人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中的應(yīng)用

白俊峰 王亞平 張婷婷

摘要：座便器是人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚钠骶撸闫髟O(shè)計(jì)的科學(xué)與否將直接影響人們的日常生活，影響使用者的身體健康，同時(shí)還會(huì)影響衛(wèi)生間的整體協(xié)調(diào)性。座便器的設(shè)計(jì)要讓使用者感到舒適方便，應(yīng)該符合人體的基本尺寸，尤其是人在坐姿狀態(tài)下的尺寸。文章主要對(duì)人機(jī)工程學(xué)中人體坐姿尺寸和坐便器尺寸的關(guān)系進(jìn)行分析，闡述座便器中的人機(jī)工程學(xué)理論，為座便器的設(shè)計(jì)者提供尺寸依據(jù)。

關(guān)鍵詞：人體基本尺寸;座便器尺寸;舒適方便;人機(jī)工程學(xué)

中圖分類號(hào)：TB472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編碼：1672-7053（2018）05-0024-02

座便器是如廁過程中最重要的工具，座便器的舒適性對(duì)使用者的舒適和健康影響很大。根據(jù)生理學(xué)知識(shí)，人在站立時(shí)多部分肌肉都會(huì)受力，而在坐姿狀態(tài)下主要是臀部受力，這樣就會(huì)大大增加臀部的壓力，所以人們?cè)谶M(jìn)行座便器設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮到“怎么坐更舒適合理”的問題。要讓使用者獲得良好的使用體驗(yàn)，設(shè)計(jì)師在座便器設(shè)計(jì)過程中必須充分考慮到座便器中的人機(jī)關(guān)系，以人體尺寸、重量、坐姿等因素為設(shè)計(jì)依據(jù)。

座便器和座椅有相似之處，即二者都屬于坐具，都需要考慮“怎樣讓人坐的舒適”這一問題。但二者有所區(qū)別：人在坐姿狀態(tài)時(shí)，主要受力位置為坐骨，坐骨承受身體上半部分的重力，座椅的座面可以對(duì)坐骨產(chǎn)生支撐。但座使器由于功能需要，造型和座椅不同，人體的坐骨沒有支撐，主要由大腿根部及兩側(cè)承受身體上半部分的重量，這樣就容易影響腿部血液流通，造成下肢麻木疲勞。為了改善這一狀況，文章利用人機(jī)工程學(xué)理論對(duì)座便器的座高、座寬、座深等尺寸以及坐墊和蓋板設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，通過分析總結(jié)出更加合理的座便器尺寸，提高舒適度，讓使用者滿意。

1人機(jī)工程學(xué)的概念

由于人機(jī)工程學(xué)的研究和應(yīng)用范圍極其廣泛，因此不同領(lǐng)域的學(xué)者對(duì)它下的定義也不盡相同。我國1979年出版的《辭海》中給出了人機(jī)工程學(xué)的定義，它依據(jù)該學(xué)科在我國的發(fā)展情況而把人機(jī)工程學(xué)定義為一門新興的邊緣學(xué)科。學(xué)科內(nèi)容邊界模糊，內(nèi)容綜合性強(qiáng)，涉及面比較廣。國際人類工效學(xué)學(xué)會(huì)（IEA）對(duì)此學(xué)科的定義是人機(jī)工程學(xué)是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的各種因素;研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用;研究在工作中、家庭生活中和休假時(shí)怎樣考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學(xué)科。由此可知人機(jī)工程學(xué)主要研究的是人體的各種科學(xué)數(shù)據(jù)，其目的就是把這些數(shù)據(jù)應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品以科學(xué)數(shù)據(jù)為支撐，使產(chǎn)品更符合人的使用習(xí)慣和使用需求，并且可以提高工作效率，促進(jìn)人的身體和心理健康發(fā)展，提升生活質(zhì)量。這也被認(rèn)為是目前最權(quán)威、最全面的定義。雖然人機(jī)工程學(xué)的定義各不相同，但它在各領(lǐng)域的重要地位卻與日俱增，經(jīng)過不斷地發(fā)展變化，現(xiàn)在已經(jīng)成為衡量眾多設(shè)計(jì)成敗的決定性因素^[1]。

