淺談人體工學在現代設計中的意義

孫一嫻

摘要：通過對人機工程學概念的簡單論述，進一步對人-機-環境系統中各因素之間的聯系和人機工程學的內容對設計學科產生的作用以及在設計中的應用體現作了闡釋，同時指出在現代環境下未來的設計將如何真正的符合人機工程學的原理，把設計學科的內容提升到人性化設計的高度中去，體現出現代設計對人的尊重和關懷。

關鍵詞：人機工程學;現代設計;應用

中圖分類號：TS664?文獻標識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）09-0053-02

1?人機工學

人體工程學：也稱人機工程學，是一門多學科交叉的工業設計學科?！吨袊髽I管理百科全書》將人機工程學定義為：研究人和機器、環境相互作用及其合理結合，使設計的機器與環境系統適應人生理、心理等特點，達到生產中提高效率、安全、健康和舒適的目的。通過這個定義可以認為：人機工程學是研究"人一機一環境"系統中人、機、環境三大要素之間的關系，為解決該系統中人的效能、健康問題提供理論與方法的科學。

2?人機工學的發展歷程概述

（1）本能階段。原始人機關系：有了人類就有了造物，有了造物就有了人機關系。在遙遠的石器時代人們就開始探尋適用于捕獵使用的器具，人們在不斷的探索過程中逐漸掌握了制作適合于人手部造型以及使用舒適的器物，開始了無意識的人機設計。

（2）科學系統階段。①經驗人機工程學：從泰勒的科學管理方法和理論的形成到第二次世界大戰之前，稱為經驗人機工程學的發展階段。其特點是以機械中心進行設計，通過對操作者的選拔和培訓，使人適應機器。②科學人機工程學：二戰期間到20世紀50年代末，此階段發展的特征是在工業與工程設計中重視人的因素，并努力使機器適應人的工作。到20世紀50年代，人機工程學原理已經被許多工業設計師所采用，因此產品的人機關系得以改善。③現代人機工程學：20世紀60年代人機工程學研究的指導思想，是將人和環境看作一個整體系統，使系統中的人、機、環境得到最佳配合，以此來保證系統整體最優。20世紀70年代以后，在指導思想中，有人主張應強調人的基本價值，特別是在系統、工具、環境設計中考慮操作者的個體差異，以使科學技術不僅在產品上能滿足人的要求，還能夠讓人們在操作機械的過程中獲得滿足。20世紀80年代，日本設計學界出現了以根據人的感性和想象而進行產品開發設計的感性工學，到90年代感性工學是日本設計學界所致力開拓的設計新方向、新學科之一。它將過去定為難以量化、只能定性的、非理性無邏輯可言的感性反應，運用現代計算機技術加以量化，籍以發展新一代的設計技術和產品。[1]

（3）多元化、人文階段。當代人機工程學的發展：設計中對人的認知、感性、情感因素的重視日益加強。

3?人機工學在現代設計中的應用

在設計領域中，人機工程學主要從系統的角度去思考問題，使系統中的人、機、環境得到最佳配合，人機工程學的研究內容以及其對于設計學科的作用可以概括如下

3.1人機工程學在工業設計中的應用。

（1）為工業設計中考慮“人的因素”提供人體尺度參考：應用人體測量學、人體力學、心理學和生理學等學科的研究方法，對人體結枃特征和肌能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、體重、體表面積、比重、重心變化以及人體各部分在活動時相互關系和可及范圍等人體結構特征參數提供人體各部分的發力范圍、活動范圍、動作速度、頻率、重心變化以及動作時慣性等動態參數分析人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺以及肢體感覺器官的肌能特征，分析人在勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞程度以及對各種勞動負荷的適應能力，探討人在工作中影響心理狀態的因素，及心理因素對工作效率的影響等。人體工程學的研究，為工業設計全面考慮“人的因素”提供了人體結構尺度，人體生理尺度和人的心理尺度等數據，這些數據可有效地運用到工業設計中去。芬蘭設計師庫卡波羅致力于研究人體工學和生態科學，力圖把人體工學和造型美感達到完美和諧的最高境界，他運用人機工學的原理，深入地研究了人體尺度，他設計的Fysio Chair費西奧椅被稱作“全世界第一把完全根據人體形態設計的辦公室座椅”，是人機工學中具有歷史意義的設計。

