原型椅: 從感測到快速客製化

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1 國 立 交 通 大 學 建 築 研 究 所 碩 士 論 文 從 人 因 感 測 到 快 速 客 製 化 : 以 原 型 椅 為 例 From Measuring to Rapid Customization: A Prototyping Chair 研 究 生 : 羅 崢 瑋 指 導 教 授 : 侯 君 昊 中 華 民 國 一 〇 一 年 七 月

2 從 人 因 感 測 到 快 速 客 製 化 : 以 原 型 椅 為 例 From Measuring to Rapid Customization: A Prototyping Chair 研 究 生 : 羅 崢 瑋 指 導 教 授 : 侯 君 昊 Student:Cheng-Wei Lo Advisor:June-Hao Hou 國 立 交 通 大 學 建 築 研 究 所 碩 士 論 文 A Thesis Submitted to Graduate Institute of Architecture College of Humanities and Social Science National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science in Architecture July 2012 Hsinchu, Taiwan, Republic of China 中 華 民 國 一 〇 一 年 七 月

3 中 文 摘 要 現 今 因 為 電 腦 輔 助 設 計 製 造 和 參 數 化 設 計 的 技 術 已 經 相 當 成 熟, 應 用 在 建 築 工 業 設 計 和 其 它 領 域 中 已 非 常 普 及 工 業 產 品 已 經 可 以 大 量 製 造 和 客 製 化, 但 現 今 我 們 日 常 生 活 周 邊 物 件, 凡 是 有 關 人 體 尺 寸 的 產 品, 如 椅 子 桌 子 和 衣 櫃 等, 大 體 上 都 不 是 依 據 個 人 的 尺 寸 量 身 訂 製 的, 而 是 設 計 師 依 據 大 眾 的 人 因 尺 寸 而 設 計 的 傢 俱, 這 些 傢 俱 尺 寸 並 不 適 用 於 所 有 消 費 者, 大 部 分 的 消 費 者 只 能 從 大 賣 場 或 傢 俱 商 買 到 工 廠 已 經 大 量 製 作 完 成 的 傢 俱, 而 並 非 從 市 場 上 購 買 到 專 屬 又 快 速 的 客 製 化 產 品 實 際 上, 這 些 大 眾 尺 寸 的 傢 俱 不 能 夠 完 全 滿 足 個 別 使 用 者 日 常 上 活 上 使 用 上 的 機 能 與 尺 寸 但 如 果 使 用 者 去 訂 製 傳 統 的 客 製 化 傢 俱, 往 往 出 現 的 狀 況 是 價 格 昂 貴, 費 時 與 成 果 不 如 預 期 所 以 傳 統 的 單 一 客 製 化 傢 俱 並 不 常 見 於 日 常 生 活 中 既 然 電 腦 輔 助 設 計 與 製 造 和 參 數 化 的 技 術 已 經 被 運 用 在 多 項 領 域 中, 並 且 依 據 參 數 化 與 生 產 機 具 的 特 行, 目 前 大 量 客 製 化 日 常 生 活 物 件 的 現 象 應 該 是 可 以 普 及 的 所 以 本 論 文 以 椅 子 設 計 流 程 作 為 實 現 日 常 物 件 客 製 化 的 例 子, 提 出 從 感 測 人 體 尺 寸 到 消 費 者 參 與 椅 子 設 計 的 流 程, 到 最 終 製 作 出 一 張 實 體 的 客 製 化 椅 子 感 測 人 體 尺 寸 的 部 份 會 製 作 出 一 張 原 型 感 測 椅 ; 目 的 在 於 把 使 用 者 的 身 體 資 訊 擷 取 下 來 當 作 參 數 化 模 型 上 的 參 數 因 子 配 合 使 用 者 自 行 調 整 參 數 模 型 和 原 型 感 測 椅 上 的 造 型, 使 用 者 可 以 充 分 的 參 與 在 客 製 化 流 程 中 的 設 計 反 覆 的 修 改 模 型 和 預 視 即 將 完 成 的 作 品 最 終, 本 論 文 嘗 試 不 同 方 式 的 組 裝 結 構 與 不 同 材 質 來 呈 現 客 製 化 椅, 依 據 使 用 相 同 的 模 型, 模 型 是 使 用 者 自 行 調 整 所 產 生 出 來 的, 目 的 在 於 運 用 已 經 存 在 的 技 術 來 達 到 個 人 化 的 日 常 物 件, 把 目 前 客 製 化 的 流 程 加 以 改 善, 讓 每 個 消 費 者 能 夠 都 能 參 與 設 計, 設 計 出 以 往 會 使 用 許 久 並 且 符 合 個 人 身 體 尺 寸 的 作 品 關 鍵 字 : 人 體 工 學 大 量 客 製 化 參 數 模 型 原 型 模 型 i

4 Abstract Today, the computer-aided design (CAD), computer-aided manufacturing (CAM), and parametric design are applied in the architecture or industrial field everywhere. Product can be mass customized. However, daily objects are not fitting to every customer or customized for individual person. Customers can only select the product, which is mass production from factories, in front store. Traditional customized process is expensive and time-consuming, that makes it is not common for now days in front store. Therefore, this paper will present a rapid customized design process which is included a prototype of chair with sensor to obtain the information from customers to produce a rapid customized product. Moreover, users can determine the parameters in parametric model with their individual feature. Since the emerging of computer-aided design, designers can trace out more smooth and graceful outline than ever. To achieving precise fabrication, they can also adjust the outline in the 3D software repeatedly. After confirming the works, a prototype model is manufactured to do the ergonomics adjusting by designers. Then, the modification will get the ball rolling in 3D software back and forth. Compromising designers concept and modified prototype, the computational data could flow of considerable standardized productions subsequently. A sensor embedded chair was taken as a prototype, and those sensors will record the data and transmit to the computer when the subjects change their sitting posture, for instances, back side angles, chair height, and the outline shapes with preferences. In the mean time, the virtual model can be changed after receiving those data. Later on, the preview of appearance with transforming will follow by designers choose one of diverse fabricate model, like tessellating, folding, forming or contouring in 3D software. Inputting the manufacturing information to the synchronized fabricating model, designers could restrict the materials, moldboard size and procedures. As a result, outputting these data to the manufacturer, they could construct a modified chair in customization. Keywords: ergonomics, mass customization, parametric model, prototype ii

5 謝 誌 在 交 大 的 兩 年 內, 轉 眼 間 就 晃 過 了 這 些 時 光 不 知 不 覺 中, 進 研 究 所 之 前 所 訂 的 學 習 計 畫 與 目 標, 都 依 續 達 成 了 在 這 兩 年 內 剛 開 始 對 於 程 式 語 言 的 陌 生 與 害 怕, 到 經 過 自 學 上 網 查 閱 與 旁 聽 資 訊 所 的 課 程 之 後, 寫 程 式 的 心 態 也 漸 漸 從 抗 拒 轉 變 成 喜 愛 與 沉 溺 其 中 但 達 到 這 階 段 之 後 發 現 之 後 學 習 的 路 途 還 是 無 限 的 長 遠, 不 管 是 自 我 充 實 的 道 路 上 或 是 人 生 上 的 生 活 經 驗, 在 這 之 中 還 是 會 不 斷 地 遇 到 可 貴 的 朋 友 與 同 伴 一 起 為 了 更 好 的 目 標 一 同 創 造 可 實 現 的 夢 想 在 交 大 的 這 些 時 光 感 謝 所 有 老 師 的 細 心 指 導, 同 學 不 吝 嗇 的 分 享 心 得, 學 弟 妹 熱 心 的 支 援, 還 有 家 人 的 精 神 與 金 錢 贊 助, 再 次 感 謝 所 有 我 曾 經 在 交 大 打 過 照 面 的 每 一 位 謝 謝 大 家 我 是 永 遠 的 交 大 一 份 子 小 瑋 iii

6 目 錄 中 文 摘 要... i Abstract... ii 謝 誌... iii 目 錄... iv 第 一 章 緒 論 研 究 背 景 與 動 機 研 究 目 的 研 究 範 圍 與 內 容 論 文 架 構 第 二 章 文 獻 探 討 人 體 量 測 人 體 計 測 學 人 體 計 測 資 料 應 用 案 例 大 量 客 製 化 大 量 客 製 化 流 程 大 量 客 製 化 案 例 構 築 技 術 電 腦 輔 助 製 造 組 裝 方 式 第 三 章 原 型 椅 設 計 設 計 與 分 析 設 計 流 程 與 要 素 樣 式 與 材 料 種 類 iv

7 3.2 原 型 椅 的 量 測 單 元 座 椅 部 分 機 構 部 分 原 型 椅 製 作 設 計 機 構 設 計 第 四 章 原 型 椅 實 作 與 測 試 原 型 椅 製 作 程 式 製 作 結 果 評 估 第 五 章 結 論 與 後 續 研 究 結 論 研 究 貢 獻 研 究 限 制 後 續 研 究 參 考 文 獻 參 考 網 站 v

