《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计

第五章人体工程学与产品设计第五章1第一节人体工程学在手握式工具设计中的运用手握式工具是人类双手的延伸，设计合理的手握式工具，可以提升工作效率，同时减少操作的疲劳感。但同样的，不符合人体结构的工具，长期操作反而会适得其反。因此，在设计手握式工具时，要充分了解手部尺寸及手部进行抓握的各种角度，以设计出更适合人手操作的手握式工具。手握式工具包括很多种类型，主要可以分为指握式工具和掌握式工具。指握式工具主要包括书写笔、镊子、筷子、按钮等。掌握式工具主要包括剪刀、锤子、钻头、钳子、刀具，以及各种把手等。一、手部结构介绍人类的手非常勤劳，在人的一生中，除了睡觉以外，双手几乎从不休息，手指屈伸至少3500万次，连躺在小床上的婴儿也不时弯曲和摆弄着手指。奇怪的是，在持续活动后手很少感到疲劳，不像腰、腿、肩、臂那样常常疲乏发酸。手是人体中最为灵活、使用最多的器官之一。人体通过骨骼、关节、肌肉和神经的共同作用，完成大脑做出的指令。而手的结构非常精细，一只手就有8块腕骨、5根掌骨、14根指骨、59条肌肉和发达的神经、血管、韧带等，因此手部的灵活性是身体其他部位所不能比拟的，这样手部才可以做出许多精细动作。（图5-1）第一节人体工程学在手握式工具设计中的运用手握式工具是人2人们常用拇指和食指一起拿捏其他东西，用中指勾其他东西，用小拇指掏耳朵等。手指的分工可谓既是职责不同，又是有机地配合，并且它们在各尽所能、协调一致地工作着。在手掌上手指呈辐射状排列，其中大拇指短而粗，是功能最强、力量最大、稳健性最好的，但相对而言，其灵活性又较食指和中指差。图5-1手及手部动作人们常用拇指和食指一起拿捏其他东西，用中指勾其他东西，用小拇3除了大拇指外，人们用得最多的就是食指了，它不但力量大，而且有很好的协调能力，具有大的灵敏性和技巧功能。和食指相比，中指的功能相对要弱很多，但是中指最长，勾力最大。小拇指的作用更多是协调另外的4个手指。在手部作业中，要达到随心所欲、运用自如，要求手指具备高度灵敏性、调节能力，以及各手指之间的协调、配合能力。手指是人体感觉最灵敏的一个部位。指端上有千万个神经细胞，能对接触到的物体进行分辨，无论是冷热软硬，还是大小和形状，手指往往一触即知。中医诊断病情的主要方法就是用手指摸触病人的脉搏，以此作为诊断的一个依据。手和脑的关系十分密切。在大脑中，负责和指挥手的区域，要比负责和指挥脚及其他器官的区域大得多。苏联著名的教育家苏霍姆林斯基说过，“儿童的智慧在他的手指上”，因此，他主张通过培养动手能力来促进智力发展。用双手交替使用工具可以减轻局部肌肉疲劳，但在实际操作时往往被忽视，因为人们使用工具时都有用手习惯。在动物身上，无论是低等的动物还是灵长类动物，使用左前肢和右前肢的概率基本上是相等的，但是也有例外，如北极熊就是出了名的左撇子。有着灵巧双手的人类，左手与右手的使用概率也不相同，大部分人习惯于用右手，习惯使用左手的人仅占世界人口的6%～12%。基于此，几乎所有的工具都是有利于右利者。从喷雾器到遥控器，从茶匙到鼠标等，这些工具都只方便右利者。（图5-2）除了大拇指外，人们用得最多的就是食指了，它不但力量大，而且有4图5-2适于右利者的工具图5-2适于右利者的工具5研究显示，左利者在工伤中死亡的人数明显高于右利者。因此，有关组织呼吁工具设计部门在设计工具时，既要考虑右利者的需要，又要考虑左利者的需要，甚至可以为左利者设计专用工具。二、手握式工具设计原理在人的日常生活中，手是使用工具进行一系列社会活动的最主要载体。因此，产品设计的缺陷或者手柄的人机尺寸不合适，就会对手部造成伤害。手部的组织构成相当复杂，按骨骼可以分为腕骨、掌骨和指骨三部分，骨骼之间由关节连接，肌肉在骨骼之上，随着各关节之间的转动，手部的姿态也在发生相应的变化。手部的主要运动状态有三种：旋转、伸缩和抓握。而手的抓握姿势一般又分为完全抓握和不完全抓握，手完全或大部分抓住物体称为完全抓握，其他的抓握姿势都属于不完全抓握。抓握工具的动作又可以分为着力抓握和精确抓握，着力抓握一般手指和手掌同时用力，而精确抓握一般只有手指用力。手握式工具的一般设计原则如下：必须有效地实现预定的功能；与操作者本身成适当比例，使操作者拥有最大的使用效率；作业之后不会引起过度疲劳。研究显示，左利者在工伤中死亡的人数明显高于右利者。因此，有关6良好的手握式工具能避免静肌负荷，保证手臂自然下垂；能保持手腕处于顺直的状态；能避免掌部组织受压力；还能避免手指进行重复动作。手握式工具一般都设有把手或手柄来方便人们抓握。经过调查测量，把手的设计参数一般如下：直径，在着力抓握状态下为30～40mm，在精确抓握状态下为8～16mm；长度为100～125mm；弯角10°左右，形状有圆角为最佳。在这种参数状态下，人们使用抓握工具是最舒适的状态。如果工具设计不合理，会对手掌造成很大的压力，影响血液循环，引起局部缺血，造成手部麻木、刺痛。同时，手柄或把手的着力方向不能始终集中于掌心，因为掌心长期受到重物压迫或是把手一直勒手会引起局部痉挛或疲劳感，所以手柄的形状应避免紧贴手部，特别是掌心部分，以减少与手部的摩擦和对手部的压迫。调查发现，起伏不平的圆角式手柄的抓握舒适度最好，这种形状的设计比较适用于公交车扶手等需要长时间抓握的对象。一般手握式工具的设计都遵循杠杆原理。杠杆原理又称为杠杆平衡条件，即要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力（动力、阻力）的大小与它们的力臂成反比。即动力×动力臂=阻力×阻力臂，代数式表示如下:良好的手握式工具能避免静肌负荷，保证手臂自然下垂；能保持手腕7式中，F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。从上式可看出，欲使杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。手握式工具一定要根据手部结构的尺寸及可活动角度范围进行相应的设计，力求手部的灵活性得到充分发挥，使工具更加方便人们的生活。手掌的活动范围幅度为上展32°～60°，下展73°～110°，内展55°～75°，外展15°；正常成年人的手部结构尺寸长度为160～225mm；五指伸展开长度为70～115mm。三、常用手握式工具设计实例日常生活中比较常用的手握式工具有梳子、剪刀、锤子、笔、刀具等。1.梳子梳子是人们日常生活中的必需品，好的设计可以更好地服务用户。有手柄的梳子更符合人体工程学原理，结合使用过程，通过创意创新可以将梳子开发出很多新的造型。例如，长发梳理时会掉落，这些掉落的头发通常卡在梳齿之间，清理起来非常麻烦，而易清理梳子只需轻轻拔起梳子后面的把手就能将齿面朝后拉，这样头发没有可附着的地方，就会自然而然地掉落，省了很多麻烦。（图5-3）式中，F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力82.剪刀剪刀是切割布、纸、钢板、绳、钢丝等片状或线状物体的双刃工具。剪刀虽貌不惊人，却用途广泛。早在古埃及人们就开始使用剪刀，剪刀现今已成为人们日常生产生活不可缺少的工具。图5-3易清理梳子2.剪刀图5-3易清理梳子9意大利设计师AlessandroStabile为钢笔品牌Lama设计的不锈钢剪刀将金属条扭转，赋予剪刀醒目的结构，它由两个相同的部分组成，通过一个销钉连接，同时也给予用户舒适的抓握体验。（图5-4）图5-4剪刀意大利设计师AlessandroStabile为钢笔品10一些情况下，剪刀要比切刀更方便。如将菜板巧妙地安装到剪刀刃上，可安全快速地切水果、肉类、蔬菜等，这样的厨房剪刀比菜刀或水果刀更容易控制频率和厚薄。（图5-5）图5-5厨房剪刀一些情况下，剪刀要比切刀更方便。