基于GOMS和FMEA的老年人医疗服务终端交互设计研究

徐丹　朱丽萍　李永锋

关键词：失效模式与效应分析 GOMS 医疗服务终端 老年人 包容性设计

中图分类号：TB472 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2022）02-0032-04

引言

数字化信息技术已涉及到社会的各个领域，在医疗行业也起着越来越重要的作用，其中医疗服务终端系统的出现无疑是医疗行业数字化的一大表现。伴随着医院服务终端的投入使用，越来越多的人感受到就医过程的便利与快捷。然而，对于医疗需求较大的老年人来说却有诸多不便。老年人由于其自身生理、心理以及认知能力等特殊因素，很难顺利地完成整个界面操作，他们常会遇到误操作、不明白界面分布等问题，而设计师大多从界面本身找问题，难以真正解决老年人的操作问题。因此，必须从减少老年人操作错误的角度出发，提升老年人的医疗交互体验。

目前对老年人医疗服务终端交互设计的研究主要分为两个方面：一方面是从用户需求的角度出发，分析了用户特征对产品需求的重要性，如刘军等阐述了医疗服务的功能需求应与用户目标实际操作体验相结合，为用户提供更加便捷的医疗服务。另一方面是从产品本身出发，通过运用设计方法改善产品的交互方式，如许若飞等运用设计思维与方法，基于老年人心理、生理特征，总结出可以改善老年人相关产品的交互设计原则。因此，现有的部分研究大都从单一视觉出发，从分析用户需求到归纳产品设计原则，忽视了老年人群在操作界面过程中出现错误的本质原因，以至于在设计改良部分找不到设计重点，缺乏对使用人群的包容性。目前医院的服务终端界面设计不够灵活并且晦涩难懂，忽视了老年人的使用感受，而包容性设计更加关注人群和情境的多样性，强调以人为中心，更加注重用户良好的体验。

本研究主要是为了改善医院的医疗服务终端界面，以提升界面对老年人的包容性，提出基于GOMS （Goals，Operations，Methods，and Selection rules，GOMS）与失效模式与效应分析（Failure Mode and Effect Analysis，FMEA）的界面改良方法，该方法利用GOMS方法从用户认知角度对目标任务进行层级分析，详细分析用户进行每一操作所需要的知识，采用FMEA分析法确定操作过程中的潜在失效模式，探讨老年人在操作界面任务时发生错误的本质原因，并依据包容性设计原则对医疗服务终端界面进行针对性地改良设计，以满足普通用户以及老年人的需求。

一、理论背景

（一）GOMS方法

GOMS是一种对人与系统交互进行认知分析的方法，认知结构由四个部分组成：G是目标任务、O是用于实现目标任务的操作、M是用于实现目标任务的方法、S是在目标的竞争方法中進行选择的原则。对于任何给定的任务，GOMS可以分析特定的用户交互的特征，构造任务模型并分析人类行为，预测用户在操作过程中潜在的风险，因此，GOMS分析是在设计阶段的早期以可接受的成本分析用户性能问题的工具。原则上可以使用GOMS分析来判断用户是否能够达到标准任务的预定义性能目标，比如各种计算机任务，系统接口设计和用户界面分析，其中Jung等使用GOMS证实了他们研究中提出方法的有效性。

（二）失效模式与效应分析

失效模式与效应分析能够在产品开发阶段评价和分析各种潜在的风险，通过现有技术将可能产生的风险降到最小，是一种规避风险的有效方法。企业采用此技术识别系统中可能存在的潜在故障，并通过预测导致风险的因素来克服这些损失。通过识别可能导致失败的风险，FMEA有助于发现潜在的故障模式以及识别任何产品或服务中发生故障的原因。失效模式与效应分析是最常用的可靠性审查程序之一，通常由一个跨职能小组来完成，该小组由不同知识领域的专家组成，并且对产品、流程和服务有全面的专业知识，主要目的是发现和避免产品或部件在设计和开发过程中出现的故障。

二、研究方法

本研究提出将GOMS和FMEA应用于老年人医疗服务终端交互设计的方法，根据用户认知任务层级来分析老年人在操作医疗服务终端界面时发生错误的原因，从而进行针对性的改良设计。研究的主要步骤包括GOMS分析、FMEA分析、设计改良和结果验证，具体步骤如图1所示。

