基于人机工程学的儿童自行车创新设计

本科生毕业论文（设计）题 目: 基于人机工程学的儿童自行车创新设计 姓 名: 时昀 学 院: 工学院 专 业: 工业设计 班 级: 工设121班 学 号: 33212121 指导教师: 杨飞 职称: 副教授 2016年4月21日南京农业大学教务处制目 录摘要1关键词1Abstract1Key words11 绪论11.1 课题背景及研究意义11.1.1 课题背景11.1.2 研究意义11.2 国内外现状综述21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状21.2.3 小结21.3 研究内容与方法22 儿童自行车创新设计分析42.1 儿童自行车设计概况42.1.1 产品特点与设计现状42.1.2 用户分析62.2. 儿童自行车创新设计发展现状72.2.1 专利研究与产品创新的关系72.2.2 儿童自行车创新设计现状分析73 儿童自行车创新设计方法研究73.1 儿童自行车创新设计方法论述73.1.1 创新设计概述73.1.2 国内外儿童产品创新设计方法83.2 建立层次结构模型93.2.1 建立目标层93.2.2 建立准则层93.2.3 建立方案层93.3 构建判断矩阵与一致性检验93.4 层次排序103.4.1 层次单排序103.4.2 总层次排序113.4.3 结论114 儿童自行车创新设计方法应用案例114.1 设计任务确认114.2 设计准备114.2.1 儿童自行车结构分析114.2.2 功能模块划分124.2.3 儿童自行车人机尺寸分析124.3 设计方案134.3.1 车架设计134.3.2 其他模块设计134.4 方案深入134.4.1 设计方案深入134.4.2 整体连接方式探究144.4.3 设计方案建模144.5 设计检验及方案改进154.5.1 车架强度分析154.5.2 改进结果164.5.3 车座舒适度检验与改进164.6 材质及配色方案174.6.1 方案一174.6.2 方案二174.6.3 方案三174.7 设计成果展示175 总结17致谢18参考文献19基于人机工程学的儿童自行车创新设计工业设计专业学生 时昀指导教师 杨飞摘要：儿童产品的市场占有率逐年递增，市场竞争越来越激烈，产品创新直接影响到产品的竞争优势。本文运用理论联系实例的研究方法，在人机工程学的基础上，对儿童-童车-环境间的关系进行研究、分析和总结，为儿童自行车的创新设计提供参考依据。通过对儿童自行车的结构与原理的分析，以创新方法论为指导，寻找儿童自行车设计创新点，并按照层次分析法的一般步骤分析各个设计创新点的重要性并确定设计创新点。最后通过结构静力分析对实践结果进行检验改进，提高方案可行性与准确性。关键词：儿童自行车；创新设计；模块化；层次分析法；静力学分析The Innovative Design of Children Bicycle Based on ErgonomicsStudent majoring in Industrial Design Shi Yun Tutor Yang FeiAbstract：Design means innovation, and product innovation is an important part of product development. Using research method of theory with practice, on the basis of ergonomics, research, analysis and summary on the relationship between children product environment, so as to provide reference for the innovative design of children bicycle. Through the analysis of the internal structure and working conditions of children bicycle, with the method innovation theory as a guide, to find