場景法優化的艙式熏蒸機迭代設計研究

付曉莉，黃震，楊樹峰

場景法優化的艙式熏蒸機迭代設計研究

付曉莉，黃震，楊樹峰

（中原工學院，鄭州 451191）

在醫療器械智能化、人性化發展的時代背景下，艙式熏蒸產品款式老舊、用戶滿意度低的問題日益凸顯，為提升用戶體驗，對艙式熏蒸產品進行迭代設計。基于場景法梳理現有艙式熏蒸機的作業流程，建立醫師、患者、患者陪同人員三者的典型場景；采用交互設計方法深度挖掘交互摩擦點、整理用戶需求，重構具備良好交互性能的目標場景；運用全局人機界面原件（HIEs）解析方法解構艙式熏蒸機，建立功能部件與功能性元器件的映射關系，結合目標場景獲得艙式熏蒸機的功能需求；以黑箱原理創建功能模型，提出艙式熏蒸機各功能部件的設計目標。得出滿足用戶需求的艙式熏蒸機方案，驗證了使用場景法進行產品迭代設計的可行性，為提升同類產品可用性與用戶滿意度提供了設計方向和思路。

艙式熏蒸機；場景法；功能重構；黑箱原理；迭代設計

熏蒸療法作為中醫常用的治療方法，利用藥物蒸汽打開毛孔，使藥物通過皮膚直達病灶，能夠達到改善人體微循環、活血通絡、緩解痙攣、鎮痛等效果[1]。艙式熏蒸機是實現患者全身熏蒸治療的現代醫療器械，具有作用范圍廣、藥物滲透性佳的特點。近年來，人們對康復醫療器械的使用體驗關注度逐漸提高，設計師逐步將人機工程學、人工智能等用于熏蒸機的設計以提高其便捷度和舒適度。李娜等[2]依托PID智能控制器重新設計熏蒸機艙內控溫方案，優化控溫性能，增強熏蒸治療的安全性和舒適性；孔令哲[3]根據人體尺寸研究熏蒸機的主體結構，使用ANSYS Workbench、FLUENT等軟件進行流場分析，研發了自動控溫單片機系統，設計出了具備智能控制功能、符合人機工程學的艙式熏蒸機方案。擁有良好的工作性能、安全性和舒適性是產品保證用戶體驗的基礎，而直接影響用戶使用體驗的是產品的交互性能。

對市場十余款艙式熏蒸機進行調研分析，其中90%的產品僅在外觀及色彩方面有所差異，功能布局及使用流程等方面存在極大趨同性。采用訪談與問卷相結合的方式對使用XY公司的艙式熏蒸機的實際使用場景進行調研，共回收問卷107份，得出80%的醫生將大量時間消耗在功能參數調節、輔助病患治療、日常維護和維修等方面，61.2%的患者反饋在治療過程中因熏蒸機布局不合理體驗感較差。因此，運用場景法分析熏蒸機的使用場景，系統發掘用戶痛點，提升熏蒸機的交互性能，幫助用戶高效舒適地達成治療目標，可以極大地提升用戶的使用體驗。

1 場景法迭代設計流程

區別于以物為設計對象的工業設計方法，場景法主要通過收集與優化用戶行為來指導設計，以系統論的觀點貫穿整個設計流程，將交互場景中人、機、環境三個因素作為一個整體進行分析[4-5]，以減少產品使用過程中的交互摩擦。2005年諾曼（Norman）在某雜志中提出“以用戶為中心的設計可能是有害的”，并將以活動為中心的設計方法作為研究的重點。王玉梅等[6]在產品設計中使用客觀場景來分析用戶需求，以交互設計方法來建造目標場景，經過場景驗證和評估得到實際場景；羅琴等[7]在醫療系統的設計中，基于行為設計學方法發掘用戶行為特征和行為執行方面的潛在需求；王江濤等[8]通過研究用戶的操作行為和認知行為，將用戶體驗量化設計方法用于智能家居產品設計中，降低使用難度，提升了產品可用性；付曉莉等[9]利用實地訪談法、觀察法對用戶行為進行調研，使用人物角色法、頭腦風暴法分析用戶特征，優化兒童康復熏蒸床用戶體驗；王秋惠等[10]整理消殺機器人作業中的典型事故案例，對其工作場景進行邏輯分析，得出以功能、形態、色彩與交互為四項安全要素的產品設計策略。相對于直接根據用戶反饋提出產品改進方法的設計方法，場景法可有效降低用戶主觀意識的干擾性，更易全面感知用戶的真實狀態，保證設計方向的正確性。

