，企業(yè)產品開發(fā)周期一般需要半年以上；但是，目前課程設計周期一般安排1周左右，課程設計時間過短。課程設計多采用Word、AutoCAD等少量工具軟件，設計內容少，技術軟件應用種類少、應用水平低，應用新媒體表達產品細節(jié)少，學生解決實際問題的機會少[7-8]，理論與實踐結合更少[9-10]。三是課程設計組織以單個學生為單位，要求單個學生獨立完成設計題目[11]，因此，團隊學習與合作少；與課程設計相比，企業(yè)產品設計以產品項目組為單位，強調團隊的深入學習與合作。

可見，傳統(tǒng)人機工程課程設計與企業(yè)實踐脫節(jié)大，難以提升學生創(chuàng)新意識和應用能力。為解決以上問題，本研究對設計內容、技術手段、組織管理等進行了改進，并應用于課程設計教學實踐。

2 提升創(chuàng)新和應用能力的改革措施

2.1 強調細節(jié)提升的創(chuàng)新意識

2.1.1 從應用流程分析中發(fā)現人機工程細節(jié)問題

相對整機系統(tǒng)，細節(jié)問題更易解決，更易獲得成就感，更易激發(fā)創(chuàng)新動機和興趣，進而提升創(chuàng)新意識，因為創(chuàng)新意識包括創(chuàng)新動機、創(chuàng)新興趣、創(chuàng)新情感和創(chuàng)造意志[12]。在產品實踐中，人、機器、環(huán)境及其關系考慮得越多越細致，就越可能從司空見慣中發(fā)現細節(jié)問題，而點滴細節(jié)的改進積累到一定程度就可能發(fā)生“質變”，就可能創(chuàng)造出更安全、舒適、高效的新產品。為此，筆者從日常生活和學習的體驗中凝煉課程設計內容，引導學生挖掘產品的人機工程設計要素，改進后的課程設計主要內容見表1。

表1 人機工程課程設計主要類型和內容Table 1 Main types and contents of curriculum design of ergonomics

以電飯煲面板優(yōu)化設計主題為例，首先要求學生結合家庭煮飯體驗，從產品說明中分析每個功能的操作流程，繪制清晰流程圖；然后，分析流程中每個節(jié)點操作對安全性、舒適性、實用性和效率的影響，以培養(yǎng)學生從細節(jié)入手分析和解決問題的習慣，使其感受細節(jié)對產品創(chuàng)新的推動力。圖1為2017年蘇泊爾在京東銷售的電飯煲預約功能宣傳圖片，促銷價為499元，屬國產中高檔電飯煲，大多數國產電飯煲與圖1預約操作相同。

假設當晚20：00預約次日早晨6：30煮熟，根據圖1蘇泊爾電飯煲預約說明，繪制預約操作流程圖2。對多數工薪家庭而言，一般預約周一至周五工作日早晨煮飯，估算每年有230個工作日，從圖2發(fā)現當前預約操作流程存在以下問題：一是每次預約必須計算當前時刻和煮熟時刻間的時長，日復一日，需要大量的重復計算；二是每次預約必須反復按動【時】和【分】鍵，日復一日，需要大量的重復按鍵。

