量化设计论文范文

第一篇：量化设计论文范文

汽车轻量化铝合金轮毂设计

摘 要：锻造铝合金轮毂与铸造铝合金轮毂相比，性能指标上有明显优势，如重量轻、安全性能高、节能等，但锻造轮毂的应用却处于刚刚起步阶段，仅个别车型中有应用。对现有铸造结构的铝合金轮毂进行减重，通过有限元模拟软件对轻量化轮毂的结构进行性能评价，得出最优化的轻量化设计。

关键词：铝合金轮毂;轻量化设计;性能评价

引言

几何优化设计是将产品设计问题的物理模型转化为数学模型，采用适当的优化算法并借助计算机和运用软件求解该数学模型，从而得出最佳设计方案的一种先进设计方法。汽车轮毂是汽车重要零部件之一，不仅要设计美观大方，而且还要在满足材料性能的要求下实现轻量化设计。在目前日益激烈的市场竞争中，实现产品设计轻量化、节省材料、降低成本是众多企业所追求的目标和发展方向，有着很大的现实意义。

1铝合金轮毂的优势

作为汽车的一个重要部分，轮毂对节能、环境保护、汽车安全和控制具有重大影响，而将铝合金材料用于轮毂制造是汽车体重下降的最典型表现。而中国拥有丰富的铝资源，几乎完全可以回收和再循环，并在环境保护方面具有绝对的优势。①使用铝合金轮毂可以节省燃料。同样大小的铝合金轮毂比钢铁轮毂轻50%左右，如果一辆汽车使用4公斤，就会减少8公斤。每当汽车重量减少1公斤时，每年节省约20升汽油。虽然铝合金轮圈比钢轮圈贵，但其节省的燃料足以支付每辆车长达20000公里的费用。由于铝合金轮毂质量低，发动机负荷降低，从而降低发动机的故障率并延长发动机的寿命。②铝合金轮毂具有良好的散热性，并且整个汽车的安全性很高。铝合金的热传导系数是钢的三倍，在车辆的高速驾驶中，热效应良好。地面摩擦产生的热量可以快速分散，轮毂保持在适当的温度，制动鼓和轮胎不能衰老，从而降低了在相同条件下通过高速驾驶线在长距离上断裂汽车地风险。提高轮胎寿命，保证车辆的正常驾驶，并大大提高汽车高速驾驶的安全性能。③铝合金轮毂真圆，尺寸精度高，整个汽车的驾驶和操作平衡良好。通常，常规钢轮辋的径向和轴向振动值为±1，普通铝合金轮辋±0.5和高档铝合金轮辋±0.3。高精度轮毂可以提高车辆的起动和传动灵敏度，消除车辆体长度和方向盘变动的问题，任意控制方向盘，并且车辆的转弯更轻和更灵活。④坚固耐用铝合金轮毂高电压、冲击和高温强度使得它在汽车工业、航空工业和国防工业中发挥了重要作用。⑤铝合金轮毂的形状良好，易于加工，形状优美。由于钢铁轮毂的生产工艺有限，形状是单调的，刚性的，形状没有变化。该低压铸造方法允许制造具有任意空间表面和形状的铝合金轮毂，以及光泽和颜色效果的组合，该轮毂可以适应不同的型号以提高汽车本身的价值和美丽，满足汽车本身的需要。不同用户的身份和适应现代汽车形状的要求。

2汽车轻量化铝合金轮毂设计

2.1优化前的弯曲试验有限元模拟

按照标准《GB/T5334-2005乘用车车轮性能要求和试验方法》的规定，对铸造轮毂进行弯曲试验的强度分析。弯曲试验中通过试验台夹具将车轮的内轮辋边缘加紧固定，因此有限元前处理中需要对内轮辋边缘进行固定。根据上面描述，弯曲试驗的弯矩为M=2670.5N?m，试验装置中力臂长度为1m，因此，施加在力臂端面的载荷大小为2670.5N。

