从安全人机学的角度看问题

[关键词]人性化设计；安全人机工程学；系统；人；机；环境；静态尺寸；动态尺寸

[摘要]通过对生活中的某些或某一个产品设计具体案例的分析来说明了我们在生活中切实接触和运用以及密切相关的事物中所包含的人机工程学因素，并进一步阐述在生活中产品设计中应注意及改良的人机工程学的主要方面，指出产品设计必须以创意与革新为首要条件，符合人机工程学原理，使人性化的设计真正体现出对人的尊重和关心及对人的安全的重视和保障。同时这也是最前沿的潮流与趋势，是一种人文精神的体现，是人与产品xx和谐的结合。

安全人机工程学是研究人、机械、环境三者之间的相互关系，探讨如何使机械、环境符合人的形态学、生理学、心理学方面的特性，使人一机械一环境相经协调，以求达到人的能力与作业活动要求相适应，创造舒适、高效、安全的劳动条件的学科。安全人机工程学侧重于人和机的安全、减少差错、缓解疲劳等课题的研究。

安全人机工程学是从安全的角度和着眼点研究人与机的关系的一门学科，其立足点放在安全上而，以活动过程中的人文实行保护为目的，主要阐述人与机保持什么样的关系，才能保证人的安全。也就是说，在实现一定的生产效率的同时，如何{zd0}限度地保障人的安全健康与舒适愉快。这主要是从活动者的生理、心理、生物力学的需要与可能等诸因素，去着重研究人从事生产或其他活动过程中在实现一定活动效率的同时{zd0}限度地免受外界因素的作用机理．为预防与xx危害的标准与方法提供科学依据，从而达到实现安全卫生的目的，确保人类能在安全健康、舒适愉快的条件与环境中从事各项活动。

在任何一个人类活动场所，总是包括人和机（此处的机是广义的，即物）两大部分。

这果所谓的人(Man)，是指活动的人体，即安全主体，人应该始终是有意识有日的地操纵物(机器、物质)和控制环境的，同时又接受其反作用

这里所谓的机(Machine)，是广义的，它包括劳动工具、机器(设备)、劳动手段和环境条件、原材料、工艺流程等所有与人相关的物质因素。

安全人机工程学的主要研究目的是：对人—机—环境的综合系统建立合理的方案，更好地在人机之间合理地分配功能、使人和机有机结合，有效地发挥人的作用、{zd0}限度地为人提供安全卫生和舒适的环境，达到保障人的健康、舒适、愉快地活动的日的，同时提高活动效率。

在现实生活中随着社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏的加快……等等一系列的社会与物质的因素，使人们在享受物质生活的同时，更加注重产品在“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”和“效率”等方面的评价，也就是在产品设计中常提到的人性化设计问题。

所谓人性化产品，就是包含人机工程的产品，只要是“人”所使用的产品，都应在人机工程上加以考虑，产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的。我们可以将它们描述为：以心理为圆心，生理为半径，用以建立人与物(产品)之间和谐关系的方式，{zd0}限度地挖掘人的潜能，综合平衡地使用人的肌能，保护人体健康，从而提高生产率。仅从工业设计这一范畴来看，大至宇航系统、城市规划、建筑设施、自动化工厂、机械设备、交通工具，小至家具、服装、文具以及盆、杯、碗筷之类各种生产与生活所创造的“物”，在设计和制造时都必须把“人的因素”作为一个重要的条件来考虑。若将产品类别区分为专业用品和一般用品的话，专业用品在人机工程上则会有更多的考虑，它比较偏重于生理学的层面；而一般性产品则必须兼顾心理层面的问题，需要更多的符合美学及潮流的设计，也就是应以产品人性化的需求为主。

那么，对于一件产品是如何来评价它在人机工程学方面是否符合规范呢? 以德国Sturlgart设计中心为例，在评选每年优良产品时，人机工程上所设定的标准为：
　　1)产品与人体的尺寸、形状及用力是否配合；
　　2)产品是否顺手和好使用；
　　3)是否防止了使用人操作时意外伤害和错用时产生的危险；
　　4)各操作单元是否实用；各元件在安置上能否使其意义毫无疑问的被辨认；
　　5)产品是否便于清洗、保养及修理。

