浅谈人体工学在现代设计中的意义

孙一娴

摘要：通过对人机工程学概念的简单论述，进一步对人-机-环境系统中各因素之间的联系和人机工程学的内容对设计学科产生的作用以及在设计中的应用体现作了阐释，同时指出在现代环境下未来的设计将如何真正的符合人机工程学的原理，把设计学科的内容提升到人性化设计的高度中去，体现出现代设计对人的尊重和关怀。

关键词：人机工程学;现代设计;应用

中图分类号：TS664 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2020）09-0053-02

1 人机工学

人体工程学：也称人机工程学，是一门多学科交叉的工业设计学科。《中国企业管理百科全书》将人机工程学定义为：研究人和机器、环境相互作用及其合理结合，使设计的机器与环境系统适应人生理、心理等特点，达到生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。通过这个定义可以认为：人机工程学是研究"人一机一环境"系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决该系统中人的效能、健康问题提供理论与方法的科学。

2 人机工学的发展历程概述

（1）本能阶段。原始人机关系：有了人类就有了造物，有了造物就有了人机关系。在遥远的石器时代人们就开始探寻适用于捕猎使用的器具，人们在不断的探索过程中逐渐掌握了制作适合于人手部造型以及使用舒适的器物，开始了无意识的人机设计。

（2）科学系统阶段。①经验人机工程学：从泰勒的科学管理方法和理论的形成到第二次世界大战之前，称为经验人机工程学的发展阶段。其特点是以机械中心进行设计，通过对操作者的选拔和培训，使人适应机器。②科学人机工程学：二战期间到20世纪50年代末，此阶段发展的特征是在工业与工程设计中重视人的因素，并努力使机器适应人的工作。到20世纪50年代，人机工程学原理已经被许多工业设计师所采用，因此产品的人机关系得以改善。③现代人机工程学：20世纪60年代人机工程学研究的指导思想，是将人和环境看作一个整体系统，使系统中的人、机、环境得到最佳配合，以此来保证系统整体最优。20世纪70年代以后，在指导思想中，有人主张应强调人的基本价值，特别是在系统、工具、环境设计中考虑操作者的个体差异，以使科学技术不仅在产品上能满足人的要求，还能够让人们在操作机械的过程中获得满足。20世纪80年代，日本设计学界出现了以根据人的感性和想象而进行产品开发设计的感性工学，到90年代感性工学是日本设计学界所致力开拓的设计新方向、新学科之一。它将过去定为难以量化、只能定性的、非理性无逻辑可言的感性反应，运用现代计算机技术加以量化，籍以发展新一代的设计技术和产品。[1]

（3）多元化、人文阶段。当代人机工程学的发展：设计中对人的认知、感性、情感因素的重视日益加强。

3 人机工学在现代设计中的应用

在设计领域中，人机工程学主要从系统的角度去思考问题，使系统中的人、机、环境得到最佳配合，人机工程学的研究内容以及其对于设计学科的作用可以概括如下

3.1人机工程学在工业设计中的应用。

（1）为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参考：应用人体测量学、人体力学、心理学和生理学等学科的研究方法，对人体结枃特征和肌能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、体重、体表面积、比重、重心变化以及人体各部分在活动时相互关系和可及范围等人体结构特征参数提供人体各部分的发力范围、活动范围、动作速度、频率、重心变化以及动作时惯性等动态参数分析人的视觉、听觉、触觉、嗅觉以及肢体感觉器官的肌能特征，分析人在劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳程度以及对各种劳动负荷的适应能力，探讨人在工作中影响心理状态的因素，及心理因素对工作效率的影响等。人体工程学的研究，为工业设计全面考虑“人的因素”提供了人體结构尺度，人体生理尺度和人的心理尺度等数据，这些数据可有效地运用到工业设计中去。芬兰设计师库卡波罗致力于研究人体工学和生态科学，力图把人体工学和造型美感达到完美和谐的最高境界，他运用人机工学的原理，深入地研究了人体尺度，他设计的Fysio Chair费西奥椅被称作“全世界第一把完全根据人体形态设计的办公室座椅”，是人机工学中具有历史意义的设计。

