產(chǎn)品設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)尺度與應(yīng)用

沈陽理工大學(xué) 韓新元 楊 猛

人體工程學(xué)由六門分支學(xué)科組成，即人體測量學(xué)、生物力學(xué)、勞動(dòng)生理學(xué)、環(huán)境生物學(xué)、工程心理學(xué)、時(shí)間和工作研究。作為一門融雜多學(xué)科的交叉型學(xué)科，它以研究“人-機(jī)-環(huán)境”在不同環(huán)境中的相互配合為中心，通過對(duì)人體測量學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)、文化習(xí)俗、地域歷史、生物學(xué)、技術(shù)科學(xué)等知識(shí)的綜合應(yīng)用，引導(dǎo)人的行為方式實(shí)現(xiàn)對(duì)人機(jī)工程學(xué)尺度的把控，指導(dǎo)設(shè)計(jì)出工業(yè)產(chǎn)品、工作環(huán)境。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師不僅要考慮使用者和產(chǎn)品之間的互動(dòng)，還要考慮生產(chǎn)者和產(chǎn)品之間的互動(dòng)，以及為生產(chǎn)者提供舒適的工作環(huán)境，使我們的生活更加舒適、安全、健康。

一、人機(jī)工程學(xué)尺度

人機(jī)工程學(xué)的尺度指人在不同環(huán)境時(shí)的行為張力是有限的，在適當(dāng)?shù)南薅壬鲜埂皺C(jī)”的操作限度適應(yīng)于人。通過對(duì)人機(jī)工程學(xué)尺度問題的考量，使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)更趨向于人性化，產(chǎn)品的使用更加規(guī)范、合理、方便和實(shí)用。

（一）人體尺度

人體測量尺度在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，生理尺度是最重要的參數(shù)之一，它決定產(chǎn)品的造型與尺度，達(dá)到人們在使用與操作產(chǎn)品過程中“舒適、有效、安全”的要求。如電梯內(nèi)部空間、公共汽車的座椅、公共扶手、自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)都是以人體尺寸的參照作為依據(jù)。在設(shè)計(jì)飛行員的座椅時(shí)，考慮到無論人在站姿還是坐姿情況下，脊柱均在腰椎處發(fā)生變形，為了使坐姿情況下脊柱呈現(xiàn)正常的形態(tài)，軀干與大腿的角度應(yīng)保持在135°，在這種良好的坐姿下，軀干的壓力相對(duì)均勻分布在脊柱和椎間盤上，這種適當(dāng)?shù)南薅染褪侨藱C(jī)工程學(xué)的尺度。而由于人體的尺寸差異，在設(shè)計(jì)一些公用產(chǎn)品或批量產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)以人群的百分位比進(jìn)行參照，滿足人們的整體需求。

（二）心理尺度

心理尺度是以人為中心，通過人的生理、心理計(jì)算測量等方式研究人體結(jié)構(gòu)在環(huán)境和設(shè)施下心理與行為之間的關(guān)系，給人創(chuàng)造更加安全、舒適、健康的生活。通過研究分析人的心理產(chǎn)生和發(fā)生變化的規(guī)律，找到應(yīng)對(duì)不同狀況的方法，有效避免或解決給人體帶來的不適，在設(shè)計(jì)上也有意將人們引導(dǎo)至更佳的行為方式。

（三）感覺閾限

能夠引起人體感覺最小的刺激量，被稱為絕對(duì)感覺閾限的下限；當(dāng)人體感受的刺激量過大超出了正常限度，感覺會(huì)消失并引發(fā)痛覺，使人脫離舒適感，甚至引發(fā)身心損害，這時(shí)能夠引起人體感覺最大的刺激量，稱之為絕對(duì)感覺閾限的上限。在設(shè)計(jì)上要把控好最小閾限和最大閾限之間的范圍，如人在休息時(shí)，靠背角增大時(shí)腰椎間盤壓力降低，背肌放松；但靠背角增大到110°以后，再增大時(shí)兩者并不會(huì)明顯改善，所以高鐵旅客座椅靠背調(diào)節(jié)范圍要覆蓋95°～110°，這樣不同身材的乘客都能在此范圍內(nèi)找到保持自己脊柱正常生理彎曲的角度。