（一）GOMS方法

GOMS是一种对已确定的目标任务进行层级任务分析的方法，该方法能够实现对特定目标所需的方法的描述，分析用户在设备或系统上执行任务所必须具备的知识。首先，通过网络调研和实地调研确定典型的研究对象，成立老年人医疗服务终端系统专家小组。其次，针对现有的医疗服务终端系统的界面进行GOMS任务分析，探究现有的医疗服务终端系统的主要功能任务是否满足老年人的需求。接下来，邀请被试按步骤操作指定的层级任务，同时实时记录其出错的操作步骤。

最后，进行错误分类（Error Classification）。错误分类可将用户执行任务时发生的错误分为3种类型，即感知错误、认知错误和行为错误。错误分类主要用于分析各层级任务中的潜在错误，利用用户错误分类表（见表1）对出错的任务进行分类，以确定其错误类型。

（二）FMEA方法

FMEA可以分析老年人在操作终端界面时发生错误的原因，FMEA分析法主要通过以下2个步骤进行。

其一，根据GOMS分析，找到错误类型对应的失效任务，利用FMEA分析法确定失效任务发生的潜在失效模式;

其二，对每一个潜在失效模式进行数值评估，确定其严重度（Severity，S）、发生度（Occurrence，O）以及探测度（Detection，D），建立FMEA分析表，并计算风险优先指数（Risk Priority Number，RPN），公式如下：

RPN=S×O×D （1）

其中，S指潜在失效模式的严重程度、O指潜在失效原因的发生频率、D指现有预防措施识别侦测能力。通常，S、O、D分别介于l至10之间，RPN的值介于1至1000之间，分数越高，表示潜在失效模式风险越大。其中，医疗行业认为当RPN≥125时，必须采取改良措施，降低RPN数值，从而提升产品可用性。

（三）设计改良

根据FMEA的风险评估结果，基于老年人生理、心理特点，多方面分析潜在失效模式的影响。通过运用访谈法、实地走访法深入调研老年用户，了解老年人在使用医疗服务终端系统时的物理行为和心理行为，结合包容性设计原则，进行合理的改良。

（四）结果验证

针对改良后的设计方案，再次利用FMEA分析法，邀请典型老年用户对改良后的医疗服务终端界面重新进行S（严重度）、O（发生度）、D（探测度）的打分，构建改良后的医疗服务终端界面的预防措施表单，计算RPN数值，直至RPN<125。本次研究聚焦于典型老年用户，让老年人执行典型的目标任务，通过获得的数据以及调研分析结果验证方案的可行性。此外，继续分析验证过程中出现的新问题，结合被试的意见对界面进行再次改进。

三、案例研究

医疗服务终端的投入使用不仅简化了人们的看病流程，还给社会带来了极大的便利，但对于认知能力不足、感知力和行动力逐渐下降的老年人来说却很陌生，他们在操作医疗终端界面时经常遇到很多困难。因此，必须设计出满足老年人需求的医疗服务终端界面，以改善老年人的操作体验。本研究基于GOMS和FMEA的研究方法，以徐州市中心医院的医疗服务终端界面为例进行实验，本次实验选用的是徐州市中心医院的医疗服务终端的部分界面（见图2）。

（一） GOMS分析

由9位老年人组成医疗服务终端专家小组，包括了名老年人、1名交互设计师、1名护士。针对医院的医疗服务终端界面构建GOMS任务分析图，主要任务有当日挂号、预约取号、预约医生号和现金预存。由于当日挂号功能使用频率较高，因此，以当日挂号功能为例进行GOMS任务分析，如图3所示。

根据GOMS挂号任务分析，邀请了位年龄在60～65周岁的老年人作为被试参与实验，针对当日挂号功能任务依次进行操作，记录老年人在实验过程中发生的错误，利用用户错误分类表对所有错误进行分类。

（二）FMEA分析

通過对医院服务终端的当日挂号功能任务进行FMEA分析，根据表l的错误类型确定各层级任务的潜在失效模式，分析其原因和后果，并计算相应的RPN值。

1.分析错误类型的潜在失效模式：根据错误类型分析和确定相应的潜在失效模式，结合老年人的实际操作情况确定潜在失效模式产生的潜在失效后果、潜在失效原因。

2.评估潜在失效模式的S、O、D数值，并计算RPN数值：利用问卷以及访谈的方法向专家小组和老年人收集关于S、O、D的实验数据，根据式（1）计算风险优先数值，将数据汇总到医疗服务终端挂号功能失效模式分析表中（见表2）。从表中可以得知，产生了种错误类型，分别是P1、C5、C1、A1、A2、C6和C2，其中RPN大于125对应的是编号2、3、4、5和了，其中编号4对应的RPN值最大，因此要着重对编号4的失效模式进行分析，其余四个编号对应的错误类型也必须进行针对性地设计改良。

