人机工程学论文王泽锟Word文件下载.docx

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研究人和机器及环境的相互作用；

研究工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率，以及人的健康、安全和舒适等问题的学科。

人机系统中的“人”是指作为工作主体的人，包括操作人员、决策人员等。

人的生理特性、心理特征以及人的适应能力都是重要的研究课题。

人机系统中的“机”是指人所控制的一切对象的总称，包括人操作与使用的一切产品和工程系统。

设计满足人的要求、符合人的特点的“机”，是人机工程学探讨的正要问题。

而人机系统中的“环境”则是指人、机共处的特定工作条件噪声、照明、气温等环境因素对人的工作和生活的影响，是研究的主要对象。

二、鞋子的作用与要求概述

鞋是我们生活中最普通不过的用品，而它的设计中反映出许多人机工程学的问题。

鞋的产生与自然环境、人类的智慧密不可分。

远古时代，土地的高低不平，气候的严寒酷暑，人类本能地要保护自己的双脚，于是就出现了鞋：

简单包扎脚的兽皮，树叶，便成了人类历史上最早的鞋。

鞋的种类有很多，其作用也是多种多样的，但无外乎都是保护我们的双脚，保持我们走路或运动时的舒适度，有些鞋是娱乐型和功能型的，如轮滑鞋、高跟鞋、安全鞋，这里我只对我们日常生活中所穿的写进行讨论。

现在鞋子的设计在保护我们的双脚舒适的基础上还对其外形的美观有所要求。

而设计比较好的鞋子则较多地考虑了人的生理和心理的需要，鞋子底部软硬适度、材料适当有利于保护足部；

鞋帮曲度合理，鞋身的透气良好性，行走或运动时脚腕用力。

以上这些考虑是人的生理上的满足，不仅如此，其或强烈或淡雅的色彩和鞋底身合理曲度给人带来视觉上的美感，这些是人的心理上的满足。

穿鞋是保护双脚的重要措施，它的作用是保护双脚的舒适，避免双脚受到不必要的损害。

每一种鞋子都针对某一使用者群体（如儿童）而设计的，它不可能适用于所有的使用者，所以，选择一双适合自己双脚的鞋子就显得非常重要了。

所以鞋子要符合以下的设计要求：

（一）.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，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完全相符合的鞋子。

我们买的鞋子不是有点大就是有点挤脚。

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。

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、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一天起就合脚。

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。

（二）.鞋底

鞋底是鞋子的重中之重，后面也将在运动鞋的人机工学方面展开研究。

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。

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。

针对现状，材料的组合，如双层鞋底，成为最好的、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。

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

（三）.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。

（四）.鞋带

鞋带的长度是关乎人机的问题，有时你会发现把鞋带完全穿了之后，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。

（五）．鞋垫

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

图为减震鞋垫

　　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天然的吸震机能，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。

3、人机工程学在运动鞋中的展开分析

（一）人机工程学与运动鞋简介

人机工程学是一个新兴的边缘学科，研究人与产品和环境之间的相互关系，寻找三者的最佳匹配原则，使产品的和人能相互适应。

从而，创造一个舒适，安全，美好的工作环境，给人提供一个健康的平台，提高工作效率。

将人机工程学融入到鞋类设计中，可以使鞋子与人和环境更和谐，更符合人们的需要。

运动鞋，顾名思义是指在健身或竞技体育比赛时所穿的鞋。

它能满足人们运动的各种需求，保证人脚能够在运动中发挥其基本功能。

运动又分为竞技体育运动和健身体育运动等。

无论是哪一种运动都需要脚穿上具有保护作用，提高运动效果等方面的鞋，因此在运动鞋的设计与制造过程中应充分考虑人机工程学在其中的应用。

（2）从运动鞋的几个主要性能对鞋底受力影响进行分析

众所周知，运动鞋鞋底与鞋面不同之处，就是它要承载一个人全身的体重，在跑步等快速运动时，甚至要受到约2～4倍体重的压力。

不仅如此，还要求它能具备耐磨性、避震性、弹性、防滑性、抗扭伤性、舒适透气性，软硬度适宜，重量轻和耐挠曲等功能。

那么如何才能达到这么多的要求呢？

这就必须要求制鞋从运动鞋的定位上进行受力分析，通过检测分析手段，为鞋底设计提供依据。

现就运动鞋几个关于人机工程的主要性能对鞋底受力的影响进行分析。

1.耐曲挠性

运动鞋的耐折性是消费者优先考虑的要素，也是国内质量监督部门十分注重的一个物性指标，其测试方法是GB/T3903.1_1994的国家标准，在鞋底跖趾关节处割口5mm长，以每秒约4次的折挠频率进行测试，要求极其苛刻。

