文~/宋 武

人機(jī)工學(xué)研究對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的支撐

文~/宋 武

功能、環(huán)境、人體機(jī)能和人機(jī)界面這四項(xiàng)要素已經(jīng)被現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)師所高度重視。這樣的現(xiàn)狀促使各類專業(yè)如同網(wǎng)絡(luò)一樣連接在一起，也促成了產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的緊密聯(lián)系與合作。這種現(xiàn)狀也表明企業(yè)界開(kāi)始從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)程序和價(jià)值觀中蛻變出來(lái)，而院校的教學(xué)方針也向重視實(shí)踐的方向轉(zhuǎn)變。產(chǎn)品設(shè)計(jì)不只是對(duì)造型和色彩進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用人機(jī)工學(xué)的方法進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)將會(huì)越來(lái)越被社會(huì)所需要。大學(xué)里具有高度專業(yè)化的研究室，其存在的價(jià)值將會(huì)越來(lái)越高。當(dāng)前工業(yè)設(shè)計(jì)教育難以與專利申請(qǐng)和技術(shù)商業(yè)化接軌，而人機(jī)工學(xué)研究室既具有科研能力又具有設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，它必將促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研的協(xié)良性和高速發(fā)展。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)；人機(jī)工學(xué)；人間生活工學(xué)

一、人機(jī)工學(xué)的背景

伴隨著人類科學(xué)的進(jìn)步和世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域從創(chuàng)生到飛速發(fā)展已經(jīng)歷經(jīng)了數(shù)次概念革新，理論和方法也得到了長(zhǎng)足的拓展。從最初單純的美化工業(yè)產(chǎn)品到系統(tǒng)地創(chuàng)造市場(chǎng)，從以物的設(shè)計(jì)制造技術(shù)為重點(diǎn)的觀念到“以人為本”的人性化設(shè)計(jì)理念，這其中涉及到經(jīng)濟(jì)學(xué)、工程技術(shù)、人文社會(huì)科學(xué)、IT技術(shù)、生理學(xué)、心理學(xué)等諸多學(xué)科的交叉與融合。說(shuō)工業(yè)設(shè)計(jì)在如今已經(jīng)成為一門不折不扣的交叉學(xué)科是不過(guò)分的。作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的支撐原點(diǎn)，綜合地運(yùn)用上述各領(lǐng)域的研究方法及理論原理進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)無(wú)疑是一條科學(xué)之路。

二十世紀(jì)初，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“人類怎樣才能夠高效率地操作和使用機(jī)械”這一新需求變得越來(lái)越突出。第一次世界大戰(zhàn)中在產(chǎn)業(yè)界高度重視生產(chǎn)效率的背景下一門新學(xué)問(wèn)“人機(jī)工學(xué)”誕生了（也有工效學(xué)的說(shuō)法，以下簡(jiǎn)稱人機(jī)工學(xué)）。人機(jī)工學(xué)在日本叫做“人間工學(xué)”，在歐洲稱作“Ergonomics”，美國(guó)叫“Human factors”。該領(lǐng)域在隨后的二次世界大戰(zhàn)以后開(kāi)始系統(tǒng)發(fā)展。人機(jī)工學(xué)最初的概念主要是為了達(dá)到最大的作業(yè)效率而對(duì)作業(yè)環(huán)境和機(jī)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展人機(jī)工學(xué)的概念和領(lǐng)域范圍得到拓充和發(fā)展，這其中典型的闡述是“為了獲得舒適的人類生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，從人體形態(tài)學(xué)和機(jī)能生物學(xué)角度進(jìn)行研究的學(xué)問(wèn)。這樣的生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境是一個(gè)包含了工具、生產(chǎn)作業(yè)方式、共同作業(yè)者的系統(tǒng)范疇，它涵蓋了廣闊的生活環(huán)”(佐藤方彥1971)。在日本千葉大學(xué)工學(xué)部的設(shè)計(jì)科學(xué)專業(yè)中設(shè)有人機(jī)工學(xué)研究室，2000年該領(lǐng)域更名為人間生活工學(xué)“Humanomics”，Humanomics=Human+Nomos+ics (人的法則的學(xué)問(wèn))。它包含了傳統(tǒng)人機(jī)工學(xué)和上述提到的人體機(jī)能科學(xué)的研究特征，引用該研究室教授勝浦哲夫的闡述則為：“人間生活工學(xué)是為了構(gòu)筑容易使用的機(jī)器（產(chǎn)品）以及舒適的環(huán)境而進(jìn)行的關(guān)于人的生理和心理角度研究的學(xué)問(wèn)”（以下也通稱“人機(jī)工學(xué)”）。人機(jī)工學(xué)在歷經(jīng)幾十年的發(fā)展演進(jìn)中無(wú)論在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)還是在設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中都發(fā)揮著非常重要的作用。在重視產(chǎn)品原創(chuàng)性的今天和未來(lái)，人機(jī)工學(xué)領(lǐng)域的研究活動(dòng)必將為人類社會(huì)的發(fā)展做出更多貢獻(xiàn)。在此想介紹一下如何通過(guò)人機(jī)工學(xué)的研究來(lái)支撐和評(píng)價(jià)工業(yè)設(shè)計(jì)。由于篇幅所限，本文盡量從人機(jī)工學(xué)的主要方法和身邊的研究成果入手，力求簡(jiǎn)要地對(duì)人機(jī)工學(xué)的概觀加以闡述。

