人機(jī)工程學(xué)在老年人助行器中的應(yīng)用

邢嗣威 金信琴

摘要：我國的人口老齡化趨勢不斷加快，在此背景下老年產(chǎn)品的需求逐年提高。老年人生理和心理上的變化使其在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時與一般的產(chǎn)品產(chǎn)生了較為明顯的差異，考慮到老年人產(chǎn)品的特殊性在設(shè)計過程中的特殊性，需要以人機(jī)工程學(xué)作為設(shè)計理論支撐進(jìn)行符合老年人的設(shè)計。目的通過系統(tǒng)的研究與分析人機(jī)工程學(xué)在老年人設(shè)計中的應(yīng)用，并以此作為老年人助行器中設(shè)計的理論基礎(chǔ)。結(jié)論目前關(guān)于老年人產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)無法標(biāo)準(zhǔn)化，想要設(shè)計出真正符合老年人生理與心理預(yù)期的產(chǎn)品，仍需要進(jìn)行反復(fù)而枯燥的研究與實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué) 老年人 助行器

引言

21世紀(jì)有兩個現(xiàn)象理應(yīng)受到足夠的關(guān)注，日漸增長的人口高齡化和逐漸稀疏平常的空巢化。據(jù)統(tǒng)計，截至2011年底，中國60歲以上老年人口已達(dá)到1.85億人，占總?cè)丝诘?3.7%，預(yù)計到2020年這一比例將增加到18%。在此社會背景下老年產(chǎn)品的需求逐年提高。老年人生理和心理上的變化使其在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時與一般的產(chǎn)品產(chǎn)生了較為明顯的差異，考慮到老年人產(chǎn)品的特殊性，在設(shè)計過程中需要從人機(jī)工程學(xué)角度出發(fā)，充分考慮老年人身體尺寸、骨骼和肌肉等方面的變化設(shè)計出符合老年人情況的助行產(chǎn)品。

一、人機(jī)工程學(xué)概況

人機(jī)工程學(xué)是研究人、機(jī)、環(huán)境之間相互作用的學(xué)科，其研究目的是使物理層面的機(jī)械系統(tǒng)，或者人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)能夠盡可能地符合人身體上的使用形態(tài)和生理、心理的特點(diǎn)，保證人們可以利用機(jī)械設(shè)備安全、舒適并且高效地進(jìn)行各種活動。人機(jī)工程學(xué)是一個不斷創(chuàng)新不斷發(fā)展的學(xué)科，人的研究不斷完善，新的事物不斷涌現(xiàn)。

二、人機(jī)工程設(shè)計理念在老年人助行器設(shè)計中的應(yīng)用

人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用現(xiàn)今已是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?，生活過程中所需的工具和外部環(huán)境因素，都要在符合人體需求的前提條件下進(jìn)行。

（一）為老年人設(shè)計提供可信的設(shè)計用尺度：人機(jī)工程學(xué)是一種綜合使用人體測量學(xué)和人體力學(xué)來研究與科學(xué)設(shè)計的理論，通過統(tǒng)計和測試得出人體各部位結(jié)構(gòu)的尺度范圍參數(shù)，再結(jié)合老年人身體退化規(guī)律進(jìn)行對比分析，并對老年人活動的區(qū)域和日常身體活動姿勢的習(xí)慣在內(nèi)的各種人體機(jī)能提出各種可能應(yīng)用于設(shè)計的依據(jù)。

（二）為老年人設(shè)計的合理性提供理論支撐：人機(jī)工程學(xué)理論能夠有效改善人與機(jī)器之間配合的關(guān)系，確保設(shè)計出同時符合人行為特征與內(nèi)心需求的產(chǎn)品。同時也從側(cè)面為產(chǎn)品的外觀、形狀尺寸和材料等的選擇提供有依據(jù)的科學(xué)數(shù)據(jù)。

