1、行政院国家科学委员会补助专题研究计划 成果报告 期中进度报告自行车变速操控界面之设计与开发研究(1/2)计划类别： 个别型计划 整合型计划计划编号：NSC 922213E131017执行期间：92 年 8 月 1 日至 93 年 7 月 31 日计划主持人：刘祖华共同主持人：游章雄成果报告类型(依经费核定清单规定缴交)：精简报告 完整报告本成果报告包括以下应缴交之附件：赴国外出差或研习心得报告一份赴大陆地区出差或研习心得报告一份出席国际学术会议心得报告及发表之论文各一份国际合作研究计划国外研究报告书一份处理方式：除产学合作研究计划、提升产业技术及人才培育研究计划、列管计划及下列情形者外，得立即
2、公开查询涉及专利或其它智慧财产权，一年二年后可公开查询2执行单位：明志技术学院中 华 民 国 93 年 5 月 28 日i摘 要关键词：城市自行车、变速操控界面、感性工学、舒适性自行车发明至今已历经两百年的岁月，其所扮演的角色也随着时代的变化而不同，功能从早期单纯的交通或载货工具演变为人们现今日常生活中运动、娱乐、休闲以及其它各种特殊用途等不同目的一项器材。本计划之执行期程为两年，主要是探讨城市自行车变速操控界面的设计，以操控舒适性的观念，来架构一个符合使用者需求的变速旋转握把之设计准则，并完成产品原型制作。第一年计划是透过产品属性分析与归纳数据，以作为设计时的背景数据库，再经由感性工学阶层类
3、别分析法将使用者的感性量转化为物理量阶层的设计元素，以进行变速旋转握把舒适性实验。第二年计划则是承续舒适性实验结果，进一步以变异数分析(ANOVA)来探讨影响舒适性评分之产品设计属性，并拟订出变速旋转握把应有的设计准则，以进行新产品设计，且透过计算机辅助设计软件搭配快速成型机，实际制作出产品原型。目前本计划已如期完成第一年计划之背景数据库建立、阶层法分析及变速旋转握把舒适性实验，正准备进行第二年计划之产品设计属性分析工作。在处于经济高度发展的都会时代，世界各国政府无不强力提倡环保的重要，自行车正是环保观念的代表，以人力和机械的自然作动，最简单与直接的力回馈，没有过多电子仪器的干扰与能源的浪费，
4、拉近人类与自然的距离，在这高度重视环保的年代，相信自行车这项产品所具有的意义与价值会更加提升。1一、前言及研究目的新产品发展能力的建立是产业升级过程中的关键要素，尤其对于经营成本渐高的台湾企业，新产品更是决定企业未来是否能继续生存的必争之地。自行车业是我国现今仍能保持优势的传统产业之一，也是中小企业经营较佳的产业。为了能保持这样的优势，厂商们持续推出各种符合不同族群消费者需求的产品来扩大市场。有鉴于国人生活质量的提升，休闲生活愈趋受到大众的重视，台湾车厂捷安特(GIANT)推出了城市自行车系的产品，以代步、休闲的新观念来诠释新时代的车款，并将这种城市休旅概念的舒适型车种命名为City Bike
5、 。城市自行车的出现即是希望有别于竞速车或是越野登山车的概念，提供现代人一种新形态的休闲与舒适性的车型选择。自行车的发展至今已逾两百年的历史所扮演的角色也随着时代的变化而不同，功能从早期单纯的交通或载货工具演变为现今人们日常生活中运动、休闲和其它各种特殊用途等不同目的一项器材。针对不同的用途，自行车也可分作多种不同的种类，并搭配不同的零组件以达到其使用上的特殊需求。为了提供骑乘者方便舒适的操作选择，变速系统可说已成为每一台自行车的标准配备。变速系统中直接和骑乘者接触的部份为变速操控的部份，过往对于此部份产品的研究多在探讨机构和机械性能上，以使用者的观点与实际操作情形来做考虑与设计的研究实属少见
6、。尤其针对强调骑乘舒适性的城市自行车，是以满足骑乘舒适为诉求的产品，更应注重骑乘者和车配件之间生理与心理的关系，本研究主要以工业设计的程序和方法探讨城市自行车变速握把的设计准则。一件产品的色彩、尺寸和造型等，我们称之为产品的属性，这些属性的设计都可能影响使用者对产品的评价，变速握把也是如此，如图 1 中表示的关系，何种变速握把的产品属性设计是能符合骑乘者对舒适性的需求？若是以使用者对舒适性的生理与心理需求来看，要如何将这样的需求转化为产品属性的设计元素呢？这即是本研究主要的问题出发点。 使 用 者生 理 面 心 理 面變 速握 把舒 適 图 1 变速握把舒适性生理与心理需求概念图综合以上的观点