二、人體運(yùn)動(dòng)與動(dòng)作系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)時(shí)，有意識(shí)動(dòng)作是考慮到人機(jī)協(xié)調(diào)的重要方面。動(dòng)作可以分為定位動(dòng)作、逐次動(dòng)作、重復(fù)動(dòng)作、調(diào)整動(dòng)作等。定位動(dòng)作的研究對(duì)操縱裝置的設(shè)計(jì)很有意義，它是處理好人機(jī)關(guān)系的一個(gè)重要方面。逐次動(dòng)作需要完成一系列不同目標(biāo)的定位動(dòng)作，對(duì)于判斷和行為的準(zhǔn)確性有一定要求，在設(shè)計(jì)上為了避免使用者的操作失誤造成機(jī)器或人身傷害，可進(jìn)行預(yù)防矯正的行為約束手段。長期重復(fù)特定動(dòng)作容易讓人產(chǎn)生疲勞，因而在一些高速公路設(shè)計(jì)中，在適當(dāng)?shù)闹本€路段后要故意設(shè)計(jì)一些改變方向的處理，以緩解司機(jī)的疲勞。調(diào)整動(dòng)作是通過動(dòng)作的調(diào)整改變肌體的受力方式，形成一種自我保護(hù)的狀態(tài)，有利于長時(shí)間作業(yè)減緩疲勞。

三、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中人機(jī)工程學(xué)尺度的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)

人機(jī)工程學(xué)尺度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要以安全性、適用性角度出發(fā)判定。內(nèi)容大體包括：（1）研究人機(jī)之間分工及其相互適應(yīng)問題。根據(jù)兩者各自特征，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。（2）研究信息傳遞過程。人與機(jī)器在操作過程中要不斷傳遞信息，因此，機(jī)器上各種顯示器、控制器要設(shè)計(jì)得適合于人使用。（3）研究作業(yè)環(huán)境，創(chuàng)造安全的條件，例如高溫、高濕、振動(dòng)、噪聲、空氣中的有害物質(zhì)、工作地的狀況等。這些因素都會(huì)影響人的健康。而將這些因素控制在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，使環(huán)境條件符合人的生理和心理要求，從而使操作者感到舒適和安全。聚焦到產(chǎn)品本身，針對(duì)人的局部使用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，需依據(jù)使用者的作業(yè)姿勢分析，在尺寸上考慮產(chǎn)品的直徑、長度、形狀、角度等，同時(shí)要注意避免靜態(tài)肌肉施力、不協(xié)調(diào)的局部方位、避免局部組織受壓、避免重復(fù)動(dòng)作等問題導(dǎo)致短期或長期的受傷以提高產(chǎn)品的安全性與適用性。在人的整體與產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，首先應(yīng)判定使用人群的人體機(jī)能的特征參數(shù)，如動(dòng)作行為習(xí)慣；其次是人體結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)，如人各部分的尺寸、表面積、重心等，在特定環(huán)境下的各種勞動(dòng)時(shí)的生理變化、能量消耗、疲勞機(jī)理及對(duì)勞動(dòng)負(fù)荷的適應(yīng)能力，依據(jù)這些得到適當(dāng)?shù)某叨确秶?，然后進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

四、人機(jī)工程學(xué)尺度在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（一）性別差異上的應(yīng)用

由于生理結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)致男女的人體尺度有一定差別。大多數(shù)通用設(shè)計(jì)中，都以男性作為測驗(yàn)原型，而對(duì)女性的測驗(yàn)時(shí)可能只是按男性人體比例縮小了模型。隨著人們對(duì)世界的認(rèn)知越發(fā)寬廣，為女性追求平等而發(fā)聲的現(xiàn)象也越來越多，性別差異化導(dǎo)致的不平等問題在設(shè)計(jì)中逐漸被解決。