所以，鞋底设计生产时，应考虑鞋底弯折沟的厚度和底材的韧性。

一般弯折沟的设计均以圆弧形为主，可避免应力集中，起分散弯折力和延伸力的作用，同时，在弯折沟背面应以加强筋的方式加厚至2.0mm以上。

2.耐磨性

在国内还处于较低消费水平的现阶段，运动鞋的耐穿性无疑是消费者最关心的，其中除鞋底的耐折性外，能否耐磨也是耐穿性的决定因素之一。

2.1周边磨耗

一般情况下，鞋底周边（前掌、中腰、后跟）边缘向内10～15mm是受磨最多的部位，但其受磨程度小于鞋头和后跟。

其原因是，大拇指、小拇指和脚跟三点是主要的受力部位。

图为Nike的水晶透明耐磨鞋底

2.2鞋头磨耗

鞋头受磨程度小于后跟，鞋头外侧受磨小于鞋头内侧。

其原因是，走路或跑步时，都是后跟先着地，脚提离地面时，大拇指最后提起且向前推进并产生摩擦力。

2.3后跟磨耗

后跟是受磨耗的主要部位，据统计：

80%以上人的脚是以脚后跟外侧先着地，又因脚在起步、落地时，均是朝向内心偏移，所以其外侧受磨程度大于内侧。

2.4耐磨设计

根据以上的受磨分析，一些受磨功能要求高的运动鞋（如：

球鞋），就须选用耐磨性能好的橡胶做大底，如采用意大利超强耐磨的vibra橡胶底。

或者在鞋头内侧和后跟外侧，特意设计耐磨的橡胶贴片，目前最佳的测试方法是以SATRATM174-94进行DIN测试评估。

3.止滑性

在进行篮球运动时常常有急停、急转动作，此时要求运动鞋（如：

蓝球鞋）具有较高止滑性，否则，不仅会引起一场精采赛事的失利，还可能会造成运动员受伤。

然而，在鞋底其他方面条件不变的条件下，耐磨耗性和止滑性却是成反比的，耐磨耗性越好，就意味着止滑性下降；

止滑愈佳，则其耐磨性就差。

所以应通过大量的测试对比，找到耐磨耗性和止滑性最佳的结合点，来进行设计生产。

当然，还要从运动鞋的功能上去考虑鞋底纹路的设计，从而确定耐磨耗性和止滑性之间的最佳平衡点。

图为户外运动鞋防滑底纹

4.透气性

透气性不仅只限于鞋面，鞋底同样也要求有透气性。

因为在正常穿用运动鞋时，人足部皮肤的温度可达到34～35℃；

而在激烈运动时，其温度将达到43～49℃；

此外，大底纹路设计越粗糙、愈复杂，与地面摩擦力就愈大，热度也愈高。

因此，鞋底透气性的设计是非常必要的，但同时要考虑其防水性，一般是在气窗处涂抹一层能透气的防水胶，或采用美国WLGore公司的Gore-Tex及Gore-TexXCR材料。

5.支撑力

支撑力是一个比较复杂的问题，具体说就是通过运动鞋紧缩厚实的设计，来保证脚对人体强有力的支撑。

这种紧缩的设计，可以克服脚向四周分散力量，从而保证向上的支撑力。

一般采用硬支撑片（如TPU片）从鞋腰延伸至后跟，插人中底或在大底与中底之间，对人脚起平稳支撑、固定的作用，也可防止运动中的扭伤。

6.避震性

人在负重的状态下徒步行走，每公里约走600～700步。

这就意味着每步行一公里，一只脚要承受600～700次的重力冲击，若是激烈运动，则其冲击力就更大。

有人做过统计，一个人在跑步时，脚触地的瞬间，受到地面的冲击力将达到人体重量的2～4倍。

如果鞋没有良好的减震系统来缓解这种冲击，一定会使双脚感到疲惫不堪，还会对大脑造成冲击。

一般情况下，采用具有一定弹性的中底（如EVA、PU）或在大底后跟嵌入具有弹性的垫片（如EVA、PU），以减少冲击力。

同时，可以达到能量回输的效果（能量回输是指鞋底在冲击到地面之后，借由受压变形的弹性体将动能吸收，稍后，在它离地之前，因弹性体形状的回复而将能量还给穿着者，使穿着者跑得更快、跳得更高）。

