【正文】 的人機(jī)工程設(shè)計(jì)。第三章是自行車鞍座逆向設(shè)計(jì)，主要包括Mistral070705 DEA三坐標(biāo)測量儀的使用、imagewre軟件的逆向建模。第四章是UG軟件對(duì)鞍座表面局部造型，主要是根據(jù)在人機(jī)工程學(xué)下設(shè)計(jì)的自行車鞍座尺寸進(jìn)行造型。第五章是總結(jié)和展望。包括工作總結(jié)和展望。隨著人們生活質(zhì)量水平的提高，人們除了在追求產(chǎn)品的功能滿足之外，越來越注重對(duì)產(chǎn)品的人性化的設(shè)計(jì)。當(dāng)然自行車作為人們平時(shí)生活中工作和休閑的一種工具，其是否能夠更好的適應(yīng)人們對(duì)其舒適性的滿足，已經(jīng)決定了自行車是否能夠持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。本章通過對(duì)自行車的國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀等的介紹，指出了現(xiàn)有自行車設(shè)計(jì)存在的一些缺陷。并提出了對(duì)自行車的關(guān)鍵部件鞍座的人機(jī)工程的設(shè)計(jì)思路以及設(shè)計(jì)過程中涵蓋的各項(xiàng)技術(shù)。第二章 自行車鞍座的人機(jī)工程設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)是研究人——機(jī)——環(huán)境三者之間相互關(guān)系的學(xué)科，是近十幾年發(fā)展起來的一門邊緣性應(yīng)用學(xué)科。該學(xué)科的研究目的在于設(shè)計(jì)和改進(jìn)人——機(jī)——環(huán)境系統(tǒng)，使系統(tǒng)獲得較高的效率和效益，同時(shí)保證人的安全、健康和舒適。使設(shè)計(jì)的機(jī)器和環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理和心理等特征，達(dá)到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康和舒適的目的。人機(jī)工程學(xué)是一門研究人機(jī)環(huán)境三者之間相互關(guān)系的學(xué)科，該學(xué)科在發(fā)展的過程中有機(jī)的融合了生理學(xué)、心理學(xué)、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生學(xué)、人體測量學(xué)、勞動(dòng)科學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、社會(huì)學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科的知識(shí)和成果，形成了自身的理論體系、研究方法、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，研究和應(yīng)用范圍廣泛并具有綜合性。該學(xué)科的研究目的在于設(shè)計(jì)和改進(jìn)人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)，使系統(tǒng)獲得較高的效率和效益，同時(shí)保證人的安全、健康和舒適。由于該學(xué)科在各國的發(fā)展過程也不同，實(shí)際應(yīng)用的側(cè)重點(diǎn)不同，所以其定義也不盡相同。國際人類工效學(xué)學(xué)會(huì)（International Ergonomics Association,簡稱IEA）將該學(xué)科定義為：研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究在工作中、生活中和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒服等問題?！吨袊髽I(yè)管理百科全書》將其定義為：研究人和機(jī)器、環(huán)境的相互作用及其合理結(jié)合，使設(shè)計(jì)的機(jī)器和環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理、心理等特征達(dá)到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康和舒適的目的。人機(jī)工程學(xué)的研究包括理論研究和應(yīng)用研究兩個(gè)方面，由于各國工業(yè)基礎(chǔ)及學(xué)科發(fā)展程度不同，學(xué)科研究的主體方向及側(cè)重點(diǎn)也不同，但根本研究方向都是通過揭示人機(jī)環(huán)境之間相互關(guān)系到的規(guī)律，以達(dá)到確保人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)總體的最優(yōu)化。