2.2控制参数

UG NX几何优化控制参数主要有最大约束违例（%）、相对收敛（%）、绝对收敛以及扰动分数等。其中，最大约束违例是控制约束条件的最大违约程度，相对收敛是控制目标函数在收敛时最后两次迭代的百分比变化，绝对收敛是控制目标函数在收敛时最后两次迭代的实际更改，扰动分数是控制迭代的前几次设计变量更改百分比。在本次优化中，这些参数都采用系统默认值。

2.3铝合金轮毂生产工艺设计策略探究

当前时代顾客是消费市场的主要角色，只有做出符合顾客意愿的商品才能促使自身企业实现繁荣的发展，针对汽车生产事业更是如此。因为当前时代各个行业的发展日趋迅速，汽车制造行业也正面临着巨大的生存压力，再加上目前人们对于汽车的消费需求已经不再只是往日的驾驶层面，而应当还包括外观的审美需求，这些都对汽车的生产事业提出了更高的发展要求。基于此，只有生产出具有消费者审美需求的汽车铝合金轮毂，才能有效促进汽车生产企业的稳定发展，进而提高汽车行业的核心竞争力。实现具备审美需求的汽车铝合金轮毂的制造。首先应当调查好消费市场的具体情况，充分了解消费者当前的汽车铝合金轮毂审美取向。而后再实现铝合金轮毂制造方案的编制工作，促使最后制造而成的轮毂能够切实符合顾客的实际需求。最后，还可以使用3D技术来将平面的图形以立体的形式展示出来，再邀请专业的展览人员来观摩这些图形，促使其能够给出详细的改进意见，汽车铝合金轮毂制造企业可以根据专业展览人员的改进意见而对汽车铝合金轮毂生产工艺实现改进，以促使铝合金轮毂的使用性能能够实现稳步的提升。

2.4轮毂参数标准

轮毂参数也要遵循一定的指标，通过以下六条详细说明：①轮辋轮廓的尺寸特征：主要有额定轮辋直径、检查周边、额定直径、操作宽度、轮辋基座的形状和大小、轮辋边缘的形状和大小、轮辋槽的深度和宽度以及孔口的大小。阀门轮辋轮廓大小的特征通常反映轮毂和轮胎的调整要求。各国有不同的标准，例如中国的GB、日本的JIS、美国的TRA和美国的ISO。确定轮辋外侧轮廓曲线的尺寸和形状以确保轮胎和轮胎的安装的适配性。②轮毂连接尺寸特性：包括板式轮辐的中心孔直径、最小安装平面直径、偏距、轮毂螺栓孔数目及轮毂螺栓孔分布圆直径、螺栓孔形状尺寸等。轮毂连接尺寸特性反映轮毂与车桥配合的要求，一般也有标准规定。③轮毂强度：包括疲劳强度、冲击强度以及焊接强度。轮毂强度体现轮毂的工作能力，通常有标准实验方法和不同级别性能要求。且轮毂强度指标必须和配套主机或配套轮胎对负荷和寿命的要求相对应。④轮毂精度：包括轮辋周长偏差、横向和径向跳动量、安装面平面度、气门嘴孔精度、定心精度及断面厚度公差。轮毂精度体现其工作质量，有标准的检测方法和不同水平的控制指标。轮毂精度要适应整车性能要求和保证装车后工作可靠。⑤平衡性：是轮毂相对本身定心基准的动不平衡或静不平衡量，有不同级别的标准。其平衡影响到车辆高速行驶的安全性和稳定性，应按整车的要求加以控制。⑥气密性：是轮毂材质及工艺过程能确保轮辋在一定压力下密封的能力。主要针对无内胎用轻合金轮毂提出，有标准规定。明确轮毂各个参数及指标可保证轮毂结构合理，造型美观，与整车相匹配。

3结语

锻造轮毂轮优化后重量为8.69kg。弯曲试验中，最大等效应力为246MPa，最小等效应力为1.11，铸造轮毂最小安全系数为1.17，两者比较接近，因此，该锻造轮毂为轻量化的最优设计。

参考文献：

[1]朱利民等.汽车铝合金轮毂轻量化技术[J].汽车工艺师，2007.

[2]叶安英等.基于CAE技术的典型轮毂轻量化设计过程研究[J].邢台职业技术学院学报，2010.