迭代設計是一種根據市場反應和用戶反饋，分析總結現有產品的缺陷與不足，并結合產品及企業規劃，對下代產品進行精準優化設計的方法，是目前產品設計常用的方法之一[11]。基于場景法的產品迭代設計包括：運用場景法還原現有產品使用流程，分析用戶行為，發掘交互摩擦點；解構產品以獲取功能部件，并以全局人機界面解析方法找到其與交互摩擦點的映射關系；通過交互設計方法重構目標場景，解決交互摩擦點，設計產品功能模型和實際方案；對新方案進行場景模擬和專家評價，驗證結果的合理性與可行性；迭代流程如圖1所示。

圖1 場景法迭代設計流程

1.1 建立典型場景

典型場景源于大量真實使用場景的觀察和總結，以時間順序描述用戶及用戶行為、使用環境、產品工作狀態[12]，可用于模擬大多數情況下的使用情形。利用典型場景分析提取用戶需求并用于產品設計，能有效解決用戶痛點。如圖2所示，在后續的研究中，按照時間節點將獲得的使用流程分割為場景A、B、C等，以圖形表示各場景中用戶與其他用戶、產品之間的交互行為，線段和箭頭指向表示交互行為及其發起方向。

圖2 典型場景圖示

1.2 產品解構

在產品使用過程中，各部件的功能直接或者間接影響交互行為，依據交互功能解構產品，可探究用戶行為與各功能部件之間的關系。林麗等[13]提出全局人機界面原件（HIES）解析方法，將產品解構為功能性元件，并將其作為影響用戶情感意向的變量進行研究，張芳蘭等[14]將此方法應用于人機產品的用戶需求分析。全局人機界面元件解析方法通過分析產品功能部件和功能性元器件的共同輸入以及視覺、聽覺、觸覺、嗅覺的交互通道，對產品進行功能解構和元器件拆解，建立其映射關系，得到可單獨發揮交互功能的最小功能部件和對應的功能性元器件，實現產品解構，如圖3所示。

圖3 產品解構流程

1.3 交互摩擦點發掘

交互摩擦是由產品交互特征與使用者真正需求的差異性造成的，包含用戶在使用產品過程中產生的生理痛點和心理痛點，源于設計人員對用戶真實行為和使用場景缺乏實質的了解[15]。發掘交互摩擦點，需在典型場景中發現可能存在的用戶受阻行為，映射功能部件設計特征，并針對相關用戶和功能部件，驗證該受阻行為的真實存在性，如圖4所示。

圖4 交互摩擦點分析

1.4 重構目標場景

目標場景的構建以典型場景為基礎，優化用戶交互體驗為主題，與行為動線分析方法相結合[16]，對用戶的行為進行合理分配、排序，尋求交互摩擦點的方案最優解，如圖5所示。提取用戶行為受阻原因，對于功能缺陷、缺失造成的交互摩擦，采用疏通用戶行為流程的方式，對原行為進行繼承式優化；對于行為不合理復合（單個行為中包括一個以上的目標）造成的交互摩擦，以目標為導向，采用拆分、合并、移位的方式重新規劃用戶行為，將優化后的行為帶入目標場景中進行模擬驗證，并通過用戶調研探究其合理性。

圖5 目標場景構建流程

1.5 創建功能模型

創建功能模型是將產品作為一個黑箱系統，不考慮技術性因素，對產品能量、物質、信息的輸入和輸出進行研究的方法。結合產品解構將目標場景中的用戶需求轉變為具體的功能需求[17]，依據功能模型，在后續的設計中保留正向功能、去除負向功能、新增有效功能[18]，結合實際生產制造情況設計新方案。

2 典型使用場景構建與分析

XY公司的XY-VI型坐姿艙式熏蒸機安全性高、適應性強、療效好，廣泛應用于各大醫院中醫科、婦產科、康復科等，但該熏蒸機在使用體驗方面還存在一定的問題，故針對該型號熏蒸機開展設計。