基于人機工程學原理而設計的鼠標具有良好的舒適性，鼠標的垂直傾斜角度設置為57°，這樣的設計能讓手腕的肌肉活動降低10%。很大程度上消除了長時間使用鼠標后所造成的手腕酸痛和僵硬感。

（2）為工業設計中“產品”的功能合理性提供科學依據：現代工業設計中，如搞純物質功能的創作活動，不考慮人機工程學的需求，那將是創作活動的失敗。因此，如何解決“產品”與人相關的各種功能的最優化，創造出與人的生理和心理肌能相協調的“產品”，這將是當今工業設計中，在功能問題上的新課題。人體工程學的原理和規律將設計師在設計前考慮的問題。

（3）為工業設計中考慮“環境因素”提供設計準則：通過研究人體對環境中各種物理因素的反應和適應性，分析諸如聲、光、熱、振動、灰塵和有毒氣體等環境因素對人體的生理、心理和工作效率的影響程度，確定了人在生產和生活活動中所處的各種環境的舒適范圍和安全極限，從保證人體的健康、安全、舒適和高效出發，為工業設計方法中考慮“環境因素”提供了設計方法和設計準則。

（4）為進行人-機-環境系統設計提供理論依據。人機工程學最顯著的特點就是在研究人-機-環境的基礎上，對所設計的產品與人和周圍的環境之間的關系系統進行綜合分析和考量，在這個系統中，人、產品、環境是相互影響相互依存的關系，通過對人-機-環境三者進行系統的研究進而設計出符合人的生理和心理特征，符合環境一般規律的產品，從而提高人們工作和生活的效率。

（5）為堅持以“人”為核心的設計思想提供工作程序。在人機工程學中，人機界面是指人機間相互施加影響的區域，凡是參與人機信息交流的一切領域都屬于人機界面。工業產品的成功與否，與人機界面的品質有著密切的關系，特別是當今世界研發能力和應用技術的日臻完善，市場競爭越發激烈，人機界面的優良是區分產品層次的一個重要因素。便利的人機用戶界面，不但可以增加使用的方便性，還可減少使用的錯誤率。[2]

3.2人機工程學在現代建筑設計中的應用。人機工程學在現代建筑設計中也發揮了重要作用，根據人機工程學原理，幫助設計師在建筑物的體量設計中找到人的最佳適應范圍，為建筑物與光、水、色彩以及周圍的環境等的合理搭配提供人體舒適度參考。在室內環境設計中，設計師通過借助人機工學原理確定了適合于人的活動空間范圍，在家具設計方面人機工學提供了重要參考數據，使設計師了解人的感覺器官適應能力，從而設計出提高人生活質量的作品。

4?人機工程學的研究和發展現狀

目前，人機工程學發展方向更加注重其實際應用。隨著社會的不斷發展，工業設計的理念也在不斷前進，設計師從過去注重設計產品的形式，到現在更加關注人對產品的情感體驗，給人機工程學提供了更廣闊的利用空間。在人機工程學的理論研究中，人們開始注重研究感性工學，并在新時代的背景下，提出了“人機工程學教育”以及“參與式人機工程學”等新概念，并提出了虛擬現實技術也是人機工程學研究的熱點，其在人體工程學和工業設計中具有重要的研究價值。在未來，人機工程學還將顯示出跨學科交叉的趨勢，涉及管理、教育、心理學和計算機科學等各個科學領域，并將繼續探索設計師和用戶的心理學研究，使設計出來的產品為人們提供更加豐富的情感體驗。

4.1人機工程學與虛擬現實技術。

（1）虛擬現實技術概述。虛擬現實技術（ Virtual Reality）是在計算機圖形學、計算機仿真技術人機接口技術、多媒體技術以及傳感技術的基礎上發展起來的交叉學科。對該技術的研究始于20世紀60年代。直到90年代初，虛擬現實技術才開始作為一門較完整的體系而受到人們極大的關注。目前，虛擬現實技術己在科學可視化、飛行模擬、醫學、CAD/CAM、教育娛樂等領域獲得廣泛的應用。虛擬現實技術的問世，為人機交互等方面開辟了廣闊的天地，同時也帶來了巨大的止會效益和經濟效益。