children bicycle design innovation.In accordance with the general steps of analytic hierarchy process analysis, learning the importance of each design innovation and to determine the design innovation, the children bicycle function can better meet the users needs, through structural static analysis of the inspection, in order to improve the feasibility and accuracy.Key words： childrenbicycle; innovative design; modularization; analytic hierarchy process; structural static analysis1 绪论11 课题背景及研究意义111 课题背景 对任何国家来说，儿童都是其社会的重要组成部分1，我国正全面开放二孩政策，这一政策的实施将进一步扩大儿童产品的市场规模，这些现象导致人们将越来越多的关注投向儿童产品的设计和开发。在现代产品设计中，创新已经成为重中之重，创新对产品的影响与作用已经深入人心，消费者不仅看重产品的基本功能，新奇的外形、炫丽的色彩、独特的功能、舒适的材质、愉悦的使用体验等都决定着产品的好坏。2112 研究意义 本文从创新设计的相关原则开始研究，结合儿童自行车的特点，通过国内外儿童产品的创新设计方法的发展历程、理论研究和实际案例的比较分析和思考，提出了有关儿童自行车设计的若干问题，总结出儿童产品设计的一般方法与步骤；其次，根据儿童和其他主要人群的特征和需求，探究产品的功能定位，根据儿童的生理和心理需求,在人体工程学的基础上,设计更符合消费者需求的产品,使之更具人性化。然而我国的儿童产品设计仍处于初级阶段，过分追求成本的控制导致用户体验差，影响了产品更新换代的连续性，最后陷入密集型生产、低成本输出的恶性循环中。因此，如何将创新设计应用到儿童产品中去，增加产品的创新性，提高使用者的体验，是当前亟待解决的问题。312 国内外现状综述121 国外研究状况 查阅文献可知自行车最早出现在18世纪后期的欧洲，而关于儿童自行车的早期情况，现有文献中没有具体的论述。结合1999年4月出版的大不列颠百科全书中对现代自行车的描述，以及第一辆婴儿车起源于1877年的英国，我们推测儿童自行车应该是在工业革命时期的欧洲出现的。4经过两百多年的发展，国外儿童自行车领域竞争日益激烈，越来越多的品牌开始出现，行内领先的有Berg Toys、小泰克、Hasbro、Giggo Toys、Razor、ides、KidTrax等。以小泰克的热销产品为例，其产品色彩搭配非常亮丽，既符合色彩学原理，又牢牢抓住儿童的特征和心理。功能上具有高延伸性，如一款四合一三轮车系列，不仅功能丰富，同时还考虑到了家长的需求，包括易清理的鞍座、柔软安全的安全带、耐用的静音轮胎等。再如Hasbro的一款学步骑行两用童车，其产品结合了学步车和骑行玩具两种模式，在两种模式下，儿童都可以通过产品上巧妙设计的小玩意，充分锻炼手部动作技能。从国外的童车产品我们可以看出，坚持创新才是发展的关键。国外的童车产业发展很健康，企业的设计方向趋向于创新设计，主要研究对象既包括了儿童，也包括了监护人，通过分析对象的需求与特征，对产品进行改进创新，以此为自身品牌赢得更高的市场认知度与评价。122 国内研究状况 中国的童车行业起步较晚，但近些年，经过不断的学习与发展，国内已经出现了很多家比较优秀的童车企业，并逐步树立自己的品牌，扩大市场占有率，为此，在企业中，设计创新受到了越来越高的重视。以“好孩子”企业为例，其国内外专利申请数量已超过数千件，好孩子企业不断加强其自主研发能力，以保证自己的产品创新在国内处于领先水平，能够在不断变化的消费市场需求背景下快速科学地做出应对和创新设计。