基于用戶偏好的智能門鎖界面優(yōu)化設(shè)計(jì)

丁子號(hào)，管幸生,2，黃嵐鈴,2，譚展華

(1.福建工程學(xué)院 設(shè)計(jì)學(xué)院·海峽工學(xué)院，福建 福州 350118；2.福建省高校人文社會(huì)科學(xué)研究基地設(shè)計(jì)創(chuàng)新研究中心，福建 福州 350118)

目前關(guān)于智能門鎖的研究集中在技術(shù)實(shí)現(xiàn)與智能家居系統(tǒng)構(gòu)建領(lǐng)域[1]，對(duì)智能門鎖產(chǎn)品的人機(jī)交互和產(chǎn)品界面可用性的研究較少。ZHANG R[2]等采用雙漏斗用戶研究模型，將傳統(tǒng)的以用戶的心理體驗(yàn)為重點(diǎn)的用戶研究擴(kuò)展到將用戶研究與設(shè)計(jì)優(yōu)化相結(jié)合的方法，用以解決用戶使用智能門鎖時(shí)輸入輸出等交互問題。LIN N[3]等對(duì)3種智能門鎖產(chǎn)品進(jìn)行典型任務(wù)試驗(yàn)評(píng)價(jià)，探究影響用戶使用智能門鎖的界面因素，其中，功能按鈕的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)的可理解性、操作程序的可學(xué)習(xí)性都對(duì)用戶的使用體驗(yàn)產(chǎn)生影響。WANG Z[4]等探討用戶在實(shí)際使用場(chǎng)景中使用智能門鎖時(shí)的體驗(yàn)，研究智能門鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在交互系統(tǒng)中的作用及存在的問題，其中指紋采集器、面板按鈕、鑰匙孔位置對(duì)產(chǎn)品使用滿意度影響顯著，受試者對(duì)智能門鎖的抱怨集中在面板與開鎖方式設(shè)計(jì)上。智能產(chǎn)品新的交互技術(shù)帶來新的操作方式，產(chǎn)品使用者也面臨著對(duì)新產(chǎn)品的再學(xué)習(xí)過程[5-6]。因此，研究符合用戶需求、用戶滿意度高的智能門鎖設(shè)計(jì)有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 用戶偏好與產(chǎn)品界面功能

用戶偏好是確認(rèn)用戶需求最重要的要素之一，通過評(píng)估用戶對(duì)產(chǎn)品或服務(wù)的喜好、選擇與使用意愿來衡量[7]。在交互設(shè)計(jì)領(lǐng)域，用戶的偏好和產(chǎn)品的可用性之間存在正相關(guān)關(guān)系[8]。目前人機(jī)界面交互中，產(chǎn)品界面功能的研究思路普遍是從產(chǎn)品界面自身的參數(shù)出發(fā)，將產(chǎn)品界面分為若干功能，根據(jù)客觀標(biāo)準(zhǔn)(工效標(biāo)準(zhǔn)、人體參數(shù)等)與主觀評(píng)測(cè)(試驗(yàn)評(píng)估、主觀評(píng)價(jià)等)對(duì)產(chǎn)品各個(gè)功能的尺寸進(jìn)行改進(jìn)。而客觀標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)產(chǎn)品界面參數(shù)的規(guī)定一般是參照人體尺寸運(yùn)用原則，以現(xiàn)有人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)作為基準(zhǔn)制定的。因用戶身高百分位、人種、性別的不同，產(chǎn)品界面的參數(shù)也會(huì)有區(qū)別[9]。消費(fèi)類產(chǎn)品的交互界面設(shè)計(jì)需著重考慮用戶的使用需求，以用戶為中心的設(shè)計(jì)理念是人機(jī)界面設(shè)計(jì)中可參考融合的設(shè)計(jì)理念[10]。本研究以智能門鎖為例，基于用戶操作偏好構(gòu)建界面功能排列試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過對(duì)受試者的操作偏好舒適度進(jìn)行分析，對(duì)智能門鎖的界面設(shè)計(jì)提出改進(jìn)建議。

2 界面功能排列試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

2.1 試驗(yàn)原理

界面要素具有3種屬性，分別是：要素屬性、整合屬性和交互屬性。這些屬性會(huì)影響界面整體的可用性、易用性[11]。要素屬性是界面單個(gè)要素獨(dú)立具有的屬性，例如：智能門鎖的密碼開鎖功能、指紋開鎖功能等。界面的兩個(gè)及兩個(gè)以上的要素組合在一起時(shí)產(chǎn)生的屬性為整合屬性，例如：智能門鎖的指紋開鎖與開門把手組合在一起具有整合屬性。而交互屬性是用戶在操作產(chǎn)品時(shí)，界面要素具有的屬性。

