产品设计中人机工程学尺度与应用

沈阳理工大学 韩新元 杨 猛

人体工程学由六门分支学科组成，即人体测量学、生物力学、劳动生理学、环境生物学、工程心理学、时间和工作研究。作为一门融杂多学科的交叉型学科，它以研究“人-机-环境”在不同环境中的相互配合为中心，通过对人体测量学、心理学、生理学、文化习俗、地域历史、生物学、技术科学等知识的综合应用，引导人的行为方式实现对人机工程学尺度的把控，指导设计出工业产品、工作环境。在产品设计过程中，设计师不仅要考虑使用者和产品之间的互动，还要考虑生产者和产品之间的互动，以及为生产者提供舒适的工作环境，使我们的生活更加舒适、安全、健康。

一、人机工程学尺度

人机工程学的尺度指人在不同环境时的行为张力是有限的，在适当的限度上使“机”的操作限度适应于人。通过对人机工程学尺度问题的考量，使产品在设计更趋向于人性化，产品的使用更加规范、合理、方便和实用。

（一）人体尺度

人体测量尺度在产品设计中，生理尺度是最重要的参数之一，它决定产品的造型与尺度，达到人们在使用与操作产品过程中“舒适、有效、安全”的要求。如电梯内部空间、公共汽车的座椅、公共扶手、自动售货机的设计都是以人体尺寸的参照作为依据。在设计飞行员的座椅时，考虑到无论人在站姿还是坐姿情况下，脊柱均在腰椎处发生变形，为了使坐姿情况下脊柱呈现正常的形态，躯干与大腿的角度应保持在135°，在这种良好的坐姿下，躯干的压力相对均匀分布在脊柱和椎间盘上，这种适当的限度就是人机工程学的尺度。而由于人体的尺寸差异，在设计一些公用产品或批量产品时，应以人群的百分位比进行参照，满足人们的整体需求。

（二）心理尺度

心理尺度是以人为中心，通过人的生理、心理计算测量等方式研究人体结构在环境和设施下心理与行为之间的关系，给人创造更加安全、舒适、健康的生活。通过研究分析人的心理产生和发生变化的规律，找到应对不同状况的方法，有效避免或解决给人体带来的不适，在设计上也有意将人们引导至更佳的行为方式。

（三）感觉阈限

能够引起人体感觉最小的刺激量，被称为绝对感觉阈限的下限；当人体感受的刺激量过大超出了正常限度，感觉会消失并引发痛觉，使人脱离舒适感，甚至引发身心损害，这时能够引起人体感觉最大的刺激量，称之为绝对感觉阈限的上限。在设计上要把控好最小阈限和最大阈限之间的范围，如人在休息时，靠背角增大时腰椎间盘压力降低，背肌放松；但靠背角增大到110°以后，再增大时两者并不会明显改善，所以高铁旅客座椅靠背调节范围要覆盖95°～110°，这样不同身材的乘客都能在此范围内找到保持自己脊柱正常生理弯曲的角度。

二、人体运动与动作系统

在设计时，有意识动作是考虑到人机协调的重要方面。动作可以分为定位动作、逐次动作、重复动作、调整动作等。定位动作的研究对操纵装置的设计很有意义，它是处理好人机关系的一个重要方面。逐次动作需要完成一系列不同目标的定位动作，对于判断和行为的准确性有一定要求，在设计上为了避免使用者的操作失误造成机器或人身伤害，可进行预防矫正的行为约束手段。长期重复特定动作容易让人产生疲劳，因而在一些高速公路设计中，在适当的直线路段后要故意设计一些改变方向的处理，以缓解司机的疲劳。调整动作是通过动作的调整改变肌体的受力方式，形成一种自我保护的状态，有利于长时间作业减缓疲劳。