如将菜板巧妙地安装到剪刀刃上113.锤子锤子是主要的击打工具，由锤头和锤柄组成。锤子按照功能分为除锈锤、奶头锤、机械锤、羊角锤、检验锤、扁尾检验锤、八角锤、德式八角锤、起钉锤等。每一种锤子都代表着一种手艺和劳动方式，它们是历代能工巧匠劳动的工具。FlexClawHammer锤子有一个灵活的撬头，拥有四种不同的工作位，在复杂的环境中使工作效率大增，轻松解决角度或位置限制不便施锤的问题；此外，锤子另一端还有专门的磁性钉子孔，在钉钉子时方便许多。（图5-6）3.锤子12图5-6FlexClawHammer锤子图5-6FlexClawHammer锤子13核桃锤子带一个胶皮小口袋，把核桃放进去后套在锤头上轻轻敲打，无噪声、零残渣，这样敲核桃仿佛也变成一件有禅意的事情了。（图5-7）图5-7核桃锤子核桃锤子带一个胶皮小口袋，把核桃放进去后套在锤头上轻轻敲打，144.笔笔，是人类的一项伟大发明，是供书写或绘画用的工具，多通过笔尖将带有颜色的固体或液体（墨水）附在纸上或其他固体表面，以绘制文字、符号或图画，与墨、纸、砚并称“文房四宝”。中国古代使用的是毛笔；古希腊、古罗马曾在木板面上涂蜡，然后用铁棒在蜡面上画写；古代埃及和波斯曾将芦苇秆削尖当笔使用。从中世纪开始，欧美开始使用芦苇笔或鹅毛笔。随着社会的发展，笔的种类也越来越多，有铅笔、毛笔、钢笔、便签笔、荧光笔、圆珠笔、勾线笔、蜡笔、水笔等。Jellyfish圆珠笔采用了一种很特别的结构来实现笔尖的伸出与缩回：在手指握笔的地方是一个凹槽，笔芯刚好在这个凹槽的位置拱起，当写字时手指会自然地压住拱起位置，导致笔芯变直、前伸，从而伸出笔尖；不需要写字时，手指松开，笔芯恢复拱起，自然就会缩短，让笔尖缩回。（图5-8）图5-8Jellyfish圆珠笔4.笔图5-8Jellyfish圆珠笔155.刀具刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28—前20世纪就已出现黄铜锥和紫铜锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期（公元前3世纪），人们掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具，当时的钻头和锯与现代的扁钻和锯已有相似之处。工业用刀具的快速发展是在18世纪后期伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。麻花钻有关的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用切削速度约为5m/min。1868年英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢，1898年美国的泰勒和怀特发明高速钢，1923年德国的施勒特尔发明硬质合金，得以用于制造刀具。按工件加工表面的形式，工业用刀具可分为以下五类：（1）加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等。（2）孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等。（3）螺纹加工刀具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等。（4）齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮拉刀等。5.刀具16（5）切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等。此外，还有组合刀具。日用刀具的把手是人体在使用刀具的过程中所抓握的部位，无论刀具大小或功能，刀柄设计必须严格遵循人体工程学的原则。刀柄应设计出四处连接着的周长不等的弧形断面，使人在抓握时手的各个部位都与刀柄紧密地贴合在一起，这样不仅不易产生疲劳，而且不易使刀打滑以至脱落或伤到手指。如可清洁放置的餐刀对刀柄加以特殊设计，使其能够支撑前端的重量从而避免沾到桌面，它使用钛合金制作，因此重量并无太大变化，柄的样式设计也很人性化，握持手感舒适。（图5-9）图5-9可清洁放置的餐刀（5）切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣17经典案例定时提醒发光图钉定时提醒发光图钉韩国设计师KimSungMin便签纸ToDoList为了解决这种大多数有写便签习惯的朋友都会遇到的难题，来自韩国的设计师KimSungMin特意研发了一款拥有自动发光提醒功能的大头针“It'stimetoreadme”。别看它一副身材小巧、相貌普通的样子，这款将照明设备、定时器，以及图钉融为一体的大头针，其实已赢得了红点奖最佳设计荣誉。使用者只需将大头针与便签固定好在显眼的位置，然后转动顶部银色的定时器，按刻度设定好时间，大头针就会在预设时间到达之际自动点亮，从而吸引到你的注意，完成提醒任务。操作简易又实用，真的非常适合广大健忘一族哦！经典案例定时提醒发光图钉定时提醒18《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计19婴儿睡床一张舒适的婴儿床能够给baby带来足够的成长空间，儿童玩具设计师LanaAgiyan受一张婴儿舒适依偎在肥皂泡上的图片启发，设计出这款气泡婴儿床，它的外形就像经典动画片《外星BB撞地球》婴儿坐着的那个宇宙飞船，独特的设计，众多颜色选择，看来会是家长不错的选择。婴儿睡床一张舒适的婴儿床能够给baby带来足够的成长空20skinners游乐场【skinners儿童活动中心】位于墨尔本的skinners游乐场，由PHOOEY设计，建筑共分两层，利用四个废旧的集装箱交错叠加，创造出不同功用的空间，可用来进行学习，绘画，舞蹈等活动。选用的COR-TEN钢材很好地解决了“腐蚀和生锈”问题。墨尔本夏天的日间气温最高可以达到四十度以上，集装箱内的温度会随之升高，设计师们在货柜内选用木制的框架，墙及天花板，在木材与钢材间用一个反射箔隔绝开。此外，开通风口也是用来降低室内温度的有效措施。2007年，这个独特的儿童活动中心获得了“建筑回顾奖”（又称“世界青年建筑师奖”）的荣誉奖的选择。skinners游乐场【skinners儿童活动中心】21【skinners儿童活动中心】位于墨尔本的skinners游乐场，由PHOOEY设计，建筑共分两层，利用四个废旧的集装箱交错叠加，创造出不同功用的空间。【skinners儿童活动中心】位于墨尔本的skinners22第二节人体工程学在可穿戴产品设计中的运用如今，互联网可穿戴产品已经开始进入千家万户，这是信息时代发展的必然，极大地改变人们的生活方式，而整个互联网市场也将向移动端倾斜。可穿戴设备即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件上的一种便携式设备，它不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持及数据交互、云端交互来实现强大的功能。可穿戴设备将会给人们的生活、感知方式带来很大的转变，具有很大的发展潜力，将给消费者带来更多的产品体验。（图5-10）一、界面交互设计界面作为可穿戴设备与用户沟通的直接桥梁，在产品设计中扮演着重要的角色，同时根据可穿戴产品的不同形态特征，还有其特殊性。图5-10可穿戴设备第二节人体工程学在可穿戴产品设计中的运用如今，互联网可23目前对手机这类产品的界面设计基本已定型，但是对于可穿戴产品的界面设计还需要探索。可穿戴设备基本采取三种界面类型：一是产品本身的界面；二是产品与移动端结合，如手机中的APP界面；三是投射于3D空间或者物体表面形成的虚拟界面。