產(chǎn)品界面的結(jié)構(gòu)和形式在尺寸方面，通過不同的排列組合會(huì)給用戶帶來不同的操作感受，用戶對(duì)產(chǎn)品的滿意度取決于產(chǎn)品提供的舒適性水平、產(chǎn)品的類型、尺寸和空間，以及操作過程中所需操作的強(qiáng)度[5]。用戶對(duì)產(chǎn)品的操作偏好是一個(gè)不斷更新的感受過程，通過肢體操作產(chǎn)品，大腦處理肢體的反饋信息對(duì)舒適度進(jìn)行評(píng)價(jià)判斷。產(chǎn)品要素屬性中與用戶操作體驗(yàn)直接關(guān)聯(lián)的是交互屬性，具有交互屬性的要素之間成為一個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)受試者根據(jù)偏好來調(diào)整產(chǎn)品具有交互屬性的界面功能，使其處于最佳尺寸與位置時(shí)，系統(tǒng)之間的要素相互聯(lián)系、相互制約[12]。因此，在調(diào)整界面功能尺寸與位置時(shí)，應(yīng)當(dāng)首要關(guān)注界面功能的要素屬性，將每個(gè)要素獨(dú)立分析。界面功能排列試驗(yàn)原理如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)原理Fig.1 Test principle

2.2 操作舒適度判斷指標(biāo)構(gòu)建

在設(shè)計(jì)方案的界面功能排列試驗(yàn)中，受試者需要根據(jù)舒適度判斷指標(biāo)選擇界面功能參數(shù)，根據(jù)要素屬性確定判斷指標(biāo)維度，建立二級(jí)判斷指標(biāo)[13]。指標(biāo)包括各功能參數(shù)、功能位置。

2.3 試驗(yàn)流程

對(duì)要素屬性層的每個(gè)功能分別選擇參數(shù)、確定位置，若其沒有達(dá)到受試者的滿意度要求，試驗(yàn)將重新調(diào)整要素屬性層中每個(gè)功能的參數(shù)與位置排列，使其最終達(dá)到用戶舒適度指標(biāo)要求，如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)流程圖Fig.2 Test flowchart

2.4 試驗(yàn)結(jié)果擬合分析

對(duì)界面各功能的排列結(jié)果進(jìn)行量化統(tǒng)計(jì)，以界面面板左側(cè)延長(zhǎng)線與地面交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，功能排列位置用二維坐標(biāo)表示，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果擬合分析處理。

2.4.1 界面功能排列結(jié)果擬合

(1)

(2)

B即為用戶排列試驗(yàn)得出的界面初步設(shè)計(jì)方案。

2.4.1 功能排列結(jié)果離散程度分析

分析比較各界面功能排列結(jié)果的離散程度，在同一受試者樣本產(chǎn)生的結(jié)果中，功能排列位置離散程度越小，說明受試者樣本對(duì)該功能排列結(jié)果越統(tǒng)一；離散程度越大，說明受試者樣本對(duì)該功能排列結(jié)果存在越大的差異，該功能在該產(chǎn)品界面功能集合中，有比較重要的研究?jī)r(jià)值。

3 智能門鎖界面功能排列試驗(yàn)

3.1 界面功能與參數(shù)提取

試驗(yàn)搜集與分析了市場(chǎng)上知名的智能門鎖品牌的相關(guān)資料，根據(jù)智能門鎖品牌網(wǎng)發(fā)布的2021年智能門鎖 “十佳”排行榜，選取前5個(gè)品牌共15款智能門鎖型號(hào)，進(jìn)行尺寸測(cè)量與功能匯總。其中3款智能門鎖產(chǎn)品樣本和界面功能構(gòu)成如圖3所示。將智能門鎖產(chǎn)品分解為室內(nèi)鎖體與室外鎖體，共提取出7個(gè)界面功能及相應(yīng)參數(shù)，結(jié)果如表1所示。

圖3 部分智能門鎖樣本Fig.3 Intelligent door lock samples

表1 界面功能與參數(shù)選擇

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

本試驗(yàn)共招募30名受試者，其中有效受試者為26名(15名男性和11名女性)，年齡介于20～28歲(23.7±2.2歲)，身高介于154～184 cm(169.6±8.1cm)。受試者均有智能門鎖使用經(jīng)驗(yàn)，且在試驗(yàn)前充分了解每個(gè)界面功能與參數(shù)，選擇自身偏好的智能門鎖界面功能參數(shù)，并在智能門鎖界面模型板上根據(jù)自身操作舒適度擺放各功能的相對(duì)位置。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.3.1 功能排列結(jié)果差異分析