[3]宋渊等.铝合金轮毂轻量化设计[D].合肥：合肥工业大学，2014.

作者：郭子龙

第二篇：电动汽车车身轻量化设计刍议

作者简介：孙飞豹(1959—)，男，沈阳工学院，副教授，高级工程师，研究方向;车辆工程。

摘 要：该文基于我国十二五发展新能源汽车科技发展规划、对目前纯电动汽车车身轻量化设计进行了论述、主要针对对国内纯电动汽车应用新材料，新工艺问题进行了对比分析。

关键词：车身轻量化;镁合金;复合材料

一、汽车车身轻量化应用新材料

1.铝合金

与普通低碳钢钢板相比，铝合金具有密度小(2.7g/cm3)、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形等优点，而且由于所有的铝合金都可以回收再生利用，深受环保人士的欢迎。

在工艺方面，根据车身结构设计的需要，可以采用激光束压合成型，将不同厚度的铝板或者用铝板与钢板复合成型，再在表面涂覆防腐蚀材料使其结构轻量化且具有良好的耐腐蚀性。

铝合金已成为仅次于钢材的汽车用金属材料，能够为汽车提供各种铝合金铸件、冲压结构件和拉制的铝型材。铝合金主要用于制造发动机缸体、活塞、进气支管、气缸盖、变速器壳体、矫车的骨架、车身、座椅支架、车轮等部件。

轻质的铝合金车身使车体质量大大减轻，与相同体积的钢铁相比，质量可减轻30%-40%，这意味着更低的油耗和更佳的动力性能。此外，框架结构还可以提高车体的安全性，保护车内设施。我国铝资源丰厚，作为国家战略，应该全力研发并推广轻质铝合金在电动汽车车身及底盘上的应用，降低对铁矿石资源的依赖。

2.镁合金

镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35%，铝材密度的66%。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的盐分中含3.7%的镁。近年来镁合金在世界范围内的增长率高达20%。

铸造镁合金的车门由成型铝材制成的门框和耐碰撞的镁合金骨架、内板组成。另一种镁合金制成的车门，它由内外车门板和中间蜂窝状加强筋构成，每扇门的净质量比传统的钢制车门轻10kg，且刚度极高。随着压铸技术的进步，已可以制造出形状复杂的薄壁镁合金车身零件，如前、后挡板、仪表盘、方向盘等。

3.高强度纤维复合材料

复合材料是一种多相材料，是由有机高分子、无机非金属和金属等原材料复合而成。目前玻璃纤维增强树脂复合材料和碳纤维增强树脂复合材料在汽车上已经获得成功的应用。

玻璃纤维增强树脂复合材料耐腐蚀、绝缘性好，特别是有良好的可塑性，对模具要求较低，对制造车身大型覆盖件的模具加工工艺较简易，生产周期短，成本较低。在矫车和客车上，采用玻璃纤维增强树脂复合材料制造的矫车车身覆盖件、客车前后围覆盖件和货车驾驶室等零部件。

高强度纤维复合材料，特别是碳纤维复合材料(CFRP)，因其质量小，而且具有高强度、高刚性，有良好的耐蠕变与耐腐蚀性，因而是很有前途的汽车用轻量化材料。碳纤维车身比钢质车身可减轻50%的质量，比铝车身轻约30%。碳纤维作为汽车材料，质量轻、强度大，质量仅相当于钢材的20%-30%，硬度却是钢材的10倍以上。汽车制造采用碳纤维材料可以使汽车的轻量化取得突破性进展，实现整车减重效果可以达到50%以上。

二、电动汽车的整车轻量化关键技术工艺

电动汽车车身轻量化的技术工艺重点应该放在新材料的应用及其结构设计、模具设计和相应的工艺制造技术。其中轻量化新材料的成型和焊接工艺尤为突出。

(1)片状膜成型(SMC)、树脂转移成型(RTM)、挤压、注射、液态或半固态等新型成型工艺取代传统冲压工艺。这种工艺特点是产品的一致性好、效率高，但需要非常昂贵的设备与模具投入，整车产品投资在1亿元人民币左右。在一定程度上制约了新能源汽车产业的发展。