二、人機(jī)工學(xué)的主要研究方法

現(xiàn)代的人機(jī)工學(xué)主要包括三方面的計(jì)測(cè)和評(píng)價(jià)方法：一是形態(tài)學(xué)的方法，它主要是對(duì)人體在安靜和活動(dòng)狀態(tài)下的各局部尺寸以及作業(yè)域、關(guān)節(jié)活動(dòng)域、肌肉力量等進(jìn)行計(jì)測(cè)的方法。二是心理學(xué)的方法，主要是針對(duì)人的感覺(jué)、知覺(jué)等進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，比如喜好度和豪華感等等。三是生理學(xué)的方法，主要是通過(guò)對(duì)人的生理反應(yīng)進(jìn)行計(jì)測(cè)從而得以對(duì)人所使用的器具和所處的環(huán)境進(jìn)行相關(guān)評(píng)價(jià)。生理學(xué)的方法又可以概括成三大系：一是中樞神經(jīng)系(腦)，這其中的主要方法是腦波(EEG)、事象關(guān)聯(lián)電位(ERP)和腦血流量等；二是肌肉骨骼系，主要包括肌電圖(EMG)和肌音圖(MMG)等；三是自律神經(jīng)系，主要是血壓、脈搏、心電圖(ECG)、心拍變動(dòng)性(HRV)、皮膚電氣活動(dòng)(EDA)、眼球電圖(EOG)、瞳孔徑等等。下面針對(duì)腦波和肌電圖以及視線追蹤的計(jì)測(cè)原理簡(jiǎn)要地進(jìn)行一下介紹。

腦電圖(Electroencephalogram; EEG，簡(jiǎn)稱“腦波”)其原理是把從大腦皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞中傳出的微弱電氣信號(hào)通過(guò)增幅器進(jìn)行增幅，再由增幅指示器和專用紙將其記錄下來(lái)。1924年德國(guó)神經(jīng)科醫(yī)生Hans Berger(1873-1941)在給某個(gè)頭蓋骨缺損患者實(shí)施腦手術(shù)中，成功地記錄了從大腦皮質(zhì)導(dǎo)出的電流，并于1929年首次發(fā)表了模仿心電圖的腦電圖。腦波計(jì)測(cè)通常使用碟狀電極貼在頭皮表面來(lái)采集微弱的電氣信號(hào)，這其中主要有單極誘導(dǎo)和雙極誘導(dǎo)兩種記錄方法。單極誘導(dǎo)法是將頭皮上的電極和耳垂電極間的電位差記錄下來(lái)的方法，雙極誘導(dǎo)法主要是記錄頭皮電極間的電位差。目前國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)腦波電極裝置法是國(guó)際腦波學(xué)會(huì)的國(guó)際“10-20電極法”(圖1左)。腦波的種類主要是根據(jù)周波數(shù)帶域進(jìn)行命名，不同周波數(shù)帶域的波型在生理學(xué)上有著不同的意義，如一般健康人在安靜、閉眼、清醒的狀態(tài)下，后頭部中心會(huì)有較多的α波出現(xiàn)，還有不同的睡眠深度(睡眠階段)也可以依據(jù)腦波的波型進(jìn)行分類。腦波的主要波型有δ波:f<4Hz、θ波:4Hz≦f<8Hz、α波:8Hz≦f≦13Hz、β波:13Hz

