基于用户体验的多关节主被动训练仪可用性研究

任英丽，吴诗瑾

基于用户体验的多关节主被动训练仪可用性研究

任英丽，吴诗瑾

(燕山大学艺术与设计学院，河北 秦皇岛 066004)

为提高多关节主被动训练仪的可用性水平，以用户体验理论为基础构建了以用户为触点的多关节主被动训练仪可用性评价指标体系，运用模糊层次分析法(FAHP)和隶属度定量化处理的方法构建多关节主被动训练仪可用性评价模型。以某公司生产的一款多关节主被动训练仪为例，先由专家测评确定评价指标并计算出各指标因素的权重值，再由评分小组操作该产品后得出对每项可用性评价指标的评价等级，结合多关节主被动训练仪可用性评价模型计算得出最终的评价结果。结果表明，运用该模型能对产品的可用性进行全面准确的评价，进而发现产品存在的可用性问题，提出改进意见，为产品的升级创新提供参考。

可用性评价；用户体验；产品设计；多关节主被动训练仪；模糊层次分析法

多关节主被动训练仪是一款协助上肢或下肢功能障碍患者进行康复训练的康复医疗设备，含主动和被动2种模式[1]。用户在使用多关节主被动训练仪时经常会出现操作不规范、认知不清晰、有心理抵触的情况，难以达到预期的康复训练效果。如何发现产品中存在的可用性问题、提升产品的可用性成为亟待解决的问题。

可用性(usability)最早于20世纪70年代被提出，并作为IT产品的重要质量指标，在ISO9241标准中可用性的定义为“对于用户来说，产品能被有效、高效并且令人满意地达到特定目标的程度”[2]，可用性是每个产品都具有的品质，但可用性更加倾向于产品本身，对用户的关注稍显缺失，而使用者对于产品的评价并不只着眼于产品本身的可用性。用户体验(user experience，UE/UX)的概念是在可用性概念的基础之上于1995提出的，其更加关注用户心理和需求(包括用户产生的想法、感触和感知)，更凸显用户和产品之间的交互过程[3]，用户体验的研究对象为用户本身，是对传统的可用性概念的发展，是用户体验领域的基础[4]。现普遍认可的是ISO 9241-210标准对用户体验的定义，即人们对于使用或期望使用的产品、系统或服务的感受和回应。同时界定了用户体验的主体是“人”，用户的感受和反馈为其重要影响因素，强调体验的主观性。通过用户对产品、系统或服务的体验或使用挖掘出用户对产品的需求和评价，进而提升产品的可用性。

目前，可用性测试(usability testing)多为定性化的方法，如焦点小组法、调查问卷法等，其被用于描述某个问题产生的原由，进而找出解决问题的方法，但缺乏定量可用性评价信息，而评价信息的定量化处理在评价可用性问题时更为高效[5]，因此其朝着量化研究的方向发展。如黄薇等[6]提出情感等主观因素和产品属性的量化评估是可用性研究的重要影响因素，并强调感性认知与物理属性相互转化的重要性；张一凡[7]将定性与定量相结合的多指标评价方法运用到产品后期评价阶段，对老年人陪护机器人设计方案的人机交互系统的可用性进行评价分析，为相关领域的可用性研究提供了理论与技术支撑。以定量化的数据分析为核心的可用性评估方法在效率和准确性上具有明显优势，规避了因评估人员的水平不同造成的评价结果不一致的弊端。

模糊层次分析法(fuzzy analytic hierarchy process，FAHP)作为一种系统分析方法，具有定性与定量相结合的特点，该方法能够将感性的评价指标进行定量化转换，从而提高评估的效率和可靠性，同时简化了评估流程。FAHP方法被广泛应用于不同类型的产品可用性研究中。黄河和杨明刚[8]结合FAHP方法建立了基于感性评价的老年人智能手表可用性评价体系，将感性评价进行量化验证了该方法的有效性。张东方[9]将FAHP方法运用到立体车库人机界面的可用性研究，并证明了该方法的有效性；RAMANAYAKA等[10]运用FAHP方法构建了图书馆网站可用性评价框架，对其进行了定量化的评估，从而发现了图书馆网站存在的可用性问题。