图为碳板气囊减震图为镂空减震

7.抗扭伤性

人的脚是由26块骨骼组成。

人的行走过程是一个很复杂且科学的骨骼和肌肉协调运动的过程，脚从触地到抬离地面，受到一个向上的冲力和向前的摩擦力，在脚触地的瞬间，受到一个很大的冲力，在抬离地面前，需要对地面施加一定作用力以得到向前的摩擦力。

在这一过程中，分析人脚的运动过程是这样的：

80%以上人的脚是以脚后跟外侧先着地，此时脚后跟轴线略向外偏斜，着地时脚受到一个很大的冲力，它自然地向内翻转，以分散地面冲击造成的对脚关节的伤害，最后脚后跟轴线从向外偏斜位置转到垂直地面位置；

在抬离地面前，各相关肌肉群及关节收缩紧张，以提供对地面的作用力，此时脚后跟轴线由垂直地面位置又转到外斜位置，以提供作用力。

在这一过程中，通常会出现两种情况：

过度翻转和翻转不够。

如果脚落地后向内翻转时，脚后跟轴线过了垂直面向内斜，那么在脚离地时，它来不及调整到外斜位置，使肌肉骨骼未能做好充分准备，易造成运动扭伤为了克服脚弓下塌的扁平足易出现运动扭伤的问题，鞋底一般设计成双密度的弹性体，在鞋底后跟内侧位置，设计一相对密度高的材料，以抵抗人脚过度翻转而造成的扭伤。

另一种情况是常发生在高脚弓的人身上的翻转不够的现象。

由于高脚弓人的脚关节一般比较僵硬，在脚落地时，往往不能完全翻转到垂直位置，不足以化解地面对脚及各关节的冲击，而易造成扭伤，有此类脚的人，往往在其整个鞋外侧，磨损比较厉害，后跟避震好和符合脚型的鞋楦是其最佳的选择。

当然，也可从鞋垫的设计上，来增强抗扭力和减轻疲劳感。

图为底部带有抗扭片和耐磨橡胶的球鞋

四．结论

有侧重的研究人机工程学相关的运动鞋的耐磨性、避震性、弹性、防滑性、抗扭伤性、舒适透气性，软硬度适宜，重量轻和耐挠曲等功能，有助于我们设计出更有市场，更有竞争力的运动鞋，从而在鞋类产品市场占据更大的市场。

比如说鸿星尔克，它10年耕耘，斩获诸多桂冠：

中国第一网球品牌，北京奥运首金赞助品牌，第一家挺进世界杯盛宴、第一家在国外上市的中国运动品牌、第一家获得CNAS国家级认证的鞋服检测中心、第一家在国内倡导以科技为主、第一家航天科技恒温鞋被国家级博物馆收藏的运动品牌。

而之所以取得这样的成绩，都源自于鸿星尔克对产品质量的精益求精，对于产品的人性化追求。

一个品牌的形成，一方面是有优秀的企业经营管理赢得市场，另一方面也需要企业文化积淀来累积厚重感。

通过提升产品质量，把产品做得更人性化，扩充产品种类，提供与品牌相应的售后保障体系等方式，加之将民族文化融入品牌之中，从而首先赢得本国民众的喜欢，然后逐渐推向国际市场。

所以说人机工程学在运动鞋上的应用相当重要，在新的世纪里，我们以新的方式来感知世界，人们越来越多的在追求一种新的生存环境和生存空间，毫无疑义，未来的人性化设计具有更加全面立体的内涵，它将超越我们过去所局限的人与物的关系的认识，向时间、空间、生理感官和心理方向发展，符合人机工程学的人性化设计是人与产品完美和谐的结合，是人性化的设计，真正体现出对人的尊重和关心。

总的来说，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、最大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人机工程学学科的最终研究目的。

参考文献

[1]何人可《工业设计史》，北京理工大学出版社

[2]1992彼得·

多默（英），《1945年以来的设计》，四川人民出版社，1998

[3]张展，王虹.产品设计.上海：

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[4]李珂论工业设计与人机工程学科技促进发展2008.06武汉工业学院工商学院

[5]丁玉兰2005《人机工程学》（第三版第三版第三版第三版）北京理工大学出版社

鞋的人机学分析与设计

学院：

艺术学院

指导老师：

汤洲

学号：

123151306

姓名：

王泽锟