7、，本研究针对以舒适性为主要诉求的城市自行车，透过研究分析来探讨应用于此车型的变速握把产品设计，研究目的有下列三点(1) 探讨使用者对变速握把舒适性的诉求与其产品属性的关系。(2) 探讨变速握把的产品属性类别对舒适性评价的影响。(3) 提出符合舒适性诉求的城市自行车变速握把设计准则。2二、文献探讨Christians 和 Bremner (1998)认为骑乘自行车的舒适性应从车身整体尺寸考虑1，他们将骑乘的舒适度定义在人体和整车之间的尺寸关系，研究的方式以一个可操控尺寸的实验平台，透过骑乘者的主观的评量，分析受测者的偏好和人因尺寸之间的关系。Mestdagh(1998)在针对骑乘自行车时人体相关
8、之最适尺寸值与关节角度的研究中 2，详细说明了骑乘姿态中身体躯干、腿部、脚掌、关节等部位和车架尺寸、角度的关系，但该研究是以公路竞赛用的自行车为主，且文中并未提及变速操控部份的相关资料，是其研究中较于缺乏的一点。感性工学由 Nagamachi(1995)所提出，是一种将消费者对于产品所产生的感觉与意象予以转化为设计要素之技术 ，现已广泛运用于日本产业界，包括汽车、电子商品、建筑、服饰等领域3。现今以感性工学进行研究的产品，多以汽车设计与消费性电子产品为主，将此技术和方法应用在自行车产品的研究实属不多，其中 Tanoue (1997)运用感性工学的方法进行汽车内部空间意象研究3，针对宽敞与压迫等
9、感觉，透过语意差异法和多变量分析的方式，开发出一套汽车内部空间的舒适性诊断系统。Hsiao(1994)以汽车色彩和意象之间的相互关系，建立色彩和意象的对等系统，做为设计时的建议4。自行车相关产品一向传达的是一种功能性导向的产品，因此对于其零组件等的外观和赋予使用者的心理感受是容易被忽略的。但即使是以功能性或机能为主的产品也是要考虑产品给予消费者的感受，如 Nakada(1997)利用感性工学方法研发挖土机驾驶座和机具外观色彩和造型的研究5，让大型的机具同样能够兼具美感，可说就是一个很好的例子。对于自行车变速旋转握把这项产品，如果能够在强调功能性之外，多一份对使用者生理、心理需求的关怀与了解，赋
10、予产品适当的设计，应能为产品带来更高的价值。此外，产品对消费者心理层面影响的相关研究 Jordan(1998)针对消费者在用产品时的愉悦性因素的研究 6，他认为令人感到愉快的产品除了使用性的基本要求外，尚须具备了安全感、兴奋、满足等心理层面因素，这也呼应了应用感性工学方法的目的。舒适事实上可说是一种主观的感觉，其中包含生理和心理各层面的影响，关于自行车的变速握把其舒适度的探讨在文献中并未见到。在 Helander(1997)探讨椅子的舒适性研究结论中提及7，使用者对于一件产品舒适性的评价，是和该产品的美感有直接的关系的。Kanis(1998)以使用性对日常生活的产品研究中指出8，有许多常用的产
11、品缺乏相关的人因工程的研究报告，因此在进行该产品的研究时，必须实际从消费者使用的情形来观察问题的所在。综合以上所述，本研究将变速握把的舒适性定义在视觉和实际使用两方面，从文献得知产品的舒适性是和其美感有关，因此研究中将变速握把的视觉美感纳入舒适性的考虑因素，这是过往仅以人因测量和机构改良时极少探讨的变速握把设计条件。三、研究方法透过产品属性分析与归纳数据，以作为设计时的背景数据库，再经由感性工学阶层类3别分析法将使用者的感性量转化为物理量阶层的设计元素，以进行变速旋转握把舒适性实验。本研究的主要目的是希望提出符合舒适性诉求的城市自行车变速握把设计准则，如研究概念架构图 2 所示，将舒适性定义在
12、使用者的生理与心理两个层面。在心理面主要探讨影响产品视觉舒适性的属性。而在生理面考虑的是实际握持的舒适性，在前面的文献探討中也论及了实际从消费者使用的情形来观察问题所在的重要性；此外，也将利用感性工学的方法探讨使用者对变速握把舒适性的心理诉求和實際产品設計元素的关系。 使 用 者舒 適 性生 理 面 心 理 面變 速 握把屬 性 1屬 性 2屬 性 3屬 性 n屬 性 4感 性 工 學實 際 握 持舒 適 性 產 品 視 覺美 感產 品 視 覺舒 適 性 图 2 研究概念架构图产品属性分析与归纳透过收集现在市面上的变速握把产品，可以了解其设计的概况，并利用这些样本对对产品的属性做一分类，进一步
