哈爾濱理工大學 機械動力工程學院 金信琴* 解佳藝 張聞杰
摘要：目的 基于人因工程設計一款坐便輔助器,并對坐便蓋形態有所改善，使排便更順暢、更舒適。方法 通過用戶調研了解目前用戶對坐便器的需求，對調查結果進行有關排便姿勢及坐便蓋形態的傾向選擇實驗，并對實驗結果進行分析。結論 長期使用坐便器用戶患有便秘的占73%，長期使用蹲便器用戶患有便秘的占27%；排便姿勢傾向選擇結果為為肛門直腸角132度，坐便蓋形態傾向選擇結果為選擇坐便坐位與臀部接觸面為弧形面。
關鍵詞：坐便器 排便姿勢 人因工程學 便秘
中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A
文章編號：1003-0069(2017)10-0118-02
Abstract：Objective: Based on ergonomically, design a seat auxiliary device, andimprove the seat cover shape to make the user to have more comfortable defecation.Methods: Through the user investigation to help to understand the current user'sdemand for the toilet, the survey results are conducted on the tendency to selectthe posture and the form of the seat cover, and it analyzes the experimental results.Conclusion: 73 % of users who use toilet seat for a long-term have the problem ofconstipation, and 27% of users who use squatting for a long-term have the problemof constipation. The postural tendency selection result is 132 degrees for the rectalangle of the anus, and the orientation of the seat cover is the result of the selection ofsitting position and the hip contact surface as the curved surface.
Keywords：Seat auxiliary device Implement postures Ergonomically Constipation
引言
便秘是大便經常秘結不通，排便時間延長或有便意而排便困難的一種常見病癥[1]。根據資料顯示，患有便秘的人有食欲不振記憶力下降、注意力分散、思維遲鈍等癥狀，其發生率約占正常人的2％～10％[2]。更有資料表明，便秘會導致癌癥的發生，便秘嚴重者中約有10%的人患有結腸癌[2]。由此看來，便秘對健康有著非常大的影響，關于便秘的研究對改善腸道健康非常必要。
正常人排便通常有坐便和蹲便2種姿勢，根據人體解剖學的資料表明：坐便時肛門直腸角的平均角度是92度（如圖1）所示；蹲便時平均角度增加到了132度（如圖2）所示，此時糞便更容易被排出[3]。以上資料表明，使用蹲便比坐便更容易排出糞便，但蹲便的使用舒適性差，容易產生足部麻木，膝蓋酸痛，蹲起不便等現象。因此，從改進排便姿勢來緩解便秘的研究是非常重要的。本文運用問卷調研與人因工程學分析的方法，對坐便器的尺度與形態進行了深入的分析，設計出一款更加益于排便并符合人體尺寸的坐便輔助器。
一、用戶調研
（一）調研對象
調查對象為18?28歲的成年人，除了便秘以外沒有其他疾病。30名男性，35名女性，一共是65名，平均年齡為25歲。對便秘狀況，便器舒適性，排便順暢情況，排便所用的時間，坐便器坐面改進需求進行了問卷調查[3]。
（二）調研結果
對65名調研對象進行調查結果如下：
便秘狀況的調查結果為65名調查對象中有40%的人患有便秘的癥狀，患有便秘癥狀的人長期使用坐便器用戶占73%、長期使用蹲便器的用戶患有便秘的占27%；沒有便秘癥狀的人長期使用坐便器用戶占18%、長期使用蹲便器的用戶患有便秘的占82%；便器舒適性的調查結果為60%的人認為坐便比蹲便舒適；排便順暢情況的調查結果為61.54%的人認為蹲便更有利于排便；排便所用時間的調查結果為排便時間在5分鐘以內的人占15.38%，排便時間在5分鐘到十分鐘的人占67.69%，其余的人在10分鐘以上；坐便器坐面改進需求的調查結果為，52.31%的人認為坐便器坐面需要改進，其中有44.62%的人認為坐便器應該與地面有一定角度，才更有利于排便。上述的調查數據顯示，長期使用蹲便器的用戶患有便秘的人數明顯少于長期使用坐便器的用戶，蹲便比坐便更容易排便，其原因在于肛門直腸角有更大角度時，更加有利于排便[4]。需要進行進一步實驗，來進一步論證。
二、排便姿勢實驗及分析
為了了解人們對現有便器的滿意程度及對便器的改進要求，對排便姿勢進行了深入實驗，主要是為了進一步了解何種排便姿勢更加舒適、何種姿勢更加順暢。
（一）實驗方案
1. 實驗對象 調查對象同樣為18?28歲的成年人，除了便秘以外沒有其他疾病。3名男性，4名女性，一共7名，平均年齡為22歲。
2.實驗環境 實驗場所選擇的是家庭衛生間，其溫度為22攝氏度，其濕度為50%，（如圖3）所示。
