摘要：目的為更好解決家用電暖器快速加熱與長效發熱的兼備性問題，提出基于科學實驗與用戶體驗相結合的電暖器產品設計解決方案。方法首先，通過用戶體驗評估現有產品的工作性能，提出初步需要解決的問題;然后，基于預設問題搭建科學測試平臺進行探索性場景測試，分析產品的基本工作原理，尋找解決問題的突破點;隨后，基于產品工作特性提出方案解決思路，并通過科學實驗與用戶體驗結合的模式確定最優的解決方案;最后，探討功能結構與產品外觀造型的關聯性，輸出完整的設計解決方案，并開展樣機測試確定方案的最終可行性。結果采用上下分離可調節電熱膜板設計方案，可有效解決電熱膜電暖器快速加熱(上電熱膜板后仰5°，下電熱膜板前傾10°)及長效發熱(上下電熱膜板恢復垂直排列)的兼備性問題。結論設計過程中采用科學實驗與用戶體驗相結合的模式，即可通過科學的測試手段確保設計方案的科學可靠性，同時用戶體驗的介入可快速地獲知使用者的主觀感覺，使設計方案更趨于人性合理化，該設計模式可為相關家電產品改良設計提供參考。

　　關鍵詞：工業設計;科學實驗;用戶體驗;電熱膜電暖器

　　相關論文投稿刊物：包裝工程(半月刊)創刊于1972年，由中國兵器裝備集團公司主管，中國兵器工業第五九研究所主辦。雜志內容主要分為專論和信息兩大部分。包裝科學與工程、技術專論、裝潢與藝術、工業設計、論壇以及信息與資訊

　　隨著生活水平的提升，人們在選購家電產品過程中已不僅限于“能用”，更多的關注于“好用”[1]。以電暖器為例，“好用”電暖器不單對加熱效率提出了更高的要求，也更為注重用戶體驗感受，其表現為功能上的“高效加熱”，體驗上的“安全舒適”。因此，在電暖器產品設計過程中，做到產品功能客觀合理性與使用者主觀感覺的統一，是提出“好用”設計概念的關鍵。文中以電熱膜電暖器設計為例，將科學實驗與用戶體驗融入設計流程中，探究解決電暖器快速加熱與長效發熱的兼備性問題。

　　1科學實驗及用戶體驗在產品設計中的應用

　　1.1科學實驗產品的概念

　　功能向實際功能的轉化是決定概念設計能否成功轉化為現實產品的核心，也是產品設計流程中最具挑戰性的環節。為確保產品的概念功能轉化為實際效果，科學實驗測試手段是此階段重要的呈現方式。科學實驗是以預設目的為指引，運用相應的測試與分析儀器，依據相應的流程，對研究對象的現象及其規律進行分析研究的一種實踐活動。科學實驗具有直觀性強、結果可靠的特點，是獲取經驗事實和檢驗科學假說、理論真理性的重要途徑[2]。在產品設計流程中，科學實驗可對設計方案的各項功能進行測試，利用數據與圖表等形式準確客觀地反映產品的性能，驗證方案的可行性，為設計方案的優化及解決設計問題提供重要的科學參考依據[3,4]。

　　1.2用戶體驗

　　用戶體驗是指用戶在使用特定產品、系統或服務時的感知反饋，包括情感、認知印象、生理和心理反應等各方面。由于產品設計最終目的是面向市場與消費者[5]，用戶對于產品體驗感覺的好壞是評價產品設計是否成功的根本，因此，產品設計的用戶體驗研究一直是工業設計領域研究的重點[6-8]。目前，基于用戶體驗的設計方法幾乎覆蓋各類產品設計研究，大到綠色建筑設計[9]、小到母嬰產品的改良[10]都需要運用用戶體驗方法去挖掘用戶的需求，確定優化及改進的方向。用戶體驗在本質上反映的是用戶個體對于系統或產品的純主觀感受，這種主觀感受會因個體的經歷、時間和場景的變換而有所不同，所以進行用戶體驗研究之前需要對這些因素有足夠的了解和分析。