8 第 一 章 緒 論 1.1 研 究 背 景 與 動 機 從 1990 中 期 後, 因 為 電 腦 輔 助 設 計 與 製 造 的 技 術 興 盛, 能 夠 實 現 以 往 傳 統 工 藝 無 法 克 服 的 複 雜 結 構, 所 以 設 計 師 能 夠 使 用 電 腦 計 算 出 最 佳 化 的 幾 何 結 構, 或 是 繪 製 出 精 準 的 施 工 藍 圖, 並 完 成 設 計 師 在 電 腦 中 所 繪 製 的 產 品 在 概 念 設 計 階 段 中, 設 計 師 會 在 電 腦 中 或 是 草 圖 紙 上 重 複 修 正 他 的 產 品, 接 下 來 進 入 原 型 模 型 製 作 的 階 段, 這 階 段 是 把 概 念 設 計 中 的 想 法 實 體 化, 而 原 型 模 型 則 是 為 了 解 決 某 些 特 定 的 問 題 : 功 能 造 型 結 構 如 果 在 原 型 模 型 上 發 現 問 題, 設 計 師 必 須 再 回 到 草 圖 紙 或 是 電 腦 中 重 新 解 決 他 所 發 現 的 問 題, 設 計 師 必 須 重 複 來 回 檢 驗, 直 到 所 有 問 題 被 原 型 模 型 解 決 後 才 能 進 入 工 廠 製 造 階 段 但 是 在 概 念 設 計 階 段 中 和 原 型 模 型 製 作 的 階 段 之 間 中 出 現 嚴 重 的 斷 層, 如 果 設 計 師 重 新 修 正 原 型 模 型 上 的 外 型 或 是 結 構, 但 概 念 設 計 中 的 模 型 並 沒 有 被 改 變, 使 得 設 計 師 必 須 回 到 建 模 環 境 中 重 新 在 繪 製 產 品, 然 後 再 重 新 製 作 一 件 新 的 原 型 模 型 這 來 回 修 正 模 型 與 設 計 的 過 程 是 耗 時 且 耗 費 實 體 模 型 的 製 作 費 用 因 此, 本 研 究 探 討 是 否 能 夠 解 決 或 是 降 低 概 念 設 計 階 段 到 實 體 模 型 階 段 之 間 來 回 的 次 數, 並 且 在 重 複 修 正 模 型 的 同 時 兩 個 階 段 的 改 變 內 容 是 一 致 的 現 今 產 品 可 以 依 據 電 腦 中 的 數 據 經 由 CNC 的 技 術 在 真 實 世 界 中 精 準 的 被 製 作 出 來, 且 可 以 利 用 這 個 技 術 客 製 化 某 些 產 品, 這 項 技 術 已 經 影 響 傳 統 生 產 和 設 計 的 方 式, 也 連 接 了 實 體 產 品 與 設 計 模 型 之 間 的 訊 息 再 者, 也 出 現 參 數 化 可 調 整 設 計, 設 計 師 可 以 在 設 計 過 程 中 輸 入 不 同 的 參 數, 依 據 相 同 的 規 則 產 生 出 不 同 客 製 化 的 產 品, 因 此 可 以 依 據 使 用 者 不 同 的 需 求 而 客 製 化 產 品 (Branko, 2003) 使 用 電 腦 輔 助 設 計 與 製 造 的 技 術 已 經 被 許 多 產 業 所 使 用, 像 是 製 鞋 業 服 裝 業 產 品 家 具 等 但 在 目 前 普 遍 的 市 場 現 狀 中, 消 費 者 挑 選 產 品 時, 往 往 處 於 產 品 週 期 的 最 末 端, 只 能 在 工 廠 已 經 出 廠 的 眾 多 尺 碼 中 挑 選 到 最 接 近 自 身 的 尺 寸, 幾 乎 很 少 人 能 夠 選 擇 到 適 合 個 人 專 屬 的 人 體 工 學 尺 寸 ( 像 是 鞋 子 尺 碼 服 裝 的 尺 寸 室 內 家 具 的 尺 寸 ), 雖 然 在 末 端 產 品 的 價 格 較 便 宜, 商 品 取 得 的 速 度 最 快, 但 個 人 化 特 性 是 較 少 的, 且 商 品 會 有 庫 存 的 問 題 如 果 消 費 者 在 市 面 上 無 法 尋 求 到 適 合 自 身 尺 寸 的 產 品 時, 需 要 專 屬 的 個 人 化 尺 寸 的 產 品, 就 會 要 求 製 作 客 製 化 產 品, 但 目 前 當 使 用 者 參 與 客 製 化 的 流 程 時, 客 製 化 的 流 程 卻 相 當 耗 時 並 且 花 費 高 昂, 對 於 一 般 使 用 者 去 製 作 客 製 化 產 品 的 行 為 也 不 普 及 ( 如 圖 1) 既 然 目 前 已 經 存 在 電 腦 輔 助 設 計 與 製 造 的 技 術 和 可 調 整 式 的 參 數 設 計, 那 為 何 市 面 上 的 日 常 物 件 並 非 每 項 都 符 合 個 人 化 的 規 格, 並 且 尚 未 被 廣 泛 的 使 用? 因 此 本 論 文 將 嘗 試 以 實 作 的 方 式 提 出 一 個 流 程 來 改 善 目 前 的 現 象 - 1 -

9 圖 1 消 費 者 在 不 同 流 程 時 的 角 色 位 子 1.2 研 究 目 的 既 然 CAD/CAM 和 參 數 化 設 計 已 經 存 在 許 久, 但 為 何 目 前 的 日 常 生 活 物 件 並 未 每 項 都 是 客 製 化? 就 像 Feitzinger and Lee (1996) 所 說, 在 許 多 大 量 製 造 的 工 廠 已 經 面 臨 一 項 難 題 一 部 分 是 客 戶 要 求 他 們 的 產 品 要 更 快 的 取 得 與 製 作, 另 一 部 分 是 客 戶 要 求 他 們 的 產 品 都 要 符 合 他 們 的 尺 寸 與 使 用 特 性 即 便 如 此, 許 多 客 製 化 產 品 的 價 格 還 是 無 法 讓 大 部 分 的 使 用 者 所 接 受 Mitchell (1998) 提 到, 傳 統 的 產 品 設 計 過 程 必 須 預 測 使 用 者 的 喜 好 與 使 用 特 性, 而 且 使 用 者 的 喜 好 是 隨 時 在 改 變 的 一 個 錯 誤 的 預 測 可 能 造 成 公 司 的 重 大 損 失 另 一 方 面, 因 為 現 代 製 作 的 流 程 我 們 已 經 可 以 比 以 往 具 有 更 多 可 調 整 的 空 間 與 製 作 方 式 所 以 當 代 的 大 量 客 製 化 系 統 可 以 滿 足 個 別 使 用 者 的 產 品 使 用 模 式 和 具 有 可 以 接 受 的 價 格 因 此 本 論 文 將 提 出 如 何 從 實 體 環 境 中 或 是 從 使 用 者 身 上 擷 取 個 別 的 使 用 資 訊 製 作 出 快 速 客 製 化 產 品 從 使 用 者 的 角 度, 使 用 者 可 以 獲 得 個 人 化 的 產 品 並 且 具 有 可 以 接 受 的 價 格 從 設 計 者 的 角 度, 設 計 師 可 以 使 用 參 數 化 設 計 的 模 型 讓 使 用 者 自 行 去 調 整 參 數, 不 用 依 據 個 別 不 同 的 使 用 需 求 去 重 新 設 計 或 繪 製 一 套 模 型 從 製 造 業 的 角 度, 製 造 商 製 作 產 品 時 可 以 順 利 操 作 利 用 CNC 製 程 技 術, 快 速 地 完 成 客 戶 所 需 求 的 產 品, 因 為 在 參 數 設 計 的 過 程 中, 所 有 機 具 的 限 制 條 件 還 有 製 作 工 法 已 經 納 入 設 計 限 制 條 件 為 了 達 到 以 上 的 目 標, 本 論 文 將 製 作 一 張 原 型 椅 偵 測 使 用 者 的 使 用 習 慣 還 有 個 部 份 的 人 體 資 訊, 使 用 消 費 者 的 人 因 資 訊 運 用 在 參 數 模 型 當 中, 來 調 整 目 前 客 製 化 的 流 程 ( 如 圖 2), 讓 消 費 者 可 以 重 複 來 回 修 正 最 終 的 產 品 快 速 客 製 化 系 統 提 供 一 套 可 以 從 量 測 使 用 者 的 資 訊 到 讓 使 用 者 參 與 設 計 到 最 終 可 以 快 速 地 讓 製 造 商 製 成 作 品, 並 且 最 終 可 以 讓 使 用 者 取 得 高 度 特 色 的 作 品 - 2 -

