體力負(fù)荷產(chǎn)品研究的相關(guān)文獻(xiàn)綜述1.1產(chǎn)品可用性研究現(xiàn)狀產(chǎn)品可用性近現(xiàn)代被提出的一個新興概念，其發(fā)展非常之迅速，作為以用戶的為核心的設(shè)計(jì)原則具有廣闊的應(yīng)用前景與潛力，而對于產(chǎn)品可用性的定義也經(jīng)歷了不同時期的幾個階段。美國可用性之父Jakob.Nielsen在其著作《可用性工程》中指出，可用性最根本的就是用戶是否滿意，這也為之后可用性定義中的用戶滿意度打下了基礎(chǔ)。Nielsen對于產(chǎn)品可用性的定義可以將其分為五個維度，分別是：可學(xué)習(xí)性、效率、可記憶性、出錯率和滿意度[7]。學(xué)者BrianShackel則將可用性分為有效性、可學(xué)習(xí)性、靈活性和態(tài)度四個維度[8]。根據(jù)ISO9241-11的定義，本文將產(chǎn)品可用性定義為：產(chǎn)品在特定使用環(huán)境下為特定用戶用于特定用途時所具有的有效性、效率和用戶主觀滿意度[1]。對于產(chǎn)品可用性評價體系目前主要分為定性與定量兩種。定性的可用性評價指標(biāo)體系研究主要是研究者分別從評價維度、準(zhǔn)則、指標(biāo)、設(shè)計(jì)要素和相關(guān)知識等方面進(jìn)行評價，主要通過研究各要素之間的關(guān)系，來對產(chǎn)品可用性進(jìn)行評價[9]，例如SeffahA等人（2004），通過基于可用性各因素間的動態(tài)關(guān)系，建立了名為質(zhì)量整合地圖（QUIM）的評價體系用于產(chǎn)品可用性評價指標(biāo)[10]。對于特定的產(chǎn)品，例如消費(fèi)電子產(chǎn)品，SungH.Han等人（2000）通過結(jié)合可用性維度和用戶界面設(shè)計(jì)兩個方面，運(yùn)用細(xì)分的評價指標(biāo)與定義描述，構(gòu)成了普適于特定產(chǎn)品的可用性評價整體框架，為特定產(chǎn)品可用性評價體系構(gòu)建提供了新的思路[11]。而定量的可用性評價體系，則主要通過對各要素進(jìn)行定量化整合，針對某一類產(chǎn)品或問題展開研究，適用性方面存在不足，但對于特定的研究問題能夠直觀的通過數(shù)據(jù)化，對產(chǎn)品的可用性進(jìn)行評價[12]。國內(nèi)學(xué)者金濤、牛亞峰（2015）基于粗糙集灰色分析建立界面可用性評估模型，對復(fù)雜界面可用性實(shí)現(xiàn)客觀評價[13]。結(jié)合可用性檢查表，HeoJ等人（2009）對手機(jī)的可用性評價建立了基于多水平的可用性分析框架[14]。針對產(chǎn)品可用性的研究，國內(nèi)外學(xué)者多從主觀認(rèn)知角度，結(jié)合用戶主觀感受，著重于腦力負(fù)荷，開展了大量研究。黃珊等人（2020）基于神經(jīng)工效學(xué)對于產(chǎn)品可用性未來的發(fā)展方向進(jìn)行了研究[15]。SauerJuergen等人（2020）通過對于不同測試條件下的可用性評價體系進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)不同的測試流程對于其他測試順序沒有顯著優(yōu)勢[16]。對于不同的用戶人群，楊超翔等人（2018）敏銳的注意到了兒童產(chǎn)品可用性研究，基于兒童認(rèn)知心理與情感需求，建立了多維層次可用性指標(biāo)模型，對于兒童玩具可用性問題開展研究[17]。除此之外，針對產(chǎn)品可用性的研究，很多學(xué)者以人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)作為切入點(diǎn)展開討論[18]。張婷（2014）基于人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)原則，對于產(chǎn)品外觀與用戶交互性之間關(guān)系展開了研究[19]。通過將用戶潛意識與產(chǎn)品可用性相結(jié)合，侯心羽、王一珉（2018）對產(chǎn)品可用性交互設(shè)計(jì)過程中的的原則與要求進(jìn)行了探討[20]。對于動態(tài)仿生領(lǐng)域，羅仕鑒,單萍等人（2019）結(jié)合可用性測試等方法，驗(yàn)證了植物動態(tài)仿生設(shè)計(jì)方法的可行性[21]。金三人（2018）通過結(jié)合認(rèn)知心理學(xué)，從用戶角度出發(fā)，分析了智能產(chǎn)品的交互界面在可用性設(shè)計(jì)過程中的關(guān)鍵要素，最后提出改善人機(jī)交互界面可用性設(shè)計(jì)的方案[22]。結(jié)合以上研究現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)外針對產(chǎn)品的可用性研究主要基于用戶主觀認(rèn)知，針對可用性評價體系與指標(biāo)，著重于腦力負(fù)荷與用戶心理，對于人機(jī)交互界面等相關(guān)內(nèi)容展開了研究，基于體力負(fù)荷視角的產(chǎn)品可用性研究較少。