(2)粘接、铆接工艺取代传统焊接工艺，它将汽车不同的冲压件按要求精确定位在专用的的工装夹具上，采用大功率的机器人焊接线拼焊成形，其一次性的设备、工装投入仅次于涂装工艺，在工厂面积、作业环境、操作安全方面都有规范要求。这种工艺特点是工艺复杂、投入大。电动汽车在采用轻量化材料和工艺后，必将带来汽车车身设计制造的革命。

三、尾声

综上所述，目前纯电动汽车汽车车身质量的高起点和相对黑色金属的高成本售价、在国家补贴政策的扶持下、已逐步被市场接受。如果采用上述轻质材料必将推动新能源汽车的发展，也将推动电动汽车的推广和应用。

在整车车身設计上立足以现有金属材料为主，辅以轻质复合材料过度。开发推广应用先进的设计软件，在关键结构等部位，部分采用轻质复合材料、已达到轻量化设计的目的。(作者单位：沈阳工学院)

参考文献：

[1] 电动汽车科技发展“十二五”专项规划，中华人民共和国信息与工业化部，2012.3.4

[2] 新能源汽车人才走俏，汽车企业需求大，《职业经理人周刊》，北京华美天骄国际投资管理顾问有限公司，作者：许建英，2011-3-22

作者：孙飞豹

第三篇：以设计思维为导向的产品量化实践

摘要：通过对当代工业设计概念的重新解读，并运用设计思维的理念结合具体的产品交互设计案例采用严谨的数据收集方法和量化手段达成提升产品品质改善用户体验的目的。运用普查法和抽查法相结合的手段对目标人群的行为方式和产品使用环境进行资料收集、获取数据，分析并归纳，运用交互设计手段分析用户行为并定量化，形成产品标准。获得了良好的用户体验。该量化实践的方法和手段可作为交互设计和产品开发的参照手段。

关键词：工业设计 设计思维 用户体验 交互设计 量化

文献标识码：A

引言

工业设计师在产品开发过程中的作用越来越被企业所重视，除了运用科技手段对造型、结构、工艺、材料、色彩等因素进行视觉化整合外，如何让产品在使用过程中获得良好的使用性和用户体验，并运用设计思维和方法分析问题并定量化设计参数，使其成为设计师与工程师沟通的共通语言，协同并引导产品设计，最终达到获得良好用户体验的目标。本文以智能卫浴中智能马桶开盖方式的交互设计为例，探寻产品开发的量化过程和解决方案。

一、概念解读及关联逻辑

(一)工业设计

“设计旨在引导创新，促发商业成功及提供更好质量的生活，是一种将策略性解决问题的过程应用于产品、系统、服务及体验的设计活动”，国际工业设计协会2015年最新的定义中首次引入了“体验”的概念;这里的“体验”即指“用户体验”。可以解读为将工业设计创新的重点由设计、制造批量产品转向重视解决人与产品、服务中产生的问题，进一步达到提升产品服务品质和改善用户体验的目的。

(二)用户体验

1509241-210国际标准化组织发布的定义为“人们对于针对使用或期望使用的产品、系统或者服务的认知印象和回应”，即用户在使用产品、系统或享受服务时所获得的主观感受。

(三)交互设计

“交互设计定义了两个或多个互动的个体之间交流的内容和结构，使之互相配合，共同达成某种目的”，[1]成功的交互设计能有效提升产品操控和服务过程中的用户体验感受。实际上交互设计所关注的并不只是简单的交互行为，“许多现代技术实际上是社会交互的技术，它是信任的技术和情感的纽带。但是社会交互和信任都未被设计到技术中，或者甚至未被考虑到;他们只是在偶然事件中出现，或者只是作为在使用中偶然的副产品中出现”[2]，随着对交互领域的深入理解和不断实践，交互设计正在同技术逐步融合，并转化为技术语言作用于产品开发的过程。随着技术的发展，交互设计媒介已经由传统的视觉UI界面转向更加丰富的机械智能自动反馈、语音交互、手势及体感交互等方式。