最大隶属度原则在运用FAHP方法得出评价最终结果时较为常用，但对最大隶属度原则的适用性进行检验的研究较少，致使评价结果准确性较低，为了规避此类弊端，本文将FAHP方法与最大隶属度原则适用性检验相结合，并对隶属度进行定量化处理，以此对产品的可用性进行评估。

本文从用户的角度出发，基于用户体验理论，运用将FAHP方法与隶属度定量化处理相结合的方法，构建多关节主被动训练仪产品可用性综合评价的数学模型，并运用该模型对现有的多关节主被动训练仪进行可用性评价，对评价结果进行分析并提出改进方案。

1 用户体验层次与可用性分析

本能层、行为层和反思层是诺曼用户体验理论的3个层次[11]，据此可将用户使用产品的体验过程分为直觉体验、过程体验和经历体验[12]。可用性是不同产品的共同特性。用户对产品最直接的感受是对产品外观的感知，SEVA等[13]提出了外观可用性的概念；LODHI[14]将任务操作的完成时间、效率和错误频数等非主观因素可用性定义为操作可用性；另外用户使用产品后的感性评价也应作为可用性指标，称作感知可用性[15]。因此，产品的可用性通常被分为外观、操作和感知可用性3个方向。产品的可用性与用户体验层次具有映射关系，如图1 所示。

图1 用户体验层次与产品可用性的对应关系

2 可用性评价模型构建

2.1 可用性评价流程

FAHP方法通常用于对方案的评价指标进行量化，并用于产品可用性的决策，先将不确定的主观感受进行层次划分，再运用模糊数学进行整体综合评价[16]。多关节主被动训练仪的可用性受到众多因素的影响，其评价流程如图2所示，首先确定哪些因素可以作为可用性评价指标；其次运用层次分析法建立可用性评价体系并得出各指标权重；然后运用模糊综合评价法对多关节主被动训练仪进行综合评价；最后分析可用性评价的结果并改进产品的设计方案。

图2 多关节主被动训练仪评价流程

2.2 可用性评价指标构建

多关节主被动训练仪的可用性评价指标要贯穿用户体验的整个过程，并充分考虑用户的实际感受。由于多关节主被动训练仪为康复医疗器械，产品本身所涉及人机工程学的因素同样重要，因此从用户的审美、生理和心理需求以及产品本身所涉及的人机工程学等方面归纳出40个评价指标。采用德菲尔调查法，邀请10名专家对40个评价指标进行评判，并确定了20个最终评价指标进行简单描述，见表1。

表1 最终可用性评价指标与描述

2.3 层次分析法

2.3.1 可用性评价体系建立

运用层次分析法将多关节主被动训练仪的评价体系分为3个层次：目标层、准则层A和指标层A，如图3所示。

图3 多关节主被动训练仪评价体系

2.3.2 判断矩阵构建

运用九级标度法赋值，将准则层的因素进行两两相互比较构造判断矩阵，即

2.3.3 指标权重计算

(1) 计算判断矩阵的各行元素的乘积

(2) 计算次方根

2.3.4 一致性检验

首先计算的最大特征值，即

再进行一致性检验，求评价指标的一致性指标，即

为判定，引入随机一致性指标，取值见表2。

表2 随机一致性指标RI

一致性比率为

通常，当值小于0.1时，矩阵具有满意的一致性，否则需调整,直至值小于0.1。同理，求得指标层各因素的权重值及指标层各矩阵的权向量。

2.4 模糊综合评价

2.4.1 模糊评价矩阵构建

同理，构建准则层评价对象映射到评语集的模糊评判矩阵，即

2.4.2 指标层综合评价

2.4.3 准则层综合评价

由指标层综合评价结果得出准则层评价矩阵=(1,2,···,)T，对准则层综合评价得出模糊评价集，即

2.5 隶属度定量化处理

2.5.1 最大隶属度原则有效性检验

通常利用最大隶属度原则，可从模糊评价集中得出评价结果，但需要对最大隶属度原则的有效性进行检验，其准确性才得以保证。引入有效度指标，该指标说明采用最大隶属原则进行判别的可靠程度，为评价结果的合理性提供了定量化描述[17]。该指标定义为