肌電圖(Electromyogram;；EMG，也可稱作“筋電”)是對(duì)檢測(cè)出的肌肉細(xì)胞的活動(dòng)電位進(jìn)行記錄，18世紀(jì)意大利的解剖學(xué)者Galvani最初從青蛙的骨骼筋肉中發(fā)現(xiàn)了筋肉電位反應(yīng)。肌電圖也是通過(guò)電極來(lái)計(jì)測(cè)的，其電極的種類主要有表面式電極和插入式電極。表面電極法是人間工學(xué)所主要采用的不介入式方法，主要是通過(guò)貼附在皮膚表面的電極來(lái)采集表層肌肉活動(dòng)的電氣信號(hào)。(圖2左)插入式電極則是采用附帶有電極的注射針對(duì)單一運(yùn)動(dòng)單位的活動(dòng)電位和深部肌肉活動(dòng)電位進(jìn)行捕捉，由于這種計(jì)測(cè)方式對(duì)人體有一定的危害，所以一般在人間工學(xué)的研究中很少使用。(圖2)

視線追蹤解析(Eye mark recorder以下簡(jiǎn)稱“視線解析”)儀器分固定式和移動(dòng)式兩種，移動(dòng)式視線追蹤儀的構(gòu)造主要是由安裝在帽子上對(duì)眼睛進(jìn)行攝影的小型監(jiān)視攝像機(jī)和對(duì)眼睛進(jìn)行照明的紅外線LED發(fā)光二極管所構(gòu)成。當(dāng)視線追蹤儀運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)監(jiān)視攝像機(jī)會(huì)把照明用LED投射到角膜上的輝點(diǎn)錄攝下來(lái)，這個(gè)輝點(diǎn)被稱作角膜反射像。當(dāng)被測(cè)驗(yàn)者看周圍的各種物體時(shí),在眼睛的監(jiān)視圖像上會(huì)顯示瞳孔和輝點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。圖3右下是被檢出的瞳孔(灰色部分)和角膜反射像(白色部分)。角膜反射像的活動(dòng)范圍雖然很小，但是當(dāng)注目的方向發(fā)生變化時(shí)瞳孔和輝點(diǎn)的位置也會(huì)隨之變化，據(jù)此可對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)進(jìn)行計(jì)測(cè)和解析。(圖3)

三、人機(jī)工學(xué)的研究和應(yīng)用

上面就腦波、筋電和視線解析的計(jì)測(cè)原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述，接下來(lái)想介紹一下如何運(yùn)用這些計(jì)測(cè)裝置進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)以及在實(shí)驗(yàn)中取得的數(shù)據(jù)是怎樣被運(yùn)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中去的。首先介紹一下以腦波為主要評(píng)價(jià)手段的相關(guān)研究及應(yīng)用。利用腦波對(duì)人進(jìn)行評(píng)價(jià)的研究很多，比如人對(duì)形狀、色彩的喜好以及對(duì)聲音刺激的反應(yīng)等可以從事像關(guān)聯(lián)電位(P300)的角度進(jìn)行解析，也可以從背景腦波α波帶域率和α波衰減系數(shù)的角度對(duì)人在作業(yè)中的清醒程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，還可以通過(guò)腦波評(píng)價(jià)對(duì)人的睡眠質(zhì)量進(jìn)行解析。依據(jù)這些解析結(jié)果可以對(duì)人所處的作業(yè)環(huán)境、勞動(dòng)效率等進(jìn)行評(píng)價(jià)。當(dāng)然在具體研究中不會(huì)只是單單運(yùn)用腦波這一種手段，還可以同時(shí)配合如主觀評(píng)價(jià)、自律神經(jīng)系評(píng)價(jià)、荷爾蒙分析等必要的其它項(xiàng)目。為了便于理解首先以背景腦波解析為主介紹一下相關(guān)研究的事例。