　　2基于科學實驗與用戶體驗的產品設計流程

　　工業設計是一個發現、分析及解決問題的過程，合理的設計流程是引導問題順利解決的關鍵。本研究圍繞發現、分析及解決問題三大環節，將科學實驗與用戶體驗方法融入產品設計流程，在遵循以用戶為中心的設計理念基礎上，借助科學實驗方法驅動問題的解決，形成從用戶體驗出發，科學測試介入，再回歸用戶的解決設計問題的模式。此外，在設計流程后期加入了功能與形式的探討環節，引導方案的輸出，并進行樣機測試，驗證最終方案的可行性，形成完整的設計流程。基于科學實驗與用戶體驗的產品設計流程的具體實施步驟為：1)提出問題。現有產品分析，確定設計對象與目標;產品體驗測試，獲取體驗感受，指出問題;2)分析問題。針對主要問題，搭建科學測試平臺，分析產品的工作機理;3)解決問題。基于產品工作特征，提出解決問題的思路，利用科學實驗分析方法篩選方案;通過用戶體驗模式測試方案效果，確定解決方案。4)輸出方案。探討功能與造型的關聯性，輸出完整的設計方案，開展樣機測試驗證方案的最終可行性。

　　3設計案例

　　本文以電熱膜電暖器創新設計為例，對文中提出的方法進行探討。

　　3.1發現問題

　　3.1.1了解現有產品

　　不同于我國北方集中供熱模式，南方主要采用多元化的分散供暖方式，供暖設備主要為空調或電暖器。其中，電暖器因其價格適中、使用方便等特點受到消費者的歡迎。家用電暖器的主要熱量傳導方式包括對流與輻射兩類。對流式電暖器加熱原理為發熱體通電發熱加熱周圍空氣，熱氣上升，遇冷下沉，形成對流，進而提升室溫;熱輻射式電暖器加熱原理為發熱體以紅外輻射或可見光形式對外直接輻射熱量。基于以上兩類傳熱方式，目前市面上的電暖器可大致劃分為對流式、輻射式、對流與輻射復合式電暖器等。

　　3.1.2確定設計對象與目標

　　自然對流式電暖器(對衡式、踢腳線、油汀取暖器)在取暖面積、溫度恒定、加熱均勻、靜音性能方面均具有優良的表現，但在局部快速加熱方面表現不佳，比較適合大面積及長時間供熱;主動送風式電暖器(暖風機)和可見光輻射式電暖器(小太陽)在快速加熱性能方面表現良好，但在取暖面積、溫度恒定、長時間加熱舒適性及安全性能方面表現不佳，不適合長時間供暖使用;對流與熱輻射復合型電暖器(電熱膜電暖器)結合自然對流與輻射加熱的特點，整體表現較良好，沒有明顯的缺陷，但在快速與局部加熱方面還有一定的提升空間。綜合上述，本研究選擇電熱膜電暖器作為設計對象，設計的目標為尋找提升對流與輻射式電暖器局部快速加熱性能的解決方式，使其具備優良的短期快速發熱及長期持續供暖的性能。

　　3.1.3現有產品體驗及反饋的主要問題

　　對流與熱輻射復合型電暖器的核心發熱部件一般為硅晶電熱膜，硅晶電熱膜具有升溫快、無污染特點，且其發出的紅外輻射對人體有促進血液循環的保健理療效果。本環節主要目的為通過用戶體驗形式了解現有對流與熱輻射復合型電暖器局部快速加熱性能情況。體驗準備情況如下：1)電暖器：較為常見的長虹CDN-RG155T雙面硅晶加熱電熱膜電暖器;2)體驗者：南方某高校學生及教職工，按年齡劃分為青年群體(大學生)、中年群體(在職教職工群體)及老年群體(退休人員)，每一群體各隨機選擇男女測試對象各1名，總計6人;

　　3)測試環境：房間面積30m2，室溫25℃，濕度70%;4)體驗設置：體驗者采用常規坐姿正對電暖器坐立，腳尖與電暖器的測試距離為0.1m至1m，電暖器功率為2000W，每次體驗時間為30s。值得注意的是，由于本研究測試時間為南方春夏時節，而電暖器一般在秋冬季節使用，為較準確地反映實際使用季節人體對溫度的主觀感覺，本研究在駱月珍等人[11]提出的體感溫度修正經驗公式的基礎上，基于南方地區冬夏氣候特點(參考數據為《中國統計年鑒：行政區劃和自然資源》)。

　　經體驗測試，6位體驗者集中反饋的主要問題如下：1)體感溫度與取暖距離密切相關，靠近電暖器時有強烈的灼熱感(通過方程(1)計算及參考表2對應關系，得出修正后冬季熱感覺亦為很熱)，遠離電暖器后短時間內感受不到溫度的明顯提升，距離電暖器0.2m至0.4m區間取暖較暖(通過方程(4)計算及參考表2對應關系，得出修正后冬季熱感覺為舒適);2)熱量多集中在小腿膝蓋，身體和頭部升溫緩慢，全身受熱不均勻，舒適感欠佳。由上體驗結果，可知所測試的電暖器在距用戶一定范圍內基本可實現快速加熱的效果，但用戶受熱均勻度不佳，需要進一步優化。

