人类工效学国际标准在设计中的方法运用

吴剑

摘要：易用性逐步代替产品性能，成为用户最关注的点之一，许多企业已经高度重视设计过程中的用户体验。1973年国际工效学协会正式考虑发布首个人类工效学国际标准，之后越来越多的国际和区域标准工作组成立，发布了大量设计指导规范。通过对国际上相关工效学标准的深入研究，可以帮助设计师在倾听用户心声前后完善产品，从细节上提升产品竞争力。本文基于多年来在企业内部的设计剑新实践，以家电产品设计过程中的一个具体案例，展现出国际标准中相关测量方法，数据处理的过程，以及对产品设计规范的价值。

关键词：国际标准，人类工效学，使用性測试，设计过程

中图分类号：R857 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2018）09-0096-04

引言

在竞争激烈的商品过剩时代，如何凸显产品的优势，快速吸引消费者，是每一个品牌和产品设计人员需要解决的问题。除了过硬的质量、良好的品牌效应以及优秀的外观设计之外，人性化设计是吸引用户的重要指标。人性化设计的基础就是人类工效学（欧洲称为人机工程学，美国称为人因工程学，日本称为人间工学，以下统称人类工效学），本身也是一项跨学科的知识，包含人的因素和相关环境知识及技术。传统意义上，是为了更好地掌握机器，更好地体现机器效能。随着技术的发展和机器种类的增多，则扩大到改善人的工作环境，降低对人的健康、安全和行为方面可能出现的不利影响，提高工作效果和效率。在更高技术水平阶段，充分考虑整体系统，把人类工效学应用到系统设计上，充分研究人的能力、技能、极限、需要，则会从根本上解决许多问题，实现最具竞争力的产品方案。

一、人类工效学国际标准组织的建立

（一）人类工效学研究的起步

人类工效学的起步非常早，但是大多数来自于千百年以来对劳动经验的朴素积累，例如滚动的劳动强度远远低于滑动，滑动又大大低于搬动。单个农夫通过合理设计的滑轮结构可以达到数个农夫共同劳动的产出，并且丝毫没有身体的伤害和体能的透支。这些经验还不能称之为科学，因为真正的发展是在近代随着人和机器的越来越多的操作关系而创立。泰勒先生（Frederick Winslow Taylor）是著名的管理学家，他推出的泰勒工作制开启了企业生产流程精细化管理的新时代。在1911年发布的《科学管理原理》一书中，他描述了重要的铁锹实验。为了测算更高的工作效率，他取消了工人自己携带工具的制度，同时设计74把铁锹，分别约为5公斤、10公斤、17公斤和30公斤，其大小相同但是负载量不同。他安排同一个工人在完成同样大小的装卸作业量，发现使用10公斤的铲子时候，工人的效率最高，在此基础上，每一个工人都可以达到原来最佳的工人日工作量。经过大量的分类和重复性对比实验，他认为，任何工作包括体能工作是可以标准化、规范化的，而且经过精心设计的工艺步骤能够大大提高劳动效率。在泰勒实验的基础之上，许多科学家结合应用心理学、现代医学原理对人操作工具、机械的动作进行了精确测量和重复实验，观察到重复工作状态下疲劳、环境、心理等因素对效率的影响，并提出了相应的解决方案。虽然有很多的点滴经验，但是没有能形成通用性的法则，更无从形成可以广泛应用的标准。

一战和二战这两次全球军事冲突客观上促进了工效学的大发展。战争的规模覆盖全球70%的人口，横跨大半个地球，可连续发射的自动武器、潜艇、装甲车辆、高速飞行器等为代表的热兵器不断改变战争的形态，武器的全新设计必须充分考虑军人的生理和心理特征，既要突破机器的机械性能，又不能超越人的生理极限；既要让文盲水平的士兵也可以快速使用高性能兵器，也要使武器对操作者的意外伤害趋近于零，以节约宝贵的人力成本，最大程度杀伤敌人。这催生了现代工效学的系统化发展，并且不断积累形成设计原则和制造规范。在战后的重建岁月里，战时武器设计和制造所积累的易学习、易用性、容错性等知识在工业企业得到了高度重视。为了更好地服务各个行业，1961年国际工效学协会（International Ergonomics Association，简称IEA）在瑞典斯德哥尔摩成立。此后欧洲、日本和美国等工业强国都成立了工效学的专业研究机构，国家和企业大力支持高校展开研究，并且与企业的具体问题相结合。由于战后各国都对人的价值充分反思，因而人身安全、劳动保护、职业健康等方面的工效学研究最受到政府和企业的重视，经过验证的致命性风险规避和紧急救助操作逐渐形成国家和行业标准，得到强制推行。其他安全性略低，但是能够有效提高劳动效率、减低成本的方法也在各个企业得到重视，形成内部的标准作业流程。IEA和其他国家机构的建立，标志着人类工效学研究进入了正规化、学术化、产业化的新阶段，打通行业应用，跨越文化，成为底层、普适性的应用型学科。