1、關(guān)于單波長(zhǎng)光照明對(duì)于人的覺(jué)醒水準(zhǔn)和生理反應(yīng)的影響研究

白色照明光線中包含了紅、綠、藍(lán)等單色光成分，先行的研究已經(jīng)表明在夜間睡眠前，接受藍(lán)色的單波長(zhǎng)光的照射比起紅色的單波長(zhǎng)光的照射，會(huì)對(duì)在夜間控制睡眠的荷爾蒙Melatonin的分泌更有抑制作用。同時(shí)人在夜間睡眠時(shí)的中心體溫(直腸溫)的下降規(guī)律也一定程度地被抑制。也就是說(shuō)在夜晚睡眠前的室內(nèi)照明中如果藍(lán)色波長(zhǎng)光(458nm左右) 的成分占主導(dǎo)時(shí)，在某種程度上會(huì)影響人的睡眠質(zhì)量。那么各種單波長(zhǎng)光在白天對(duì)人進(jìn)行照射會(huì)對(duì)于人的清醒度會(huì)有影響嗎？帶著這樣的疑問(wèn)科學(xué)家進(jìn)行了關(guān)于“晝間的單波長(zhǎng)光曝露對(duì)人生理反應(yīng)的影響”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中使用了波長(zhǎng)為420nm、458nm、500nm、550nm、610nm、670nm的等六種單波長(zhǎng)色光條件，統(tǒng)一的放射照度為3μW/cm2。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為10名21-27歲的男子大學(xué)生，同一個(gè)被驗(yàn)者在相同條件下和相同的時(shí)間段接受測(cè)驗(yàn)。被驗(yàn)者在單波長(zhǎng)光曝露中接受了腦波、血壓、瞳孔徑、口腔溫、主觀評(píng)價(jià)的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)之后對(duì)于采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了二元配置反復(fù)測(cè)定分散分析和相關(guān)分析等統(tǒng)計(jì)解析。其中腦波解析的主要結(jié)果為：腦波α波帶域率(α波強(qiáng)度/(α波強(qiáng)度+β波強(qiáng)度))變化量，變化量 = 各單波長(zhǎng)光條件的測(cè)定值 - 黑暗狀態(tài)測(cè)定值，在458nm的單波長(zhǎng)光條件曝露時(shí)的α波帶域率變化量在統(tǒng)計(jì)上有意義地大幅減少，說(shuō)明該條件的清醒水準(zhǔn)較高(圖4下左)。同時(shí)α波衰減系數(shù)(AAC:閉眼時(shí)α波/開(kāi)眼時(shí)α波)變化量，變化量 = 各單波長(zhǎng)光條件的測(cè)定值 - 黑暗狀態(tài)測(cè)定值，在458nm的單波長(zhǎng)光條件曝露時(shí)AAC變化量在統(tǒng)計(jì)上有意義地高出，這也說(shuō)明了該條件具有較高的清醒水準(zhǔn)。在此之后，依據(jù)此項(xiàng)研究結(jié)論并結(jié)合先行研究又進(jìn)行了應(yīng)用研究實(shí)驗(yàn)，目的主要是考慮目前的汽車內(nèi)部照明和汽車儀表盤照明中的光源將逐步被LED技術(shù)所占領(lǐng)，采用對(duì)駕駛員清醒度有保持和提高作用的單色LED光線來(lái)進(jìn)行汽車儀表盤照明設(shè)計(jì)無(wú)疑將會(huì)對(duì)安全駕駛起到有益的作用。這項(xiàng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)事先設(shè)計(jì)制作完成了六種LED單波長(zhǎng)光的汽車儀表盤照明模型，實(shí)驗(yàn)中模擬駕駛狀態(tài)針對(duì)每一個(gè)被驗(yàn)者進(jìn)行逐個(gè)條件的呈示。實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)被驗(yàn)者的腦波、瞳孔徑等生理指標(biāo)的計(jì)測(cè)解析，得出了與上述研究相近的結(jié)論。其結(jié)論為460nm波長(zhǎng)的LED色光對(duì)覺(jué)醒度有較高的維持作用，證明了在汽車儀表盤照明設(shè)計(jì)中，應(yīng)用458nm--460nm波長(zhǎng)區(qū)間的單色光線會(huì)具有一定的現(xiàn)實(shí)積極意義。(圖4右下)

2、新型醫(yī)用手術(shù)剪刀設(shè)計(jì)的人機(jī)工學(xué)評(píng)價(jià)

