人機工程學在鞋類設計中的應用研究進展

馮雨果（西華大學應用技術學院，四川成都610065）

人機工程學在鞋類設計中的應用研究進展

馮雨果
（西華大學應用技術學院，四川成都610065）

人機工程學為鞋類設計提供科學依據，隨著鞋類舒適度和功能性設計的不斷深入，人機工程學在鞋類設計中的運用越趨廣泛。首先闡述了人機工程與鞋類設計的關系，接著從研究方法和研究內容兩個方面對應用現狀進行歸納總結，最后介紹了發展趨勢。

院人機工程學；鞋類設計；研究進展

前言

鞋作為一種基本生活品，在人類日常生活中扮演著重要的角色。一方面，它具有審美性，從精神上給人美感，另一方面，它又具有保護足部的功能。隨著生活水平和科技的日益提高，人們在追求流行、款式、色彩等的同時，對于鞋穿著的舒適性要求也越來越高，以“人為中心”的設計理念已成為鞋類產品設計的主要目標之一。而人機工程學是實現“以人為心”設計思想的重要理論基礎，是衡量當代產品設計水平的最重要指標[1]。目前，人機工程學在鞋類設計中的應用主要圍繞腳——楦——鞋的關系進行展開，主要涉及到腳型的測量與分析、運動生物力學的研究、功能設計、安全設計以及舒適度的評價等。

1 人機工程學與鞋類設計的關系

人機工程學(Ergonomics)是研究人、人造物(產品/機器)及其使用環境三大要素之間相互作用的學科[2]，其研究方法和評價手段涉及心理學、生理學、醫學、人體測量學、美學和工程技術等多個領域[3]。

鞋類人機工程學是其中的一個分支，它從舒適度和功能的角度出發，使成鞋最大限度地滿足人的需求。將人機工程學應用到鞋類設計，不僅可以為鞋類設計提供科學依據，且能增加鞋的科技含量和產品附加值。人機工程學在鞋類設計中正扮演著越來越重要的角色，對于滿足人們日益增長的精神需求及其設計創新具有時代意義與現實意義[4]。

2 研究現狀

2.1 研究方法

人機工程學的研究方法包括：實驗法、模擬和模型實驗法、計算機仿真法和調查研究法等[5]。主要運用人體測量學、生理學、心理學、生物力學以及工程學等學科的研究方法和手段，為如何創造安全、健康、舒適、滿意的產品提供科學依據。目前，人機工程學在鞋類設計中的研究方法主要有以下幾種方法。

2.1.1 人體測量學

人體測量學(Anthropometry)主要研究人的形態特征、生理特征以及心理特征，為工業設計、人機工程、工程設計、醫學研究等提供基礎參數[6]。鞋是以腳的各部位數據為基礎，依據長度、寬度和圍度等參數進行設計。鞋類設計中的人體測量主要有：形態測量，包括人尺寸、體重體形、活動范圍等；生理測量，包括知覺反應、肢力體力、體能耐力、疲勞計生理節律等；力學測量，包括各種壓力測量等。測量方法除了傳統的手工測量外，新測量技術正被越來越多的研究者所采用，主要包括：影像攝影技術、3D掃描技術、壓力傳感器技術等。

2.1.2 實驗法

實驗法是在實驗室內在人控制條件下進行的，以引起研究對象相應變化來做出因果推論和變化預測的一種方法[7]，實驗法能得到客觀準確的數據，是目前運用較多的一種方法。

2.1.3 分析法

分析法一般在實測法、實驗法的基礎上對數據進行分析研究的所采用的方法。目前用的較多的分析工具是spss軟件，主要有描述性統計分析、參數檢驗、非參數檢驗、相關分析、回歸分析、聚類分析等。

2.1.4 調查研究法

目前，采用各種調查研究法來抽樣分析使用者的意見和建議，包括簡單的訪問、專門調查，直至非常精細的評分、生理和心理學分析判斷以及間接意見與建議分析等。Bunch RP等使用鞋類評價表格的方法來評估與老年人姿勢穩定性有關的鞋子特征，兩位檢查人員對12種鞋子的7個參數（樣式、跟高、跟圍硬度、前底硬度、鞋底彎曲位置、鞋底式樣、后底硬度）分別打分[8]；Liu W等使用的調查腳的健康狀況的問卷包括13項，包含了腳部疼痛、腳的功能、鞋子影響等[9]。

2.1.5 圖示模擬和模型試驗法

圖示模擬和模型試驗法是運用圖形對系統進行描述，直觀地反映各要素之間的關系，從而揭示系統本質及其內在聯系的一種方法。近年來基于CT圖像逐漸成為足部疾病病理機制、治療及矯形支具制作等研究領域的有力的工具[10]。

2.1.6 主客觀評價法[11]