一般情况下，在设计教育中常以上述第三项较为强调，而消费者在购买商品时，则是以产品的视觉效果、商场气氛及价值来决定购买行为的成立与否，但作为一名好的设计师应为产品长期使用的效果及舒适性负责，尤其是避免伤害与危险的防止更是不可忽视的考虑因素。如，在操作计算机的上机姿势中，在现行的上机条件下，操作员常常是手臂向前悬空着来操作键盘和鼠标的。手臂的悬空形成了肩颈部的静态疲劳，使得操作员不得不将背部靠在椅子靠背上作业(后靠姿势会加大悬空的手臂的前伸程度，从而增大肩部所需要的平衡力矩，加快肩颈部的疲劳)，而当操作员脱离靠背又手臂悬空时，体重就全部需要由脊柱来承担，其结果或者是腰背的疲劳酸痛，或者是腰肌放弃维持直坐姿势而塌腰驼背，或者是把手腕抵在桌沿而引发腕管综合症。那么，要解决诸如此类的问题，设计师就必须充分考虑人机工程学的因素。

人机工程学在生活工作中的应用表现为，应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人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以及心理因素对工作效率的影响等。

作为一个全息系统的局部，一个产品中包括了这个商品社会中的全部信息。一件设计优良的产品，必然是人、环境、经济、技术、文化等因素巧妙融合、平衡的产物。开始一项产品设计的动机可能来自各个方面，有的是为了改进功能，有的是为了降低成本，有的是为了改变外观，强化“柜台效应”，以吸引购买者，更多的情况是上述几方面兼而有之。于是，设计的要求就可能来自功能、技术、成本、使用者的爱好等各种角度。不同的产品设计的重点也大不相同，例如现实中的一些产品的设计显然就要比其他同类产品的设计考虑更多的人机问题；再乍见此类产品时，可能看似不符合人机工程学，但实际使用时却很合手，操控性良好，相比于市场上其他同类型的产品，即使售价比一般产品高出许多，也一样大受欢迎，足见其魅力所在。但也有这样一种产品，在市场上受到欢迎，是因其外型讨好且成本不高所致，但缺点是潜在的，因此，在使用时就体现出了该产品在人机工学上的不足之处；但在成本、售价及市场因素的考虑下，厂商还是推出此种产品。而对于专业用品就不同了，此类用品{jd1}不能轻视人机工程学在生理层面上的考虑。

为具体阐述一下安全人机工程学理论的运用与现实生活中“物”的设计与安全人机理论设计的不协调及不完善的现实，下面就拿生活中的最常见的事例----鞋，用安全人机工程学的知识来具体分析一下：

鞋材料以xx纤维织物和皮革为主，近代以来化工合成材料渐多。按鞋的结构可分面料（鞋帮料）、里料、底料、辅料4类。

　　面料主要有皮革、合成革、纺织物、橡胶和塑料等。皮鞋面料多用经过鞣制的牛、猪、羊皮粒面软革或翻毛软革,以及合成革;xx鞋也有用鳄鱼皮、蛇皮、鸡爪皮的。布鞋和胶鞋多选用坚固、耐磨，保温性、吸湿性好的棉布和毛呢，如贡布、平绒、线呢、灯芯绒、帆布以及华达呢、花呢、海军呢、大衣呢等。各种合成树脂和xx橡胶则为塑料鞋和胶鞋的主要材料。

　　里料主要有棉布、山(绵)羊皮、棉絮、毛毡、人造毛、松紧绒等。皮鞋鞋里的后半部多用质地较柔软的山、绵羊皮革，前半部多用帆布；布鞋的鞋里大都采用本色白布或漂白布；胶鞋都用细帆布作里料。冬季防寒的皮鞋采用毛毡或经过硝制的毛皮作鞋里;布棉靴（鞋）一般絮入棉花后再用一层棉布作里，也可用毛毡或松紧绒作里。目前有些鞋还采用树脂发泡复合材料或人造毛作鞋里。

　　底料主要有硬革、软革、仿皮革、布、橡胶、塑料、橡塑和橡塑发泡材料等。硬革是以牛、猪皮经加工而成的,多用于皮鞋,少量用来制作皮底布鞋。此外，皮鞋还广泛采用仿皮底。布是传统布鞋底的主要材料。以旧布为原料经加工打成袼褙或补絮成底坯，用麻绳以手工或机器纳成千层底或毛布底。塑料主要是聚氯乙烯树脂，多用于塑料鞋和布鞋。