運(yùn)用肌電圖解析法進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的研究實(shí)例很多，在此以新型醫(yī)用手術(shù)剪刀設(shè)計(jì)的人機(jī)工學(xué)評(píng)價(jià)為例作介紹。這個(gè)研究通過(guò)對(duì)新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的醫(yī)療用手術(shù)剪刀和以往醫(yī)療用剪刀進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用人機(jī)工學(xué)中的肌肉負(fù)擔(dān)評(píng)價(jià)方法對(duì)新型制品的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。與以往的手術(shù)剪刀相比新型剪刀力求解決如下問(wèn)題：1、緩解兩指環(huán)部對(duì)拇指和中指的壓力、防止痛感產(chǎn)生；2、在操作剪刀時(shí)通過(guò)較為容易的施加力量就能使剪刀的兩刃部分充分作用，進(jìn)而提高有效切斷性；3、增設(shè)食指“指座”和小拇指“掛檔”使得盡量多的手指參與到剪刀的操作中，以減輕拇指和中指的負(fù)擔(dān)，從而增強(qiáng)操作的精確性和穩(wěn)定性；4、剪刀刀刃部的最前端設(shè)計(jì)成啞光黑色，可避免反射光有利于長(zhǎng)時(shí)間精準(zhǔn)的使用。(圖5右下)實(shí)驗(yàn)選擇了三名能熟練操作手術(shù)剪刀的泌尿外科醫(yī)師作被驗(yàn)者，在實(shí)驗(yàn)中交替使用以往的剪刀和新型剪刀對(duì)相同的動(dòng)物檢體進(jìn)行每回更新的連續(xù)五枚表皮剝離手術(shù)，實(shí)驗(yàn)狀況如圖5右上所示。該實(shí)驗(yàn)的測(cè)定項(xiàng)目主要為拇指屈肌、小拇指屈肌、中指屈肌、總指牽引肌的雙極誘導(dǎo)肌電圖，以及手部操作剪刀時(shí)的三次元位置計(jì)測(cè)。通過(guò)這兩項(xiàng)計(jì)測(cè)來(lái)評(píng)價(jià)手術(shù)作業(yè)時(shí)操作剪刀的手部負(fù)擔(dān)及手術(shù)操作效率。實(shí)驗(yàn)前根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)以往的剪刀和新型剪刀交替做10回預(yù)操作練習(xí)，之后進(jìn)行三回實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后，針對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的平均值進(jìn)行了“有對(duì)應(yīng)條件間t檢定”的統(tǒng)計(jì)分析。其結(jié)果如圖5左中所示，新型剪刀的手術(shù)進(jìn)行時(shí)間和拇指屈肌的肌電圖振幅，在統(tǒng)計(jì)上有意義的減少。手術(shù)效率的提高和負(fù)擔(dān)的減輕效果顯著的被體現(xiàn)出來(lái)。另外，由于剪刀切斷性的提高，手部的移動(dòng)速度也有相應(yīng)的增加(圖5左下)。通過(guò)了人機(jī)工學(xué)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的這款新型醫(yī)用手術(shù)剪刀獲得了2008年度日本“G”標(biāo)志優(yōu)秀產(chǎn)品開(kāi)發(fā)獎(jiǎng)。(圖5)

3、基于人機(jī)工學(xué)研究的數(shù)碼攝像機(jī)設(shè)計(jì)

