游艇中的人機工程學應用探析

田 園

（山東交通學院,山東 濟南 250353）

1 人機工程學的概念

人機工程學是一門研究人、機器與系統之間相互作用的學科。國際人機工程學協會給出的官方定義為“是一門研究人與系統中其他因素之間的相互作用以及應用相關理論、原理、數據和方法來設計以達到優化人類和系統效能的學科”[1]。所以現今大多數設計，尤其是工業設計和產品設計，都與人機工程學有著密切的關系，以人機工程學所研究的數據為設計的支撐和依據，因此設計師需要認真研究人機工程學的各項理論和數據。

人機工程學一般是通過生理學、心理學、力學、結構尺寸學等多學科在產品設計中的綜合運用，尤其是經過對人體結構和運動特性進行綜合研究，人機工程學在交通工具設計領域所占比重已經越來越大[2]。在現代新興戶外交通工具——游艇的外觀和內飾設計中，設計師也需要遵循人機工程學的數據，以便將游艇的各個組成部分，包括設備、內飾和環境，都能與使用者相契合，同時也符合使用者提出的要求。

2 游艇中的人機工程學

在游艇設計過程中，需要考慮駕乘人員能否在游艇狹窄的艙室環境下正常活動,能否正確操作游艇中的設備工具，能否較舒適地學習和生活，這就涉及人機工程學在游艇設計中的應用。游艇人機工程學要求游艇的各個部件、設備與工具都能符合人正常使用過程中的需求,不增加操作的困難程度，以及游艇環境不能超越人體的生理耐受程度。所以人機工程學主要為游艇設計的整個過程提供人體的靜態和動態尺寸數據，以此作為依據確定或者改進游艇環境，內部設備和生活用具尺寸，保證在游艇內生活或工作的人可以感受到舒適和適應。

2.1 操作和生活工具尺寸設計

這部分主要涉及人機工程學的游艇中的內部裝飾及用品用具有桌椅、工作臺、操作臺、床和游艇使用中駕乘人員操作的各種機械、電子設備。當然游艇的外觀設計和結構設計自然也包含著人機工程學相應的數據和原理。

在游艇家具尺寸設計中、書桌、工作桌、衣柜、陳列柜等家具的高度，以及坐具，如工作座椅、休閑椅等都是以人的靜態立姿和坐姿尺寸為標準，而床等臥具以人臥倒后的靜態尺寸為準。游艇中家具的長寬高、進深等尺度都需要參考人體基本標準提供的身高、坐高、前臂活動和彎曲等數據。而各種坐具的進深、寬度、間距等尺寸也需要充分考慮人體大腿和小腿長度、寬度和厚度的尺寸問題。

以游艇的操作臺設計為例，在游艇的操作室中，游艇的駕駛人員需要站在工作臺前進行駕駛操作，這個工作臺就是人機工程學的第一個應用案例。按照人機工程學中的靜態站姿數據顯示，男性工作人員如果要站在操作臺前工作，假定他的身高是185cm（按照歐洲男性平均身高），他的目測水平線距離地面大約為175cm，所以他的前方如果需要安裝顯示儀器，則儀器的最低端需要安裝在距離地面175cm左右的地方，顯示器最佳傾斜角度為30°。

再次假定男性模特身高為185cm，他的肩部到手肘的距離大約為40cm，換言之，他的前小臂水平工作區域距離地面約為110cm。所以操作臺按鍵區域需要設計到距離地面110cm左右的地方。因為工作人員是站姿操作，為了方便操作，操作臺上的按鈕及其他儀器建議沿水平線進行傾斜，角度大約為30°。圖1詳細繪制了以上各項尺寸數據。

圖1 立姿工作狀態下人體與工作臺的各項數據（單位：cm）

那么游艇操作臺高度大約為110～100 cm。因為男性工作人員的手臂比女性工作人員整體長度略長，所以工作臺的寬度可以適當放寬，大約45cm。

根據以上的人機數據參考，游艇操作臺的工作區域大約高100cm，操作工作區域中心線距離地面大約110cm，傾斜角度為15～30°。這樣就完成了游艇操作臺的初步尺寸設計。

因為我國男性平均身高遠不到案例中使用的屬于歐洲男性平均身高的數值，所以歐美游艇設計中的操作臺會略高于亞洲的操作者所需的實際尺寸，造成偏差。表1匯總了中國男性的人體基本尺寸數據，以做參考。

表1 中國成年男性各項身體尺寸數據

按照國家統計局的最新統計，2020年測得我國男性平均身高約168cm，其視距距地面約158cm，所以在駕駛員以立姿姿勢操作駕駛臺的時候，顯示儀器應保持在駕駛員視線前方，距地面約155～175cm的地方，傾斜角度為15～30°。或因實際安裝需要，將顯示儀器與操作儀器安裝在同一平面上，距地面75～90cm的高度，顯示儀器的傾斜角度為60～80°。

在坐姿姿態下，需要考慮駕乘人員的基本坐姿尺寸，以及坐姿姿態下人體的活動特點和生理特征。座椅的尺寸設計參數主要包括椅面高度、寬度、深度、傾斜角度和靠背的寬度、高度以及傾斜角度。下面以座椅高度和寬度為例進行人機工程學數據研究[3]。

