人机工程学在鞋类设计中的应用研究进展

冯雨果（西华大学应用技术学院，四川成都610065）

人机工程学在鞋类设计中的应用研究进展

冯雨果
（西华大学应用技术学院，四川成都610065）

人机工程学为鞋类设计提供科学依据，随着鞋类舒适度和功能性设计的不断深入，人机工程学在鞋类设计中的运用越趋广泛。首先阐述了人机工程与鞋类设计的关系，接着从研究方法和研究内容两个方面对应用现状进行归纳总结，最后介绍了发展趋势。

院人机工程学；鞋类设计；研究进展

前言

鞋作为一种基本生活品，在人类日常生活中扮演着重要的角色。一方面，它具有审美性，从精神上给人美感，另一方面，它又具有保护足部的功能。随着生活水平和科技的日益提高，人们在追求流行、款式、色彩等的同时，对于鞋穿着的舒适性要求也越来越高，以“人为中心”的设计理念已成为鞋类产品设计的主要目标之一。而人机工程学是实现“以人为心”设计思想的重要理论基础，是衡量当代产品设计水平的最重要指标[1]。目前，人机工程学在鞋类设计中的应用主要围绕脚——楦——鞋的关系进行展开，主要涉及到脚型的测量与分析、运动生物力学的研究、功能设计、安全设计以及舒适度的评价等。

1 人机工程学与鞋类设计的关系

人机工程学(Ergonomics)是研究人、人造物(产品/机器)及其使用环境三大要素之间相互作用的学科[2]，其研究方法和评价手段涉及心理学、生理学、医学、人体测量学、美学和工程技术等多个领域[3]。

鞋类人机工程学是其中的一个分支，它从舒适度和功能的角度出发，使成鞋最大限度地满足人的需求。将人机工程学应用到鞋类设计，不仅可以为鞋类设计提供科学依据，且能增加鞋的科技含量和产品附加值。人机工程学在鞋类设计中正扮演着越来越重要的角色，对于满足人们日益增长的精神需求及其设计创新具有时代意义与现实意义[4]。

2 研究现状

2.1 研究方法

人机工程学的研究方法包括：实验法、模拟和模型实验法、计算机仿真法和调查研究法等[5]。主要运用人体测量学、生理学、心理学、生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，为如何创造安全、健康、舒适、满意的产品提供科学依据。目前，人机工程学在鞋类设计中的研究方法主要有以下几种方法。

2.1.1 人体测量学

人体测量学(Anthropometry)主要研究人的形态特征、生理特征以及心理特征，为工业设计、人机工程、工程设计、医学研究等提供基础参数[6]。鞋是以脚的各部位数据为基础，依据长度、宽度和围度等参数进行设计。鞋类设计中的人体测量主要有：形态测量，包括人尺寸、体重体形、活动范围等；生理测量，包括知觉反应、肢力体力、体能耐力、疲劳计生理节律等；力学测量，包括各种压力测量等。测量方法除了传统的手工测量外，新测量技术正被越来越多的研究者所采用，主要包括：影像摄影技术、3D扫描技术、压力传感器技术等。

2.1.2 实验法

实验法是在实验室内在人控制条件下进行的，以引起研究对象相应变化来做出因果推论和变化预测的一种方法[7]，实验法能得到客观准确的数据，是目前运用较多的一种方法。

2.1.3 分析法

分析法一般在实测法、实验法的基础上对数据进行分析研究的所采用的方法。目前用的较多的分析工具是spss软件，主要有描述性统计分析、参数检验、非参数检验、相关分析、回归分析、聚类分析等。

2.1.4 调查研究法

目前，采用各种调查研究法来抽样分析使用者的意见和建议，包括简单的访问、专门调查，直至非常精细的评分、生理和心理学分析判断以及间接意见与建议分析等。Bunch RP等使用鞋类评价表格的方法来评估与老年人姿势稳定性有关的鞋子特征，两位检查人员对12种鞋子的7个参数（样式、跟高、跟围硬度、前底硬度、鞋底弯曲位置、鞋底式样、后底硬度）分别打分[8]；Liu W等使用的调查脚的健康状况的问卷包括13项，包含了脚部疼痛、脚的功能、鞋子影响等[9]。

2.1.5 图示模拟和模型试验法

图示模拟和模型试验法是运用图形对系统进行描述，直观地反映各要素之间的关系，从而揭示系统本质及其内在联系的一种方法。近年来基于CT图像逐渐成为足部疾病病理机制、治疗及矫形支具制作等研究领域的有力的工具[10]。

2.1.6 主客观评价法[11]