（二）国际工效学标准组织的建立

国际标准的宗旨是根据历史积累在某个领域或者综合领域建立一个或者数个国际平台，促进各国各区域的标准规范交流，让优秀标准跨国互相采纳，扩大各国各地域在科技、教育和经济方面的合作，共同提高产业水平。国际三大标准组织都很关注人类工效学相关规范的发展和推动。基于行业的迫切性需求，在IEA等行业协会的持续呼吁下，国际标准化组织（ISO）在1974年成立了人类工效学技术委员会（TC159），由工效学通用原则、人体测量及生物力学、人和系统交互的工效学、物理环境的工效学等4个技术分委会和无障碍设计、针对特殊人群的工效学2个工作组组成。经过各国专家数年的努力，经过对各国现有标准的评估，标准术语统一和实际验证，TC159于1981年发布了第一个人类工效学国际标准——ISO 6385：1981《工作系统设计中的人类工效学原则》，开启了一个新的时代。

ISO/TC159秘书处设在德国标准协会（DIN），有超过30个积极成员国和20多个观察员国。因为涉及领域较多，已经与多个技术委员会和国际组织建立协调机制。在ISO内部与工业机械、轨道车辆、道路车辆、农业设备、林业设备、载重设备、航空航天器、服装、配饰、残疾人用技术装置与辅助器、个人安全等30多个技术委员会建立联络制度。同时与国际电工委员会（IEC）、国际电信联盟等2个国际标准组织，欧洲委员会、欧洲科学院、国际卫生组织、国际劳工组织、国际人类工效学学会等5个国际和区域组织有着紧密联络机制。

技术专家们对人体类型（尺寸、活动范围、力量等）、人体反应（反射、时间、速度等）、环境色彩、舒适度（热、心理）、感官感受（视觉、听觉、触觉、味觉等）、操作、事故分析等进行充分研究，结合许多实验得出了很好的法则。进入信息化时代之后，许多虚拟但是必须的服务成为很重要的生活必需品，行业对此进行了大量统计和归纳，得出了针对复杂、多维内容的管理和高效率的操作习惯总结，形成更丰富的体验设计原则。人类工效学标准化的关注范围正在从机械设计、工业制造、作业范围、工作场所、周边环境等传统行业，向IT技术、社会服务、智能硬件、共享服务等方面迅猛發展，特别在经常发生快速变化或系统级调整的高度创新领域和商业模式。人类工效学的介入能够明显提高用户效率，减少培训和支出，改善用户体验，增加用户黏度。日常生活中我们所熟知的常用符号、按键、旋钮、灯光、触摸屏等常规设计，已经形成跨文化、跨国界的一致性设计标准，得到了广泛应用，形成人类共同的认知文化。

二、人类工效学相关国内外标准的现状

（一）国际标准的发展情况

标准是现代化制造的基本规范，人类工效学是现代产品的基础。目前已发布的人类工效学国际标准共131项，起草中的有24项。经过四十多年的发展，国际标准的覆盖范围跨越了人适应机器、机器适应人、人机相互适应三个阶段，从简单研究个体，发展到综合研究人的社会属性，深入到人、机和环境三者协调的新时代。最初工效学在机械产品的设计和制造中得到广泛和深入的研究，伴随着信息产业和先进制造技术的发展，制造业和软件业对未来进行了深入思考。各行业普遍认可人的主体地位，一致认同应当把人作为核心，产品和服务应围绕人的本性进行思考。在技术达到相当高度的领域，都应让机器充分智能化，以适应人，而不是简单让人服从机器，训练人的习惯性以匹配机器的机械运转。相关标准也着眼于此，通过规范环境要素，确定测量方法，通过标准化的方式，指导工业制成品与人进一步适应。