5虽然国内童车行业发展迅猛，不少品牌正走向世界，但是，由于历史和经济等原因，中国的工业设计发展较晚，儿童产品的创新设计起步相较来说更迟，很多成熟的、先进的设计理念与方法都未广泛应用开来，在儿童自行车创新设计方面，与国外同类产品相比，仍有一定的差距，如产品层次偏低，创新意识不强，过分倚靠价格优势等。123 小结 根据上述对国内外研究状况，总结出以下几点：（1）相较于国外品牌，产品设计理念仍旧落后，颜色、材料等方面也相对逊色，缺乏设计竞争力。（2）在儿童自行车的创新设计方面缺乏系统性的设计方法，找出一个合理高效的设计研究方法对我国的儿童自行车创新设计水平将会有一定的帮助。（3）儿童自行车近些年来在我国的市场占有率越来越高，创新性是企业扩大竞争力的有效手段，为满足人的情感和生理需求，有必要对儿童自行车创新设计方法进行探究。13 研究内容和方法本文研究的内容与框架如图1.1所示。确定课题，整理综述，明确目的了解市场需求产品调研技术调研用户分析结合产品特点分析创新切入点总结儿童自行车创新设计具体方法和步骤对论题进行实例应用验证对全文进行总结以及对后续研究的展望整体研究思路具体研究方法文献收集法专利检索法观察、访谈法创新方法论层次分析法图1.1 本论文结构框架体系示意图本文运用理论联系实例的研究方法，通过对儿童自行车的结构与原理的分析，以创新方法论为指导，寻找儿童自行车设计创新点；通过基于人机工程学的基本原理，对儿童-童车-环境间的关系进行研究、分析和总结，为儿童自行车车的创新设计提供参考依据。主要从以下方面进行研究：（1）儿童自行车的创新设计分析。本文总结了儿童自行车的一般特点及功能部件，针对创新设计对国内现有专利进行归纳总结，并对用户的行为特征和心理特征进行了分析总结。（2）儿童自行车创新设计方法研究。本文首先对儿童自行车产品中创新设计的应用进行了分析和归纳，以此展开对儿童自行车的创新设计方法研究。最后通过案例的展开对具体的创新设计方法做了简单论述。（3）设计的检验与完善。本文基于人机工程学的基本原理，结合人机工程学方法，对设计的合理性和宜人性进行检验，结合检验结果进行设计改进。本文具体的研究方法如下：（1）采用文献检索法、专利检索法对儿童自行车进行大量资料搜集和整理归纳，对产品背景、产品发展现状、发展前景和设计水平等有了全面的了解。（2）通过观察法和访谈法对用户进行分析，通过观察和交流，对儿童和家长的需求有了充分的了解。（3）使用人体参数法、观察法对儿童与儿童自行车之间的关系进行探究。（4）结合创新方法论、层次分析法对儿童自行车的功能进行创新改进。（5）使用模型法、问卷法对设计结果进行检验。2 儿童自行车创新设计分析21 儿童自行车设计概况211 产品特点与设计现状 目前市场上常见多种规格的儿童自行车，分别适合不同年龄段的儿童使用，如12寸儿童自行车适合较年幼的儿童，18寸以上适合少年使用。相较于成人自行车，儿童自行车通常更注重安全性和趣味性，材料的使用规定更多，色彩上也较为明亮。6表2.1 14岁以下儿童用车按年龄分类结果分类适用年龄图片婴儿推车0-1岁学步车1-1.5岁儿童平衡车2-5岁儿童三轮车3-6岁儿童自行车（1218寸）4-8岁儿童自行车（20寸以上）8-14岁近些年，随着改革开放的逐步展开和经济的快速增长，我国童车产业发展迅速，市场规模逐年递增（如图2.1所示），已逐步成为全球性的童车生产基地，这对于国内的领先品牌来说既是挑战也是机遇，优贝、好孩子、永久等企业纷纷重视起童车的创新设计，希望借此良机走向世界。 a.2007年至2013年童车市场规模统计 b.童车年增长率统计 图2.1 童车市场规模趋势通过市场调研（如表2.1所示）可以看出国外著名的儿童自行车品牌在设计时十分注重安全性，普遍配有安全配件，如保持平衡的辅助轮、倒轮刹车装置、特殊的鞍座等；其次，儿童自行车的功能性也很重要，如可根据儿童的身高随意调节鞍座和车把的高度，增加使用舒适度；另外，车身的造型也是影响儿童自行车吸引力的重要因素，儿童自行车的形态色彩多符合儿童的情感需要，具有趣味性、亲和力。从这些产品我们可以看出，国外的童车产业发展很健康，企业的设计方向趋向于创新设计，通过分析对象的需求与特征，对产品进行改进创新，以此为自身品牌赢得更高的市场认知度与评价。表2.1 国外同类产品名称及图片产品特点FRACKERS COMO（日本）可随着孩子的成长对儿童座椅高度，座椅靠背、四点固定式座椅安全带随意进行调整，能确保随车孩童安心、安全。