基于人机交互系统的“复兴号”客室座椅优化设计研究
李洋 郑纯太
摘要：铁路交通出行需求日益增长，为提高乘客的出行体验，文章将深入探索优化“复兴号”客室座椅的设计方法。首先，基于人机交互系统将设计任务划分为多个层次;其次，通过对用户人群的定位调研、相关资料搜集、方案推敲，完成对“复兴号”客室座椅设计过程的梳理;最后，提出“复兴号”客室座椅优化设计方案，用以提升客室座椅的功能性与美观性。通过本文的研究，旨在为基于人机交互系统的产品设计研究提供一定的参考。
关键词：人机交互系统;客室座椅;优化设计
中图分类号：TB472 文献标识码：A
文章编码：1672-7053（2021）04-0028-02
为满足乘客的出行需求，中国铁道科学研究院集团有限公司于2019年10月面向全社会征集复兴号动车组一、二等座椅和商务客室优化提升方案，引起社会各界的强烈反响，大家踊跃应征。文章针对“复兴号”客室座椅的现存问题，利用人机交互系统进行优化设计，并以此探索出一套高效的、科学的设计方法和流程。
1人机交互系统概述
人机交互系统是人与机器相互作用过程的总述，指人为了完成一些预定任务，与机器之间相互影响、相互作用，从而达成一定开放的、动态的目的[1]。人机交互系统的任何动作本质上都是信息和能量的传输与交换。人机之间在进行信息和能量的往返传输和交换中，首先是人的直接感知器官从机器上感知信息，经大脑进行总结、分析、判断做出决策，然后下达命令让运动器官操控机器执行相应的命令，完成早先的任务，最后再由机器控制效果反馈到显示器上，构成一个循环传递的系统。机器在接收、贮存、处理信息和反馈信息等方面的作用与人相似，而人能对自然环境和心理条件作出反应，具有感性思维和理性思维，机器则只能对物质因素作出反应，只有理性思维。所以设计师始终在人机交互系统中起主导作用，从始至终都扮演着指挥、操控、调节的重要角色。
2“复兴号”客室座椅现存问题
针对“复兴号”客室座椅，通过人机交互系统从机器中获取信息，又将新的信息反馈回机器。利用机器从功能安全性、空间合理性、设计通用性、体验舒适性等多方面和乘客工作、休闲、娱乐、社交等多个场景模拟进行总结分析，寻找问题。然后在调查研究中得出痛点：（1）乘客在选择乘坐高铁时60%～70%会选择二等座，一等座的选择反而是最低的频率，大多数人选择二等座最重要的原因是乘坐环境以及价格因素;（2）现有座椅乘坐压力分布不均，对乘客的颈椎和臀部有一定压迫感，以及乘客在睡觉的时候头部会经常晃动;（3）座椅间距不够理想，其次是座椅的调节角度不能达到较高的满意程度;（4）二等座的插座位置在座椅下方，在使用插座时，如果笔记本电脑或手机放在小桌板上，会影响同排内侧乘客的通行;（5）折叠桌没有设置功能分区;（6）没有私密的独享空间，随身携带的物品不易存放等;（7）在座椅触感体验方面，乘客更喜欢柔软轻薄的触感;在材质方面，乘客更喜欢皮质绒布的材质，色彩搭配则倾向于冷色调。
3基于人机交互系统的“复兴号”客室座椅优化设计意义
首先，基于人机交互系统对“复兴号”客室座椅进行优化设计，可以使座椅造型和构造更加贴合人体结构特征;其次，利用人机交互系统将座椅置于模拟环境中分析，能使座椅在材质和颜色上更符合当下潮流，提高乘客体验感。此外，通过人机交互系统对座椅进行优化设计能够让设计流程更加具体、直接，还能够令设计师的想法表达得更直接、更真实，从而减少纰漏。
4基于人机交互系统的“复兴号”客室座椅优化设计流程
针对“复兴号”客室座椅设计，通过人机交互系统从人和机器两个层次将设计任务细化，由人统筹把握整个流程，机器辅助，具体设计流程如下：
1）搜集资料：首先通过网络调查、电话访谈、线下访谈等方式搜集间接资料和二手资料，再前往“复兴号”上进行实车体验并收集一手资料。
2）分析总结：利用计算机整理资料的数据进行分析，并结合大数据对分析结果总结归纳。
3）寻找问题：对比上一步的分析总结后，根据市场确定特定用户人群，然后通过用户体验流程图梳理用户在行为过程中的痛点，将缺陷和问题逐一地归类出来。
4）确定产品定位：根据二等座和一等座、商务座客室特性，结合梳理出来的痛点和问题确定不同座椅的定位。二等座作为高铁的基础客室，将其命名为“飞驰方舟”，旨在为用户的出行提供如方舟一般的安全体验感，以及飞驰在广袤大地的“速度与激情”。一等座作为高铁的升级客室，将其命名为“陆地游轮”，旨在让用户的出行拥有更加精致的出行体验，并将用户对于旅途的美好期望通过设计的细节回馈给用户。商务座作为高铁的头等客室，将其命名为“商务旗舰”，同时将座椅的私密性和多功能性加以强化，望给乘客提供更好的乘车体验。
5）解决方案：针对发现的每一个问题进行讨论，结合产品的定位分别从舒适性、便捷性、经济性、私密性四个方面提出具体的建议和解决方案。如表1所示。
6）方案细化：针对提出的方案初步比对，验证可行性，然后进行深入细化，推敲出大致的造型，通过绘制工程草图把控细节和结构参数。
7）推敲验证：利用计算机将方案中的三维模型建立出来，进行模拟分析，推敲验证方案的可实施性，然后反馈并改进。
如图1是通过人机交互系统为座椅做的有限元分析结果以及人体工程学分析。针对二等座椅、一等座椅以及商务座椅的座椅面，模拟乘客在坐姿与躺姿（商務座）情况下对座椅表面的应力及应变情况，并在此基础上不断改进模型，保证座椅的力学性能，并且力求最大限度上满足乘客的安全与舒适需求。
实验结果表明，座椅的靠背、椅面等部分可能会是施力比较不均且应力较大的区域。针对这样的分析结果，对座椅的结构材料以及制作工艺做出了详细的方案和设计规定。此外，结合人体工程学通过乘客在使用二等座椅、一等座椅以及商务座椅时坐下和半躺、躺下的身体高度及宽度进行分析，结果显示了座椅高度和宽度等参数的合理性。
8）效果展示：利用计算机软件完善需要改进的地方，并修改座椅的模型，针对座椅的不同位置提出了不同的材质和颜色设计方案，然后在考虑成本和舒适性的情况下选择了较为优质化的配置，如表2所示，并在短时间内将其效果展示出来。如图2所示。
5结语
利用人机交互系统进行设计是有效、可行的，不仅能够快速呈现最优解决方案，提升工作效率，还能完整、系统、思辨地解决产品的“人—机—环境”问题。文章从人机交互系统的角度出发对“复兴号”客室座椅设计和应用方面进行阐述，剖析现有“复兴号”客室座椅存在的问题，梳理了设计流程，在已有的设计流程中利用人机交互系统快速地对其进行优化，设计出安全、舒适的座椅。文章旨在为未来针对人机交互系统与设计的结合发展提供具有参考价值的示范。
