用户模式下的工业产品安全设计策略探究

随着制造业转型升级，工业产品越来越趋向于功能复杂性和应用场景的多元化、智能化。然而，传统的安全性设计多以产品自身技术参数及性能指标为主，忽略用户在使用时的行为特征与认知规律，造成产品安全性与其实际效用不相符的问题。目前，在工业产品的安全性设计中，缺少对用户的认知规律进行系统性分析，导致安全警告与操作指南无法进行有效传递。并且，由于设计考虑不周，导致人机接口的设计不符合用户的使用习惯，造成误操作风险增大，且极端情况下安全保护设备与用户的工作流相抵触，造成保护设备的非法拆卸或绕过，更进一步增加了保护设备时效。另外，由于设计者对产品使用环境改变的认识不足，从而缺乏灵活有效的安全性设计，这既会降低产品的安全性，又会影响用户的工作效率与体验。特别是在当前社会经济快速发展的背景下，不但要满足人们物质需求，同时还要兼顾人们的精神需求[1]。基于此，本文以用户的行为模式为切入点，通过对用户的认知特征及行为规律的剖析，探寻产品安全性设计与用户需求之间的最优融合，从而形成更加科学高效的工业产品安全性设计方法。

1、用户模式理论及其在安全设计中的应用

人因工程与认知心理学均提出了“用户模式”的概念（如表 1）。这一理论指出，用户对品的理解与操作，并不只是以设计师的期望为基础，它还会受到其知识背景、使用经验、环境条件等多种因素的共同作用，从而产生特殊的认知方式和行为习惯。深刻了解用户行为模式，是防止人因操作失误，提高安全性能的关键。从认知层面来看，用户模式包括三个层面：感知层面、理解层面和决策层面。感知层面反映了用户对安全信息的接受程度，已有研究显示，人类对视觉信息的加工速度明显快于文字信息，对动态警告的敏感性比静态警告高出2-3倍。理解层面是指用户对产品状态及运行需求的解读，通过对其进行直观化设计，可以使系统的运行准确率提高 40% 以上。决策层面反映了用户在面对安全风险时所采取的行为方式，其中 70% 左右的操作错误都是在时间压力下产生的。从行为角度来看，用户的行为可以划分为习惯型和情景型两类。习惯行为是指用户在长时间内形成的一种自动的行为方式，很难在不恰当的情况下更改。例如，一项针对老年人健康管理产品设计的研究指出，产品需融合健康监测、在线问诊、用药提醒及社交平台等模块，使老年群体便捷获取专业医疗资源和健康指导。通过智能化功能组合，为慢性病患者提供定制化的健康管理方案，适应不同老年用户的个性化需求及生活场景[2]。因此，应构建一种基于用户模型的工业产品安全性设计方法，将用户模式理论应用于工业产品安全设计。

表1 用户模式概念

2、基于用户认知模式的安全设计策略

在此基础上，本文提出了一种新的安全设计方法，即信息表示优化，心智模型匹配，以及认知负载控制。信息呈现优化策略主要是针对安全信息传递的有效性进行研究，传统的文本警告方法识别效率不高，应采用图形化和层次化的方法来表示。针对重要的安全资讯，须使用高反差警示色彩（例如红色与黄色）及规范化的安全标志，以保证用户可在0.5 秒之内察觉。在此基础上，在视觉中心区域（30 度）放置最关键信息，并通过闪烁等动态效应来吸引用户的注意力。心智模型匹配是智能设计中一个重要的研究方向，其目的是弥补设计师和用户模型的鸿沟。采取“渐进式披露”原则，按照用户的技能水平，制定不同的安全指南。比如，一家数控机床厂商就研发出了三个级别的安全暗示系统：新手模式下给出一步一步的详细讲解，中等模式下展示重要的安全要点，而专家模式则只给出异常情况的提示。这样，就可以让各个级别的用户都得到相应的安全保障，减少设备的误报率。认知负荷控制则是由于人脑的信息加工能力有限，一般情况下，工作记忆最多能同时加工4±1 个信息单元，超出此范围，就会出现认知过载。因此，在进行安全性设计时，要避免一次性展示太多的安全资讯，而要采取阶段性和情景化方法。另外，可以使用“主动遗忘”的设计方法，在非必要时刻时隐藏次级信息，减少认知干扰。