10 圖 2 快 速 製 作 客 製 化 流 程 1.3 研 究 範 圍 與 內 容 本 研 究 將 製 作 一 張 原 型 椅, 當 使 用 者 在 原 型 椅 調 整 適 合 的 坐 姿 時, 原 型 椅 把 人 因 資 訊 紀 錄 下 來, 並 且 把 這 些 資 訊 與 電 腦 中 的 參 數 模 型 相 互 整 合, 製 作 出 一 套 可 以 同 步 實 體 模 型 與 虛 擬 模 型 的 系 統 本 系 統 使 用 參 數 化 模 型 的 優 勢, 參 數 化 模 型 使 用 相 同 的 規 則 但 是 套 用 不 同 參 數 資 訊, 即 可 產 出 不 同 的 作 品 外 型, 以 上 的 參 數 資 訊 都 是 消 費 者 個 別 的 人 因 尺 寸 再 者, 我 們 納 入 製 作 流 程 與 材 料 的 限 制, 當 消 費 者 調 整 模 型 的 同 時, 電 腦 中 也 計 算 出 可 能 在 未 來 製 作 存 在 的 問 題 當 消 費 者 完 成 調 整 後, 電 腦 中 的 模 型 應 該 能 夠 讓 生 產 端 快 速 精 準 的 製 作 完 成 本 研 究 結 果 預 期, 以 設 計 師 角 度, 使 用 原 型 椅 可 以 降 低 設 計 師 在 概 念 設 計 階 段 到 實 體 模 型 階 段 之 間 修 改 的 次 數, 以 降 低 設 計 流 程 的 時 間 與 原 型 模 型 製 作 費 用 以 消 費 者 角 度, 消 費 者 可 以 自 由 進 入 設 計 流 程 中 修 改 作 品, 並 且 自 行 決 定 作 品 樣 式 與 特 性, 最 終 的 產 品 可 以 突 顯 個 人 化 特 性 且 符 合 自 身 人 因 尺 寸 研 究 範 圍 主 要 討 論 原 型 椅 對 於 可 以 偵 測 使 用 者 的 人 因 尺 寸 還 有 針 對 一 般 座 椅 來 進 行 本 研 究 探 討, 探 討 原 型 椅 對 於 快 速 客 製 化 產 品 是 否 有 實 際 上 的 幫 助, 並 且 讓 使 用 者 可 已 參 與 產 品 設 計 的 流 程 中, 讓 消 費 者 自 行 決 定 喜 好 的 產 品 樣 式 與 尺 寸 1. 原 型 感 測 椅 主 要 偵 測 變 動 的 部 分 為, 椅 背 與 椅 面 的 角 度 椅 腳 到 椅 面 的 高 度 椅 背 的 造 型 曲 面 椅 面 的 造 型 椅 背 的 高 度 椅 背 到 椅 面 的 垂 直 距 離, 而 其 它 可 變 動 部 分 不 再 本 研 究 討 論 範 圍 內 2. 本 論 文 製 作 原 型 椅 參 考 的 原 型 是 個 人 一 般 座 椅, 其 它 座 椅 如 : 餐 椅 扶 手 椅 辦 公 座 椅 吧 檯 椅 凳 子 沙 發 軟 骨 頭 等 不 再 本 研 究 討 論 範 圍 內 - 3 -

11 3. 原 型 椅 的 主 要 探 討 是 否 能 夠 有 效 幫 助 設 計 師 從 概 念 設 計 階 段 到 實 體 階 段 之 間 重 複 來 回 與 幫 助 消 費 者 達 成 快 速 客 製 化 產 品, 其 餘 如 複 合 材 料 椅 墊 舒 適 度 坐 姿 正 確 性 不 在 本 論 文 討 論 範 圍 內 4. 原 型 椅 探 討 是 否 能 夠 增 加 消 費 者 客 製 化 產 品 流 程 的 順 暢 度, 增 加 自 身 產 品 的 特 性 與 舒 適 度 5. 使 用 原 型 感 測 椅 所 製 作 出 來 的 最 終 產 品, 主 要 用 在 一 般 休 閒 時 座 椅, 其 餘 需 要 長 時 間 坐 姿 與 正 確 坐 姿 的 座 椅 並 不 在 本 論 文 的 產 品 討 論 範 圍 內 1.4 論 文 架 構 1. 緒 論 從 目 前 設 計 流 程 的 觀 點 作 為 切 入, 設 計 師 在 設 計 產 品 時 使 用 大 眾 人 因 資 訊 進 行 設 計 而 忽 略 個 別 使 用 者 的 需 求 與 尺 寸 本 論 文 提 出 使 用 參 數 化 建 模 特 性 與 電 腦 輔 製 製 造 完 成 快 速 客 製 化 流 程 的 主 要 因 素, 本 章 針 對 研 究 的 背 景 與 動 機 研 究 目 的 研 究 範 圍 與 限 制 研 究 流 程 等 部 分 進 行 定 義 與 說 明, 用 來 確 立 本 研 究 的 重 點 與 方 向 2. 文 獻 探 討 對 於 本 研 究 之 相 關 文 獻 進 行 探 討, 其 中 包 括 人 因 量 測 的 計 術, 與 市 面 上 產 品 實 用 人 因 技 術 製 作 的 商 品, 還 有 大 量 客 製 化 的 流 程 目 前 市 場 大 量 客 製 化 的 商 品 大 量 客 製 化 的 基 本 要 素 電 腦 輔 助 製 造 目 前 構 築 方 式 椅 子 的 種 類 與 常 用 的 材 料 介 紹 經 由 分 析 後, 提 出 必 要 因 素 與 本 研 究 進 行 融 合 3. 原 型 椅 設 計 根 據 市 面 上 人 因 工 程 椅 可 調 整 的 部 分 進 行 研 究, 把 這 些 資 訊 納 入 原 型 椅 的 設 計 中 加 上 實 體 模 型 與 虛 擬 模 型 之 間 的 整 合, 讓 消 費 者 可 以 直 觀 的 修 改 他 們 想 要 的 產 品 外 型 與 材 料 種 類 組 裝 樣 式 把 所 需 要 的 組 裝 材 料 與 設 計 圖 在 本 章 節 做 出 完 整 交 代, 以 便 製 作 可 調 整 的 原 型 椅 4. 原 型 椅 實 作 與 測 試 本 章 基 於 感 測 原 型 椅 所 偵 測 的 數 據, 呈 現 在 建 模 環 境 的 模 型 上, 建 模 環 境 中 的 模 型 與 實 體 模 型 資 訊 共 享, 當 消 費 者 操 作 實 體 模 型 也 同 步 在 改 變 虛 擬 模 型 虛 擬 模 型 中 消 費 者 者 可 以 操 作 使 用 者 介 面, 讓 使 用 者 選 擇 喜 好 的 風 格 材 料 組 裝 方 式 等, 當 消 費 者 確 定 後 製 作 出 五 種 實 體 的 概 念 模 型, 最 終 將 會 製 造 出 一 張 完 全 依 據 偵 測 數 據 所 製 造 的 客 製 化 椅 子 5. 結 論 與 後 續 研 究 彙 整 本 研 究 的 結 果 且 評 估 原 型 椅 對 當 代 設 計 流 程 的 幫 助, 針 對 本 流 程 的 限 制 與 實 際 組 裝 過 程 中 提 出 可 修 改 的 部 分, 進 行 分 析 與 建 議, 並 提 出 對 未 來 後 續 研 究 發 展 的 可 能 性 - 4 -

12 第 二 章 文 獻 探 討 本 章 節 討 論 人 因 工 程 的 領 域 與 定 義, 實 作 原 型 椅 之 前 必 須 瞭 解 目 前 市 面 上 人 體 計 測 學 上 的 基 本 操 作 過 程 與 分 類, 並 且 把 人 因 工 程 的 量 測 方 法 套 用 在 大 量 客 製 化 的 產 品 上, 探 索 大 量 客 製 化 產 品 如 何 結 合 個 別 人 體 資 訊 與 產 品 並 且 研 究 目 前 客 製 化 流 程 的 走 向, 觀 察 何 處 需 要 改 善 使 之 優 化 關 於 製 成 與 組 裝 技 術 本 論 文 參 考 Digital Fabrications (Iwamoto, L. 2009) 所 提 出 的 組 裝 分 類 法 來 進 行 研 究 並 且 探 索, 如 何 運 用 目 前 組 裝 技 術 在 客 製 化 產 品 流 程 中 最 後, 經 由 透 過 整 理 與 分 析 整 理 出 原 型 椅 與 本 論 文 製 作 流 程 所 需 要 的 基 本 因 素 2.1 人 體 量 測 人 因 工 程 主 要 在 探 討 人 類 與 環 境 因 素 交 互 作 用 之 間 關 係 的 應 用 科 學, 目 的 在 促 進 人 類 生 活 工 作 安 全 衛 生 和 效 率 與 舒 適 性 工 作 場 所 中, 不 良 工 作 環 境 的 設 計 或 機 械 設 備 缺 乏 安 全 或 沒 有 適 當 的 人 機 介 面 設 計, 容 易 導 致 職 業 傷 害 人 因 工 程 學 包 括 各 種 科 學 原 理, 其 中 包 括 心 理 學 認 知 心 理 學 生 理 學 生 物 力 學 應 用 人 體 測 量 學 以 及 工 業 系 統 工 程 學 等 基 礎 科 學 因 此 人 因 工 程 學 必 須 在 各 方 面 做 到 以 人 為 本 人 體 計 測 學 人 體 尺 寸 及 各 種 力 學 性 質 是 人 因 工 程 設 計 的 基 本 資 料, 這 些 資 料 經 由 人 體 計 測 得 知 人 體 計 測 是 人 體 物 理 特 徵 之 度 量 的 科 學, 而 物 理 特 徵 包 刮 人 體 尺 寸 重 量 體 積 肢 體 活 動 範 圍 等 ( 李 開 偉, 民 90) 人 體 計 測 學 類 別 : 1. 靜 態 人 體 計 測, 受 測 者 於 靜 止 的 姿 勢 下 進 行 測 量, 常 見 的 人 體 姿 勢 包 括 立 姿 與 坐 姿 兩 種 ( 如 圖 3) 人 在 靜 止 不 動 的 標 準 姿 勢 下 所 量 測 的 尺 寸, 這 種 尺 寸 數 據 可 應 用 於 靜 態 或 極 少 運 動 的 場 所 或 部 位 用 品 2. 動 態 人 體 計 測, 受 測 者 從 事 特 定 活 動 下 的 測 量, 人 體 在 動 作 時, 由 於 關 節 與 軀 幹 的 協 調 與 伸 展 扭 轉, 對 身 體 部 位 距 離 進 行 量 測 而 得 的 資 料, 又 稱 為 機 能 性 人 體 計 測 ( 如 圖 4) 人 在 活 動 時 的 相 關 部 位 尺 寸 或 活 動 範 圍 的 大 小 - 5 -