　　橡胶有xx橡胶和合成橡胶，用于胶鞋和布鞋。软革有人造革和xx皮革两种，多用于布拖鞋和软底布鞋。橡塑和橡塑发泡材料多用于皮鞋和布鞋。

　　辅料主要有鞋眼（圈、钎），鞋带，橡筋布，尼龙搭扣，拉链，丝、棉、麻缝线（绳），钉，铆钉，无纺布,纸板,作内包头和主跟用的皮革，各种装饰物、支撑件、胶粘剂，以及浆糊等。

　　制鞋工艺中国的制鞋工艺在很长的时期内一直沿用手工缝合成型工艺。20世纪以来陆续从国外引进先进技术和专用设备，制鞋工艺发展很快，大致可分为缝绱工艺、注塑工艺、模压工艺、粘合工艺、组装工艺等。

　　缝绱工艺主要是将鞋帮和鞋底通过手工或机器缝合成型。是皮鞋和布鞋的传统成型法。这类工艺有手缝、机缝两种。手缝中的反绱、明绱、正绱是布鞋的传统方法，机缝中的压条缝和沿条缝是皮鞋的传统方法。

注塑工艺 有 4种方法。①注塑法：以中等注射压力，机筒温度较高，将合成树脂塑料注入模具内，一次完成鞋底固化及帮底结合成型。多用于布鞋。现在皮鞋、塑料鞋、胶鞋也采用这类工艺。②注胶法：将橡胶通过机筒塑化，再以较高注射压力注入模具内，同时完成制底及帮底粘合成型。用于布鞋、胶鞋。③浇注法：将定量的反应性原料液（如聚氨酯，聚酰氨等）的A、B组分，在混合头内高速搅匀后浇注到模腔内，使其在常(高)压下固化结合成型。现多用于生产胶鞋和少数布鞋。④搪塑法：将塑溶胶倾入靴、鞋阴模腔中，边加热，边旋转模具，使一部分塑溶胶在离心力作用下附在模腔壁上凝成坯体，倒掉多余塑溶胶液，继续加热使坯体熟化成型，脱模后再放入鞋的里料。用于胶鞋和塑料鞋。

模压工艺在已绷上楦的帮脚下（鞋帮下口）贴合鞋底、围条（用于胶鞋），将胶坯放入模具内，进行加热和加压，经硫化成型。多用于胶鞋、皮鞋和布鞋。

粘合工艺 有 3种方法：①热硫化粘合法：鞋的各部件粘贴后送入硫化罐，用蒸汽间接加热或用空气、蒸汽直接加热，在胶制部件硫化的同时，使帮、底粘合成型。其中外底、底后跟等部件预先模制成型再与其他部件粘贴送入硫化罐中加热硫化的称二次硫化法，是胶鞋生产的传统工艺。现在有些布鞋也采用此法。②冷粘法：鞋帮、鞋底涂上胶粘剂，在室温下加压粘合成型。现多用于皮鞋、布鞋、胶鞋。③粘缝法：鞋帮和鞋底冷粘后，鞋底的周沿再用线缝，以增强底和帮之间的牢度。

1.    鞋子的号码与人体脚的尺寸：

各种机械、设备设施和工具等在适合与认人的使用和实现本质安全方面，首先涉及的问题是如何适合于人的形态和功能范围的限度，相对应的人体参数主要是人体结构尺寸和功能尺寸。人体的结构尺寸是指静态尺寸;人体功能尺寸是指动态尺寸

我国是一个地域辽阔的和多民族的国家，不同地域间人体尺寸差异较大。于是将全国成年人人体尺寸分布划分为西北区、东北区、华中区、华南区、西北区和东北、华北区共6个区域，并给出了各地域成年人的相关人体尺寸参数。

由于这些差异的存在，鞋子的制作都是按一定的标准定制的，用以符合我们大多数人的需求，当我们买一双鞋的时候我们会发现并没有和我们的脚的尺寸xx相符合的鞋子。我们买的鞋子不是有点大就是有点挤脚。

最近，日本医学界一份报告指出，人的健康特别是对孩子的健康和穿鞋有关。专家还特别建议，不要让孩子穿太小太紧的鞋，否则会有碍孩子周身的血液循环和新陈代谢，影响孩子食欲，使其出现厌食或挑食，从而影响生长和发育。

