如何进行人机工程与造型设计？

人机工程与造型有着密切的联系。人机工程学是一门运用生理学、心理学和其他学科的有关知识，使机器与人相适应，创造舒适而安全的工作条件，从而提高功效的一门科学。随着现代科学技术的发展，要求机械产品实现高速、精密、准确、可靠等功能，因此，设计人员必须考虑产品的形态对人的心理和生理的影响。因为产品的功能只有通过使用才能体现，所以产品功能的发挥不仅取决于产品本身的性能，还取决于产品在使用时与操作者能否达到人机间的高度协调，即是否符合人机工程学的要求。即使是最简单的产品，如果造型创新设计得不好，也会给使用带来不便。对已经成熟的产品，制造商常通过一系列的再设计进行改进和提高，这种产品与旧产品功能相同，但更有效率，使用更方便。

机电产品造型创新设计应根据人机工程学数据来进行，人机工程学数据是由人的行为所决定的，即由人体测量及生物力学数据、人机工程学标准与指南、调研所得的资料构成。根据常用的人体测量数据、各部分结构参数、功能尺寸及应用原则等设计人体外形模板和坐姿模板，再根据模板进行产品的造型设计。例如，在汽车、飞机、轮船等交通运输设备设计中，其驾驶室或驾驶舱、驾驶座以及乘客座椅等相关尺寸，都是由人体尺寸及其操作姿势或舒适的坐姿决定的。但是由于相关尺寸非常复杂，人与机的相对位置要求又十分严格，为了使人机系统的设计能更好地符合人的生理要求，常采用人体模板来校核有关驾驶室空间尺寸、方向盘等操作机构的位置、显示仪表的布置等是否符合人体尺寸与规定姿势的要求。人体模板用于轿车驾驶室的设计如图6-2所示。

人机工程学的显著特点就是在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将操纵“机”的人和所设计的“机”以及人与“机”所共处的环境作为一个系统来研究。在这个系统中，人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统的总体性能。人机系统设计理论就是科学地利用三个要素之间的有机联系来寻求系统的最佳参数，使设计师创造出人—机—环境系统功能最优化的产品。图6-3所示为厨房用的蒜泥挤压器，其把手的形状及使用方式与人机工程学原理十分符合，体现出它优良的操作性能。

图6-2 人体模板用于轿车驾驶室的设计

图6-3 厨房用蒜泥挤压器

按照人机工程学原理对消费性产品的外形设计，是以人为中心的设计（如适合人体姿势、作业姿势的设计），是为特殊用户提供方便的设计，其范例如图6-4和图6-5所示。图6-4a所示机构为改进的电源插头，其设计增加了一对杠杆结构，可方便用户起拔插头；图6-4b所示的拐杖是对把手的外形再设计，握持更舒适，方便从地上拾取。图6-5a所示为卫生洗手龙头，该产品手柄装在出水口下方，打开水龙头，冲出的水流能自行将手柄冲洗干净，以防止洗净的手在关水龙头时再次被污染；图6-5b所示的餐具是为方便老年人与残疾人使用而创新设计的，在其把上设计有手指形状的弯曲，便于使用。

在创新设计某些手持式产品时，要求既能适应强力把握，又能准确控制作用点，也就是说，手动工具需要适合手的形状。它们能够保证手、手腕和手臂以安全、舒适的姿势把握，达到既省力而又不使身体超负荷的目的。因此，手动工具的设计是一件复杂的人机工程学作业。

图6-4 以人为中心的设计

a）改进的电源插头 b）拐杖把手

图6-5 为特殊用户提供方便的设计

a）卫生洗手龙头 b）方便使用的餐具

遵照“便于使用”的原则，设计合理的手柄能让使用者在使用工具（产品）时保持手腕伸直，以避免使腱、腱鞘、神经和血管等组织超负荷。一般来说，曲形手柄可减轻手腕的张紧度。例如，使用普遍的直柄尖嘴钳通常会造成手腕弯曲施力，如图6-6a所示；对其设计进行改进，使尖嘴钳的手柄弯曲代替手腕的弯曲，如图6-6b所示。同样，图6-7所示的园艺修枝手柄的弯曲造型也是比较合理的创新设计实例。

图6-6 尖嘴钳的设计

在进行工具手柄创新设计时，可以考虑采用贴合人手的“适宜形式”，而不是使用平直表面，如图6-8a所示，但这适合于为某人定做。需要注意的是，在使用创新设计方法将手柄创新设计成贴合人手的形状时，由于人手的形状差异很大，这样的设计反会使工具变得更不舒服，如图6-8b所示，手柄上制出的凹痕或锯齿痕与手指和掌心接触反而更不舒适。

现在，手持式电动工具随处可见，小型的如电锯、电须刀、电动食品搅拌机等，大功率手持式动力工具如链锯和篱笆修剪器等。对于这类手控工具，除了与电动工具相似的主要人机因素外，还要考虑其他的因素，如振动、噪声和安全性等。图6-9所示为气动冲击钻，其手柄倾斜角度可避免冲击力作用于手腕，整体设计重心合理，造型均衡，握持轻松。

图6-7 园艺修枝剪手柄的弯曲造型

图6-8 贴合人手的“适宜形式”未必舒适

图6-9 气动冲击钻(www.xing528.com)

人机工程学所包含的内容很多，本章仅介绍了其中的一小部分内容，其他如显示器、控制器的设计以及人机工程详细的设计方法和过程可参考有关人机工程学的资料。

在创新设计时，除了考虑人机工程学外，还要考虑人体工学。所谓人体工学，其本质是使工具在使用时最大限度地契合人体的自然形态，使人在工作时，身体和精神不需要任何主动适应，从而尽量减少使用工具造成的疲劳。在设计中，或多或少都要用到人体工学，有的显山露水，有的隐藏在一些功能之中。

图6-10所示的失重椅看起来有些危险，却不仅能保证安全，还很舒服，满足各种不同的功能需求（躺、坐等）。

图6-11所示摇椅把瑜伽里的平衡球和椅子结合起来，能让你一边坐着工作，一边做平衡球锻炼，矫正你的不良坐姿，缓解腰酸背痛，让脊椎恢复健康。

图6-10 失重椅

图6-11 球椅

图6-12所示为一款可以放置膝盖的摇椅，充分的使膝盖放松。

图6-13所示的椅子采用“半站半坐”的设计，类似于自行车的座椅，膝盖处的缓冲垫以及双脚的斜面踏板，很好地起到分配体重的作用。各个部件还可以灵活地调整高低前后角度，以确保椅子的舒适度。

图6-12 摇椅

图6-13 半站半坐椅

另一款站着工作的神器如图6-14所示，可以在站与坐之间来回切换。

另外，在一些用手操作的产品方面，也需要尽可能多地考虑人体工学，不仅要让造型适合手型，操作更为容易，还要避免疲劳。如图6-15所示鼠标、图6-16所示起盖器。

图6-14 坐站两用椅

a）坐站椅 b）坐站椅的使用

图6-15 符合人体工学的鼠标

a）鼠标 b）鼠标的实际使用

图6-16 符合人体工学的起盖器

a）起盖器 b）起盖