另外，自行车配有头盔挂架、反应灵敏的圆形锁、给人视觉和触觉上有安全感的鞍座等，使儿童使用更为便利。DW-CRUISER（德国）专供儿童使用的越野自行车，该款自行车通体漆黑，有新型V型车闸，非常适合各年龄段的儿童使用，同时配有特殊的鞍座（鞍座位置较低）、宽阔的车把、圆筒形轮胎等零部件，装备十分将就。RENNRAD（德国）车架表面色彩呈橙黄色，家长可以自由对自行车进行改造，增加配套的链轮曲柄传动后可得到一辆可调节高度的儿童自行车。费雪（美国）该车有两款，一款以黑色为主色调，适合男生，另一款是是适合女生的粉色系，该款产品在结构上采用了U型车架，便于儿童上下车。链轮全覆盖，增加安全性，防止儿童受伤。Mongoos（美国）本车采用越野赛车的设计风格，黑色的主体色调，车架紧凑，节省空间。车把、车轮等使用橙色，与车架上的纹饰呼应。车子可调节高度，适合不同身高的儿童，辅助轮采用重型辅助轮，有利于儿童保持平衡。雅马哈（日本）外形设计形似迷你版的专业自行车，深蓝色的上盖设计，沉稳大气。该车配有保持平衡的辅助轮、稳定的金属车架和倒轮刹车装置，使安全性大大提高。Polaris Edge（英国）该款产品风格简洁大方，主体为TO型圆管设计。装饰较少，风格硬朗。鞍座可调节，除手刹外增添倒轮刹车，增加功能性。为了应对激烈的市场竞争，提高竞争力，企业采用大批量生产的方式来提高产品的价格优势，与此同时却忽视了产品的创新性与舒适度，以及用户的体验与需求。国内的行业领先品牌在外观设计上基本满足消费者需求，但缺乏创新性和个性，功能比较单一，存在车身较重等缺点，影响使用舒适度。如表2.2所示，从用户评价中可以粗略看出，相较于国外品牌，产品设计理念仍旧落后，颜色、材料等方面也相对逊色，缺乏设计竞争力。表2.2 国内同类产品品牌型号名称产品图片产品特点用户评价优贝铝合金太空一号安装简单铝合金车身烤漆车架重，沉颜色漂亮安装方便RB-16鞍座快拆亚光手感主题牙盘缺少挡泥板太重外形好看组装困难小飞熊洞洞皮鞍座，手提把手车胎加厚新型把套车轮大小和车身不匹配车座太高组装比较方便好孩子GB70系列透明全包链罩双色铝合金车圈阻性蜂窝式把套手提式鞍座把手是塑料的，廉价感车子美观大方刹车不好用车身太重JG88系列蝴蝶花纹轮胎大圆弧挡泥板三角架构辅助轮可拆式双肩包塑料背包太硬颜色很清新组装方便很沉，很结实永久绿野仙踪环保橡胶把套鞍座高度可调节龙头高度随意调节老牌子，质量好款式有点旧刹车不会调对比分析可知，目前，儿童自行车设计弊端主要包括：（1）在功能结构上，现有的儿童自行车缺少必要的功能设计，未考虑到儿童内心需求和隐性需要。儿童在使用时，达不到在成长阶段所需的锻炼作用和娱乐效果。（2）很多童车产品在外观上做了很多装饰，以实现吸引儿童的效果，但未考虑到这些装饰给儿童的使用甚至安全性带来的影响。（3）忽略儿童行为、心理、性格等因素对童车设计的影响，部分厂家甚至忽略安全问题，直接将成人自行车的尺寸等比例缩小成童车尺寸。（4）儿童自行车市场上产品同质化现象严重，如抄袭、模仿现象屡屡出现，设计缺乏创新性。212 用户分析 儿童自行车的的主要用户包括儿童和家长，一方面由于儿童的年龄较小，普遍在认知和识别能力上有所局限，另一方面，家长的意见与态度在一定程度上带有主观意识，不能完全代表儿童的需求，因此本次设计在进行用户分析时将综合考虑两者需求，以儿童为第一用户，监护人为第二用户进行探究。（1）第一用户分析“儿童”这一概念，不同的地方有不同的界定。在我国，人们普遍认为儿童指的是0至14岁年龄段的人群，而在国际儿童权利公约中，儿童的年龄区间被界定为0至18岁。本课题根据调研情况和研究目的，将研究对象年龄范围限定在2至8岁，并将研究对象划分为三个阶段：分别对应2至4岁、4至6岁、6至8岁。通过文献分析以及与家长的访谈，得到各年龄阶段特点和表现如下（表2.3）：表2.3 儿童各年龄阶段特点阶段生理特点心理特点行为特点核心过程第一阶段（24岁）身体上的部分小肌肉发展起来，身体动作更加灵活、协调，动作较以前更加精细。开始对自我有了简单的了解和探知欲喜欢有助于发展平衡感和节奏感的行为，可以简单完成一些行为。模仿第二阶段（46岁）眼手协调一致性增强，平衡性得到提高。