圖1 預約說明Fig.1 Reservation function description

圖2 預約煮米操作流程Fig.2 Reservation process for rice cooking

2.1.2 從人機理論和實踐的結合中解決細節(jié)問題

根據教材中人機功能分配和匹配理論，盡量將精確計算、簡單重復的工作交給機器完成，盡量將分析、總結、歸納、推理等工作交給人完成，發(fā)揮人和機器各自所長，以達到人機系統(tǒng)整體最佳效能[13]。為此，在適當增加軟件研發(fā)投入，基本上不增加材料、生產等成本的前提下，充分利用觸摸屏等成熟技術，對電飯煲預約流程改進如下：1)將輸入參數由時長改為時刻。采用預約時刻參數后，預約操作只考慮煮熟時刻，無需考慮當前時刻，無需計算煮熟時刻和當前時刻間的時長。這就大幅減少了預約操作信息處理時間，大幅減少了反應時間，預約信息輸入界面可采用圖3或圖4方案。2)用觸摸屏替換液晶屏與實體鍵組合面板，簡化信息輸入操作。采用觸摸屏面板后，或按圖3上下滑動手指，或按圖4選擇指定數字，就直接輸入預約時刻06：30，減少了大量反復按鍵動作。3)增加存儲預約時刻功能，實現一鍵智能預約。該功能可存儲早晚2個預約時刻，能消除圖2流程中時長計算、按動【時】鍵、按動【分】鍵等操作節(jié)點。以每周工作日和休息日為例，第1次按動【定時器】鍵，自動預約工作日早餐煮熟時刻；第2次按動【定時器】鍵，自動預約非工作日早餐煮熟時刻；反復按【定時器】鍵，兩個預約時刻反復循環(huán)，實現一鍵預約。

在教學時，學生可以就自己感興趣的內容進行分組實驗，分享交流時也是在自己組內進行進行，不需要全班學生一起聽。學生做實驗的方法各有千秋，如選擇探究面積關系的小組，學生有的用覆蓋法，因為透明片可以上下重疊擺放；有的用方格紙作測量工具，把透明片放在方格紙上，用方格測量；有的學生居然提出要用電子秤來找圖形關系，理由是這些圖形片雖然顏色不一樣，但是厚度相同（材料也相同），所以圖形面積越大重量也會越重，圖形之間的面積關系可以用重量關系來代換。事實上，學生已經在不知不覺地進行類比推理了，這正是創(chuàng)造性思維的重要來源。

△△時分052506300735△△定時器預約啟動

圖3定時預約輸入界面1
Fig.3Timing reservation input interface 1

定時器06∶301234567890預約啟動

圖4定時預約輸入界面2
Fig.4Timing reservation input interface 2

由此，學生綜合運用人機系統(tǒng)、反應時、人機功能分配、人機界面等理論，大幅簡化了電飯煲預約流程，還考慮了流程改造的經濟性和技術可行性。繪制產品操作清晰流程圖，從安全性、舒適性、效率等多個維度，分析流程中每節(jié)點人機操作合理性，就可能發(fā)現更多產品細節(jié)問題，然后運用人機理論和技術改進細節(jié)，將細節(jié)提升作為產品創(chuàng)新的起點，使學生逐漸積累“大處著眼、小處著手”的創(chuàng)新意識。

2.2 設計過程專業(yè)化、技術工具系列化

工欲善其事，必先利其器。產品設計、制造和銷售的每個細分階段須應用各類專業(yè)軟件，理論、經驗和專業(yè)軟件等的熟練應用就是“器”，而且企業(yè)越來越注重產品開發(fā)過程完整性、技術融合性[14]，為此，課程設計內容要求應用各類軟件，使學生通過大量地應用主流軟件，初步掌握設計流程、方法、技術，達到“利器善事”的目的。

以內容為無線插卡音箱的課程設計為例，傳統(tǒng)課程設計一般分2個階段，先采用AutoCAD設計產品平面圖，然后采用Word撰寫課程設計報告。傳統(tǒng)設計運用技術工具單一，沒有表達實物的三維模型，難以精確表達產品細節(jié)，難以發(fā)現產品可用性、適用性存在的問題，對設計缺陷的改進過程繁瑣，設計原型與產品最終形態(tài)差距過大。為解決以上問題，根據企業(yè)產品開發(fā)實踐，將設計過程劃為需求分析、原型設計、三維建模、圖像處理、視頻處理、網站制作等細分階段，每階段進行大量充分的人機交互，主要工作如下。

1)需求分析：運用Word或Axture制作產品需求文檔，設計功能操作流程，根據音箱使用群體，以外觀和操作界面設計為主，確定設計目標、適用和約束條件；查閱、收集整理目標人群手掌結構和尺寸，確定人機設計要素及原則；確定藍牙、AUX音頻輸入、SD卡播放、收音等功能操作流程。