以往的评价大多采用主观评价方法，随着运动生物力学在鞋类设计中的运用不断深入，客观评价方法正逐渐成为人机工程学的主要评价方法。

2.2 研究内容

人机工程学在鞋类设计中的研究内容比较广泛，几乎所有鞋的类型都有涉及。从近几年的文献来看，围绕脚型规律、鞋楦以及功能设计等内容是目前研究的热点。

2.2.1 脚型规律的研究

脚型规律是通过对大量脚型测量资料的分析、统计、汇总和计算，所得出的脚型各特征部位的规律和相互关系。目前，脚型规律的研究的方法主要有人体测量法、实验法和分析等。

2.2.2 鞋楦人机工程学的研究

鞋楦是鞋的模具，是鞋类产品设计的灵魂。鞋楦设计是以人的脚型规律为依据的，但考虑到脚与鞋之间各种复杂关系，要使鞋楦的舒适性设计达到最佳效果，必须运用人机工程学的相关知识来指导鞋楦设计。目前，足底压力测量系统、步态分析、以及参数化建模技术应用较为广泛。

2.2.3 功能设计研究

功能鞋目前没有明确的定义。邓启明[12]根据功能的不同分为劳保功能鞋、运动功能鞋、休闲功能鞋和艺术功能鞋，此类分法并没有定义具体的功能；徐丹阳[13]提出基于关键技术的分类方法，将功能鞋分为具有特殊结构的功能鞋、利用特殊材料的功能鞋、有特殊药物的功能鞋以及采用高科技的功能鞋。功能鞋的研究涉及许多边缘性的学科，人机工程学是其中一个重要研究方向。

3 发展趋势

3.1 绿色人机工程学

绿色设计是依据环境效益和生态环境指标与产品功能、性能、质量及成本要求来设计，既实现社会价值又保护自然环境，促进人与自然的共同繁荣[1 4]。随着人类生活环境的日益恶劣，环保意识正受到越来越多的关注。在鞋类设计中，研究绿色材料以及可持续发展的设计是绿色人机工程学的主要研究方向。

3.2 虚拟人机工程学

“虚拟现实”(Virtual Reality)是人的想象力和电子学等相结合而产生的一项综合技术，它利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与这种环境进行自然交互，从而体验比现实世界更加丰富的感受[15]。虚拟现实技术为鞋类设计提供了一种新的产品设计和展示手段，通过计算机建模和模拟标准的虚拟模型，不仅可以使设计人员脱离鼠标和键盘，通过传感器和多维信息环境进行自然的交互，帮助深化概念和创意，而且可以实现虚拟购物，从而提高消费者的购物体验，刺激消费。

3.3 数字化、智能化人机系统

随着计算机技术和网络技术的飞速发展，人机工程学作为一门应用学科也在不断的发展之中，并逐渐步入数字化和智能化。数字化鞋类技术主要包括ERP、CAD、CAPP、FMS、PDM等技术，数字化和自能化技术的应用不仅能提高工作效率和成品率，更能推动鞋类产业的科技化、智能化的发展。

4 结语

鞋类设计中的人体工程学理念，在当今已属于新智的科学范畴，它不仅为鞋类设计提供设计依据，还为鞋类设计提供指导性效用。随着鞋类舒适度、人性化以及功能研究的不断深入，人机工程学的应用将越来越广泛。

[1]李伟.应用人机工程学研究[D].东华大学，2006.

[2]丁玉兰.人机工程学(修订版)[M].北京：北京理工大学出版社，2000.

[3]王金凤.家具设计中人机工程学应用研究[D].天津工业大学，2007，12.

[4]顾任飞，祝忠良.从人机工程学谈鞋楦的舒适性设计[J].中国皮革，2006.

[5]赵占西，王小妍，于洽.人机工程学应用研究综述[J].人类工效学，2009，15（11）：65-66.

[6]潘志国，王兰美，郭业民.人体测量在工业设计领域的应用[J].机械制造与自动化，2003，12：22-24.

[7]张伟.产品设计中人机工程学的仿真研究[D].上海交通大学，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]孙卫东，温建民.足部有限元建模方法应用现状[J].中国组织工程研究与临床康复，2010，14（13）：2457-2461.

[11]王颖.国内孕妇专用鞋的研究[D].陕西科技大学，2013.

[12]邓启明.鞋的功能和功能鞋[J].中外鞋业，2001，（1）.

[13]徐丹阳.功能鞋之现状与发展初探[J].西部皮革，2011，（3）.

[14]周美玉.工业设计应用人类工程学[M].北京：中国轻工业出版社，2001.

[15]何洁.虚拟现实技术在服装虚拟产品设计中的应用研究[D].东华大学，2005.

冯雨果（1985-），男，硕士。