基于以上考虑，各发达国家和国际组织都建立了相应的标准，指导企业和学术机构开展此方面的研究，并鼓励投入实际运用，其中包括英国标准BS EN ISO 13407：1999、国际标准ISO 13407 1999、ISO9241和中国国家标准GB/T 18978.10。CIF是由美国主要的软件产品供货商和采购商发起，由美国国家技术标准局主持制定的通用工业规范使用性报告。ISO13407是以交互式的、人为中心的设计过程的国际标准。主要描述以用户为中心的开发原则。根据该标准可以检查产品在开发过程中是否采取了以用户为中心的原则。ISO9241则是在办公室下交互式计算机的人类功效的国际标准，由17部分组成。根据人类功效学和使用性原理，分别对各种硬设备属性和软件接口设计问题作了详细的规定和建议，可以对一个产品的设计是否符合该标准进行评估和认证。

日本通产省在1998年10月把ISO13407传递给各工业协会。第二年春天ISO13407开始在各生产厂家传播，但是那时候人们对其实质还没有真正的认识，甚至以为是ISO9000的第二版本。2000年开始，部分企业开始意识到“用户可利用价值”的重要性，认为如果不提前考虑用户使用性的话就会落在其他企业的后面，失去竞争的优势。因此从2001年开始，很多企业开始在公司内部设立用户测试的组织结构和认证。其中在汽车企业和消费电子领域尤为突出，也是日本制造业持续强大的原因之一，日本产品始终以关爱、人性化而被用户记住。

（二）我国的国家标准发展情况

中国的人类工效学起步较晚，和学科发源于早期的工业和军事装备类似，虽然20世纪60年代国防科委某研究所曾结合枪械、坦克、飞机、船舶设计做过一些实验研究工作，但是作为一门学科，直到80年代初才确立起来，相关研究院所陆续开始建立研究团队。1980年封根泉先生编著的中国第一本专著《人体工程学》出版。1981年中科院心理所和中国标准化研究所共同建立了国家人类工效学标准化技术委员会，开始导入国际标准，起草国家标准。军事装备部门也设立了军品工效学技术规格，要求军品开发要充分考虑到舒适性和效率，相关要求应作为定型指标之一。近20年来，全国人类工效学标准化技术委员会共采纳国际标准近10项，起草制定国家标准超过40项，包含基础标准3项，人体测量和生物力学相关标准数十项，人和系统交互工效学标准10多项，极大推动了我国在此方面科研的发展。

随着我国社会和经济的不断发展，技术不断进步，越来越多的行业和公司真正重视这门学科，开始学习并在具体行业应用。目前互联网服务、软件、家电、家具行业已经形成一定的创新能力，体现在产品的市场竞争力上，获得了许多用户的好评。

三、国际标准中常用的产品使用性分析方法

（一）常用的基本方法

国际标准中有大量的研究方法、测量方式和参考数值，适用于各个行业和领域。通用方法虽然多，但是不同行业的指标差异较大，测量精确要求不一，包括开发流程差别较大，还是有不同的借鉴。从应用程度来看，基本有以下几项基本方法。

1启动：如使用计算机软件和模拟仿真，在西方国家已经成型，适用于流程化和专项的评估。缺点是适用面小，有局限性，引进代价高。2.经验：有真实的用户参与测量，如焦点小组、Usability Test。缺点是一定要保证找到真实的用户，否则会歪曲测试结果，没有分析价值甚至误导结论。3.正式模型：使用已建立的心理模型，使用标准ISO9241、ISO13047、UMM（使用性成熟度）、CIF，缺点是难于操作、复杂、工作量大。4.非正式模型：基于技巧、原则和测试者的经验，进行单独评估。此方法是为了挖掘问题，节省用户开支，简化测试过程，更早期介入项目，由90年代HCI大会上发展而来的。优点是节省用户的费用，可以和经验法相补充。

