（设计艺术学专业论文）数控机床ICAID系统的可用性研究.pdf

硕士学位论文 摘要 本文属于“十五”国家科技攻关项目“基于设计知识和用户知识的网络 化数控机床造型设计与人性化界面技术及应用研究”的后续研究内容，论述 了对已经构建的数控机床i c a i d 系统进行可用性评估的策略和方法，建立了 i c a i o 系统可用性评估框架，并且通过试验对i c a i d 系统的可用性指标进行 了分析和评价。 可用性问题是交互设计领域的核心问题，目前国际上对于可用性问题的 研究主要包括两个方面的内容，一方面，关于可用性定义，即可用性问题的 内涵，主要涉及可用性维度的划分；另一方面，关于可用性评估方法，主要 涉及采用什么样的评估方法，以及如何评估产品的可用性。可用性研究的主 要问题在于评估对象特殊性与评估方法一般性之间的矛盾，即对于具体的产 品和系统进行可用性研究时，可能会具有不同的可用性维度划分方法和评估 框架。 本文基于对i c a i d 系统界面本身特点的研究，提出了i c a i d 系统特有的 可用性属性空间，即辅助性能指标、效率性指标、创新性指标和满意度指标。 分析了现有的可用性评估方法及其在产品开发阶段不同的应用条件，提出了 基于可用性测试与问卷调查相结合的“交叉”式评估方法。针对i c a i d 系统 可用性指标的评估，提出了基于主客观的评价分析方法，即从用户的客观操 作和主观感觉两个方面来综合反映i c a i d 系统的可用性。本文针对试验过程 中用户出错的情况和主要问题分析，初步确立了i c a i d 系统下一步优化升级 的主要方向。 关键词：交互设计：可用性评估；可用性测试；评估框架；i c a i d 系统；口 语分析；任务分析； 鍪垄! ! 压鉴垒尘丕篓墼卫星丝2 蜜 a b s t r a c t a st h ef o l l o w - u pr e s e a r c ho nt h et e n t hn a t i o n a lf i v e - y e a rs c i e n c ea n d t e c h n o l o g yp r o j e c t ，a i m i n ga tt h ei c a i d ( i n t e r n e t b a s e dc o m p u t e ra i d e d i n d u s t r i a ld e s i g n ) s y s t e mt h a th a db e e nb u i l t ，t h i st h e s i sp r e s e n t sam e t h o d o l o g y f o re v a l u a t i n gt h eu s a b i l i t yo ft h ei c a i ds y s t e m ，a n da l s od e v e l o p sas t r u c t u r e d u s a b i l i t ye v a l u a t i o nf r a m e w o r k m o r e o v e r ，b a s e do nt h eu s a b i l i t ye v a l u a t i o n e x p e r i m e n t ，t h et h e s i sd i s c u s s e st h ec r i t e r i ao fi c a i ds y s t e m u s a b i l i t yi st h ec o r ec o n c e p to fh u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n a tp r e s e n t ， t h e r ea r em a i n l yt w of a c t o r sc o n c e r n e dw i t hu s a b i l i t ys t u d y t h ef i r s tf a c t o ri st h e d e f i n i t i o no fu s a b i l i t ya l s ok n o w na st h ec o n n o t a t i o no fu s a b i l i t y ，m o s t l yr e l a t e d t oh o wt od i s t i n g u i s hu s a b i l i t yd i m e n s i o n so fa no b j e c t t h es e c o n do n ei st h e m e t h o d so fu s a b i l i t ye v a l u a t i o n ，m o s t l yr e l a t e dt ow h a tm e t h o d sw i l lb ea d o p t e d a n dh o wt oe v a l u a t eb yu s i n gt h o s em e t h o d s t h ec o n t r a d i