开始树立了团队合作意识，分析能力逐渐增强，求知欲增加。已经能够独立完成一些比较精细的动作，肢体动作明显增强。认同第三阶段（68岁）小手肌肉开始增长，非常活跃生理变化促进自我意识的增强，会产生压力感；具有良好的团队精神，遵守规则追求高难动作的眼手互动，非常活跃。教育通过调查收集，得到各个阶段的儿童的动作行为和心理特点：第一阶段（24岁）：这个阶段是训练儿童平衡能力的关键时候，2岁左右儿童的动作主要针对平衡感的控制，包括坐、站、走等；3岁左右开始，儿童骨骼肌肉系统发展迅速，已经能相对自如地使用控制身体和四肢，结合平时所得的技能与经验，这个阶段的儿童逐渐开始掌握如跳、跃、跨等大动作。7第二阶段（46岁）：随着儿童眼手协调一致性增强，平衡性得到提高，这个阶段的儿童对跑、跳、蹲等大动作的掌握逐渐成熟，已经能够完成一些比较精细的动作，肢体动作明显增强，儿童已经能够掌握一些精细动作，如捏、握、抓、夹等。第三阶段（68岁）：这个阶段儿童的小手肌肉开始增长，儿童开始追求高难度的动作，如拍、投、掷、踢等。这个阶段的儿童四肢协调性有所增强，各个器官的发育趋于完善，能更加灵活地做出不同动作。图2.2 儿童动作采集（2）第二用户分析以28岁的儿童为研究对象，参照国内普遍生育年龄，可推测男性监护人年龄区间为2743岁，女性监护人年龄区间为2538岁，这个年龄段的父母普遍对新鲜事物有较强的接受能力，愿意尝试对子女有益的产品并作出反馈。基于此，本次调研决定通过访谈的形式了解监护人的使用需求，完善对儿童行为、心理的分析。从23名访谈对象的结果，可以大致了解监护人在监管过程中的需求以及儿童在使用过程中的表现与反应。表2.4 部分访谈结果身份儿童年龄被访问者需求儿童表现母亲4岁希望自行车上可以有携带玩具等的地方孩子骑一会就不骑了母亲3岁大人推的时候总要弯腰很累孩子没耐性，上坡就不骑了母亲7岁自行车没选好，太重了孩子长得太快，没多久就得换型号父亲8岁我个子高，给儿子扶车太难受了孩子说车把有些不好捏，不舒服母亲2岁孩子还太小，不知道买什么款式的车平衡能力较差，容易跌倒.不难看出，目前市场上的儿童自行车并未考虑到监护人的使用需求，监护人在使用儿童自行车时缺乏基本的舒适性与便携性，对此，在访谈过程中，监护人普遍表示儿童自行车的设计还是要以儿童的需求与特点为主，只要能保证儿童的安全性、舒适性、易用性，监护人的使用体验的缺乏不影响他们的购买。22 儿童自行车创新设计发展现状221 专利研究与产品创新的关系 在信息化社会，人们开始通过研究和分析专利信息，从中得到相关的发明创造的技术内容，并合法有效地利用这些信息，对自己的产品开发、产品设计有所帮助。专利最大的特点是具有创新性，这恰巧是设计的关键。另外，专利具有新颖性，这表明申请人在申请专利之前都未将专利信息公开参展或发表，因此，分析专利信息对于在产品相关技术领域中居领先地位起着重要且有效的作用。222 儿童自行车创新设计近况分析 通过专利检索平台搜索关键词“儿童自行车”，结合专业性质和研究范畴，剔除掉失效专利，共筛选出44项相关发明技术，观察得知，专利涉及创新关键点包括车篷、前叉（前轮支架）、车座、后轮支架等。从专利申请时间可以看出，国内大陆最早于2000年左右公开申请，集中于2011至2015年，这也从侧面印证了近几年国内儿童自行车市场在不断扩大，企业对儿童自行车的创新设计越来越重视。通过分析专利特征，总结得出主要创新点：（1）便于拆装组合。消费者将儿童自行车购买回家，第一步便是组装，在后期的使用过程中，也需要拆装组合，繁冗的安装步骤，会给使用者留下不好的第一印象，直接影响到使用者的使用体验和满意度。（2）安全性。对儿童产品来说，安全是需要首要考虑的成分，不具有安全性的儿童产品即使有再高的创新性，都是不被使用者所认可的。（3）可变换高度。儿童成长速度快导致儿童产品的更新换代快，常出现在产品寿命未结束之前就被闲置的情况。可变换高度的设置在一定程度上可以延长使用周期，减少资源的浪费，是基于可持续发展的设计要点。可变换高度，可适应不同高度的儿童，增加舒适度。8（4）趣味性。儿童具有丰富的情感，他们倾向于亲切、有趣的事物，增加趣味性可提高产品的竞争力。