13 圖 3 靜 態 人 體 計 測 圖 示 ( 教 育 部 安 全 衛 生 通 程 識 課,2001) 圖 4 動 態 人 體 計 測 圖 示 ( 教 育 部 安 全 衛 生 通 程 識 課,2001) 我 們 可 以 透 過 直 接 量 測 法 間 接 量 測 法 查 詢 人 體 計 測 資 料 庫 來 獲 得 人 體 計 測 資 料 直 接 量 測 法 式 透 過 各 種 尺 規 與 量 具, 接 觸 人 的 身 體 表 面, 在 讀 取 數 值 間 接 量 測 法 則 是 非 接 觸 式 的 量 測 方 法 或 是 直 接 查 詢 人 體 計 測 資 料 庫, 以 上 方 法 都 可 獲 得 人 體 的 身 體 資 訊 ( 李 開 偉, 民 90) 在 獲 取 資 訊 後 可 以 發 現 我 們 所 測 得 的 資 訊 套 用 在 大 眾 因 人 時, 可 分 成 極 值 設 計, 即 是 超 出 大 眾 的 平 均 尺 寸, 在 某 些 情 況 下, 必 須 將 設 計 對 象 中 最 極 端 的 狀 況 列 入 考 慮 例 如 : 逃 生 用 緩 降 機 之 載 重 設 計 ( 將 體 積 最 重 者 之 重 量 列 為 設 計 ) 平 均 設 計, 則 是 使 用 大 眾 的 人 因 尺 寸 設 計 出 產 品, 使 用 平 均 值 來 作 為 設 計 依 據 例 如 : 櫃 台 高 度 設 計 可 調 式 設 計, 即 是 對 產 品 做 出 可 容 許 的 設 計 進 行 調 整, 設 計 時 容 許 針 對 使 用 者 進 行 調 整, 例 如 : 工 作 椅 高 度 可 在 適 當 範 圍 內 進 行 調 整 - 6 -

14 2.1.2 人 體 計 測 資 料 應 用 案 例 案 例 一 : esoles esoles 公 司 專 門 製 作 運 動 客 製 化 鞋 墊, 專 門 為 運 動 人 員, 如 高 爾 夫 球 慢 跑 登 山 競 輪 等 運 動 家 製 作 保 護 腳 底 的 鞋 墊 他 們 公 司 的 優 點 是 不 用 經 過 繁 瑣 以 及 昂 貴 的 價 格 讓 消 費 者 可 以 享 受 到 客 製 鞋 墊 在 消 費 者 製 作 客 製 化 鞋 墊 之 前 必 須 量 測, 腳 掌 尺 寸 足 弓 支 撐 位 子 足 弓 深 度 指 尖 位 子 等, 所 以 esoles 推 出 一 套 足 底 掃 描 儀 3D TRUCAPTURE@KIOSK 專 門 量 測 使 用 者 的 腳 底 壓 力 與 腳 底 形 狀 尺 寸, 在 把 需 要 製 作 的 資 訊 紀 錄 下 來 傳 送 到 公 司 進 行 製 作 ( 如 圖 5) 圖 5 足 底 掃 描 儀 3D TRUCAPTURE@KIOSK (esoles, Inc., 2010) 接 下 來 足 底 掃 描 儀 會 把 壓 力 與 腳 型 輪 廓 顯 示 給 消 費 者 觀 看, 讓 消 費 者 瞭 解 左 右 腳 底 確 實 有 不 同 細 微 的 差 異 可 能 會 增 加 運 動 時 的 傷 害 ( 如 圖 6), 接 下 來 消 費 者 將 選 擇 不 同 價 格 的 腳 墊 客 製 化 選 項, 可 以 選 擇 一 般 型 可 替 換 的 腳 墊 或 是 高 級 客 製 化 用 料 較 好 的 腳 墊 ( 如 圖 7), esoles 公 司 收 到 訂 單 後 使 用 的 製 程 技 術 是 CAD/CAM 和 CNC 製 作 客 製 化 鞋 墊, 不 像 傳 統 的 人 工 製 作 消 費 者 的 鞋 墊, 完 全 用 電 腦 精 準 控 制 製 作 而 從 接 受 到 訂 單 到 運 送 約 為 5-7 的 工 作 天 消 費 者 就 可 以 獲 得 商 品, 不 像 傳 統 的 製 鞋 業 需 要 4-6 周 才 能 獲 得 客 製 化 鞋 墊 而 最 終 的 產 品 經 過 使 用 者 的 心 得 是, 換 上 了 efit 之 後 的 第 一 次 踩 踏 就 感 覺 到 前 所 未 有 的 扎 實 感, 不 過 蹠 骨 墊 的 位 置 大 約 在 1hr 左 右 就 開 始 覺 得 不 是 很 舒 服 而 說 明 書 裡 面 也 有 提 到 至 少 需 要 三 天 的 適 應 期 : 第 一 天 使 用 1~2hr, 第 二 天 使 用 2~3hr, 第 三 天 使 用 3~5hr, 循 序 漸 進 的 適 應 並 視 情 況 調 整 ( 如 圖 8) - 7 -

15 圖 6 壓 力 與 腳 底 外 型 顯 示 ( 左 ); 圖 7 選 擇 鞋 墊 價 格 ( 右 ) (esoles, Inc., 2010) 圖 8 esoles 最 終 客 製 化 鞋 墊 (esoles, Inc., 2010) 案 例 二 : BONT BONT 公 司 專 門 製 作 客 製 化 自 行 車 鞋 冰 刀 鞋 雙 排 輪 鞋,BONT 可 以 接 受 任 何 腳 型 的 訂 做, 前 題 是 消 費 者 必 須 提 供 腳 型 資 料 如 : 雷 射 掃 描 檔 腳 型 石 膏 或 石 膏 繃 帶 模 型 把 以 上 這 些 模 型 資 料 寄 送 到 他 們 公 司 之 後 BONT 會 由 專 業 的 人 員 專 門 訂 製 鞋 子 模 型, 缺 點 是 消 費 者 必 須 自 行 擷 取 自 身 的 資 料, 而 且 在 寄 送 模 型 時 必 須 確 保 模 型 的 完 整 性 與 石 膏 模 型 乾 燥, 以 確 保 順 利 的 製 作 圖 9 10 表 示 消 費 者 如 何 在 家 中 自 行 製 作 腳 型 模 型 圖 9 消 費 者 固 定 腳 型 姿 勢 ( 左 ); 圖 10 石 膏 繃 帶 固 定 腳 型 ( 右 ) (BONT, 2011) - 8 -

