引言

家具作为与人们生活最息息相关的产品，其设计质量直接关系到使用者的舒适性、与健康水平。近年来，随着社会经济的发展和人们生活质量的不断提升，民众对家具的舒适性、功能性和人机交互性能提出了更高的要求。然而，现实中许多家具产品仍然沿用传统设计理念，缺乏基于人因工程的科学分析与优化，导致在实际使用过程中会出现不适感、导致姿势疲劳等问题。这一现象在休闲家具领域亦有出现。这种现象既影响了用户的身心健康，也限制了产品的广泛适配性与市场价值。近年的虚拟仿真技术的发展为家具设计提供了新的思路。数字人体建模（Digital Human Modeling, DHM）技术可通过构建高度逼真的虚拟人体模型，模拟人在实际使用情境下的动态交互过程，从而实现人体动作、关节负荷、可达性等多维指标的定量分析。在此背景下，本文以休闲椅为研究对象，聚焦其在日常使用中的人机交互性能，尝试借助 JACK 软件建立数字人体模型，对椅子的结构舒适度、支撑性与操作可达性进行虚拟评估，并提出针对性的设计优化路径。本研究的目标包括两个方面：一是基于人因工程理论，利用 Siemens Tecnomatix Jack人机虚拟仿真软件8.01（西门子，慕尼黑，德国）对休闲椅的人体工学性能进行量化评估；二是探索数字化方法在家具设计中的实际应用潜力。

研究方法

Jack软件是人因工程的思想，集三维仿真、数字人体建模、人因工效分析为一体，通过创建虚拟数字人和导入外部三维模型，建立仿真环境并指定数字人模拟任务进行研究分析，从而高效低成本的进行实验，设计出更安全，更符合人体工程学的产品。

研究过程

2.1 仿真环境创建

为了检测优化前后座椅使用的舒适性和可达性，采用GB/T10000-2023《中国成年人人体尺寸》中第50百分位男性与女性人体数据，将其输入到JACK软件中去，在“Advanced Scaling”中将其填充，获得数字人体模型。

将3dsmax中的优化前后座椅模型以.wrl的格式导入到JACK软件中，通过Human模块下的Human Control工具，利用Ajust Joint对选中的虚拟人的关节与躯干进行微调，利用Attach功能使得虚拟人与座椅模型相匹配。

2.2 舒适度仿真分析

2.2.1 Krist舒适度分析

Krist还提供了一个总体舒适度评分系统（Comfort），用于评估虚拟人物的整体舒适度，评分范围从0到80，分数越低表示舒适度越高。

在舒适度分析中，Krist被用来对两个虚拟人物的舒适度进行评价。评测内容包括颈部、肩部、背部、臀部、上肢和下肢的舒适度、疲劳度以及整体舒适度。评测结果显示，优化前P50男性和P50女性虚拟人在使用座椅时，男性虚拟人的舒适度的综合评分为65.7，女性虚拟人的舒适度的综合评分为67.8；优化后P50男性和P50女性虚拟人在使用座椅时，男性虚拟人的舒适度的综合评分为57.5，女性虚拟人的舒适度的综合评分为58.3。优化后的P50男性和P50女性虚拟人舒适度得分均小于优化前的，说明优化后的男性和女性虚拟人整体舒适度得到有效提升。其中优化后虚拟人的颈部、肩部、背部、臀部、上肢、下肢整体得分均在80分的极限范围内，说明各部位舒适性均在舒适范围内。说明该扶手椅的尺寸设计合理，符合人机工程设计要求。

2.2.2 下背部受力分析

Lower Back Analysis工具中NIOSH标准规定L4/L5 所受的最大压力不能超过3400 N，否则将会对人体造成危害。下背部分析工具运用软件内嵌的生理学模型来评估 L4/L5 椎间盘的压力水平，并通过与NIOSH数据库中的数据进行比较，进行下背部受力仿真。虚拟人模型在不同活动中会采取不同的姿势，这些姿势的变化会导致脊椎承受不同程度的压力。NIOSH设定了黄色和红色警戒线作为判断标准，在进行下背部分析时，特别关注脊椎的L4和L5这两个下背部的关键部位。评测结果显示，优化前的P50虚拟人坐姿姿势时，男性虚拟人L4/L5 脊椎所受的压力为559N，优化前P50女性虚拟人L4/L5脊椎所受的压力为399N；优化后的P50男性虚拟人L4/L5脊椎所受的压力为484N，优化后P50女性虚拟人L4/L5脊椎所受的压力为338N。优化后的虚拟人下背部受力均小于优化前的，下背部舒适性得到明显提升。且优化后的虚拟人下背部受力均在3400N极限范围内，说明优化后的虚拟人的下背部舒适性较好。