c t i o n sb e t w e e n i n d e p e n d e n t f a c t o r so f e v a l u a t i o n o b j e c t a n d u n i v e r s a l i t y o fe v a l u a t i o n m e a s u r e m e n ti st h em a i np r o b l e mi nt h eu s a b i l i t ys t u d yf i e l d i no t h e rw o r d s ， t h e r ea r el i k e l ys o m ed i f f e r e n td i m e n s i o n sa n de v a l u a t i o nf r a m e w o r k sa c c o r d i n g t od i f f e r e n te v a l u a t i o no b j e c t s b a s e do nt h ea n a l y s i so nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fu s e ri n t e r f a c eo ft h ei c a i d s y s t e m ，t h et h e s i sp r e s e n t st h ep e c u l i a rd i m e n s i o n so fi c a i ds y s t e m ：a s s i s t a n c e 、 e f f i c i e n c y 、i n n o v a t i o na n ds u b j e c t i v es a t i s f a c t i o nd i m e n s i o n a f t e ra n a l y z i n g c u r r e n tu s a b i l i t ye v a l u a t i o nm e t h o d sa n dt h e i ra p p l i c a t i o np r e c o n d i t i o n s ，t h e t h e s i sp r e s e n t sac r o s se v a l u a t i o nm e t h o di n t e g r a t i n gu s a b i l i t yt e s ta n d q u e s t i o n n a i r e i no r d e rt oe v a l u a t et h ei c a i ds y s t e mw i t ht h eu s a b i l i t yc r i t e r i a i t h et h e s i ss u g g e s t sas u b j e c t i v e o b j e c t i v ee v a l u a t i o nm e t h o dt h a tc a ne v a l u a t e s y n t h e t i c a l l yt h eu s a b i l i t yt h r o u g h b o t ho b j e c t i v eb e h a v i o r sa n ds u b j e c t i v e s a t i s f a c t i o n f i n a l l y ，b ya n a l y z i n gt h ee r r o r sa n dp r o b l e m sf o u n di nt h ep r o c e s so f t h ee x p e r i m e n t ，t h i st h e s i sp r o v i d e st h es u g g e s t i o n so fs y s t e mo p t i m i z i n ga n d u p g r a d ei nt h en e x ts t e p k e yw o r d s ：i n t e r a c t i o nd e s i g n ；u s a b i l i t ye v a l u a t i o n ；u s a b i l i t yt e s t ；e v a l u a t i o n f r a m e w o r k ；i c a i ds y s t e m ；p r o t o c o la n a l y s i s ；t a s ka n a l y s i s i i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：障眈哥 日期：枷，年f 月砂日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：胁铑跨 导师签名二圭尘峙 日期：7 , 0 0 3 年f 月认日 日期：o j - 年 月10 日 硕士学位论文 1 1 论文的研究背景 第1 章绪论 1 1 1 交互设计的发展 现代信息技术和通信技术的发展丰富了人们的学习、交流、工作和生活， 但由此也带来了交互界面复杂化等新问题。