16 而 消 費 者 可 以 自 行 到 BONT 公 司 製 作 腳 型 的 石 膏 模 型 大 約 需 要 30 分 鐘,BONT 公 司 也 可 以 寄 送 灌 模 用 的 器 材 到 消 費 者 家 中 自 行 測 量, 費 用 則 大 約 是 100 美 金, 最 終 的 石 膏 模 型 如 圖 11 所 示 BONT 公 司 從 接 受 訂 單 到 製 作 成 品 大 約 需 花 費 6-8 周 的 時 間, 最 終 產 品 如 圖 12 圖 11 BONT 所 採 用 的 消 費 者 鞋 型 尺 寸 模 型 ( 左 ); 圖 12 BONT 客 製 化 鞋 款 ( 右 ) (BONT, 2011) 案 例 三 : RETUL RETUL 是 專 門 修 正 自 行 車 員 騎 車 的 姿 勢, 給 予 正 確 的 坐 姿 與 修 正 自 行 車 的 各 種 角 度 尺 寸 RETUL 的 特 色 是 使 用 動 態 的 擷 取 使 用 者 在 自 行 車 上 騎 車 的 姿 勢 並 且 同 時 記 錄 下, 使 用 三 維 的 動 態 感 知 並 且 提 供 高 準 確 的 數 值 回 饋 給 觀 察 員 與 傳 統 靜 態 測 量 自 行 車 員 的 方 式 不 同 RETUL 排 除 傳 統 靜 態 測 繪 的 猜 測 與 假 想 值, 改 用 電 腦 數 值 紀 錄 與 紅 外 線 關 節 定 位 系 統 ( 如 圖 13) 傳 統 的 錄 影 分 析 是 二 維 的, 而 運 動 員 的 運 動 是 三 維 的, 所 以 使 用 二 維 分 析 會 產 生 人 為 上 計 算 預 測 造 成 不 客 觀 的 分 析 二 維 分 析 必 須 讓 使 用 者 在 某 些 錯 誤 的 姿 勢 下 固 定 並 且 在 靜 態 的 姿 勢 時 修 正 運 動 員 的 姿 勢, 這 個 過 程 讓 運 動 員 可 能 與 造 成 運 動 員 實 際 上 姿 勢 差 異 而 RETUL 可 以 使 用 三 維 的 紀 錄 並 且 在 觀 察 後 修 正 運 動 員 的 姿 勢, 圖 14 為 RETUL 紅 外 線 定 位 裝 置 的 特 寫 消 費 者 也 可 以 選 擇 使 用 RETUL 公 司 製 作 的 專 用 測 量 車 架, 此 車 架 可 以 依 據 使 用 者 是 在 登 山 或 是 公 路 用 的 作 調 整 此 車 架 可 以 與 三 維 動 態 紅 外 線 偵 測 系 統 整 合, 紀 錄 使 用 員 的 動 態 騎 車 紀 錄 ( 如 圖 15) 等 到 消 費 者 確 定 所 有 運 動 姿 勢 後, 可 以 經 由 網 路 自 行 選 購 適 當 的 車 架 與 外 型 讓 RETUL 公 司 訂 製 客 製 化 車 架 ( 如 圖 16) 圖 13 RETUL LED harness( 左 ); 圖 14 RETUL 追 蹤 運 動 員 腳 踝 姿 勢 ( 右 ) (RETUL, Inc., 2007) - 9 -

17 圖 15 RETUL fit bike( 左 ); 圖 16 RETUL frame finder( 右 ) (RETUL, Inc., 2007) 觀 察 完 以 上 所 有 客 製 化 產 品 後, 可 以 發 現 各 項 產 品 的 專 有 特 性 與 量 測 機 具 的 不 同 特 性, 本 論 文 進 行 各 產 品 的 差 異 性 產 品 製 作 時 間 產 品 價 格 和 優 缺 點 分 析 我 們 發 現 如 果 量 測 儀 器 是 專 門 客 製 化 的 儀 器 則 機 具 單 價 會 過 於 昂 貴, 並 且 消 費 者 必 須 前 往 專 有 的 地 點 進 行 測 量, 但 相 對 的 公 司 對 於 消 費 者 的 資 訊 會 掌 握 的 更 精 準, 並 且 把 消 費 者 的 資 訊 電 子 化, 往 後 經 過 測 量 過 的 使 用 者 可 以 進 行 重 複 客 製 化 如 果 使 用 者 的 資 訊 經 過 電 子 化 後, 即 可 使 用 公 司 的 電 腦 控 制 製 作 方 法, 更 可 精 準 的 製 作 出 消 費 者 的 量 身 產 品, 不 同 於 傳 統 的 客 製 化 可 能 在 人 為 計 測 和 產 品 製 作 時 產 生 誤 差, 導 致 消 費 者 使 用 不 舒 適

18 表 17 量 測 各 案 例 比 較 公 司 名 稱 esoles BONT RETUL 客 製 化 產 品 鞋 墊 自 行 車 鞋 直 排 輪 鞋 腳 踏 車 架 冰 刀 鞋 量 測 工 具 足 底 掃 描 儀 石 膏 繃 帶 模 型 紅 外 線 動 態 錄 器 量 測 描 述 消 費 者 把 腳 掌 放 置 在 掃 描 儀 上, 機 器 會 自 動 掃 描 腳 底 輪 廓 與 腳 底 壓 力 消 費 者 必 須 自 行 在 家 或 前 往 鞋 墊 公 司 使 用 石 膏 繃 帶 灌 模, 把 腳 底 形 狀 數 據 擷 取 出 來 消 費 者 必 須 使 用 RETUL 公 司 出 的 自 行 車 架, 使 用 者 在 車 架 上 面 進 行 動 態 運 動, 電 腦 會 記 錄 所 有 運 動 數 值 量 測 時 間 約 10~20 分 鐘 約 60 分 鐘 約 30 分 鐘 量 測 效 果 優 一 般 優 製 作 產 品 時 間 5-7 天 6-8 周 時 間 不 一 產 品 價 格 70 美 金 4000 美 金 價 格 不 一 優 點 有 專 業 機 具 掃 描 足 底, 並 且 把 客 戶 資 料 做 成 電 子 檔, 可 以 記 錄 個 客 戶 測 量 器 具 較 為 便 宜, 而 且 消 費 者 可 以 到 專 業 的 總 店 進 行 測 量 採 用 動 態 測 量 消 費 者 資 訊, 不 同 於 傳 統 影 像 測 繪 靜 態 測 量 的 資 料 外 且 可 以 大 量 製 作 缺 點 消 費 者 必 須 到 有 擺 設 足 底 掃 描 儀 的 地 點 進 行 測 量, 掃 描 儀 價 格 昂 貴 量 測 工 具 較 為 傳 統, 可 能 會 產 生 人 為 上 的 誤 差 值, 在 完 成 灌 模 的 階 段, 模 型 可 能 會 破 損 消 費 者 必 須 到 總 公 司 進 行 測 量, 而 且 器 材 昂 貴

19 2.2 大 量 客 製 化 大 量 客 製 化 流 程 低 價 客 製 化 產 品 是 個 新 現 象, 以 客 戶 為 中 心 然 後 製 造 商 品 的 市 場 大 量 客 製 化 (Davis, 1987; Pine, 1993; Pine et al., 1995) 是 消 費 者 選 擇 客 製 化 的 產 品 的 新 世 代, 最 早 的 概 念 是 從 汽 車 工 業 而 來 大 量 客 製 化 的 概 念 很 簡 單, 以 可 以 接 受 的 價 格 內, 提 供 個 人 客 製 化 標 準 化 的 產 品 在 傳 統 的 工 業 流 程 上, 公 司 製 造 標 準 化 的 產 品 並 且 可 以 大 量 複 製 降 低 成 本, 但 是, 大 量 客 製 化 這 個 名 稱 本 來 就 是 個 自 相 矛 盾 的 意 義, 因 為 結 合 客 製 化 與 大 量 製 造 的 概 念 所 以 大 量 客 製 化 提 供 一 種 大 量 製 造 低 成 本 還 有 提 供 大 量 產 品 的 市 場 (Duray,2002) 在 早 期 Pine(1993) 提 出 大 量 客 製 化 策 略 運 用 在 工 業 製 造 的 領 域 中, 他 提 出 如 何 從 大 量 製 造 轉 變 到 大 量 客 製 化, 依 據 一 套 標 準 化 的 程 序 以 下 呈 現 五 項 要 點 並 且 依 造 順 序 列 出 1. 客 製 化 服 務 必 須 環 繞 在 標 準 化 產 品 的 模 式 中 2. 創 造 客 製 化 產 品 3. 提 供 客 製 化 的 運 送 4. 快 速 的 回 應 消 費 者 的 需 求 5. 標 準 化 的 模 組 構 件 Kubiak(1993) 也 提 出 另 一 種 客 製 化 的 概 念, 客 製 化 的 特 色 包 含 了 公 司 的 名 子, 訊 息, 物 品 以 Signtic 工 廠 為 例 子, 此 製 造 產 品 後 然 後 讓 消 費 者 從 已 經 存 在 的 調 色 盤 中 選 取 自 己 喜 好 的 顏 色, 這 個 基 本 的 標 準 化 產 品 與 使 用 者 產 生 基 本 的 關 聯 外, 並 且 反 映 出 大 量 客 製 化 的 基 本 精 神 Signtic 此 公 司 已 經 從 傳 統 客 製 化 的 產 品 進 化 到 大 量 客 製 化 中 大 量 客 製 化 呈 現 在 工 業 與 製 造 流 程 系 統 中, 因 此 大 量 客 製 化 必 須 因 應 不 同 的 公 司 還 有 對 象 提 出 不 同 的 標 準 化 產 品 客 製 化 產 品 製 造 (Duray,2002) 在 大 量 客 製 化 的 概 念 中, 消 費 者 必 須 介 入 到 設 計 的 過 程, 而 消 費 者 決 定 客 製 化 商 品 的 客 製 化 程 度 接 下 來 探 討 大 量 這 個 形 容 詞 在 大 量 客 製 化 的 角 色, 模 具 化 是 個 重 要 的 觀 念 對 於 大 量 客 製 化 的 概 念 中 因 為 模 具 化 可 以 限 制 使 用 者 挑 選 產 品 構 件 的 範 圍, 並 且 增 加 施 工 端 的 方 便 性 與 複 製 性 所 以 重 要 的 兩 點, 1. 讓 消 費 者 介 入 設 計 中 2. 讓 消 費 者 所 選 的 物 件 必 須 是 模 具 化 的 構 件 這 樣 才 能 達 成 大 量 客 製 化 的 要 點 (Duray,2002) 1. 消 費 者 參 與 其 中 消 費 者 參 與 設 計 過 程 的 程 度 是 決 定 最 終 產 品 的 獨 特 性 如 果 消 費 者 在 設 計 的 最 初 期 就 參 與 設 計, 最 終 的 產 品 將 化 以 最 高 客 製 化 的 程 度 呈 現 相 對 的, 如 果 消 費 者 在 最 後 組 裝 的 階 段 才 參 與 設 計, 那 最 終 的 產 品 將 不 會 有 太 多 獨 特 性 產 生