对于健康监控类可穿戴设备，界面设计尤为重要。它需要将监测所得的各种数据经过分析、整合后，有效地传递给用户，故在设计中要综合考虑风格、情感、图标样式、版式等要素，还应考虑用户的使用习惯和喜好，避免过度复杂。如一款用于监测鼾症的手表类可穿戴设备，它可同时测量血氧饱和度和脉率，并且具有脉率波形图、柱形图显示功能。显示界面是一块不小的屏幕，可以显示蓝色、绿色的数字和波形，能非常直观地让用户看到检测数据，并且界面中只显示用户想知道的信息，设计目的非常明确。（图5-11）图5-11手表类可穿戴设备一款手环类可穿戴设备，采用虚拟投射技术在物体表面形成界面。整个界面利用不同的灰度区别功能区域，加入非常少的颜色，给用户以舒适的视觉感受。线状图标的运用既简化了用户界面，又节省了空间。（图5-12）目前对手机这类产品的界面设计基本已定型，但是对于可穿戴产品的24OmniTouch系统来自微软研究中心与卡内基梅隆大学著名的人机交互学院，这种多重触控互动技术能将任何表面变成触控屏幕，这将改变过去只能在有限屏幕内操作的经验。OmniTouch系统的概念类似微软专为Xbox360所设计的Kinect体感摇控器，主要有3项组件，包括可感应特定范围内对象的深度相机、微型激光投影机，以及可供感应与投影的各种表面。通过OmniTouch系统，人们可在手掌上输入电话号码、在墙壁上阅读邮件等。（图5-13）图5-12手环类可穿戴设备图5-13OmniTouch系统界面OmniTouch系统来自微软研究中心与卡内基梅隆大学著名25二、形态设计随着科技的发展，功能已经不完全是产品的最终目标，产品的形态作为总是首先被用户体验到的方面，成为用户是否喜欢产品的最大因素之一。作为可穿戴设备，在形态上要达到便携、安全、佩戴舒适、材质环保等要求。手环类可穿戴设备以其种类繁多、造型各异的形态方面的优点成为目前市场的最大赢家。在功能几乎相同的情况下，形态的好坏成为影响产品销售量的最大因素之一。菲尔德养生手环设计有五种色彩，基本满足一般人的需求。在造型方面，弧度设计打破了传统的圆形造型，新颖独特，丰富了设计感。手环隐藏了开口设置，使产品的整体性更加突出。按钮稍凸出于手环表面，减少了误操作的概率。表面的白色圆点在满足功能需要的同时起到了很好的装饰作用。（图5-14）图5-14菲尔德养生手环二、形态设计图5-14菲尔德养生手环26三、穿戴方式设计可穿戴设备应符合人体工程学和人体运动规律。可穿戴设备可以作为一个独立物件，也可以融入衣服等载体中。如血压测量仪可以植入衣袖中，而不必连接外设才能测量；如智能健康袜，在袜子中植入传感器，可以实时监测步数并监控是否疲惫、是否需要休息，甚至可以纠正错误的脚态；又如一个被植入芯片的项链，当它贴于胸口时便可检测心率等数据，判断心跳是否正常。表皮电子片附在人体表皮上，属于身着式可穿戴设备。它类似于人体彩绘，几乎没有存在感，佩戴体验极佳，而且具有很强的实用功能。它可以检测皮肤温度、脑电波和心率，并以无线电波的方式将数据发送到监控端。可以将它贴附在孕妇的肚皮上，检测胎儿的各项数据，为孕妇提供极大的便利，安全又可靠。（图5-15）图5-15表皮电子片三、穿戴方式设计表皮电子片附在人体表皮上，属于身着式可穿戴设27MIT媒体实验室研发的DuoSkin金属箔，穿在皮肤上可将皮肤变成触摸板，让穿戴者远程发送数据或通过NFC控制智能设备，甚至获取人体信息等。（图5-16）图5-16DuoSkin金属箔MIT媒体实验室研发的DuoSkin金属箔，穿在皮肤上28四、可穿戴设备负荷分布设计可穿戴设备按穿戴方式可分为头戴式（眼镜、头盔、头带等）、身着式（衣服、贴片等）、手戴式（手表、腕带等）和脚穿式（鞋、袜等）四类，此外还有书包、拐杖、配饰等形式。可穿戴设备的负荷分布情况可以通过判断用户不同身体部位所能接受长时间佩戴的极限重量来设计。头部的承重能力有限，其负荷可以参考眼镜的重量。因为眼镜重量是对眼镜有强需求者可以接受长时间佩戴的极限，故任何超过该重量的产品都很难让用户长时间使用。身着式可穿戴设备如衣服，其上几乎找不到任何质量集聚的情况，各部分质量分布都十分均匀，这样对身体的压强就降到最低。因此，衣服无疑是最优秀的可穿戴设备形式，它对身体任何部分的压强都很小，也最能贴身使用。其他装备形式像主躯干可以背的背包，手腕可以佩戴的腕带、手镯，手指可以佩戴的戒指，腰可以系的腰包等，其负荷按已经得到验证的成熟的身体负荷能力进行分配即可。首饰一般佩戴在身体的特定部位，规模有大有小，如项链、耳环等。项链的主要接触部位是颈肩，此为大躯干与颈部的连接处，由主躯干大肌肉群与颈部肌肉支撑，承受能力较强，足以承受较大的负荷。而耳环处于耳朵这种头部附着部位上，耳朵本身也没有任何肌肉支持，几乎无法承受较大的力，因此耳环都相当小而轻。四、可穿戴设备负荷分布设计29总结可穿戴设备负荷分配规律为：穿戴物重量与穿戴时间成反比。当穿戴物已经超过人体所能承受的最大负荷时，用户能接受的佩戴时间是不同的。以同样用来听歌的耳机与耳塞为例，同样是头戴式产品，耳塞比眼镜轻很多，而耳机却比眼镜重很多。假设听音乐与矫正近视一样都是强需求，从耳机与耳塞的使用情况可以看出，耳机无论如何设计，使用时间一般都不会长，用户很快就需要把它摘下来休息，而耳塞却可以长时间佩戴，直到用户不想听歌。因此，当穿戴物重量超过该部位最大负荷时，用户能接受的佩戴时间会随着重量增加而缩短。综合上述几点，可以看出一个合适的可穿戴产品应符合以下特征：（1）平均分布负重是最理想的穿戴方式。（2）身体不同部位对于产品体量的要求不同，取决于是否有足够的支撑能力。（3）如果超过该部位的支撑极限，即便有强需求的情况下，产品体量大小与穿戴时间成反比。（4）头部本身体量大，只靠颈部支撑，是一个极为敏感的部位，不太适合穿戴较重的东西。五、可穿戴产品设计实例下面介绍几个国外可穿戴产品的设计案例。总结可穿戴设备负荷分配规律为：穿戴物重量与穿戴时间成反比。当301.HealthyBackBagHealthyBackBag尺寸约为45cm×24cm×13cm，大体像一个缩小的球拍袋，采用斜挎设计，使物品重量均匀分布到整个后背，帮助人体保持良好的负重姿势，从而预防驼背或高低肩，减轻肩颈负担。整个包分为4个外部口袋和6个内部口袋，分区设置合理，适于外出旅行，多分区方便单独存放物品，防止在旅途奔波中物品混乱的情况发生；包的安全性也很高，封口拉链处紧贴背部，即使背在身后也可以放心不被盗；背包采用轻质聚酯纤维织物袋，手感非常柔软，贴合背部，触感舒适，并且表面带有特殊光泽，虽不适宜深染，但是素雅的颜色也给人以秀气优雅的感觉。（图5-17）图5-17HealthyBackBag2.SHIFT硅胶绑带抬腕看表这个非常简单的小动作，在运动过程中却不那么容易，尤其在长跑的过程中，不仅会转移当前注意力，还会给身体增加不必要的负重，影响运动表现，主要原因就是手表的位置与视线不是那么合拍。1.HealthyBackBag图5-17Heal31SHIFT硅胶绑带的联合创始人AndrewGreen和JamesGilmore是狂热的跑步达人和骑行爱好者，在跑步上下班的途中偶然发现翻腕看表这个“反人类”的小动作，于是通过两年的设计为表盘找到了最佳的视觉角度。这款SHIFT硅胶绑带将智能手表的主体绑在拇指和手腕之间的虎口部位，让手表处于最佳的可视位置，这样只要瞥一眼就能看到表盘，使交互过程更加自然和安全。手表的轻量化对于跑步者来说非常重要，谁也不想在漫漫长跑中担负一些额外的配重，因此SHIFT硅胶绑带在重量上比常用的表带要轻40%～50%。绑带的设计也尽量减少了与手腕的接触，相信戴惯了手表的人群会理解一款容易排汗的表带在运动过程中的重要作用。此外，SHIFT硅胶绑带还兼容多款智能手表，包括Apple、Pebble、Garmin、Suunto等品牌的产品，以及任何表带使用弹性连接栓的手表，佩戴起来比普通的表带更容易。