（三）為老年人設(shè)計提供合理的物理環(huán)境參數(shù)：老年人的身體衰退使其無法適應(yīng)較為極限的物理環(huán)境，其中就包括年輕人日常生活中不以為然的強(qiáng)光、高熱和噪音等元素，如果真的希望能夠達(dá)到真正的為老年人設(shè)計需要事先考慮種種元素對老人產(chǎn)生的影響，然后通過在不同使用環(huán)境下進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計出這些元素對老年人體質(zhì)所會造成的反應(yīng)再進(jìn)行合理的設(shè)計。

三、老年人助行器的人體尺寸應(yīng)用方法

在進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計過程中，人體尺寸是設(shè)計師確定其產(chǎn)品使用空間的重要依據(jù)之一，而人體尺寸百分位數(shù)是其應(yīng)用的重要內(nèi)容。其尺寸應(yīng)用的流程大體如下：

（一）明確產(chǎn)品的使用人群：根據(jù)設(shè)計的產(chǎn)品選擇不同類型、不同崗位來選擇使用人群。老年人助行器設(shè)計的用途是在無旁人的情況下，幫助老年人完成獨(dú)立行走，由此可確定此類產(chǎn)品的使用群體為需要助行器材行走的老年人。

（二）明確產(chǎn)品的設(shè)計尺寸以及設(shè)計類型：根據(jù)相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)使用人群使用區(qū)間有非常嚴(yán)格的上限和下限，任何設(shè)計都基于這一區(qū)間來進(jìn)行。并對產(chǎn)品尺寸的設(shè)計進(jìn)行了嚴(yán)格的歸類。老年人助行器需要兩個人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸上限值和下限值的依據(jù)，基于此類選擇方式應(yīng)歸類為Ⅰ類產(chǎn)品。

（三）明確設(shè)計后的人群使用的滿足度：在產(chǎn)品設(shè)計中會有很多的限制，比如成本限制以及技術(shù)條件限制等。所以不可能存在萬能設(shè)計，在確認(rèn)產(chǎn)品的尺寸設(shè)計類型之后，需要再根據(jù)產(chǎn)品的重要程度以及滿足度來選擇人體尺寸百分位數(shù)。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)老年人助行器為玉米型產(chǎn)品，為與人的健康、安全相關(guān)的一般工業(yè)產(chǎn)品，百分位數(shù)選擇P95和P5作為尺寸上、下限值的依據(jù)，滿足度為90%。

（四）修正所選尺寸的百分位值：目前在我國國標(biāo)給予的標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸的數(shù)據(jù)是基于人在赤裸環(huán)境中獲取的，但實(shí)際產(chǎn)品使用時，必須要考慮到現(xiàn)實(shí)的情況，所以就需要對其數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的修正。產(chǎn)品設(shè)計的功能尺寸設(shè)定公式為：最小功能尺寸=人體尺寸百分?jǐn)?shù)+功能修正量，最佳功能尺寸=人體尺寸百分?jǐn)?shù)+功能修正量+心理修正量。依據(jù)此公式因心理修正量此次無法準(zhǔn)確確認(rèn)，故老年人助行器=老年人人體尺寸百分?jǐn)?shù)+功能修正量。

四、老年人助行器的人機(jī)尺寸分析

根據(jù)前期的研究與分析，可以暫定老年人助行器設(shè)計需要代步行走和提供休息區(qū)域兩個基本功能。為進(jìn)行老年人助行器設(shè)計尺寸參數(shù)的選取，使用觀察分析法對市面上的現(xiàn)有助行器進(jìn)行分析，確認(rèn)設(shè)計所需選擇的人體尺寸參數(shù)。根據(jù)測試可以將老年人助行器設(shè)計中需要的老年人人體尺寸大略分為站姿操作模式和坐姿操作模式。

