2025年大学《智能体育工程》专业题库- 智能体育装备人机工程设计与评估研究

2025年大学《智能体育工程》专业题库——智能体育装备人机工程设计与评估研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题3分，共15分）1.人机工程学2.人体测量学3.生物力学4.可用性5.智能体育装备二、简答题（每题5分，共25分）1.简述智能体育装备设计中，人体测量学数据主要应用于哪些方面？2.智能体育装备的人机交互与普通人机交互相比，有哪些显著特点？3.列举至少三种用于评估智能体育装备可用性的常用方法，并简述其原理。4.在进行智能跑鞋的人机工程评估时，除了舒适度，还应考虑哪些关键指标？5.简述“用户中心设计”理念在智能体育装备开发流程中的体现。三、论述题（每题10分，共30分）1.论述智能化技术（如传感器、AI、大数据）如何拓展智能体育装备人机工程设计与评估的新途径。2.结合具体实例，论述在进行智能体育装备设计时，如何平衡性能、成本与人机工程学需求。3.试述在智能体育装备的研发过程中，进行早期人机工程介入的重要性，并说明其可能采取的措施。四、案例分析题（15分）假设你正在参与一款用于改善跑步姿态的智能运动服的研发团队。请分析该装备可能存在的人机工程学挑战，并提出相应的设计或评估建议。考虑因素包括穿着舒适度、传感器的布设与干扰、数据反馈的呈现方式、用户学习成本等。五、设计题（15分）针对长期伏案工作人群，设计一款具有可调节支撑和智能提醒功能的智能办公椅的概念方案。请阐述你的设计思路，重点说明如何通过人机工程学原理解决用户的痛点，并简述你将采用哪些方法来评估该设计的有效性。试卷答案一、名词解释1.人机工程学：研究人、机器（或系统）及其环境之间相互作用的学科，旨在优化系统性能、提高工作效率、保障使用安全和健康、提升用户体验。**解析思路：*考察对学科定义的基本理解，要求学生掌握人机工程学的核心概念及其研究目标。2.人体测量学：收集、分析、应用人体尺寸数据的科学与技术，为产品设计和环境布置提供人体尺寸依据。**解析思路：*考察对人体测量学基本概念的掌握，强调其作为设计基础数据的作用。3.生物力学：应用力学原理和方法研究生物体（特别是人体）结构与功能的一门交叉学科，在体育装备设计中用于分析运动姿态、力量传递和负荷。**解析思路：*考察对生物力学定义及其在运动领域应用的了解。4.可用性：指产品（系统、软件或设备）被目标用户易于学习、高效使用、少出错且满意度高的程度。**解析思路：*考察对可用性这一核心人机工程学评价维度的理解。5.智能体育装备：集成传感器、微处理器、通信模块等智能技术，能够采集、处理运动数据、提供实时反馈、辅助运动表现或康复训练的体育用品。**解析思路：*考察对智能体育装备概念及其技术特征的掌握。二、简答题1.人体测量学数据主要应用于：确定装备的尺寸范围（如服装的合身性、设备的操作空间），进行初步设计和定型，进行个体化定制（如头盔、护具的精确适配），评估装备的安全性（如避免碰撞），以及优化人机接口（如控制按钮的大小和位置）。**解析思路：*考察对人体测量学在具体设计环节作用的认知，要求列举关键应用方面。2.智能体育装备的人机交互显著特点：交互方式的多样化（结合物理操作、语音、手势、生物信号等）；交互的智能化与个性化（基于AI提供自适应指导、反馈）；数据的深度融合（交互过程即数据采集，交互结果基于数据分析）；远程交互与虚拟现实/增强现实结合的可能性。**解析思路：*考察对比传统人机交互，智能体育装备在人机交互层面带来的新变化和特点。3.评估可用性的常用方法及原理：问卷调查法（如SUS，通过用户自我报告评估使用体验）；任务分析法（观察用户完成特定任务的效率和错误率）；认知走查法（专家模拟用户思考过程发现可用性问题）；启发式评估法（基于公认的人机原则检查设计）；用户测试法（观察真实用户的使用过程并收集反馈）。