（图5-18）图5-18SHIFT硅胶绑带SHIFT硅胶绑带的联合创始人AndrewGreen32测量3000名亚洲女性的耳朵发现耳甲腔横向尺寸最大为21mm，最小为15mm。基于对耳机人体工程学的深入研究而设计的伸缩耳机像一条金鱼，身体可以变长变短，鱼刺共有4个卡位，每一个卡位为2mm，总共可以伸缩8mm，这样就可以适应不同用户的耳甲腔，调节佩戴深度，使贴合更优，舒适性升级。（图5-19）图5-19伸缩耳机测量3000名亚洲女性的耳朵发现耳甲腔横向尺寸最大为334.BeoplayH9耳机BeoplayH9头戴式耳机机身采用优质的皮革进行包裹装饰，保留了主动降噪功能和无线蓝牙，采用包耳式设计，佩戴体验更加舒适，避免了佩戴久会出现的夹耳现象。在外观设计上，造型延续了H系列的设计风格，腔体外壳、伸缩关节、头梁采用金属材质，头梁部分使用皮革包裹装饰，耳罩表面采用柔软舒适的小羊皮，金属与皮革的组合彰显品质。伸缩关节采用铝质金属，表面加以阳极氧化处理，质感硬朗；伸缩没有标注刻度，有着一定的阻尼性。头梁采用弹性很强的不锈钢材质，并根据人的头部轮廓设计出最适合佩戴的头梁弧度，为耳机提供精准的夹力，即使长时间佩戴也不会累。头梁包裹材质的选择也有着不同讲究：内侧部分使用了海绵加织物，可以大大增强耳机佩戴的舒适度，外侧则采用了皮质光滑的部分，有着丰富的真皮质感，双重材质的使用在带来佩戴舒适的同时还保留了真皮的纹理和质感。耳罩表面的小羊皮材质亲肤性相当不错，触感舒适，让耳机可以更舒适、牢固地固定在两个耳朵处，而耳罩内部加入了专业级消噪海绵作为填充，即使没有开启主动降噪功能，也有着很好的降噪效果。（图5-20）图5-20BeoplayH9头戴式耳机4.BeoplayH9耳机头梁包裹材质的选择也有着不同345.baggizmo便携式背包baggizmo便携式背包内含各个角度的不同尺寸口袋，将现代城市的时尚美与不断发展的科技需求相结合，能够容纳几乎所有人们喜爱的小配置，做到真正触手可及。这款背包可直接背于用户胳膊下方，能够装下一部平板电脑、两个智能手机、钥匙、钱包、充电电池（用于充电）、一叠纸和书写工具。这款背包设计符合人体工程学，而且是多边形设计，即使在完全装满时看起来仍然非常平整，保持原有的形状。背包固定在一侧肩部，运用了各种创意元素，便于在各种日常活动中携带，如走路、静坐、站立、轻微拉伸等。做一些动作幅度大的运动时，如跑步、骑行、跳跃等，可以将皮带扣拉出扣在裤子裤带或后面的口袋上。背包内部的隔舱之间有条特别缝制的线绳通道，便于放置充电线和耳机线。装耳塞式耳机的口袋正好位于软垫肩带的上方，便于取用，而且可以有效避免耳机线混乱缠绕。背包用高品质材料制作而成，耐磨性好，透气性佳，还防水。（图5-21）5.baggizmo便携式背包35《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计36以上案例都是充分考虑了人体结构所做的设计，可见负荷均匀分布式结构更能为人体减负。为实现人体感觉舒适的产品负荷分布，可采用以下措施：（1）拆分产品结构，使之尽量多地分布于身体表面。（2）若产品不能拆分，则尽量使之固定在身体负重能力较强的部位，如肩膀。（3）对产品使用时间、佩戴部位进行配对，选择对应的极限重量。如果产品不要求长时间佩戴，那么其佩戴重量可以稍微重点儿。图5-21baggizmo便携式背包以上案例都是充分考虑了人体结构所做的设计，可见负荷均匀分布式37经典案例LolliSoft双层折叠床随着城市居住空间越来越拥挤，很多人不得不选择小户型，但空间小并不意味着舒适度要打折扣，只要肯动脑筋就可以将空间利用率提升。经典案例LolliSoft双层折叠床随着城市居38《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计39LolliSoft双层折叠床随着城市居住空间越来越拥挤，很多人不得不选择小户型，但空间小并不意味着舒适度要打折扣，只要肯动脑筋就可以将空间利用率提升。Resource家具公司推出的LolliSoftIN是一款双层折叠床，可将任意一面墙变成一张双层床。LolliSoftIN使用时固定在墙上，长216厘米，高220厘米，在折叠的情况下床的厚度只有31厘米。这款双层折叠床采用折叠设计，床的挡板、床头等部件都可以折叠起来存放，大大节省了空间。床展开之后可达103厘米，可以变成两张上下铺单人床。非常适合有多个孩子的小户型家庭使用。床的顶部还有一个储物柜子，进一步提高了空间利用率。除了LolliSoftIN之外，同属LolliSoft系列的另一款双层折叠床LolliSoftSD则整合了书架和电脑桌的功能。LolliSoft双层折叠床随着城市居住空间越来越拥挤，很多40倾斜聪明茶杯芬兰magisso倾斜聪明茶杯，由劳拉·本达诺思和维萨·亚思可设计，本品曾获得德国红点设计大奖。在网内放入茶叶，再倒入热水，把杯子向有滤网的一边倾斜放置，让茶叶在热水里浸泡一会儿。饮用时，将茶叶向另一边倾斜，茶叶和茶水分离，让您不费吹灰之力就能品上一杯好茶。另外，通过改变杯子倾斜的方向，来调整茶叶浸泡的时间，可以改变茶水的浓度。倾斜聪明茶杯芬兰magisso倾斜聪明茶杯，由劳拉41《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计42第三节人体工程学在家具设计中的运用家具是指人类维持正常生活、从事生产实践和开展社会活动必不可少的一类器具。家具也跟随时代的脚步不断发展创新，如今门类繁多，用料各异，品种齐全，用途不一。家具设计与人体工程学密不可分。（图5-22～图5-27）图5-22书架图5-23沙发第三节人体工程学在家具设计中的运用家具是指人类维持正43图5-24茶几图5-25椅子图5-24茶几图5-25椅子44图5-26休息区图5-27收纳桌图5-26休息区图5-27收纳桌45一、家具门类家具可分为人体系家具、半人体系家具和建筑物家具三类。1.人体系家具人体系家具指直接和人身体接触并以服务人体为目的家具，如床、沙发、连椅、安乐椅、躺椅、扶手椅等，可以拓展为为休息而设计的家具。人体工程学在这个环节主要考虑坐上去舒不舒服、符不符合需求，扶手的高度与宽度处理是否恰当等。（图5-28）一、家具门类46图5-28人体系家具图5-28人体系家具472.半人体系家具半人体系家具指间接与人体接触，实现用户工作或活动目的的家具，像桌子、服务台等那种既放置物品又在上面工作的家具，又称桌台系家具。如餐桌、会议桌、接待桌、折叠桌、服务台、化妆台、电视台、厨房台等。（图5-29）2.半人体系家具48图5-29半人体系家具图5-29半人体系家具493.建筑物家具建筑物家具指不与人体接触，用来陈设、摆放物品的家具，像柜架那种可以储藏物品和隔离空间的家具，又称储藏类家具。如衣柜、书架、箱、鞋柜、床头柜、碗柜、组合家具、壁橱系列等。（图5-30）3.建筑物家具50《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计51图5-30建筑物家具图5-30建筑物家具52二、家具设计原则家具设计过程中要充分考虑人、环境、家具三者的关系，在生活习惯中寻找答案，灵活处理。1.以人为本原则在家具设计中体现以人为本的设计原则，使家具设计始终围绕使用者的需求而展开，根据人体工程学、环境心理学、审美心理学等科学地了解人们的生理特点、行为心理和视觉感受等方面的特点，从而设计出充满人性的产品。家具设计的人性化设计主要指家具功能、尺寸、造型、材料和色彩的人性化等。对家具来说，核心是实用，应舍弃那些华而不实的功能，主要考虑实用性、易用性和人性化。2.安全可靠原则家具设计系统中的所有设备应将安全性放在首位，设计系统的安全性、可靠性必须予以高度重视。