馮雨果（西華大學應用技術學院，四川成都610065）

人機工程學在鞋類設計中的應用研究進展

馮雨果
（西華大學應用技術學院，四川成都610065）

人機工程學為鞋類設計提供科學依據，隨著鞋類舒適度和功能性設計的不斷深入，人機工程學在鞋類設計中的運用越趨廣泛。首先闡述了人機工程與鞋類設計的關系，接著從研究方法和研究內容兩個方面對應用現狀進行歸納總結，最后介紹了發(fā)展趨勢。

院人機工程學；鞋類設計；研究進展

前言

鞋作為一種基本生活品，在人類日常生活中扮演著重要的角色。一方面，它具有審美性，從精神上給人美感，另一方面，它又具有保護足部的功能。隨著生活水平和科技的日益提高，人們在追求流行、款式、色彩等的同時，對于鞋穿著的舒適性要求也越來越高，以“人為中心”的設計理念已成為鞋類產品設計的主要目標之一。而人機工程學是實現“以人為心”設計思想的重要理論基礎，是衡量當代產品設計水平的最重要指標[1]。目前，人機工程學在鞋類設計中的應用主要圍繞腳——楦——鞋的關系進行展開，主要涉及到腳型的測量與分析、運動生物力學的研究、功能設計、安全設計以及舒適度的評價等。

1 人機工程學與鞋類設計的關系

人機工程學(Ergonomics)是研究人、人造物(產品/機器)及其使用環(huán)境三大要素之間相互作用的學科[2]，其研究方法和評價手段涉及心理學、生理學、醫(yī)學、人體測量學、美學和工程技術等多個領域[3]。

鞋類人機工程學是其中的一個分支，它從舒適度和功能的角度出發(fā)，使成鞋最大限度地滿足人的需求。將人機工程學應用到鞋類設計，不僅可以為鞋類設計提供科學依據，且能增加鞋的科技含量和產品附加值。人機工程學在鞋類設計中正扮演著越來越重要的角色，對于滿足人們日益增長的精神需求及其設計創(chuàng)新具有時代意義與現實意義[4]。

2 研究現狀

2.1 研究方法

人機工程學的研究方法包括：實驗法、模擬和模型實驗法、計算機仿真法和調查研究法等[5]。主要運用人體測量學、生理學、心理學、生物力學以及工程學等學科的研究方法和手段，為如何創(chuàng)造安全、健康、舒適、滿意的產品提供科學依據。目前，人機工程學在鞋類設計中的研究方法主要有以下幾種方法。

2.1.1 人體測量學

人體測量學(Anthropometry)主要研究人的形態(tài)特征、生理特征以及心理特征，為工業(yè)設計、人機工程、工程設計、醫(yī)學研究等提供基礎參數[6]。鞋是以腳的各部位數據為基礎，依據長度、寬度和圍度等參數進行設計。鞋類設計中的人體測量主要有：形態(tài)測量，包括人尺寸、體重體形、活動范圍等；生理測量，包括知覺反應、肢力體力、體能耐力、疲勞計生理節(jié)律等；力學測量，包括各種壓力測量等。測量方法除了傳統的手工測量外，新測量技術正被越來越多的研究者所采用，主要包括：影像攝影技術、3D掃描技術、壓力傳感器技術等。

2.1.2 實驗法

實驗法是在實驗室內在人控制條件下進行的，以引起研究對象相應變化來做出因果推論和變化預測的一種方法[7]，實驗法能得到客觀準確的數據，是目前運用較多的一種方法。

2.1.3 分析法

分析法一般在實測法、實驗法的基礎上對數據進行分析研究的所采用的方法。目前用的較多的分析工具是spss軟件，主要有描述性統計分析、參數檢驗、非參數檢驗、相關分析、回歸分析、聚類分析等。

2.1.4 調查研究法

目前，采用各種調查研究法來抽樣分析使用者的意見和建議，包括簡單的訪問、專門調查，直至非常精細的評分、生理和心理學分析判斷以及間接意見與建議分析等。Bunch RP等使用鞋類評價表格的方法來評估與老年人姿勢穩(wěn)定性有關的鞋子特征，兩位檢查人員對12種鞋子的7個參數（樣式、跟高、跟圍硬度、前底硬度、鞋底彎曲位置、鞋底式樣、后底硬度）分別打分[8]；Liu W等使用的調查腳的健康狀況的問卷包括13項，包含了腳部疼痛、腳的功能、鞋子影響等[9]。

2.1.5 圖示模擬和模型試驗法

圖示模擬和模型試驗法是運用圖形對系統進行描述，直觀地反映各要素之間的關系，從而揭示系統本質及其內在聯系的一種方法。近年來基于CT圖像逐漸成為足部疾病病理機制、治療及矯形支具制作等研究領域的有力的工具[10]。

2.1.6 主客觀評價法[11]