首先來看椅面高度，在設計椅面高度時，過高和過低都會影響駕乘人員的體驗，椅面過高會壓迫駕乘人員腿部肌肉使血液流通不暢，同時影響駕乘人員的平衡能力和操作水平，椅面過低則不能有效支撐駕乘人員身體導致背部肌肉負擔加劇。根據表1我們可知，中國男性平均小腿高度約30～39cm，較為舒適的座椅高度約30～35cm，再根據實際游艇內駕駛環境和生活環境的局限性要求，增高或降低實際座椅高度即可。

座椅寬度則選取人的坐姿臀部寬度的最高值，以滿足人體最寬度的坐姿要求，以便于讓人坐得舒適。由表2可以看出，因為中國人體中女性臀寬35cm為最大值（男性僅為33cm），所以游艇座椅寬度取值約45～50cm為最佳。

表2 中國男性和女性的坐姿臀寬

在實際游艇設計中，對不同環境內的陳設和家具也有不同的尺寸要求。比如在駕駛環境中，駕駛人員乘坐的坐具主要支撐他們長時間端坐駕駛的姿勢，不僅要舒適，還要可以在放松身體肌肉的同時支撐身體承重，而在休息區，坐具只需要保證人體的舒適度，能放松身心即可。同時因為游艇內環境狹窄，因此家具的尺寸也會受到狹小環境的限制。

2.2 游艇環境中的人機工程學

在游艇這種較為特殊和極端的環境中，環境中的物理因素如光照和溫度、震動、噪聲等因素對人體的心理、生理有很大影響，研究游艇環境中的這三種因素，可以更好地保證駕乘人員的健康、安全、舒適和有效工作。

游艇中的噪音包括空氣動力噪音、機械噪音和電磁噪音三種。空氣動力噪音是由氣體振動產生的，機械噪音和電磁噪音是由游艇本身自帶的機械設備運行產生的。這些噪音都無法直接避免，但機械噪音可以通過在機械上增加阻尼材料而減緩和降低噪音，也可以在游艇的大型機械設備房間周圍布置隔振和減噪裝置，不過這樣成本要高很多。

當因為游艇的特殊結構或安全性能要求而導致減震和避噪的設備無法安裝和使用時，從而導致游艇中的工作人員或乘客長時間暴露在90～100 dB，或短時間內暴露在150 dB以上環境中的話，為了保護人體健康，與陸地相似環境下的人員一樣，游艇中的駕乘人員可采用護耳設備，常見的有耳塞、耳罩、帽盔等[4]。

游艇常見的振動現象是船體振動和機械振動。人是一個彈性系統，有他自身的振動特性。經科學實驗證實，在正常重量下，4～8Hz頻率的振動能量傳遞最大，對人體的生理影響也最大，被稱為人體的第一共振峰，10～12Hz被稱為人體第二共振峰，20～25Hz被稱為人體的第三共振峰。一般當振動強度達到讓人體不適的程度時，人的生理反應會出現不舒適、頭痛、頭暈、疲勞、瞌睡、耳鳴、胸腹痛等癥狀，造成人員注意力分散，操作效率低下，或持續犯錯。由于游艇的振動其實主要是由機械振動帶動和引起的，因此在游艇設計中，必須要考慮最大可能避免和減少機械設備的振動頻率與人體達到共振的頻率效果。

溫度是環境的第三個重要影響因素。所有的環境設計都要求設計出符合人體要求能達到讓人體舒適的溫度效果。但在游艇航行期間，溫度會隨時變換，其中不乏包括因航行區域氣候、洋流、輻射狀態、日照和船體本身散熱性能的差異等因素造成的溫度變化，這導致駕乘人員的身體舒適溫度很難得到平衡和穩定。因此，在游艇設計過程中就要考慮到游艇航行過程中溫度的不可控性，使溫度這個環境因素最大限度地被把控在人手中，比如在小型游艇的機艙設計中，要做好機械設備區域的降溫措施，避免其影響生活區域的溫度，導致生活區域的溫度過高，造成人體不適。而在生活艙內，也需要調節外部環境的變化而導致的不同溫差造成的人體不適。

3 總結

本文只是對人機工程學在游艇設計中的作用進行了一個淺顯的分析，事實上在游艇設計環節，人機工程學的應用無處不在。比如游艇中的樓梯設計，在人機工程學中，樓梯的高度和寬度都取決于人的正常步距，它們之間的關系是：樓梯高度的兩倍加上樓梯的寬度等于人的正常步距。而經過計算，人的正常步距大約在570～630mm之間為最佳，所以可以根據前文提到的公式，計算樓梯的合理高度和寬度。

包括交通工具在內的所有人為性產品都是為人服務的，這些產品的設計都需要做到以人為本，按照人—機—環境相互協調發展的原則進行產品定位、調研、設計等，使產品設計在融合了人性化的同時兼備智能化和信息化，并利用人機工程學使設計產品成果更符合需求、更高效，這也是人機工程學作為一門新興學科在未來的發展方向。在21 世紀，隨著技術的發展和計算機的應用，基于人機工程學的模擬設計和模擬測試將為設計師提供更多的參考數據和技術支持，將節省大量的人力物力，使產品更具有實用性和人性化，使人們的出行變得更便捷有效、更輕松也更安全。