數(shù)碼時(shí)代的電子產(chǎn)品越來(lái)越輕量化和小型化，這給產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的發(fā)揮空間，可是不以使用者為中心只單純考慮形式美感的產(chǎn)品勢(shì)必會(huì)給使用帶來(lái)不便。在為遙控器、攜帶電話、數(shù)碼相機(jī)等產(chǎn)品進(jìn)行形態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)一般要遵守如下原則：與手的尺寸大小相適合，不要造成手和手腕的不自然姿勢(shì)，能夠牢固的持握，在持握的同時(shí)能夠自然操作并能夠容易的施力?；谶@些原則在小型數(shù)碼電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中會(huì)經(jīng)常運(yùn)用肌電圖的方法來(lái)評(píng)價(jià)產(chǎn)品的使用達(dá)成度。最近，三洋電機(jī)與千葉大學(xué)人機(jī)工學(xué)研究室合作研發(fā)的Xacti系列新型數(shù)碼攝像機(jī)在最小、最輕、最薄的理念前提下，本著以使用者為中心的原則力求在容易操作使用方面有所突破。在研發(fā)過(guò)程中運(yùn)用了人機(jī)工學(xué)的方法，對(duì)操作的精確度和各種持握可能的方式進(jìn)行了評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)中針對(duì)七種不同持握角度的模型進(jìn)行了肌肉負(fù)擔(dān)評(píng)價(jià)，七種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄z像頭與持握部分的夾角分別為：A型135°、B型105°、C型90°、D型60°、E型30°、F型15°、G型0°，其中A到D為垂直持握類型，E到G為水平持握類型。(圖6中上)選取的肌肉負(fù)擔(dān)評(píng)價(jià)部位分別是：1.斜方肌、2.三角肌、3.上臂二頭肌、4.小臂橈骨肌、5.尺骨側(cè)小臂屈肌、6.手指牽引肌。(圖6左)實(shí)驗(yàn)中還充分考慮到了靜止操作狀態(tài)和動(dòng)態(tài)追蹤操作狀態(tài)的因素，兩者之間的所有筋電負(fù)擔(dān)幾乎相同。在客觀肌肉負(fù)擔(dān)評(píng)價(jià)的同時(shí)還做了主觀疲勞度評(píng)價(jià)，如圖6中下部所示，多數(shù)被驗(yàn)者的容易疲勞區(qū)域被標(biāo)注以不同深淺的顏色。如圖6中部右側(cè)所示，在水平握式“G類型”條件下多數(shù)被驗(yàn)者的前后側(cè)幾乎同樣地，肩部和上臂部的多數(shù)肌肉群容易產(chǎn)生疲勞感。與之相比在垂直握式“B類型”條件下多數(shù)被驗(yàn)者只是前側(cè)小臂的個(gè)別部位較易產(chǎn)生疲勞感，其余部位感覺(jué)良好。另外，“A類型”條件下被驗(yàn)者的食指容易產(chǎn)生疲勞感。對(duì)應(yīng)六個(gè)角度條件的六個(gè)部位肌肉負(fù)擔(dān)的肌電圖(EMG)評(píng)價(jià)，所得出的結(jié)果為垂直持握式的肌肉負(fù)擔(dān)明顯減少，特別是從105°到135°之間的持握角度不容易產(chǎn)生肌肉疲勞?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果該研究得出了“適合于輕便小型數(shù)碼攝像機(jī)的持握方式是垂直持握式，攝像機(jī)鏡頭和持握手柄之間的最佳角度為105度”的結(jié)論。三洋基于這項(xiàng)研究成果已經(jīng)向市場(chǎng)連續(xù)推出了Xacti系列DMX-CG11、DMX-CA9、DMXHD2000、DMX-CG110、DMX-CS1型等多款手持式輕便數(shù)碼攝像產(chǎn)品。(圖6右為DMX-HD2000型) 4、適合女性的座椅開(kāi)發(fā)

這是一例充分考慮人機(jī)工學(xué)的椅子設(shè)計(jì)，首先圍繞性別差展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果是與男性相比女性更適合于座面凹陷較深的椅子。這主要是由女性骨盆形狀、肌肉和脂肪特征決定的。如圖7所示男性喜好的座椅深度條件的平均值為8.6±2.9mm、女性為15.6±4.5mm，男性與女性之間在統(tǒng)計(jì)上存在著有意差。因此ITOKI公司設(shè)計(jì)了一款適合于女性的椅子，它的座面凹陷深度明顯不同于一般制品。此外考慮到長(zhǎng)時(shí)間保持坐姿會(huì)造成大腿浮腫的問(wèn)題，通過(guò)調(diào)整座面前端水平角度的論證實(shí)驗(yàn)，得知座面前端下傾15度會(huì)有效減少大腿后側(cè)的壓力，大腿的浮腫被有效緩解，緩解平均率為40%左右。(圖7)

四、人機(jī)工學(xué)與其它研究領(lǐng)域的融合交叉

1、人機(jī)工學(xué)與機(jī)器人技術(shù)