13、归纳每一支样本适当的属性值，以做为后期实验与问卷中统计分析的依据。本研究实验用的变速握把产品样本选择并未限定何种自行车型所使用的变速握把，以增加产品属性的多样化与可能性。使用者在握持变速握把时，变速握把的尺寸是一个直接影响的因素，尺寸过大过小都会造成使用者握持上的不适。骑乘者在握持自行车手握把时通常会同时握持住变速握把(图 3a)，以方便随时旋转变换档位。变速握把的基本构成如图 3b，可分作外管(x)、文件位显示(y) 、和控制拉线量处 (z)等三个部份。ba xyz 图 3 基本构造骑乘者在握持时，主要是和外管有直接的接触。使用者施予外管一旋转的力，透过内部的机构拉动变速拉线、产生适当的行程
14、进而完成变速的动作。外管的尺寸大小关系着骑乘者的握持感受，与完成变速动作的便利性。变速握把的外管尺寸属性可分为外管长度 、 外管最内侧直径 、 外管最外侧直径与外管最大直径等四个部份，如下表1 所示：表 1 外管尺寸4cdab變 速 握 把 外 管 外 管 尺 寸 屬 性b:外 管 最 內 側 直 徑a:外 管 長 度c外 管 最 外 側 直 徑d:外 管 最 大 直 徑 前面提到当骑乘者在操作一个变速握把时，主要接触的是握把外管的部份，也就是说使用者握持时的舒适与否直接地受到握把外管的影响，诸如像是外管的尺寸大小、材质选用、表面的摩擦等，都可能给予骑乘者手部不同程度的舒适性感受。根据产品的外
15、观，本研究主观地再将自行车的变速握把定出了四项造型特征属性 ，分别是整体色彩 、外管造型趋势 、 表面摩擦形式 、 文件位显示 。整体色彩包括黑白、少量色彩、多量色彩 ；外管造型趋势包括圆柱形、圆桶形、锥形、倒锥形 ；表面摩擦形式包括颗粒突起、条状突起、块状突起 ；文件位显示包括数字显示、刻度显示、文件位显示 ，将样本依以上分类整理如表 2。表 2 产品属性层级分类与对应的样本编号表属性别 属性内容 层级 样本编号23.930.9mm 1 02, 04, 06, 08, 10, 2034.040.7mm 2 01, 03, 05, 09, 11, 13, 16, 19外管长度 42.747.7
16、mm 3 07, 12, 14, 15, 17, 1832.136.6mm 1 01, 03, 06, 07, 09, 10, 11, 12, 1438.144.5mm 2 02, 04, 05, 08, 15, 17, 19, 20外管最内侧直径48.653.1mm 3 13, 16, 1830.832.5mm 1 01, 03, 04, 06, 07, 10, 14, 2033.534.8mm 2 02, 05, 09, 11, 12, 13, 19外管最外侧直径35.436.7mm 3 08, 15, 16, 17, 1833.838.7mm 1 03, 04, 06, 09, 10,
17、12, 14, 2040.344.5mm 2 01, 02, 05, 07, 08, 11, 15, 16, 17, 19外管最大直径48.953.1mm 3 13, 16, 18黑白 1 03, 05, 06, 14, 15, 18, 19少量彩色 2 01, 02, 04, 07, 11, 12, 16, 17整体色彩多量色彩 3 08, 09, 10, 13, 20圆柱形 1 03, 06, 10, 12, 14圆桶形 2 01, 05, 06, 07, 11, 15锥形 3 08, 09, 17, 19外管造型趋势倒锥形 4 02, 04, 13, 16, 18, 20颗粒突起 1 0
18、2, 03, 04, 06, 12, 13条状突起 2 05, 08, 09, 10, 11, 18, 20表面摩擦形式块状突起 3 01, 07, 14, 15, 16, 17, 19面板显示 1 02, 04, 10, 11, 16数字显示 2 01, 03, 05, 06, 07, 09, 12, 14, 18, 19, 20文件位显示刻度显示 3 08, 13, 15, 17感性工学阶层类别分析法本研究应用了感性工学中的 Type I阶层类别分析法(以下简称阶层法)。选择阶层法的原因是鉴于此法适用于发展新的产品概念9，将舒适性的概念加入变速握把的设计中，让其除了功能面之外，进一步达到使