要求系统使用可靠的同时，还应符合家具设计有关的安全标准，并在正常使用条件下有效工作，保证家具设计系统正常安全使用，质量、性能良好，遵循安全第一的原则。3.标准性原则家具设计方案应依照设计的有关标准进行，确保设计的标准性，采用标准的人体工程学参数，保证不同家具的设计依照不同的标准，确保其符合部门的标准性。二、家具设计原则534.方便性原则在遵循人体工程学的同时，要考虑家具在居室空间摆放的位置，体现方便性。在设计家具时，应考虑到安装与维护的方便性，如储物柜取放物件应便捷有序等。在老人或者小孩的房间里放置家具时更应该充分考虑到方便性这一原则。家具设计系统还应具有充分的可靠性、先进性以及一定的灵活性，要能够充分满足新时代居室空间的需要。三、家具设计表现与尺寸依据1.触点表现触点是指人的肢体点的尺度和形态特征，以其正负形的吻合关系设计产品的触及面，如座椅面、靠背面等。如图5-31所示座凳，凳面设计运用与触点形体吻合的线形，另外再结合具有弹性的材质，触点的表现就显得更加恰如人意。4.方便性原则54图5-31座凳触点表现图5-31座凳触点表现552.尺度表现尺度一般表示物体的尺寸与尺码。当人的肌体与产品应用发生关系时，在产品尺度表现上要充分体现保障舒适需求。如台灯支杆的长度与桌面大小尺度，灯罩的高度、投射角度与桌面的可视面积，吧椅的高度等，都从尺度的表现上展现着满足需求的设计价值。（图5-32）图5-32吧椅尺度表现2.尺度表现图5-32吧椅尺度表现563.幅度表现人体幅度是指人的机体运动幅度和动作可变幅度，如人的五指运动幅度、胳膊以肘关节为基准所运动的幅度。家具的构成也具有一定幅度的运动和可变关系，这应根据人体幅度表现特征而设计，要把产品构成作为动态人体的依附，最大限度地适应人体幅度和表现人的活力。（图5-33）图5-33适应人体幅度的桌椅设计3.幅度表现图5-33适应人体幅度的桌椅设计574.各类家具设计的基本尺寸各类家具设计的基本尺寸见表5-1。表5-1 各类家具设计的基本尺寸 单位：cm衣橱深60～65，橱门宽40～65推拉门宽75～150，高190～240矮柜深35～45，柜门宽30～60电视柜深45～60，高60～70单人床单人床宽90、105、120，长180、186、200、210双人床宽135、150、180，长180、186、200、210圆床直径186、212.5、242.4（常用）室内门宽80～95，高190、200、210、220、240厕所、厨房门宽80、90，高190、200、210窗帘盒高12～18，深12（单层布）、16～18（双层布）单人式沙发长80～95，深85～90，坐垫高35～42，背高70～90双人式沙发长126～150，深80～904.各类家具设计的基本尺寸表5-1 各类家具设计的基本58表5-1 各类家具设计的基本尺寸单位：cm三人式沙发长175～196，深80～90四人式沙发长232～252，深80～90小型长茶几长60～75，宽45～60，高38～50（38最佳）中型长茶几长120～135，宽60～75，高38～50大型长茶几长150～180，宽60～80，高33～42（33最佳）圆形茶几直径75、90、105、120，高33～42方形茶几宽90、105、120、135、150，高33～42固定式书桌深45～70（60最佳），高75活动式书桌深65～80，高75～78，长最少90（150～180最佳），书桌下缘离地至少58餐桌一般高75～78，西式高68～72；方桌宽120、90、75；长桌宽80、90、105、120，长150、165、180、210、240；圆桌直径90、120、135、150、180书架深25～40（每一格），长60～120，下大上小型书架下方深35～45，高80～90表5-1 各类家具设计的基本尺寸59四、人体工程学在家具设计中的应用人体工程学在家具设计中的应用使设计更加合理，更适合于人的生理和心理，最大限度地增强使用者的舒适感、安全感、可靠性，提高休息或工作效率，达到人与生活环境的和谐。现代家具设计特别强调人体工程学，家具设计在保证使用功能的同时，更要具备舒适度。在设计家具时，设计师会将尺寸放在首要考虑范畴，先了解人体的各部分尺寸，再根据人体各部分尺寸的测量数据进行设计，这样设计出来的产品才能让人感觉舒适。1.人体尺度人体尺度是指人体及其运动所需要占用的空间大小，其中也包含为了完成各种活动所需的3D空间尺寸。因此，在设计时不仅要考虑站、坐、躺时的静态尺度，还要考虑在如开门、走动、取物等运动状态时的相关形体特征和占用空间尺度。家具设计中常用的人体尺寸如图5-34所示。四、人体工程学在家具设计中的应用60图5-34家具设计中常用的人体尺寸图5-34家具设计中常用的人体尺寸612.人体工程学在座椅设计中的应用以座椅设计为例，应用人体工程学知识如下：（1）座高。座高即座椅的高度，是座前沿中至地面的垂直距离。座高是影响坐姿舒适程度的主要因素之一，座高不合理会导致坐姿不正确，而且容易使人体腰部产生疲劳。座面过高，则两腿悬空碰不到地面，体压有一部分分散在大腿部分，使大腿血管受到压迫，妨碍血液循环；座面过低，则膝盖拱起，体压过于集中在坐骨上，时间久了会产生疼痛感。人体工程学研究表明，合理的座高应等于小腿加足高再加上25～30mm的鞋跟厚再减去10～20mm的活动余地，即椅子座高=小腿加足高+鞋跟厚－适当空间。（2）座面。人体的骨盆下面有两块坐骨结节，在坐姿状态下，当座面近似水平时，可使两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置而不受过分的压迫，人体会感到舒适。当座面呈斗形时，会使股骨向上转动，这种状态除了使股骨处于受压迫位置而承受载荷外，还造成髋部肌肉承受反常压迫，并使肘部和肩部受力，从而引起不舒适感。因此，座面的设计应该近似水平，避免斗形设计。（3）座面宽度。座面宽度是由人体臀部尺寸加适当的活动范围而定的。人体工程学椅的座面宽度要尽可能宽，因为必须适合于身材高大的人，其相对应的人体测量尺寸是臀宽。因此，座宽通常以女性臀宽尺寸为依据进行设计，座宽一般不小于380mm。2.人体工程学在座椅设计中的应用62（4）座面深度。座面深度是指椅子座面前沿至后沿的距离。在人体工程学椅设计过程中，座面不可过深，否则背部支撑点悬空，靠背失去作用，同时膝窝处会受到压迫，使小腿产生麻木感；座面也不可过浅，否则大腿前部悬空，重量全部压在小腿上，会很快产生疲劳。人体工程学研究表明，座深以略小于坐姿时大腿水平长度为宜，即座深=坐深－60mm（间隙）。一般靠背椅座深为340～420mm。（5）座面倾角。通常椅子座面稍向后倾，首先防止臀部逐渐滑出座面而造成坐姿稳定性差；其次使背部能有所支撑，减轻坐骨结节点处的压力，使整个上身重量由下肢承担的局面得到改善，减小疲劳度。人体工程学研究表明，工作用座椅座面倾角为0°～5°，推荐工作用座椅座面倾角为3°。（6）扶手。扶手的功能是减轻两臂负担，有助于上肢肌肉的休息，增加舒适感，在起身站立或变换姿势时也可以支撑身体和帮助身体稳定。扶手的高度应设计合理，过高或者过低都容易引起上臂的疲劳。设计时应依据坐姿肘高来确定椅子扶手的高度，一般扶手与座面的距离以200～250mm为宜，同时扶手前端略高，随着座面倾角和靠背斜度而倾斜。（4）座面深度。座面深度是指椅子座面前沿至后沿的距离。在人体63（7）腰靠。在第4～5腰椎的高度上，由人体脊柱腰椎部分构成的生理曲线即腰弧曲线，是与坐姿舒适性直接相关的曲线。正常的腰弧曲线是微微前凸的，人体工程学椅如果无腰靠或者腰靠不明显将会使正常的腰椎呈后凸形状，导致腰椎变形。但腰靠过分凸出也会使腰椎明显前凸，时间长了也会导致腰椎变形。腰椎后凸和过分前凸都是非正常状态，合理的腰靠应该使腰弧曲线处于正常的生理曲线，这样可以降低椎间盘压力，减轻肌肉负荷。