中科大特殊产品设计理念课件

特殊产品设计理念特殊产品设计理念所谓特殊产品，是指为特殊群体或面向特殊用途而设计生产的产品。如：老年自行车、残疾人用品、健身器械等。在设计这一类产品时的设计理念应着重从特殊性方面加以考虑。老年自行车设计在目前的自行车市场中，琳琅满目的是各种各样的童车、山地车、赛车、城市车等等，令人目不暇接。但是，在面向特殊人群——老年人的自行车设计中我们应具有什么样的设计理念呢？充分考虑和满足他们的生理和精神文化方面的需求。

１安全性。由于老年人的机体反应能力、控制能力等都有所下降，因此骑车的安全因素应当特别加以考虑。车架尺寸上应当保证老年人坐在鞍座上双脚伸直能够接触到地面。脚蹬、车把套上应有防滑设计。车把上可以安装附加的后视镜，以利于注意到身后的情况。夜间骑行其危险度会更大，为了使汽车司机能更清楚地看见骑车的老年人，设想在车架的镀涂材料中加入微弱发光的成分，如荧光剂，白天在日光下看不见，而夜晚非常醒目。另外，对于一些健康情况较差的老年人，可在车上附加应急装置，如呼叫器等。２方便载物的设计。老年人在退休之后，相当一部分时间用于家务劳动，而去超市购买生活用品、去菜市场买菜等，就常用自行车来搬运。在自行车作为载物运输工具的设计方面，就必须考虑老年人的特殊性。例如可以在车篮底部装上轮子，上部设置伸缩拉杆，这样从车上取下后就可以作拖车使用，而不必费力地用手提。有一种折叠自行车是在车架中部装设铰链，横向折叠，可以考虑使车子折叠后当两轮拖车使用的设计。３

方便搬运的设计。在材料的使用上尽可能地轻，折叠车在折叠后要有便于手提的部位。

４娱乐休闲方面的设计。老年人在退休后日常生活有大量闲暇时间，并有相当一部分老年人要照顾孙子、孙女。在外出代步工具——自行车的设计上动动脑筋，就可以使其不仅仅是代步工具，而且能够成为休闲娱乐的好伙伴。例如，可以将童车设计成老年人车的外挂模块，挂在车旁或车后，这样老人就可以带孙儿在外一同骑车漫步。设计一个透明的宠物箱，使钟爱宠物的老人可以带它一起出门。另外，还可以为喜爱骑车外出钓鱼、旅游等活动的老年人设计放置钓具的附件、水杯、小气筒等。相信象这样的细心周到的设计，定会给他们的生活带来更多的乐趣。

长型座垫可让儿童坐在前座，使家长在骑乘时不必担心发生儿童摔下车的危险。有儿童乘坐及踩踏的单元设计，可装置在各种车款上，使用时儿童可踩踏以达到参与骑乘的乐趣，而家长亦可随时注意到儿童的各种反应及动作，兼具安全性及亲子骑乘的乐趣。５健身性的设计。自行车的健身功能，对于老年人尤为适合。

由于骑车时体重不压在双脚上，运动平稳，不会给心脏以急剧负担，可任意调节运动强度和运动量等，可以很好地提高心肺功能，对冠心病、高血压、动脉硬化、糖尿病、肥胖等常见症都有很好的疗效。骑车运动是老年人的一种很好的健身方法，因此可以在自行车的设计上考虑提高其健身功能的设计。例如在设计上考虑鞍座、车把的可调节性，使老年人在骑行中可变换骑行姿态。可在鞍座上附加后腰垫，对有腰疾的老人会有益。借鉴目前山地运动车的车用仪表，可以设计适合老年人用车的健康仪表，可测量车速、行程、心跳次数等，给健身运动提供参考。另外，还可考虑自行车与健身器材的结合设计，可以考虑附加安全固定支架，并使后轮轴转动有一定阻力，如此便可成为家用室内健身车。６另外，在老年人用车的造型、色彩的设计上要摆脱沉闷、单调的局面，老年人的生活也需要活力和热情。因此，造型应在满足功能需求的前提下突出稳健、大方、亲切的感觉。色彩上对比不宜过强，宜采用较明快的中间色调，局部配件可采用较纯的色彩，具有点缀装饰性。

特殊产品设计实例

——坐椅设计

人们在从事作业、生活、娱乐、休息等活动时，都或多或少地以坐姿进行。坐姿是人体较自然的姿势，它有很多优点。当站立时，人体的足踝、膝部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力作用，以维持直立状态；而坐着时，可免除这些肌力，减少人体能耗，消除疲劳。坐姿比站立更有利于血液循环，站立时，血液和体液会向下肢积蓄；而坐着时，肌肉组织松弛，使腿部血管内血流静压降低，血液流回心脏的阻力也就减少。坐姿还有利于保持身体的稳定，这对精细作业更合适。在脚操作场合，坐姿保持身体处在稳定的姿势，有利于作业。