此外，鞋子不合脚还会对身体造成如下的伤害：

危害一：鞋子的能量缓冲作用弱

　　鞋底过硬或过薄时，地面的冲击力直接作用于足部，使足部易于疲劳、劳损。

　　危害二：鞋子对足部的挤压与摩擦

　　如果鞋的长度或宽度不足，对足趾等造成挤压、摩擦，便会制造惨痛不堪的局面，日久会使受力部位发生病变。

　　危害三：令足部负重不合理

鞋跟过高，特别是女式的高跟鞋，比如超过7厘米，前足负重就会增多，可达体重80%以上，从而引起前足疼痛;合理的鞋跟高度是2-4厘米，这时前后足负重各约50%，足部感觉会比较舒适。

再来看鞋底面，自鞋跟中点垂直向前画直线，应将鞋底面积平分，这样足的内外两侧受力才均匀。否则，一侧会因受力过重而发生疼痛和其他问题。

因此买鞋时应注意的要点

★1、理想的鞋跟高度在2-4厘米之间，{zh0}不要超过6厘米。

★2、鞋跟与足底凹陷处的弧度必须合脚，踝骨与脚尖不应该碰触到鞋子。前脚要有一定摆动的余地、而后跟不能摆动。

★3、鞋的重量每增加1克，对足部造成的负担相当于在人的脊背上增加几十克的重量。因此，尽可能选择轻巧的鞋子。

★4、正确的鞋子应该从购买的那{yt}起就合脚。不要妄想多穿两天它就不磨脚了。在一次次痛苦的磨合过程中，你的脚会问题丛生，甚至会变得畸形难看，以至今后再也不能适应任何一双好鞋。

2.鞋底

鞋底存在的问题尤其多，鞋底的材料、厚度、弯度、防滑花纹以及软硬度等都与产品有直接关系，都与安全人机工程学知识有关。

在当前市场上可以购得的鞋底材料种类繁多，花样各异。鞋底或鞋子生产厂商必须确定其产品应达到何种性能，符合何种标准，且还须选择制作材料：橡胶（RU）、热塑性橡胶（TR）、聚氨酯（PU）或热塑性聚氨酯（TPU）。好的设计和性能，才能保证最终的产品有好的质量。

当然，鞋子和鞋子不能一概而论，对不同鞋子的要求，尤其是对鞋底 的要求，也不尽相同。对 鞋底的要求包括 鞋底的重量轻、摩损低、抓地力强，乃至皮革的稳定性、较大的使用温度范围、对化学物和油脂的抗性等等，这些都要符合安全人机工程学的基本要求。一般情况下，市场对鞋子的要求通常是以上所述要求中的数项的组合。各种鞋子都有重要而基本的共同特征，比如：行走起来的舒适度和对脚的保护性。具有讽刺意味的是，现今，鞋子的这些基本特征逐渐被流行时尚所取代，越来越多的购买者将流行时尚视为购买鞋子的最重要因素。

针对现状，材料的组合，如双层鞋底，成为{zh0}的、最方便的解决方案，通过使用具有抗性的外底来实现对脚的保护性，同时通过使用更柔软的中底来实现行走时的舒适度。

鞋底花纹几乎是平整的或者是细小而且潜的密集型花纹，有的有细小的排水通道。

优点：鞋底薄，弯曲容易利于行走的脚步弯曲。花纹密集或几乎为平板和麻点状，鞋底与地面接触面积非常大，鞋底橡胶柔软，所以拥有很好的防滑性能，尤其体现在平滑的石质地面，适合城市瓷砖，柏油马路和修砌好的台阶等较为平整的路面。

缺点：耐磨程度不够，鞋底较薄，支撑性能较差

我们往往会发现，由于走的路多了，鞋底的防滑花纹被磨损殆尽，变的滑或是进水。鞋底的花纹不仅要有防滑功能也要同时具备放磨损的作用。这样会更加符合安全人机工程学的要求，防止人意外跌倒及发生其他不测。

鞋底要有适当的厚度和软硬度，如果过软，鞋底不能支撑脚掌，易使人产生疲劳感。其实，鞋的舒适感除了来自合适的软硬度外，还取决于的鞋底的弯折部位，很多童鞋的弯折部位在鞋的中部，即脚的腰窝处，这样容易伤害人比较娇弱的足弓。科学的弯折部位应位于脚前掌的跖趾关节处，这样才与行走时脚的弯折部位相符

3.鞋帮及鞋面：

脚后跟要有一定的支撑能力，由于人的骨骼、关节、韧带的影响，平衡及稳定能力的不同，鞋后帮如果太柔软，脚在鞋中得不到相应的支撑，会使脚左右摇摆，容易引起踝关节及韧带的损伤，还可能养成不良的走路姿势。

