基于感性工学的老年助行器外观设计研究

2022-08-12齐齐哈尔大学曹泽宇王凤华

工业设计 2022年7期

我国正在进入急速人口老龄化阶段，人口老龄化水平从18.5% 升至29.1%

。通过设计更好的助老伴老产品来提高老年人的生活品质具有重要的意义

。助行器是一种较好的帮助有行走障碍的老年人日常行走的工具。助行器分为无动力式助行器、功能性电刺激助行器、动力式助行器。其中无动力式助行器应用较为广泛，具有灵活轻便、普适性高等优点

，文章设计的老年助行器属于无动力式助行器。

①碱基对的制作：用红色纸板代表腺嘌呤、橙色纸板代表鸟嘌呤、绿色纸板代表胞嘧啶、黄色纸板代表胸腺嘧啶。由于嘌呤碱基A和G是双环化合物，而嘧啶碱基T和C是单环化合物，所以制作时嘌呤模型相对嘧啶模型要大一些；又因为A-T、C-G要进行配对，所以将A、T之间的街口裁剪成三角形，将C、G之间的接口裁剪成半圆形，以分别来表示碱基间的相互作用。最后，再根据A-T、C-G之间的氢键数目在部件上打孔，并用银色铁丝充作氢键进行连接。

1 感性工学概述

感性工学是将用户模糊的、不确定的感性意象转化为直观的数据，并搭建出其与设计元素之间的关系模型，将用户的感性需求在新产品的设计中进行表达。在产品设计中主要用感性工学的方法对用户的感性意象进行定性和定量分析，定性分析的常见方法有二手资料研究法和实地考察法，定量分析的常见方法有因子分析、聚类分析和回归分析

。

3.艾滋病期的诊断标准：成人及15岁（含15岁）以上青少年，HIV感染加下述各项中的任何一项，即可诊为艾滋病；或者HIV感染，而CD4+T淋巴细胞数＜200个/μL，也可诊断为艾滋病。

2 老年助行器发展现状

市面上有多种轮式助行器，已经能满足行走障碍的老年人对助行器产品最基本功能的需求。但多数外观都是冰冷的钢管和灰色的塑料，造型和CMF 仍处于较低水平。虽然这样的设计可以极大地降低产品的生产成本，但已经难以满足当下老年人的需求。成功老龄化的观点认为，老年人对产品审美的要求随着社会的发展不断提高,从对单一功能性的需求提升为情感上的需求

。以往的仅具有基本功能的助行器产品设计难以满足当下老年用户的审美需求，市场需要更美观、更贴心的助行器设计。在实际的产品外观设计工作中，设计师以自身经验对老年助行器进行设计，可能设计出不符合老年人感性需求的外观，甚至由于过度解读老年人群的特点，设计出的产品让老年人感觉到被区别对待

。作为一种长期使用，且出现在老年人社交活动中的器材，相较于拐杖等其他较成熟的医疗康复器械，老年助行器的设计还处在发展阶段，在外观设计上还有较大探索空间

。

无动力轮式助行器是一种十分常见的助老伴老产品，市面上该类产品的功能已经基本满足有行走障碍的老年人日常使用需求。但该类助行器缺乏外观上的考量，缺乏人文关怀，一味地使用过多的金属材质，会给人冰冷生硬的感觉，在老年人的日常生活环境中显得突兀

。品质较高的助行器采用了更符合人审美的造型，整体造型虽然仍受限于传统无动力轮式助行器的基本结构，但采用了一些设计技法，使外观更具韵律，作为日常行走要使用的产品，更具有亲和力，能给用户心理上的支撑，也能较好的融入老年人的生活。但目前该类产品很少，有厂商正在尝试生产这种产品，却缺少相关的设计方法。

3 老年人对助行器的感性需求分析

助行器造型中的主要特征为助行器支架的形态，对其进行感性量化分析。眼动追踪试验是感性工学中常用的感性测量方法，该方法相较于口头报告法、出声思维法等记录用户心理活动信息的方法，不用对受测者进行接受专门的训练，能较为直接地获取其对图片的心理活动数据，对老年人群非常友好，因此比较适合用于对助行器支架形态的感性量化分析