3 儿童自行车创新设计方法研究31 儿童自行车创新设计方法论述311 创新设计概述 设计的本质是创新，产品创新是当今社会企业与品牌的重要组成部分，它有助于打造竞争优势，实现企业经营目标。长期以来，人们对产品创新设计进行了长期的研究，至今已有数百种创新方法的出现，如头脑风暴法、仿生法、组合创新法、列举法等。这些设计方法，分别总不同的角度探索了设计创新的方法与步骤，但未出现一套完整的创新设计理论体系，有些甚至还存在一定的缺陷。因此，寻找到高效、科学的创新方法是所有企业和品牌的迫切要求。对于儿童产品设计中的创新方法，参考创新方法的定义，其研究的目并不是寻找保证产品创新必然发生或成功的途径和方法，而是指针对儿童产品所进行的发明、研究及创造性解决问题的有效方法的总称，以提高儿童产品的创新效率。产品在问题中创新，发现问题才能实现创新。在设计过程中，首先应由问题驱动创新，但同时需要有大量的相关资料与信息为基础，理论联系实际，获得解决问题的最佳方式。发现问题的质量、储备知识和信息的完整性、发现最优解的过程，这些都影响着产品创新的实施。312 儿童产品创新设计方法探究（1）基于人性化设计理念的儿童产品设计创新方法人性化设计即以人为本的设计，儿童产品的使用对象是儿童，因此，在设计过程中应牢牢把握住儿童的特征，包括尺寸特征和心理特点，使产品既满足其生理需求，又符合其心理特征，这样才能设计出人性化的儿童产品。9儿童是一个充满生命力的群体，他们情感丰富，善于观察自然，对于产品，他们更倾向于亲和、趣味的产品，例如青蛙公司的一款针对儿童设计的鼠标，就将鼠标设计成老鼠的形状，看上去亲切有趣，很受儿童欢迎。因此，在设计儿童产品时，色彩、材质、造型是否具有宜人性和趣味性是产品是否吸引儿童关注的关键，色彩鲜艳、造型卡通的产品往往能带给儿童更多心理上的愉悦感和满足感。（2）基于模块化的儿童产品设计创新方法模块化的产品能更好的满足儿童产品易拆卸、易组装、通用性、个性化等要求，以及适当的可扩展性与兼容能力，即儿童在使用过程中，能够按照自己的创意、喜好，随意的进行打乱重组这些模块，这种自由的打乱与组合为儿童发挥自己无穷的创意提供了条件，有利于儿童的思维发散和创新意识的培养。以乐高集团为例，乐高积木就是一款典型的模块化玩具，人们之所以对乐高抱以如此高的评价，其原因在于乐高集团非常重视儿童的独立解决问题的能力与团队协作能力，儿童在使用乐高玩具时，会自由的将模块进行打乱拆装，这大大促进了儿童自主或协作能力的发展。（3）基于可持续设计的儿童产品设计创新方法企业和设计师只有意识到可持续设计对于企业发展的重要性，才能在严峻的竞争环境中保持优势。在产品设计时，设计师要综合考虑产品的造型、材料等与环境的关系，并从产品的整个生命周期考虑，包括产品废弃后的处理和再利用，将可持续设计理念融入设计过程中，最大限度的有效利用资源，减少社会和自然资源的浪费。为体现科技性，吸引消费者，国内很多儿童产品设计公司逐渐放弃或减弱设计中的传统元素，转而开始重视产品中高科技元素的应用。但是，含高科技的儿童产品的价格较高，大量电子技术的使用也容易对儿童的身体受到伤害，尤其是给眼睛带来疲劳。对此，不仅基于环保角度，也是为了安全性考虑，儿童产品在设计时要注重材料的选择，如环保材料、可回收材料等的使用，可以降低产品对环境的污染，有利于控制产品成本。另一方面，环保理念也是一个对儿童健康来说十分重要的问题，儿童在使用产品的过程中可以充分接触绿色设计和可持续发展的理念，这对他们的成长有着良性的启示作用。儿童产品的绿色设计对设计师的要求主要体现在几个方面，既包括对儿童产品设计流程与方法的熟悉与运用，也包括对先进的新兴的科学技术的了解，更重要的是对绿色设计理念的熟知与应用。设计师在深入了解儿童的心理和生理需求后，根据绿色设计的理念和要求，选择合适的造型与材料，不断推出新的创意，将儿童产品设计与可持续设计很好的结合起来。（4）基于情感化的儿童产品设计创新方法随着消费者需求的提高与科技的发展，人们对产品提出了更高的要求，产品需要关注到人们的感性心理需求，而不仅仅是在单纯的物质层面需求的满足。在儿童产品市场，它表现为关注儿童的自身素质和健康发展，产品不但要能实现功能性，还需要通过形状、色彩、表面肌理等给予儿童良好的使用体验，传达一种积极的喜悦的情感，使儿童在使用时感受快乐和感动，获得无线的愉悦感和精神上的满足。