基于人機(jī)交互的兒童行李箱創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究

摘要：本文研究人機(jī)交互問題，為兒童提供更安全、舒適和更為人性化的兒童行李箱設(shè)計(jì)方案，為兒童和家長提供更好的出行體驗(yàn)。本文以人機(jī)工程學(xué)和交互設(shè)計(jì)作為理論依據(jù)，以兒童行李箱為研究對象，通過文獻(xiàn)研究和案例分析法等，歸納設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，分析其人機(jī)交互設(shè)計(jì)原則和創(chuàng)新需求。根據(jù)分析的原則和需求，對其造型進(jìn)行人機(jī)優(yōu)化、功能進(jìn)行再設(shè)計(jì)后，設(shè)計(jì)一款結(jié)合兒童玩具車功能且更符合兒童人機(jī)交互的產(chǎn)品。同時(shí)，以兒童行李箱為例，進(jìn)行兒童行李箱人機(jī)交互的創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)以人為中心，更安全、合理、舒適的人機(jī)交互關(guān)系。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué);情感交互;兒童行李箱

中圖分類號：TS959.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）13-0-03

0 引言

隨著二胎政策全面放開和人民生活水平的提高，現(xiàn)階段我國兒童旅游產(chǎn)品市場巨大，行李箱作為旅行出游的必備工具之一，其研究對于兒童旅游出行具有重要意義。但學(xué)術(shù)界在行李箱方面的研究傾向于關(guān)注成年人，缺乏對兒童用戶的關(guān)注，且市場上智能類的兒童產(chǎn)品成為主流，但造型卻普遍趨向同質(zhì)化，在科技方面過度投入[1]，但在兒童人機(jī)交互方面存在空白。兒童產(chǎn)品的人機(jī)交互是兒童健康成長的必備要素，對兒童行李箱的人機(jī)交互進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究，使其造型和功能更加符合兒童的生理和心理特征，能提升兒童的人機(jī)交互體驗(yàn)。

1 概況

1.1 人機(jī)交互

人機(jī)交互主要以人機(jī)工程學(xué)中的“人—機(jī)—環(huán)境”為基礎(chǔ)[2]，結(jié)合心理學(xué)、生理學(xué)、認(rèn)知學(xué)等[3]，研究在某一具體使用場景下人的心理（情感、意識等），生理（觸覺、視覺等），以及機(jī)器（界面、造型等）與環(huán)境（溫度、噪聲等）之間的平衡關(guān)系，以期使“人—機(jī)—環(huán)境”達(dá)到一種最優(yōu)的平衡，即最佳交互狀態(tài)。

1.2 兒童人機(jī)交互

兒童人機(jī)交互是研究兒童在使用某一設(shè)備時(shí)，如何使“兒童—機(jī)器—環(huán)境”達(dá)到一種最優(yōu)的平衡狀態(tài)。兒童的生理特點(diǎn)：身體發(fā)育不夠成熟、肢體力量小[4]，有一定的自主操作能力，但其操作能力有限，對家長的依賴性較大，主要依靠感知探索和認(rèn)知新鮮事物。心理特點(diǎn)：想象力逐漸豐富，對新鮮事物充滿好奇，情緒變化明顯，缺乏穩(wěn)定的狀態(tài)。所處環(huán)境特點(diǎn)：兒童對長途旅行、候車等環(huán)境易產(chǎn)生煩躁情緒。

綜上所述，在研究兒童產(chǎn)品時(shí)要關(guān)注兒童生長發(fā)育的生理、心理特點(diǎn)，同時(shí)要考慮其使用環(huán)境，使三者達(dá)到最佳的人機(jī)交互狀態(tài)。

1.3 兒童行李箱市場現(xiàn)狀

作為兒童出行必不可少的日常用品，兒童行李箱適合1.5～12歲具有一定自主行動能力和自我財(cái)產(chǎn)保護(hù)意識的兒童使用。市場上兒童行李箱的外觀、結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)比較簡易，大多以方形或者圓形為主，并以卡通裝飾物點(diǎn)綴，缺乏層次感，且安全性差。

現(xiàn)有兒童行李箱種類繁多，為確保能夠?yàn)閮和慕】党砷L提供一個(gè)良好的環(huán)境，兒童產(chǎn)品使用時(shí)的安全性和實(shí)用性成為消費(fèi)者選購時(shí)考慮的關(guān)鍵因素。本文從功能、結(jié)構(gòu)、材料、容納量四個(gè)方面對兒童行李箱進(jìn)行歸納總結(jié)，并對其從便利性、安全性、交互性、美觀性、造型、成本七個(gè)方面進(jìn)行對比分析[5]。

