中国传统人机工程学思想事例

 

 

1.模数尺度观念——强调设计规范，为设计提供尺寸参考

 

设计的目的是为人服务的，那么在设计中最基本的技术因素和形式原则便是尺度和比例。据考，中国是世界上最早并真正在设计领域实现标准化和模数化的国度，尤其是在传统建筑领域，宋代的“材契”制度和“斗口制度”可为其佐证。

 

所谓模数系统，从数学上讲即是按照某一特定比例关系和规律组合而成的数系。中国古代的能工巧匠对此早就有了清楚的认识。在工艺流程方面，《考工记》就曾论述：“轮人为轮，斩三材，必以其时，三材既具，巧者和之。……凡斩毂之道，必矩其阴阳。阳也者，稹理而坚，而齐诸其阳，则毂虽蔽不藃。”这一论述已经涉及到材料力学在产品结构方面的应用，至今看来仍然具有相当大的科学价值。《考工记》在论“察车之道”时曾谈到各种车辆尺度与人、马的关系，其云：“凡察车之道，必自载于地者始也，是故察车自轮始。凡察车之道，欲其朴属而微至。不朴属，无以为完久也；无微至，无以为戚速也。轮已崇，则人不能登也；轮已庳，则于马终古登也。故病车之轮六尺有六寸，田车之轮六尺有三寸。乘车之轮六尺有六寸。六尺有六寸之轮，轵崇三尺有三寸也。加轸与搂焉。四尺也。人长八尺，登下以为节。”文中强调“察车自轮始”，强调轮之于车行功能的决定意义。故必须从地面的负荷重量这一因素着眼。这就要求注意外部造型与内部结构的细密和坚固，其中包括触地面积等。如不遵循这些要求。就会损坏其机械功能或影响车行速度。接着强调轮子与乘车者和辕马之间的功能关系，认为：车轮太高，将影响人的登车操作；车轮太近，则影响马拉车的力点。鉴于这些相互制约的功能关系，故兵车轮应高六尺九寸，猎车之轮应高六尺三寸，乘车之轮应高六尺六寸。以六尺六寸的车为标准，那么车轮的中心高度为六尺六寸。一般人的高度为八尺，故车的高度恰好是便利乘者上下。这些重视机械构造与人和动物的生理相互关系的论述，颇符合结构力学和人体工学的原理。体现了科学的合理性，为其他车的设计提供了范例和尺寸参考。由此可见，中国的造物文化早已注意到了科学规律在生产中的应用，认识到模数比例尺度在产品设计中的重要作用，尤其是在人机匹配方面的作用。

 

2.人机系统的设计中注重“物”的功能的合理性，即宜人性。

 

例如，仰韶文化中的彩陶尖底瓶，其设计思想，首先是“物”功能的合理性和适用性，然后才是器物外形的装饰性。尖底瓶是利用水葫芦的原理，中间大，两端小。肩部有两耳系绳，便于携带又减小了汲水时直接接触水面的过程，尖底瓶悬置水平后，成平卧状，小口开始进水，等腹部灌满水时又呈垂直状。而小口既可以保持水质洁净，又不易洒溢。更奇妙的是，由于设计的尖底，可以任意在松软的地面插放，不易倾倒，而尖底部分又是倒水时手握用力的地方。比较其他容器的使用，尖底瓶有着十分流畅的造型外观，以及极其方便的适应性。中国古代家具的典范之作是明式家具，它的实用功能与审美功能是完美地结合在一起的，它是基于中国文化的传统和中华民族生活方式的需求而设计的。家具结构简洁、有力，实用功能强，装饰严谨、合理，由结构而直接显现的形式和实用的功能性成为装饰的一种基本范式。在这种独特形式中，蕴涵着朴实、纯真的民族性格和追求率直、典雅、精致的艺术精神。这体现了人机工程学“物”的功能合理性和宜人性设计。

 

3.工作场所的合理性设计

 

工作场所的合理性设计在古代表现在人们生活或活动场所环境的合理性。

 