。而助行器照的细节特征较多，如果直接采用实际产品的图片进行实验，受试者可能被产品外观中无关紧要的部件吸引，增大实验的误差，无法保持变量单一性，难以针对支架形态特征进行定量分析。因此对筛选出的助行器的外观特征进行简化，去除与支架形态无关的细节，将助行器的支架形态归纳为五类。

通过眼动分析来优选最符合感性意象的助行器支架形态。邀请15 名设计和机械相关专业人员作为眼动追踪试验受测试者。请受测者坐在安装有桌面眼动仪的显示器前，向受测者介绍助行器的基本概念和试验流程，并校准眼动仪。将意象词汇轻巧、简约、稳固、安全、明快、温馨制为6 张词汇图。采用拉丁方设计方法将5 个助行器样本排列在样本图中，防止样本受受测者观察习惯的不同而对试验结果造成的误差。每个受测者会看到意象词汇图5 秒和样本图15 秒，共进行6 个意象词汇的试验。要求受测者寻找与意象词汇最贴切的支架形态样本，找到后凝视该样本，以便后期统计出具体数据。

从成分得分矩阵可知，影响最大的成分1 中，轻便性和简约性最具代表性。对感性形容词影响较大的成分2 和成分3 中，最具代表性的感性意象词汇是稳固、安全、明快和温馨。因此选取轻巧的—笨重的、简约的—复杂的、稳固的—脆弱的、安全的—危险的、明快的—暗淡的、温馨的—冰冷的，这几组最能代表老年人感性需求的词汇作为老年助行器外观的特征描述词汇。

4 基于感性工学的老年助行器外观设计

4.1 老年助行器形态感性分析

通过广泛收集轮式助行器的图片建立样本图库。对收集的图片进行筛选，去除相似度过高和特征模糊的助行器样本，得出14款助行器样本图片。通过分析老年人对助行器的感性需求，搜集相关文献共获取62 个老年助行器外观感性形容词汇。感性词汇是对用户感受的描述，能反映用户对助行器外观的感性需求，建立感性词汇库时需要保证感性词汇的相关性和专业性。以老年助行器的外观特征为主题对62 个词进行分类，去除与主题相关性弱的和意思接近的词语，同时为了防止老年人不能正确理解感性词汇，替换掉对老年人来说不够通俗的词汇。处理后得出12 个感性词汇，分别是简洁的—复杂的，时尚的—传统的，稳固的—脆弱的，大气的—拘谨的，明快的—暗淡的，安全的—危险的，正式的—日常的，温馨的—冰冷的，精致的—粗陋的，轻巧的—笨重的，柔和的—硬朗的，运动的—安静的。

将14 个图片样本和12 组感性词汇建立为语义差异量表。量表共7 个等级，将一组对立的感性词组左侧的形容词和右侧的形容词分别计为3 分和-3 分，例如稳固的—脆弱的的这对意向词组，3 表示非常稳固，-3 表示非常脆弱。将建立的老年助行器样本感性评分量表以问卷形式搜集评价。调研对象为60 岁以上的老年人，请调研对象根据经验感受对助行器图片样本进行打分。共收到53 份答卷。由于从样本的得分中难以直接获取可用于参考的设计要素，因此需要对得到的数据进行降维。把老年助行器样本感性评价得分矩阵输入spss 软件进行因子分析，得出方差解释率数据。分析得出适合选取前3 个公因子进行分析，第一主成分方差贡献率为60.617%，第二主成分方差贡献率为14.24%，第二主成分方差贡献率为9.96%。对3 个公因子的方差贡献率进行轮换，轮换后的累积方差贡献为84.817%。因此靠前的3 个主成分包含所有指标的大多数据，可以替代原始变量。进一步分析得出其成分得分系数矩阵，见表1。

以其中一名受测者的试验结果为例。先导出眼动试验热点图，其中一名收受试者在一个意向词测试中叠加的眼动热区图如图1 所示，图中颜色由红到绿，表示注视时间由长到短，显示红色的部分为关注度最高的区域

。由热区图可以看出受关注较高的是图中右上方的样本，受关注最少的是右下方的样本。但是仅以热点图分析难以得到精确的数据，所以将测试的图片按照样本进行兴趣区域划分，用矩形框选每个样本，并用a1～a5 标注每个兴趣区域