高技术产品的功能复杂化和普及 化对产品界面设计的质量提出了更高的要求，一方面，复杂的产品功能要求 界面提供更加有效的支持；另一方面，普及化则要求界面易于学习，能够满 足不同用户要求【lj ，这些因素促使交互设计成为设计领域的重点研究课题。 w i n o g r a d 将交互设计定义为“人类交流和交互空间的设计【2 】，r e xh a r t s o n 提出人机交互的核心概念就是可用性问题【3 j ，n t r a c t i n s k y 、a s k a t z 年l d i k a r 等人对人机交互设计中的美学问题和维度问题进行了大量的研究和论 述【4 】，而m a y h e wd j 则对交互设计的方法提出了一系列的设计原理和准n t ”。 交互设计是一种将人机工程学、人机交互学( h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ， h c i ) 及相关学科的研究成果运用到实际的产品设计领域的技术方法。具体说 来，交互设计主要是综合考虑这些学科因素用以创建新的用户体验问题，目 的是为了增强和扩充人们工作、通信及交互的方式。美国计算机学会( a c m ) 对人机交互学的定义是“关于设计、评价和实现供人们使用的交互式计算机 系统，是研究围绕这些方面主要现象的科学”( a c ms i g c h i ，1 9 9 2 ) 。 设计实践 图形设计 产品设计 美术设计 工业设计 电影产业 计算机支持的协作一c s c w 、认姐 娄：t z l 学 图1 1 与交互设计相关的各个学科、设计实践和跨学科领域间的关系 作者：j e n n i f e rp r e e c e ，y v o n n er o g e r s ，h e l e ns h a r p 图片来源：人机交互一超越人机交互p 6 实际的应用领域，不同学科背景的专家和设计人员对于交互设计有着不 錾丝2 ：窭：台2 蚕釜篁翟望：鳖2 蚕 同的认识，j o h nm c a r r o l l 认为人机交互学是涉及心理学和社会科学的综合 学科峥j ，即一方面涉及到计算机科学和技术，另一方面，又要考察用户与系 统交互过程中人的认知心理。目前，人机交互的领域正在扩展，包括了含训 算技术的一切产品，涉及更多学科的交叉，包括工业设计、平面设计、人机 工程学和社会科学等，并且更多的涉及到物理设计( 硬件设计) 与软件开发 的结合，以及新的交互方式对于人类社会和文化的影响等方面。图1 1 列出了 与交互设计相关的主要学科。这些学科大致可以分为两类，即面向人的学科 和面向机器的学科，“交互”是这两类学科交叉的基础。 人机交互系统包括三个 主要因素：人的因素、交互设 备及实现人机对话的软件【7 】， 交互系统的示意图如图1 2 所 示。交互软件作为展示交互系 统功能的核心，向用户提供各 种交互功能，它本身的交互质 量和属性就决定了人机交互 的性质以及系统的使用方式。 交互设备 、一一一一一一一j 图1 2 交互系统示意图 人的因素 人与硬件、软件结合而构成了人机界面【7 】，它是人与计算机之间传递和交互 信息的媒介，是计算机系统向用户提供的综合操作环境【8 1 。针对用户界面设 计，形成了国际化的一般设计准则，如以用户为中心的设计和和用户参与式 界面开发方法等i 9 1 ：m a y h e wd j 认为人机界面是指人与产品进行交互的方式与 方法，主张对人机界面的可用性进行考察【1 。 计算机问世后半个世纪中，人机界面技术已经取得了巨大的进步，但迄 今为止，开发一个高质量的人机界面仍然很困难 i l l 。b r a dam y e r s 认为：人 机界面的设计和实现中的复杂性是固有的，并且在可预见的将来仍然如此( 1 2 l 。 1 1 2 可用性问题提出 系统可用性问题的提出源于人机交互研究，一方面，激烈的市场竞争要 求系统具有较高的可用性，即交互的可用性。系统交互界面的可用性程度已 经成为区分产品的一种主要方式，t e l l e s 认为交互界面已经成为软件获得好 评的重要因素 1 3 i ：另一方面，企业在新产品开发过程中，提高产品可用性可以 节约成本【i “，根据l e d e ra n dp r a s a d 对软件工程成本估计的研究表明，6 3 5 的 大型软件项目严重超出预先的成本估计，主要原因与软件开发过程中忽视可 用性的问题有关：用户频繁的要求改进设计，被忽视的用户任务d s 。最后， 在产品开发的过程中注意可用性的问题，可以提高产品的可用性程度。 - 2 画画 戮 砸士学位论文 任何产品和系统在开发过程中，不可避免的存在可用性方面的问题，这 主要与开发过程的复杂性及相关因素的不确定性相关。产生可用性问题的空 间是多元的： 首先，技术的发展带动了产品的革新。在这个过程中，技术体现出两面 性，即一方面带来了全新功能的产品，另一方面却增加了对产品系统进行操 控的难度。而且一一些新技术本身就不容易学习和被人掌握，这种技术带来的 矛盾需要更多的时间和精力才能解决。 