在當(dāng)今各學(xué)科領(lǐng)域高度橫跨交叉的時(shí)代背景下，許多新興的融合科學(xué)和交叉技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)也為新興產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)生提供了平臺(tái)。從工業(yè)設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)正是由于工學(xué)、醫(yī)學(xué)和心理學(xué)這些領(lǐng)域的融入才會(huì)使得以人為本的設(shè)計(jì)理念真正有意義。包含了生理、心理學(xué)和工學(xué)的人機(jī)工學(xué)，在當(dāng)代也層次地與其它領(lǐng)域鏈接并創(chuàng)造出了許多讓人欣喜的成績(jī)，這其中人機(jī)工學(xué)與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合研發(fā)出的“復(fù)合型助力四肢”(Hybrid Assistive Limb)以下略稱“HAL”就是一個(gè)優(yōu)秀的實(shí)際例證。這是世界最初的人造機(jī)器助力裝置，人體穿著該助力裝置能夠使身體運(yùn)動(dòng)機(jī)能得到擴(kuò)充，比如力量和活動(dòng)域得到增強(qiáng)和增幅等等。其應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在：它既可以成為醫(yī)療機(jī)構(gòu)的康復(fù)輔助設(shè)備，也可以成為健康人擴(kuò)展身體機(jī)能的身體延伸裝置。其工作原理如圖8所示，當(dāng)人想活動(dòng)時(shí)從大腦傳出的活動(dòng)指令信號(hào)通過(guò)神經(jīng)傳達(dá)到肌肉，這時(shí)人體皮膚表面會(huì)產(chǎn)生微弱的生物電位差，此時(shí)附著在皮膚表面的感應(yīng)器會(huì)檢測(cè)出這一生物電氣信號(hào)。同時(shí)這種生物電位差被進(jìn)行增幅等電氣處理之后傳送到控制箱中，之后生物電氣信號(hào)被控制箱內(nèi)的微型電腦所解析，解析后的信號(hào)再被傳送到電機(jī)。這樣從大腦傳出的信號(hào)在皮膚表面被迅速檢出，在經(jīng)過(guò)快速解析之后的指令被及時(shí)地傳到動(dòng)力電機(jī)處，使得人體肌肉運(yùn)動(dòng)的瞬間機(jī)器人助力裝置也隨之同時(shí)運(yùn)動(dòng)。在這種自動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，“HAL”把人體的基本動(dòng)作模式化，使其自身具有自動(dòng)適應(yīng)活動(dòng)模式的智能控制機(jī)構(gòu)?；谶@種智能控制機(jī)構(gòu)，來(lái)自大腦一連串的動(dòng)作電位變化信號(hào)被識(shí)別，從而使助力運(yùn)動(dòng)得以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)?！癏AL”并不只是單純地利用統(tǒng)合人工智能控制系統(tǒng)，同時(shí)還運(yùn)用了統(tǒng)合智能自律控制系統(tǒng)，這兩種都是混合控制技術(shù)。象“HAL”這樣不滿足于既存學(xué)術(shù)領(lǐng)域的框框，以人為中心的設(shè)計(jì)理念正是這種橫跨交叉型統(tǒng)合科學(xué)的原點(diǎn)。這里提到的統(tǒng)合科學(xué)領(lǐng)域是一個(gè)包括腦神經(jīng)科學(xué)、行動(dòng)科學(xué)、機(jī)器人工學(xué)、系統(tǒng)統(tǒng)合技術(shù)、IT技術(shù)、生理學(xué)、心理學(xué)、人機(jī)工學(xué)、感性工學(xué)等被融合了多門學(xué)科的新技術(shù)。作為這種新技術(shù)的研究成果之一，機(jī)器人助力服裝“HAL”的誕生有力地詮釋了未來(lái)的科研、新產(chǎn)業(yè)創(chuàng)生、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及教育的最新動(dòng)態(tài)。(圖8)

圖8 復(fù)合型助力四肢HAL設(shè)計(jì)

2、人機(jī)工學(xué)與材料科學(xué)

以人為本的設(shè)計(jì)理念要重視人的生理和心理要素，同時(shí)也要重視構(gòu)成制品的素材要素，因?yàn)椴牧鲜侵苯优c人體相接觸的界面要素。如果能有機(jī)地運(yùn)用材料特性為生理要素服務(wù)，必定會(huì)創(chuàng)造出以人為中心的優(yōu)良產(chǎn)品。以人機(jī)工學(xué)的視角來(lái)選擇產(chǎn)品的材料，考論材料的特性是否與人的生理、心理相親和，這一點(diǎn)是很重要的。ITOKI采用合成橡膠材料制成的椅子就是一則生動(dòng)的例子。該制品所選用的材料是一種介于橡膠和塑料中間狀態(tài)的一種素材，可以稱作合成橡膠材料。這款產(chǎn)品利用材料的特性，將材料設(shè)計(jì)成薄板狀縱立結(jié)構(gòu)。這種材料和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是會(huì)依據(jù)人體姿勢(shì)的變化而柔軟地發(fā)生形變，在需要得到支撐的接觸面得到充分支撐的同時(shí)，非接觸面會(huì)保持必要的形狀。這樣就會(huì)有利于人體在長(zhǎng)時(shí)間保持坐姿的狀態(tài)下維持正常的脊柱形態(tài)，這一點(diǎn)在人機(jī)工學(xué)上具有重要意義。此外，溫?zé)嵝?yīng)對(duì)于人的生理和心理的影響也是人機(jī)工學(xué)重要的組成部分。ITOKI采用合成橡膠材料制成的這款椅子，由于與人體接觸的不是面而是薄板狀縱立結(jié)構(gòu)，使得空氣流通性強(qiáng)，熱量不會(huì)大量聚集停留，因而在夏季比較容易保持涼爽。(圖9)