情感化设计要求考虑用户的心理感受，儿童对情感化的需求可能体现在很多方面，如更加拟人化的造型，亲切温和的肌理或触感，简单易懂的界面等，儿童在使用过程中能体会到设计师无微不至的呵护，享受其中的乐趣，从而获得情感和精神上的满足。要想设计出好的儿童产品，设计师需要充分了解儿童的心理情感需求，在产品和儿童之间建立起情感的纽带，这样才能带给儿童愉悦而难忘的使用体验。（5）基于可用性原则的儿童产品设计创新方法在儿童产品设计中，操作界面是否简洁、使用操作是否方便、信息是否容易读取等都影响着儿童的感受。对儿童来说，他们往往缺乏耐心，容易转移注意力，因此如果产品不能给他们带来愉悦感，他们就会对产品丧失耐心，甚至造成挫败感，产生排斥心理。10因此，儿童产品设计在注重创新性的同时也不能忽略易用性，尽可能使操作界面简洁化，操作方式更加简单，使用更加方便。11儿童产品的可用性和易用性不仅有利于儿童与产品之间的交流与沟通，便于儿童的学习使用，同时能促进他们生理与情感上的开发培养，满足他们的需求。32 建立层次结构模型 首先根据总目标、考虑的主要成分和决策对象按照它们之间的相互关系自高到低分为三层，得到层次结构图（如图3.1所示）。图3.1 层次结构模型321 建立目标层 创建层次分析结构模型是层次分析法中最关键的一步，最高层代表着建立本次结构模型想要实现的最终目标。在本结构模型中，目标层Z为确定创新切入点。322 建立准则层 准则层C一般表示衡量衡量是否达到所要达到的目标，是为实现最终目标而制定的准则和指标。根据对儿童产品创新设计方法的探究与总结，在本结构模型中，准则层分别为C1人性化、C2模块化、C3可持续性、C4情感化、C5可用性。323 建立方案层 方案层P为解决问题的各备选方案。根据上一章节的产品调研结果，总结出五个创新切入点，分别为可拆装组合P1、提高安全性P2、增添趣味性P3、增加美观性P4、轻量化P5。1233 构建判断矩阵与一致性检验一般来说，对n个元素来说，判断矩阵C=（Cij）nn，基本形式如下：BkC1C2.CnC1C11C12.C1nC2C21C22.C2n.CnCn1Cn2.Cnn如表3.1所示，给出的19标度方法：表3.1 重要性等级与赋值标度方法序号重要性等级Cnn赋值1i，j两元素同等重要12i元素比j元素稍重要33i元素比j元素明显重要54i元素比j元素强烈重要75i元素比j元素极端重要96i元素比j元素稍不重要1/37i元素比j元素明显不重要1/58j元素比j元素强烈不重要1/79i元素比j元素极端不重要1/9在本结构模型中，获得判断矩阵Z-C为Z=判断矩阵C1（相对于人性化准则，各种设计切入点之间相对重要性比较）、C2（相对于模块化准则，各种设计切入点之间相对重要性比较）、C3（相对于可持续准则，各种设计切入点之间相对重要性比较）、C4（相对于情感化准则，各种设计切入点之间相对重要性比较）、C5（相对于可用性准则，各种设计切入点之间相对重要性比较）的具体结果分别如下：C1= C2=C3= C4=C5=34 层次排序341 层次单排序 对于判断矩阵Z来说，计算结果如下：Z=342 总层次排序 本结构模型中，总层次排序如表3.2所示。表3.2 创新点切入方案总排序项目C1C2C3C4C5总排序P10.2050.3160.1970.1730.1090.315P20.0920.5640.0940.1380.2040.206P30.1180.0940.4060.0550.3270.152P40.3270.1720.1130.2530.1350.143P50.2320.1050.2630.2640.1360.204342 结论 所考虑的五种创新切入点的相对顺序为：P1，可拆装组合；P2提高安全性；P5轻量化；P3增加趣味性；P4增添美观性。4 儿童自行车创新设计方法应用案例41 设计任务确认通过上一章使用的层次分析法，本设计将基于模块化对儿童自行车进行功能分解和模块划分，并基于可持续的设计理念对各个模块进行功能或造型上的创新，通过不同的组合方式，实现产品的可拆装组合与可调节性，增加儿童自行车的使用周期和趣味性。42 设计准备 421 儿童自行车结构分析 儿童自行车车胎的外径不同分为不同规格，国际上一般分为12寸、16寸、20寸等，为适应国内儿童身高，国内还增加了14寸、18寸的自行车规格。