基于人机工程学原理而设计的鼠标具有良好的舒适性，鼠标的垂直倾斜角度设置为57°，这样的设计能让手腕的肌肉活动降低10%。很大程度上消除了长时间使用鼠标后所造成的手腕酸痛和僵硬感。

（2）为工业设计中“产品”的功能合理性提供科学依据：现代工业设计中，如搞纯物质功能的创作活动，不考虑人机工程学的需求，那将是创作活动的失败。因此，如何解决“产品”与人相关的各种功能的最优化，创造出与人的生理和心理肌能相协调的“产品”，这将是当今工业设计中，在功能问题上的新课题。人体工程学的原理和规律将设计师在设计前考虑的问题。

（3）为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则：通过研究人体对环境中各种物理因素的反应和适应性，分析诸如声、光、热、振动、灰尘和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理和工作效率的影响程度，确定了人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全极限，从保证人体的健康、安全、舒适和高效出发，为工业设计方法中考虑“环境因素”提供了设计方法和设计准则。

（4）为进行人-机-环境系统设计提供理论依据。人机工程学最显著的特点就是在研究人-机-环境的基础上，对所设计的产品与人和周围的环境之间的关系系统进行综合分析和考量，在这个系统中，人、产品、环境是相互影响相互依存的关系，通过对人-机-环境三者进行系统的研究进而设计出符合人的生理和心理特征，符合环境一般规律的产品，从而提高人们工作和生活的效率。

（5）为坚持以“人”为核心的设计思想提供工作程序。在人机工程学中，人机界面是指人机间相互施加影响的区域，凡是参与人机信息交流的一切领域都属于人机界面。工业产品的成功与否，与人机界面的品质有着密切的关系，特别是当今世界研发能力和应用技术的日臻完善，市场竞争越发激烈，人机界面的优良是区分产品层次的一个重要因素。便利的人机用户界面，不但可以增加使用的方便性，还可减少使用的错误率。[2]

3.2人机工程学在现代建筑设计中的应用。人机工程学在现代建筑设计中也发挥了重要作用，根据人机工程学原理，帮助设计师在建筑物的体量设计中找到人的最佳适应范围，为建筑物与光、水、色彩以及周围的环境等的合理搭配提供人体舒适度参考。在室内环境设计中，设计师通过借助人机工学原理确定了适合于人的活动空间范围，在家具设计方面人机工学提供了重要参考数据，使设计师了解人的感觉器官适应能力，从而设计出提高人生活质量的作品。

4 人机工程学的研究和发展现状

目前，人机工程学发展方向更加注重其实际应用。随着社会的不断发展，工业设计的理念也在不断前进，设计师从过去注重设计产品的形式，到现在更加关注人对产品的情感体验，给人机工程学提供了更广阔的利用空间。在人机工程学的理论研究中，人们开始注重研究感性工学，并在新时代的背景下，提出了“人机工程学教育”以及“参与式人机工程学”等新概念，并提出了虚拟现实技术也是人机工程学研究的热点，其在人体工程学和工业设计中具有重要的研究价值。在未来，人机工程学还将显示出跨学科交叉的趋势，涉及管理、教育、心理学和计算机科学等各个科学领域，并将继续探索设计师和用户的心理学研究，使设计出来的产品为人们提供更加丰富的情感体验。

4.1人机工程学与虚拟现实技术。

（1）虚拟现实技术概述。虚拟现实技术（ Virtual Reality）是在计算机图形学、计算机仿真技术人机接口技术、多媒体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科。对该技术的研究始于20世纪60年代。直到90年代初，虚拟现实技术才开始作为一门较完整的体系而受到人们极大的关注。目前，虚拟现实技术己在科学可视化、飞行模拟、医学、CAD/CAM、教育娱乐等领域获得广泛的应用。虚拟现实技术的问世，为人机交互等方面开辟了广阔的天地，同时也带来了巨大的止会效益和经济效益。

