沈陽理工大學 韓新元 楊 猛
人體工程學由六門分支學科組成,即人體測量學、生物力學、勞動生理學、環(huán)境生物學、工程心理學、時間和工作研究。作為一門融雜多學科的交叉型學科,它以研究“人-機-環(huán)境”在不同環(huán)境中的相互配合為中心,通過對人體測量學、心理學、生理學、文化習俗、地域歷史、生物學、技術(shù)科學等知識的綜合應用,引導人的行為方式實現(xiàn)對人機工程學尺度的把控,指導設計出工業(yè)產(chǎn)品、工作環(huán)境。在產(chǎn)品設計過程中,設計師不僅要考慮使用者和產(chǎn)品之間的互動,還要考慮生產(chǎn)者和產(chǎn)品之間的互動,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。
人機工程學的尺度指人在不同環(huán)境時的行為張力是有限的,在適當?shù)南薅壬鲜埂皺C”的操作限度適應于人。通過對人機工程學尺度問題的考量,使產(chǎn)品在設計更趨向于人性化,產(chǎn)品的使用更加規(guī)范、合理、方便和實用。
人體測量尺度在產(chǎn)品設計中,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、自動售貨機的設計都是以人體尺寸的參照作為依據(jù)。在設計飛行員的座椅時,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保持在135°,在這種良好的坐姿下,軀干的壓力相對均勻分布在脊柱和椎間盤上,這種適當?shù)南薅染褪侨藱C工程學的尺度。而由于人體的尺寸差異,在設計一些公用產(chǎn)品或批量產(chǎn)品時,應以人群的百分位比進行參照,滿足人們的整體需求。
心理尺度是以人為中心,通過人的生理、心理計算測量等方式研究人體結(jié)構(gòu)在環(huán)境和設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,找到應對不同狀況的方法,有效避免或解決給人體帶來的不適,在設計上也有意將人們引導至更佳的行為方式。
能夠引起人體感覺最小的刺激量,被稱為絕對感覺閾限的下限;當人體感受的刺激量過大超出了正常限度,感覺會消失并引發(fā)痛覺,使人脫離舒適感,甚至引發(fā)身心損害,這時能夠引起人體感覺最大的刺激量,稱之為絕對感覺閾限的上限。在設計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,靠背角增大時腰椎間盤壓力降低,背肌放松;但靠背角增大到110°以后,再增大時兩者并不會明顯改善,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。
在設計時,有意識動作是考慮到人機協(xié)調(diào)的重要方面。動作可以分為定位動作、逐次動作、重復動作、調(diào)整動作等。定位動作的研究對操縱裝置的設計很有意義,它是處理好人機關(guān)系的一個重要方面。逐次動作需要完成一系列不同目標的定位動作,對于判斷和行為的準確性有一定要求,在設計上為了避免使用者的操作失誤造成機器或人身傷害,可進行預防矯正的行為約束手段。長期重復特定動作容易讓人產(chǎn)生疲勞,因而在一些高速公路設計中,在適當?shù)闹本€路段后要故意設計一些改變方向的處理,以緩解司機的疲勞。調(diào)整動作是通過動作的調(diào)整改變肌體的受力方式,形成一種自我保護的狀態(tài),有利于長時間作業(yè)減緩疲勞。
人機工程學尺度評價標準主要以安全性、適用性角度出發(fā)判定。內(nèi)容大體包括:(1)研究人機之間分工及其相互適應問題。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。人與機器在操作過程中要不斷傳遞信息,因此,機器上各種顯示器、控制器要設計得適合于人使用。(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、噪聲、空氣中的有害物質(zhì)、工作地的狀況等。這些因素都會影響人的健康。而將這些因素控制在規(guī)定的標準范圍之內(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,針對人的局部使用的產(chǎn)品設計時,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、避免重復動作等問題導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)品設計上,首先應判定使用人群的人體機能的特征參數(shù),如動作行為習慣;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)境下的各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理及對勞動負荷的適應能力,依據(jù)這些得到適當?shù)某叨确秶?,然后進行合理設計。
由于生理結(jié)構(gòu)的不同,導致男女的人體尺度有一定差別。大多數(shù)通用設計中,都以男性作為測驗原型,而對女性的測驗時可能只是按男性人體比例縮小了模型。隨著人們對世界的認知越發(fā)寬廣,為女性追求平等而發(fā)聲的現(xiàn)象也越來越多,性別差異化導致的不平等問題在設計中逐漸被解決。
人在滿足基本需求后,產(chǎn)品設計對使用者的個性考慮必須更為全面,會根據(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,考慮的人機特點也不同,具體有以下幾個方面: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。
在室內(nèi)外場景下的產(chǎn)品設計考慮到的設計因素略有不同,比如由丹麥設計師保爾·漢寧森設計的在室內(nèi)應用的PH 燈,該設計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到工作面),且燈罩的阻隔在客觀上避免了光源眩光對眼睛的刺激。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、觀眾和運動員之間距離較大,需要較高的照明度。此外,選用的燈光設備不可產(chǎn)生分散注意力的頻閃效應。四周設有看臺的體育場普遍采用四個高塔上安裝照明設備的方法,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 個高12~20 米的燈塔,從而科學地詮釋了“以人為本”設計思想。
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行界定的,在產(chǎn)品的尺寸、功能和安全性設計中,公有性產(chǎn)品需犧牲產(chǎn)品的人機舒適度,為滿足大部分人的尺寸而設計,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更高。
隨著網(wǎng)絡和計算機的飛速發(fā)展,人機工程學尺度的應用不僅體現(xiàn)在實體產(chǎn)品上,還體現(xiàn)在虛擬的交互平臺,如電視、電腦、手機等,給人們提供視覺、聽覺、觸覺上的信息傳遞。如在布局設計上,一般考慮到用戶從左至右、從上至下的閱讀習慣,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,一些軟件和平臺也會通過逼真的畫面顯示來替代實體,實現(xiàn)虛擬操控上的人機互動。
綜上所述,人機工程學的尺度在產(chǎn)品設計中“以人為本”的核心起著至關(guān)重要的作用。在設計應用上考慮到不同性別、人群、環(huán)境等影響因素,趨于適應性和合理性,加快產(chǎn)品的設計與優(yōu)化,讓人們更好地享受美好生活。