**解析思路：*考察对多种常用可用性评估方法的掌握，并需简述其基本原理或目的。4.智能跑鞋评估的关键指标：除了舒适度（包括缓震、透气、合脚性、压力分布），还应考虑：运动性能增强度（如姿态矫正、能量反馈效果）、设备续航能力与稳定性、数据传输的准确性与实时性、环境适应性（如防水防滑）、装备的耐用性与维护成本、用户界面（如APP或鞋面显示）的易用性。**解析思路：*考察在特定产品（智能跑鞋）背景下，人机工程评估应包含的超越基本舒适度的多维指标。5.用户中心设计在智能体育装备开发流程中的体现：在需求阶段进行用户研究，明确用户痛点和需求；在概念设计阶段生成多种满足用户需求的备选方案；在详细设计阶段，持续关注交互流程、信息呈现、操作便捷性等用户体验细节；通过原型进行用户测试，收集反馈并迭代优化设计；最终产品需确保易用、高效，并满足用户的情感和生理需求。**解析思路：*考察对用户中心设计理念的理解，以及其在智能体育装备开发全流程中的具体实践方式。三、论述题1.智能化技术拓展设计与评估途径：传感器技术使得装备能实时、精确地采集生理、生物力学、环境等多维度数据，为深入理解人机交互模式和负荷状态提供了基础；物联网（IoT）和无线通信技术实现了设备与用户、设备与云端的数据交互，支持远程监控、实时反馈和个性化指导，拓展了交互方式和评估场景；人工智能（AI）算法能够分析海量运动数据，提供运动姿态评估、疲劳预测、损伤预警、训练计划优化等智能化服务，提升了设计的个性化和评估的深度；虚拟现实（VR）/增强现实（AR）技术可用于构建沉浸式训练或评估环境，模拟真实运动场景，让用户在虚拟中体验和学习，为设计验证和用户体验评估提供了新颖手段；大数据分析技术有助于发现潜在的人因问题模式和优化方向，推动基于证据的设计和评估决策。**解析思路：*要求深入论述智能化技术（传感器、IoT、AI、VR/AR、大数据）在拓展智能体育装备设计（如何更好地满足人机需求）和评估（如何更全面、深入、智能地评价）方面的具体作用和可能性。2.平衡性能、成本与人机工程学需求：在设计初期，通过用户研究和需求分析，明确核心用户群体和关键人因需求，优先保障核心体验；采用模块化设计，区分核心功能模块和可选模块，在成本和性能之间进行权衡，确保核心人因指标达标；利用仿真和原型工具进行早期测试，快速迭代，降低后期修改成本；选择性价比高的材料和制造工艺，在不牺牲关键人因性能的前提下控制成本；考虑可制造性、可装配性和可维护性，将人因设计要求转化为可执行的设计规范；通过规模化生产和技术成熟度来降低成本；关注供应链管理和生产效率，进一步控制成本；在设计评审中，明确人机工程指标是必须达成的硬性要求，与性能、成本指标同等重要。**解析思路：*要求结合实际设计场景，论述在多重约束条件下（性能、成本、人机），设计师可能采取的策略和方法，体现决策的权衡性。3.早期人机工程介入的重要性及措施：早期介入可以确保人因需求贯穿始终，避免后期因结构定型而难以解决人因问题，从而提高设计质量，降低开发风险和成本；有助于设计出更符合用户习惯、需求和使用场景的产品，提升用户满意度和产品竞争力；能够更早地发现和解决潜在的可用性问题、安全风险或舒适性隐患；促进跨学科团队（设计、工程、医学、心理学等）的早期沟通与协作，形成共识；通过早期概念验证和用户测试，可以更准确地把握用户需求，减少开发方向的风险。**措施：*组建包含人机工程师的跨职能团队；在项目启动阶段进行详细的用户研究；建立早期人因评估流程（如人体模型应用、可用性预测试）；在概念设计阶段使用故事板、原型进行人因评审；将人因要求转化为具体的设计规范和设计检查清单；定期组织跨部门人因设计研讨会。**解析思路：*首先论述早期介入的必要性和带来的好处，然后具体阐述可以采取哪些措施来落实早期人机工程介入。四、案例分析题可能的人机工程学挑战：1.舒适度与支撑性平衡：如何设计可调节机构（如腰围、肩带）既保证稳定支撑又不妨碍活动？如何分布压力，避免局部不适？如何整合内置传感器而不影响穿着感和重量分布？