2座便器中的人機(jī)工程學(xué)分析

使用座便器時(shí)人體為坐姿狀態(tài)，所以和座便器設(shè)計(jì)相關(guān)的主要是人體坐姿尺寸。經(jīng)調(diào)查，在使用座便器時(shí)，影響使用者舒適體驗(yàn)的因素主要有座便器的寬度和坐平面至地面的高度以及座便器坐墊的前后長度^[2]。這三個(gè)尺寸對(duì)應(yīng)到人機(jī)工程學(xué)的人體坐姿尺寸分別是坐姿臀寬、小腿加足高和坐深，所以座便器的尺寸應(yīng)該以這三個(gè)坐姿尺寸為主要依據(jù)。現(xiàn)在市面上的座便器坐平面至地面的高度一般在410mm至440mm之間，平均數(shù)值為425mm;寬度一般為320mm至340mm，平均數(shù)值為330mm;坐深一般為440mm至480mm，平均數(shù)值為460mm。

在家庭中，家庭成員既有成年人，也有兒童，更有男性、女性之分，正因?yàn)槌蓡T特征不統(tǒng)一，所以要求設(shè)計(jì)師在確定各類尺寸時(shí)要充分考慮到人群的差異和使用需求的不同，進(jìn)行綜合考慮，而不是同一標(biāo)準(zhǔn)。圖1是從事工業(yè)生產(chǎn)的法定成年人（男18-60歲，女18-55歲）人體坐姿基本尺寸，表1中列出了與座便器設(shè)計(jì)相關(guān)的小腿加足高、坐姿臀寬、坐深的具體尺寸數(shù)值。座便器屬于一般工業(yè)產(chǎn)品，即III型產(chǎn)品，且屬于成年男女通用產(chǎn)品，所以應(yīng)選用P50作為尺寸設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.1座高

座便器的座高是指地面到座便器座面的垂直高度。合理的座便器座高應(yīng)該是使用者在使用座便器時(shí)，大腿盡量與座面呈水平狀態(tài)，小腿與地面呈垂直狀態(tài)，雙腳自然著地。椅面過高，使用者雙腳不著地導(dǎo)致大腿部壓力增大，產(chǎn)生生理上的不適感;椅面過低會(huì)使人的腿部彎曲，大小腿不能達(dá)到最舒適合理的垂直狀態(tài)，長時(shí)間也會(huì)使人產(chǎn)生不適感。因此座面過高或過低都不符合人體正常狀態(tài)下的人機(jī)尺寸，會(huì)導(dǎo)致人在使用座便器時(shí)腿部感到不適，并且不方便使用，也就無法讓使用者獲得良好的使用體驗(yàn)。所以合理的座高會(huì)大大提高座便器的使用舒適度。由表1可知，男子50百分位數(shù)小腿加足高為P（50男）=413mm，女子50百分位數(shù)的小腿加足高為P（50女）=382mm。在實(shí)際的尺寸設(shè)計(jì)中還要考慮功能修正量和心理修正量。所以座便器高度的最佳功能尺寸=人體坐姿尺寸的百分位數(shù)+功能修正量+心理修正量（5mm）。在計(jì)算功能修正量時(shí)還要考慮到穿鞋修正量（10mm）和穿褲修正量（20mm）及座便器坐墊的柔軟性。一般家用座便器的坐墊是塑料材質(zhì)，柔軟性較大，所以修正量一般取-8mm。由此可得出適合男子50百分位數(shù)的坐高值為413+10+20+5-8=440mm，適合女子50百分位數(shù)的坐高值為382+10+20+5-8=409mm，平均值為424.5mm，取整數(shù)為425mm。這一尺寸對(duì)于大部分成年人比較合適，但兒童在使用座便器時(shí)，可能會(huì)雙腿懸空，所以在使用時(shí)可以放一個(gè)腳踏來改善這一狀況。

