摘要：健身器材人因工程学设计的总体要求是：安全性、实用性、舒适性，以及趣昧性。人因工程学的相关因素很多，本文列举了其十大核心要素并加以说明。
关键词：
人因工程；人体尺寸；动作节奏；运动姿势；人体活动范围；安全性；人机工效学；
在运用人因工程学对产品进行设计研发时应考虑以下十大要素：
一，人的体重、人体尺寸以及人体各部尺寸。此要素有专门的国际标准和国家标准规定的人体要素模板供设计人员参考。如我国的国标GB17459。
二，人的动作节奏。在设计一个需要人机互动和人来操作的系统时，人的操作速度和频率不能超出人的肢体动作速度和动作频率的能力范围。相关能力范围如下表表一。
表一：人体主要肢体动作速度和频率表
三，人的操作和运动姿势及其人体的运动变化特点。只有对人的操作姿势和运动变化妥善思考处理，才能产生好的人机交互方案，这些因素包括。(1)系统方案与上下肢、手、上下半身等的运动关系。人在不同的操作动作中，人的控制中心点在实时发生变化。例如，在上肢运动时，肩关节是人体的控制中心；手指操作时，肘关节是人体的控制中心；在下肢运动时，股关节或膝关节是人体的控制中心，等等。因而，对于操作和运动姿势的处理需要考虑相关的控制中心高度和位置以及相应身体部分的移动范围。(2)姿势同视觉的关系。在操作和运动过程中，需要考虑视线高度、视线角度以及视线距离。例如，如果必须通过下蹲或前屈才能降低视线高度并且需要保持姿势来操作甚至运动，都会造成疲劳、不适并增加误伤的风险。(3)姿势同血液循环的关系。在远离心脏的身体上下两端，血液流动受重力的影响容易不畅，所以应避免不合理设计诸如过高举手操作的结构、使得前驱头部位置过低的结构等。 (4)姿势同重心的关系。身体重心的位置，与操作和运动姿势高度相关，例如在做平行拉动动作时，人的重心会后移，在向上推举时，人的重心会下沉并后移等等，这些都需要纳入人因工程的考虑。
四，人体四肢及其相关部位的活动范围。此要素有专门的国际标准和国家标准人体要素模板供设计人员参考。如国标GB17459。如下图，GB17459的人体模板详述了人体四肢及相关部位关键关节的活动范围。
图一：GB18459身高180cm男子身体关键关节活动范围示意图
五，人体运动的安全性。健身器材的使用过程中不能只依靠使用者的注意力来确保器械的安全性，恰当的安全防护装置是必要的。安全装置是通过其自身的结构功能限制或防止器械进行有危险性的运行，如限制其压力超出某个范围，或限制器械某个部分速度等。防护装置是通过遮挡、区隔等物体障碍方式防止人或人体某些部分进入危险区域。设计者要根据具体情况来考虑是采用安全装置还是防护装置或者同时使用。此要素也有专门的国际标准和国家标准供设计人员参考。如欧标EN957、国标GB17498等。
六，人的心理、知觉，及其反应特性，以及运动生理学要素。这是若干个专门学科领域。
七，人机操控系统中的人机功效因素，以及相关的运动自觉量（Perceived Exertion）等运动生理学因素。人机工效学也是专门的学科领域。
八，人体的肌力。年龄是影响肌力的显著因素。肌力的大小因人而异，因性别而异，男性的肌力比女性肌力平均大35％左右。人体肌力还与施力的姿势、部位、方向等有关。设计要以这些因素在综合条件下的发力情况作为限制因素来考量。
九，对于能够测量相关运动生理指标，如心率、卡路里消耗等数据的健身器材，还应注意传感系统的易用性、实用性以及科学设置等因素。
十，用户界面以及与人体协调配合的操纵系统，包括各操控系统之间的相互关系和协调性。
综上所述，产品设计的人因工程学十大要素是一个完善的设计研究系统。运用上述要素进行系统的研究和设计应用，结合创新发展，方能产生安全、实用、高效并且有有趣味性的健身器材设计。
论文作者:李翔
论文发表刊物:《科技中国》2017年8期
论文发表时间:2017/12/13
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