在企业的实际应用当中，由于项目等级、难度、预算和进度要求等不一致，应当结合以上不同的方法综合使用，解决不同类型问题。如果是大型服务系统，应搭建模型，分解任务指标，邀请不同规模的用户群和专家团队从多个维度验证。对于简单陕速的项目，基本采用专家测试的办法，可以在很短时间内发现80%以上的问题。对于用户在日常生活中高频使用的产品，则必须选择真实消费者参与研究过程，以便发现关键性风险。通常选择10～80名用户。

使用性测试（Usability Test）是产品开发，特别是硬件产品设计中的主要方法，在测试产品概念接受度、原型完整性、易用程度和用户满意度方面得到广泛应用，适用于各个阶段的各种保真度原型测试。经过一轮或者几轮筛选，受邀请参与测试的人员都是产品的真正使用者，精确记录的数据可以反应某一类消费群体对产品的真实感受，即使用户出于礼貌给出中性或者正面意见。受邀用户在模拟的生活场景中按照要求完成某一项或者多项任务，可以在产品开发的各个阶段发现致命和细节问题。开发人员可以及时修改设计方案，进行迭代完善。

（二）使用性及其基本原则：

使用性（usability）简单来说，包括两方面含义：简单使用（easy to use）和愉悦使用（joy to use）。具体来说，主要体现在其五个原则：易学性、效率性、一致性、容锴性、满意性。

1.易学性：系统应该易于学习，用户无需借助于帮助系统，即可快速开始应用某些操作。2.效率性：用户能以最小的成本进行生产或者工作；一旦用户学会系统，则可以实现高效率的生产。3.一致性：系统应该易于记忆；一旦用户再次使用该系统，应当不需要花时间重新学习。4.容错性：系统应该可以阻止用户操作错误，或者允许用户改正错误，绝对避免重大错误的发生。5.满意性：使用系统时应当是愉悦的、轻松的，用户对系统以及系统完成任务的结果感到满意。

四、使用性测试等方法的具体应用

使用性测试可以广泛地应用在各类软硬件产品上，甚至说明书、包装箱和广告物料等。日常使用时，以软件产品和高频使用的硬件为多。针对APP和软件的公测即是针对大量用户的普适性测试，可以快速收集软件bug和用户意见，在正式版本之前快速修正。对于硬件行业，通常在新设计之前，对上一代产品或者竞争对手产品进行对比研究，获得用户的反馈。每个项目的样本量不同，基本数量一般在20位左右。在本案例中，我们对上一代透明门冷柜做测试，了解用户对其的反应，从而为换代设计提供参考。

（一）测试背景

相对于普通发泡门冰箱，透明门冷柜和冰箱产品具有美观实用，食品可视，分区合理，放置空间灵活等特点，2000年左右开始在国内市场出现，获得城市消费者的认可。用户基本将其放置在客厅空间，存放水果、饮料、茶叶等物品。经过2次产品更新后，该产品已经达到年销量超过20万台，并从家居空间走向商务空间，被放置在许多公司的会议室。在进行本产品的全新设计时，新的用户需求，现有存储空间和其他使用性问题，是全新设计的重要输入，需要对现有产品和对手样机进行完整的用户研究。

通过本测试，能获得如下图所示结果。

（二）测试的具体过程

具体测试时，我们采取了有主持人陪同的形式。经验丰富的主持人是测试成功的关键因素，需要多年的经验，并根据测试任务要求提前准备场景和问题，检验任务的完成度和平顺度，甚至需要预测试数组。参试者在主持人的引导下，按照场景设计完成任务。同时进行录音和录像。

为了获得用户在真实的生活环境下使用产品的感受，除了在测试环境上尽量还原家庭气氛，我们还准备了一些细分场景，根据日常生活和说明书体现的使用步骤做出相应的任务安排，整个测试在一个用户熟悉的环境中安排进行。

场景是使用性测试成功的最重要环节。良好的场景布置和道具的完整摆放，可以让评测人员更好地感受环境，适应任务需求。为了能够得到用户的真实感受，应当重视任务脚本的编写，将各项子任务糅合到一个综合语境。譬如我们在场景三的设计中这样描述：