蹙爱一一匿羹羹雾一一霞羹 鎏 图1 3 缺陷放大模型图 作者：古乐，史九林 图片来源：软件测试技术概论p 2 产品开发过程中产生的可用性问题最为突出，如忽视用户参与，仅凭开 发者或决策者的想象和猜测进行设计，或者在设计交互式产品时。仅仅从物 理层次上解决设计问题，没有认识 到问题空间的本质，在解决技术问 题的同时，产生了新的可用性问 题。 客观因素的限制也在一定程 度上导致了系统可用性问题的产 生，如系统开发资金、时间、技术 和人力等方面的客观限制因素。 软件产业化的发展，人们对软 件的质量、成本和进度提出了较高 的要求【m 1 。软件系统开发阶段容易 产生可用性问题，设计活动引入的 错误占软件过程中出现所有错误 数量的5 0 一6 0 。根据i b m 的研究， 在软件开发的过程中，缺陷存在放 大趋势【7 】。如果在需求阶段漏过一 个错误，该错误就可能会引起n 个 错误，图1 3 表示了缺陷放大模型。 软件系统的开发者并不是系统最 终的用户，n o r m a n 提出了一个用 一3 图1 4 概念模型 作者：d o n a l da ，n o r m a n 图片来源：设计心理学p 1 9 6 图1 5p d c a 循环 作者：古乐，史九林 图片来源：软件测试技术概论p 1 7 3 数控机床i c a i d 系统的可用性研究 于说明“设计概念模型”与“用户理解模型”之间关系的框架，如图1 4 所 示。理想情况下，这三个模型应能够相互映射，用户通过与系统映像交互， 能够按照设计师的意图去执行任务。但是，若系统映像不能明确地向用户展 示设计模型，那么用户就很可能无法下确理解系统，因此在使用系统时不但 效率低，而且容易出错，用户对使用系统的过程也感到失望，造成严重系统 就存在着严重的可用性问题。 针对系统软件可能存在的种种可用性问题，a i r l i e 软件咨询中心提出了5 个主要的原因【l ”，认为系统产品在最后提交给用户之前，必须要进行最后阶 段的测试。软件系统的测试方法主要有：功能测试、性能测试、安全性测试、 g u i 测试、健壮性测试、可用性测试等 1 “，系统测试评价的过程主要是按照 如图1 5 所示的d e m i n g 的p d c a 循环模型过程来进行。其中可用性测试 ( u s a b i l i t yt e s t i n g ) 主要是为了检验用户在理解和使用系统方面的优越性。 与软件测试方法注重系统本身的性能相比，可用性测试更加注重人与系统本 身的交互过程，即要考察系统功能的强健性、易用性，又要考虑系统用户的 体验等。在实际进行测试时，通常将两者一起进行考虑，而很少会去严格区 别两者之间的关系。 1 2 系统的可用性研究 1 2 1 可用性定义及其一般属性 “可用性”概念起源于“友好界面”的概念，但b e v a n 认为“友好界面” 的概念过于模糊和主观，所以后来可用性更多的被理解为高质量产品和系统 的一种属性，“可用性”被b e v a n 定义为产品或者系统“使用过程中的质量” ”9 。“。然而，一致的可用性概念的定义，并不能足以解决可用性研究领域的 一切问题，根据如何测量一个产品和系统的可用性这一问题，又出现了许多 新的可用性定义，这些定义试图从测量方法上来表述可用性的概念，其中较 有影响力的主要有s h a e k e l ( 1 9 9 1 ) 、n i e l s e n ( 1 9 9 3 ) 、i s 0 9 2 4 1 1 1 和i s 0 9 2 1 6 分别对可用性的定义，可以概括为如图1 6 所示。 图1 6 可用性定义的不同描述 4 第一，h a r t s o n 认为可用性包含两层含义：有用性和易用性。有用性是指产 品能否实现特定的功能。易用性是指用户与界面的交互效率、易学性以及用 户的满意度1 3 】。h a r t s o n 的定义比较全面，但对这一概念的可操作性缺乏进一步 分析。 第二，n i e l s e n 的定义弥补了这缺陷，根据n i e l s e n 对可用性的定义， n i e l s e n 认为可用性与五个属性相联系，即可学习性、效率、可记忆性、出错 和主观满意度，通过这些指标的评估可以综合反映系统的对可用性问题， n i e l s e n 认为产品在每个要素上都达到很好的水平，才具有高可用性2 ”，这五 个属性如图1 7 所示【22 1 。 第三，国际标准化组织( i s o ) 在其i s of d i s9 2 4 1 1 1 标准f g u i d a n c eo i l u s a b i l i t y ，1 9 9 7 ) 中，可用性是 指当用户在特定的环境中使用 可用性评估 产品完成具体任务时，交互过 ，一乡，心、 程的有效性、交互效率和用户 一一一一7 7 7 、 满意度口3 1 。而i s o 9 1 2 6 - l 可学j 性裂率可南忆 出错 瓣! 滩趣! ( 2 0 0 0 ) 标准则将可用性具体 用户行为 主耐譬觉 化为交互过程的可理解性、可 一一一 一 学习性、可操作性和吸引力四 图1 7n i e l s e n 的可用性屙陛分析图 个方面【2 4 1 。 