因此，腰靠的设计成为人体工程学椅设计的必要组成部分。（8）肩靠。肩胛骨面积大，可承受较大压力，当人体长期处于坐姿工作时，肩部会感觉不适或酸痛，因此，人体工程学椅必须设计肩靠，让肩靠来分解肩部压力，缓解人体疲劳。肩靠在第5～6胸椎高度上，因为第5～6胸椎高度相当于肩胛骨的高度。（9）靠背倾角。靠背倾角是指靠背与座面之间的夹角。靠背倾角可以影响椎间盘压力和背部肌肉，靠背倾角增加能增强人体的舒适感，因为身体后仰时身体的负载移向背部的下半部和大腿部分。人体工程学研究表明，当座面与靠背夹角在110°以上时，倾斜的靠背支承着身体上部分的重量，从而减少椎间盘内压力，因此人体上身向后倾110°～120°为佳。（7）腰靠。在第4～5腰椎的高度上，由人体脊柱腰椎部64（10）坐垫。坐垫设计也是人体工程学椅设计的重要组成部分。根据人体工程学可知，人体坐骨粗壮，与周围肌肉相比能承受更大压力，而大腿底部有大量血管和神经系统，压力过大会影响血液循环和神经传导而感到不适，因此坐垫应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力降至最低。此外，坐垫的材料应透气而且不打滑，以增加座面的舒适感。（图5-35）图5-35人体工程学座椅（10）坐垫。坐垫设计也是人体工程学椅设计的重要组成部分。根65◎案例与实践一、手握式工具设计手握式工具设计充分体现全心为用户服务的理念，使产品最大限度地发挥其功能性，实现便于使用的目的，提高操作效率，满足使用需求。（图5-36）图5-36手握式工具设计◎案例与实践一、手握式工具设计图5-366二、可穿戴产品设计1.AliceBand盲人可穿戴设备AliceBand为微软开发的一款盲人可穿戴设备，旨在帮助城市盲人轻松辨识周围环境。（图5-37）2.AppleWatchNikePlus苹果推出了iWatch2与Nike深度合作版本——AppleWatchNikePlus。这款设备深度整合了NikePlus的运动属性和社交属性，其界面的显示信息和Siri功能也针对运动特性进行了优化。（图5-38）图5-37AliceBand盲人可穿戴设备图5-38AppleWatchNikePlus二、可穿戴产品设计图5-37AliceBand盲人可673.Weloop小黑手表Weloop小黑手表主打运动功能，拥有一块彩色MemoryLCD，专为户外运动设计，越是户外强光，屏幕越是清晰。功能性极佳：以滑动切换时间、天气、各种运动数据；接收各种手机提醒，抬手就可查看完整的微信消息、短信、新闻、来电提醒等；运动实时监测，准度媲美专业心率带，为运动提供精准的心率数据，针对不同的训练目的控制标准心率区间，提高每次跑步的训练效率；配置九轴动作感应器，对多种运动姿态进行识别和记录，尤其是跑步时的步态监测，并根据步频实时计算速度。（图5-39）图5-39Weloop小黑手表3.Weloop小黑手表图5-39Weloop小684.TapStrap可穿戴键盘TapStrap可穿戴键盘使用蓝牙设备控制，让用户可以在任何物体表面敲击，从而完成打字。用户只需要像戴手套一样戴上TapStrap，不管单手还是双手均可打字输入；嵌入其中的传感器会检测手和手指的运动，不同的手指敲击组合成不同的字符。它能提供“快速、精准、无须眼看”的打字体验，适用于iOS和安卓手机、Mac和Windows的台式机和智能电视。TapStrap可穿戴键盘有大、中、小三个型号，它通过microUSB进行充电，一次完整充电，支持4小时打字或者72小时待机。（图5-40）图5-40TapStrap可穿戴键盘4.TapStrap可穿戴键盘图5-40TapS695.Myo手臂控制环Myo手臂控制环能通过手臂的动作探测到肌肉神经变化，从而遥控配套的蓝牙设备进行工作。（图5-41）图5-41Myo手臂控制环5.Myo手臂控制环图5-41Myo手臂控制环706.SubPacM2可穿戴音响系统SubPacM2可穿戴音响系统，大小为43cm×30cm×4cm，重2.2kg，穿在身上就像背了一个包，通过触觉震动膜释放强大的沉浸式低音震动，但对于外界却可以保持绝对的安静，不会打扰到附近的人。其锂电池在充满电后可以支持用户6小时的连续音乐播放、游戏或者家庭影院，以及虚拟现实沉浸体验。（图5-42）图5-42SubPacM2可穿戴音响系统6.SubPacM2可穿戴音响系统图5-42Sub717.高科技眼镜高科技眼镜普通的外表下隐藏着强大的功能。由蓝牙和配套手机、平板、电脑应用程序相连，通过设定隐藏在镜框内侧只有佩戴者才能看到的LED显示的影像，来提醒佩戴者收到电话、信息等；镜框边内置的两颗按钮可作为遥控器使用，轻轻按压就能切换幻灯片、歌曲等，简单而隐蔽；眼镜如果离开了限定范围，手机应用还会通过雷达定位其位置。（图5-43）图5-43高科技眼镜7.高科技眼镜图5-43高科技眼镜728.儿童呼吸道疾病监控设备笔者指导的学生李智娟的作品——儿童呼吸道疾病监控设备，工作原理与听诊器类似，产品设计简约大方、简单易懂，通过蓝牙与通信设备相连接，及时有效地报警儿童呼吸问题。（图5-44）图5-44儿童呼吸道疾病监控设备8.儿童呼吸道疾病监控设备图5-44儿童呼吸道疾病监控73三、家具设计1.Bookchair系列日本建筑师苏藤本为意大利品牌Alias设计了Bookchair系列家具，该系列设计采用嵌入式元素。不使用时，椅子嵌入货架，不占任何空间；使用时，椅子位于离书架最近的位置，方便拿取。（图5-45）图5-45Bookchair系列三、家具设计图5-45Bookchair系列742.涟漪茶几涟漪茶几设计理念源于涟漪。设计师给普通的黑色抛光茶几附加了一层2mm厚的水面层，并在水面层上覆盖一层超薄陶瓷隔层，以保证茶几上的餐具不会被弄湿。正是因为这一层水，当餐具放置在茶几上或是被移动时，茶几的水面便会泛起漂亮的涟漪。（图5-46）图5-46涟漪茶几2.涟漪茶几图5-46涟漪茶几753.YIFU系列汉服沙发中国丰富的历史和文化对于国外设计师有很深的吸引力，无论是自然风景、建筑景观、文物古迹或生活方式都给予设计师无尽的设计灵感。荷兰设计师HennyvanNistelrooy的作品YIFU系列汉服沙发，灵感来自传统汉服。他用现代的设计形式去表现汉服的独特造型特征，细节处理在保留汉服设计原味的基础上带给人们不一样的视觉和触觉体验。（图5-47）图5-47YIFU系列汉服沙发3.YIFU系列汉服沙发图5-47YIFU系列汉服764.tent椅英国设计师BenjaminHubert为意大利家具品牌moroso专门设计的tent椅，采用了独特的数位针织技术，可以在一次性的产品制作过程中大大提高生产效率。帐篷似的外形由采用了高性能缆绳制作而成的导索纤维拉紧而成。由无缝针织技术一次性成型的3D结构让tent椅成为一件如今最为先进的室内产品。其轻盈的结构可以完美贴合用户身形，宽阔的空间提供了更加舒适的有力支撑。（图5-48）图5-48tent椅4.tent椅图5-48tent椅775.球椅芬兰家具设计师阿尼奥设计的球椅外观形似地球仪，直径大约1m，球被斜切，里面是适当硬度的缓冲垫。这款椅子能有效阻挡70%的周围噪声，坐在里面看书、听音乐很是惬意。（图5-49）6.HybridChairHybridChair是一款可以随意改变高度的椅子，它拥有三个支脚，椅面高低可调，正常高度可以作为工作椅使用，降低高度就变成休闲椅，可根据需要自由调节，非常方便。（图5-50）图5-49球椅图5-50HybridChair5.球椅图5-49球椅图5-50HybridCh787.帕米奥椅帕米奥椅是芬兰设计师阿尔托为他早期的成名建筑作品帕米奥疗养院设计的，是他第一件重要的家具设计。这款椅子简洁、轻便而又充满雕塑美感，使用的材料全部是阿尔托耗费三年多研制出的层压胶合板，在充分考虑功能、方便使用的前提下，其整体造型非常优美。