哈尔滨理工大学 机械动力工程学院 金信琴* 解佳艺 张闻杰
摘要：目的 基于人因工程设计一款坐便辅助器,并对坐便盖形态有所改善，使排便更顺畅、更舒适。方法 通过用户调研了解目前用户对坐便器的需求，对调查结果进行有关排便姿势及坐便盖形态的倾向选择实验，并对实验结果进行分析。结论 长期使用坐便器用户患有便秘的占73%，长期使用蹲便器用户患有便秘的占27%；排便姿势倾向选择结果为为肛门直肠角132度，坐便盖形态倾向选择结果为选择坐便坐位与臀部接触面为弧形面。
关键词：坐便器 排便姿势 人因工程学 便秘
中图分类号：TB472 文献标识码：A
文章编号：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
便秘是大便经常秘结不通，排便时间延长或有便意而排便困难的一种常见病症[1]。根据资料显示，患有便秘的人有食欲不振记忆力下降、注意力分散、思维迟钝等症状，其发生率约占正常人的2％～10％[2]。更有资料表明，便秘会导致癌症的发生，便秘严重者中约有10%的人患有结肠癌[2]。由此看来，便秘对健康有着非常大的影响，关于便秘的研究对改善肠道健康非常必要。
正常人排便通常有坐便和蹲便2种姿势，根据人体解剖学的资料表明：坐便时肛门直肠角的平均角度是92度（如图1）所示；蹲便时平均角度增加到了132度（如图2）所示，此时粪便更容易被排出[3]。以上资料表明，使用蹲便比坐便更容易排出粪便，但蹲便的使用舒适性差，容易产生足部麻木，膝盖酸痛，蹲起不便等现象。因此，从改进排便姿势来缓解便秘的研究是非常重要的。本文运用问卷调研与人因工程学分析的方法，对坐便器的尺度与形态进行了深入的分析，设计出一款更加益于排便并符合人体尺寸的坐便辅助器。
一、用户调研
（一）调研对象
调查对象为18〜28岁的成年人，除了便秘以外没有其他疾病。30名男性，35名女性，一共是65名，平均年龄为25岁。对便秘状况，便器舒适性，排便顺畅情况，排便所用的时间，坐便器坐面改进需求进行了问卷调查[3]。
（二）调研结果
对65名调研对象进行调查结果如下：
便秘状况的调查结果为65名调查对象中有40%的人患有便秘的症状，患有便秘症状的人长期使用坐便器用户占73%、长期使用蹲便器的用户患有便秘的占27%；没有便秘症状的人长期使用坐便器用户占18%、长期使用蹲便器的用户患有便秘的占82%；便器舒适性的调查结果为60%的人认为坐便比蹲便舒适；排便顺畅情况的调查结果为61.54%的人认为蹲便更有利于排便；排便所用时间的调查结果为排便时间在5分钟以内的人占15.38%，排便时间在5分钟到十分钟的人占67.69%，其余的人在10分钟以上；坐便器坐面改进需求的调查结果为，52.31%的人认为坐便器坐面需要改进，其中有44.62%的人认为坐便器应该与地面有一定角度，才更有利于排便。上述的调查数据显示，长期使用蹲便器的用户患有便秘的人数明显少于长期使用坐便器的用户，蹲便比坐便更容易排便，其原因在于肛门直肠角有更大角度时，更加有利于排便[4]。需要进行进一步实验，来进一步论证。
二、排便姿势实验及分析
为了了解人们对现有便器的满意程度及对便器的改进要求，对排便姿势进行了深入实验，主要是为了进一步了解何种排便姿势更加舒适、何种姿势更加顺畅。
（一）实验方案
1. 实验对象 调查对象同样为18〜28岁的成年人，除了便秘以外没有其他疾病。3名男性，4名女性，一共7名，平均年龄为22岁。
2.实验环境 实验场所选择的是家庭卫生间，其温度为22摄氏度，其湿度为50%，（如图3）所示。
3. 实验条件 当被试者有排便意向时，分别以四种不同的排便姿势在坐便器上进行排便。四种排便姿势分别为：1.平直坐面肛门直肠角为92度。2.弧形坐面肛门直肠角为132度。其中肛门直肠角的角度可坐面肛门直肠角为92度。3.平直坐面肛门直肠角为132度。4.弧形坐面肛门直肠角为132度。其中肛门直肠角的角度可以通过在脚下放置不同高度的小凳来调节；弧形坐面可通过带一定弧度的坐便盖模具实现。
4. 主观评价 被试者在每组实验结束后分别对4种排便姿势的舒适度及排便的顺畅程度进行主观评价。主观评价分为1-10共10个等级，“1”表示非常不舒适/顺畅；“10”表示非常舒适/顺畅。
5. 实验设备 实验采用的设备为家用坐便器，家用小凳若干，带弧度的坐便盖模具。
6. 实验过程 向参与本次试验的被试者介绍整个实验过程以及相关事项等。当试验者有排便意向时指定4种排便姿势的一种，试验者进行排便。排便结束后让排便者对排便的舒适度及排便的顺畅程度进行主观评价并记录。当每一名试验者分别采用4种不同排便姿势进行排便后，实验结束。
（二）解析方法 将主观评价得分按不同分类相加得出平均值。其中1、2、3、4代表4种排便姿势舒适度主观评价评分的平均值； 1、2、3、4代表4种排便姿势畅通性主观评价评分的平均值。
（三）实验结果