1.2體力負(fù)荷研究現(xiàn)狀體力負(fù)荷作為人體生理活動的重要指標(biāo)，對于人體作業(yè)研究具有非常重要的作用。Kipchakov等人（2021）探討了高體力負(fù)荷對于運(yùn)動員生理狀態(tài)的影響[23]。國內(nèi)學(xué)者盧寧艷等（2007）通過對于測試肌群施加不同負(fù)荷強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)肌肉疲勞對于腦電有明顯影響[24]。基于對車間作業(yè)人員體力負(fù)荷測定，曾旭,楊銘等人（2016）結(jié)合模型仿真優(yōu)化，使作業(yè)工人作業(yè)效率明顯提高，疲勞度大幅降低[25]。以體力負(fù)荷為主導(dǎo)的產(chǎn)品在用戶使用過程中，其體力負(fù)荷情況對于用戶體驗(yàn)有著直接的影響，將直接決定產(chǎn)品的可用性。而自行車作為典型的以體力負(fù)荷為主導(dǎo)的產(chǎn)品，其產(chǎn)品可用性的研究對于體力負(fù)荷領(lǐng)域研究具有非常好的實(shí)用性與指導(dǎo)意義。目前國內(nèi)、外學(xué)者已從踏蹬頻率、運(yùn)動肢體動作、肌電疲勞、生理動力學(xué)、仿真模擬等方面對自行車運(yùn)動進(jìn)行了大量研究。對于自行車騎行的研究，國內(nèi)外學(xué)者主要是通過對于用戶騎行過程中的生理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集從而進(jìn)行分析，例如，RenJM等人（2019）通過測量騎行過程中不同肌肉在不同強(qiáng)度運(yùn)動后的生理數(shù)據(jù)對運(yùn)動強(qiáng)度與最大攝氧量的關(guān)系開展了研究[26]。對于騎行過程中生理及心理情況的變化規(guī)律，李聰穎、邵壯壯等人（2020）選取了相對代謝率等指標(biāo)，基于騎行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展開了研究[27]。而隨著數(shù)據(jù)采集技術(shù)的進(jìn)步，更多的技術(shù)手段與研究方式將應(yīng)用于體力負(fù)荷相關(guān)產(chǎn)品的研究中去，為產(chǎn)品可用性研究提供更多幫助?；贑rownishieldR.D.等人（1982）提出的肌肉收縮力與收縮時間的關(guān)系[28]，國內(nèi)學(xué)者吳小凡（2014）針對日常普通單車的騎行過程，通過實(shí)驗(yàn)與仿真研究發(fā)現(xiàn)，在騎行過程中上身姿態(tài)對于肌肉發(fā)力情況影響很小，主要由下肢姿態(tài)對肌肉騎行過程中發(fā)力情況與疲勞狀態(tài)造成影響[29]。臺灣學(xué)者邱敏綺,吳欣潔（2014）通過對于不同騎行姿勢下的身體不同部位費(fèi)力程度，揭示了騎乘姿勢與體力負(fù)荷之間的關(guān)系[30]。LeeI.-M，ShiromaEJ（2012）認(rèn)為人們在開展肢體活動時存在一個舒適的調(diào)節(jié)范圍[31]。HallalPC等（2012）通過大量的實(shí)踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)人們?nèi)粘＝佑|的部分器械卻并未使人們在使用時處于舒適范圍內(nèi)[32]。關(guān)于自行車長期騎行過程中的舒適性和騎行姿勢的合理性的傳統(tǒng)研究主要基于人體測量理論中的人體動態(tài)數(shù)據(jù)，開展人-車作業(yè)空間分析[33]。例如，何奕宏（2010）基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為在自行車的騎行過程中，人與自行車作業(yè)空間的不匹配性是造成疲勞及肌肉酸痛等不舒適感覺的重要原因，并同時對腳踏板等基本構(gòu)件基于對騎行者的影響，提出相應(yīng)的優(yōu)化建議[34]。而HuTsu-Wu等（2002）則進(jìn)一步基于計(jì)算機(jī)仿真模型的構(gòu)建進(jìn)行騎行條件的優(yōu)化研究[35]。在基于人體尺寸測量的解剖學(xué)分析方面，臺灣學(xué)者胡祖武（2011）通過研究構(gòu)建了自行車整體騎乘舒適性評價與人因設(shè)計(jì)知識庫[36]。馬雪梅（2016）則在對騎行人-車系統(tǒng)動力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，分析騎行周期內(nèi)膝關(guān)節(jié)軟骨的受力狀態(tài)，結(jié)合有限元分析獲得了騎行姿態(tài)下膝關(guān)節(jié)相關(guān)相位的力學(xué)分布規(guī)律[37]。