1、整合创新设计在机载座舱人机交互中的应用硕士学位论文硕士学位论文整合创新在座舱交互设计中的应用摘要随着科技的发展，产品的技术壁垒越来越薄，产品设计由技术导向转变为设计导向的趋势日益明显。由于产品设计的独特性，相比于艺术设计，更需要重视其商业价值，而商业价值的实现则必须通过用户的认可得以实现，因此产品设计更加注重大众用户的需求和使用习惯，只有真正做到以用户为中心，才能使产品设计创造应有的价值。产品设计发展至今，其设计方法经历了长期的发展过程，产品设计方法关注对用户需求的提取和需求的细分，各种信息获取机器和处理技术的出现，为产品各种能力的突破性提升和实现提供了可能。飞机座舱人机界面一种特殊的产品，它
2、是飞行员了解飞机状态的重要媒介，飞行员通过人机界面提供的飞行信息、导航信息、系统设备状态信息作出相应的判断，对飞机进行操作控制。它与一般的产品相比设计限制更多，安全性要求更高，因此整合创新是进行飞机座舱人机界面设计的最好方法，不完全抛弃既有的已验证设计，但是根据交互理论将飞机座舱人机交互设计进行创新，得到优化的设计效果。良好的交互设计能有效的改善飞机座舱人机交互的使用体验，使得飞行员与飞机之间的信息传达不仅仅局限于界面显示，更加上声音和触觉的提示，最后达到提高飞机驾驶安全性的效果。本文从交互设计和产品设计入手，站在设计师和工程师的双重角度来看待飞机座舱人机交互设计，以飞机航展项目为依托，提出多
3、种改进设计方案，优化设计过程，并依照交互设计理论和座舱设计评估理论对设计方案分析，从中实践整合创新在机载座舱人机交互中的应用。关键词：交互设计，飞机座舱人机交互，用户界面设计，情感化设计AbstractAs the development of technology, the technical barriers to getting thinner and product design from the technology oriented to design-oriented trend is increasingly evident. Due to the unique nature
4、of the design, compared to art and design, but also need to focus on its commercial value, and the realization of business value must be achieved through the user acceptance and therefore pay more attention to product design, public users needs and habits, and only really do to a user-centric in ord
5、er to make products designed to create proper value.Product design development to date, and its design method through a long process of development, product design method concerns the extraction of user needs and requirements of subdivision, to obtain a variety of information processing machines and
6、 technologies, breakthrough capabilities for the product upgrade and implementation possible. Cockpit HMI a special product, which is state of the aircraft pilots understand the importance of the media, the pilot through the interface that provides flight information, navigation information system e
7、quipment status information to make appropriate judgments, the aircraft operational control. Compared with the general design of the product is more restrictive, higher security requirements, thus integrating innovation is carried cockpit human-machine interface design is the best way, do not comple
