游艇中的人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用探析

田 園

（山東交通學(xué)院,山東 濟(jì)南 250353）

1 人機(jī)工程學(xué)的概念

人機(jī)工程學(xué)是一門研究人、機(jī)器與系統(tǒng)之間相互作用的學(xué)科。國(guó)際人機(jī)工程學(xué)協(xié)會(huì)給出的官方定義為“是一門研究人與系統(tǒng)中其他因素之間的相互作用以及應(yīng)用相關(guān)理論、原理、數(shù)據(jù)和方法來設(shè)計(jì)以達(dá)到優(yōu)化人類和系統(tǒng)效能的學(xué)科”[1]。所以現(xiàn)今大多數(shù)設(shè)計(jì)，尤其是工業(yè)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，都與人機(jī)工程學(xué)有著密切的關(guān)系，以人機(jī)工程學(xué)所研究的數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)的支撐和依據(jù)，因此設(shè)計(jì)師需要認(rèn)真研究人機(jī)工程學(xué)的各項(xiàng)理論和數(shù)據(jù)。

人機(jī)工程學(xué)一般是通過生理學(xué)、心理學(xué)、力學(xué)、結(jié)構(gòu)尺寸學(xué)等多學(xué)科在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的綜合運(yùn)用，尤其是經(jīng)過對(duì)人體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行綜合研究，人機(jī)工程學(xué)在交通工具設(shè)計(jì)領(lǐng)域所占比重已經(jīng)越來越大[2]。在現(xiàn)代新興戶外交通工具——游艇的外觀和內(nèi)飾設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師也需要遵循人機(jī)工程學(xué)的數(shù)據(jù)，以便將游艇的各個(gè)組成部分，包括設(shè)備、內(nèi)飾和環(huán)境，都能與使用者相契合，同時(shí)也符合使用者提出的要求。

2 游艇中的人機(jī)工程學(xué)

在游艇設(shè)計(jì)過程中，需要考慮駕乘人員能否在游艇狹窄的艙室環(huán)境下正?；顒?dòng),能否正確操作游艇中的設(shè)備工具，能否較舒適地學(xué)習(xí)和生活，這就涉及人機(jī)工程學(xué)在游艇設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。游艇人機(jī)工程學(xué)要求游艇的各個(gè)部件、設(shè)備與工具都能符合人正常使用過程中的需求,不增加操作的困難程度，以及游艇環(huán)境不能超越人體的生理耐受程度。所以人機(jī)工程學(xué)主要為游艇設(shè)計(jì)的整個(gè)過程提供人體的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)尺寸數(shù)據(jù)，以此作為依據(jù)確定或者改進(jìn)游艇環(huán)境，內(nèi)部設(shè)備和生活用具尺寸，保證在游艇內(nèi)生活或工作的人可以感受到舒適和適應(yīng)。

2.1 操作和生活工具尺寸設(shè)計(jì)

這部分主要涉及人機(jī)工程學(xué)的游艇中的內(nèi)部裝飾及用品用具有桌椅、工作臺(tái)、操作臺(tái)、床和游艇使用中駕乘人員操作的各種機(jī)械、電子設(shè)備。當(dāng)然游艇的外觀設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自然也包含著人機(jī)工程學(xué)相應(yīng)的數(shù)據(jù)和原理。

在游艇家具尺寸設(shè)計(jì)中、書桌、工作桌、衣柜、陳列柜等家具的高度，以及坐具，如工作座椅、休閑椅等都是以人的靜態(tài)立姿和坐姿尺寸為標(biāo)準(zhǔn)，而床等臥具以人臥倒后的靜態(tài)尺寸為準(zhǔn)。游艇中家具的長(zhǎng)寬高、進(jìn)深等尺度都需要參考人體基本標(biāo)準(zhǔn)提供的身高、坐高、前臂活動(dòng)和彎曲等數(shù)據(jù)。而各種坐具的進(jìn)深、寬度、間距等尺寸也需要充分考慮人體大腿和小腿長(zhǎng)度、寬度和厚度的尺寸問題。

以游艇的操作臺(tái)設(shè)計(jì)為例，在游艇的操作室中，游艇的駕駛?cè)藛T需要站在工作臺(tái)前進(jìn)行駕駛操作，這個(gè)工作臺(tái)就是人機(jī)工程學(xué)的第一個(gè)應(yīng)用案例。按照人機(jī)工程學(xué)中的靜態(tài)站姿數(shù)據(jù)顯示，男性工作人員如果要站在操作臺(tái)前工作，假定他的身高是185cm（按照歐洲男性平均身高），他的目測(cè)水平線距離地面大約為175cm，所以他的前方如果需要安裝顯示儀器，則儀器的最低端需要安裝在距離地面175cm左右的地方，顯示器最佳傾斜角度為30°。