综合以上几种对于可用性的定义，可以将可用性属性划分为两类：第一， 客观的操作指标，即用户的行为属性，主要包括效率性和学习指标：第二， 主观的评价指标，即用户的主观感受，包括用户的满意程度及用户的主观体 验。然而，可用性的两类属性都具有模糊性，很难用一种方法作十分精确的 评估【2 “。n i e l s e n 认为与更大的系统可接受性( a c c e p t a b | i t y ) 概念相比， 可用性是一个较窄的概念，可接受性主要考察系统是否足够良好以及是否达 到满足用户及其他可能的相 关人员的所有需要和需求的 程度，侧重于用户对产品和系 统的整体接受和认可的程度。 整体可接受性从性质上又可 分为社会可接受性( s o c i a l a c c e p t a b i l i t y ) 和实际可按受性 ( p r a c t i c a la c c e p t a b i l i t y ) 两个 方面。 社会可接受性主要与用 系 缝 可 接 受 性 一5 一 图1 8 系统可接受性的属性模型 作者：j a k o bn i e l s e n 图片来源：可用性工程p 1 6 习 数控机床1 c a i d 系统的可用性研究 户对系统的喜爱和认可程度有关，即社会对于产品和系统的评价，而实际可 接受性则主要侧重产品或者是系统的本身，即系统自身的质量、成本及可用 性等。 实际可接受性受到社会可接受性的制约，一般认为，实际可接受性好的 产品和系统并不定受到用户的认可，因此，只有在系统具有较好的社会可 接受性的前提下，才能够进一步的分析它在各个方面的实际可接受程度。系 统的可接受性的属性模型如图1 8 所示。从图上可以看出，可用性实际上归属 于系统的实际可接受属性，主要反映用户与系统交互的情况，适用于用户可 能与之交互系统的所有方面。在一个实际的开发项目研究中，必须在可用性 及其它诸多方面的考虑因素之间进行权衡。 1 2 2 系统开发的可用性生命周期模型 产品设计领域，实际的产品与系统的设计过程都涉及一系列的行为活动。 这些活动的秩序化关系常常形成一个循环周期，即体现为一个生命周期模型。 相对于产品设计，交互设计的相关领域对“生命周期模型”存在许多说法， s o m m e r v i l l e 将“生命周期模型”表达为“处理模型( p r o c e s s m o d e l ) ”，常 用“瀑布模型”来描述软件 的生命周期；而p r e s s m a n 则经常使用“范型”来代替 “生命周期模型”。交互设 计的生命周期模型整体上 可以描述为图1 9 所示的简 单交互设计模型，它涉及交 互设计过程的基本行为活 动，具有“迭代”和“以用 户为中心”等关键特征。 图1 9 简单的交互设计模型 作者：j e n n i f e rp r e e c e ，y v o n n er o g e r s ，h e l e ns h a r p 图片来源：人机交互一超越人机交互p 1 3 2 陌磊订s 磊 s 匿圈酲酉s 匿豳l 堡查坌塑l s i 堡盐i s 睦i i 塑壁- - - - - i 醚鲞遴翻，+ 幽黝糊 图1 1 0 软件开发的瀑布模型 作者：j e n n i f e rp r e e c e ，y v o n n er o g e r s ，h e l e ns h a r p 图片来源：人机交互一超越人机交互p 1 3 3 瀑布模型如图1 1 0 所示。它在本质上是一个线型模型，强调行为活动的 次序性，即生命周期始于需求分析，然后是设计、编码、实现、测试和维护。 瀑布模型缺少迭代的思想，在开发过程中缺少用户的检查和评估；b a r r y b o e h m 提出了螺旋模型，螺旋模型将风险分析和原型制作引入的迭代式的框 - 6 - 矿， 垒诊 尸一 、j 。| | 数控机床i c a i d 系统的可用性研究 户对系统的喜爱和认可程度有关，即社会对于产品和系统的评价，而实际可 接受性则主要侧重产品或者是系统的本身，即系统自身的质量、成本及可用 性等。 实际可接受性受到社会可接受性的制约，一般认为，实际可接受性好的 产品和系统并不一定受到用户的认可，因此，只有在系统具有较好的社会可 接受性的前提下，才能够进一步的分析它在各个方面的实际可接受程度。系 统的可接受性的属性模型如图1 8 所示。从图上可以看出，可用性实际上归属 于系统的实际可接受属性，主要反映用户与系统交互的情况，适用于用户可 能与之交互系统的所有方面。在一个实际的开发项目研究中，必须在可用性 及其它诸多方面的考虑因素之间进行权衡。 1 2 2 系统开发的可用性生命周期模型 产品设计领域，实际的产品与系统的设计过程都涉及一系列的行为活动。 这些活动的秩序化关系常常形成一个循环周期，即体现为一个生命周期模型。 相对于产品设计，交互设计的相关领域对“生命周期模型”存在许多说法， s o m m e r v i l l e 将“生命周期模型”表达为“处理模型( p r o c e s sm o d e l ) ”，常 用“瀑布模型”来描述软件 的生命周期；而p r e s s m a n 则经常使用“范型”来代替 “生命周期模型”。