。

助行器现有生产工艺较为成熟，采用的材料主要包括合金、塑料、皮革、织物和橡胶。整体框架采用合金，以保证强度和耐候性，满足安全的需求。在把手、座面和车闸等与人接触的部位，尽量选择较为亲和的、方便成型的材质，以便设计出符合人体工学的造型。助行器的色彩等表面特征会受生产工艺的影响，因此在满足使用和工艺要求的基础上，进行助行器的色彩和材质等外观要素同时进行分析。将市面上的助行器CMF 要素按支架颜色、色彩对比、光滑度和折射率进行分类，如表3 所示。

回归系数标准化值与位于左侧的感性形容词汇正相关，回归系数标准化值越大，说明该表面特征要素越能代表右侧的感性形容词汇。将数据转化为感性意象与表面设计特征要素的对应关系

。得出不同表面特征会对用户的感受产生不同影响。其中浅色调和白色会给人以轻巧的、简约的、明快的、温馨的感觉，黑色和深色调会给人稳固的和安全的感觉。强对比的配色会给人轻巧的、明快的、温馨的感觉，中对比和弱对比会给人简约的、稳固的、安全的感觉。哑光面和多种粗糙度组合的表面会给人正面的反馈，高折射率的表面会给人稳固的、安全的、明快的感觉，低折射率的表面会给人轻巧的、简约的、温馨的感觉。其中黑色、暗色调和大面积的亮面会给人复杂的、脆弱的等负面的反馈，在设计中应当少采用该类表面特征。综合以上因素制作助行器CMF设计方案，如图3 所示。对方案进行满意度和感性意象评价问卷，得出受测者对三个方案都比较满意，与16 个样本的感性意象得分对比，得出CMF 方案2 和CMF 方案3 基本满足老年人的感情需求，而CMF 方案2 的轻便感略有不足，对照感性意象对应表面特征设计建议进行分析，可能是由于方案2 采用了高折射率的支架表面，高折射率的支架表面虽然会带给用户安全、稳固的感觉，但同时也会让用户觉得产品更加笨重。评估结果反应了感性意象对应表面特征设计建议的有效性。

4.2 老年助行器CMF 感性分析

兴趣区域首次注视时间越短，说明越倾向条件反射式的搜索匹配对象，对与受测者而言，该兴趣区域越贴近感性词汇。因为试验要求受测者找到和感性意象词汇最贴切的样本后进行凝视，所以兴趣区域的注视时长越长，该兴趣区域所对应的助行器支架形态就越接近受测者的搜寻目标。受测者对某个兴趣区域的浏览次数越多，就说明在进行意象词汇感知后对该兴趣区域的认同感越高

。导出15 名受试者的6 个感性意象的试验数据均值，见表2。根据表中数据比较得出a3 和a2 形态最优，最符合感性意象定位。根据a3 和a2 进行助行器造型设计，得到三个造型方案，如图2 所示，选用AO 图展示效果以排除色彩和照明对造型产生的影响，并对老年人进行问卷，得到造型方案1 的满意度最高。

将老年助行器的表面特征进行参数化，将存在的特征赋值为1，不存在的特征赋值为0，得出所有样本的表面特征要素编码表，见表4。对制作的助行器表面特征样本进行感性意象问卷，共收到31 份答卷。采用多元线性回归对感性词汇与表面特征要素间的关系进行分析，得到感性意象词汇与助行器表面特征之间的回归关系模型，如表5 所示。

以优选的助行器造型方案为基础，在渲染软件中模拟助行器的表面特征，共制作出16 个样本，其中有9 个样本参照现有产品的表面特征，其余7 个样本随机搭配表面特征要素。

负荷频率控制(Load Frequency Control,LFC)能够有效抑制系统频率偏差[2],使系统频率波动保持在电力工业允许的范围内。柴油发电机是参与负荷频率调节的主要电源,其对稳态功率需求具有明显的优势,而对于瞬时功率波动需求存在劣势。通过柴油机调频可以优化稳态功率波动,而储能装置可以对瞬时功率波动进行快速响应并优化系统频率[3-4]。但是,为了保证柴储混合电力系统的稳定运行,需要设计协调控制策略:对不同的频率管理装置进行协调配合,使得各装置能够充分发挥其频率管理的优势;考虑负荷需求功率的不确定性和储能输出功率的扰动性,设计鲁棒负荷频率控制器以提高系统的稳定性。