其主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：（1）研究人的生理與心理特性。人的心理、心理特性和能力限度，是人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)。對(duì)其進(jìn)行研究主要是對(duì)人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改善，以及制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)，使設(shè)計(jì)的工作系統(tǒng)及機(jī)器、作業(yè)、環(huán)境都更好地適應(yīng)于人，創(chuàng)造高效、安全、健康和舒適的工作條件。（2）研究人機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。人機(jī)系統(tǒng)的效能取決于它的總體設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本問題是人與機(jī)器之間的分工以及人與機(jī)器之間如何有效地進(jìn)行信息交流等問題。（3）研究人機(jī)界面設(shè)計(jì)。在人機(jī)系統(tǒng)中，人與機(jī)相互作用的過程，就是利用人機(jī)界面上的顯示器與控制器，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)的信息交換的過程。研究人機(jī)界面的組成并使其優(yōu)化匹配，產(chǎn)品就會(huì)在功能、質(zhì)量、可靠性、造型及外觀等方面得到改進(jìn)和提高，也會(huì)增加產(chǎn)品的技術(shù)含量和附加值。（4）研究工作場所設(shè)計(jì)和改善。工作場所設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)人的工作效率有直接影響。（5）研究工作環(huán)境及其改善。任何人機(jī)系統(tǒng)都處于一定的環(huán)境之中，因此人機(jī)系統(tǒng)的功能不能不受環(huán)境因素影響，人與機(jī)相比，受影響的程度更大。（6）研究作業(yè)方法及其改善。作業(yè)是人機(jī)關(guān)系的主要表現(xiàn)形式，也是人機(jī)系統(tǒng)的工作過程，只有通過作業(yè)才能產(chǎn)生系統(tǒng)的成果。（7）研究系統(tǒng)的安全性和可靠性。人機(jī)系統(tǒng)已向高度精密、復(fù)雜和快速化發(fā)展。人機(jī)工程要研究人為失誤的特征和規(guī)律，人的可靠性和安全性，找出導(dǎo)致人為失誤的各種因素，以改進(jìn)人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)，通過主觀和客觀因素的相互補(bǔ)充和協(xié)調(diào)，克服不安全因素，搞好系統(tǒng)安全管理工作。（8）研究組織與管理的效率。人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)的研究應(yīng)與組織、管理、文化和社會(huì)相適應(yīng)。鞍座作為自行車的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響著騎行者騎行的舒適性，更嚴(yán)重的是經(jīng)常騎行設(shè)計(jì)不合理的鞍座坐墊會(huì)給騎行者臀部的會(huì)陰區(qū)的各種組織和血管產(chǎn)生壓迫，影響人體各項(xiàng)機(jī)能的正常工作。所以自行車鞍座的設(shè)計(jì)已經(jīng)顯得刻不容緩。為了解決上述自行車不合理鞍座產(chǎn)生的影響，人機(jī)工程的自行車鞍座設(shè)計(jì)為我們提供了一個(gè)很好的解決方法。有利的推動(dòng)了自行車的快速發(fā)展，使自行車更受消費(fèi)者的青睞。自行車雖已有兩百多年的歷史，但其設(shè)計(jì)方面仍存在很多問題，騎乘者抱怨最多的莫過于騎行舒適性問題。而鞍座是支撐自行車騎乘者體重的主要零部件，其設(shè)計(jì)對(duì)騎乘者的健康和騎行舒適性有著很大的影響。由于騎車時(shí)會(huì)陰部長時(shí)間受到擠壓，致使前列腺或陰部充血腫脹而發(fā)生炎癥[12]。根據(jù)圖21所示人體臀部組織在自行車鞍座上的分布簡圖可知，當(dāng)騎乘者位于鞍座上時(shí)，鞍座會(huì)壓迫到位于坐骨結(jié)節(jié)和恥骨聯(lián)合部之間的坐骨生殖區(qū)，該處的組織里含有豐富的血管、軟組織和大量的神經(jīng)及神經(jīng)末梢。 