（一）站姿操作模式：在用戶將助行器當(dāng)作協(xié)助行走的器械時，使用者的身體姿勢為直立。此狀態(tài)中使用者的操作方式為雙手緊握助行器頂部的把手區(qū)，通過上肢給予助行器向前的推力，助行器受到推力帶通過底部滾動輪滾動帶動不便的下肢向前移動，在此同時助行器的主體框架持續(xù)起到支撐作用保證動作的完成。通過（如圖1）可知站姿操作模式下需要確認(rèn)的參數(shù)有身高、肩高、肩寬、肘高、手功能高和手寬。

（二）坐姿操作模式：使用者將助行器當(dāng)作休息的器械時，操作的身體姿勢為坐姿。此狀態(tài)中用戶會將助行器切換為座椅形態(tài)，通過坐在助行器上為疲憊的身體提供適度的休息。通過（如圖2）可知坐姿操作模式下需要確認(rèn)的參數(shù)為坐高、坐深、臀部寬度、坐姿肩高、坐姿肘高和坐姿膝高等。在現(xiàn)有助行器的尺寸需求上為滿足方便起身的需求設(shè)計的助行器需要增加腳踏的部分，腳踏的設(shè)計需要的尺寸為腳部空間進(jìn)深和腳寬等的尺寸數(shù)據(jù)。

五、老年人生理尺寸分析

我國研究機(jī)構(gòu)曾多次對民眾做過大量的人體測量工作，并在此基礎(chǔ)上制定了我國成年人人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)：GB-10000-88，為工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、建筑空間設(shè)計等領(lǐng)域提供了有效的人體尺寸參考數(shù)據(jù)。但是不得不說，這一標(biāo)準(zhǔn)對于男性年齡的上限僅僅是60歲，而女性則為55歲。本次研究對象為65歲以上的老年用戶無法使用這—標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行人機(jī)尺寸設(shè)計。

通過查閱大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，文獻(xiàn)“北京地區(qū)老年人的人體尺寸測量”中擁有所需的老年人尺寸數(shù)據(jù)。結(jié)合前文得到的老年人助行器尺寸需求，可將數(shù)據(jù)歸納為站姿尺寸數(shù)據(jù)和坐姿尺寸數(shù)據(jù)兩類。

老年人助行器屬于玉米型產(chǎn)品并且是涉及人健康安全的產(chǎn)品。根據(jù)人機(jī)尺寸百分位的應(yīng)用方法需要兩個人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸上限值和下限值的依據(jù)，選用第95百分位和第5百分位作為尺寸的上下限值的依據(jù)。

根據(jù)在同一年齡段下男性人體尺寸普遍大于女性人體尺寸的原則，為實(shí)現(xiàn)助行器尺寸可調(diào)節(jié)的功能，選擇女性第5百分位的尺寸作為最小尺寸標(biāo)準(zhǔn)，男性第95百分位尺寸作為最大尺寸標(biāo)準(zhǔn)，將兩種百分位數(shù)的尺寸進(jìn)行統(tǒng)計。

綜合上文站姿與坐姿兩種尺寸數(shù)據(jù)，將老年人在使用老年人助行器時不同狀態(tài)下產(chǎn)品所需的身體尺寸歸納得出（圖3）。

六、老年人生活姿態(tài)特點(diǎn)分析

老年人身體機(jī)體功能的衰退會為其帶來：視力減弱、四肢運(yùn)動幅度減小、感覺減退等。老人行走的狀態(tài)會隨著年齡發(fā)生很大的改變，行動特點(diǎn)與其他人群有很大的區(qū)別，比如因?yàn)橥炔肯リP(guān)節(jié)的腫脹和關(guān)節(jié)軟骨的退化會使其日常行走活動受到限制，每當(dāng)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)動時就會伴隨強(qiáng)烈的骨關(guān)節(jié)擦感，運(yùn)動后需要進(jìn)行適量的休息。具體的表現(xiàn)為在日常行走過程中出現(xiàn)屈膝、步長減小和腿部拾起高度減少等現(xiàn)象，與年輕人相比，老年人的行走路線會迂回曲折。

