机电一体化系统中人机交互界面的优化设计

机电一体化系统中人机交互界面的优化设计

苑亚潭 高塬

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摘要：近些年来，我国社会不断进步，随着大数据、物联网、人工智能等智能制造技术的发展，物理世界和数字世界深度融合，智能技术融入产品设计中，使得智能产品富有人性化、艺术感和智慧特性。智慧属性促使智能产品人机交互方式发生了根本性变化，从传统的机械式交互，向软件平台控制转变，对人机交互设计提出了新的要求。交互方式和过程是消费者对产品感受最直观的地方，影响着用户对产品的第一印象。人机交互的形式也变得多种多样，用户有了更多的选择，单纯的美观已经无法满足消费者挑剔的眼光。如何让一款产品的交互操作更加便捷、舒适、愉快，符合消费者的需求和体验，进而得到更多消费者的青睐，已成为人机交互领域需要思考的重点问题之一。

关键词：机电一体化系统；人机交互界面；优化设计

引言

在智能技术加速发展的当下，过度信任带来的技术滥用和信任不足衍生的技术弃用普遍存在。尤其是对于人工智能生成内容这类大众级智能交互产品，机器能力的通用化和实用场景的泛化，使得人机交互成为一个常态化的需求。在持续性、高频次的交互中，人机信任也在不断演变，从信任产生到信任波动，再到信任校准，人对机器的依赖性或排斥性也在动态变化。可持续交互中的人机信任在很大程度上影响了生产力输出，同时也滋生了错误信息、虚假信息、学术伦理、技术偏见等一系列社会问题。

1人机协作中的信任生成

哲学视角下的传统信任研究强调信任的情感内核，认为信任是一种基于对方品德而产生的心理依赖。这种感性驱动的信任侧重于建构人与人之间的深层次连接。相比于基于道德准则的人际信任，人机交互过程中的电子信任（ｅ－ｔｒｕｓｔ）更多基于实践结果，也即机器完成某项既定任务的能力和价值产出。从这个角度来看，人机信任是一种从（机）客观能力到（人）主观感知的生成机制，是人对机器执行特定目标可控性的主观评估。具体而言，当人们认为机器的行动能力在可控范围内，其执行任务有益或至少不会对人产生危害时，人们会选择信任它们。可以说，信任的生成是一种感性判断和理性标准的融合，既包含了对诚信和仁爱的心理期望，对机器道德和行为规范的伦理期待，又包含了对机器可靠性和可替性的理性判断，对机器决策和产出结果的现实评估。　　从信任生成与演化阶段来看，人机信任可划分为初始信任（ｉｎｉｔｉａｌｔｒｕｓｔ）和可持续信任（ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｔｒｕｓｔ）。其中，初始信任是指双方初次互动或协作时，在没有直接经验的前提下所产生的信任。而可持续信任则是用户在反复交互和使用过程中对机器产生的信任，通过对其行为的熟悉和理解来减少不确定性，进一步调节信任程度。可持续信任是人机协作过程中的一种适应性过程。人类对人工智能的信任水平可根据情境和任务的变化而自适应地调整，相比于先验经验或既有判断，这种信任是一种动态评估与调节机制。如果说初始信任反映的是人类对机器的先验印象，可持续信任则反映了人对人机协同过程和结果的现实评估。前者更多指向感性判断，是人在信息不充分的情形下基于自身既有认知衍生的信任。而后者更多依赖于理性决策，是将合作行为的结果加入到信任的反馈环节中所形成的判断。从初始信任到可持续信任的演化，既是人机交互频次深化的结果，也是人机协作目标趋于一致的过程。