通过本次实验得出4种排便姿势主观评价评分平均值分别为：1=7.14， 2=6， 3=5， 4=8.57；1=4.57， 2=6， 3=7.14， 4=8.71。根据以上数据绘制出条形图。其中（如图4）是舒适度条状对比图；（如图5）是排便畅通性条状对比图。
（四）实验结论
由（图4）、（图5）的条状图对比可以清晰地得出结论：坐便器坐面与臀部接触面为弧形坐面的坐便排便姿势会使排便更加舒适；肛门直肠角在132度会使排便更加通畅；因此，可以从改变坐便器坐面形态和排便的角度来改善排便姿势，从而从排便姿势方面解决便秘的问题。实验着重用户对产品的体验，更好地为理论提供了依据。
三、坐便器改进方案
通过以上的调研以及实验结果分析，为了改善排便的姿势，使肛
门直肠角达到132度，通过提高足下高度来改变肛门直肠角。另外，因
为每个人的小腿的长度不同，要使肛门直肠角达到132度提高的足下高度也不同，所以需要调节足下高度设计一款可以调节高度的坐便辅助器。来满足身高不同的使用者的需求。由于排便时足下高度的增加，大腿紧贴腹部，臀部的支撑面积变小，臀部的压力增大。为了减小臀部的压力，增加与坐便器坐面的接触面积，坐便盖的坐面需要设计成弧形，使排便姿势更加舒适。
（一）坐便辅助器设计
根据问卷调查结果，肛门直肠角为132度的情况下，用户能更好地排便。所以通过坐便辅助器的设计，使肛门直肠角达到132度；另外，使每个人的身高不同，身材的比例也不尽相同，每个人排便时直肠与肛门的角度也不相同，所以考虑两种不同的脚下高度来设计坐
便辅助器。
1. 人机尺寸分析
在设计时考虑人因工程学的因素。通过查阅资料得到现有坐便器的高度为400mm左右[5]，根据国家标准GB 1000—1988《中国成年人人体尺寸》我国男性大腿长度第1百分位为413mm，第50百分位为465mm，第99百分位为523mm女性大腿长度第1百分位为387mm，第50百分位为438mm，第99百分位为494mm；男性小腿加足高第1百分位为372mm，第50百分位为413mm，第99百分位为463mm，女性小腿加足高第1百分位为331mm，第50百分位为382mm，第99百分位为417mm[6] 。
根据以上数据，通过三角函数公式计算并取平均值，其计算结果为：小腿较长的人若要达到最佳排便姿势需要将足下高度提高270.85mm，小腿较短的人若要达到最佳排便姿势需要将足下高度提高352mm。所以要设计满足不同使用者的坐便辅助器，设计坐便辅助器的足下高度为两层，其中下层脚踏板的厚度为270mm。上层脚踏板的厚度为80mm，满足绝大部分人体尺寸。
2. 产品的功能与结构
（如图6）所示，为坐便辅助器的设计方案。使用者可以根据自己的身高选择用脚碰触2、12或3、13的位置并向前推动，使脚踏板通过10，11连接8，9内的气压阻尼器滑轨[7]平滑的弹出到使用位置，从而使不同身高的人达到最佳的排便姿势。由于不同的坐便器尺寸不同，所以需要考虑坐便辅助器的通用性原则。使用时要同时拉动2、12与3、13向两侧用力，在1、4、5通过内部其弹簧分别与对应的2、12，3、13，7连接。由于受力时整个坐便辅助器就会向左右两侧拉伸，即可以把坐便辅助器调整到适合坐便器的尺寸。
（二）坐便器坐便盖的改进
根据调研结果显示，坐便器座位与人体臀部接触有一定弧度，能让人感觉更加舒适，所以，将坐便盖设计出有一定弧度会让人们感觉更加舒适，（如图7）所示。坐便器具体的弧度则需要进一步的实验来证明。弧度设计增加了与坐便器坐面的接触面积，让使用者使用坐便辅助器的同时，排便更加舒适。从上述两个方面的改善，可以确保排便者能更加顺畅、舒适的排便。
总结
本文通过查阅大量资料，针对当下人所面临的普遍问题，运用用户调研与实验进行人机尺寸的分析，对人们在排便使时发生的各种状况进行用户调研及实验分析。基于人因工程学的原理设计出一种坐便辅助器。同时又对坐便盖的形态做了一定程度的改善设计出一种坐便辅助器。本设计改变了原有的排便姿势，能够使便秘者能够更好、更自然地排便。人们上厕所的舒适度也会大大地提高，符合人因工程学“以人为本”的要求与理念。由此可以看出人因工程无时无刻不影响着人们的工作与生活，只有用心调查与研究，才能真正设计出适合人使用的、受用户欢迎的好的产品，从而不断改进和提高生人们的生活质量。
参考文献
[1] 杜喜琴，王旭良．浅谈中老年人便秘的原因、危害及调护[J]．中外健康文摘，2011，8（31）：270-271
[2] 范怡．便秘的治疗与护理进展[J].护理研究，2004（13）：1148-1150．
[3] 郭靖然．浅谈问卷调查法在产品设计中的应用[J]．设计，2014，（31）：15-16
[4] 李建强． 坐便蹲便孰“方便”[J].家庭医学，2014（1）：35．
[5] 石鑫，安茹月．基于人因工程的老年马桶改善设计研究[J].价值工程，2017（04）：124-127．
[6] 孙远波，李敏，石磊．人因工程基础与设计[M].北京.北京理工大学出版社，2010：298-299．
[7] 王格．国产阻尼滑轨打破洋品牌垄断[N] .北京商报，2011-05-26(B01)