智能門鎖的各功能中，受試者最重視的是智能門鎖的開鎖方式。其中指紋開鎖是受試者最喜歡的開鎖方式，占比為46%?，F(xiàn)有許多智能門鎖產(chǎn)品推薦的密碼開鎖功能，只有7.7%受試者選擇。

分析受試者性別對(duì)界面功能排列偏好結(jié)果的差異，不同性別對(duì)刷卡解鎖的位置偏好差異比較顯著，女性優(yōu)先選擇刷卡開鎖，主要理由為女性受試者認(rèn)為密碼開鎖輸入比較麻煩、密碼易遺忘等；男性受試者則更偏好于密碼開鎖，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為刷卡開鎖需要隨身攜帶門卡、門卡易丟失。在面板尺寸選擇上，女性受試者因身材較小相對(duì)于男性受試者更偏好小尺寸的鎖體面板。智能門鎖的推拉把手與固定把手開門方式，主要通過內(nèi)部電機(jī)直接旋轉(zhuǎn)鎖舌，減少用戶主動(dòng)旋轉(zhuǎn)鎖舌的開門步驟。但因?yàn)閭鹘y(tǒng)的旋轉(zhuǎn)把手更能帶來安全感，在受試者樣本中，分別有57.7%、73.1%的男、女受試者選擇傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)把手開門。

分析受試者身高對(duì)界面功能排列偏好結(jié)果的差異，將26名受試者身高分為154～164 cm(7名)、165～174 cm(11名)、175～184 cm(8名)3個(gè)身高段，不同身高段對(duì)面容解鎖的位置偏好差異比較顯著，其他無顯著性差異，對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步分析，如圖4所示。在人臉開鎖的排列偏好上，排列的高度因身高段的增高而增高。受試者在使用人臉開鎖時(shí)，經(jīng)常需要調(diào)整站姿高度來實(shí)現(xiàn)開鎖，而人臉開鎖是受試者普遍認(rèn)為較為方便的開鎖方式，因此，人臉開鎖的排列位置相比于其他開鎖方式更加重要。不同性別與不同身高段的功能排列偏好的差異顯著性結(jié)果如表2所示，P-value小于0.05代表差異顯著。

圖4 界面功能排列位置差異Fig.4 Difference in the arrangement of interface functions

表2 排列偏好方差分析

3.3.2 功能排列結(jié)果擬合

分析受試者26次擺放位置坐標(biāo)點(diǎn)的合集，得出用戶使用體驗(yàn)最優(yōu)的功能排列集合，使用MATLAB軟件對(duì)界面功能排列集合進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合處理，室內(nèi)鎖體擬合結(jié)果如圖5所示。對(duì)智能門鎖各界面功能排列結(jié)果進(jìn)行離散程度分析，結(jié)果如表3所示。

圖5 擬合結(jié)果Fig.5 Fitting results

表3中，界面功能密碼開鎖與反鎖旋鈕的離散系數(shù)最大，其中密碼要素的離散系數(shù)大于1，屬于偏態(tài)分布，受試者的排列結(jié)果統(tǒng)一程度較差，說明密碼開鎖和反鎖旋鈕應(yīng)是智能門鎖界面中的研究重點(diǎn)。傳統(tǒng)門鎖的反鎖旋鈕在把手下方，試驗(yàn)中會(huì)因?yàn)榘咽值拇嬖诙蛛x在把手上下位置，導(dǎo)致離散程度較大。

表3 離散系數(shù)

指紋開鎖離散程度最小，受試者的排列結(jié)果統(tǒng)一程度較高。將指紋功能直接整合在把手上，直接省去開鎖操作與轉(zhuǎn)動(dòng)把手開門動(dòng)作間的肢體移動(dòng)，更方便用戶使用，于是將指紋開鎖擬合位置修正與轉(zhuǎn)動(dòng)把手位置一致。最終，智能門鎖界面尺寸設(shè)計(jì)方案如圖6所示，將超人門鎖L6作為典

圖6 智能門鎖界面尺寸設(shè)計(jì)方案(單位：mm)Fig.6 Intelligent door lock interface size design scheme (unit: mm)

型產(chǎn)品與設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比，典型產(chǎn)品智能門鎖面板距地高度為798 mm[4]。根據(jù)智能門鎖界面尺寸設(shè)計(jì)方案，對(duì)智能門鎖的造型、材質(zhì)、色彩進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，細(xì)節(jié)如圖7所示。

圖7 智能門鎖設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)圖Fig.7 Detailed drawing of intelligent door lock