（三）设计改良

本次改良依据表2中老年人在操作医疗终端界面时产生的潜在失效模式，对大于或等于125的RPN对应的失效模式进行合理地再设计。为了设计出适合老年人以及普通用户使用的终端界面，将从包容性设计角度分析老年人界面设计的特殊性。

1.设计分析：从生理上看，老年人静态和动态视力、对比敏感度、色觉、聚焦和对黑暗的适应能力明显下降，在操作界面时难以定位关键信息，造成误操作，主要体现在编号3与4对应的两种失效模式上，这就要求要通过改变字体、字号、配色以及增加信息反馈适当地增强视觉刺激强度，从而包容老年人视觉、触觉不灵敏的缺陷。从心理上角度看，老年人由于记忆力减弱、难以回忆起过去的经验、接受新事物缓慢以及害怕出错，不敢轻易尝试使用数字产品。在进行FMEA实验过程中，大多数老年人在操作医疗终端实验界面时表现出焦躁不安的心理，这具体表现在编号2、5和了对应的失效模式上。从认知背景上考虑，老年人知识储备较少、理解能力较弱不足以应对复杂繁多的界面信息，主要体现在编号6对应的失效模式上。因此，应该保证在老年人的认知范围内设计界面，将信息合理并有序地排列，具体包括确定功能主次关系、增强信息之间逻辑关系以及增强信息之间的可交互性，及时给予用户提示、指导和反馈，包容老年人的认知不足。因此，为了使医疗服务终端界面更加满足老年人操作需求，必须要针对性地改善失效模式，重新设计的线框图（见图4）以分块的模式比较清晰地展示了各功能分布区域，方便老年人迅速获得主要信息，降低了丢失位置的风险。

2.改良措施：老年人伴随着年龄的增加，视觉能力逐渐减弱，他们的视觉更加容易接受中明度组的色彩，而适当的暖色调又能够满足大部分老年人的心理关怀需要。因此，改良界面以深青色为主色调，以中黄色和深红色为辅助色调，深青色不仅能够给人宁静沉稳的感觉，符合老年人的心理特征，同时也与医院严肃庄重的环境氛围相适配。针对编号1和2对应的失效模式，将挂号功能按钮放在首位，并且在触摸按钮之后自动加深字体与点亮图标颜色，同时放大图标，即时给予信息反馈，突出挂号功能按钮;预约挂号则以时钟图标的方式区分于当日挂号，如图5（a）所示;针对编号3和4对应的失效模式，增加挂号的方式，以按科室、按历史和按历史三种方式进行挂号，增加了挂号方式的多样性，其中按症状挂号以语音智能的方式为老年人推荐相关科室，缓解老年人因缺乏医学知识而不知道挂什么科室的状况，包容老年人认知能力减弱的特性，如图5 （b）、（c）所示;针对编号5对应的失效模式，历史挂号功能界面直接将挂号信息整合在一个模块上，减少不必要的功能选项，简化操作流程，如图5 （d）所示;针对编号了对应的失效模式，对于每一种挂号方式，用中黄色来强调确认挂号按钮的位置，提醒老年人在选好挂号科室之后确认挂号，以完成整个操作流程，改良后的部分效果图见图5。

（四）结果验证

再次对改良后的医疗服务终端界面设计方案进行实验，重新邀请上述了位年龄在60～65岁的老年人，通过操作改良后的实验界面再次对S、O、D进行数值评估，确定最终的RPN值，并构建医疗服务终端挂号功能失效模式预防措施表单，改良后的失效模式预防措施结果见表3。从表中可知，经过改良后的RPN值均小于125，说明改良之后的医疗服务终端的界面布局、信息排布、字体与色彩搭配更加符合老年人的认知期望，整体的设计满足了老年人的生理和心理需求。

结论

本研究将GOMS和FMEA方法应用于老年人医疗服务终端交互设计中，结合包容性设计理念，改良现有的医疗服务终端界面，减少老年人在操作过程中的错误。其中，GOMS方法从用户认知角度对主要功能进行层次任务分析，预测老年人的操作错误;FMEA则找到错误的潜在失效模式，分析老年人操作错误的原因，定位设计改良的重点;包容性设计理念将老年人纳入医疗服务终端交互设计中，为具体的界面设计提供了思路与指导，增强了医疗服务终端界面的易用性，提升了老年人对医疗服务终端的满意度。研究结果将降低医疗类产品开发的风险，提升对老年产品的包容度。后续将更深层次地挖掘GOMS与FMEA方法，降低该方法在交互设计中运用的局限性。

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