二、设计思维模式的解读

(一)柳冠中教授在《事理学方法论》中有如下描述，“设计思维实际上是围绕着问题来展开的，所谓‘问题’是指设计各要素交织在一起时，所产生的关系或矛盾。好的设计一定是问题的良好协调统一体。”[3]‘研究问题的方法通常是通过观察问题一分析问题一归纳问题到联想一创造，乃至在全过程中不断评价、修正和解决问题的模式来构筑的……，其最终的目标就是要学会用系统方式来解决问题”[3]。

(二)IDEO总裁迪姆-布朗认为，“设计思维是以人为本的利用设计师敏感性以及设计方法在满足技术可实现性和商业可行性的前提下来满足人们需求的设计精神与方法。”

“设计思维是一套创新探索的方法论系统，它有两大核心理念：以人为本的设计+同理心。”。 设计思维模式实际上就是设计师基于人本原则，运用综合的知识结构，科学地分析和发现问题、解构问题并针对性地找出解决问题的方法以及在整个过程中所采取的系统性的思维方式。

三、用户行为和使用环境调研方式及结论

(一)以智能坐便器感应开盖功能的交互设计为例，针对用户的使用环境和如厕习惯采取如下调研方式：

1.定向问卷调研法：由于如厕行为为个人隐私故采取匿名问卷的方式进行调研，根据性别及不同年龄层进行问卷设置，对现有用户和潜在客户进行问卷的定向投放，获取如厕行为和产品功能需求信息。

2.普查法：主要用于调研住宅的卫生间国家设计标准、行业设计标准。

由于产品的使用环境主要受政策、法规和相关设计标准的影响，故采取普查的手段对目标市场所有设计相关的强制性和指导性标准进行全面调研并尽可能全面地收集与标准相关的资料，做到尽可能全面和完整。

3.重点抽样调查法：为研究现有卫生间环境，避免数据量过大而产生调研工作量大、效率低下的问题，对重点地区、重点城市和重点住宅小区及在售楼盘进行抽样调查法进行调研，获得相关数据。

(二)结论

1.多数人普遍认为马桶盖板和座圈是最容易被尿液污染的部位，会有不洁的心理暗示，在使用马桶行为过程中并不情愿用手直接触碰这些部位，另外如孕妇、老人或者脊椎有病变的一些特殊人群，在弯腰开启马桶盖时都会伴随一定的身体障碍。这也进一步验证了当初设置自动感应式开盖功能的必要性。

2.调研获得的卫生间使用环境参数和功能布局参数为后续数据分析提供了参照依据。四、数据取样及量化的必要性

(一)正确认识数据的作用

设计人员面对数据的态度存在较大分歧。“我們听到来自于设计团队的最大挑战是如何使用他们收集的数据来驱动新产品概念。有些人希望数据能直接告诉他们该做什么，另一些人则担心数据会对他们造成太多限制。”造成这种矛盾观念的原因之一是对数据在产品开发过程中发挥的作用认知不足。”[4]

“数据是一种工具，它并不直接作用于或者限制产品开发过程，它创造了发明的情境。”[4]书中作者认为数据并不直接作用于产品开发，这种观点是在当初的时代背景和科技发展条件下所产生，在现在来看具有明显的局限性，当今互联网科技以及各种实体智能制造业的产品设计开发都表明，数据不仅直接作用于产品开发，并对产品开发的成功有着举足轻重的影响。

数据不但可直接作用于产品，甚至成为产品开发不可或缺的元素，在开发过程中，获取调研数据并从中抽离出有用数据并加以利用，是现代产品设计获得成功的关键因素，利用调研数据并甄选有用的数据信息加以利用，是设计师必须掌握得技能之一。

产品工程师所使用的设计语言和图纸绝大多数是靠数字来进行表达和描述的，功能的实现也是要经过定量的、数字化的过程，数据是设计师和工程师之间沟通的桥梁，工业设计师如果能将交互体验诉求转化为量化的数据进行描述，无疑能够更精准地表达设计意图，同时减少了沟通过程中因理解不同造成设计结果的偏差。

数据的采集手段之一是度量。“度量使设计和评价过程增添了结构化的元素，能够给予调查的结果以更好的理解，同时给决策者也提供了重要的信息。”[5]