8、tely abandon the existing verified design, but according to the theory of the aircraft interaction cockpit HCI design innovation, optimize the design effect.Good interaction design can effectively improve the cockpit interactive user experience, making the pilot and the aircraft is not limited to co
9、nvey information between the interface display, and more on the sound and tactile prompts, and finally to improve the effect of driving safety aircraft .In this paper, interaction design and product design from the start, standing designers and engineers of the dual perspective cockpit HCI design, r
10、elying on the airplane airshow project presented a variety of design options to improve and optimize the design process, and in accordance with interaction design cockpit design assessment theory and the theory of design analysis, integration and innovation in practice from airborne cockpit interact
11、ive application.Key Words：Interaction Design, Cockpit Interface, UI, HCI, Emotional Design 图目录表目录第1章 绪论1.1 课题背景交互，是发生在两个或两个以上对象之间交替听、想、说的循环过程1。这与我平常所接触到的交互大不相同，这样的说法是否正确，除了听、想、说之外是否还有其他更有效的或更有趣的方式，我希望进行探索。产品设计发展至今日,已经不仅仅是一个独立的个体,所要考虑的因素太多:技术、情感、信息、商业等等，那么权衡各个因素的关系，在设计中加以考虑，以达到最好的视觉、使用、情感效果就是产品设计师所追求
12、的目标和目前的问题所在。目前，市面上的产品琳琅满目，各种所谓新产品、高科技产品、突破性产品、颠覆性产品充斥着人们的视野，但是事实证明大部分的所谓新产品都沉沙折戟，被淹没于市场的浪潮之中，这是为什么呢？我想这是一个需要思索的问题。现在的时代是一个体验的时代，用户体验在产品设计中所占的比重越来越大，人机交互方式是用户体验最为重要的部分。消费者究竟需要的是什么样的产品，怎样让消费者明白他们需要什么样的产品，怎样让他们想要某样产品，交互在其中扮演了重要的角色。所有的这些都需要交互理论和时间的知道，并且需要实践的验证。1.1.1 交互与交互设计正如前文所说，交互牵扯到两个或以上对象的交流行为。对交互的研
13、究始于计算机科学，近年来取得了长足的进步，并且获得了突破性的发展，随着多媒体技术的发展，交互的方式也变得越来越多样，不仅仅是从形式，更是从媒介、感官、途径各个角度和方位挑战人们的想象力，带来全新的用户体验。正是由于交互的这种独特而强大的魅力，其在物理产品设计方面的应用也越来越多的收到人们的重视并且发展起来。与虚拟产品比较而言，实体产品的关联体更多，不仅仅是计算机技术，人机工程、人体工程等等方面都需要有所考量，这是制约也是突破口，为了达到机器、用户、环境的设计和谐，符合用户的生理心理特点，是人们的工作生活都更加便捷、有趣，交互是不可避免的课题。而至于交互设计，比尔莫格里奇在其经典著作交互设计中提