如圖1所示，市場上現(xiàn)有的兒童行李箱按照功能可以分為單一功能行李箱和多用行李箱，不同類別的行李箱有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)。

單一收納功能式行李箱：造型普通，成本低，相對安全，但出行攜帶不便，且缺少親子交互性。具有騎行和收納等多功能式行李箱：增加親子交互性，提供良好的出行體驗(yàn)，騎行功能使造型復(fù)雜，成本增加，較小兒童使用時(shí)容易發(fā)生側(cè)翻，且攜帶不方便。簡單結(jié)構(gòu)行李箱：成本相對比較低，安全性高，但交互性和外出體驗(yàn)感差。復(fù)雜結(jié)構(gòu)行李箱：會增加良好的旅行體驗(yàn)感，但安全性低，制造成本高。單一材質(zhì)行李箱：多以單一塑料為主，多用于功能造型簡單的兒童行李箱。復(fù)雜材料行李箱：多由多種硬度不同塑料構(gòu)成，良好的支撐性能最大限度地保障安全，同時(shí)滿足騎行功能。小容納量行李箱：安全性相對較高，但體型小，容納量有限。大容納量：造型單一，大多僅以大容量為目的，功能單一，交互性差。

綜上所述，兒童行李箱的設(shè)計(jì)應(yīng)使“人（家長、兒童）—機(jī)（兒童行李箱）—環(huán)境（使用行李箱時(shí)所處的環(huán)境）”之間達(dá)到一種良好的平衡狀態(tài)?！叭恕獧C(jī)”平衡態(tài)：使兒童使用時(shí)更安全、舒適，交互性好，家長攜帶方便，不影響出行;“人—人”平衡態(tài)：兒童使用時(shí)，給家長帶來便利的同時(shí)又能產(chǎn)生良好的親子互動關(guān)系;“機(jī)—環(huán)境”平衡態(tài)：兒童行李箱要符合外出時(shí)的空間限制，同時(shí)要具備良好的抗壓性能;“人—環(huán)境”平衡態(tài)：兒童在使用行李箱時(shí)，應(yīng)避免受到外部環(huán)境不良天氣的影響。

2 兒童行李箱的人機(jī)交互分析

2.1 兒童時(shí)期的生理和心理特征

兒童的年齡段一般界定為0～12歲，新生兒在11個(gè)月后可自主抓握東西，12個(gè)月后能夠獨(dú)自站穩(wěn)，18個(gè)月后具有自我意識，對自己的東西有保護(hù)欲。因此，兒童行李箱適合一歲半以后有獨(dú)立個(gè)體意識的兒童使用。兒童身體生長發(fā)育迅速，兒童行李箱在1.5～12歲不同年齡段兒童使用時(shí)，需具有一定的可調(diào)節(jié)性，滿足不同年齡段兒童的人機(jī)工程學(xué)尺寸標(biāo)準(zhǔn)，適合不同年齡段兒童乘坐。

兒童普遍具有較強(qiáng)的好奇心、想象力和模仿能力，男童和女童在喜好和審美上存在一定的差異。兒童具有一定的從眾心理，在不斷學(xué)習(xí)和接受新事物的階段，由于心理上不夠成熟而好動，行動易受外部環(huán)境影響。

2.2 兒童行李箱的人機(jī)設(shè)計(jì)尺寸分析

由于0～3歲兒童身體成長較快，這一階段兒童身體尺寸各百分位數(shù)值測量比較困難，因此將0～12歲兒童分為0～3歲和4～12歲兩個(gè)區(qū)間。通過查閱《設(shè)計(jì)中的男女尺度》書中關(guān)于0～3歲兒童第50百分位身體尺寸數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行整理總結(jié)見表1;摘錄《GB/T 26158-2010中國未成年人人體尺寸》中有關(guān)4～12歲兒童行李箱設(shè)計(jì)的兒童身體尺寸，對立姿狀態(tài)下身高、肘高，以及坐姿狀態(tài)下臀寬、臀-腘距、肘高等不同部分身體尺寸數(shù)據(jù)并進(jìn)行歸納整理如表2。對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，同一標(biāo)準(zhǔn)身高下，男女各部分身體尺寸相近，因此，最終數(shù)據(jù)取統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下平均值[6]。