(二)合理采集和利用数据。

“设计过程需要引导你研究数据，以便发现增强用户旅程所需要的内容或者条件。”[4]

在产品的交互设计过程中，情景的设计都来自于对市场的研究，将用户体验这种主观的、感性的、模糊的感受转化为精准的量化描述，这个过程需要严谨的逻辑和准确的调研数据作为基础，最终完成有效的用户模型和产品模型的建立，为产品开发者提供设计依据。

五、产品交互设计的量化过程

在智能座便器感应开盖的交互设计中，将感应开盖具体使用场景和目标人群作为前期调研的重点，采取上述第三项所描述的调研手段展开调研，对调研结果进行归纳，针对调研中所涉及的关键特征、交互行为和使用场景，遵循以人为本的原则进行分析并根据设计需求将问题细化、分解并分别进行数据采集和量化，所得数据集中汇总后作为环境模型和用户模型建立的重要组成部分和后续产品设计的依据。

(一)典型卫生间模型的建立

1.设计标准数据的获取

(1)卫生间设计标准数据的搜集。在调研中搜集和整理了国家及建筑行业颁发的多项有关住宅卫生间设计的技术标准，对其中推荐的73种卫生间布局进行了分析，从中获取不同卫生间的整体使用面积参数，综合其中具有代表性的34种卫生间模板，功能上有单独马桶布局、马桶+洗脸台、马桶+洗脸台+淋浴房/浴盆等三种布局，面积涵盖了1.35m2-7.2m2。

(2)卫生器具尺度。重点调研占据卫生间主要面积的三大功能产品，洗脸台、淋浴房/浴盆和马桶等主要卫浴产品和设施的相关设计标准和安装要求等信息，采集其中与交互空间相关的具有代表性的尺度数据。着重对外形尺寸和安装数据进行采集。

2.实际场景及设施的抽样数据验证

(1)卫生间面积抽样数据。针对上述获得的卫生间面积数据，对全国不同地域的大中型城市在售楼盘和住宅小区进行抽样调查，样本涵盖了老旧小区、经济适用住宅和商品房等卫生间布局，将获得的实测数据与设计标准数据进行比对，验证实际数据和设计数据之间的差异并对之前收集的资料作出补充和修正。

(2)卫生器具产品数据。针对洗浴、洗漱和如厕三大功能产品根据品牌进行分类，对线下实体销售店和电商销售平台等进行产品规格尺寸数据的收集，通过与设计标准数据比对后作出调整和补充。

3.卫生间典型功能布局。以上述获得的34种卫生间标准模板为基础，将卫生间按洗漱、洗浴和如厕三大功能布局进行进一步归纳，将洗脸台和淋浴房/浴盆与马桶的相对位置关系作为参照，划分为三种卫生间功能布局：即并列排布型、直角排布型和相对排部型，每一种布局结合面积及长宽比例参数归纳为一种典型布局标准模型，如图1。

4.活动空间面积

(1)卫生间内活动空间。结合上述34种卫生间模板数据及三种典型卫生间功能布局，结合卫生器具的外形及安装尺寸数据，得出每种布局中的有效活动面积作为人体在卫生间内活动的轨迹参照。

(2)马桶前部活动空间。将马桶前方的活动面积从整体活动空间中分离出来，进一步计算出马桶前端的净空面积作为传感器感应范围的界定参数。调研结果显示，马桶前部的净空间最大深度并未随着住宅面积的加大而显著增加，而是在0.6-1.4米的长度范围内波动，80%左右的空间深度处于0.8-1.1米之间，座便器前部的有效活动空间范围是制定人体感应开盖距离的重要依据。

5.人体活动轨迹

进一步分析在卫生间内人的使用行为和各功能区的交互关系，以及使用各卫浴设施时所产生的运动轨迹，找出可能对感应开盖功能产生影响的干扰轨迹，找出干扰轨迹特征与智能马桶正常使用轨迹间的干涉尺寸并确定出传感器响应的极限范围，为电子工程师确定传感器的灵敏度参数避免使用意愿外的触发动作提供了数据参考，如图2。