3. 實驗條件 當被試者有排便意向時，分別以四種不同的排便姿勢在坐便器上進行排便。四種排便姿勢分別為：1.平直坐面肛門直腸角為92度。2.弧形坐面肛門直腸角為132度。其中肛門直腸角的角度可坐面肛門直腸角為92度。3.平直坐面肛門直腸角為132度。4.弧形坐面肛門直腸角為132度。其中肛門直腸角的角度可以通過在腳下放置不同高度的小凳來調節；弧形坐面可通過帶一定弧度的坐便蓋模具實現。
4. 主觀評價 被試者在每組實驗結束后分別對4種排便姿勢的舒適度及排便的順暢程度進行主觀評價。主觀評價分為1-10共10個等級，“1”表示非常不舒適/順暢；“10”表示非常舒適/順暢。
5. 實驗設備 實驗采用的設備為家用坐便器，家用小凳若干，帶弧度的坐便蓋模具。
6. 實驗過程 向參與本次試驗的被試者介紹整個實驗過程以及相關事項等。當試驗者有排便意向時指定4種排便姿勢的一種，試驗者進行排便。排便結束后讓排便者對排便的舒適度及排便的順暢程度進行主觀評價并記錄。當每一名試驗者分別采用4種不同排便姿勢進行排便后，實驗結束。
（二）解析方法 將主觀評價得分按不同分類相加得出平均值。其中1、2、3、4代表4種排便姿勢舒適度主觀評價評分的平均值； 1、2、3、4代表4種排便姿勢暢通性主觀評價評分的平均值。
（三）實驗結果
通過本次實驗得出4種排便姿勢主觀評價評分平均值分別為：1=7.14， 2=6， 3=5， 4=8.57；1=4.57， 2=6， 3=7.14， 4=8.71。根據以上數據繪制出條形圖。其中（如圖4）是舒適度條狀對比圖；（如圖5）是排便暢通性條狀對比圖。
（四）實驗結論
由（圖4）、（圖5）的條狀圖對比可以清晰地得出結論：坐便器坐面與臀部接觸面為弧形坐面的坐便排便姿勢會使排便更加舒適；肛門直腸角在132度會使排便更加通暢；因此，可以從改變坐便器坐面形態和排便的角度來改善排便姿勢，從而從排便姿勢方面解決便秘的問題。實驗著重用戶對產品的體驗，更好地為理論提供了依據。
三、坐便器改進方案
通過以上的調研以及實驗結果分析，為了改善排便的姿勢，使肛
門直腸角達到132度，通過提高足下高度來改變肛門直腸角。另外，因
為每個人的小腿的長度不同，要使肛門直腸角達到132度提高的足下高度也不同，所以需要調節足下高度設計一款可以調節高度的坐便輔助器。來滿足身高不同的使用者的需求。由于排便時足下高度的增加，大腿緊貼腹部，臀部的支撐面積變小，臀部的壓力增大。為了減小臀部的壓力，增加與坐便器坐面的接觸面積，坐便蓋的坐面需要設計成弧形，使排便姿勢更加舒適。
（一）坐便輔助器設計
根據問卷調查結果，肛門直腸角為132度的情況下，用戶能更好地排便。所以通過坐便輔助器的設計，使肛門直腸角達到132度；另外，使每個人的身高不同，身材的比例也不盡相同，每個人排便時直腸與肛門的角度也不相同，所以考慮兩種不同的腳下高度來設計坐
便輔助器。
1. 人機尺寸分析
在設計時考慮人因工程學的因素。通過查閱資料得到現有坐便器的高度為400mm左右[5]，根據國家標準GB 1000—1988《中國成年人人體尺寸》我國男性大腿長度第1百分位為413mm，第50百分位為465mm，第99百分位為523mm女性大腿長度第1百分位為387mm，第50百分位為438mm，第99百分位為494mm；男性小腿加足高第1百分位為372mm，第50百分位為413mm，第99百分位為463mm，女性小腿加足高第1百分位為331mm，第50百分位為382mm，第99百分位為417mm[6] 。
根據以上數據，通過三角函數公式計算并取平均值，其計算結果為：小腿較長的人若要達到最佳排便姿勢需要將足下高度提高270.85mm，小腿較短的人若要達到最佳排便姿勢需要將足下高度提高352mm。所以要設計滿足不同使用者的坐便輔助器，設計坐便輔助器的足下高度為兩層，其中下層腳踏板的厚度為270mm。上層腳踏板的厚度為80mm，滿足絕大部分人體尺寸。
2. 產品的功能與結構
（如圖6）所示，為坐便輔助器的設計方案。使用者可以根據自己的身高選擇用腳碰觸2、12或3、13的位置并向前推動，使腳踏板通過10，11連接8，9內的氣壓阻尼器滑軌[7]平滑的彈出到使用位置，從而使不同身高的人達到最佳的排便姿勢。由于不同的坐便器尺寸不同，所以需要考慮坐便輔助器的通用性原則。使用時要同時拉動2、12與3、13向兩側用力，在1、4、5通過內部其彈簧分別與對應的2、12，3、13，7連接。由于受力時整個坐便輔助器就會向左右兩側拉伸，即可以把坐便輔助器調整到適合坐便器的尺寸。
（二）坐便器坐便蓋的改進
根據調研結果顯示，坐便器座位與人體臀部接觸有一定弧度，能讓人感覺更加舒適，所以，將坐便蓋設計出有一定弧度會讓人們感覺更加舒適，（如圖7）所示。坐便器具體的弧度則需要進一步的實驗來證明。弧度設計增加了與坐便器坐面的接觸面積，讓使用者使用坐便輔助器的同時，排便更加舒適。從上述兩個方面的改善，可以確保排便者能更加順暢、舒適的排便。
總結
本文通過查閱大量資料，針對當下人所面臨的普遍問題，運用用戶調研與實驗進行人機尺寸的分析，對人們在排便使時發生的各種狀況進行用戶調研及實驗分析。基于人因工程學的原理設計出一種坐便輔助器。同時又對坐便蓋的形態做了一定程度的改善設計出一種坐便輔助器。本設計改變了原有的排便姿勢，能夠使便秘者能夠更好、更自然地排便。人們上廁所的舒適度也會大大地提高，符合人因工程學“以人為本”的要求與理念。由此可以看出人因工程無時無刻不影響著人們的工作與生活，只有用心調查與研究，才能真正設計出適合人使用的、受用戶歡迎的好的產品，從而不斷改進和提高生人們的生活質量。
參考文獻
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