交互设 计的生命周期模型整体上 可以描述为图1 9 所示的简 单交互设计模型，它涉及交 互设计过程的基本行为活 动，具有“迭代”和“以用 户为中心”等关键特征。 飞圈辫麓妙 图1 9 简单的交互设计模型 作者：5 e n n i f e rp r e e c e ，y v o n n er o g e r s ，h e l e ns h a r p 图片来源：人机交互超越人机交互p 1 3 2 圈矗匿羹图矗团s 团网 图1 1 0 软件开发的瀑布模型 作者：j e n n i f e rp r e e c e ，y v o n n er o g e r s ，h e l e ns h a r p 图片来源：人机交互一超越人机交互p 1 3 3 瀑布模型如图1 1 0 所示。它在本质上是一个线型模型，强调行为活动的 次序性，即生命周期始于需求分析，然后是设计、编码、实现、测试和维护。 瀑布模型缺少迭代的思想，在开发过程中缺少用户的检查和评估；b a r r y b o e h m 提出了螺旋模型，螺旋模型将风险分析和原型制作引入的迭代式的框 b o e h m 提出了螺旋模型，螺旋模型将风险分析和原型制作引入的迭代式的框 6 架中，方便了软件开发过程中对设计构思的反复检查和评估。螺旋模型鼓励 考虑不同的方案并且修改存在问题或潜在闯题的步骤。快速应用开发( r a d ) 模型如图1 “所示，它采用以用户为中心的方法，以需求为根本，试图将由 于需求的原因而导致的出现在开发过程中的风险降至最低。它包含五个主要 的阶段：项目启动、j a d 专题讨论、迭代设计和构建、开发和测试最终系统、 实现复审【2 “。 图1 1 l 基本的软件开发p a d 生命周期模型 作者：j e n n i f e rp r e e c e ，y v o n n er o g e r s ，h e l e ns h a r p 图片来源：人机交互超越人机交互p 1 3 5 相对与软件开发领域，h c i 领域提出的生命周期模型较少，模型中大都 体现了“以用户为中心”的设计思想。如图1 1 2 所示星形模型，它以“评估” 为核心的开发过程模型。星形生命周期模型没有指定任何的活动次序，而是 由“评估”这一活动将其它的活动联系在一起。它主要有两种不同的活动模 式；分析模式和合成模式。前者采用自顶向下、组织化、判定和正式化，是 一种从系统到用户的方法；而后者则采用自底向上、自由思考、创造性，是 一种由用户到系统的方法。 h c i 领域的另一个软件开发模型是d e b o r a hm a y h e w 提出了“可用性工程生命 周期”的概念，该模型体现了可用 性工程的总体概念，它详细的论述 了如何执行可用性任务，如何把可 用性任务集成到传统的软件开发 生命周期中，并且说明了如何把可 用性任务与传统的软件开发活动 相联系。可用性工程生命周期包含 三个基本任务：需求分析、设计， 测试开发、安装。其中设计，测试 开发最为复杂，涉及更多的子任 务。对于“设计”与“评估”阶段 之间的迭代过程也集中体现在第 二个阶段内。这个模型后来成为可 用性工程研究领域内主要的生命 周期模型。 一， 匦鳖l 、 霞 1a 霞。i 蘸 匪 图1 1 2 星形生命周期模型 作者：j e n n i f e rp r e e e e ，y v o n n er o g e r s ，h e l e ns h a r p 图片来源：人机交互超越人机交互p 1 3 7 - 7 霪， 匿 数控机床i c a i d 系统的可用性研究 1 3 前期研究成果 1 3 1 “九五”期间的研究成果 i c a i d ( i n t e r n e t b a s e dc o m p u t e ra i d e di n d u s t r i a ld e s i g n ) 系统，即“基于 i n t e r n e t 的数控机床计算机辅助造型设计系统”是2 0 0 0 年湖南大学设计艺术 学院结合“九五”时期的国家课题“数控机床的辅助造型技术及外观件图库 研究”，自主开发的国内第一个基于因特网的计算机辅助工业设计平台，在基 于i n t e r n e t 的计算机辅助工业设计领域进行了富有成效的研究【2 6 1 。以解决我 国数控机床工业造型设计中的若干技术难点，建立数控机床造型设计图库， 并结合机床行业近期和长远的需要创新出一套可用、实用和高水平的数控机 床工业造型设计的技术平台口”。如图1 1 3 是“九五”时期i c a i d 网站页面。 图1 1 3 “九五”时期i c a i d 网站页面 “九五”系统的主要解决的问题和研发成果有： ( 1 ) 自主开发了国内第一个基于i n t e r n e t 的计算机辅助工业设计平台， 在这一领域进行了富有成效的研究。 ( 2 ) 创造性地在设计心理学研究领域引入意向尺度图法，并建立了基于 意向尺度图的数控机床造型设计图库系统。 ( 3 ) 建立了初步的工业设计师和工程技术人员的合作设计平台。 