再次假定男性模特身高為185cm，他的肩部到手肘的距離大約為40cm，換言之，他的前小臂水平工作區(qū)域距離地面約為110cm。所以操作臺(tái)按鍵區(qū)域需要設(shè)計(jì)到距離地面110cm左右的地方。因?yàn)楣ぷ魅藛T是站姿操作，為了方便操作，操作臺(tái)上的按鈕及其他儀器建議沿水平線進(jìn)行傾斜，角度大約為30°。圖1詳細(xì)繪制了以上各項(xiàng)尺寸數(shù)據(jù)。

圖1 立姿工作狀態(tài)下人體與工作臺(tái)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)（單位：cm）

那么游艇操作臺(tái)高度大約為110～100 cm。因?yàn)槟行怨ぷ魅藛T的手臂比女性工作人員整體長(zhǎng)度略長(zhǎng)，所以工作臺(tái)的寬度可以適當(dāng)放寬，大約45cm。

根據(jù)以上的人機(jī)數(shù)據(jù)參考，游艇操作臺(tái)的工作區(qū)域大約高100cm，操作工作區(qū)域中心線距離地面大約110cm，傾斜角度為15～30°。這樣就完成了游艇操作臺(tái)的初步尺寸設(shè)計(jì)。

因?yàn)槲覈?guó)男性平均身高遠(yuǎn)不到案例中使用的屬于歐洲男性平均身高的數(shù)值，所以歐美游艇設(shè)計(jì)中的操作臺(tái)會(huì)略高于亞洲的操作者所需的實(shí)際尺寸，造成偏差。表1匯總了中國(guó)男性的人體基本尺寸數(shù)據(jù)，以做參考。

表1 中國(guó)成年男性各項(xiàng)身體尺寸數(shù)據(jù)

按照國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的最新統(tǒng)計(jì)，2020年測(cè)得我國(guó)男性平均身高約168cm，其視距距地面約158cm，所以在駕駛員以立姿姿勢(shì)操作駕駛臺(tái)的時(shí)候，顯示儀器應(yīng)保持在駕駛員視線前方，距地面約155～175cm的地方，傾斜角度為15～30°?；蛞?qū)嶋H安裝需要，將顯示儀器與操作儀器安裝在同一平面上，距地面75～90cm的高度，顯示儀器的傾斜角度為60～80°。

在坐姿姿態(tài)下，需要考慮駕乘人員的基本坐姿尺寸，以及坐姿姿態(tài)下人體的活動(dòng)特點(diǎn)和生理特征。座椅的尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括椅面高度、寬度、深度、傾斜角度和靠背的寬度、高度以及傾斜角度。下面以座椅高度和寬度為例進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)數(shù)據(jù)研究[3]。

首先來看椅面高度，在設(shè)計(jì)椅面高度時(shí)，過高和過低都會(huì)影響駕乘人員的體驗(yàn)，椅面過高會(huì)壓迫駕乘人員腿部肌肉使血液流通不暢，同時(shí)影響駕乘人員的平衡能力和操作水平，椅面過低則不能有效支撐駕乘人員身體導(dǎo)致背部肌肉負(fù)擔(dān)加劇。根據(jù)表1我們可知，中國(guó)男性平均小腿高度約30～39cm，較為舒適的座椅高度約30～35cm，再根據(jù)實(shí)際游艇內(nèi)駕駛環(huán)境和生活環(huán)境的局限性要求，增高或降低實(shí)際座椅高度即可。

座椅寬度則選取人的坐姿臀部寬度的最高值，以滿足人體最寬度的坐姿要求，以便于讓人坐得舒適。由表2可以看出，因?yàn)橹袊?guó)人體中女性臀寬35cm為最大值（男性僅為33cm），所以游艇座椅寬度取值約45～50cm為最佳。

表2 中國(guó)男性和女性的坐姿臀寬

在實(shí)際游艇設(shè)計(jì)中，對(duì)不同環(huán)境內(nèi)的陳設(shè)和家具也有不同的尺寸要求。比如在駕駛環(huán)境中，駕駛?cè)藛T乘坐的坐具主要支撐他們長(zhǎng)時(shí)間端坐駕駛的姿勢(shì)，不僅要舒適，還要可以在放松身體肌肉的同時(shí)支撐身體承重，而在休息區(qū)，坐具只需要保證人體的舒適度，能放松身心即可。同時(shí)因?yàn)橛瓮?nèi)環(huán)境狹窄，因此家具的尺寸也會(huì)受到狹小環(huán)境的限制。

2.2 游艇環(huán)境中的人機(jī)工程學(xué)

在游艇這種較為特殊和極端的環(huán)境中，環(huán)境中的物理因素如光照和溫度、震動(dòng)、噪聲等因素對(duì)人體的心理、生理有很大影響，研究游艇環(huán)境中的這三種因素，可以更好地保證駕乘人員的健康、安全、舒適和有效工作。