其成为明显特征的圆弧形转折并非出于装饰，而完全是结构和使用功能的需要，靠背上部的三条开口也不是装饰，而是为使用者提供通气口，因为此处是人体与家具最直接接触的部位。（图5-51）图5-51帕米奥椅7.帕米奥椅图5-51帕米奥椅798.RAR摇椅美国知名设计师CharlesEames和RayEames于1950年发布RAR摇椅，这一系列塑料单椅成功地结合了人体工程学与材质运用，成为全世界首款被大量制造的塑料椅子。（图5-52）9.靠背可调椅子在舒适且安静的图书馆、咖啡厅，人们都会放松地斜倚在座椅背上，或聊天或看小说来打发时间。靠背可调的这款木质座椅的坐垫与靠背被两侧扶手架空，当向后倾斜时，坐垫会相应向前移动，靠背会有一定角度的向后倾斜，这样就可以舒服地躺下去。（图5-53）图5-52RAR摇椅图5-53靠背可调椅子8.RAR摇椅图5-52RAR摇椅图5-53靠8010.模块化家具设计笔者指导的学生作品——模块化家具，灵感来自在当前都市空间中，大部分人的生活空间较为有限，而模块化家具可以在有限的使用空间中发挥出无限的创意，同时能提供更多的使用功能。设计中以若干等尺寸的木板为单位，灵活拼接出不同的家具组合形式。如用三块木板拼出稳定的等边三角形模块，还可以将若干等边三角形模块堆叠重组，构建出结构更多样化的模块。在各三角形模块的承重点可以拧上锁扣，以增强家具的承重能力。模块化家具充分体现了人与家具的互动性，并使人的主观能动性得以充分发挥。（图5-54）10.模块化家具设计81图5-54模块化家具设计图5-54模块化家具设计82此外，任成元的一些设计作品如下，供读者参考。（图5-55、图5-56）此外，任成元的一些设计作品如下，供读者参考。（图5-55、83《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计84图5-56屏风设计图5-56屏风设计85经典案例经典案例86《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计87《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计88《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计89第五章人体工程学与产品设计第五章90第一节人体工程学在手握式工具设计中的运用手握式工具是人类双手的延伸，设计合理的手握式工具，可以提升工作效率，同时减少操作的疲劳感。但同样的，不符合人体结构的工具，长期操作反而会适得其反。因此，在设计手握式工具时，要充分了解手部尺寸及手部进行抓握的各种角度，以设计出更适合人手操作的手握式工具。手握式工具包括很多种类型，主要可以分为指握式工具和掌握式工具。指握式工具主要包括书写笔、镊子、筷子、按钮等。掌握式工具主要包括剪刀、锤子、钻头、钳子、刀具，以及各种把手等。一、手部结构介绍人类的手非常勤劳，在人的一生中，除了睡觉以外，双手几乎从不休息，手指屈伸至少3500万次，连躺在小床上的婴儿也不时弯曲和摆弄着手指。奇怪的是，在持续活动后手很少感到疲劳，不像腰、腿、肩、臂那样常常疲乏发酸。手是人体中最为灵活、使用最多的器官之一。人体通过骨骼、关节、肌肉和神经的共同作用，完成大脑做出的指令。而手的结构非常精细，一只手就有8块腕骨、5根掌骨、14根指骨、59条肌肉和发达的神经、血管、韧带等，因此手部的灵活性是身体其他部位所不能比拟的，这样手部才可以做出许多精细动作。（图5-1）第一节人体工程学在手握式工具设计中的运用手握式工具是人91人们常用拇指和食指一起拿捏其他东西，用中指勾其他东西，用小拇指掏耳朵等。手指的分工可谓既是职责不同，又是有机地配合，并且它们在各尽所能、协调一致地工作着。在手掌上手指呈辐射状排列，其中大拇指短而粗，是功能最强、力量最大、稳健性最好的，但相对而言，其灵活性又较食指和中指差。图5-1手及手部动作人们常用拇指和食指一起拿捏其他东西，用中指勾其他东西，用小拇92除了大拇指外，人们用得最多的就是食指了，它不但力量大，而且有很好的协调能力，具有大的灵敏性和技巧功能。和食指相比，中指的功能相对要弱很多，但是中指最长，勾力最大。小拇指的作用更多是协调另外的4个手指。在手部作业中，要达到随心所欲、运用自如，要求手指具备高度灵敏性、调节能力，以及各手指之间的协调、配合能力。手指是人体感觉最灵敏的一个部位。指端上有千万个神经细胞，能对接触到的物体进行分辨，无论是冷热软硬，还是大小和形状，手指往往一触即知。中医诊断病情的主要方法就是用手指摸触病人的脉搏，以此作为诊断的一个依据。手和脑的关系十分密切。在大脑中，负责和指挥手的区域，要比负责和指挥脚及其他器官的区域大得多。苏联著名的教育家苏霍姆林斯基说过，“儿童的智慧在他的手指上”，因此，他主张通过培养动手能力来促进智力发展。用双手交替使用工具可以减轻局部肌肉疲劳，但在实际操作时往往被忽视，因为人们使用工具时都有用手习惯。在动物身上，无论是低等的动物还是灵长类动物，使用左前肢和右前肢的概率基本上是相等的，但是也有例外，如北极熊就是出了名的左撇子。有着灵巧双手的人类，左手与右手的使用概率也不相同，大部分人习惯于用右手，习惯使用左手的人仅占世界人口的6%～12%。基于此，几乎所有的工具都是有利于右利者。从喷雾器到遥控器，从茶匙到鼠标等，这些工具都只方便右利者。（图5-2）除了大拇指外，人们用得最多的就是食指了，它不但力量大，而且有93图5-2适于右利者的工具图5-2适于右利者的工具94研究显示，左利者在工伤中死亡的人数明显高于右利者。因此，有关组织呼吁工具设计部门在设计工具时，既要考虑右利者的需要，又要考虑左利者的需要，甚至可以为左利者设计专用工具。二、手握式工具设计原理在人的日常生活中，手是使用工具进行一系列社会活动的最主要载体。因此，产品设计的缺陷或者手柄的人机尺寸不合适，就会对手部造成伤害。手部的组织构成相当复杂，按骨骼可以分为腕骨、掌骨和指骨三部分，骨骼之间由关节连接，肌肉在骨骼之上，随着各关节之间的转动，手部的姿态也在发生相应的变化。手部的主要运动状态有三种：旋转、伸缩和抓握。而手的抓握姿势一般又分为完全抓握和不完全抓握，手完全或大部分抓住物体称为完全抓握，其他的抓握姿势都属于不完全抓握。抓握工具的动作又可以分为着力抓握和精确抓握，着力抓握一般手指和手掌同时用力，而精确抓握一般只有手指用力。手握式工具的一般设计原则如下：必须有效地实现预定的功能；与操作者本身成适当比例，使操作者拥有最大的使用效率；作业之后不会引起过度疲劳。研究显示，左利者在工伤中死亡的人数明显高于右利者。因此，有关95良好的手握式工具能避免静肌负荷，保证手臂自然下垂；能保持手腕处于顺直的状态；能避免掌部组织受压力；还能避免手指进行重复动作。手握式工具一般都设有把手或手柄来方便人们抓握。经过调查测量，把手的设计参数一般如下：直径，在着力抓握状态下为30～40mm，在精确抓握状态下为8～16mm；长度为100～125mm；弯角10°左右，形状有圆角为最佳。在这种参数状态下，人们使用抓握工具是最舒适的状态。如果工具设计不合理，会对手掌造成很大的压力，影响血液循环，引起局部缺血，造成手部麻木、刺痛。同时，手柄或把手的着力方向不能始终集中于掌心，因为掌心长期受到重物压迫或是把手一直勒手会引起局部痉挛或疲劳感，所以手柄的形状应避免紧贴手部，特别是掌心部分，以减少与手部的摩擦和对手部的压迫。调查发现，起伏不平的圆角式手柄的抓握舒适度最好，这种形状的设计比较适用于公交车扶手等需要长时间抓握的对象。一般手握式工具的设计都遵循杠杆原理。杠杆原理又称为杠杆平衡条件，即要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力（动力、阻力）的大小与它们的力臂成反比。