19、用者心理面的诉求，以提升产品的价值。阶层法是属于一种定性推论式的感性工学方法，透过层次推论的方法，建立如树形图的5感性物理特性(Physical Traits)的关系。阶层法的实际应用最著名的就是日本 Mazda汽车开发Miata车型的实例 3。Mazda 设计开发小组将 0 阶感性概念定为人车一体(HMU, Human-Machine Unification) ，经由逐步推论副概念与阶层分解，最终获得符合感性诉求的产品设计物理特性，成功开发出销售量极佳的车款Miata ，其推论的架构如图4。 Kanseizero1t2dnthHMUtightfelndirectflngspedyflingc
20、omu-niatin senation visonsmelhearingorganicseskinautomtiveeginergbody sizechasiengievibrationteringyawnoisectrlextiinrophysicaltrtsizeheigtwdtdesignsafrequncyteringdsfrc 图 4 感性概念转化为物理特性(日本 Mazda 公司)变速握把舒适性实验规划除了以理论探讨的方式，研究中也规划一项变速握把舒适性的实验，以探讨影响变速握把舒适性评价的产品属性及其因子水平的差异性，实验的设置与规划如下实验器材因为目前在国内尚未贩卖城市自行车系
21、搭配内变速系统的车型，因此为了实验器材符合研究目标，乃购置一捷安特的城市自行车与 SHIMANO 的内变速系统，并请车行将此组合进行改装，而完成一可实际骑乘之实验用车。实验应用到的器材包括 (1) 实验用车：捷安特城市车系 CT-400 车型( 图 5a)搭配改装 Shimano 的 Nexus (SG7R42)七段内变速器(图 5b)。 a b 图 5 实验所使用的自行车型和内变速器(2) 实验用变速握把：包含 Shimano、SRAM 与 Sunrace 等公司的变速握把产品共 20 支。收集的产品样本并无由特定搭配车种选取，增加样品的多样性。受测对象本实验之受测对象采自由参加，不限制性别
22、、年龄与教育背景，唯因考虑实验用车之尺寸，身高以在 155 至 180 公分之间为佳，共有完成了 30 位受测者的实验。实验步骤(1) 介绍实验主题与实验流程，一次进行一位受测者的实验。(2) 受测者观看 20 支产品样本实物，并填写产品视觉美感与舒适性问卷调查。(3) 请受测者坐上实验用车，拆换变速握把为实验样本，受测者双手握持变速握把实验样本( 左右手各一支) ，并模拟变速时手部施力转动之情形，此过程进行约一分钟，结束时6受测者并填写该两支样本的握持舒适性评分问卷。(4) 重复步骤 (4)，完成全部 20 支样本的握持舒适性实验与评分。四、结果与讨论阶层法推论结果文献探讨中提到学者对于舒适
23、性的定义，而本研究是将变速握把的舒适性定义在视觉与实际握持两方面，从文献7中我们知道产品的舒适性是和美感有关的，而文献6提到产品除了使用性的基本要求外，尚须具备安全感的心理层面因素。而另外一方面，变速握把可说是自行车手握把的延伸，骑乘者经常以手同时握住手握把和变速握把来操作，因此变速握把和手握把搭配的整体感是在产品外型设计上的重点。此外，城市自行车强调的是休闲，希望让忙碌的城市人忙里偷闲享受生活轻松的另外一部份，因此轻松感也是一个重要的元素。以上提到的美感 、 安全感 、 整体感和轻松感为本研究中由变速握把舒适性所定义出的 1 阶感性阶层。由此四项感受继续进行 2 阶、3 阶的层次分解。(1)
24、 轻松感：日本 SHIMANO 公司在 2000 年推出舒适型的自行车种(comfort bike)，是以机密的电子机械零件节省骑乘者花费在变速操控上的力气，并强调其变速握把是较先前的产品更符合握持动作的设计，由此让骑乘者能够轻松的骑乘自行车进而达到舒适的诉求。(2) 安全感：骑乘者转动变速握把、从力量回馈中感受档位的变化，并由文件位显示了解目前的文件位为何，因此变速握把可说是骑乘者和变速系统之间重要的界面，必须在操作上给予使用者实质的握持稳定的感受，以及心理层面的可信赖感 ，才是一个良好的操作界面。(3) 整体感：为了达到 整体感应注意变速握把和手握把在外型上的一致性，也就是和手握把的配合度