　　3.2分析問題

　　為了解電暖器的工作特點及探究上階段用戶體驗反饋的主要問題產生的原因，本階段采用科學實驗方法對電暖器的工作情況進行分析。

　　3.2.1實驗平臺搭建

　　在實驗中，采用實驗儀器取代用戶，利用測量數據客觀分析電暖器的工作性能。本實驗將電暖器放置于離墻面一定距離的位置(距墻面0.2m-0.6m處)，記錄熱量輻射到墻面的分布情況(墻面上以0.2m為間隔高度設置6個溫度監測點)。另外，為探究電暖器的對流性能，本實驗也對電暖器發熱后引起熱氣流動情況及室內溫度變化情況進行了測量。本實驗主要儀器為紅外線測溫槍、風速儀等，每組工況在電暖器工作3min后進行測量。

　　3.2.2工作特征分析

　　1)電暖器的熱輻射傳遞方向十分集中，主要作用范圍為電熱膜板投影區域(高度為0.2m-0.6m區域);2)接近電暖器區域(離電暖器距離小于0.2m)溫度過高(大于50℃);2)電暖器在與電熱膜板垂直方向的熱量傳遞距離是有限的，理想的取暖距離為0.2m-0.4m。

　　3.3解決問題

　　3.3.1明確改進方向、提出解決思路

　　根據上階段的電暖器工作特征分析，可明確所測試的電暖器存在的主要問題為：①安全性問題，所測試電暖器為雙面輻射發熱工作模式，但障礙物與電暖器距離小于0.2m時，溫度過高，如果在小空間內擺設不當可能會引發安全性問題;②舒適性問題，所測試電暖器的輻射熱量分布不均且范圍過于集中，離地面高度為0.2m至0.4m區域溫度最高，而電暖器電熱膜投影范圍外的腳部及上半身加熱效果不佳，但這些部位恰恰對溫度較為敏感。因此，本研究的設計改進方向可為解決電暖器的安全與舒適性問題。針對現有電暖器的上述問題，結合其工作特性，可提出以下解決思路：1)將現有電暖器的雙面輻射加熱模式改為單面輻射加熱模式，改善安全性能。2)調整現有電熱膜板輻射發熱的角度，改善熱量分布的均勻性，提升舒適性。如將傳統的單塊電熱膜板更改為由上下兩塊電熱膜組成，上下兩部分電熱膜分別后傾和前傾以改善人體上下半身的受熱情況。

　　3.3.2方案實驗論證

　　本環節采用科學實驗方法分析上一環節提出的解決思路的合理性。針對電暖器安全性問題解決思路，實驗中采用真空隔熱板將電暖器的背面屏蔽，保留正面輻射發熱面及頂部熱量排氣口，在近距離取暖區間0.2m-0.4m處的單面模式加熱性能均比雙面模式好，當與電暖器距離為0.6m時，兩種模式的加熱效果基本相同，單面加熱模式總體具有較好的輻射加熱性能。

　　為驗證電暖器單面加熱模式對自然對流性能的影響，本階段也對單面加熱模式工作時頂部排氣口的氣流速度進行了測試。測試數據顯示，當采用單面加熱模式時，電暖器頂部氣流速度約為0.25m/s，比雙面加熱模式工作時的0.184m/s高出近35%，有利于加快空氣對流。另外，為確定單面加熱工作模式長時工作的安全性，本研究對單面輻射發熱電暖器進行了1小時的滿負荷(功率2000W)持續發熱測試，結果顯示，機體未出現極端過熱與異味產生現象，頂部熱氣排放順暢，機體運行平穩。

　　4結語

　　本研究以電熱膜電暖器設計開發為例，將用戶體驗與科學實驗分析手段集成于設計流程中，探討了電暖器設計中發現問題、分析問題、解決問題與方案輸出的新模式，提出從用戶體驗出發，科學實驗測試介入，再回歸用戶體驗及最終方案樣機測試的新設計流程。本研究驗證了科學實驗與用戶體驗相結合的設計模式是解決產品創新設計問題的有效途徑，可為類似的家電產品創新設計提供參考。

　　參考文獻：

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　　[2]夏有為.實驗為本探索未知——訪上海交通大學校長張杰院士[J].實驗室研究與探索,2013,32(08):1-3+7.XIAYou-wei.ExperimentalInvestigationsonUnknownFrontier——InterviewwithAcademicianZHANGJie,thePresidentofSJTU[J].Researchandexplorationinlaboratory,2013,32(08):1-3+7.