游艇中的噪音包括空氣動(dòng)力噪音、機(jī)械噪音和電磁噪音三種。空氣動(dòng)力噪音是由氣體振動(dòng)產(chǎn)生的，機(jī)械噪音和電磁噪音是由游艇本身自帶的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的。這些噪音都無法直接避免，但機(jī)械噪音可以通過在機(jī)械上增加阻尼材料而減緩和降低噪音，也可以在游艇的大型機(jī)械設(shè)備房間周圍布置隔振和減噪裝置，不過這樣成本要高很多。

當(dāng)因?yàn)橛瓮У奶厥饨Y(jié)構(gòu)或安全性能要求而導(dǎo)致減震和避噪的設(shè)備無法安裝和使用時(shí)，從而導(dǎo)致游艇中的工作人員或乘客長(zhǎng)時(shí)間暴露在90～100 dB，或短時(shí)間內(nèi)暴露在150 dB以上環(huán)境中的話，為了保護(hù)人體健康，與陸地相似環(huán)境下的人員一樣，游艇中的駕乘人員可采用護(hù)耳設(shè)備，常見的有耳塞、耳罩、帽盔等[4]。

游艇常見的振動(dòng)現(xiàn)象是船體振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)。人是一個(gè)彈性系統(tǒng)，有他自身的振動(dòng)特性。經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在正常重量下，4～8Hz頻率的振動(dòng)能量傳遞最大，對(duì)人體的生理影響也最大，被稱為人體的第一共振峰，10～12Hz被稱為人體第二共振峰，20～25Hz被稱為人體的第三共振峰。一般當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到讓人體不適的程度時(shí)，人的生理反應(yīng)會(huì)出現(xiàn)不舒適、頭痛、頭暈、疲勞、瞌睡、耳鳴、胸腹痛等癥狀，造成人員注意力分散，操作效率低下，或持續(xù)犯錯(cuò)。由于游艇的振動(dòng)其實(shí)主要是由機(jī)械振動(dòng)帶動(dòng)和引起的，因此在游艇設(shè)計(jì)中，必須要考慮最大可能避免和減少機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)頻率與人體達(dá)到共振的頻率效果。

溫度是環(huán)境的第三個(gè)重要影響因素。所有的環(huán)境設(shè)計(jì)都要求設(shè)計(jì)出符合人體要求能達(dá)到讓人體舒適的溫度效果。但在游艇航行期間，溫度會(huì)隨時(shí)變換，其中不乏包括因航行區(qū)域氣候、洋流、輻射狀態(tài)、日照和船體本身散熱性能的差異等因素造成的溫度變化，這導(dǎo)致駕乘人員的身體舒適溫度很難得到平衡和穩(wěn)定。因此，在游艇設(shè)計(jì)過程中就要考慮到游艇航行過程中溫度的不可控性，使溫度這個(gè)環(huán)境因素最大限度地被把控在人手中，比如在小型游艇的機(jī)艙設(shè)計(jì)中，要做好機(jī)械設(shè)備區(qū)域的降溫措施，避免其影響生活區(qū)域的溫度，導(dǎo)致生活區(qū)域的溫度過高，造成人體不適。而在生活艙內(nèi)，也需要調(diào)節(jié)外部環(huán)境的變化而導(dǎo)致的不同溫差造成的人體不適。

3 總結(jié)

本文只是對(duì)人機(jī)工程學(xué)在游艇設(shè)計(jì)中的作用進(jìn)行了一個(gè)淺顯的分析，事實(shí)上在游艇設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用無處不在。比如游艇中的樓梯設(shè)計(jì)，在人機(jī)工程學(xué)中，樓梯的高度和寬度都取決于人的正常步距，它們之間的關(guān)系是：樓梯高度的兩倍加上樓梯的寬度等于人的正常步距。而經(jīng)過計(jì)算，人的正常步距大約在570～630mm之間為最佳，所以可以根據(jù)前文提到的公式，計(jì)算樓梯的合理高度和寬度。

包括交通工具在內(nèi)的所有人為性產(chǎn)品都是為人服務(wù)的，這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都需要做到以人為本，按照人—機(jī)—環(huán)境相互協(xié)調(diào)發(fā)展的原則進(jìn)行產(chǎn)品定位、調(diào)研、設(shè)計(jì)等，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)在融合了人性化的同時(shí)兼?zhèn)渲悄芑托畔⒒?，并利用人機(jī)工程學(xué)使設(shè)計(jì)產(chǎn)品成果更符合需求、更高效，這也是人機(jī)工程學(xué)作為一門新興學(xué)科在未來的發(fā)展方向。在21 世紀(jì)，隨著技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，基于人機(jī)工程學(xué)的模擬設(shè)計(jì)和模擬測(cè)試將為設(shè)計(jì)師提供更多的參考數(shù)據(jù)和技術(shù)支持，將節(jié)省大量的人力物力，使產(chǎn)品更具有實(shí)用性和人性化，使人們的出行變得更便捷有效、更輕松也更安全。