以往的評價大多采用主觀評價方法，隨著運動生物力學在鞋類設計中的運用不斷深入，客觀評價方法正逐漸成為人機工程學的主要評價方法。

2.2 研究內容

人機工程學在鞋類設計中的研究內容比較廣泛，幾乎所有鞋的類型都有涉及。從近幾年的文獻來看，圍繞腳型規(guī)律、鞋楦以及功能設計等內容是目前研究的熱點。

2.2.1 腳型規(guī)律的研究

腳型規(guī)律是通過對大量腳型測量資料的分析、統計、匯總和計算，所得出的腳型各特征部位的規(guī)律和相互關系。目前，腳型規(guī)律的研究的方法主要有人體測量法、實驗法和分析等。

2.2.2 鞋楦人機工程學的研究

鞋楦是鞋的模具，是鞋類產品設計的靈魂。鞋楦設計是以人的腳型規(guī)律為依據的，但考慮到腳與鞋之間各種復雜關系，要使鞋楦的舒適性設計達到最佳效果，必須運用人機工程學的相關知識來指導鞋楦設計。目前，足底壓力測量系統、步態(tài)分析、以及參數化建模技術應用較為廣泛。

2.2.3 功能設計研究

功能鞋目前沒有明確的定義。鄧啟明[12]根據功能的不同分為勞保功能鞋、運動功能鞋、休閑功能鞋和藝術功能鞋，此類分法并沒有定義具體的功能；徐丹陽[13]提出基于關鍵技術的分類方法，將功能鞋分為具有特殊結構的功能鞋、利用特殊材料的功能鞋、有特殊藥物的功能鞋以及采用高科技的功能鞋。功能鞋的研究涉及許多邊緣性的學科，人機工程學是其中一個重要研究方向。

3 發(fā)展趨勢

3.1 綠色人機工程學

綠色設計是依據環(huán)境效益和生態(tài)環(huán)境指標與產品功能、性能、質量及成本要求來設計，既實現社會價值又保護自然環(huán)境，促進人與自然的共同繁榮[1 4]。隨著人類生活環(huán)境的日益惡劣，環(huán)保意識正受到越來越多的關注。在鞋類設計中，研究綠色材料以及可持續(xù)發(fā)展的設計是綠色人機工程學的主要研究方向。

3.2 虛擬人機工程學

“虛擬現實”(Virtual Reality)是人的想象力和電子學等相結合而產生的一項綜合技術，它利用多媒體計算機仿真技術構成一種特殊環(huán)境，用戶可以通過各種傳感系統與這種環(huán)境進行自然交互，從而體驗比現實世界更加豐富的感受[15]。虛擬現實技術為鞋類設計提供了一種新的產品設計和展示手段，通過計算機建模和模擬標準的虛擬模型，不僅可以使設計人員脫離鼠標和鍵盤，通過傳感器和多維信息環(huán)境進行自然的交互，幫助深化概念和創(chuàng)意，而且可以實現虛擬購物，從而提高消費者的購物體驗，刺激消費。

3.3 數字化、智能化人機系統

隨著計算機技術和網絡技術的飛速發(fā)展，人機工程學作為一門應用學科也在不斷的發(fā)展之中，并逐漸步入數字化和智能化。數字化鞋類技術主要包括ERP、CAD、CAPP、FMS、PDM等技術，數字化和自能化技術的應用不僅能提高工作效率和成品率，更能推動鞋類產業(yè)的科技化、智能化的發(fā)展。

4 結語

鞋類設計中的人體工程學理念，在當今已屬于新智的科學范疇，它不僅為鞋類設計提供設計依據，還為鞋類設計提供指導性效用。隨著鞋類舒適度、人性化以及功能研究的不斷深入，人機工程學的應用將越來越廣泛。

[1]李偉.應用人機工程學研究[D].東華大學，2006.

[2]丁玉蘭.人機工程學(修訂版)[M].北京：北京理工大學出版社，2000.

[3]王金鳳.家具設計中人機工程學應用研究[D].天津工業(yè)大學，2007，12.

[4]顧任飛，祝忠良.從人機工程學談鞋楦的舒適性設計[J].中國皮革，2006.

[5]趙占西，王小妍，于洽.人機工程學應用研究綜述[J].人類工效學，2009，15（11）：65-66.

[6]潘志國，王蘭美，郭業(yè)民.人體測量在工業(yè)設計領域的應用[J].機械制造與自動化，2003，12：22-24.

[7]張偉.產品設計中人機工程學的仿真研究[D].上海交通大學，2006.

[8]BunchRP.FootMeasurement Strategies for Fitting Athletes[J]. Journal of Testing and Evaluation，16(4):407-411.

[9]Liu W，Miller J，Stefanyshyn D，et al.Accuracy and reliability of a technique foot shape，dimensions and structuralcharacteristics[J].Ergonomics，42(2):346-358.

[10]孫衛(wèi)東，溫建民.足部有限元建模方法應用現狀[J].中國組織工程研究與臨床康復，2010，14（13）：2457-2461.

[11]王穎.國內孕婦專用鞋的研究[D].陜西科技大學，2013.

[12]鄧啟明.鞋的功能和功能鞋[J].中外鞋業(yè)，2001，（1）.

[13]徐丹陽.功能鞋之現狀與發(fā)展初探[J].西部皮革，2011，（3）.

[14]周美玉.工業(yè)設計應用人類工程學[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2001.

[15]何潔.虛擬現實技術在服裝虛擬產品設計中的應用研究[D].東華大學，2005.

馮雨果（1985-），男，碩士。