在人機(jī)工程學(xué)中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的尺寸標(biāo)準(zhǔn)包括Ⅰ型（雙限值）、Ⅱ型（單限值）以及Ⅲ型（平均值），產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)人體尺寸數(shù)據(jù)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品的最小功能尺寸=對應(yīng)百分位人體尺寸+功能修正量+心里修正量，兒童行李箱尺寸設(shè)計(jì)在滿足兒童自身使用需求的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)滿足成人幫助攜帶的條件，以產(chǎn)品最小功能尺寸為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，1.5～3歲兒童平均身高約為889 mm，4～6歲兒童的平均身高約為1111 mm，7～12歲兒童的平均身高約為1313 mm。成年人穿衣修正量的肘高+6 mm，臀膝距+20 mm，臀寬+13 mm，臀-腘距（坐深）+22 mm;成年人的穿鞋修正量男性+25 mm、女性+20 mm;兒童的修正尺寸可取成年人的二分之一，坐姿時(shí)臀寬+6 mm，臀寬+6 mm，臀-腘距（坐深）+11 mm，臀-膝距+10 mm，肘高+3 mm，穿鞋+10 mm。

根據(jù)上文對兒童身高與身體各部位尺寸的數(shù)據(jù)分析，以及人機(jī)工程學(xué)中產(chǎn)品人體尺寸設(shè)計(jì)原則，從兒童行李箱的安全性和舒適性出發(fā)，對其相關(guān)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行分析。

（1）箱體高度即兒童立姿時(shí)身高的2/5，在824.5～1427mm 之間，算入穿衣修正量后為834.5～1437 mm。該尺寸屬于Ⅰ型尺寸，箱體高度可調(diào)節(jié)的尺寸范圍為834.5～1437 mm，因此可將1.5～3歲、4～6歲、7～12歲三個(gè)段分別設(shè)置相應(yīng)的高度分別為899 mm、1121 mm、1323 mm。

（2）箱體寬度參考兒童坐姿時(shí)臀寬，當(dāng)以一個(gè)玩具車的形式使用時(shí)，則應(yīng)在170～323 mm之間，算入穿衣修正量后為176～329 mm。該尺寸屬于Ⅱ型尺寸，應(yīng)選取較大的兒童尺寸數(shù)據(jù)，同時(shí)應(yīng)當(dāng)為兒童保留可以的活動空間，確保使用的舒適度，約為50 mm，因此根據(jù)三種類型大小的箱體寬度分別可取≥250 mm、≥270 mm、≥330 mm。

（3）箱體厚度可同時(shí)參考兒童臀腘距和小腿加足高，根據(jù)其功能的多樣性，該尺寸屬于Ⅰ型尺寸，厚度為一個(gè)坐高的選取標(biāo)準(zhǔn)，大腿部壓力小，座位最前端到腳踏處的高度不得大于腳底部到大腿彎處的距離，適宜的坐高應(yīng)為小腿加足高加10 mm鞋跟厚，減去10～20 mm的活動空間，即坐高（箱體厚度）=小腿加足高+鞋跟厚-適當(dāng)空間，因此尺寸要在143～406 mm之間。我們也可以根據(jù)上述年齡段的分布分成三個(gè)不同厚度分布，分別為143～200 mm、226～276 mm、300～406 mm。

（4）臀-膝距，在210～549 mm之間，加上穿衣修正量為220～559 mm。當(dāng)行李箱作為玩具車時(shí)，可根據(jù)最前端至兒童坐的位置應(yīng)當(dāng)根據(jù)臀-膝距加上穿衣修正量加上10～20 mm的活動空間來確定約為235～575 mm，對于兒童年齡以及其他原因使身高存在差異，也可根據(jù)需求將其分為三個(gè)段，分別為235～310 mm、335～385 mm、435～575 mm。

2.3 兒童行李箱的情感交互分析

研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)的情感交互，首先需要關(guān)注的是在不同使用場景下，色彩能夠給予兒童大腦皮層的不同刺激，恰當(dāng)?shù)纳适褂媚軌虼龠M(jìn)兒童大腦的發(fā)展和早期智力的增長，間接對兒童性格產(chǎn)生影響，有益于兒童美學(xué)意識的培養(yǎng)。此外，兒童產(chǎn)品情感交互設(shè)計(jì)研究產(chǎn)品外觀的具象表達(dá)。兒童行李箱的外觀設(shè)計(jì)元素選取當(dāng)下流行且有積極引導(dǎo)意義的卡通形象，如《汪汪隊(duì)立大功》《海底小縱隊(duì)》等兒童喜聞樂見的影片，并利用視錯(cuò)覺對形象進(jìn)行簡化、變異等再設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出多元化的思維形象，正確引導(dǎo)兒童心理健康成長。由于性別產(chǎn)生的喜好和審美的差異，可以在外包裝設(shè)計(jì)中對色彩的運(yùn)用和卡通形象的選取做出符合性別化差異的設(shè)計(jì)。