（二）群體差異上的應(yīng)用

人在滿足基本需求后，產(chǎn)品設(shè)計(jì)對(duì)使用者的個(gè)性考慮必須更為全面，會(huì)根據(jù)職業(yè)不同、生理需要、情感需求的不同定制化產(chǎn)品。我們將特殊需求人群分為三大類：殘疾人群、特殊職業(yè)人群及特殊需求人群。根據(jù)這些人群的不同需求，考慮的人機(jī)特點(diǎn)也不同，具體有以下幾個(gè)方面：更精確的尺寸范圍、更符合作業(yè)環(huán)境的要求、更適用特殊人群生理需求、更高的調(diào)節(jié)性。

（三）室內(nèi)外環(huán)境差異上的應(yīng)用

在室內(nèi)外場景下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)考慮到的設(shè)計(jì)因素略有不同，比如由丹麥設(shè)計(jì)師保爾·漢寧森設(shè)計(jì)的在室內(nèi)應(yīng)用的PH 燈，該設(shè)計(jì)使光線通過層累的燈罩形成了柔和均勻的效果（所有的光線必須經(jīng)過一次以上的反射才能達(dá)到工作面），且燈罩的阻隔在客觀上避免了光源眩光對(duì)眼睛的刺激。經(jīng)過分散的光源緩解與黑暗背景的過度反差，有利于視覺的舒適。在室外的照明產(chǎn)品，如室外體育場、觀眾和運(yùn)動(dòng)員之間距離較大，需要較高的照明度。此外，選用的燈光設(shè)備不可產(chǎn)生分散注意力的頻閃效應(yīng)。四周設(shè)有看臺(tái)的體育場普遍采用四個(gè)高塔上安裝照明設(shè)備的方法，可避免眩光，但成本較高；規(guī)模較小的體育場普遍采用成本較低的側(cè)照燈，可沿場地兩側(cè)安裝8 個(gè)高12～20 米的燈塔，從而科學(xué)地詮釋了“以人為本”設(shè)計(jì)思想。

（四）公私環(huán)境差異上的應(yīng)用

公有性產(chǎn)品與私有性產(chǎn)品是基于環(huán)境的差異及適用人群的差異來進(jìn)行界定的，在產(chǎn)品的尺寸、功能和安全性設(shè)計(jì)中，公有性產(chǎn)品需犧牲產(chǎn)品的人機(jī)舒適度，為滿足大部分人的尺寸而設(shè)計(jì)，而私有性產(chǎn)品是為用戶私人訂制，給人帶來的舒適性和定制性相應(yīng)更高。

（五）交互軟件上的應(yīng)用

隨著網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，人機(jī)工程學(xué)尺度的應(yīng)用不僅體現(xiàn)在實(shí)體產(chǎn)品上，還體現(xiàn)在虛擬的交互平臺(tái)，如電視、電腦、手機(jī)等，給人們提供視覺、聽覺、觸覺上的信息傳遞。如在布局設(shè)計(jì)上，一般考慮到用戶從左至右、從上至下的閱讀習(xí)慣，在郵箱、瀏覽器等頁面的布局上，一致將工具欄分布在左側(cè)偏上以及左側(cè)頂部的位置，既方便用戶閱讀，又容易操作。隨著智能化技術(shù)的提升，一些軟件和平臺(tái)也會(huì)通過逼真的畫面顯示來替代實(shí)體，實(shí)現(xiàn)虛擬操控上的人機(jī)互動(dòng)。

綜上所述，人機(jī)工程學(xué)的尺度在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中“以人為本”的核心起著至關(guān)重要的作用。在設(shè)計(jì)應(yīng)用上考慮到不同性別、人群、環(huán)境等影響因素，趨于適應(yīng)性和合理性，加快產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，讓人們更好地享受美好生活。