即动力×动力臂=阻力×阻力臂，代数式表示如下:良好的手握式工具能避免静肌负荷，保证手臂自然下垂；能保持手腕96式中，F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力，L2表示阻力臂。从上式可看出，欲使杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。手握式工具一定要根据手部结构的尺寸及可活动角度范围进行相应的设计，力求手部的灵活性得到充分发挥，使工具更加方便人们的生活。手掌的活动范围幅度为上展32°～60°，下展73°～110°，内展55°～75°，外展15°；正常成年人的手部结构尺寸长度为160～225mm；五指伸展开长度为70～115mm。三、常用手握式工具设计实例日常生活中比较常用的手握式工具有梳子、剪刀、锤子、笔、刀具等。1.梳子梳子是人们日常生活中的必需品，好的设计可以更好地服务用户。有手柄的梳子更符合人体工程学原理，结合使用过程，通过创意创新可以将梳子开发出很多新的造型。例如，长发梳理时会掉落，这些掉落的头发通常卡在梳齿之间，清理起来非常麻烦，而易清理梳子只需轻轻拔起梳子后面的把手就能将齿面朝后拉，这样头发没有可附着的地方，就会自然而然地掉落，省了很多麻烦。（图5-3）式中，F1表示动力，L1表示动力臂，F2表示阻力972.剪刀剪刀是切割布、纸、钢板、绳、钢丝等片状或线状物体的双刃工具。剪刀虽貌不惊人，却用途广泛。早在古埃及人们就开始使用剪刀，剪刀现今已成为人们日常生产生活不可缺少的工具。图5-3易清理梳子2.剪刀图5-3易清理梳子98意大利设计师AlessandroStabile为钢笔品牌Lama设计的不锈钢剪刀将金属条扭转，赋予剪刀醒目的结构，它由两个相同的部分组成，通过一个销钉连接，同时也给予用户舒适的抓握体验。（图5-4）图5-4剪刀意大利设计师AlessandroStabile为钢笔品99一些情况下，剪刀要比切刀更方便。如将菜板巧妙地安装到剪刀刃上，可安全快速地切水果、肉类、蔬菜等，这样的厨房剪刀比菜刀或水果刀更容易控制频率和厚薄。（图5-5）图5-5厨房剪刀一些情况下，剪刀要比切刀更方便。如将菜板巧妙地安装到剪刀刃上1003.锤子锤子是主要的击打工具，由锤头和锤柄组成。锤子按照功能分为除锈锤、奶头锤、机械锤、羊角锤、检验锤、扁尾检验锤、八角锤、德式八角锤、起钉锤等。每一种锤子都代表着一种手艺和劳动方式，它们是历代能工巧匠劳动的工具。FlexClawHammer锤子有一个灵活的撬头，拥有四种不同的工作位，在复杂的环境中使工作效率大增，轻松解决角度或位置限制不便施锤的问题；此外，锤子另一端还有专门的磁性钉子孔，在钉钉子时方便许多。（图5-6）3.锤子101图5-6FlexClawHammer锤子图5-6FlexClawHammer锤子102核桃锤子带一个胶皮小口袋，把核桃放进去后套在锤头上轻轻敲打，无噪声、零残渣，这样敲核桃仿佛也变成一件有禅意的事情了。（图5-7）图5-7核桃锤子核桃锤子带一个胶皮小口袋，把核桃放进去后套在锤头上轻轻敲打，1034.笔笔，是人类的一项伟大发明，是供书写或绘画用的工具，多通过笔尖将带有颜色的固体或液体（墨水）附在纸上或其他固体表面，以绘制文字、符号或图画，与墨、纸、砚并称“文房四宝”。中国古代使用的是毛笔；古希腊、古罗马曾在木板面上涂蜡，然后用铁棒在蜡面上画写；古代埃及和波斯曾将芦苇秆削尖当笔使用。从中世纪开始，欧美开始使用芦苇笔或鹅毛笔。随着社会的发展，笔的种类也越来越多，有铅笔、毛笔、钢笔、便签笔、荧光笔、圆珠笔、勾线笔、蜡笔、水笔等。Jellyfish圆珠笔采用了一种很特别的结构来实现笔尖的伸出与缩回：在手指握笔的地方是一个凹槽，笔芯刚好在这个凹槽的位置拱起，当写字时手指会自然地压住拱起位置，导致笔芯变直、前伸，从而伸出笔尖；不需要写字时，手指松开，笔芯恢复拱起，自然就会缩短，让笔尖缩回。（图5-8）图5-8Jellyfish圆珠笔4.笔图5-8Jellyfish圆珠笔1045.刀具刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28—前20世纪就已出现黄铜锥和紫铜锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期（公元前3世纪），人们掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具，当时的钻头和锯与现代的扁钻和锯已有相似之处。工业用刀具的快速发展是在18世纪后期伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。麻花钻有关的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用切削速度约为5m/min。1868年英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢，1898年美国的泰勒和怀特发明高速钢，1923年德国的施勒特尔发明硬质合金，得以用于制造刀具。按工件加工表面的形式，工业用刀具可分为以下五类：（1）加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等。（2）孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等。（3）螺纹加工刀具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等。（4）齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮拉刀等。5.刀具105（5）切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等。此外，还有组合刀具。日用刀具的把手是人体在使用刀具的过程中所抓握的部位，无论刀具大小或功能，刀柄设计必须严格遵循人体工程学的原则。刀柄应设计出四处连接着的周长不等的弧形断面，使人在抓握时手的各个部位都与刀柄紧密地贴合在一起，这样不仅不易产生疲劳，而且不易使刀打滑以至脱落或伤到手指。如可清洁放置的餐刀对刀柄加以特殊设计，使其能够支撑前端的重量从而避免沾到桌面，它使用钛合金制作，因此重量并无太大变化，柄的样式设计也很人性化，握持手感舒适。（图5-9）图5-9可清洁放置的餐刀（5）切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣106经典案例定时提醒发光图钉定时提醒发光图钉韩国设计师KimSungMin便签纸ToDoList为了解决这种大多数有写便签习惯的朋友都会遇到的难题，来自韩国的设计师KimSungMin特意研发了一款拥有自动发光提醒功能的大头针“It'stimetoreadme”。别看它一副身材小巧、相貌普通的样子，这款将照明设备、定时器，以及图钉融为一体的大头针，其实已赢得了红点奖最佳设计荣誉。使用者只需将大头针与便签固定好在显眼的位置，然后转动顶部银色的定时器，按刻度设定好时间，大头针就会在预设时间到达之际自动点亮，从而吸引到你的注意，完成提醒任务。操作简易又实用，真的非常适合广大健忘一族哦！经典案例定时提醒发光图钉定时提醒107《人体工程学》课件05人体工程学与产品设计108婴儿睡床一张舒适的婴儿床能够给baby带来足够的成长空间，儿童玩具设计师LanaAgiyan受一张婴儿舒适依偎在肥皂泡上的图片启发，设计出这款气泡婴儿床，它的外形就像经典动画片《外星BB撞地球》婴儿坐着的那个宇宙飞船，独特的设计，众多颜色选择，看来会是家长不错的选择