20 2. 模 組 化 大 量 客 製 化 必 須 考 慮 到 製 造 的 成 本 效 益 並 且 達 到 經 濟 效 果 許 多 評 論 家 建 議 模 組 化 是 在 大 量 客 製 化 流 程 中 必 要 的 關 鍵 (Baldwin, Clark, 1994) 模 組 化 的 使 用 可 以 避 免 產 生 太 多 樣 的 構 件, 而 且 模 組 化 可 以 提 供 工 廠 方 便 去 大 量 重 複 製 造 但 是 卻 可 以 產 生 不 一 樣 風 格 的 產 品, 透 過 組 裝 不 同 模 組 化 的 構 件 大 量 客 製 化 案 例 案 例 一 : Ddress Ddress 由 continuum 公 司 所 推 出 的 客 製 化 產 品, 提 供 網 頁 繪 圖 或 是 手 機 應 用 程 式 ( 如 圖 18), 讓 使 用 者 可 以 自 行 繪 製 出 喜 好 的 衣 服 剪 裁 樣 式, 或 是 選 擇 公 司 提 供 的 樣 品 ( 如 圖 19), 把 使 用 者 繪 製 完 成 的 作 品 交 給 衣 服 打 版 師 進 行 客 製 化 的 服 飾 剪 裁 Ddress 使 用 三 角 面 的 剪 裁 和 黑 色 布 料 來 當 作 品 牌 的 特 色,continuum 認 為 未 來 的 流 行 設 計 應 該 著 重 於 如 何 探 索 新 形 態 的 科 技 與 材 料, 並 且 在 製 作 的 流 程 上 提 出 有 別 於 傳 統 製 作 的 過 程 藉 由 現 今 科 技 大 眾 可 以 自 由 的 上 網 取 得 資 訊 與 互 動 式 的 網 頁 軟 體 與 可 以 實 現 的 大 量 客 製 化 流 程, 所 以 continuum 提 出 讓 消 費 者 自 行 在 家 中 就 能 夠 設 計 出 自 我 風 格 的 服 飾, 就 算 消 費 者 不 是 受 過 專 業 的 繪 圖 或 是 服 飾 設 計 訓 練, 最 終 產 品 如 圖 20 所 示 圖 18 Ddress 網 頁 操 作 介 面 (Huang, 2012)

21 圖 19 Ddress 提 供 樣 版 參 考 (Huang, 2012) 圖 20 Ddress 客 製 化 服 飾 (Huang, 2012) 案 例 二 : The layer chair The layer chair 使 用 參 數 化 建 模 系 統 製 作 客 製 化 椅 子 ( 如 圖 21) 使 用 者 可 以 自 行 輸 入 自 身 的 人 因 尺 寸, 電 腦 中 的 模 型 將 會 同 步 改 變, 並 且 產 生 出 需 要 製 作 的 元 件 外 型 ( 如 圖 22) 而 椅 子 材 料 則 是 使 用 密 底 板, 製 作 的 機 具 是 使 用 電 腦 控 制 的 雷 射 切 割 ( 如 圖 23), 最 後 把 完 成 的 構 建 使 用 黏 著 劑 並 且 使 用 夾 具 固 定, 最 後 即 完 成 客 製 化 椅 ( 如 圖 24) 消 費 者 可 以 即 時 參 與 設 計 過 程 並 且 隨 時 修 改 設 計 資 料, 但 外 型 設 計 框 架 依 然 是 由 設 計 師 所 確 定 的, 但 使 用 者 的 彈 性 卻 是 比 以 往 的 客 製 化 產 品 更 多 元

22 圖 21 The Layer Chair( 左 ); 圖 22 參 數 化 建 模 系 統 ( 右 ) (Schaub, 2011) 圖 23 切 割 構 件 過 程 ( 左 ); 圖 24 組 裝 構 件 ( 右 ) (Schaub, 2011) 案 例 三 : Breeding table Breeding table 由 Kram and Weisshaar 在 2003 年 提 出 本 案 子 到 目 前 還 在 進 行 中, 設 計 師 希 望 利 用 新 科 技 與 互 動 介 面 軟 體 讓 消 費 者 參 與 設 計 過 程 並 且 自 行 設 計 桌 子 設 計 師 打 破 以 往 客 製 化 只 能 單 獨 製 作 一 件 作 品 的 概 念, 使 用 參 數 化 建 模 系 統 與 製 程 限 制 條 件 來 置 入 設 計 過 程 中, 讓 客 製 化 商 品 也 能 夠 大 量 製 作 圖 25 是 設 計 師 所 編 寫 出 來 的 介 面 操 作 系 統 圖 25 breeding table 介 面 操 作 系 統 (Kram and Weisshaar, 2003)

23 Breeding table 除 了 考 慮 基 本 的 桌 子 尺 寸 如 : 長 寬 高 之 外, 還 加 入 載 重 資 料 還 有 結 構 限 制 ( 如 圖 26), 在 消 費 者 調 整 桌 子 設 計 的 過 程 中, 桌 子 必 須 符 合 基 本 的 載 重 限 制, 讓 最 後 消 費 者 所 設 計 出 的 產 品 能 夠 確 實 的 使 用 最 後 再 經 由 雷 射 切 割, 切 出 需 要 的 尺 寸 並 且 冷 彎 製 成 還 有 上 漆 最 後 即 完 成 客 製 化 商 品 ( 如 圖 27 28) 圖 26 桌 腳 限 制 範 圍 (Kram and Weisshaar, 2003) 圖 27 breeding table 桌 腳 上 漆 ( 左 ); 圖 28 breeding table 成 品 ( 右 ) (Kram and Weisshaar, 2003) 大 量 客 製 化 流 程 中, 消 費 者 必 須 參 與 設 計 流 程, 設 計 師 必 須 立 即 型 的 回 饋 消 費 者 所 需 要 的 要 求 所 以 本 論 文 提 出 三 個 不 同 產 品 的 設 計 流 程, 來 探 索 消 費 者 參 在 操 作 設 計 師 所 設 計 的 互 動 介 面 時 所 遇 到 的 限 制 與 優 缺 點 我 們 可 以 發 現 最 終 產 品 製 作 完 成 時 都 會 兼 具 設 計 師 的 風 格 外 也 包 含 消 費 者 自 行 設 計 的 品 味 在 內, 而 在 製 作 過 程 中, 設 計 師 也 把 製 作 流 程 的 工 法 限 制 加 入 到 操 作 介 面 當 中, 所 以 消 費 者 所 繪 製 出 來 的 作 品 也 是 即 將 完 成 的 成 品, 並 且 可 以 在 製 作 前 重 複 修 正, 直 到 所 有 條 件 都 滿 意 為 止