表4.1 儿童自行车规格与儿童身高年龄范围规格（英寸）儿童腿长/胯下高度（cm）身高范围（cm）年龄范围（岁）1235-4280-1052-41440-5090-1203-51645-55105-1354-71850-60115-1505-92055-63125以上8岁以上儿童自行车主要由车体部分、传动部分、行动部分、安全装置和附件组成，具体如图4.1和表4.2所示。图4.1 儿童自行车主要零件组成表4.2 儿童自行车主要零件名称序号及名称1.车灯2.车铃3.车把4.车座把手5.车座6.车架7.后挡泥板8.后轮9.前叉10.前挡泥板11.链罩12.辅助轮13.脚踏14.前轮422 功能模块划分 根据儿童自行车主要功能部件的属性,如表4.3，可将各功能模块归类。13表4.3 儿童自行车模块划分系统分类模块类别功能分类名称模块化基本模块基本功能把手车座脚踏车轮辅助模块辅助功能连接部件车座把手链轮（罩）前后挡泥板适应模块适应功能各转向和活动部位特殊模块特殊功能车架非模块化非模块用户专用功能车灯置物架车篮辅助轮.结合上表模块化系统的建立，可以将儿童自行车分为不同的功能模块（或结构模块）。用户可以按照自己的喜好和个性，选择不同的模块化部件进行装配或重组，以满足不同的使用环境或使用年龄。另外，用户还可选择拓展模块，对产品功能进行拓展，增加儿童自行车的使用周期423 儿童自行车人机尺寸分析 通过查阅资料与统计，得出儿童自行车零件清单及尺寸选取表。其中主要尺寸分析如下：（1）车轮：通过查阅资料，得到28岁儿童的身高范围约为90130cm（见附录C），儿童腿长/胯下高度约为3560cm。常见儿童自行车轮径中，14寸的车轮轮径约为355.6mm，比较适合该年龄段的儿童。（2）车架：根据28岁儿童的相关人体尺寸，将车架的长度初步定为8001000mm范围内，高度范围定为320410mm。（3）车把：车把高度取决于儿童坐姿，宽度取决于儿童的坐姿两肘和肩宽，把手直径取决于儿童手掌宽度。根据相关人体尺寸，得出车把的高度范围为500600mm，宽度范围为400450mm。（4）车座：通过查阅资料，儿童自行车鞍座高度在435635mm范围内比较适宜；鞍座的舒适度取决于鞍座表面与人体肱骨的贴合程度，应实现接近无压力为最优。根据相关人体尺寸，将鞍座的坐面倾角定为3，车座高度范围定为400500mm，宽度范围为150200mm。（5）轮距：较小的轮距可减轻自行车重量，提高运动性能，实现轻量化。在本设计中，轮距定为500600mm范围内。图4.2 儿童自行车尺寸分析43 设计方案基于模块化设计和可持续设计理念的特点和要求，本系列设计方案主要针对解决儿童自行车使用周期短的问题，主要有以下特征： 图4.3 车架设计草图（1）可拆装组合及高度可调节。本款车架通过不同方式的安装方式可以组合成儿童平衡车和儿童自行车，分别适合24岁儿童和38岁儿童。当组装成平衡车时，坐高最小值为380mm，适合2岁左右儿童使用，随着儿童年龄增长，可以调节车座高度以满足儿童的身高变化；当儿童成长到一定阶段，平衡车已经不适合这个年龄段的儿童使用，可将车架反向安装，并装上链条、链脚踏等零件，如图4.4所示，即可得到一辆儿童自行车，此时的坐高最小值为410mm，适合38岁儿童使用，同样可调节车座高度以适应儿童年龄增长。 图4.4 单人情况下的组合方式（2）适合单、双人情况使用。考虑到二孩家庭的增多，以及加强同龄儿童间的互动，本方案中，通过增加一个特殊模块并进行组装后可实现从单人自行车到双人自行车的转换，如图4.5所示。图4.5 双人儿童自行车情况下的组合方式（3）设计风格上注重现代、简约、实用，体现了现代主义设计特点。44 方案深入441 设计方案深入 使用制图软件不断调整车架的具体形态和尺寸，使之在满足设定的人机结构尺寸的基础上，符合前述的设计特点，最终结果如图4.6所示。 （a） （b） （c）图4.6 不同使用情况下的车架安装方式442 整体连接方式探究 一辆自行车需要用到多种连接方式相结合使用才可以形成一个整体的构造，主要可以分为四类：固定连接、活动连接、柔性连接、其他连接。固定连接常用于不可拆卸的部分，如前叉、车头、底座等部分都使用了焊接的方式。脚踏、避震等结构，采用螺