2)原型設計：運用Axture分析產品原型，清晰表達產品業(yè)務流程和功能實現。

3)三維建模：運用3Dmax或Pro/E實現音箱三維建模，實體模型包括箱體、界面顯示、操作輸入、喇叭等主要部件。

5)視頻合成編輯：3DMax或Pro/E輸出產品視頻，運用Corel制作視頻片頭、片尾、字幕，合成編輯視頻音頻，完成展示產品外觀、操作、功能等細節(jié)的小電影。

6)網站設計：運用DreamWaver設計音箱展示網站，網站集成產品圖文、音視頻等媒體，實現良好人機互動。

在課程設計過程中，每階段要求學生制作規(guī)范文檔，初步掌握產品設計主流技術工具，在大量反復應用中鍛煉并積累基本的技術能力，通過三維實體展現獲得設計成就感。

2.3 設計周期和組織實用化、設計評價多樣化

改進課程設計后，設計內容更多、更具體，飽滿的實踐任務驅動學生進行大量自主學習，自主探索技術和應用實踐。傳統(tǒng)課程設計只安排約1周時間，相對企業(yè)產品實際開發(fā)周期過于倉促，1周左右時間內學生難以熟練應用專業(yè)軟件，難以深入產品細節(jié)，很難有實踐能力的收獲。因此，為保證課程設計實效，對設計周期、組織及其評價改進如下。

1)分散設計和集中設計相結合。將課程設計所在的整個學期安排為分散設計期，將學期末1周時間安排為集中設計期，分散設計貫穿整個學期的課余時間，強化學生的自主學習能力。利用人機工程課程所在學期的第1次理論課，講解并發(fā)布設計說明書，明確設計目標、題目、內容、流程、主要技術軟件等。要求學生從第1周起就自主分組，從學習和應用技術軟件工具開始，進入分散設計階段。

2)自主搭建設計小組。要求學生按2～3人自主搭建小組，每個小組選擇一題目，組內自主分工，團隊合作開展設計，分析產品需求、技術關鍵和方案，隨著人機工程理論課程的展開，設計內容逐步深入。

3)集中課程設計安排在期末，以交流討論為主。通過近一學期的分散設計，近三分之一設計能達到基本目標；利用集中設計的固定場地，讓學生能充分深入地討論，切磋設計思路和技術，在大量討論中碰撞思維火花，提升實踐和創(chuàng)新能力[15]。

4)設計效果評價綜合考慮過程表現、技術軟件先進性、文檔專業(yè)性、產品實用性和適用性，并且結合個人在組內的角色和作用。

表2為改進課程設計前后的實踐提升部分要素的比較。

表2 改進前后的實踐提升比較Table 2 Comparison of practice improvement before and after improvement

3 結 語

以內容實用化、技術專業(yè)化為原則，凝煉設計內容，規(guī)范設計過程，使學生經歷較長期的自主學習和設計實踐。學生從人、機器、環(huán)境及其關系思考，能發(fā)現更實用的產品細節(jié)；大量反復應用技術軟件，學生會掌握更多更深入的實用技術。筆者將課程設計與理論教學相結合，將課程設計改革延伸至講授的其他專業(yè)課，使部分學生的創(chuàng)新意識和實踐能力明顯提升，體現在近3年畢業(yè)生實習和就業(yè)質量的逐漸提升，例如進入?？低暤软敿壠髽I(yè)的畢業(yè)生逐漸增加，入職上市公司和IPO排隊期準上市公司的畢業(yè)生逐漸增加。憑借較強實踐能力和嚴謹作風，近年畢業(yè)的校友成為企業(yè)骨干人數逐漸增多；近年畢業(yè)的校友為本企業(yè)招聘團代表，返?；乇緦I(yè)招聘實現零突破，并逐年增加。