圖21人體臀部組織在鞍座上的分布在騎行過程中，騎乘者的大部分體重會(huì)壓迫到這些血管和神經(jīng)，造成會(huì)陰區(qū)的疼痛和麻木。同時(shí)會(huì)陰區(qū)深層中含有泌尿組織、血管及生殖動(dòng)脈和傳導(dǎo)神經(jīng)，騎行中騎乘者體重的壓迫也會(huì)造成生殖區(qū)域的缺血和麻木，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致生殖系統(tǒng)功能障礙。這也就是騎自行車引起會(huì)陰脹痛、臀部疼痛，長時(shí)間騎行后還會(huì)感到陰部發(fā)麻，甚至?xí)鹉蛲?、尿頻、睪丸疼痛等癥狀的主要原因。另外，據(jù)一家外國機(jī)構(gòu)的調(diào)查研究統(tǒng)計(jì)，騎自行車的男士中，90%以上的人的睪丸存在畸形；50%的被調(diào)查人群會(huì)感到陰囊不適或存在勃起障礙[13]。（1）坐姿時(shí)的脊柱形態(tài)處于坐姿狀態(tài)時(shí)，人的身體主要由脊柱、骨盆、腿和腳支撐。不同坐姿下的脊柱形態(tài)不同。在良好的自然坐姿狀態(tài)下，各椎間盤上壓力分布適當(dāng)且肌肉組織承受均勻的靜負(fù)荷。而處于非自然坐姿下，椎間盤壓力分布不正常，容易產(chǎn)生腰部疼痛和疲勞等不適。從坐姿生理學(xué)角度來講，鞍座的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)能使騎乘者處于或接近自然坐姿，保證正常的脊柱形態(tài)和腰弧曲線以降低疲勞減少腰部疼痛等不適。（2）坐姿體壓分布當(dāng)人處于坐姿狀態(tài)時(shí)，人的身體重量主要由坐墊和靠背承擔(dān)，因此坐姿體壓分布包括坐墊上的體壓分布和靠背上的體壓分布兩部分。坐姿狀態(tài)下，由人體組織的解剖學(xué)特性可知，與鞍座緊密接觸的是最能承受壓力的臀部的兩塊坐骨結(jié)節(jié)，約25cm2的部位支撐著75%的人體重量，時(shí)間久了便會(huì)感到疲勞，造成臀部疼痛。圖22所示為坐姿時(shí)坐墊上的壓力分布圖[14]?？梢娫谧藸顟B(tài)下，其坐骨結(jié)節(jié)處壓力最大，向四周逐漸減少，到大腿部位時(shí)壓力降至最低，即為鞍座設(shè)計(jì)的壓力不均勻分布原則。靠背上的體壓分布同樣也不均勻，就帶靠背的自行車鞍座而言，壓力主要集中在腰椎部位，由此向外逐漸降低。圖22坐姿時(shí)坐墊上的體壓分布（3）股骨受力分析 坐姿時(shí)坐骨結(jié)節(jié)承受大部分的身體重量，當(dāng)座面接近水平狀態(tài)時(shí)，位于坐骨結(jié)節(jié)外側(cè)的股骨處于正常的位置（如圖23）而不會(huì)受到過分壓迫使人覺得舒適；而當(dāng)座面呈斗型（凹式三角形）時(shí)，會(huì)使股骨因受到壓迫而向上轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖24）并承受載荷，且還會(huì)使髖部肌肉受壓從而引起不舒適感。圖23股骨正常位置 圖24股骨受壓迫位置在自行車的發(fā)展演變過程中，鞍座的設(shè)計(jì)也有了很大的改進(jìn)，在設(shè)計(jì)過程中越來越重視安全和舒適性，由過去的硬質(zhì)材料鞍座發(fā)展為座面采用較為柔軟的材料制成的鞍座，并通過凹陷、鑿孔等方法來減少對(duì)騎乘者生殖區(qū)的壓迫。（1）鏤空型鞍座如圖25所示，鞍座中間的鏤空有效的地減少了鞍座對(duì)騎乘者會(huì)陰區(qū)的壓迫，但鏤空的設(shè)計(jì)使得騎乘者的重量主要集中在坐骨結(jié)節(jié)處且鏤空邊緣的尖角會(huì)給與其接觸的部位造成不適。圖26所示為局部凹陷的鞍座設(shè)計(jì)，與中間開孔的鞍座相比，孔邊緣的避免巧妙地減輕了對(duì)騎乘者會(huì)陰部的壓力。鞍座設(shè)計(jì)者將最大限度的減少對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)和會(huì)陰區(qū)軟組織、血管和神經(jīng)的壓迫作為鞍座設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，除通過鑿孔、凹陷等方法來實(shí)現(xiàn)這一準(zhǔn)則外，還通過改變鞍座形狀來實(shí)踐該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，故出現(xiàn)了一些外觀造型獨(dú)特的鞍座設(shè)計(jì)，如月牙型鞍座、直桿型鞍座以及造型獨(dú)特的分離型自行車鞍座。 圖25鏤空型鞍座 圖26局部凹陷的自行車鞍座（2）月牙型自行車鞍座圖 27 為美國 MOONSADDLE 公司[15]所設(shè)計(jì)的月牙型鞍座，該鞍座成功地避免了對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)