例如，明代臣庶室屋制度从洪武二十六年的间、架定制发展到正统十二年庶民不过三间，架多不禁，从而导致大进深、高净空厅堂的大量出现。它虽然满足了礼仪等活动所需要的空间深度，但作为庶民住宅的室内空间，不像宗教寺庙与皇家宫殿那样需要超人的室内高度以显示其神圣、威严与权势。因此人们逐渐使用术结构中轩(卷)和草架技术使原先因制度限制不准使用藻并的缺陷得到弥补，室内空间不受架多脊高的影响而得到宜人的尺度，顶界面也从单调的人字形转变为有曲折变化的轩、草架组合形，于是室内空间层次增多、造型也显得丰富而优美。其中草架作为结构形式不但降低了室内净高，而且调正了室内脊高的水平位置．从而使内部的空间形体更加合理，它比单纯起装饰作用的藻井更符合真善美的原则，对它的评论不妨用结构与装饰的完美统一来肯定。

 

在《考工记》“辀人为辀”篇中对车辀(即曲辕)的要求：“欲弧而无折，经而不绝。进则与马谋，退则与人谋。终日驰骋，左不楗。行数千里，马不契需。终岁御，衣衽不敝，为辀之和也。”意思是说：辀的设计应顺木理弯曲适度而无折痕，这样才能配合人、马进退自如，马儿行驶数千里，也不会伤蹄怯行：御者终年驾车驰骋，也不会磨破衣裳。这则二千多年前的设计标准己体现出现代社会“人体工程学”的设计主张，反映出我国古代社会充满人文关怀的“人性化”设计风格。古人也同样注意周边场所的合理性设计，只有合理的设计才能提高生活质量，减少不必要的麻烦。

 

另外，从我国古代的家具设计，房屋建造布局等都可以看出人们对生活场所的合理性布局的关注。《考工记·匠人》对周代城邑建设体制、礼制营建制度及城邑规划制度等作了较为全面的记述。包括中国早期的王城布局和建筑特色。具体包括城邑的整体规划布局，门的形制、道路形制、墙和门的高度、房屋的形制等等。“匠人建国” 的城邑规划思想虽与古代宗法封建礼制制度密切关联，但其设计理念中也不乏有对生活便利方面的考虑。其中建筑细节方面规划会依据人们的生活习惯去进行相应的设计。

 

4.设计环境控制——考虑作业环境因素

 

河北省满城刘胜和窦绾墓出土的长信宫灯和朱雀灯在科学性和艺术性的统一上有典型的意义。长信宫灯以汉代宫女形象为基本造型，通高48厘米，宫女做跽坐状，双膝着地，跣足，足尖抵地以支撑全身。头梳发髻，上覆巾帼，上身平直，以左手持握灯座底部的座柄，右臂高举，袖口向下宽展，如同倒置的喇叭，覆罩在灯罩上，宫女右臂与体腔为空心相连，燃灯时起到烟道和消烟的功能。灯盘成“豆”形，灯盘内留有槽，槽内两片弧形屏板，合拢组成圆形灯罩，灯盘可以转动，灯罩可以开合，调节照度和照射方向，也有挡风的功能。上述设计一方面从灯的尺度上看，科学性的设计使灯的尺度合乎日常实用的多种要求。如豆形灯，灯盘直径和高度一般在10到15厘米，灯柱(高足的持握部分)一般为3厘米，为持握方便，灯盘上设有一扳手，可以移动。另一方面，充分考虑了作业环境利用光的合理性，并且对环境的污染做了充分的考虑。这样使人有一个“舒适”的作业环境。

 

又如汉代灯具设计尤其注重环保的功能。由于汉代灯具燃烧都是动物油脂，燃烧后会残留下灰烬，造成室内烟雾弥漫，污染空气和环境，因此灯具设计有了导烟管。这真是让人叫绝的发明。烟尘通过导烟管溶入到灯体内的清水中，实现环保功能。这些器物功能上所体现出来的设计的“巧”，出发点和核心都只有一个，那就是“以人为本”，都反映了设计对人的社会生活的关注和思考上。

 

