基于因子分析法的人機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用研究

陳文穎

（寧波大紅鷹學(xué)院，浙江 寧波 315175）

基于因子分析法的人機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用研究

陳文穎

（寧波大紅鷹學(xué)院，浙江 寧波 315175）

本論文主要研究因子分析法在《人機(jī)工程學(xué)》課程中驗(yàn)證性實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的應(yīng)用，尤其是針對(duì)產(chǎn)品人機(jī)設(shè)計(jì)因素的驗(yàn)證分析項(xiàng)目進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐的研究。通過兩輪以上的課程實(shí)踐應(yīng)用，總結(jié)出因子分析法在實(shí)踐項(xiàng)目中的適用范圍、應(yīng)用方法、實(shí)踐步驟等操作性較強(qiáng)的實(shí)踐指導(dǎo)準(zhǔn)則，并在實(shí)際教學(xué)中取得良好效果，是《人機(jī)工程學(xué)》課程實(shí)踐教學(xué)的有益探索。

因子分析；人機(jī)工程；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；量化；項(xiàng)目化

一、概述

人機(jī)工程學(xué)是一門研究人、物及其使用環(huán)境之間相互作用的科學(xué)，它的目標(biāo)是使物、環(huán)境更加易用、適用[1]。在人機(jī)工程學(xué)發(fā)展的過程中，主要致力于解決人在勞作過程中的安全性和舒適性問題，許多人機(jī)工程的改進(jìn)都是建立在慘痛的事故教訓(xùn)上，因此，人機(jī)工程學(xué)的研究和應(yīng)用需要更為客觀、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治龊驮u(píng)價(jià)，數(shù)據(jù)量化成為人機(jī)評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)中的重要依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。因子分析法正是提供了這樣一種客觀的、量化的設(shè)計(jì)分析方法，是將主觀的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)建議量化的重要工具。因子分析的主要目標(biāo)是用少數(shù)因子來描述許多因素或指標(biāo)之間的聯(lián)系[2]，通過量化比對(duì)和排序，能夠較為客觀地描述因子的權(quán)重及其相互關(guān)聯(lián)作用。此前，因子分析法被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)者心理學(xué)、產(chǎn)品市場分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域等，為設(shè)計(jì)人員和決策者提供了由客觀數(shù)據(jù)描述的評(píng)判依據(jù)。將因子分析法應(yīng)用于《人機(jī)工程學(xué)》的研究和實(shí)踐教學(xué)中，能夠提高學(xué)生對(duì)于產(chǎn)品人機(jī)設(shè)計(jì)因素的理解和認(rèn)識(shí)，掌握客觀、量化的人機(jī)分析方法，培養(yǎng)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜藱C(jī)研究和設(shè)計(jì)素養(yǎng)。

二、因子分析法在《人機(jī)工程學(xué)》課程實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義

在目前國內(nèi)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的《人機(jī)工程學(xué)》教學(xué)中，基本以理論實(shí)踐相結(jié)合的方式展開，其中的實(shí)踐教學(xué)尤以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)踐為主。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)大多需要借助專業(yè)的實(shí)驗(yàn)儀器，通過特定的指標(biāo)和數(shù)據(jù)測量，來驗(yàn)證基礎(chǔ)理論。而設(shè)計(jì)性實(shí)踐往往需要學(xué)生理性分析產(chǎn)品、環(huán)境的人機(jī)設(shè)計(jì)因素，評(píng)價(jià)其優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)所學(xué)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)給出人機(jī)改良的建議。這兩類實(shí)踐各有特點(diǎn)，又互為補(bǔ)充（如表1），是人機(jī)工程學(xué)課程實(shí)踐教學(xué)的常用項(xiàng)目。

表1 《人機(jī)工程學(xué)》各類實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)

從以上的對(duì)比中不難發(fā)現(xiàn)，驗(yàn)證性實(shí)踐重在數(shù)據(jù)量化，可進(jìn)行量化對(duì)比，但只涉及基礎(chǔ)理論，而重在應(yīng)用理論的設(shè)計(jì)性實(shí)踐則更多依靠學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合分析評(píng)判能力，很難做到量化對(duì)比。因此，在實(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)生往往會(huì)感到理論與實(shí)踐脫節(jié)，發(fā)現(xiàn)很難將嚴(yán)謹(jǐn)量化的基礎(chǔ)理論的結(jié)論應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)踐中去。在此，引入因子分析法這一量化分析的工具，使得學(xué)生能更好地銜接理論知識(shí)和應(yīng)用實(shí)踐，為產(chǎn)品的人機(jī)學(xué)分析和改良設(shè)計(jì)找到更加可靠、量化的評(píng)價(jià)依據(jù)。

三、因子分析法在實(shí)踐項(xiàng)目中的應(yīng)用實(shí)例

因子分析法在實(shí)踐項(xiàng)目中的應(yīng)用，主要目的是評(píng)測產(chǎn)品的人機(jī)設(shè)計(jì)因子并根據(jù)對(duì)比數(shù)據(jù)提出人機(jī)改良的設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過兩輪的教學(xué)實(shí)踐，積累了一些因子分析法在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的較為成熟的案例，在此就“筷子”的人機(jī)工程學(xué)分析項(xiàng)目為例對(duì)應(yīng)用方法、步驟、注意事項(xiàng)以及可供參考的項(xiàng)目等進(jìn)行探討。