其中，为最大隶属度；为第二隶属度；为评语的等级数。若≥1，采用最大隶属原则非常有效；若0.5≤＜1.0，为相对有效；若0＜＜0.5，为低效；若=0，为无效。

2.5.2 隶属度定量化处理

若评价集的指标通过有效性检验，则可采用最大隶属度原则直接得出产品的评价等级。若未通过检验，则需要对隶属度进行定量化处理，根据各评价等级表示的数值区间，计算最后评价等级的最高分高和最低分低，再根据分值计算评价结果在各评价区间的概率P，其公式为

其中，为高与低的差值；L为和所对应的评分区间的分值阈值与高或低的差值。P的最大值所在的等级区间即为最终评价结果。

3 实例验证

3.1 确定评价对象

选定某公司生产的一款多关节主被动训练仪的实物产品进行评价，如图4所示。对产品进行评价能够保证用户通过实际的操作体验，得出较为准确客观的评价。

3.2 可用性评价指标权重计算

由10名专家组成测试组，并计算各项评价指标权值。计算可用性评价指标权重，需建立多关节主被动训练仪评价指标的判断矩阵。分别构建目标层对于准则层1~3的判断矩阵0、准则层1对于指标层1116的判断矩阵1、准则层2对于2128的判断矩阵2以及准则层3对于3136的判断矩阵3，判断矩阵0中各指标因素的权重见表3。

图4 多关节主被动训练仪

表3 判断矩阵R0及各因素权重

由实验结果可知=0，说明矩阵0具有完全一致性，得出其权重向量为0=(0.143, 0.429, 0.429)T。

同理，得出指标层判断矩阵1，2，3的权重向量分别为

3.3 可用性综合评价

邀请康复患者20人(有严重肢体障碍的患者按其描述代其打分)、护理人员10人共30人(男、女各15人，平均年龄48.13岁)以小组对该款多关节主被动训练仪进行操作，并分别对20个可用性评价指标进行评价，采用5级李克特量表，将满意程度分为5个等级={好，较好，一般，较不好，不好}，对指标层构建评价矩阵，并进行综合评价，由式(9)和式(11)得出模糊评价集

由式(13)对准则层模糊评价集进行最大隶属度原则有效性检验，即

可见，该情况下采用最大隶属度原则是低效的，故不能在本次评价中运用该原则。需对隶属度进行定量化处理，计算评价结果在各得分区间概率分别为

同理，得出该款产品的外观、操作及感知可用性的综合评价结果分别为：一般、较好和较好。

3.4 结果分析

表4为该款多关节主被动训练仪的可用性评价结果。

表4 可用性评价结果

从评判结果可知，该款产品的整体可用性、操作和感知可用性的评价为较好，表明用户对该产品的操作性、功能性及产品的整体表现是满意的。而该款的外观可用性评价为一般，说明其需要改进。通过分析参评人员对产品各指标的评估统计，发现外观可用性“和谐的、简洁的、美观的、规整的”操作可用性“易调节的”以及感知可用性“舒适的”等指标的评价仅为一般，说明应围绕这些指标进行改进。

3.5 改进方案

根据评价结果及参评人员意见，对该产品进行改进：①围绕“和谐的”指标做出优化，在保证人机尺寸合理以及产品操作性不受影响的前提下，缩小内部结构与外壳之间的距离，进一步协调产品的比例；②围绕“简洁的”指标做出优化，进一步简化形态，将下肢阻尼盘与底座进行归纳整理，将底座的体积进一步精简并做出质量重心前移的调整，使其视觉上更稳定、外观更加统一；③针对“美观性”指标进行改进，优化产品色彩搭配的整体性及协调性，同时对显示器的造型进行再设计，使其看起来更亲切，增加用户使用时的愉悦感；④针对 “规整的”指标做出优化，对安装结构进行调整，将外露式安装方式升级为隐藏式安装，提升用户的视觉安全感；⑤针对“易调节的”指标，将升降旋钮降低位置以便用户调节高度；⑥在“舒适的”指标上，用户反馈足托的穿戴方式繁琐，故在保证舒适性的前提下，对魔术贴的长度及开和方向进行调整，提升用户穿戴的便捷性。改进后的设计方案如图5所示。