2.传感器布设与干扰：如何在不影响运动表现和舒适度的前提下，合理布设加速度计、陀螺仪、肌电传感器等？如何防止汗水、运动冲击对传感器信号造成干扰？如何保护传感器免受磨损？3.数据反馈的呈现方式：如何将跑步姿态的实时数据（如骨盆倾斜、步频）以直观、易理解的方式（如AR叠加在视野中、振动反馈、语音提示）呈现给用户，而不分散注意力或造成信息过载？4.用户学习成本与界面设计：如何设计简洁直观的操作界面（如座椅调节、APP交互）？如何让用户快速理解并有效使用各项智能功能（如姿态纠正提示、训练计划调整）？如何根据不同用户的经验水平提供适应性指导？5.能耗与续航：智能功能（传感器、反馈、连接）会增加能耗，如何优化硬件功耗和软件算法，保证足够的续航时间以支持完整的工作需求？6.安全性与可靠性：智能调节机构是否牢固可靠？电子元件在长期使用和不同工作环境下的稳定性如何？数据传输和存储的安全性如何保障？设计或评估建议：1.设计建议：采用轻质高强的材料；进行多轮用户试穿和反馈，优化支撑结构的调节范围和接触面；采用防水防尘等级较高的传感器，并设计有效的密封和保护结构；开发简洁明了的用户界面，提供图形化数据和个性化设置选项；集成低功耗设计，优化电源管理；进行严格的可靠性测试和安全认证。2.评估建议：采用主观问卷（如舒适度量表、可用性问卷）和客观生理指标（如心率、皮电反应）结合的方式评估穿着体验；通过运动捕捉或压力分布测量技术评估支撑效果和舒适度；在模拟或真实工作场景中进行可用性测试，评估用户学习曲线和任务完成效率；利用眼动追踪或驾驶模拟器评估信息呈现方式的注意力和认知负荷；进行长时间续航测试和压力测试，评估设备的稳定性和可靠性。**解析思路：*要求考生能站在人机工程角度，识别特定智能装备（智能办公椅）设计中潜在的用户痛点，并提出具有针对性的设计改进点或评估验证方法，体现分析问题和解决问题的能力。五、设计题设计思路：针对长期伏案工作人群普遍存在的腰背疼痛、姿势不良、肌肉紧张等问题，本智能办公椅概念方案将围绕“动态支撑、智能提醒、主动引导”三大核心人机理念进行设计。1.动态支撑设计：*自适应腰背支撑：背部设计多段式气垫或可调节支撑结构，集成压力传感器，能根据用户体重和坐姿自动调整支撑力度和形状，贴合腰背曲线，分散压力。符合人体测量学和生物力学原理，解决腰背支撑不足的问题。*可调节坐垫高度与倾斜：提供宽泛的调节范围，适应不同身高用户和坐姿习惯，并加入“腰臀分离”调节功能，改善坐骨神经压力。*4D头枕：设计可独立调节高度、宽度、弧度和前后距离的头枕，提供精准的颈部支撑，缓解颈椎疲劳。2.智能提醒设计：*姿态监测与提醒：集成可穿戴传感器（如绑在用户腹部或背部）或座椅内置传感器（如倾角传感器、压力分布传感器），实时监测用户的坐姿（如久坐、前倾、歪斜）和生理信号（如肌肉紧张度）。当检测到不良姿势或持续紧张状态时，通过多种非干扰性方式提醒用户（如座椅轻微震动、座椅侧边LED灯光变色提示、或连接的智能设备发出柔和提示音）。*定时提醒功能：内置定时器，每隔设定时间（如30分钟）触发一次姿势提醒或起身活动提醒，打破久坐习惯。3.主动引导设计：*个性化姿势建议：用户可通过配套APP输入身高体重、工作习惯等信息，设定个人最优坐姿模型。系统根据实时监测数据和模型进行对比，提供个性化的姿态调整建议。*放松引导程序：集成程序控制座椅气囊缓慢充放、按摩头枕进行温和震动按摩、或播放引导式放松音频，帮助用户在座位上缓解肌肉紧张。评估有效性方法：1.主观评估：通过问卷调查（如舒适度、满意度、姿态改善感知度量表）和用户访谈，收集用户在长时间使用后的反馈。2.客观评估：*生理指标：监测使用前后用户的心率变异性（HRV）、肌电活动（EMG）水平（特别是背部和颈部肌肉）、血氧饱和度等，评估生理负荷和肌肉紧张程度的变化。*人体测量学指标：使用人体测量学设备，对比使用智能办公椅前后用户的坐姿角度（如躯干倾角、髋膝踝关节角度），评估坐姿改善程度。