24 表 29 操 作 介 面 的 比 較 產 品 名 稱 D dress The layer chair breeding table 產 品 內 容 服 飾 椅 子 桌 子 操 作 介 面 網 頁 APP 繪 圖 軟 體 介 面 網 頁 互 動 軟 體 操 作 描 述 消 費 者 可 以 上 網 後 使 用 滑 鼠 在 人 體 模 特 兒 上 繪 製 想 要 剪 裁 的 服 飾 外 型, 之 後 視 窗 右 邊 會 出 現 3D 模 擬 給 消 費 者 觀 看, 消 費 者 也 可 選 擇 廠 商 提 供 的 目 錄 消 費 者 必 須 下 載 設 計 師 所 寫 好 的 檔 案, 之 後 再 用 特 定 的 繪 圖 軟 體 開 啟, 消 費 者 能 夠 調 整 椅 子 的 長 寬 高 等 消 費 者 可 以 經 由 網 頁 操 作 設 計 師 所 設 計 的 互 動 軟 體 介 面, 來 自 行 調 整 喜 好 的 桌 腳 型 式 優 點 製 作 出 的 成 品 兼 具 設 計 師 風 格 也 有 消 費 者 自 我 的 設 計 感 製 作 出 的 椅 子 組 裝 簡 單, 直 觀 性 很 強 烈, 也 具 有 個 人 特 色 的 產 品 設 計 師 考 慮 到 製 作 過 程 時 的 限 制, 當 消 費 者 在 操 作 介 面 時 可 以 不 用 擔 心 產 品 無 法 製 作 的 問 題 缺 點 消 費 者 在 操 作 介 面 時, 所 呈 現 的 3D 預 覽 效 果 不 佳, 會 有 破 圖 情 況 產 生 消 費 者 必 須 下 載 專 屬 的 繪 圖 軟 體 與 檔 案 才 能 夠 調 整 在 網 頁 中 調 整 時, 未 受 過 尺 寸 訓 練 的 消 費 者 可 能 無 法 掌 握 最 終 成 品 的 尺 度 2.3 構 築 技 術 計 算 機 輔 助 設 計 (CAD) 是 使 用 電 腦 計 算, 產 生 出 電 腦 計 算 的 設 計 和 設 計 文 件,CAD 軟 體 提 供 使 用 者 可 以 操 作 的 介 面, 而 設 計 師 可 以 在 此 介 面 中 發 展 設 計 過 程 草 圖 和 製 造 過 程 而 CAD 所 輸 出 的 文 件 通 常 是 數 位 檔 案, 常 被 用 於 影 印 或 是 適 當 的 輸 出 機 具 像 是 CNC-milling CAD 所 呈 現 的 模 型 不 只 是 外 型,CAD 所 呈 現 的 模 型 必 須 包 含 模 型 資 訊 像 是 材 料 過 程 尺 寸 和 誤 差 值 CAD 可 以 在 二 維 空 間 中 繪 製 出 曲 線 或 是 外 型, 也 可 在 三 維 空 間 中 繪 製 實 體 曲 面 和 曲 線 CAD 的 發 展 在 工 業 上 是 個 重 要 的 技 術, 其 應 用 領 域 可 以 在 汽 車 造 船 航 空 工 業 和 建 築 設 計 等 由 於 可 應 用 的 領 域 太 廣, 所 以 許 多 研 究 朝 向 電 腦 幾 何 電 腦 圖 形 和 離 散 微 積 分 幾 何 的 研 究 使 用 CAD 軟 體 不 只 幫 助 設 計 師 模 擬 即 將 完 成 的 成 品 之 外, 可 以 提 早 避 免 最 終 產 品 會 產 生 出 的 問 題, 還 可 重 複 的 修 改 軟 體 內 的 模 型, 直 到 設 計 師 滿 意 所 有 的 造 型 和 解 決 在 使 用 CAD 軟 體 繪 圖 階 段 所 發 現 的 問 題

25 2.3.1 電 腦 輔 助 製 造 Computer-aided manufacturing (CAM) 實 現 數 位 化 的 資 料 被 成 功 且 精 準 的 製 造, 而 且 通 常 使 用 computer numerically controlled (CNC) 科 技 來 實 現 從 數 位 檔 案 到 數 位 製 造 是 CAM 的 重 要 概 念, 而 數 位 製 造 通 常 從 3D-CAD 的 模 型 開 始, 第 一 步 是 透 過 CAM 的 軟 體 先 分 析 3D 模 型 上 面 所 有 即 將 要 被 製 成 的 部 分, 查 看 這 些 構 件 是 否 能 夠 符 合 製 造 標 準 把 分 析 過 後 的 資 訊 傳 輸 到 CNC 平 台 上, 選 擇 恰 當 的 機 具 來 實 現 檔 案 中 的 模 型 這 流 程 就 是 file to factory (Schodek, Daniel, Digital Design and Manufacturing, 2004). 這 些 流 程 奠 基 在 以 下 四 種 技 術 上 面 : 1. 二 維 切 割 two-dimensional cutting 這 是 最 常 用 的 數 位 製 造 技 術, 有 許 多 機 具 能 夠 呈 現 二 維 切 割 的 目 的, 像 是 : 雷 射 切 割 機 水 刀 切 割 機 乳 膠 切 割 機 主 要 是 有 個 二 維 移 動 的 切 割 構 件, 再 加 上 一 個 移 動 式 的 平 台, 上 面 放 置 即 將 切 割 的 材 料 以 上 不 同 的 機 具 主 要 差 別 是 在 與 使 用 者 要 使 用 多 少 厚 度 的 材 料 切 割 的 厚 度 材 料 的 種 類 所 決 定 2. 消 去 法 subtractive fabrication 這 是 從 一 個 整 體 的 材 料 中 開 始 消 去 其 餘 的 材 料, 然 後 讓 最 終 的 作 品 呈 現 出 來 而 這 種 切 消 機 具 (CNC multi-axis milling) 可 以 分 為 軸 等 不 同 的 切 割 頭 可 以 旋 轉 的 軸 向 依 據 不 同 的 使 用 需 求 和 切 消 的 角 度 可 以 選 擇 適 當 的 軸 向 來 操 作 3. 增 加 法 additive fabrication 使 用 層 疊 法 依 序 疊 出 所 需 要 的 成 果, 是 使 用 增 加 材 料 的 方 法 來 製 成 這 項 成 型 技 術 剛 好 是 消 去 法 的 相 反, 而 增 加 法 是 透 過 擠 出 構 件 層 層 擠 出 所 需 要 製 成 的 材 料, 直 到 最 終 產 品 產 生 才 停 止, 而 這 項 技 術 因 為 目 前 材 料 成 本 較 高 所 以 通 常 應 用 在 客 製 化 的 接 頭 上, 以 機 具 來 說 像 是 RP 機 具 (Kolarevic, Branko, Architecture in the digital age, 2005 pp.36, 37) 4. 成 型 法 formative fabrication 使 用 加 熱 或 是 冷 彎 使 材 料 成 形 到 目 標 化 的 階 段 不 改 變 原 始 材 料 的 特 性 使 用 物 理 性 的 方 式 來 達 成 目 標 並 且 使 用 電 腦 控 制 系 統, 控 制 所 需 要 特 定 的 彎 曲 角 度, 精 準 的 達 到 最 終 成 品, 像 是 玻 璃 加 熱 後 的 雙 曲 面 的 造 型 鋼 條 連 續 型 的 彎 曲 形 狀 等 (Kolarevic, Branko, Architecture in the digital age, pp )

26 2.3.2 組 裝 方 式 在 目 前 組 裝 和 成 型 的 方 式 大 部 分 可 分 成 以 下 五 大 類 : 1.section 2.tessellating 3.folding 4.contouring 5.forming 以 下 分 別 對 個 別 簡 介 1. Section 在 正 交 投 影 的 過 程 中 座 標 平 面 和 模 型 斷 面 有 時 是 最 有 效 的 製 作 實 體 模 型 和 容 易 組 裝 的 方 式 當 建 築 外 型 逐 漸 複 雜 的 幾 何 形 體 使 用 斷 面 在 電 腦 中 切 出 多 個 在 曲 面 上 的 兩 軸 互 相 正 交 的 斷 面 線, 斷 面 這 樣 的 成 形 方 式 是 可 以 減 低 施 工 的 困 難 度, 並 且 快 速 的 把 施 工 數 據 2D 輪 廓 線 轉 檔 到 另 一 個 使 用 者 上 以 方 便 使 用 [c]spcae 就 採 用 section 的 方 式 組 裝 完 成 實 際 作 品, 來 達 到 最 省 的 材 料 並 且 具 有 美 觀 效 果, 但 須 考 慮 到 板 材 的 尺 寸 與 接 合 問 題 ( 如 圖 30 31) 圖 30 [c]space( 左 ); 圖 31 Detail of [c]space ( 右 ) (Dempsey and Huang, 2008) 2. Tessellating 使 用 一 整 群 的 單 元 模 組 互 相 卡 接 組 成, 並 且 在 單 元 體 之 中 沒 有 空 隙 來 產 生 結 果 的 曲 面 或 平 面 在 這 概 念 最 早 的 起 源 是 來 自 馬 賽 克 拼 貼 來 自 古 羅 馬 和 東 羅 馬 帝 國 或 者 是 伊 斯 蘭 教 式 的 建 築 外 牆 上 而 在 古 早 的 建 築 牆 上 使 用 鑲 嵌 主 要 是 為 傳 遞 特 別 的 訊 息 在 這 空 間 中, 亦 或 是 要 分 割 空 間 中 的 主 從 地 位, 透 過 一 種 抽 象 的 語 言 圖 案 去 呈 現 在 古 老 時 鑲 嵌 手 法 被 視 為 是 種 手 工 藝, 耗 時 又 耗 工, 但 在 當 今 年 代 使 用 電 腦 計 算 出 各 單 元 體 ( 三 維 式 的 量 體 ) 之 間 組 成 的 角 度 或 是 組 裝 所 需 的 零 件 數 量, 都 可 以 在 設 計 師 的 控 制 之 下 去 呈 現 出 最 後 的 實 體 模 型 不 管 是 三 維 曲 面 或 是 二 維 曲 面 都 可 以 精 確 地 呈 現 出 來 以 Le Corbusier Puppet theater 案 子 為 例, 此 案 例 使 用 tessellating 組 裝 成 曲 面 型 體, 當 成 劇 場 來 供 劇 團 來 使 用, 不 僅 滿 足 機 能 也 滿 足 視 覺 上 的 美 感 ( 如 圖 32 33)