25、，比如说外型以及尺寸上的搭配。此外在重视和手握把的一致性时也应保持变速握把本身的识别性，才能突显产品的特征，像是利用产品外型的语意来传达其拥有的功能等。(4) 美感：对美的感受是因人而异的，对于变速握把产品美感推展的概念是以实际使用的层面来看较为恰当，如何在使用的时候能不易弄脏应是维持其美感的基本条件；而变速握把此类功能导向的机械性产品，外型设计是常常被忽略的一环，若能加入些流行的元素，譬如流畅的造型线条或有个性的色彩等，应能赋予这项产品更多的美感价值。将以上四项 1 阶感性概念推论的 2 阶、3 阶感性阶层，其各阶层的内容，以及分别对应倒变速握把产品的产品属性及其关系，整理如下图 6 所示7
26、0階 1階 2階 3階變速握把舒適性 美 感 不 易 弄 髒不 呆 板變 速 握 把 的產 品 屬 性外 管 尺 寸 屬 性安 全 感 可 信 賴 感握 持 穩 定輕 鬆 感 好 握省 力 適 當 的 柔 軟 度符 合 手 掌 握 姿適 宜 的 所 需 變 檔 施 力適 當 的 力 回 饋防 水淺 色 系 易 髒造 型 流 暢色 彩 有 個 性確 實 變 換 檔 位檔 位 顯 示 明 顯不 會 滑 手不 易 鬆 脫檔 位 顯 示 正 確整 體 感 一 致 性易 識 別 性 產 品 的 特 徵旋 轉 的 語 意和 手 握 把 的 配 合 度感 性 階 層 整 體 色 彩外 管 造 型 趨 勢表
27、面 摩 擦 形 式檔 位 顯 示檔 位 機 構 設 計內 外 管 機 構 設 計 图 6 感性阶层与产品属性之关系在图 6 的变速握把产品属性部份，其中外管尺寸属性、整体色彩、外管造型趋势、表面摩擦形式、文件位显示部份是外管尺寸属性与造型特征属性 ，因此由感性工学阶层法推论的产品属性和本研究以现有产品样本归纳出的产品属性是相近的；而档位机构设计、内外管机构设计并未出现在之前的产品属性分类中，主要是因为其并非本研究的范围之内，但从图 6 中也能够了解这两项产品属性也是和使用者对变速握把的舒适性诉求有关的，应是未来研究可以考虑的部份。变速握把舒适性实验结果本次实验共完成 30 位受测者的实验，共计
28、男生 23 位、女生 7 位，年龄分布在 17 岁至 27 岁间，受测者均完成了实验与问卷的填写。三项和变速握把舒适性有关的评分项目，其结果如表 3，受测者评分由低至高分别以 1 分至 9 分的整数评分，表 3 中评分的平均值取自小数点以下第一位。表 3 受测者对样本的三项评分平均值样本编号 视觉美感 视觉舒适性 握持舒适性1 6.4 6.4 6.52 4.1 4.2 4.33 2.9 3.6 5.94 5.1 4.1 3.75 6.1 6.5 6.46 3.9 4.4 3.77 5.2 5.5 7.08 5.8 5.3 5.09 6.8 5.7 5.810 6.7 5.5 6.411 7.5
29、 7.0 6.112 4.4 4.4 5.313 5.2 5.0 7.414 4.8 4.6 4.915 6.2 6.3 6.116 6.6 6.5 5.917 6.2 6.3 5.918 6.9 6.3 6.419 6.2 6.4 6.520 6.1 5.6 5.68在对视觉美感的评分中，得分最高的为编号 11 的样本，平均达 7.5 分，得分最低的样本 3 平均值仅 2.9 分；而在对视觉舒适性的评分中，得分最高的仍为编号 11的样本，平均为 7 分，而得分最低的也是样本 3 平均值为 3.6 分，此一结果和视觉美感的评分相同，这点文献7 中谈及产品的美感会影响人们对其舒适度的观感的论点是
30、符合的。将受测者对视觉舒适性和视觉美感的评分综合绘制成图 7，从中可以发现受测者对于样本的视觉美感与视觉舒适性的评分值关系是很接近的，包括个别样本的评分值与样本间的评分高低关系，有许多部份两折线图都呈现重迭或十分接近的情形。此一结果的产生可说明受测者对变速握把视觉美感的感受和对其视觉舒适性的感受是有正向的关系，亦即视觉美感得分愈高者、视觉舒适性得分相对容易愈高，反之亦然 。在对实际握持握把后的握持舒适性评分中，得分最高的为编号 13 的样本，平均为 7.4 分，而得分最低的样本 4 平均值仅 3.7 分，其结果则和视觉美感与视觉舒适性的评分结果不尽相同，进一步检视受测者对样本握持舒适性与其视觉