許文（2009）基于騎行者身體各部位尺寸與車的配合及舒適程度等人因工程因素指導(dǎo)自行車各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[38]?；谝陨涎芯靠梢?，目前針對典型的體力負(fù)荷產(chǎn)品研究成果主要集中于：（1）面向普適體力負(fù)荷產(chǎn)品的研究；（2）基于運(yùn)動生理學(xué)研究如何降低疲勞和肌肉勞損；（3）基于有限元分析、基于仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行體力負(fù)荷產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化。隨著體力負(fù)荷產(chǎn)品需求量的逐年增長，相關(guān)設(shè)計(jì)或優(yōu)化研究也呈現(xiàn)出增長趨勢。但是目前隨著AI時代的來臨，從消費(fèi)者/使用者的視角，針對體力負(fù)荷產(chǎn)品的使用舒適性和便利性問題已經(jīng)成為無法忽視的問題，但是當(dāng)前相關(guān)研究卻不多。為此該研究基于上述已有研究成果，以自行車這一典型的體力負(fù)荷產(chǎn)品為例，探索自行車使用過程中影響舒適度的關(guān)鍵因素所在，簡化自行車騎乘過程中鞍座適用高度的探索過程，實(shí)現(xiàn)相關(guān)適用參量的推薦，以提高用戶使用效率，改善用戶使用舒適度與滿意度，從而從體力負(fù)荷角度出發(fā)提高產(chǎn)品可用性。1.3生物力學(xué)仿真研究現(xiàn)狀隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，生物力學(xué)仿真方法已經(jīng)成為了一種非常流行的研究方法，通過計(jì)算機(jī)建模對研究對象進(jìn)行模擬分析可以大大提高研究效率[39]。學(xué)者DemircanE,YungS等人（2020）通過使用上身肌肉骨骼模型對肌肉活動進(jìn)行基于任務(wù)的運(yùn)動分析，并通過運(yùn)動捕捉實(shí)驗(yàn)和動態(tài)模擬進(jìn)行了驗(yàn)證[40]?；跀?shù)字化仿真平臺，張永慧（2015）模擬了裝配車間真實(shí)環(huán)境，對工人裝配作業(yè)進(jìn)行了建模仿真，將動作進(jìn)行分解分析，從而改善裝配作業(yè)，減少工人體力負(fù)荷與疲勞累積[41]。由此可見，通過生物力學(xué)仿真建模的研究方法，能夠有效改善人體體能負(fù)荷相關(guān)問題。Anybody生物力學(xué)仿真軟件作為當(dāng)前廣泛使用的運(yùn)動仿真建模軟件，具有可視化易操作等特點(diǎn)。ShinYH,ChoiJS等人（2015）通過運(yùn)用Anybody生物力學(xué)軟件對肌骨模型進(jìn)行逆向生物力學(xué)仿真，與實(shí)驗(yàn)測量的EMG數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，得到了良好的相合性[42]。結(jié)合紅外動作捕捉系統(tǒng)，龐博等人（2020）發(fā)現(xiàn)不同體質(zhì)人群運(yùn)動過程中肌肉力變化不同[43]。LiW，ZhangM等人（2015）建立了詳細(xì)的駕駛員動態(tài)肌肉骨骼模型，發(fā)現(xiàn)振動頻率增加導(dǎo)致腹部肌肉活動增加[44]?；贏nybody生物力學(xué)建模平臺，李嘉成等人（2020）計(jì)算分析得到人體從坐姿到站立過程中的肌肉力變化情況[45]。針對人體體力負(fù)荷方面的問題，我國學(xué)者羅林聰,馬立敏等人（2019）結(jié)合有限元建模與臨床骨外科生物力學(xué)分析，利用Anybody生物力學(xué)仿真軟件，對肘關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動過程中各力學(xué)參量進(jìn)行了分析，為日后臨床骨外科分析研究提供了新的思路與方法[46]。耿慧玉（2019）通過仿真軟件模擬了真實(shí)人體骨骼生物特性[47]。結(jié)合三維測力臺等新式數(shù)據(jù)采集儀器和Anybody生物力學(xué)仿真軟件，我國學(xué)者紀(jì)仲秋等人（2014）對于太極拳運(yùn)動中下肢生物力學(xué)特征進(jìn)行了研究[48]。自行車作為典型的體力負(fù)荷產(chǎn)品，結(jié)合生物力仿真的試驗(yàn)方法將大大提高該類產(chǎn)品的可用性設(shè)計(jì)效率。A.I,Purdue等人（2010）收集了特定騎手的數(shù)據(jù)以評估座椅位置、曲柄臂長度和鏈輪形狀等，結(jié)合Anybody生物力學(xué)軟件進(jìn)行評估，延遲疲勞的發(fā)生，改善了產(chǎn)品可用性[49]。以人體下肢肌肉作為研究對象，我國學(xué)者高飛等人（2016），利用Anybody生物力學(xué)軟件對某公路自行車騎行過程中肌肉受力情況進(jìn)行了分析，為自行車架構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和新的研究思路[50]。