3 兒童行李箱的設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)思路

人機(jī)與交互在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中是相輔相成的，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的產(chǎn)生不可缺少其中任何一方面。通過情感交互和人機(jī)工程學(xué)的分析，以兒童行李箱為例對該類產(chǎn)品進(jìn)行改良，對其原有高度、寬度、厚度尺寸進(jìn)行調(diào)整，對拉桿旋轉(zhuǎn)角度、座位位置等新增尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，在原有收納功能的基礎(chǔ)上增加玩具車功能，做到更好的親子交互。

綜上所述，本文提供一套兒童行李箱設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

3.2 人機(jī)尺寸設(shè)計(jì)

該兒童行李箱針對1.5～3歲、4～6歲、7～12歲三個(gè)年齡段的兒童將兒童行李箱制成大中小三個(gè)型號，不同型號的行李箱的尺寸大小、拉桿長度、腳蹬位置、座位位置均不同。如圖3以4～6歲兒童適用行李箱為例，其提供的尺寸設(shè)計(jì)方案為箱體高度為1121 mm，箱體寬度需≥270 mm，箱體厚度在226～276 mm之間，座位最前沿約距離箱體前沿335～385 mm。

外出時(shí)為攜帶兒童和行李通常將兒童放置在行李箱上，此種方式對年齡較小的兒童來說具有一定的危險(xiǎn)性，且此種方式不適合年齡較大的兒童。將兒童行李箱與玩具車相結(jié)合，以此種方式攜帶兒童時(shí)，可將拉桿拉長將腳蹬露出并折疊，此時(shí)玩具車的驅(qū)動方式為電助力，最高時(shí)速為5km/h，一種比較低的速度和驅(qū)動時(shí)速保證了兒童的安全，同時(shí)結(jié)合電驅(qū)動玩具車功能，增加旅行過程中的趣味，同時(shí)很好地鍛煉了兒童的動手能力，極大地減輕家長的負(fù)擔(dān)。

3.3 情感交互設(shè)計(jì)

第一，功能設(shè)計(jì)。為了做到更好的情感交互，兒童行李箱為兒童和家長提供良好使用體驗(yàn)的同時(shí)，也能促進(jìn)兒童的健康成長。在行李箱的基礎(chǔ)上增加兒童玩具車的功能，在出行攜帶行李的同時(shí)，提供良好的親子交互體驗(yàn)感。將行李箱平放，通過拉伸、折疊拉桿來實(shí)現(xiàn)玩具車與行李箱結(jié)合功能，采用當(dāng)下大多數(shù)玩具車的電驅(qū)動功能，較低的高度和低速保證兒童（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）的安全。

第二，色彩和材料設(shè)計(jì)。充分考慮孩子的發(fā)展和情感訴求以及不同年齡段兒童所喜好的顏色，融合當(dāng)下熱播卡通影片形象，針對2～3歲兒童選取高明度的色彩，如鮮紅、金色、嫩黃、淡紫色、黑白搭配等;針對4～6歲兒童則選用淡黃、橙色、淺綠等暖色為主的顏色;7～12歲兒童具有一定的色彩辨析能力，也有一定的審美能力，可選用一些低明度、比較柔和的色彩。三個(gè)年齡段的行李箱主色調(diào)均可以此進(jìn)行搭配選取，同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意顏色種類應(yīng)當(dāng)搭配組合，使兒童不會很快對此感到厭倦，保持好奇心與和探索求知欲。

要結(jié)合當(dāng)下提倡的低碳環(huán)保、綠色包裝理念，本著對兒童無害的原則，滿足產(chǎn)品自身訴求，保證兒童行李箱綠色可持續(xù)，又能保證使用者的安全。兒童行李箱材料中的熱穩(wěn)定劑、增塑劑以及其中的細(xì)菌極容易對兒童的健康產(chǎn)生危害，因此我們在選用材料時(shí)，需要考慮材質(zhì)的耐油性、阻隔性等問題。

4 結(jié)語

兒童行李箱造型和功能的人機(jī)交互研究有益于構(gòu)建合理的人機(jī)和情感交互系統(tǒng)，有益于兒童生理和心理的健康成長，為家長和兒童提供了良好的出行體驗(yàn)。本文通過對兒童的生理和心理特性進(jìn)行分析，根據(jù)人體人機(jī)工程學(xué)尺寸，對行李箱的部分尺寸提出可參考尺寸范圍。對兒童心理和實(shí)際需求進(jìn)行分析，改善兒童行李箱的功能，進(jìn)一步改變親子互動效果。本文的不足之處在于，在設(shè)計(jì)過程中缺乏實(shí)際的測量和產(chǎn)品的測試。

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作者簡介：房津津（2000—），女，山東青島人，本科在讀，研究方向：人機(jī)工程學(xué)與人機(jī)交互。