1.應(yīng)用方法與步驟。應(yīng)用因子分析法進(jìn)行人機(jī)分析實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的步驟大致可分為以下幾步：

a.分小組，確定人員。其中的人員包括組織實(shí)驗(yàn)的人員和參與實(shí)驗(yàn)的人員。其中組織實(shí)驗(yàn)的人員需要在前期準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，布置實(shí)驗(yàn)環(huán)境，篩選參與實(shí)驗(yàn)的人員，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)參與人員進(jìn)行引導(dǎo)培訓(xùn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及之后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和探討結(jié)論等工作。參與實(shí)驗(yàn)的人員依據(jù)不同的項(xiàng)目而定，其性別、年齡等屬性要兼顧該產(chǎn)品使用人群的普遍特征。參與人員越多，實(shí)驗(yàn)結(jié)論越準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)規(guī)模越大。以筷子的人機(jī)工程學(xué)分析項(xiàng)目為例，組織實(shí)驗(yàn)人員為3～4人，參與實(shí)驗(yàn)的人員為2名男生、2名女生。

b.分析產(chǎn)品的人機(jī)設(shè)計(jì)因子，確定測試因子。一般產(chǎn)品的人機(jī)設(shè)計(jì)因子包括產(chǎn)品形態(tài)、材質(zhì)、重量、表面材質(zhì)、特定結(jié)構(gòu)、作業(yè)范圍等，需要根據(jù)不同的產(chǎn)品進(jìn)行具體分析。以筷子產(chǎn)品為例，影響用戶使用筷子的因素主要是筷子的截面形狀、整體長度、材質(zhì)和重量等。作為實(shí)踐教學(xué)的項(xiàng)目，宜確定2～3個(gè)因子作為測試因子，在此確定為筷子的材質(zhì)和整體長度作為分析因子展開實(shí)驗(yàn)。

c.收集制作被測模型，制定測試流程。根據(jù)確定的測試因子，可參照常用的產(chǎn)品類型，收集制作被測產(chǎn)品的模型。根據(jù)控制變量的思想，除了測試因子外，其他設(shè)計(jì)因子應(yīng)盡量保持相同。以筷子為例，為模擬用戶在實(shí)際使用筷子時(shí)的場景，確定了兩個(gè)長度、兩種材質(zhì)共四種筷子（如圖1）進(jìn)行測試，筷子的種類和截面形狀基本保持一致。

圖1 不同長度和材質(zhì)的筷子

制定測試流程時(shí)，重點(diǎn)在于選擇合適的測試內(nèi)容。測試內(nèi)容的設(shè)定要接近產(chǎn)品實(shí)際的使用場景。以筷子為例，在使用過程中，用戶一般會(huì)夾取片狀、條狀以及球形的物品。

d.開展測試，記錄數(shù)據(jù)。測試數(shù)據(jù)一般以時(shí)間、數(shù)量等可以量化的指標(biāo)為主，但在過程中需要注意記錄錯(cuò)誤或者失誤的次數(shù)。以筷子的人機(jī)分析項(xiàng)目為例，實(shí)驗(yàn)主要記錄固定時(shí)間內(nèi)夾取的物品數(shù)量，若參與實(shí)驗(yàn)人員將物品掉落就記為一次失誤。

表2 不同長度的筷子在規(guī)定時(shí)間內(nèi)夾取物品的數(shù)量

表3 不同長度的筷子在規(guī)定時(shí)間內(nèi)夾取物品的失誤率

e.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)主要采用對(duì)比分析的方法，可以繪制線形圖、柱狀圖等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比。下圖即為不同筷子長度對(duì)使用的影響。

圖2 不同長度的筷子在使用中的不同效果

通過數(shù)據(jù)的對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)較長的筷子夾取食物的效率更高，但失誤率也更高；兩種筷子在夾取片狀物品時(shí)的準(zhǔn)確率較高。究其原因在于較長的筷子控制距離也較長，導(dǎo)致失誤率增高，而移動(dòng)角度相對(duì)較小，因子總體的效率更高。

相同的實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)用于不同材質(zhì)的筷子測試，可以發(fā)現(xiàn)較為光滑的材質(zhì)在夾取物品時(shí)失誤率較高，但效率更高。分析原因在于與手部接觸的光滑材質(zhì)可以在使用過程中較為靈活，但容易使物品在夾取時(shí)打滑。

綜上所述，在設(shè)計(jì)筷子時(shí)，材質(zhì)對(duì)手部的使用靈活性和夾取靈活性的影響不同，可以考慮增大筷子手部接觸部分的摩擦力，而使筷子前段較為光滑；筷子的長度適宜取中間值，這樣可以兼顧使用效率和準(zhǔn)確率。

2.可參考的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)對(duì)象尤為重要。實(shí)驗(yàn)對(duì)象可選擇人們使用較多的工具、家具、界面等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品適宜分析人機(jī)因素。經(jīng)過兩輪的實(shí)踐教學(xué)，積累了以下的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：

表4 可參考的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

四、結(jié)論

人機(jī)工程學(xué)作為一門交叉學(xué)課，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、機(jī)械裝備設(shè)計(jì)、交通工具設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，也逐漸發(fā)展成工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)必學(xué)的重要學(xué)科內(nèi)容。人機(jī)工程學(xué)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠以量化的數(shù)據(jù)作為依據(jù)，準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馗纳飘a(chǎn)品的易用性和適用性。在教學(xué)中，要將科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)思想傳達(dá)給學(xué)生，需要讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐教學(xué)中充分理解和實(shí)踐應(yīng)用。因子分析法在實(shí)踐項(xiàng)目中的應(yīng)用，可以縮小理論學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用的差距。在實(shí)際的教學(xué)項(xiàng)目中，因?yàn)橐谟邢薜恼n時(shí)內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)條件和找到適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)的規(guī)模不宜過大，而重在傳達(dá)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)理念。

[1]丁玉蘭，人機(jī)工程學(xué)[M].北京理工大學(xué)出版社，2011.

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1674-9324（2014）42-0094-02