（2）人机工学的参数采集与虚拟现实技术。传统的人机工程学在参数的采集和分析中存在很多问题，例如采样数量大，测量和数据分析工作任务重，成本高、效率低，无法进行动态修订，缺乏对企业具体产品的针对性，参数多为二维模型等缺点。而如果通过动作捕捉技术获取动作特征参数以及三维扫描技术获取静态三维数据，则可以生成虚拟被试三维动态数字模型，这些数字模型在下一次更新之前可以一直保存在虚拟现实技术平台上。通过对虚拟被试三维动态数字模型的关键点控制，就可以实现实时数据更新。

（3）虚拟现实技术与产品研发。在产品设计过程中，会对产品进行虚拟处理、组装和评估，以避免设计缺陷并降低产品的开发成本和制造成本。在大型家电的研发过程中，用于制造模型和样机的费用比较高。通常，一个完整的模型或零件需要进行多次加工才能合格，虚拟现实技术的引入可以创建高质量的模型，从而大大节省了开发成本，有助于提高产品质量，并缩短开发周期。在查看模型的同时，还可以轻松地查看各种颜色的效果，从而使开发的产品更符合用户的最终需求。

4.2人机工程学与人性化设计相结合。随着科技的进步和经济的发展，人们的生活水平也逐渐提高，为满足人们基本生活需求而设计的传统产品，足够的功能、单一的形状、乏味的色彩，即不绿色环保也不符合可持续发展原则的产品已经无法满足现代人的需求。在度过“功能至上”的时代后，人们更加注重“舒适”、“便捷”、“可靠”以及“效率”等方面的因素，也就是产品中的人性化设计的理念。

所谓的人性化产品就是包含人机工程学特点的物质设计，只要是被“人”使用的产品在设计的过程中都应该加以考虑人机工程学的因素，使产品符合人体结构，关注人的心理感受，从而给人增添幸福感，维护人的身体健康，提高生活质量和工作效率。人性化产品设计从工业设计的范畴来看不仅包括日常使用的家具用品、服装、文具以及锅、碗、盆等各种生产与生活所创造的物，还包括像城市规划、航空系统、自动化工厂、机械设备、船舶等大型工业产品。这些产品在设计和制造时都紧紧围绕着人的需求来展开，在设计的过程中都必须把“人”的因素作为设计的重点考虑在设计产品的过程中一般把产品分成专业用品和生活用品两种，专业用品是面向大众的标准化产品，在人的生理因素上要多考虑一点。而生活用品是面向小众群体的，比较注重人的个性化，更多的是考虑心理方面的因素多一点，如具备更加多元化的造型和丰富的色彩来表现突出个人独特的性格和品味。要求更多的考虑人的生理和心理学层面的问题，根据设计美学的原理增添美学因素和时尚元素的设计，也就是说以产品的个性化设计为设计的主导原则。

5 结语

在当今学科与学科之间高度横跨交叉的时代，设计学科同样面临与其它学科领域相互融合、相互促进的契机，由于这种横跨与交叉打破了过去相对独立的象牙塔模式，因此不断涌出新的思维方式以及新的研究方法。这正好符合设计科学所倡导的整合各种资源以及持续发展和创新的指导理念。像人机工程学这种包含了生理学、心理学和工程学等多种专业的学科，既具有高度的融合性，又具有较强的专业性的学科领域，必将会给工业设计带来有利的支持，这种支持不仅体现在以人为本的产品设计上，还将促进设计界与产业界的联结与合作。总之，未来的产品设计不能只是停留在形式上，更应该注重人的感受，以人为本，设计出更具人性化的产品，使产品不仅满足功能上的需求，更具有一定的“温度”。与其它学科一样，人机工程学的理论和方法也在不断的发展和完善，因此合理的运用人机工程学的理论和方法来支撑未来的工业设计无疑是一条科学的发展之路。

参考文献：

[1]李砚祖.设计新理念：感性工学[J].新美术，2003（04）：20-25.

[2]蒋敏，李强德.工業产品设计中的人机工程学原理[J].上海应用技术学院学报（自然科学版），2003（02）：139-141.