4 試驗(yàn)?zāi)Ｐ万?yàn)證

采用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)試驗(yàn)得出的設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)有一款智能門鎖產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，達(dá)到驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷哪康摹?gòu)建的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系中含有專家的主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)，主觀賦權(quán)法可根據(jù)專家意圖確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，能反映出專家對(duì)不同指標(biāo)的重視程度，因此主觀賦權(quán)法比客觀賦權(quán)法更有效。而采用主觀賦權(quán)的層次分析法和關(guān)聯(lián)矩陣法中，層次分析方法確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)，必須對(duì)比較矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，增加了評(píng)價(jià)過程的復(fù)雜性[15]；關(guān)聯(lián)矩陣法是利用評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重建立的矩陣表對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行綜合的評(píng)價(jià)，是系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)最常用的方法之一[16]。在評(píng)價(jià)智能門鎖等家用智能產(chǎn)品時(shí)需要從可操作性和易行性的原則出發(fā)，所以使用關(guān)聯(lián)矩陣法較為合適。

4.1 建立評(píng)價(jià)指標(biāo)

在界面功能排列試驗(yàn)中，構(gòu)建了舒適度判斷指標(biāo)。結(jié)合具體的智能門鎖產(chǎn)品，增加界面布局、界面結(jié)構(gòu)、功能與功能實(shí)現(xiàn)速度評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，建立綜合評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4.2 多級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

關(guān)聯(lián)矩陣法通過構(gòu)建兩兩對(duì)比判斷矩陣確定指標(biāo)權(quán)重，評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)越多，兩兩對(duì)比判斷越麻煩。關(guān)聯(lián)矩陣法無法對(duì)專家認(rèn)為重要性不大的指標(biāo)進(jìn)行剔除，所以采用集值迭代法對(duì)關(guān)聯(lián)矩陣法的權(quán)重確定方式進(jìn)行優(yōu)化。采用集值迭代法確定權(quán)重時(shí)，專家可以剔除重要度影響不大的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)剩余的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行重要度排序。集值迭代法確定多級(jí)指標(biāo)權(quán)重的步驟如下[17]:

作函數(shù)：

(3)

(4)

將g(xj)歸一化后，權(quán)重系數(shù)公式為：

(5)

若某一指標(biāo)一直未被選中，則權(quán)重系數(shù)做如下調(diào)整：

(6)

4.3 方案評(píng)價(jià)

對(duì)智能門鎖設(shè)計(jì)方案進(jìn)行1:1模型制作，邀請(qǐng)10名專家分別對(duì)設(shè)計(jì)方案模型(方案A)及現(xiàn)有門鎖產(chǎn)品(方案B)進(jìn)行實(shí)際操作，對(duì)兩種方案進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。采用5分量表，“1分”代表“極差”、“2分”代表“較差”、“3分”代表“一般”、“4分”代表“較好”、“5分”代表“極好”。

分析方案A與方案B的評(píng)分顯著性差異，顯著性水平α=0.05，各指標(biāo)P-value值結(jié)果及綜合評(píng)價(jià)值如表3所示。在一級(jí)指標(biāo)功能位置中，方案A評(píng)分顯著高于方案B，說明方案A在功能位置排列上明顯優(yōu)于方案B。在速度指標(biāo)中，方案A與方案B的評(píng)分有顯著的差異，方案A在開鎖功能的實(shí)現(xiàn)速度上有明顯的提升。通過界面功能排列試驗(yàn)得出的方案A的綜合評(píng)價(jià)值為1.113，方案B為的0.899，所以方案A優(yōu)于現(xiàn)有方案B。

表4 顯著性檢驗(yàn)與綜合評(píng)價(jià)值

5 結(jié)語(yǔ)

本研究從產(chǎn)品界面功能的要素屬性出發(fā)，構(gòu)建界面功能試驗(yàn)?zāi)Ｐ停骄慨a(chǎn)品界面最基礎(chǔ)的要素屬性。通過試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷贸龅闹悄荛T鎖界面設(shè)計(jì)方案A，將其與典型產(chǎn)品方案B相比，方案A的用戶的操作舒適度和滿意度有了一定的提升。對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明界面功能排列試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪强尚械?、有效的。此模型可用于其他智能產(chǎn)品的界面設(shè)計(jì)，一定程度上為人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值。本研究對(duì)青年用戶群體使用智能門鎖界面設(shè)計(jì)偏好進(jìn)行了初步探索，后續(xù)研究將增加不同年齡層對(duì)智能門鎖的使用偏好，擴(kuò)展用戶群體的樣本數(shù)，提高研究的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。