自行车人机工程学设计

我们身边的人机工程学--自行车的设计

（范笛霄合肥工业大学学号：20113809）

摘要：结合人机工程学原理提出了自行车车架、鞍座、脚蹬的设计依据，并给出了车架和鞍座的设计简图。

关键词：人机工程学自行车设计

Abstract:The design basis of bicycle frame,saddle,and pedal were promoted with the consideration of Human Factor Engineering,and the sketches of the frame and saddle was presented.

Keyword:Human Factor Engineering,bicycle,design

1.引言

社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏的加快等等一系列的社会与物质的因素，使人们在享受物质生活的同时，更加注重产品在“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”和“效率”等方面的评价，也就是在产品设计中常提到的人性化设计问题。

所谓人性化产品，就是包含人机工程的的产品，只要是“人”所使用的产品，都应在人机工程上加以考虑，产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的。我们可以将它们描述为：以心理为圆心，生理为半径，用以建立人与物(产品)之间和谐关系的方式，最大限度地挖掘人的潜能，综合平衡地使用人的肌能，保护人体健康，从而提高生产率。仅从工业设计这一范畴来看，大至宇航系统、城市规划、建筑设施、自动化工厂、机械设备、交通工具，小至家具、服装、文具以及盆、杯、碗筷之类各种生产与生活所创造的“物”，在设计和制造时都必须把“人的因素”作为一个重要的条件来考虑。若将产品类别区分为专业用品和一般用品的话，专业用品在人机工程上则会有更多的考虑，它比较偏重于生理学的层面；而一般性产品则必须兼顾心理层面的问题，需要更多的符合美学及潮流的设计，也就是应以产品人性化的需求为主。

我酷爱自行车运动，在学习了人机工程学之后，我对自行车中的人机工程学产生了浓厚的兴趣，我经过查阅大量文献发现自行车中的人机工程学原理还真不少，在下面的文章中我将详细分析自行车中的人机工程学原理,并提出基于人机工程学的自行车设计。

2.人机工程学简述

2．1人机工程学的基本概念

人机工程学作为一门新兴的学科，在它自身的发展过程中，有机地吸收和融合了各相关学科的理论，不断地完善了本学科的基本概念、理论体系、研究方法、技术标准和规范。人机工程学(Ergonomics)是以人的生理、心理特征为依据，以提高人的工作、生活质量为目的，运用系统工程和信息加工心理学的观点和方法，研究生产领域内人与机械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、准确安全、高效舒适的人一机一环境系统提供理论依据和方法的科学。其目

的就是让产品及工作环境的设计，能更适合人的生理和心理特点，满足人的生理和心理需求，减少疲劳，更加适合人的操作习惯。因而被称为“人体工程学"、“工效学”、“人机环境工程学"等。

人机工程学在产品设计和制造过程中业已得到了广泛应用，尤其在产品设计领域中，人机标准数据库、三维人体模型及一些简单的人机软件系统，已被广泛应用于设计过程，并作为检验和分析产品设计方案人机关系的工具。特别是在航天飞行器安全设计、汽车设计、机械产品设计、家居环境设计、办公室空间设计等方面已经成为了设计是否成功的决定因素。同时在CAD技术领域，人机界面技术和虚拟仿真技术的人机交互技术研究也有了重大进展。在虚拟仿真技术中通过计算机软硬件系统的虚拟仿真，可以有效地进行人机关系的设计、评估、检验等工作

2．2人机工程学的研究内容

人机工程学的根本研究宗旨是通过揭示人、机、环境之间的相互关系的规律达到确保人、机、环境系统总体性能的最优化，主要包括理论和应用两个方面：

(一)研究和实验，即确定工程设计所必需的有关人的特征和特性的具体数据；

(二)应用和工程，即设计宜人化的用品、工具、机器、环境、作业程序、工作任务等。

3.基于人机工程学的自行车中的设计

3.1研究的意义

我国是世界最大的自行车生产国和出口国，自行车年产量已达8000万辆，占世界总产量的2／3。2006年，我国向世界188个国家和地区出口自行车整车5601．6万辆，同比增长4．5％；金额18．85亿美元，同比增长7．7％；整车及零部件出口金额30．06亿美元，同比增长1l％；平均单价33．7美元，同比增长3．2％。但是，由于欧美、台湾等自行车产业发达国家和地区将研发中心保留在本土，中国大陆在该领域尚未形成自主设计体系，生产基本限于OEM(Original EquipmentManufacturer)模式，使得产品技术附加值很低，出口单价仅为台湾地区的1／6哺1。所以，目前大陆地区自行车行业亟需解决的问题是如何增强新产品的自主研发能力。随着技术的进一步发展，日趋完善化的设计更强调人的效能、安全、舒适和身心健康，在设计产品时充分考虑人的因素，反映人的需要，把人与产品密切结合起来，这是设计发展必然的趋势，对自行车的设计同样如此。未来自行车设计将更强调体现人文精神，将人与自行车完美和谐地结合起来，在设计中对高科技的利用度将大幅度提升，大批量面向大众的自行车设计将有下降趋势，而针对局部人群的更加个性化的小批量定向设计将受到欢迎。因此，开展基于人机工程学的自行车设计方法研究，探讨客户化定制的设计流程并加以应用具有重要的理论意义和实用价值。

3.2自行车车架的设计

3.2.1确定车把与鞍座之间的相对位置：

根据人机工程学相关理论确定上身姿态，进而确定鞍座和车把之间的相对位置。长时间骑自行车人们大多感觉腰部最累，这是因为骑车时，人处于一种前屈运动的状态，坐姿属于非自然姿势。要减轻人体上身疲劳，就要尽量使腰背肌肉处于放松状态，在保证人体操作灵活性的同时，使人骑车时的坐姿接近自然坐姿，即尽量使