1 3 2 “十五”期问的研究成果 在“九五”攻关项目的基础上，借鉴了“九五”系统的研发过程中及运 行之后的问题和经验，我们以“十五”国家的科技攻关项目专题基于设计 知识与用户知识的网络化数控机床造型设计与人性化界面技术及应用研究 为目标，充分发挥与国内多家主机厂的技术合作关系，研发了一个全新、完 全自主知识版权的数控机床工业造型设计与人性化设计系统平台。如图1 1 4 所示的“十五”时期i c a i d 系统网站页面。 “十五”期间解决的问题和取得的研究成果主要有： ( 1 ) 形成了基于设计知识与用户知识的建模理论与方法。从用户的需求 出发，结合用户知识及设计知识的特点，实现了以用户需求为中心的系统开 发方法。 8 坎士学位论文 ( 2 ) 实现了网络协同造型设计过程的规划、集成与优化。研究基于网络 的造型设计系统的可行模式、结构特点和实现方式，对其中知识库、项目管 理和协凋机制、数据和模型管理等技术问题进行研究并实际应用，建立适合 数控机床造型设计的网络集成系统模型【2 8 1 。 图1 1 4 “十五”i c a i i ) 系统页面 ( 3 ) 体现了人性化的界面设计技术。从机床使用者角度出发，以调查研 究为手段，重点研究机床产品的综合人性化界面问题，从认知心理、审美心 理等多角度全方位地描述预计创造性设计相关的人性化设计问题，提出机床 人性化设计的设计要素及评价准则，建立一套行之有效和适合我国国情的人 性化设计的技术方案。 ( 4 ) 数控机床快速造型设计技术。研究基于协同网络的并行设计技术、 基于快速原型的快速造型方案设计技术，实现机床产品造型设计的快速多样 化。 1 4 课题来源 本论文属于“十五”国家的科技攻关项目专题基于设计知识与用户知 识的网络化数控机床造型设计与人性化界面技术及应用研究的后续研究工 作，主要着眼于系统构建及构建后，对i c a i d 系统进行可用性评估及评估方 法和策略方面的研究，试图通过i c a i d 系统可用性评估，发现i c a i d 系统可 能存在的可用性问题，优化和改进i c a i b 系统，保证用户能够高效、满意的 使用i c a i d 系统。 1 5 本文的主要工作 论文主要围绕i c a i d 系统的构建及系统试运行情况，对i c a i d 系统的进 行可用性评估和评估策略及方法的研究，揭示i c a i d 系统可能存在的问题并 且发现系统需要进一步优化和扩展的功能模块。在系统构建方面，论文简要 的介绍了基于可用性工程的系统开发设计方法，即从需求到设计，再到评估 9 数控机床i c a i d 系统的可用性研究 的系统开发过程。 在可用性评估方面，针对i c a i d 系统区别于一般的软件系统的属性，如 列系统辅助性能的强调，对i c a i d 系统的可用性维度进行了详细的划分和论 述，阐明了i c a i d 系统所采用的可用性评估策略和方法，通过可用性评估试 验记录并分析了试验所获得的试验数据，最后分别对i c a i d 系统的可用性指 标进行了评估。本文的主要工作围绕以下几个问题而展开： 基于可用性工程的i c a i d 系统的设计方法； i c i a d 系统的可用性维度的划分； i c i a d 系统的可用性评估策略； i c a i d 系统的可用性指标分析； i c a i d 系统的可用性评估； i c a i d 系统的优化与升级； 1 0 - 第2 章i c a i d 系统与系统用户研究 2 1 i c a i d 系统的可用性生命周期模型 i c a i d 系统开发的生命周期模型是可用性工程生命周期模型的具体化体 现。i c a i d 系统开发的生命周期模型主要包括三个阶段：需求分析、设计测 试评估、实旄和评估，i c a i d 系统的生命周期模型图如图2 1 所示： 第一，需求分析阶段，这一 阶段着重解决i c a i d 系统设计的 方向和预期目标问题。i c a i d 系 统开发最后的成败主要取决于系 统是否满足了实际用户的需要， 是系统开发的目标定位问题，系 统的最终定位是建立在对用户需 求分析基础上的。需求分析又可 以分为两个不同的过程，一是主 要是对用户的特征进行描述，即 目标用户群的特征定位。二是需 求的收集和分析。 第二，设计测试评估阶段， 这一阶段主要涉及的是i c a i d 系 统的构建闯题，这一过程是i c a i d 系统开发的生命周期概念的主要 匿譬一乒 k 一 凰弱 需求分析 实施和谭估 图2 1i c a i d 系统的可用性周期模型 方面。系统设计开发过程，主要实现系统预期的功能目标以满足系统用户的 需求，包括系统功能设计和使用流程设计。系统设计的同时，在一定程度上 还要对系统进行测试和评估，收集各种系统构建情况的信息，发现系统可能 存在的可用性问题。这一过程体现出了系统开发的“迭代”性特征。 第三，实施和评估阶段，这一阶段主要是对最终的系统性能进行评价。 这一过程的主要特征是用户参与评估，发现系统的可用性问题。 2 2i c a i d 系统的用户研究 以用户为中心的设计和评估的最基本思想就是把“用户”放在所有过 程的首位。在i c a i d 系统的可用性生命周期模型中，针对用户的研究是i c a i d 鏊鎏2 1 鏖! 