坐姿当然也存在一些缺点。最主要的是它限制了人体活动范围，尤其是需要上肢出力的场合，往往需要站立作业，而频繁的起坐交替也会导致疲劳。长期维持坐姿也会影响人体健康，招致腹肌松弛，脊椎非正常弯曲，以及对某些内脏器官造成损害，如消化器官与呼吸器官等；坐姿太久也会造成下肢肿胀；静脉压力增加，大腿局部受到压力，增加血液回流阻力，引起不适感。1坐姿分析1.1坐姿的生理形态

舒适的坐姿，应保证腰曲弧形处于正常状态，腰背肌肉处于松弛状态，从上体通向大腿的血管不受压迫，保持血液正常循环。因此，最舒适的坐姿是臀部稍离靠背向前移，使上体略向上后倾斜，保持上体与大腿间夹角在90°~115°，同时，小腿向前伸，大腿与小腿、小腿与脚掌之间也应达到一定角度（如图1所示）。

在坐姿状态下，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。脊柱位于人体背部中线处，由33块短圆柱状椎骨组成，包括7块颈椎、12块胸椎、5块腰椎和下方的5块骶骨及4块尾骨（见图2），相互间由肌腱和软骨连接。腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受坐姿时上身大部分负荷，还要实现弯腰扭转等动作。对设计而言，这两部分最为重要。

正常的姿势下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹。在良好的坐姿状态下，压力适当地分布于各椎间盘上，肌肉组织上分布均匀的静负荷。当处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布不正常，产生腰部酸痛、疲劳等不适感。图3为各种不同姿势下腰椎曲度，可见当人侧卧、躯干与大腿成适度弯曲状时，脊椎形状最接近自然状态。欲使坐姿能形成几乎正常的脊柱形态，躯干与大腿之间必须形成一定的角度，且在腰椎部有所支承。

躯干完全挺直的坐姿使脊椎严重弯曲，因椎间盘上压力不能正常分布，身体上部的负荷加在腰椎部，引起不适，因此90°的靠背椅是不良的设计；躯干前倾的姿势会使本来前凸的腰椎拉直甚至反向后凹，这种姿势因而也极不舒服，影响了胸椎和颈椎的正常弯曲，使颈、背部疲劳。

1.2人体坐姿的体压分布

人坐在坐面时，人体的重量在椅背与椅面上的压力分布叫坐姿的体压分布。从以上分析来看，舒适的坐姿是肩部和臀部同时支撑身体体重的坐姿。肩胛骨和腰椎骨两部分的压力最高，在坐面和靠背上的体压分布是从小到大平滑过渡的，要尽量避免压力突变，坐骨结节处的压力最大，其周围部分的压力逐渐减少，在坐面前沿与大腿接触处压力最小。图4是坐椅各部位的受力分布。

根据以上分析可得出下列结论：

a.躯干挺直或前倾的坐姿很容易引起疲劳；

b.设置适当的靠背可使疲劳降低；

c．大于90°的靠背增加了坐姿稳定性，且使坐姿更接近自然状态。2坐椅设计

由上述分析可知，理想的坐椅，应使就坐者体重分布合理，大腿近似水平状态，两足自然着地，上臂不负担身体的重量，肌肉放松，操作时躯干稳定性好，变换坐姿方便，给人以舒适感。2.1设计原则和分类

坐椅设计须考虑的因素很多，可以概括出如下一些基本原则：

a.坐椅的形式与尺度与其功用有关；

b.坐椅的尺度必须参照人体测量学数据确定；

c.身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担；

d.坐椅前缘处，大腿与椅子之间压力应尽量减小；

e.腰椎下部应提供支承，设置适当的靠背以降低背部紧张度；

f.坐者应能方便地变换姿势(不必起身)，但必须防止滑脱；

g.椅垫必须有足够的垫料和适当的硬度，使其有助于体重压力分布于坐骨结节区域。

可见坐椅用途不同，坐椅的设计重点有很大差异。因此，在确定坐椅设计的要素之前，应首先明确坐椅使用群体与使用环境。2.2设计细则

下面列举坐椅设计主要部位的确定原则，其中的参考尺寸多以欧洲人为基准测定，针对我国情况，设计时宜酌取中下限。a．坐高

休息用安乐椅380—450mm，工作椅430—500mm。适当的坐面高度应使大腿保持水平，小腿垂直，双脚平放于地面上。坐面不能过高，否则小腿悬空时，大腿受椅面前缘压迫，使坐者感到不适，长时间这样坐着，则血液循环受阻，小腿麻木肿胀。因此，坐高一般按小腿长加脚高与鞋高的5%的数值作为设计依据。坐面前缘应比人体膝窝高度低30～50mm，且做成半径为25—50mm的弧度。坐面亦不能太低，否则腿长的骨盆向后倾斜，正常的腰椎曲线被拉直，致使使用者腰酸不适。