场景三，透明门冷柜的使用：

周末，有很多好友來您家聚会，您打开透明门冷柜，从中取出食物招待大家。但是朋友很多，您想腾出一个空间，于是就把透明门冷柜移到旁边的地方。

然后设计具体任务与步骤如下：

任务1，开锁；任务2，取食物：拿出一瓶啤酒、一些水果和2瓶饮料。从制冰盒中取出冰块；任务3，上锁；任务4，移动透明门冷柜到旁边的地方。

按照该款透明门冷柜结构和功能设计我们将整个场景设计为6个部分，包括：温度调节、上锁开锁、摆放物品、拿取物品、制冰取冰和移动。通过这些场景设计让参试者在模拟的家庭中，完成这些工作。

具体测试准备步骤如下：

1.问候受邀用户并简单介绍实验室情况；2.确保现场设备仪器对各种资料采集的可靠性；3.受邀用户背景情况的问卷填写和隐私条款；4.介绍测试流程和评价的方法；5.提醒受邀用户是对产品而不是对其本人的心理或者性格测试；6.提醒受邀用户大声评价产品，即出声思考（Thinking aloud）。

每次场景测试结束后，给予受邀用户足够的时间填写测试后问卷，然后针对与任务直接相关或者不直接发生关联但经常出错或引起关注的内容进行访谈。场景测试全部结束后，对透明门冷柜外观、结构和功能进一步询问了用户的意见和建议，并记录下来。这些内容与录像带一起，将为后来的结果分析提供原始资料。

（三）输出结果和分析

使用性测试的目的很大程度上是为了找出用户操作失误的地方，从而为改进产品和开发新型号创造条件，因此有必要按照一定的原则进行差错分析，找出有共性的错误并分析原因。

错误程度按正式测试的参试者计算，我们这次参试者一共13位，其中2对夫妻是同时参加测试的，因此我们把参试者的人数计算为11位。9位及9位以上参试者出现同样错误，则错误程度为A；7位及7位以上参试者出现同样的错误，则错误程度为B，依此类推，只有1位参试者出现错误，则错误程度为E。错误危害程度按A到E依次递减。

这里将错误的类型分为如下门个方面：

1.任务设计方面的错误（Project False）：部分操作过程不被用户承认，即用户没有按照所设计的操作过程完成任务；2.常识性的错误（General False）：超过了用户的一般使用常识及经验；3.知觉方面的错误（W False）：由于指示的颜色、形状、大小及位置等使用户犯错误；4.解释方面的错误（Jnformation False）：由于信息解释方面的原因使用户犯错误；5.产品质量的错误（Quality False）：指产品质量、功能性的错误。

按照上面的方法，我们把每一类别、每一种程度的错误结果列表统计，最后形成各类问题的汇总，则我们可以根据统计表对不同类别的错误作相应改进。

在产品的用户测试之后，我们得到74个维度、9个方面的30多个问题，其中有3项A类问题，7项一般问题。这些问题对于下一步的造型、空间、系统设计都有很重要的指导作用。尤其是3项关键问题，解决了前几代产品的重大抱怨。用户在使用过程中，部分问题无法描述，只能是以感受不好进行归纳。对于这种无法名状的不满意恰恰是我们需要重点突破的，而非机械和电子的技术点。

结论

人类工效学国际标准中针对环境、人体生理、心理有大量的成熟工具和方法，基本覆盖了人机交互、人与环境交互的各个角度。基于国际标准中对用户单一个体或者群体的具体研究方法例如使用性测试，并借助先进的数据处理方法分析和历史大数据，可以获取到大量的有价值信息，对设计概念和创新设计突破方向的发想有很大帮助。在后面的产品创新过程中，我们可以充分利用国际标准中对于各项指标的建议和综合测试工具，不断完善，设计出更适合目标消费群体的使用习惯、生理和心理特征以及产品的工作环境的良好产品。

根据国际标准中指导原则、相关标准和非标模型，通过企业的大样本量研究表明，通过流程化的方式，凭借实验、观察、沟通、检测等基本的心理学方法，借助于专业人员、先进的采集设备、录音录像设备和测试书面记录，仅10人以内的小范围测试就可以找出产品中80%左右需要改善的地方。对于企业的管理团队、营销部门和工程师来说，工效学手段可以提供观察用户和产品之间互动与反应的机会，利于产品的关键决策，避免产品上市之后的致命性问题和竞争力不足。