三、产品设计中人机工程学尺度的标准和依据

人机工程学尺度评价标准主要以安全性、适用性角度出发判定。内容大体包括：（1）研究人机之间分工及其相互适应问题。根据两者各自特征，发挥各自的优势。（2）研究信息传递过程。人与机器在操作过程中要不断传递信息，因此，机器上各种显示器、控制器要设计得适合于人使用。（3）研究作业环境，创造安全的条件，例如高温、高湿、振动、噪声、空气中的有害物质、工作地的状况等。这些因素都会影响人的健康。而将这些因素控制在规定的标准范围之内，使环境条件符合人的生理和心理要求，从而使操作者感到舒适和安全。聚焦到产品本身，针对人的局部使用的产品设计时，需依据使用者的作业姿势分析，在尺寸上考虑产品的直径、长度、形状、角度等，同时要注意避免静态肌肉施力、不协调的局部方位、避免局部组织受压、避免重复动作等问题导致短期或长期的受伤以提高产品的安全性与适用性。在人的整体与产品设计上，首先应判定使用人群的人体机能的特征参数，如动作行为习惯；其次是人体结构的特征参数，如人各部分的尺寸、表面积、重心等，在特定环境下的各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理及对劳动负荷的适应能力，依据这些得到适当的尺度范围，然后进行合理设计。

四、人机工程学尺度在产品设计中的应用

（一）性别差异上的应用

由于生理结构的不同，导致男女的人体尺度有一定差别。大多数通用设计中，都以男性作为测验原型，而对女性的测验时可能只是按男性人体比例缩小了模型。随着人们对世界的认知越发宽广，为女性追求平等而发声的现象也越来越多，性别差异化导致的不平等问题在设计中逐渐被解决。

（二）群体差异上的应用

人在满足基本需求后，产品设计对使用者的个性考虑必须更为全面，会根据职业不同、生理需要、情感需求的不同定制化产品。我们将特殊需求人群分为三大类：残疾人群、特殊职业人群及特殊需求人群。根据这些人群的不同需求，考虑的人机特点也不同，具体有以下几个方面：更精确的尺寸范围、更符合作业环境的要求、更适用特殊人群生理需求、更高的调节性。

（三）室内外环境差异上的应用

在室内外场景下的产品设计考虑到的设计因素略有不同，比如由丹麦设计师保尔·汉宁森设计的在室内应用的PH 灯，该设计使光线通过层累的灯罩形成了柔和均匀的效果（所有的光线必须经过一次以上的反射才能达到工作面），且灯罩的阻隔在客观上避免了光源眩光对眼睛的刺激。经过分散的光源缓解与黑暗背景的过度反差，有利于视觉的舒适。在室外的照明产品，如室外体育场、观众和运动员之间距离较大，需要较高的照明度。此外，选用的灯光设备不可产生分散注意力的频闪效应。四周设有看台的体育场普遍采用四个高塔上安装照明设备的方法，可避免眩光，但成本较高；规模较小的体育场普遍采用成本较低的侧照灯，可沿场地两侧安装8 个高12～20 米的灯塔，从而科学地诠释了“以人为本”设计思想。

（四）公私环境差异上的应用

公有性产品与私有性产品是基于环境的差异及适用人群的差异来进行界定的，在产品的尺寸、功能和安全性设计中，公有性产品需牺牲产品的人机舒适度，为满足大部分人的尺寸而设计，而私有性产品是为用户私人订制，给人带来的舒适性和定制性相应更高。

（五）交互软件上的应用

随着网络和计算机的飞速发展，人机工程学尺度的应用不仅体现在实体产品上，还体现在虚拟的交互平台，如电视、电脑、手机等，给人们提供视觉、听觉、触觉上的信息传递。如在布局设计上，一般考虑到用户从左至右、从上至下的阅读习惯，在邮箱、浏览器等页面的布局上，一致将工具栏分布在左侧偏上以及左侧顶部的位置，既方便用户阅读，又容易操作。随着智能化技术的提升，一些软件和平台也会通过逼真的画面显示来替代实体，实现虚拟操控上的人机互动。

综上所述，人机工程学的尺度在产品设计中“以人为本”的核心起着至关重要的作用。在设计应用上考虑到不同性别、人群、环境等影响因素，趋于适应性和合理性，加快产品的设计与优化，让人们更好地享受美好生活。