对于上述的两种用途不同的坐椅，其坐椅要求也不相同。休息椅应使腿能向前方伸展，以放松肌肉，也有助于身体的稳定；工作椅使人以较直立的姿势坐于其上，双脚平放于地面，故其坐高比休息椅稍大。工作椅的坐面高还应该考虑工作台面的高度，当作业面高度固定时，椅高上限应根据身材较矮的作业者的要求来确定，因为工作椅的高度显然与作业面高度有关。作业者为了得到舒适的臂部支承，常常会寻求一合适的坐高，低身材的人一般坐得比高身材的更高些，以适应作业面的高度。因此工作椅最好是坐面高度可调节，以适应不同作业者。调节范围为工作台面下方240—300mm之间，当作业要求坐面较高时，应配置一可调式踏板搁脚。b．坐宽

一般取430-450mm。扶手椅不小于500mm，坐面宽度以宽为好，以方便就坐者更换坐姿。对单人使用的坐椅，参考的人体尺寸是臀宽，一般以女性群体尺寸上限（即95%的数值）为设计依据（以满足大多数人的需要）；对成排相邻放置的坐椅，如剧场观众席坐椅，则坐宽应以肘间距的群体上限值为设计基准，以避免拥挤压迫感。坐宽亦不能太大，如长时间坐姿作业，双臂应得到应有支承，如坐宽太大，则肘部必须向两侧伸展以寻求支承，这样会引起肩部疲劳。c.坐深

坐深是指椅面的前后距离，该尺寸不宜太大。一般休息用椅取400~430mm，工作用椅取350~400mm。正确的坐深应使靠背方便地支持腰椎部位。如坐深大于身材矮小者的大腿长（臀部至膝窝距），坐面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样若要得到靠背的支持，则必须改变腰部正常曲线；否则，坐者必须向坐缘处移动以避免压迫膝窝，却得不到靠背的支持。这两种坐姿都是不舒适的。就工作坐椅而言，为适应绝大多数使用者，坐深应按较小百分位的群体设计，这样身材矮小者坐着舒适，身体高大的人只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。d．坐面倾角

坐面倾角指坐面与水平面所夹角度。一般取休息椅19°~20°，对于工作椅由于工作时就坐者身体需向前倾，所以倾角不宜太大，可取10°~16°。坐面后倾的作用有两点：一是由于人体重力作用，使坐者躯干后移，使背部抵靠靠背，以获得支持。这样，可以使背肌放松。二是防止坐者从坐缘滑出坐面。后者在振动颠簸的环境中尤为重要，如汽车驾驶用坐椅及长途汽车的乘客坐椅。从坐椅的功能来区分，则工作椅和休息椅坐面倾角有很大差异。休息椅坐面倾角大，有利于身心松弛，大坐面倾角与靠背倾角构成近于平躺的休息姿势。对工作坐椅而言，因作业空间一般在身体前侧，如坐面过分后倾，脊椎因身体前倾作业而会被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成一种费力的姿势，因此倾角不能太大。e.靠背的高度和宽度

人体背部脊柱处于自然形态时最舒适，要达到这一点，只有通过坐椅的坐面与靠背之间的角度、靠背的形状和适当的腰椎支持来保证。靠背由肩靠和腰靠两部分构成，大部分工作场合，腰靠最主要。腰靠一般设在由坐面往上的第二节腰椎骨处。靠背的最大高度可达480~630mm，最小宽度可达350~480mm。靠背的尺寸主要与臀部底面到肩部的高度(决定靠背高)和肩宽(决定靠背宽)有关，确定高度时还必须计入坐椅的有效厚度。对于工作用椅，靠背的高和宽应以不妨碍手臂的操作活动为限。至于休息用椅或车辆等运输工具的乘客用椅，应采用高靠背、增加靠枕，宽度可取为350～480mm。

为了使背部下方骶骨和臀部有适当的后凸空间，坐面上方与靠背下部之间应有凹入或留一开口部分，其高度至少为125~200mm。

f．靠背倾角指坐面与靠背的夹角

从保持正常自然形态的脊柱，增加舒适感角度看，靠背倾角度取为115°较为合适。实际应用中，通常根据坐椅用途确定：阅读用椅101°~104°，休息椅105°~108°，工作用椅取95°~108°。日本学者认为高靠背坐椅倾角以不大于115°为宜。另据研究，汽车坐椅靠背与坐面夹角为111.7°时最为舒服。g．扶手高度

扶手的高度指扶手上缘到坐面的距离，其主要作用是支持手臂的重量，以减轻肩部负担，增加舒适感。此外，扶手可以帮助人就坐、起坐和变换坐姿；车辆或运输工具的坐椅扶手，可帮助人在摇摆状态下保持身体稳定。扶手高度一般可取坐垫有效厚度以上200~300mm。扶手不宜太高，以避免引起肩部疼痛，过低起不到支持手臂的作用。h.椅垫