31、舒适性评价之间的关系，如图 8 所示，两者之间仍然存在着正向的关系，折线图的趋势也多有类似，但其结果不如视觉美感和视觉舒适性评比关系的明显。较值得注意的如编号 3 的样本，其视觉舒适性评分为 3.6 分，但握持舒适性评分则有 5.9 分，推测其视觉舒适性评分偏低主要是因为受视觉美感评分极低(2.9 分) 所影响；而握持舒适性评分最高(7.4 分)的样本 13，其视觉舒适性的评分并不突出(5 分) ，也应是受其视觉美感评分为中等值(5.2 分)所影响，1.02.3.04.5.06.7.08.9.0234567891012314516718920視 覺 美 感視 覺 舒 適 性評 分樣 本 編 號
32、 1.02.3.04.5.06.7.08.9.0234567891012314516718920視 覺 舒 適 性握 持 舒 適 性評 分樣 本 編 號 图 7 视觉美感和视觉舒适性关系图 图 8 视觉舒适性和握持舒适性关系图 五、参考文献(1) Christians, H., & Bremner, A., (1998), “Comfort on bicycles and the validity of a commercial bicycle fitting system,” Applied ergonomics, 29(3), pp.201-211.(2) Mestdagh, K. de
33、V., (1998), “Personal perspective: in search of an optimum cycling posture,” Applied Ergonomics, 29(5), pp.325-334.(3) Nagamachi, M., (1995), “Kansei Engineering: A new ergonomics consumer-oriented technology for product development,” International Journal of Industrial Ergonomics, 15(1), pp.3-11.(4
34、) Hsiao, S.W., (1994), “Fuzzy set theory on Car-Color design,” Color Research and Application, 19(3), pp.202-213.9(5) Nakada, K., (1997), “Kansei engineering research on the design of construction machinery, ” International Journal of Industrial Ergonomics, 19(2), pp.129-146.(6) Jordan, P.W., (1998)
35、, “Human factors for pleasure in product use,” Applied Ergonomics, 29(1), pp.25-33.(7) Helander, M.G., & Zhang, L., (1997), “Field studies of comfort and discomfort in sitting,” Ergonomics, 40(9), pp.895-915.(8) Kanis, H., (1998), “Usage centred research for everyday product design,” Applied Ergonomics, 29(1), pp.75-82.(9) Nagamachi, M., (2002), “Kansei engineering as a powerful consumer-oriented technology for product development”, Applied Ergonomics, 33(3), pp.289-294.