2.1 典型使用場景調研

通過觀察多人次治療流程，訪談企業工程師、銷售人員和操作醫師，得到多組用戶行為歷程，獲取能夠代表大多數治療場景中用戶行為所產生的交互內容，去除發生率低于10%（參考人機工程學中設計產品的通用尺寸時取95-5百分位作為上下限）的用戶行為，總結出一套完整的交互流程。如表1所示，以場景為主線，將治療流程分為：治療準備、治療開始、治療過程前期、治療過程中期、治療結束、下次治療準備共6個階段，經醫師確認，符合實際操作流程。

2.2 熏蒸機解構

拆分現有熏蒸機零部件，結合典型使用場景，采用全局人機界面解析方法，篩選具有交互功能的零部件并定義為功能性元器件，按照各部位產生的交互行為類型將熏蒸機逐步解構為一級功能部件、二級功能部件，并與功能性元器件相對應，功能部件與功能性元器件內容及其對應關系見表2。

表1 典型場景描述

Tab.1 Description of typical scenario

表2 熏蒸機解構

Tab.2 Deconstruction of fumigation machine

3 重構目標場景

3.1 交互摩擦點發掘

交互摩擦點包含環境、人物、目標、行為和關聯功能部件五個維度，其表現形式為用戶使用熏蒸機完成某個目標時的受阻行為。經分析，受阻行為有三種：疑惑，即用戶不知道下一步該做什么或完成某項任務時無法找到合適的工具；重復，即同一個目標需要用戶多次重復某些動作；難以勝任，即任務超出了用戶的能力范圍。

如圖6所示，對各使用者的目標、行為和關聯功能部件進行分析統計，得到典型場景中的行為節點（行為節點編號由場景和關聯功能部件組成）并模擬各行為節點中的交互摩擦點。如圖7所示，實地調查交互摩擦點的真實存在性和優化必要性，保留發生率高于30%的有效交互摩擦點。

圖6 交互摩擦點發掘

3.2 目標場景構建

依據交互摩擦點優化用戶行為，得到目標場景。拆分Ac1中醫師的水量/藥量觀察行為，與Ab1中熏蒸機預熱操作合并。在物料量足的情況下，醫師不必打開物料艙門，減少了醫師的重復動作和無效動作；拆分Db1中患者與醫師的界面操作內容，增強各自交互內容的專一性，降低誤操作概率；在行為節點Ea、Ea2中，將患者身體清理操作移位至艙內，改善患者治療體驗，降低其由于濕氣造成疾病的可能性；針對其他交互摩擦點，通過改善工作方式、減少工作量等方法進行繼承式優化，如表3所示。目標場景表現形式與典型場景相同，故不再列出。

圖7 交互摩擦出現概率

3.3 功能模型創建

功能模型依據目標場景中的用戶行為，在合理范圍內對熏蒸機各功能部件設計特征進行描述，不具備實際的形態。如圖8所示，將用戶行為目標和需求作為輸入，功能及其特征作為輸出，以黑箱方式創建熏蒸機的功能模型。

表3 用戶行為優化

Tab.3 Optimization of user behaviors

圖8 功能模型黑箱

1）界面黑箱。拆分界面中與醫師和患者交互的內容，分別為界面1和界面2。兩部分界面共同點在于用戶操作與界面顯示都符合人機尺寸，確保交互流暢進行。不同點在于界面1針對醫師進行交互，需要顯示處方設置、物料余量、多區歷史溫度顯示、計時提醒等專業功能，界面2面向患者等非專業人員，需要負責報警信息的傳達，適當范圍的溫度調節權限，一些娛樂功能等。

2）熏蒸艙黑箱。艙蓋密封性能好，開合輕便安全；艙內溫度分區設定和監控，保持動態平衡；座椅尺寸多級可調，姿態舒適，透氣性和抗菌性好；滿足患者在艙內清潔自身的需要，提供淋浴水和烘干裝置。

3）蒸汽發生裝置黑箱。優化物料箱蓋開合方式，放置在醫師易操作的位置；蒸汽擴散裝置均勻分布，汽量可控，可拆、易清潔；水路操作裝置簡單有效，滿足多種使用場景；維護通道方便拆卸，覆蓋面廣。