图5 多关节主被动训练仪改进方案

为验证改进方案的实际效果，再次邀请30名参评者使用产品后对可用性指标进行满意度打分。运用本文建立的评价模型对改进方案做出评估，其评估结果为：整体可用性、外观可用性、操作可用性均较好；感知可用性好。可以看出改进后的方案在外观可用性及感知可用性上有了明显提升。

4 结 论

多关节主被动训练仪可用性研究有助于提升产品使用黏性。基于用户体验理论，根据用户使用产品的体验过程确定影响该产品可用性的评价指标；运用层次分析法得出权重向量；结合用户体验后的评价结果，运用模糊综合评价法分别对指标层和准则层进行评价，并检验最大隶属度原则的适用性，对隶属度进行定量化分析，以确保评价结果的准确性。该评价模型能充分考虑用户各方面的诉求，并能对产品的可用性进行较为准确、客观的评价。同时也为其他相关康复设备产品的可用性评估与改进提供了参考。

[1] 赵海容, 李继文, 魏俊国. 多关节主被动训练在偏瘫痉挛康复中的疗效[J]. 世界最新医学信息文摘, 2018, 18(29): 40-41. ZHAO H R, LI J W, WEI J G. Effect of multi-joint active and passive trainer in rehabilitation of hemiplegia with spasm [J]. World Latest Medicine Information, 2018, 18(29): 40-41 (in Chinese).

[2] RUBIN J, DANA C. 可用性测试手册[M]. 王超, 邹烨译. 2版. 北京: 人民邮电出版社, 2017: 3-6. RUBIN J, DANA C. Usability testing manual[M]. WANG C, ZOU Y, Trans. 2nd. Beijing: People’s Posts and Telecommunications Press, 2017: 3-6 (in Chinese).

[3] 李永锋, 侍伟伟, 朱丽萍. 基于灰色层次分析法的老年人APP用户体验评价研究[J]. 图学学报, 2018, 39(1): 68-74. LI Y F, SHI W W, ZHU L P. Research on the user experience evaluation of APP for the elder based on grey AHP[J]. Journal of Graphics, 2018, 39(1): 68-74 (in Chinese).

[4] 胡飞, 冯梓昱, 刘典财, 等. 用户体验设计再研究:从概念到方法[J]. 包装工程, 2020, 41(16): 51-63. HU F, FENG Z Y, LIU D C, et al. User experience design: from concept to method[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(16): 51-63 (in Chinese).

[5] BRINKMAN W P, HAAKMA R, BOUWHUIS D G. Towards an empirical method of efficiency testing of system parts: a methodological study[J]. Interacting with Computers, 2007, 19(3): 342-356.

[6] 黄薇, 王菲菲, 吴剑锋. 基于用户情感的个人消费电子产品可用性研究[J]. 轻工机械, 2013, 31(4): 115-118. HUANG W, WANG F F, WU J F. Usability research of personal consumer electronics based on user emotion[J]. Light Industry Machinery, 2013, 31(4): 115-118 (in Chinese).

[7] 张一凡. 基于人机工程的老龄陪伴服务机器人可用性设计研究[D]. 天津: 天津工业大学, 2019. ZHANG Y F. Research on usability design of elderly companion service robot based on man-machine engineering[D]. Tianjin: Tiangong University, 2019(in Chinese).

[8] 黄河, 杨明刚. 基于感性工学的老年人智能产品可用性研究[J]. 机械设计, 2016, 33(4): 109-112. HUANG H, YANG M G. Research on usability of intelligent products for the elderly based on kansei engineering[J]. Journal of Machine Design, 2016, 33(4): 109-112 (in Chinese).