呈垒：2 垂玺篁卫盟兰婴耋 系统研发的主线。 2 2 1l c a l d 系统用户的范畴 i c a i d 系统的用户包含两个范畴。广义上i c a i d 系统的用户既指一切从 事数控机床造型设计有关的设计人员，还包括系统安装人员、维护人员、系 统管理人员和其他用户层面的相关人员，如结构工程师等。这些用户都直接 或间接的与系统相联系，并且体现为用户之间的一种协作关系，如图2 2 所 示。此外，对这部分用户的研究具有时问属性，即他们可以是当前的系统用 户，未来的系统用户，甚至是潜在的系统用户。 吴 安装人员 扣l 安装 管理人员维护人员 蠹il l 管理系拄 ，尊璧荣棼+ j 图2 2 广义用户之间的协作关系 i c a i d 系统狭义的用户定义就是国内主要数控机床主机厂的产品设计人 员。从“十五”项目目标和i c a i d 系统研发初衷的角度定义，i c a i d 系统是 为了辅助我国数控机床生产企业中的产品设计人员从事与工业设计有关的设 汁活动，提高国产数控机床的产品造型设计质量提高产品的国际竞争力。 因此。这些设计人员是i c a i d 系统用户的核心，i c a i d 系统用户研究主要是 针对这一类人，兼顾到其他广义的用户人群。 国内数控机床设计生产企业相对于国外的企业在造型设计方面存在着特 殊性，即这方面工作主要是由各机床企业内部的工程设计人员和工业设计人 员共同完成，多以工程师为主体，并且相当一部分企业没有专业的工业设计 部门和人员。以江苏多棱数控机床有限公司为铡：该企业的主要产品为中小 型立式加工中心、卧式加工中心和龙门式加工中心。企业的产品研发和制造 能力属于全国领先水平。但至2 0 0 2 年为止，负责研发的三个科室中专职产品 造型设计的人员仅有一名。该公司的产品造型设计工作部分由公司外部的 设计机构完成( 如湖南大学完成的t h 4 1 2 6 0 、t h 5 6 6 0 、t h 6 7 8 0 、x h 7 8 6 等产品 造型设计) 。另一部分由公司研发部门中的工程设计人员和工业设计人员共同 完成。这种情况在国内普遍存在，尤其在中小型企业更为突出。因此，针对 国内数控机床生产企业的特点，i c a i d 系统的主要用户定位为国内企业中的 工程设计人员，即工业设计知识不足的工程设计人员占多数，工业设计人员 和其他用户占少数。 1 2 吴一 0 k 山， 蠢萋瞩臻|囊 ；。麟一 硕二仁学位论文 2 2 2i c a i d 系统用户的特征分析 i c a i d 系统的主要用户定位为国内机床企业中从事数控机床外观设计的 工程设计人员，这一用户概念包括两层含义： 第一，用户具有人类共有的物理特性、生理特性、心理特性和可靠性等 基本特征1 2 ，用户在使用任何产品和系统的过程中都会反映出这些特性，即 用户的行为过程会受到视觉和听觉等感知能力、分析和解决问题的能力、记 忆力、对刺激的反应能力等人类本身具有的基本能力的影响，同时，还会受 到心理和性格取向、物理和文化环境、教育程度及以往经历等因素的影响。 第二，用户是系统的使用者。对这个层面的用户属性研究是i c a i d 系统 用户研究的主体。从知识构成的角 度来看，工程设计人员所拥有的工 业设计知识基本上属于新手的知 识范围，表现在对设计领域知识的 贫乏和设计经验的缺乏两个方面， 因此他们的整体造型设计水平不 高，如图2 3 所示。他们欠缺的领 域知识主要有造型设计知识( 尺 度、比例、形式) 、色彩搭配知识、 结构工艺知识、人机工程学知识、 功能和形式关系的知识、效果预测 和方案选择知识、形象思维等。 藿 7 一 麟 设计经转禳丰需 黧熏糕蘩鬻溪霪i 蚕戮鬻 蠹 藤冀纛瓣鬻攀 溥 剖 嚣 图2 3i c 3 i d 系统用户的经验水平 2 3l c a i d 系统的用户需求分析及目标定义 2 3 1i c i d 系统用户的需求分析 需求分析是软件开发过程的初始阶段p o l 。i c a i d 系统的需求分析主要包 括收集和分析两个方面的内容：一方面要尽可能的理解用户、用户的工作以 及工作的性质，以保证最终开发的系统能够实现用户的目标，即“标识需求” 的过程；另一方面，还要从用户的需求中，分析提炼出一组稳定的需求内容， 并以此作为后续设计的基础，即“分析需求”的过程。 数控机床类产品不同于日常消费类产品，其更新换代的速度较慢，而且 国内一些企业忽视产品外观造型的重要性，如在国内九家机床企业进行的调 研发现，其中具有专职的产品设计师的企业仅有沈阳第一机床厂一家。企业 内部机床类产品的外观设计主要是由工程设计人员进行简单的“包络”来完 成的。因此，在不能够改变企业专职的工业设计师匮乏的情况下，必须要通 一1 3 数控机床i c a i d 系统的可用性研究 过一些方式对这些工程设计人员进行数控机床外观造型设计提供支持和辅 助。 数控机床造型设计是一个知识综合性的领域，主要涉及到美学、人机工 程学以及机床结构和加工工艺方面的知识，在设计过程中强调合作设计和协 同工作。从这个角度来讲，一方面数控机床造型设计工作需要工业设计师的 产品比例尺度、色彩、材料以及企业产品系列化风格把握等方面的知识：另 一方