2.2.3 快速上肢评估分析

RULA基于人体的姿势、运动次数、所受负荷、任务持续时间等来评价作业中上肢动作的危险性，根据分析给定的分数来判断该作业姿势是否会对人体造成损伤，从而进行优化改善。评分等级划分表如表1所示。

等级	评分范围	评分含义
1	1～2分	可以接受的姿势，无需更改任务姿势
2	3～4分	可能需查看，可能需更改任务姿势
3	5～6分	需尽快查看，并更改任务姿势
4	7分及以上	需立刻查看，并更改任务姿势

分析结果如表2所示。

作业姿势评分	上臂	前臂	手腕	手腕扭转评分	A组综合评分	颈部	躯干	B组综合评分	上肢不舒适度总体评分
优化前P50男性	1	2	1	2	2	1	4	5	4
优化后P50男性	1	2	1	2	2	1	3	3	3
优化前P50女性	2	3	2	2	4	1	4	5	5
优化后P50女性	1	3	2	2	3	1	2	2	3

表2表明，优化后的P50男性虚拟人与女性虚拟人快速上肢评估得分均小于优化前的方案，说明优化后的虚拟人上肢舒适度得到明显提升。

讨论

3.1 性别差异对舒适度的影响

研究表明，原设计在满足女性用户需求方面存在一定不足，尤其在髋部、膝部和肘部等部位的舒适性体验上差异较为明显。国内学者在《后倚的坐姿降低愤怒感 ——性别和冒犯意图的调节作用》里通过对性别差异研究影响情绪，进而引申出性别差异是影响坐姿舒适感的重要变量，本研究的发现也有同样思考。在优化设计中，我们通过调整关键结构尺寸和接触部位的曲面参数，提升了对女性用户的适配程度，使男女用户在使用过程中能够获得更为均衡的舒适体验。

3.2 健康价值探讨

已有研究明确指出，椅子高度的不合理设置会直接影响坐姿，长时间维持非自然体态将对人体肌肉骨骼系统造成不良影响。学者们在《惠州青少年颈椎病患者流行病学特征及危险因素分析》里研究得出，错误的坐姿容易引发颈部、肩部及腰背部慢性劳损。

针对上述问题，我们提出了具有高度可调节性的改进方案，在休闲椅结构上增加灵活调节机制，有效缓解了长期静坐带来的身体疲劳，体现出人体工学设计在改善健康方面的现实作用。

3.3 拓展休闲椅产品的市场潜力

本设计所采用的可调座面与可移动椅背结构，使用户能够根据使用需求自由调整休闲椅角度，提升了使用的主动性与灵活性。相比传统家具模式，具备动态响应能力的模块化设计，更能适应多样化的情境，如长时间阅读、短时笔记、使用电脑等。

这种设计思路不仅契合现代休闲空间多样化、个性化发展的趋势，也有助于提升家具产品的市场适用范围，拓展其在商场、室内外娱乐空间及家庭等多种场景中的应用可能，为休闲空间家具带来新的增长点。

4结论

本研究基于Jack软件的数字人体建模技术，对休闲空间中常见休闲椅的使用适配性、人体工学表现与环境影响进行了系统分析，并在此基础上提出了优化设计方案。研究主要结论如下：

4.1现有休闲椅设计在适配性和舒适性方面存在明显不足

当前公共空间或室内空间中普遍使用的休闲椅多为标准化产品，未充分考虑不同用户在体型、性别与使用习惯方面的差异。这一问题在长时间使用场景中尤为突出。

4.2 优化设计方案显著提升了人机舒适性与功能适应性

通过引入可调节靠背、座面和扶手结构，优化后的休闲椅在不同体型用户间展现出更优的适应性。多角度调节功能亦适配了如阅读、短暂休憩、等候等多种校园休闲场景，显著提升了产品的使用弹性与体验质量。

4.3 优化设计具备拓展市场应用的潜力

本研究提出的休闲椅优化方案不仅适用于家庭，也具备在图书馆、候车厅、商城、公共服务中心等多元空间中推广应用的基础。设计中的模块化与调节机制使其更易实现定制化与规模化生产，顺应了当下家具产品“功能+体验”并重的消费趋势。

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