[9] 张东方. 基于FAHP的立体车库人机界面可用性评价方法[J]. 机械设计, 2014, 31(4): 97-100. ZHANG D F. Usability evaluation method on human-machine interface of stereo garage based on FAHP[J]. Journal of Machine Design, 2014, 31(4): 97-100 (in Chinese).

[10] RAMANAYAKA K H, CHEN X Q, SHI B. UNSCALE: a fuzzy-based multi-criteria usability evaluation framework for measuring and evaluating library websites[J]. IETE Technical Review, 2019, 36(4): 412-431.

[11] 唐纳德·A·诺曼. 情感化设计[M]. 付秋芳, 程进三译. 北京: 电子工业出版社, 2005: 5-8. NORMAN D A. Emotional design[M]. FU Q F, CHENG J S, Trans. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2005: 5-8 (in Chinese).

[12] 兰玉琪, 刘湃. 基于用户体验的交互产品情感化研究[J]. 包装工程, 2019, 40(12): 23-28. LAN Y Q, LIU P. Emotionalization of interactive products based on user experience[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(12): 23-28 (in Chinese).

[13] SEVA R R, GOSIACO K G T, SANTOS M C E D, et al. Product design enhancement using apparent usability and affective quality[J]. Applied Ergonomics, 2011, 42(3): 511-517.

[14] LODHI A. Usability heuristics as an assessment parameter: for performing usability testing[C]//2010 2th International Conference on Software Technology and Engineering. New York: IEEE Press, 2010: 256-259.

[15] SONDEREGGER A, SAUER J. The influence of design aesthetics in usability testing: effects on user performance and perceived usability[J]. Applied Ergonomics, 2010, 41(3): 403-410.

[16] 李佳璐, 涂细凯, 伍赛, 等. 基于用户体验的外骨骼机器人舒适性研究[J]. 机械设计, 2019, 36(7): 125-130. LI J L, TU X K, WU S, et al. Study of exoskeleton robot comfort based on user experience[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(7): 125-130 (in Chinese).

[17] 朱小飞, 王永君, 李大军. 模糊评价中最大隶属度原则有效性检验[J]. 测绘与空间地理信息, 2016, 39(5): 135-137, 143. ZHU X F, WANG Y J, LI D J. The effectiveness test of the maximum membership principle in fuzzy comprehensive evaluation[J]. Geomatics & Spatial Information Technology, 2016, 39(5): 135-137, 143(in Chinese).

Usability evaluation and application of multi-joint active and passive trainer based on user experience

REN Ying-li, WU Shi-jin

(School of Art and Design, Yanshan University, Qinhuangdao Hebei 066004, China)

In order to improve the usability of multi-joint active and passive trainer, the usability evaluation index system of multi-joint active and passive trainer was constructed based on the user experience theory, and the usability evaluation model of multi-joint active and passive trainer was constructed through the fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) and the membership quantitative processing method. Taking a multi-joint active and passive trainer produced by some company as an example, the evaluation index was determined by expert evaluation and the weight value of each index factor was calculated. Then the evaluation grade of each usability evaluation index was generated after the product was operated by the scoring team, and the final evaluation result was yielded based on the usability evaluation model of multi-joint active and passive trainer. The results show that the product usability can be evaluated comprehensively and accurately using the model, and then the usability problems can be identified and improvements can be proposed, thus informing the upgrading and innovation of products.

usability evaluation; user experience; product design; multi-joint active and passive trainer; fuzzy analytic hierarchy process

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2021020325

A

2095-302X(2021)02-0325-07

2020-07-13；

13 July，2020；

2020-09-21

21 September，2020

任英丽(1972–)，女，辽宁阜新人，副教授，硕士，硕士生导师。主要研究方向为服务设计、产品设计等。E-mail：80274611@qq.com

REN Ying-li (1972-), female, associate professor, master. Her main research interests cover service design, product design, etc. E-mail：80274611@qq.com