4 方案設計與評價

如圖9所示，依據功能模型進行新款坐姿艙式熏蒸機設計：將面向醫師的界面1置于機體側面，方便醫師操作，降低誤觸概率。將面向患者及陪同人員的界面2置于艙蓋上方，具備報警功能，賦予患者及陪同人員一定的操作權限，體現對患者的人文關懷，通過主副艙門設計，使行動不便的患者也能輕松上下機，且能在艙內進行治療準備和人體清潔工作，如圖10所示。配置高度可調座椅，優化患者操作通道，使患者在舒適的姿態下接受治療；優化了蒸汽發生裝置艙外操作區的位置排布，使醫師和維護人員的操作更便捷，蒸汽擴散裝置做可拆設計，方便清洗殺菌。

圖9 坐姿艙式熏蒸機設計方案

邀請使用原熏蒸機的某醫院24名操作醫師、30名患者和20名企業工程師使用李克特量表法對熏蒸機方案各功能部件的交互性能進行評價。熏蒸機交互性能評價由各評價項目權重和權值的矩陣組成[19]，將單人次治療中用戶執行單目標任務時的平均困難程度表示為（范圍：2-10），平均任務重要性表示為（范圍：2-10），重復次數為，任務種類總數表示為，則各用戶的總負擔指數可表述為：

(1)

圖10 不同治療狀態下的熏蒸機

調研結果如圖11所示，橫坐標表示治療過程中各用戶與熏蒸機發生交互的功能部件，縱坐標表示迭代前后醫生、患者完成該交互的負擔指數。據統計，醫生和患者的交互負擔分別降低為原方案的84.7%、69.5%，考慮到用戶思維慣性，在實際使用過程中，該數值會進一步降低。經企業工程師評價，在合理成本控制下，各功能部件的可實現性均值為76%，最低值63.6%，不可實現的概率為8.85%，最高值為22%，證明了新方案的可行性。

圖11 熏蒸機交互負擔指數調查

5 結語

本研究基于場景法發掘用戶體驗需求，以全局人機界面元件（HIEs）解析方法和黑箱原理重構產品功能模型，用于產品迭代設計。得出以下結論：

1）通過對真實使用場景的觀察和總結得到典型場景，發掘每個時間節點中包含的交互摩擦點，使用拆分、合并、移位、繼承四種行為優化方法解決交互摩擦點，將用戶行為重組、排列，得到了符合用戶真實需求的目標場景。使用HIEs解析方法通過交互功能建立產品功能部件與功能性元器件的映射，結合目標場景得到具有輸入輸出特性的功能模型黑箱，結合實際情況進行新方案設計。

2）將基于場景法的設計流程應用于新款坐姿艙式熏蒸機的設計，方案精準解決了當前的用戶需求，受到了用戶和專家的好評，驗證了使用場景法進行產品設計的可行性。

3）使用場景法主動從使用場景中發掘用戶需求，可以避免設計師和用戶主觀情緒的干擾，提升產品各設計特征的客觀有效性，在不斷的迭代中，產品的使用體驗會愈加完美。

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Iterative Design of Cabin Fumigation Machine Optimized by Scenario Method

FU Xiao-li, HUANG Zhen, YANG Shu-feng

(Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 451191, China)

Under the premise of intelligent and humanized development of medical equipment, the problems of obsolete styles and low user satisfaction of cabin fumigation products have become increasingly prominent. The work aims to conduct iterative design on cabin fumigation product to improve user experience. Based on the scenario method, the operation process of the existing cabin fumigation machine was sorted out, and the typical scenarios of the doctor, the patient, and the patient's accompanying person were established. The interactive design method was used to deeply explore the interactive friction points, organize the user needs, and reconstruct the target scenarios with good interactive performance. The analysis method of human interface elements (HIEs) was used to reconstruct the cabin fumigation machine. The mapping relationship between functional parts and functional components was established. Combining the target scenarios, functional requirements of the cabin fumigation machine were obtained. The functional model was created based on the black box principle, and the design goals of each functional component of the cabin fumigation machine were proposed. A cabin fumigation machine program that meets the needs of users was obtained. It verifies the feasibility of iterative product design with the scenario method and provides design directions and ideas for improving the usability and user satisfaction of similar products.

cabin fumigation machine; scenario method; function reconstruction; black box principle; iterative design

TB472

A

1001-3563(2023)04-0188-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.04.023

2022–09–16

河南省重點研發與推廣專項（科技攻關）（212102210346）

付曉莉（1962—），女，教授，主要研究方向為工業設計技術理論及應用、康復產品工業設計創新方法及應用。

黃震（1995—），男，碩士生，主攻工業設計創新方法及應用。

責任編輯：馬夢遙