2.2寬

座便器的寬度應(yīng)該讓人在坐姿狀態(tài)時(shí)，座便器寬度大于等于臀寬，讓人體臀部有足夠支撐。如果過窄，不利于大腿部位的受力，容易產(chǎn)生不適感。過寬也會(huì)妨礙使用，并且占用過多空間。座寬主要涉及的人體尺寸為坐姿臀寬加上功能修正量和心理修正量。功能修正量主要是穿衣修正量取1。mm，心理修正量取5mm。由表1可知，坐姿臀寬P（50女）=344mm，加上功能修正量和心理修正量可得適合女子50百分位數(shù)的座寬值為344+10+5=359mm。坐姿臀寬P（50男）=321mm，適合男子50百分位數(shù)的座寬值為321+10+5=336mm，平均值取整數(shù)為348mm。這一尺寸和兒童的身體尺寸相差較大，兒童在使用座便器時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)接觸不到兩邊坐墊的情況。但如果縮小尺寸，則會(huì)影響成年人的使用舒適度。所以在座便器坐墊設(shè)計(jì)時(shí)，可以設(shè)計(jì)出不同直徑的坐墊。兒童和成人根據(jù)自己需要選擇不同大小的坐墊。

2.3座深

座便器座面深度主要是指座面由前到后的長度即座便器前緣至抽水桶的距離。座面深度應(yīng)根據(jù)坐姿尺寸中的坐深來確定。由表1可知，男子50百分位數(shù)坐深為P（50男）=457mm，女子50百分位數(shù)坐深為P（50女）=433mm，再加上穿衣修正量（10mm）和心理修正量（5mm），可得適合男子50百分位數(shù)的坐深為457+10+5=472mm，適合女子50百分位數(shù)的坐深為433+10+5=448mm，經(jīng)計(jì)算可得坐深平均值為460mm，所以合理的座便器座面深度應(yīng)該在460mm左右。

2.4坐墊和蓋板設(shè)計(jì)

座便器屬于公共用品，即便是在家庭中，也會(huì)是幾個(gè)人共同使用，并且座便器屬于易污染用具，坐墊直接與人體接觸，所以坐墊需要有很強(qiáng)的易清潔性。為了解決這一問題，坐墊一般設(shè)計(jì)成可活動(dòng)部件，方便清潔。坐墊的造型設(shè)計(jì)采用流線型圓弧外觀，曲面完全貼合臀部，符合人體特征。活動(dòng)軸部分的合頁采用耐用材料，坐墊選材為輕摩擦且透氣的材料，提高舒適感。蓋板外側(cè)采用弧度設(shè)計(jì)，選材一般為質(zhì)感好、易清潔、堅(jiān)固耐用的亞克力或PVC材料。

3結(jié)語

座便器設(shè)計(jì)的科學(xué)與否直接影響了使用者的舒適和健康，關(guān)注使用者健康首先要做到符合人機(jī)工程學(xué)理論，尺寸設(shè)計(jì)合理。通過文章的分析可知，在確定座便器尺寸時(shí)應(yīng)該主要參照人體坐姿尺寸中的小腿加足高，坐深和坐姿臀寬，另外還要考慮人的實(shí)際使用情況，增加功能修正量和心理修正量，以確定合理尺寸。其次關(guān)注使用者健康還要帶給使用者良好的使用感受，座便器的造型要美觀，符合人體生理特征，材料要舒適耐用易清潔。隨著科技的發(fā)展，目前市場上出現(xiàn)的具有自動(dòng)清潔除臭、尿液檢測(cè)、靜音落座等功能的智能座便器受到了廣大消費(fèi)者的歡迎。智能座便器的設(shè)計(jì)更好的關(guān)注了使用者，滿足了使用者的需求，具有更大的市場空間，所以智能座便器也許會(huì)成為未來座便器發(fā)展的必然趨勢(shì)。

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