人机工程学在老年人助行器中的应用

邢嗣威 金信琴

摘要：我国的人口老龄化趋势不断加快，在此背景下老年产品的需求逐年提高。老年人生理和心理上的变化使其在进行产品设计时与一般的产品产生了较为明显的差异，考虑到老年人产品的特殊性在设计过程中的特殊性，需要以人机工程学作为设计理论支撑进行符合老年人的设计。目的通过系统的研究与分析人机工程学在老年人设计中的应用，并以此作为老年人助行器中设计的理论基础。结论目前关于老年人产品的设计数据无法标准化，想要设计出真正符合老年人生理与心理预期的产品，仍需要进行反复而枯燥的研究与实验。

关键词：人机工程学 老年人 助行器

引言

21世纪有两个现象理应受到足够的关注，日渐增长的人口高龄化和逐渐稀疏平常的空巢化。据统计，截至2011年底，中国60岁以上老年人口已达到1.85亿人，占总人口的13.7%，预计到2020年这一比例将增加到18%。在此社会背景下老年产品的需求逐年提高。老年人生理和心理上的变化使其在进行产品设计时与一般的产品产生了较为明显的差异，考虑到老年人产品的特殊性，在设计过程中需要从人机工程学角度出发，充分考虑老年人身体尺寸、骨骼和肌肉等方面的變化设计出符合老年人情况的助行产品。

一、人机工程学概况

人机工程学是研究人、机、环境之间相互作用的学科，其研究目的是使物理层面的机械系统，或者人机环境系统能够尽可能地符合人身体上的使用形态和生理、心理的特点，保证人们可以利用机械设备安全、舒适并且高效地进行各种活动。人机工程学是一个不断创新不断发展的学科，人的研究不断完善，新的事物不断涌现。

二、人机工程设计理念在老年人助行器设计中的应用

人机工程学的应用现今已是人们日常生活中不可缺少的一部分，生活过程中所需的工具和外部环境因素，都要在符合人体需求的前提条件下进行。

（一）为老年人设计提供可信的设计用尺度：人机工程学是一种综合使用人体测量学和人体力学来研究与科学设计的理论，通过统计和测试得出人体各部位结构的尺度范围参数，再结合老年人身体退化规律进行对比分析，并对老年人活动的区域和日常身体活动姿势的习惯在内的各种人体机能提出各种可能应用于设计的依据。

（二）为老年人设计的合理性提供理论支撑：人机工程学理论能够有效改善人与机器之间配合的关系，确保设计出同时符合人行为特征与内心需求的产品。同时也从侧面为产品的外观、形状尺寸和材料等的选择提供有依据的科学数据。

（三）为老年人设计提供合理的物理环境参数：老年人的身体衰退使其无法适应较为极限的物理环境，其中就包括年轻人日常生活中不以为然的强光、高热和噪音等元素，如果真的希望能够达到真正的为老年人设计需要事先考虑种种元素对老人产生的影响，然后通过在不同使用环境下进行反复的实验，统计出这些元素对老年人体质所会造成的反应再进行合理的设计。

三、老年人助行器的人体尺寸应用方法

在进行产品的设计过程中，人体尺寸是设计师确定其产品使用空间的重要依据之一，而人体尺寸百分位数是其应用的重要内容。其尺寸应用的流程大体如下：

（一）明确产品的使用人群：根据设计的产品选择不同类型、不同岗位来选择使用人群。老年人助行器设计的用途是在无旁人的情况下，帮助老年人完成独立行走，由此可确定此类产品的使用群体为需要助行器材行走的老年人。

（二）明确产品的设计尺寸以及设计类型：根据相关设计标准，根据使用人群使用区间有非常严格的上限和下限，任何设计都基于这一区间来进行。并对产品尺寸的设计进行了严格的归类。老年人助行器需要两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据，基于此类选择方式应归类为Ⅰ类产品。

（三）明确设计后的人群使用的满足度：在产品设计中会有很多的限制，比如成本限制以及技术条件限制等。所以不可能存在万能设计，在确认产品的尺寸设计类型之后，需要再根据产品的重要程度以及满足度来选择人体尺寸百分位数。根据人机工程学老年人助行器为玉米型产品，为与人的健康、安全相关的一般工业产品，百分位数选择P95和P5作为尺寸上、下限值的依据，满足度为90%。

（四）修正所选尺寸的百分位值：目前在我国国标给予的标准人体尺寸的数据是基于人在赤裸环境中获取的，但实际产品使用时，必须要考虑到现实的情况，所以就需要对其数据进行必要的修正。产品设计的功能尺寸设定公式为：最小功能尺寸=人体尺寸百分数+功能修正量，最佳功能尺寸=人体尺寸百分数+功能修正量+心理修正量。依据此公式因心理修正量此次无法准确确认，故老年人助行器=老年人人体尺寸百分数+功能修正量。

四、老年人助行器的人机尺寸分析

根据前期的研究与分析，可以暂定老年人助行器设计需要代步行走和提供休息区域两个基本功能。为进行老年人助行器设计尺寸参数的选取，使用观察分析法对市面上的现有助行器进行分析，确认设计所需选择的人体尺寸参数。根据测试可以将老年人助行器设计中需要的老年人人体尺寸大略分为站姿操作模式和坐姿操作模式。