14、出，简单的说，交互设计是人工制品、环境和系统的行为，以及传达这种行为的外形元素的设计与定义。【2】交互设计 区别于传统的设计学科主要关注或形式或内容和内涵，交互设计首先旨在规划和描述事物的行为方式，然后描述传达这种行为的最有效形式。从用户的角度而言，交互设计是一种如何让产品易用、有效并且让人愉快的技术。对应于上述提到的交互定义，它关注的是交互中一方，即使用用户自身的特点、期望和他们在与产品进行交互时行为，了解“人”本身的心理和行为特征，同时在关注和总结的基础上设计各种有效的交互方式，并且进行某方面的增强和扩充。1.1.2 研究机载座舱人机界面的必要性和重要性为什么选择传统产品的交互作为研究对象
15、？这里的传统产品是指目前一般用户在日常生活可以接触到的电子或电气产品。我认为，相较于花费大量的时间和金钱从头开始创造一个完全新的产品，特别是堆砌了太多高科技概念的产品，利用整合创新的方法将合理的技术应用于传统产品上，对其进行改造，提高其科技价值和信息附加值，更加有利于产品和技术的推广及应用。首先，这样的产品普遍存在于我们的生活之中，而且是生活的必需用品，我们每天几乎都要和他们打交道，人机交互发生的频率非常之高，如果可以改善这类产品的交互，那么对于我们的生活非常有意义。第二，传统产品交互设计的现状。目前我们身边的产品大多只停留在提供必要的服务，完成功能的阶段，在用户使用产品的过程中，只是凭借长此
16、以来被该产品强迫所形成的操作流程进行操作，而并不是按照自己的自然意愿，以灯作为例子，根据不同场合和时间，用户所需要的灯光颜色、强度、聚焦各不相同，当我们在对于物理产品，他们的发展与突破不像多媒体产品那么大，交互方式是被事先规定的，由于人们的认知学习的能力，其交互方式也会变为人们习以为常的交互方式，比如说灯，用按钮开关灯的交互方式就是正确的吗？如果一开始规定的交互方式就是错的呢？我们也许不能说一种交互方式是否是正确的，但这一实现的规定已经限制了我们的想象力，在这种情况下，交互方式就很难有突破。所以完全有必要从本源上去理解和探讨交互方式，交互方式应该多样性。传统产品的交互方式非常单一，当然简单的交
17、互有时可以认为是简化交流过程，节省时间的一种方式，但是目前的交互方式提供和的并不是这样，单一的交互方式使得所有的产品失去个性，也没有关注使用者的使用需求，使得用户在使用时浪费不必要的时间和精力1.2 研究工作除了探索交互理论，对于已经经过市场检验成功的产品都有些什么样的共同之处，这些共同之处是否是他们成功的原因；处理这些共同之处，他们还有什么特别之处，这些特别之处给他们带来什么亮点。这些也是这篇文章中关心的问题。本文从HMI的发展得到启发，加入情感化设计的考虑，探讨传统产品人机交互的新方式。致力于提升传统产品的设计价值，提升其设计品味。随着全球化的发展，技术壁垒已经渐渐不再成限制信息产品开发的
18、最主要因素，用户也已经不再单纯的追求短时间酷炫的使用体验或新奇的外观等带来的短暂刺激，单纯的技术创新、漂亮的形态或者基本功能的实现已经无法使得用户轻易买单。因此，如何加强或扩增产品交互的方式，使得用户等到完整的体验是目前产品设计师需要关注的问题。对于这个问题，本文结合交互发展的历史和用户体验的特点，对传统产品进行再设计，提升其信息附加值，加强其交互体验，以期达到新的产业和设计高度。在对以上问题的探索中，我获取了非常多的信息，对其加以整理和重新解读，并且加入自己的理解和思想，提出新的观点。同时为了对自己的想法进行验证和实践，进行产品试验的过程，对现有的产品进行改造，加入了新的科技、情感因素，并且
19、进行初步的调查，同事合作进行，在期间得到了同学李冰、张煜、陶林锴等同学热情地帮助和参与，在此表示诚挚的感谢。对于笔者本人而言，从纯技术的学科转入设计学科后，体会到了设计学的独特之处和产品设计导向的必要性和趋向性，在于本科学科相关的前提下，笔者选择了具有一定科技含量的产品，同时实践两个阶段的学习成果。1.3 本章小结本章从课题背景出发，对研究的必要性进行了分析，体现出本研究工作的重要性和可实施性。传统产品单一而繁琐的交互方式有非常大的改进空间，因此在研究传统产品交互设计和当前先进交互设计理论的基础上，我提出了整合创新的方法对传统产品交互设计进行改造，增加其可用性、易用性，提升其必要科技含量和信息
20、附加值，之后为了验证这一理论方法，在两个直升机座舱人机交互设计中使用这一方法，对工程实践进行指导，最终完成两项设计。第2章 基础理论随着科技的进步，人在产品设计中的地位不断地显现出来，“以人为中心”3（Human-centered）或“以人为本”的口号相继提出，各种体现这样思想的理论也层出不穷。情感化设计和交互设计是目前比较得到公认的设计理论，除此之外，日本设计师原研哉的“Re-design”4理论和深泽直人的“无意识设计”理论也值得关注。2.1 产品设计我们的生活中每天都要接触到产品，每个产品都包含着一定的设计，不管是浅层次的造型、色彩、材质还是更进一步的设计思想、所要引导的生活方式，都属于