綜合以上研究現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，結(jié)合生物力學(xué)仿真建模的研究方法適用于大多數(shù)情形。針對特定的體力負(fù)荷產(chǎn)品與問題，例如自行車騎行過程，更是有著良好的適用性與實(shí)用性，國內(nèi)外學(xué)者對于其中的生物力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了較多的研究。而產(chǎn)品可用性作為用戶使用過程最直接的評判標(biāo)準(zhǔn)，其重要性對于以體力負(fù)荷為主導(dǎo)的產(chǎn)品更顯得尤為重要，但目前結(jié)合生物力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品可用性研究較少，因此，該實(shí)驗(yàn)結(jié)合體力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)與生物力學(xué)仿真方法，對于以體力負(fù)荷為主導(dǎo)的產(chǎn)品進(jìn)行了可用性設(shè)計(jì)研究。參考文獻(xiàn)孫林巖.人因工程(BZ)[M].高等教育出版社,2008.馮婭.產(chǎn)品設(shè)計(jì)可用性研究方法[D].同濟(jì)大學(xué),2006林霜.人機(jī)工程學(xué)意義下自行車騎姿分析[J].中國自行車,2010(01):38-40.郭藝華,門玉濤,程光凱,張春秋,葉金鐸.騎行姿態(tài)對騎行者膝髖關(guān)節(jié)力影響的分析[A].天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會、天津市第三中心醫(yī)院.天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會第三十四屆學(xué)術(shù)年會論文集[C].天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會、天津市第三中心醫(yī)院:天津市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會,2014:2.王勇,梁雷超,湯運(yùn)啟,黃靈燕,伍勰,劉宇.鞍座高度對騎行時下肢三關(guān)節(jié)做功模式的影響[J].中國運(yùn)動醫(yī)學(xué)雜志,2019,38(07):553-560.衛(wèi)青漫,劉卉.自行車鞍座高度對損傷預(yù)防和運(yùn)動表現(xiàn)的影響[A].中國體育科學(xué)學(xué)會運(yùn)動生物力學(xué)分會.第十九屆全國運(yùn)動生物力學(xué)學(xué)術(shù)交流大會論文摘要匯編[C].中國體育科學(xué)學(xué)會運(yùn)動生物力學(xué)分會:中國體育科學(xué)學(xué)會運(yùn)動生物力學(xué)分會,2017:2.JakobNielsen,Nielsen,劉正捷.可用性工程[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2004.EasonK.BrianShackel(1927–2007)[J].InteractingwithComputers,2009,21(5-6):375-376.鄭燕,劉玉麗,王琦君,葛列眾.產(chǎn)品可用性評價指標(biāo)體系研究綜述[J].人類工效學(xué),2014,20(03):83-87.SeffahA,KececiN,DonyaEeM.QUIM:AFrameworkforQuantifyingUsabilityMetrics.2004.SungH.HanandMyungHwanYunandKwang-JaeKimandJiyoungKwahk.Evaluationofproductusability:developmentandvalidationofusabilitydimensionsanddesignelementsbasedonempiricalmodels[J].InternationalJournalofIndustrialErgonomics,2000.陳昊,唐幫備,胡果.基于肢體運(yùn)動數(shù)據(jù)的智能產(chǎn)品可用性測評模型[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2020,37(5):125-129.金濤,牛亞峰.一種復(fù)雜產(chǎn)品界面可用性定量評估方法的研究和應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2015,37(04):819-823.HeoJ,HamDH,ParkS,etal.Aframeworkforevaluatingtheusabilityofmobilephonesbasedonmulti-level,