作业环境是人机工程学中的一个很重要的因素。古代在科学技术如此落后的情况下都能很好地做好环境保护，今天科学技术如此先进，我们更应该保护和改善我们的环境。

 

5.人-机-环境系统的思想

 

《考工记》里“天有时，地有气，材有美、工有巧，合此四者然后可以为良”这段话是中国古代传统设计思想中一个十分重要的美学观和价值标准。它所强调的是人与人、人与社会、人与自然的相辅相成，和谐共生。”所谓“天时”、“地气”是指来自大自然方面的客观因素的制约，而“材美”和“工巧”则是指来自主体方面的主观因素的作用。这两方面因素的决定性直接体现在工艺造物过程和品质中。《考工记》是通过引用一些实例来论证天时、地气等自然因素的重要性的。例如：“橘逾淮而北为枳，鹤鹤不渝济，貉逾汶则死，此地气然也。郑之刀、宋之斤、鲁之削、吴粤之剑，迁乎其地而弗能为良，地气然也。燕之角，荆之干、妙胡之箭、吴粤之金锡，此材之美者也。天有时以生，有时以杀；草木有时以生，有时以死；”中国古人素来讲究应天之时运，承地之气养。主张人与自然的沟通融合。这种“天人合一”的文化精神，对造物思想产生了重要的影响，把顺应天时与地气作为造物原则的重要内容，便是受中华民族文化精神深刻影响的造物观念。当然，这一切与中华民族以农为本的自然经济体制也是分不开的。《考工记》强调一切工艺制作都要以符合自然生态的规律和特点为先决条伴，并且认为这些条件制约或决定着工艺制品质量的优劣。这是环境的考虑。

 

“材美”与“工巧”的原则，是在强调人适应于自然的前提下，进一步提出改造自然的原则。所谓“材美”，是肯定人对材料、质地品性的选择性，要求人们根据自身的需要和旨趣去主动地辨认材料对象的美质。如果说“材美”的原则还包含着一定的适应于自然要求的话，那么，“工巧”则包含着一定的主体创造性的肯定。它要求造物主体对“美材”予以“巧”治，即古人常谓的“因材施艺”、“适材加工”。也就是说，人尽管不能左右大自然，但人可以在认识、协调大自然因素的前提下，发挥自己的主观能动性“制天命而用之”，利用自然规律改造自然界。然而，把两者联系起来看，便能意识到改造自然的造物行为，在中国造物思想中并非是对自然的彻底摧毁和破坏。审美的选材和艺术的加工，都意味着造物行为是在一种非对抗性的基调上展开的创造性活动，即一种通过主体的操作去充分发掘自然对象潜在的可能性创造。这是人和机的考虑。

 

“天有时、地有气、材有美、工有巧”的造物原则也是整体思维在传统造物中的具体体现。这四项原则中每一项都是制约整体效能的关键，它们相互之间的关系同构于造物的整体观念。也就是在观察上从整体出发，在工艺技术上重视局部；在物体造型上，重视整体；而在装饰上，则注重局部的刻画。民间的建筑木作、石雕、砖雕都是采用这种表现方法的，从选择材料到制作过程，采用以大取小，以方取圆，以粗取平的原则，这种减法的设计原则对后世颇有影响。总的来说，中国造物思想的四项基本内容最终归结到“天人合一”的统一性基础上。因此，《考工记》作出“合此四者，然后可以为良”的价值判断上，便是必然的也是合乎逻辑的。一个“合”字则集中体现了中国工艺造物的最高价值准则。唯有合乎“合”之要求的造物。才能具备利益人生的良质，才能成为真正意义上的造物。这是现代人机工程学中“人-机-环境”系统思想的体现，为设计的整体和局部的考虑提供了范例。

 

我国古代的指南车是最早的自动控制系统。指南车有着一套比较复杂的齿轮传动机构，它的设计不但需要有力学的知识，还需要懂得“反馈”这个道理。指南车的设计原理与现代人机工程学的反馈原理相吻合，说明当时人们对人机系统的处理所表现出来的知识水平已是相当高了。指南车的设计可以说是经典人机学的一个典型用例。

 

(转自网络)