鞋面不能太软，如果鞋面（尤其是头部）太软，会难以抵抗硬物对脚趾的冲撞，加上我们可能会有走路有用脚踢东西玩的习惯，过软的鞋面既不结实，又不安全，就容易挫伤脚趾。

然而市场上的鞋有相当一部份只追求款式及色彩的明亮却忽视了一些基本的安全设计基础及安全的相应要求。

4. 鞋带

顾名思义是一根带子。但这不是一种普通的带子，它是用来绑住两边布的中间连接物，松紧可以调节。在上运用广泛。

鞋带的长度是关乎人机的问题，有时你会发现把鞋带xx穿了之后，发现留下的鞋带很短了，根本系不起来，只好留下一双鞋孔不穿带，那样影响鞋形。或是鞋带很长，走路时容易把人绊倒，等等都需要人机安全学的知识来解决。

5，鞋垫

现在鞋垫的功能已提升至辅助鞋子功能的一个组件，它的设计与人机工程的理论知识及要求密切相关。按照人机工程学的需要，它有以下功能来实现安全的要求：

1．防止脚掌在鞋内滑动

　　鞋内的鞋床是平的，但你的脚掌却不是，因此在步行时脚掌便会在鞋内滑动，便步行时每一步都要多费一点气力，长途步行更容易增加各种创伤。使用立体形的鞋垫可以填了脚掌与鞋床间的空位，减低脚掌在鞋内之滑动。

　　2．提高承托，提高步伐的稳定

加有后跟承托杯的鞋垫可以减低步行时后跟着地时之摆动，从而减低疲劳及减低创伤的机会。

　　3．吸震

　　吸震鞋垫有两种，一种是运用硬式的杯形后跟托，因为人类后跟的肥厚肌肉就是一个xx的吸震机能，只要配合一个合适弧度的硬胶托，便可以发挥出良好的吸震功能，适用于一些步伐稳定而持久的活动，如剑击、劲步、远足等。而另一类是援助其它软性材料，如Gel、气垫来吸收足跟着地时的冲击力，适用于跑步、蓝球等高跑跳动作。

　　4．矫正步行及站立姿势

听起来似乎十分神奇，但这正是矫形鞋垫所能发挥的功能，有不少人因天生及其它因素，在站立时脊椎与腿骨并不能百分百垂直，或是在步行时步履左摇右摆，长期之下引起各种骨胳及关节的创伤，借助矫形鞋垫可以纠正步行及站立时之姿势，从而减低创伤。

以上就生活中的一个小例子运用我们说学的人机工程学的理论与知识详细阐述了它的作用与不足，进一步理解加深了安全人机工程学的内容。

一件设计优良的产品，必然是人、环境、经济、技术、文化等因素巧妙融合、平衡的产物，要遵循人机系统的安全理论与要求。我们所说的人机系统的安全，一般以下列要素作为研究基础：

1．人的要素。主要考虑人的心理智和生理特点，防止人的“意识中断”或“意识迂回”（走神）时产生的危险。

2．机的要素。主要考虑安全预防措施，防止人在能力不足时引起的事故。

3．环境要素。主要考虑环境要适合于人的要求，不危害人体健康。

4．作业因素。主要从作业方法、作业负荷、作业姿势、作业范围等方面考虑到人能否胜任，能否减轻劳动强度，能否减轻疲劳，对人有否危害等。

人机工程学因素往往是企业提高其竞争力的手法之一。若说“人性化产品”是与“人”合为一体的产品设计，“人机工程因素”则是设计工业产品时的人机界面所必须考虑的因素。在现今产品和质量逐步提高，且消费者对商品品质要求越来越高的情况下，各产品制造商们无不力求突破，希望能出奇制胜，打动消费者的心。拿当今世界上提出的“健康”人机工程学的新要求为例，即是用某些考虑人机因素的辅助性产品，如：电动腰靠、紫外线阻隔(UV、CUT)等来提高产品人性化的层次，籍此创造其他品牌无法模仿的优势，而赢得消费者青睬的。

总的来说，安全人机工程学是从适合人的角度和着眼点例重于研究人机结合面。对上述综合体建立合理的方案，更好地在人机之间合理地分配功能、使人和机有机结合，有效地发挥人的作用、{zd0}限度地为人提供安全卫生和舒适的环境，达到保障人的健康、舒适、愉快地活动的日的，同时提高活动效率是安全人机工程学学科的最终研究目的。