2人机交互信任及其研究的多向路推展

纵观机器革命演进的历程可以看到，机器在过去通常被认为是辅助人类进行生产生活、完成特定任务、认识客观世界等实践活动的工具。在此意义上来讲，人们一般只在机器性能层面上考量机器的可信度（trustworthiness），重在强调机器在辅助人类完成特定任务时表现出的安全性、可靠性、可控性等。当前，随着人工智能（artificialintelligence，AI）以燎原之势迅猛发展，深度学习与强化学习等算法的不断交融，智能机器人的自主性（autonomy）与复杂性也随之跃增，机器自动化与自主化的边界也愈加模糊，以新型人工智能技术为载体的智能机器人更是不断推陈出新并在各行各业落地使用。例如，在社交领域，搭载ChatGPT技术的社交机器人被广泛部署于多种场域中，并通过言语与非言语交互来协助人类进行规划与决策；在教育行业，具身性机器人被用以担任儿童的启蒙导师，通过具身感知、具身想象、具身行动等模块培养与启迪儿童的发散性思维；在医疗领域，机器人经常被用于协助医生完成手术决策并帮助患者进行护理与康复等工作。尽管智能机器人在各行业领域的用途与价值不尽相同，但在总体上皆已被视为能够与人类进行多元互动及协同合作的伙伴，而不仅仅是被当作某种工具。质言之，机器人自主性的增强及其拟人化特性改变了人-机器人互动的形式，进而促使用户与机器人的关系逐渐从以人为中心的“主从关系”转向了人机协作的“伙伴关系”，有关机器人的探问已然超越了以工具属性为主的范畴。显然，这就要求不能仅在性能层面考察机器的可信度，而是应该在人机交互关系层面加以审思。机器人到底可以呈现出多大程度的自主性，以及这种自主性是否能够发展成像人类一样具有内在动机的主体性（subjectivity）仍然是一个悬而未决的挑战。可以说，“目前人工智能体所呈现的‘主体性’是功能性的模仿而非基于有意识的能动性（agency）、自我意识与自由意志，故应称之为拟主体性”。

3面向人工智能产品的人机交互设计三维体系构架

3.1设计维度

（1）交互设计原则。交互设计原则是关于行为、形式与内容的普遍适用法则，是众多经验和实践的总结，是基于设计师经验和价值观的一组准则，可以让刚接触交互设计的新手用最短的时间了解交互设计的重点。

（2）交互设计流程。一般人工智能产品的交互设计过程主要包括市场调研与设计研究、用户研究与任务分析、商业模型与概念设计、信息架构与设计实现、设计评估与用户测试、系统开发与运营跟踪。

（3）交互设计方法。交互设计从传统设计、可用性和工程领域中吸取了很多理论和技术，但交互设计不仅仅是这些学科的简单组合，已经形成了自身独有的方法。很多设计师结合自身实践提出了以人为本的设计理念、以活动为中心的设计方法、以目标为导向的设计方法等。

3.2技术维度

（1）界面设计。交互界面是智能产品交互设计中的重要环节，人与智能产品之间的交互行为主要是通过交互界面发生的。所以，生产出来的智能产品能否俘获消费者芳心的关键在于交互界面设计。

（2）交互技术。支撑交互行为和实现产品功能所需的技术，包括硬件和软件技术，主要有：图像和文字识别、多媒体、信息可视化、网络通信、传感器等。在以人为中心的理念中，人机交互技术会朝着更加自然、人性化的方向发展，通过多通道交互、虚拟现实、增强现实[13]等技术，使用户能够通过多种感觉通道和动作通道，以非精确的方式与产品进行交互，使人们从传统的交互方式中解脱出来。

（3）设计工具。交互设计师使用到的交互工具或编程有很多，多达30多种，这些工具是根据不同的任务开发的，主要用于绘制线框图、流程图、设计原型、演示等，部分工具和编程也被用于开发软件、建立网站、编写App应用等。

结语

随着新兴交互技术的发展、界面范式的丰富、交互工具的增多，不断对人机交互设计提出更高的挑战和要求，在形式多变、竞争激烈的市场环境下，行业如何健康有序发展、科研院所如何能使研究成果快速占有市场、企业如何在产业生态链中占据有利位置、消费者如何获得满意的用户体验等，都可以通过标准化手段找到答案。

参考文献

[1]罗仕鉴,龚何波,林伟.智能产品交互设计研究现状与进展[J].机械工程学报,2023,59(11):1-15.

[2]黄立,何一,马志骏,等.人机交互视角下的智能家居研究趋势分析[J].计算机辅助设计与图形学学报,2023,35(02):165-184.