伴隨著老年人年齡與生理機(jī)能的衰退，其日常的生活與娛樂活動空間成不斷降低趨勢會變得越來越小，而伴隨著日漸減少的活動范圍的是老年人生活品質(zhì)的逐漸降低。作為家屬應(yīng)該經(jīng)常鼓勵老年人經(jīng)常與外界的人和事物建立聯(lián)系時常進(jìn)行接觸，盡量擴(kuò)大日?；顒拥纳罘秶瑺幦纳砗托睦韮煞教嵘夏耆说慕】蹬c生活的質(zhì)量。

七、人機(jī)工程理論下老年人助行器的設(shè)計原則

（一）安全性原則：在老年人產(chǎn)品的設(shè)計過程中對安全性的考慮至關(guān)重要。主要的細(xì)節(jié)有以下幾點(diǎn)：

1.在進(jìn)行材料的選取時應(yīng)優(yōu)先選取安全或柔軟的材料。

2.保證設(shè)計的產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是設(shè)計的前提，如需設(shè)計在使用過程中需要提供身體力量支撐的產(chǎn)品時，設(shè)計者應(yīng)保證助行器在結(jié)構(gòu)上具有穩(wěn)固的特點(diǎn)，避免發(fā)生因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計不完善而產(chǎn)生的意外損壞情況發(fā)生。

3.在進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)方式設(shè)計時應(yīng)妥善選擇，避免造成使用者的機(jī)械性損傷。

（二）可調(diào)節(jié)性原則：中國人口眾多，其中老年人基數(shù)亦十分龐大，因個體間生活環(huán)境、經(jīng)濟(jì)能力和經(jīng)歷身體素質(zhì)等原因?qū)е峦晟平y(tǒng)計我國老年人人體尺寸并不現(xiàn)實(shí)，在設(shè)計老年人產(chǎn)品時產(chǎn)品本身的可調(diào)整性至關(guān)重要。使用的老年人根據(jù)自身實(shí)際情況調(diào)整助行器使用尺寸，可極大地降低產(chǎn)品與用戶不匹配的概率。

（三）功能多樣化原則：助行器的目的是為了幫助在老年人肢體發(fā)生運(yùn)動障礙，需要協(xié)助行走、保持平衡時起到幫助或減緩的作用。因?yàn)槔夏耆巳粘Ｉ畹男枨蟀烁鞣N各樣的目的和可能，老年人助行器在設(shè)計之初就應(yīng)要預(yù)先儲備多種功能。

（四）標(biāo)準(zhǔn)化原則：目前國內(nèi)老年人產(chǎn)品市場仍處于發(fā)展之中，助行器市場也是如此，這種現(xiàn)狀使得市場上產(chǎn)品的種類一直未能達(dá)到可以稱之為標(biāo)準(zhǔn)化的程度，標(biāo)準(zhǔn)化在使用、更換組件和使用環(huán)境的融合方面都有著巨大的意義。

八、最終設(shè)計效果展示

依照人機(jī)工程學(xué)的理論研究與運(yùn)用，結(jié)合對老年人助行器的研究、分析設(shè)計定位等，確定了具體的設(shè)計方案，其效果圖（如圖4）。

考慮到老年人助行器自身體積過大，無論是在家中擺放或是出門攜帶都會占據(jù)過多不必要的空間，可以折疊方便攜帶的功能在日常生活使用中十分具有必要性，（如圖5）所示。

總結(jié)

我國人口老齡化趨勢的不斷加快帶來了老年人產(chǎn)品的市場空間，但想要設(shè)計出真正符合老年人生理與心理預(yù)期的產(chǎn)品，仍需要進(jìn)行反復(fù)而枯燥的研究與實(shí)驗(yàn)。進(jìn)而早日設(shè)計出符合老年人預(yù)期的助行產(chǎn)品，幫助解決老年人日常的出行問題。