(二)用户参考模型的建立

1.目标对象人体数据采集。

依据国家权威部门颁布的最新人口普查数据和国家标准，采集设计所需的人体尺寸数据，结合产品技术规格和技术实现能力确定出满足服务的目标群体。

以18至60岁成年男、女性统计数据为基础，抽取了身高、肩高、肩宽、肘关节高、臂长、会阴高及手臂部和腿部的活动范围数据作为制定交互设计的参考依据。

2.动作和行为方式的量化

(1)人体行走速度的量化：人体在接近马桶时，传感器能够正确判断并及时做出开盖反应，结合不同性别、年龄及特殊人群的特点，甄选具有代表性的人群和模特进行实际测量和分析，找出既能适应老年人行动迟缓又能满足青年人的快节奏的运行参数，采用分组测量的手段，将不同人群的行走数据进行实测，并采集足够的样本量，最終计算出能涵盖绝大多数人行走速率的范围区间。

(2)挥手高度及频率：由于智能座便器在交互过程中还无法判断使用者的意图，例如当感应到人体接近时自动打开盖板，但是否要拾起座圈则取决于马桶必须识别出用户是男人并需要小便的行为时才能做出准确判断，利用现有技术手段来实现对人意图的判断难度是非常高的;实际的做法是让用户采用挥动手臂的动作示意马桶拾起座圈。从儿童到不同成年男性的身高和手部挥动时关节的高度差异明显，为使传感器能够正确捕捉挥手动作，必须将挥手高度范围进行量化界定。根据人口普查数据找出所需关键尺寸，根据电子传感器的垂直感应范围参数计算出最佳探测安装角度，如图3。

由于不同年龄的男性在挥动手臂时的动作频率差异较大，为了使传感器能接收真实动作信号并滤除干扰，必须准确确定挥手频率范围。因没有可用数据查证，采取了小范围样本实测的手段来采集不同人挥手时的动作频率和手臂的覆盖范围。后期采取抽样的方法验证实际交互效果，确保挥手控制时的开盖响应。

(3)挥手的水平范围界定：根据不同人群的挥手方式和左右手的使用习惯进行分组实验，并结合人体普查数据和电路传感器探测范围等参数，界定出挥手角度范围及挥手运行时的空间覆盖范围，为传感器的设置提供了参考的依据，如图4。

(4)防误触发区域的界定：根据人体在卫生间使用行为得出的活动轨迹，结合人体测量数据，界定出防止误触发的区域以避免使用其他如淋浴和洗漱的设备时对坐便器感应开盖产生干扰造成误触发开盖动作，量化得出的数据将作为电路设计和软件编程调试的依据。 将上述人体数据、交互行为和产品功能相结合的量化数据进行汇总整理后，建立标准的用户参考模型，并成为后续设计标准制定的参照依据，如图5。

总结

以设计思维为导向，遵循以人为本的理念并结合现代技术手段，建立交互设计系统性解决方案并采取严谨而合理的调研方法，对用户的行为、使用场景和行为逻辑进行系统性分析，将场景数据和行为量化数据相结合，发现问题并找出解决问题的最佳方案将交互过程转化为可以定义和描述的量化数据并形成设计标准，指导设计最终达成提升和改善用户体验的目的。本实践方法可被其他相关产品交互设计开发作为借鉴。.

参考文献

[1]李世国，顾振宇，交互设计[M]北京：中国水利水电出版社，2012： 001-002

[2](美)DONALD A NORMAN.付秋芳，成进三译Emotional Design Why we love (or hate) Everyday Things[M]北京：電子工业出版社，2005： 115-116

[3]柳冠中，事理学方法论[M]上海：上海人民美术出版社，2019： 80-81.

[4](美)凯伦，霍尔兹布拉特，朱上上等译情景交互设计[M]清华大学出版社，2019： 190-191

[5](美)特里斯，阿伯特等用户体验度量[M]北京：机械工业出版社，2009： 8-9

[6]张赫晨，项忠霞.杨君宇，基于多学科交叉的工业设计人才培养模式探索[J]设计，2017，30 (13)：85-87

作者：熊焕勇