以往的評價大多采用主觀評價方法，隨著運動生物力學在鞋類設計中的運用不斷深入，客觀評價方法正逐漸成為人機工程學的主要評價方法。

2.2 研究內容

人機工程學在鞋類設計中的研究內容比較廣泛，幾乎所有鞋的類型都有涉及。從近幾年的文獻來看，圍繞腳型規律、鞋楦以及功能設計等內容是目前研究的熱點。

2.2.1 腳型規律的研究

腳型規律是通過對大量腳型測量資料的分析、統計、匯總和計算，所得出的腳型各特征部位的規律和相互關系。目前，腳型規律的研究的方法主要有人體測量法、實驗法和分析等。

2.2.2 鞋楦人機工程學的研究

鞋楦是鞋的模具，是鞋類產品設計的靈魂。鞋楦設計是以人的腳型規律為依據的，但考慮到腳與鞋之間各種復雜關系，要使鞋楦的舒適性設計達到最佳效果，必須運用人機工程學的相關知識來指導鞋楦設計。目前，足底壓力測量系統、步態分析、以及參數化建模技術應用較為廣泛。

2.2.3 功能設計研究

功能鞋目前沒有明確的定義。鄧啟明[12]根據功能的不同分為勞保功能鞋、運動功能鞋、休閑功能鞋和藝術功能鞋，此類分法并沒有定義具體的功能；徐丹陽[13]提出基于關鍵技術的分類方法，將功能鞋分為具有特殊結構的功能鞋、利用特殊材料的功能鞋、有特殊藥物的功能鞋以及采用高科技的功能鞋。功能鞋的研究涉及許多邊緣性的學科，人機工程學是其中一個重要研究方向。

3 發展趨勢

3.1 綠色人機工程學

綠色設計是依據環境效益和生態環境指標與產品功能、性能、質量及成本要求來設計，既實現社會價值又保護自然環境，促進人與自然的共同繁榮[1 4]。隨著人類生活環境的日益惡劣，環保意識正受到越來越多的關注。在鞋類設計中，研究綠色材料以及可持續發展的設計是綠色人機工程學的主要研究方向。

3.2 虛擬人機工程學

“虛擬現實”(Virtual Reality)是人的想象力和電子學等相結合而產生的一項綜合技術，它利用多媒體計算機仿真技術構成一種特殊環境，用戶可以通過各種傳感系統與這種環境進行自然交互，從而體驗比現實世界更加豐富的感受[15]。虛擬現實技術為鞋類設計提供了一種新的產品設計和展示手段，通過計算機建模和模擬標準的虛擬模型，不僅可以使設計人員脫離鼠標和鍵盤，通過傳感器和多維信息環境進行自然的交互，幫助深化概念和創意，而且可以實現虛擬購物，從而提高消費者的購物體驗，刺激消費。

3.3 數字化、智能化人機系統

隨著計算機技術和網絡技術的飛速發展，人機工程學作為一門應用學科也在不斷的發展之中，并逐漸步入數字化和智能化。數字化鞋類技術主要包括ERP、CAD、CAPP、FMS、PDM等技術，數字化和自能化技術的應用不僅能提高工作效率和成品率，更能推動鞋類產業的科技化、智能化的發展。

4 結語

鞋類設計中的人體工程學理念，在當今已屬于新智的科學范疇，它不僅為鞋類設計提供設計依據，還為鞋類設計提供指導性效用。隨著鞋類舒適度、人性化以及功能研究的不斷深入，人機工程學的應用將越來越廣泛。

[1]李偉.應用人機工程學研究[D].東華大學，2006.

[2]丁玉蘭.人機工程學(修訂版)[M].北京：北京理工大學出版社，2000.

[3]王金鳳.家具設計中人機工程學應用研究[D].天津工業大學，2007，12.

[4]顧任飛，祝忠良.從人機工程學談鞋楦的舒適性設計[J].中國皮革，2006.

[5]趙占西，王小妍，于洽.人機工程學應用研究綜述[J].人類工效學，2009，15（11）：65-66.

[6]潘志國，王蘭美，郭業民.人體測量在工業設計領域的應用[J].機械制造與自動化，2003，12：22-24.

[7]張偉.產品設計中人機工程學的仿真研究[D].上海交通大學，2006.

[8]BunchRP.FootMeasurement Strategies for Fitting Athletes[J]. Journal of Testing and Evaluation，16(4):407-411.

[9]Liu W，Miller J，Stefanyshyn D，et al.Accuracy and reliability of a technique foot shape，dimensions and structuralcharacteristics[J].Ergonomics，42(2):346-358.

[10]孫衛東，溫建民.足部有限元建模方法應用現狀[J].中國組織工程研究與臨床康復，2010，14（13）：2457-2461.

[11]王穎.國內孕婦專用鞋的研究[D].陜西科技大學，2013.

[12]鄧啟明.鞋的功能和功能鞋[J].中外鞋業，2001，（1）.

[13]徐丹陽.功能鞋之現狀與發展初探[J].西部皮革，2011，（3）.

[14]周美玉.工業設計應用人類工程學[M].北京：中國輕工業出版社，2001.

[15]何潔.虛擬現實技術在服裝虛擬產品設計中的應用研究[D].東華大學，2005.

馮雨果（1985-），男，碩士。