21、产品设计关注的范围。作为一名纯工科背景的理科生，这个在没有接触这个专业之前对于我而言非常简单，因为不了解，多以想的理所当然，认为设计无非就是变换造型,改变色彩这样表象的工作,同时对于设计的作用也认为是阳春白雪,锦上添花,认为只不过是技术进步的附庸,可有可无.但是越多的了解，越深的接触，让我不禁思考起这样的问题：什么是设计？设计在我们的生活中有什么作用？设计师在创造高品质产品的过程中能扮演什么样的角色？2.1.1 设计的含义“设计”这个词来自日文里以汉字翻译”Design”这个词而成.日文翻译时除了”设计”以外，还有“意匠”、“图案”、“构成”、“造型”等等。【4】就是目前日本的专业设置中工业设
22、计还是称为“工业意匠”。先来分析下“设计”这个词。在说文解字中，这样解释，设：施陈也，从言役。役，使人也。“设”，就是陈列摆设的意思。言，指以语言完成。役，指可运旋的物，转意为使役。从言字旁与役，是表达以言语，来使役人的意思。计：会算也。从言十。计就是合计、计算的意思。言指思考。十，指具体的数（相对于抽象的数）。从言字旁与十，是表达以思考、以言语来完成具体的数的计算。 所以，“设计”以中文来讲，则有人为设定，先行计算，预估达成的含意。这样的定义其实就是另一个在中文里更常用词：“营造”，而“营造”一词在日文里又称“建筑”或“造屋”。而目前中文里的“建筑”一词则是日文以汉字翻译“architect
23、ure”一词而来，并传回中文里成为日常用语；就如同“设计”一词是日文里以汉字翻译“design”一词而来，并传回中文里成为日常用语一样。 产品设计1984年柳冠中先生留德鬼过于中央工艺美术学院（今清华大学美术学院）筹建了国内第一个工业设计系，自此的二十多年来设计教育以及设计产业都有了长足的发展，尤其从1990年代中后期至今，中国设计教育看上去 不过如果从西方设计的发展来看，在现代设计兴起之前，设计不只等于建筑，也等于艺术。特别是在西方艺术史与皇家艺术教育学院课程里，从文艺复兴开始，就慢慢地形成以建筑专业技艺为首，并结合绘画专业技艺与雕塑专业技艺的承传，三者合称为造形艺术，合称为“设计”。设计的
24、目的在于让我们的生活更加美好以上，简要概括了中国设计一词的由来和现代西方设计的起源，任何事物的发展总会受到其源头的影响，设计也不例外。2.1.2 工业设计发展趋势潘云鹤院士曾提出：产品创新是建设创新型国家的主战场，并且指出在人类社会发展的历史上，每次产业结构的重大变革和带来的社会进步都伴随着一个或几个标志性创新产品的诞生，设计主题也随着时代的变迁而演变。在较早的材料与工具时代，主要是手工作坊制作，小批量的生产手工艺品等。在这个时代，设计主要是以造型为主。蒸汽机推动了第一次工业革命，100多年前的第二次工业革命中诞生了发电机、内燃机、汽车、电话机等一批革命性的新产品，在蒸汽机械时代中，产品得以大
25、批量的生产，工业设计也得到了大力发展的机会，设计在兼顾造型的同时，更要满足大批量生产的需求，工业设计的主题围绕机械+造型。上世纪中叶二次世界大战之后，计算机、半导体集成电路、互联网等新产品将人类带入了崭新的信息时代，设计是应用学科，随着时代的发展，设计也需渐渐融入信息化的时代元素，朝集成化，智能化的方向发展，因此信息时代的设计主题为“信息+机械+造型”。早有人预言21世纪是生命科学的时代，这在已经过去的10年中已经初见端倪，在2009年世界十大科技进展新闻中，有5项属于生命科学范畴。在生命科学时代里，人们又回归到关怀人的生命生存的问题，这正是哲学领域一直在思考的问题。在这个时代里，设计的主题可
26、想而知，必定是以人的生命生存为主题。如表2.1所示，各个时代都有其当时所关注的设计要素和发展方向。当处于材料与工具时代时，大部分的工业设计关注的是产品造型；发展至蒸汽机械时代后，逐渐加入了机械性能和结构的考虑，更加科学精密；到了信息时代，由于信息技术的发展，信息技术也被加入了工业设计的关注范围，信息的加入使得产品的技术品质得到提升，更加符合时代发展对产品的要求，信息附加值是的产品更加具有吸引力也更有商业价值；对于即将到达的生命科学时代，工业设计的范畴更加扩展，任何有价值的技术都可以被应用考虑，这也对工业设计的专业融合提出了更高的要求，单纯设计背景的设计团队已经无法完成这些产品的设计，所以学科交