表2 信息有效性内容

3、基于用户行为模式的安全防护机制设计

基于行为模式的安全设计策略是一种新的安全设计方法，即：习惯指导，差错预防和容错。习惯导向战略旨在发展用户安全的使用习惯（如图3）。研究表明，持续21 天有规律地进行规律性操作，能使人养成良好的行为习惯。所以，在安全性设计中，应该加强与安全性标准相一致的运行路径，让它成为用户的默认选项。比如，某包装机械采用的“绿色通道”设计，把标准作业程序设计成最方便省力的作业路线，而对危险性作业则要求附加作业，这样的设计使得合规操作行为成为了用户的自然选择，减少了违规的发生率。同时，通过语音、触觉等作业反馈机制，增强对安全作业的积极反馈。差错防范策略是以用户最易发生的操作差错类型为研究对象，依据差错分类理论，将作业差错划分为过失（失误）、差错（执行失误）和违背（蓄意违背）。针对过失类型的缺陷，可以引入警示与证实机制，例如，一些压力容器装置在进行重要作业之前，需要用户进行接触式确认。针对差错类型的差错，应该设计一种防错设备，例如一种外形编码的连接器，它可以阻止误插。针对违背类型差错，应从机理上入手，通过优化作业过程来消除违背行为的动因。容错设计策略是在认识到差错必然发生的前提下，着重解决差错的影响。其设计原理可分为两部分：一是故障探测，利用传感器与智能算法对运行状况进行实时监测，并对故障进行及时的检测；二是误差消除，通过设计一种对损失范围进行自动防护的方法。

图3 习惯导向战略

4、适应使用环境的动态安全设计方法

工业产品应用于复杂多变的环境中，单一的安全性设计很难应对各种情况。研究发现，光照、噪音、温度等因素的变化会使用户的误报率提高到原来的 2～5 倍[3]。动态的安全性设计就是通过对周围环境变化进行实时调节，从而达到最优的保护效果。环境适应性是保证安全性设计和实际环境相协调的一种策略。以格力电器的智能空气净化器为例，其内置的光线传感器可根据室内光照强度自动调节显示屏亮度，避免夜间使用时因屏幕过亮而影响用户休息。当检测到环境噪音超过60 分贝时，设备会自动增强运行指示灯闪烁频率，确保用户能及时注意到滤网更换提醒。在高温高湿环境下，系统会智能调整工作模式，适当降低风扇转速，延长电机寿命，同时保持最佳净化效果，可显著提升小家电在复杂家居环境中的适应能力。智能化安全保护系统可以针对实际情况进行动态调节保护，如格力电器的智能电饭煲，采用动态安全保护系统，可根据锅内压力、温度及米水量实时评估烹饪风险。当检测到轻微异常（如水量不足）时，系统会发出提示音并调整加热功率；若出现中度风险（如内胆过热），则自动切换至保温模式；一旦监测到高压或干烧等高风险情况，立即切断电源并启动强制冷却，既保障了使用安全，又避免不必要的烹饪中断，确保用户既能享受智能烹饪的便利，又无需担心安全隐患。

5、结论

本文系统探讨了用户模式下的工业产品安全设计策略，以用户认知模式、行为模式、环境适应为基础，探索用户模式下工业产品安全性设计策略。研究表明，在整个安全设计过程中，通过对用户模态的分析，可以有效地提高人机交互界面的安全性。未来的研究应深入了解不同文化背景和年龄人群的认知差异，以设计出更具人性化的工业产品，满足人类对产品安全的需求。

参考文献

[1] 邓财科. 用户模式下的工业产品安全设计方法研究[J]. 鞋类工艺与设计，2022（13）：111-113.

[2] 田昆，陈江 基于用户体验的老年人健康管理产品设计研究[D]. 工业设计，2025（6）：4-8.

[3] 王浩楠. 基于用户服务质量感知的电池运输车设计研究[D]. 湖北：湖北工业大学，2024（25）：6-8.