圖9 28。C的環(huán)境下10分鐘座后的溫度分布施加在座面上的壓力分布

結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今學(xué)科、學(xué)際間高度橫跨交叉的時(shí)代，設(shè)計(jì)領(lǐng)域同樣面臨與其它學(xué)科領(lǐng)域相互融合、相互促進(jìn)的契機(jī)。由于這種橫跨與交叉打破了以往相對(duì)獨(dú)立的象牙塔模式，導(dǎo)致新的思維方式、新的研究方法不斷涌現(xiàn)。這恰恰符合設(shè)計(jì)科學(xué)所倡導(dǎo)的整合各種資源，不斷發(fā)展創(chuàng)新的理念。像人機(jī)工學(xué)這樣包含了生理學(xué)、心理學(xué)、工學(xué)等學(xué)科，既具有高度的融合性，又具有較強(qiáng)的專業(yè)性的學(xué)科領(lǐng)域，必將會(huì)給工業(yè)設(shè)計(jì)帶來(lái)有利的支撐。這種支撐不僅會(huì)體現(xiàn)在以人為本的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，它還會(huì)促進(jìn)設(shè)計(jì)界與產(chǎn)業(yè)界的聯(lián)協(xié)與合作?？傊?，原創(chuàng)性產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不能只是停留在形式上，更應(yīng)該以廣博的科學(xué)視角和更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯糠椒▉?lái)詮釋。與其它學(xué)科領(lǐng)域一樣，人機(jī)工學(xué)的理論和方法也在不斷地發(fā)展和完善之中，合理地運(yùn)用人機(jī)工學(xué)的方法來(lái)支撐工業(yè)設(shè)計(jì)無(wú)疑是一條科學(xué)之路。

宋 武(日本千葉大學(xué)大學(xué)院工學(xué)研究科人機(jī)工學(xué)研究室 博士生,沈陽(yáng)航空航天大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院 副教授)

Song Wu(Department of Design Science,Chiba University School of Engineering Doctor School of Art＆Design, Shenyang Aerospace University Associate Professor)

[1] H .J .Lee, et al.: The Effect of Monochromatic Light Exposure on Physiological Responses of Human in the Daytime /Japanese Journal of Physiological Anthropology.Vol.13 No.2 75-83 (2008).

[2] IGARASHI, et al.: Database of Ergonomic Designed Products and Practices.ED-119 (2008).

[3] Yasuhiro Iijima, et al.: A User-friendly Video Camera Based on Ergonomic Studies/ Database of Ergonomic Designed Products and Practices.ED-118 (2008).

[4] T. Katsuura: Ergonomics on portable video camera/ Ergonomics, Special issue, vol. 26, pp. 303-306, 1990, in Japanese.

[5] YAMAZAKI, et al.: Database of Ergonomic Designed Products and Practices.ED-108 2006-218047.

[6] TAODA, et al.: Database of Ergonomic Designed Products and Practices.ED-107 2007-050121.

[7] http://www.eyemark.jp/product/emr_8/01/index.html.

The Ergonomics Research Support for the Product Design

Song Wu

Function, environment, function of human body and human-computer interface have attracted product designers' increasing attention. This situation has resulted in different professions' mix and the contact&cooperation of industry and academy. The current status also reflects that the industry frees from the traditional design process and value as well as the academy changes their teaching principle into practice. Product design is not just the design of form and color. What the current society need is the product development&design comment including the use of ergonomics. The value of highly specialized lab in university is becoming higher and higher. The research as well as design&develop capabilities of the lab is sure to promote the development of the integration of production, teaching and research.

：Product design;：Ergonomics;：Humanomics

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