（2）人機工學的參數采集與虛擬現實技術。傳統的人機工程學在參數的采集和分析中存在很多問題，例如采樣數量大，測量和數據分析工作任務重，成本高、效率低，無法進行動態修訂，缺乏對企業具體產品的針對性，參數多為二維模型等缺點。而如果通過動作捕捉技術獲取動作特征參數以及三維掃描技術獲取靜態三維數據，則可以生成虛擬被試三維動態數字模型，這些數字模型在下一次更新之前可以一直保存在虛擬現實技術平臺上。通過對虛擬被試三維動態數字模型的關鍵點控制，就可以實現實時數據更新。

（3）虛擬現實技術與產品研發。在產品設計過程中，會對產品進行虛擬處理、組裝和評估，以避免設計缺陷并降低產品的開發成本和制造成本。在大型家電的研發過程中，用于制造模型和樣機的費用比較高。通常，一個完整的模型或零件需要進行多次加工才能合格，虛擬現實技術的引入可以創建高質量的模型，從而大大節省了開發成本，有助于提高產品質量，并縮短開發周期。在查看模型的同時，還可以輕松地查看各種顏色的效果，從而使開發的產品更符合用戶的最終需求。

4.2人機工程學與人性化設計相結合。隨著科技的進步和經濟的發展，人們的生活水平也逐漸提高，為滿足人們基本生活需求而設計的傳統產品，足夠的功能、單一的形狀、乏味的色彩，即不綠色環保也不符合可持續發展原則的產品已經無法滿足現代人的需求。在度過“功能至上”的時代后，人們更加注重“舒適”、“便捷”、“可靠”以及“效率”等方面的因素，也就是產品中的人性化設計的理念。

所謂的人性化產品就是包含人機工程學特點的物質設計，只要是被“人”使用的產品在設計的過程中都應該加以考慮人機工程學的因素，使產品符合人體結構，關注人的心理感受，從而給人增添幸福感，維護人的身體健康，提高生活質量和工作效率。人性化產品設計從工業設計的范疇來看不僅包括日常使用的家具用品、服裝、文具以及鍋、碗、盆等各種生產與生活所創造的物，還包括像城市規劃、航空系統、自動化工廠、機械設備、船舶等大型工業產品。這些產品在設計和制造時都緊緊圍繞著人的需求來展開，在設計的過程中都必須把“人”的因素作為設計的重點考慮在設計產品的過程中一般把產品分成專業用品和生活用品兩種，專業用品是面向大眾的標準化產品，在人的生理因素上要多考慮一點。而生活用品是面向小眾群體的，比較注重人的個性化，更多的是考慮心理方面的因素多一點，如具備更加多元化的造型和豐富的色彩來表現突出個人獨特的性格和品味。要求更多的考慮人的生理和心理學層面的問題，根據設計美學的原理增添美學因素和時尚元素的設計，也就是說以產品的個性化設計為設計的主導原則。

5?結語

在當今學科與學科之間高度橫跨交叉的時代，設計學科同樣面臨與其它學科領域相互融合、相互促進的契機，由于這種橫跨與交叉打破了過去相對獨立的象牙塔模式，因此不斷涌出新的思維方式以及新的研究方法。這正好符合設計科學所倡導的整合各種資源以及持續發展和創新的指導理念。像人機工程學這種包含了生理學、心理學和工程學等多種專業的學科，既具有高度的融合性，又具有較強的專業性的學科領域，必將會給工業設計帶來有利的支持，這種支持不僅體現在以人為本的產品設計上，還將促進設計界與產業界的聯結與合作?？傊?，未來的產品設計不能只是停留在形式上，更應該注重人的感受，以人為本，設計出更具人性化的產品，使產品不僅滿足功能上的需求，更具有一定的“溫度”。與其它學科一樣，人機工程學的理論和方法也在不斷的發展和完善，因此合理的運用人機工程學的理論和方法來支撐未來的工業設計無疑是一條科學的發展之路。

參考文獻：

[1]李硯祖.設計新理念：感性工學[J].新美術，2003（04）：20-25.

[2]蔣敏，李強德.工業產品設計中的人機工程學原理[J].上海應用技術學院學報（自然科學版），2003（02）：139-141.