（一）站姿操作模式：在用户将助行器当作协助行走的器械时，使用者的身体姿势为直立。此状态中使用者的操作方式为双手紧握助行器顶部的把手区，通过上肢给予助行器向前的推力，助行器受到推力带通过底部滚动轮滚动带动不便的下肢向前移动，在此同时助行器的主体框架持续起到支撑作用保证动作的完成。通过（如图1）可知站姿操作模式下需要确认的参数有身高、肩高、肩宽、肘高、手功能高和手宽。

（二）坐姿操作模式：使用者将助行器当作休息的器械时，操作的身体姿势为坐姿。此状态中用户会将助行器切换为座椅形态，通过坐在助行器上为疲惫的身体提供适度的休息。通过（如图2）可知坐姿操作模式下需要确认的参数为坐高、坐深、臀部宽度、坐姿肩高、坐姿肘高和坐姿膝高等。在现有助行器的尺寸需求上为满足方便起身的需求设计的助行器需要增加脚踏的部分，脚踏的设计需要的尺寸为脚部空间进深和脚宽等的尺寸数据。

五、老年人生理尺寸分析

我国研究机构曾多次对民众做过大量的人体测量工作，并在此基础上制定了我国成年人人体尺寸标准：GB-10000-88，为工业产品设计、建筑空间设计等领域提供了有效的人体尺寸参考数据。但是不得不说，这一标准对于男性年龄的上限仅仅是60岁，而女性则为55岁。本次研究对象为65岁以上的老年用户无法使用这—标准进行人机尺寸设计。

通过查阅大量文献发现，文献“北京地区老年人的人体尺寸测量”中拥有所需的老年人尺寸数据。结合前文得到的老年人助行器尺寸需求，可将数据归纳为站姿尺寸数据和坐姿尺寸数据两类。

老年人助行器属于玉米型产品并且是涉及人健康安全的产品。根据人机尺寸百分位的应用方法需要两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据，选用第95百分位和第5百分位作为尺寸的上下限值的依据。

根据在同一年龄段下男性人体尺寸普遍大于女性人体尺寸的原则，为实现助行器尺寸可调节的功能，选择女性第5百分位的尺寸作为最小尺寸标准，男性第95百分位尺寸作为最大尺寸标准，将两种百分位数的尺寸进行统计。

综合上文站姿与坐姿两种尺寸数据，将老年人在使用老年人助行器时不同状态下产品所需的身体尺寸归纳得出（图3）。

六、老年人生活姿态特点分析

老年人身体机体功能的衰退会为其带来：视力减弱、四肢运动幅度减小、感觉减退等。老人行走的状态会随着年龄发生很大的改变，行动特点与其他人群有很大的区别，比如因为腿部膝关节的肿胀和关节软骨的退化会使其日常行走活动受到限制，每当进行相关运动时就会伴随强烈的骨关节擦感，运动后需要进行适量的休息。具体的表现为在日常行走过程中出现屈膝、步长减小和腿部拾起高度减少等现象，与年轻人相比，老年人的行走路线会迂回曲折。

伴随着老年人年龄与生理机能的衰退，其日常的生活与娱乐活动空间成不断降低趋势会变得越来越小，而伴随着日渐减少的活动范围的是老年人生活品质的逐渐降低。作为家属应该经常鼓励老年人经常与外界的人和事物建立联系时常进行接触，尽量扩大日常活动的生活范围，争取从生理和心理两方提升老年人的健康与生活的质量。

七、人机工程理论下老年人助行器的设计原则

（一）安全性原则：在老年人产品的设计过程中对安全性的考虑至关重要。主要的细节有以下几点：

1.在进行材料的选取时应优先選取安全或柔软的材料。

2.保证设计的产品整体结构的稳定性是设计的前提，如需设计在使用过程中需要提供身体力量支撑的产品时，设计者应保证助行器在结构上具有稳固的特点，避免发生因为结构设计不完善而产生的意外损坏情况发生。

3.在进行产品的结构联结方式设计时应妥善选择，避免造成使用者的机械性损伤。

（二）可调节性原则：中国人口众多，其中老年人基数亦十分庞大，因个体间生活环境、经济能力和经历身体素质等原因导致完善统计我国老年人人体尺寸并不现实，在设计老年人产品时产品本身的可调整性至关重要。使用的老年人根据自身实际情况调整助行器使用尺寸，可极大地降低产品与用户不匹配的概率。

（三）功能多样化原则：助行器的目的是为了帮助在老年人肢体发生运动障碍，需要协助行走、保持平衡时起到帮助或减缓的作用。因为老年人日常生活的需求包含了各种各样的目的和可能，老年人助行器在设计之初就应要预先储备多种功能。

（四）标准化原则：目前国内老年人产品市场仍处于发展之中，助行器市场也是如此，这种现状使得市场上产品的种类一直未能达到可以称之为标准化的程度，标准化在使用、更换组件和使用环境的融合方面都有着巨大的意义。

八、最终设计效果展示

依照人机工程学的理论研究与运用，结合对老年人助行器的研究、分析设计定位等，确定了具体的设计方案，其效果图（如图4）。

考虑到老年人助行器自身体积过大，无论是在家中摆放或是出门携带都会占据过多不必要的空间，可以折叠方便携带的功能在日常生活使用中十分具有必要性，（如图5）所示。

总结

我国人口老龄化趋势的不断加快带来了老年人产品的市场空间，但想要设计出真正符合老年人生理与心理预期的产品，仍需要进行反复而枯燥的研究与实验。进而早日设计出符合老年人预期的助行产品，帮助解决老年人日常的出行问题。