27、叉，多专业人才的参与才是正确的解决之道。表2.1 工业设计发展历程和方向发展时代材料与工具时代蒸汽机械时代信息时代生命科学时代设计方向造型机械、造型信息、机械、造型多学科交叉产品设计缘起于工业设计，是工业设计发展的产物，相对于产品设计的整个流程包括从产品设计任务书到确定产品结构之间一系列技术工作的准备和管理，是产品开发的重要环节，更是产品生产过程的开始。在产品设计阶段要全面确定整个产品的结构、规格，从而确定整个生产系统的布局。因此，产品设计的意义之重大可见一般，真可谓“牵一发而动全身”，2.2 交互和人机交互在understanding interaction里区分了三个相近的概念：交互（in
28、teraction），交互的（interactive），交互性（interactivity）。交互（interaction）包括至少两个对象。例如，在人机交互的环境中，人与计算机进行着交互。如果一个产品允许交互，那这个产品就是交互的（interactive），那么交互性（interactivity）就是指产品交互的方面。交互性也需要形式，就像颜色需要形式来表达一样。形式颜色相互分不开，交互性与其表达的形式也分不开，交互性的形式就叫交互方式。这里讲的交互的概念是人与人造物（human artifacts interaction），不仅包括人与计算机的交互（计算机也是人造物），更包括人与产品等人造
29、物的交互。本文的研究范围，主要针对于人与产品的交互，通过对交互方式的探讨，实现产品创造与设计的突破，更好的与人共处，为人服务。交互，超越人机交互。要超越人机交互就必须理解交互，要理解交互就难以避开交互理论发展的历史，交互理论发展至今已经经历多次变革,国外国内都在不同的时期出现了不同的声音,在这中间东西方设计师的思想也不尽相同。2.2.1 交互发展历史新现象往往被理解为已知的旧现象的改动。事物的演变都是有相互联系的，这里就有一个隐喻的概念（Metaphor）。一个新事物的产生，是与过去的旧事物有着一定的联系，一步一步演变到现在被大家广泛接受和认可的样子。研究事物的产生发展史，对于理解该事物和发展
30、该事物至关重要。因此，探究交互的起源和发展也变得尤为重要。就像本世纪非常著名的发明，电影，一开始是从爱迪生的活动照片技术，和卢米埃兄弟把照片投射在布幕上演变过来的。有了这些铺垫，人们就能隐喻地理解电影和电影技术了，而现在人们又通过电影和电影技术来隐喻地理解新的媒体和技术。交互的起源是观察交互是如何被计算机科学理解的。从60年代末就有一群研究者定义了HCI这个领域，第一届ACM SIGCHI会议是1982年举办的，标志着这个领域进入了计算机科学的mainstream。现在HCI已经是一个架构非常完善的研究领域，在1996年ACM的申明文件strategy document中，HCI已被列为22个
31、计算机科学研究领域中的一个。董士海和王衡的人机交互【20】中描述了人机交互的发展历史，这个历史展现了从人适应计算机到计算机不断发展适应人的重大转变，体现了人机交互中对人的特质日趋关注的趋势。人机交互的发展经历了以下几个阶段：(1)早期的手工作业阶段当时交互的特点是由设计者本人(或本部门同事)来使用计算机，他们采用手工操作和依赖机器(二进制机器代码)的方法去适应现在看来是十分笨拙的计算机。(2)作业控制语言及交互命令语言阶段 这一阶段的特点是计算机的主要使用者（程序员）可采用批处理作业语言或交互命令语言的方式和计算机打交道，虽然要记忆许多命令和熟练地敲键盘，但已可用较方便的手段来调试程序，了解计
32、算机执行情况。(3)图形用户界面(GUI)阶段 GUI的主要特点是桌面隐喻（WIMP技术、直接操纵和所见即所得(WYSIWYG)，由于GUI简明易学，减少了敲键盘，实现了事实上的标准化，因而使不懂计算机的普通用户也可以熟练地使用，开拓了用户人群，它的出现使信息产业得到空前的发展。(4)网络用户界面的出现 以超文本标记语言HTML及超文本传输协议HTTP为主要基础的网络浏览器是网络用户界面的代表由它形成的WWW网已经成为当今Internet的支柱这类人机交互技术的特点是发展快，新的技术不断出现，如搜索引擎、网络加速、多媒体动画、聊天工具等。(5)多通道、多媒体的智能人机交互阶段 以虚拟现实为代表的计算机系统的拟人化和以手持电脑、智能手机为代表的计算机的微型化、随身化、嵌入化，是当前计算机的两个重要的发展趋势。而以鼠标和键盘为代表的GUI技术是影响它们发展的瓶颈利用人的多种感觉通道和动作通道(如语音、手写、姿势、视线、表情等输入)，以并行、非精确的方式与(可见或不可见的)计算机环境进行交互，可以提高人机交互的自然性和高效性多通道、多媒体的智能人