27 圖 32 Detail of Le Corbusier Puppet theater ( 左 ); 圖 33 Le Corbusier Puppet theater ( 右 ) (Huyghe, 2004) 3. Folding 是 把 一 個 平 面 的 材 質 如 : 鐵 鋁 鋼 等 折 成 一 個 三 維 的 曲 面 這 是 一 項 非 常 有 潛 力 的 技 術, 使 用 這 項 技 術 除 了 可 以 成 型 三 維 外 型 在 製 作 幾 何 結 構 時 也 常 用 到 這 項 技 術 而 在 材 質 上 面 通 常 使 用 具 有 延 展 性 的 材 料, 並 且 自 身 就 有 自 我 支 撐 的 特 性 摺 疊 是 一 項 省 成 本 有 效 率 並 具 美 觀 的 技 術 方 法 ( 如 圖 34 35) 圖 34 Detail of Dragonfly( 左 ); 圖 35 Dragonfly 成 品 ( 右 ) (Wiscombe, 2007) 4. Contouring 使 用 平 面 二 維 尺 寸 的 材 料 平 板 去 重 新 塑 型 出 三 維 模 型, 這 個 概 念 是 使 用 減 去 的 工 法 去 施 作, 在 材 質 挑 選 上 使 用 平 板 的 材 質 如 : 石 板 顆 粒 板 石 膏 板 冷 凍 板 合 成 板 在 成 型 的 機 具 上 使 用 CNC 這 樣 的 機 具 ( 如 圖 36), 這 是 使 用 電 腦 去 計 算 出 機 器 所 需 要 執 行 時 的 路 徑 碼 (G-code),Bone Wall 則 是 使 用 減 去 法 製 成 的 代 表 案 例, 經 由 電 腦 控 制 產 生 出 曲 面 單 元 構 建 ( 如 圖 37)

28 圖 36 CNC milling machine( 左 ); 圖 37 Bone wall( 右 ) (Macdonald, 2006) 5. Forming 在 日 常 生 活 中 的 包 裝 塑 膠 玩 具 手 機 等, 常 出 現 在 我 們 生 活 中 在 構 築 方 面 成 型 則 出 現 在 大 尺 度 的 模 具 上 面, 如 窗 框 立 面 裝 飾 等 在 使 用 成 型 的 技 術, 事 前 的 預 鑄 模 板 是 必 要 的 條 件, 再 把 想 要 成 型 的 材 料 注 入 模 板 中, 最 後 脫 模 出 來 即 是 完 成 的 產 品 ( 如 圖 38 39) 圖 38 detail of Satin Sheet( 左 ); 圖 39 Satin Sheet( 右 ) (Roberge, 2007) 本 論 文 舉 例 了 不 同 組 裝 與 構 成 方 式 的 類 型, 套 用 到 大 量 客 製 化 的 設 計 流 程 中, 我 們 可 以 發 現 當 代 客 製 化 產 品 大 多 使 用 forming 之 中 RP 製 成 技 術, 因 為 只 需 要 把 消 費 者 在 設 計 界 面 中 所 繪 製 好 的 圖 檔 匯 入 到 機 具 之 中, 最 後 所 成 型 的 成 品 即 是 作 品, 但 有 鑑 於 RP 的 單 位 材 料 價 格 昂 貴 所 以 現 今 的 產 品 大 多 只 適 用 在 於 飾 品 小 型 物 件 上 面 而 使 用 folding 成 形 的 過 程 中 必 須 經 過 開 模 製 作, 所 以 花 費 上 價 格 較 高 不 符 合 大 量 客 製 化 的 需 求, 所 以 這 部 分 較 少 運 用 在 客 製 化 產 業 上 而 考 慮 到 成 本 與 製 作 的 簡 單 性 許 多 大 型 產 品 會 選 擇 section 製 作 工 法, 但 成 果 較 為 單 調 且 必 須 使 用 五 金 或 黏 著 劑 固 定 卡 接 部 分 如 表 40 介 紹 各 種 組 裝 方 式 的 優 缺 點

29 表 40 比 較 分 析 製 作 工 法 成 形 名 稱 section tessellating folding contouring forming 製 成 材 料 木 板 金 屬 板 板 材 類 木 板 金 屬 板 板 材 類 金 屬 類 的 板 材 木 板 顆 粒 板 石 膏 板 冷 凍 ABS 塑 膠 化 合 物 板 合 成 板 機 具 製 成 維 度 二 維 切 割 二 維 切 割 二 維 切 割 二 維 或 三 維 成 三 維 成 形 形 製 成 特 性 二 維 切 割 二 維 切 割 成 形 法 消 去 法 增 加 法 製 作 時 間 ( 以 1-5 區 分 1 最 快 ) 製 作 成 本 ( 以 1-5 區 分 1 最 便 宜 ) 優 點 切 割 構 建 快 速, 並 且 組 裝 方 便, 使 用 水 平 與 垂 直 構 件 相 互 卡 接 而 成 切 割 構 件 快 速, 組 裝 完 成 後 的 效 果 極 佳 使 用 二 維 切 割 後, 在 進 行 冷 壓 製 成 外 型, 完 成 後 的 作 品 具 有 結 構 與 美 感 選 擇 三 軸 以 上 的 機 具, 當 構 件 切 割 完 成 作 品 也 一 併 完 成, 省 去 組 裝 過 程 成 形 過 程 簡 單 又 方 便, 使 用 者 只 須 要 把 圖 檔 匯 入 製 成 機 具, 最 終 完 成 作 品 就 是 成 品 缺 點 作 品 效 果 單 調 且 必 須 考 慮 到 卡 接 處 需 要 何 種 黏 接 劑 組 裝 過 程 費 時 費 工, 必 須 製 作 許 多 單 元 體 才 能 組 裝 成 整 體 效 果 使 用 冷 壓 製 成, 必 須 開 模, 而 開 模 的 費 用 極 為 昂 貴 切 割 過 程 花 費 許 久 的 時 間, 而 且 在 製 作 過 程 中 會 浪 費 許 多 材 料 材 料 本 身 昂 貴 且 製 作 工 法 費 時

30 第 三 章 原 型 椅 設 計 本 章 節 從 過 去 案 例 的 設 計 與 經 驗, 分 別 針 對 市 面 上 的 人 因 工 程 椅 的 設 計 進 行 分 析 以 及 探 討, 分 析 市 面 上 椅 子 常 用 材 料 與 種 類 也 來 當 成 設 計 原 型 椅 的 元 素 在 人 因 感 測 部 分, 討 論 人 因 工 程 椅 如 何 調 整 和 機 制 作 為 原 型 椅 設 計 的 先 前 研 究, 並 且 把 可 以 調 整 的 部 位 精 簡 運 用 在 本 論 文 的 原 型 椅 上 關 於 椅 子 設 計 流 程 上, 則 針 對 目 前 市 面 上 傢 俱 廠 商 設 計 椅 子 的 步 驟 做 為 參 考, 最 後 提 出 原 型 椅 製 作 步 驟 與 原 型 椅 所 需 要 的 感 測 裝 置 和 消 費 者 使 用 原 型 椅 可 以 調 整 坐 姿 的 部 位 3.1 設 計 與 分 析 椅 子 是 對 人 們 活 動 起 輔 助 作 用 的 工 具, 首 先 必 須 能 夠 承 受 人 們 活 動 帶 來 的 各 種 力 量 和 衝 擊 設 計 師 在 設 計 初 期 就 應 該 考 慮 到 椅 子 對 外 部 衝 擊 的 承 受 力, 否 則 就 不 能 充 分 呈 現 椅 子 的 實 用 功 能 因 此 設 計 師 應 在 充 分 瞭 解 椅 子 基 礎 構 造 並 進 行 設 計, 以 達 到 既 美 觀 又 實 用 的 目 的 為 實 現 這 個 目 的 構 築 了 如 下 的 設 計 流 程 設 計 流 程 與 要 素 椅 子 設 計 流 程 一 般 可 分 成 四 個 階 段, 從 概 念 化 到 具 體 概 念 化 階 段, 接 下 來 是 設 計 結 構 體 部 分, 最 後 進 入 到 檢 驗 設 計 階 段 以 上 各 種 階 段 都 是 椅 子 設 計 流 程 時 所 需 要 的 過 程, 且 在 每 個 步 驟 都 有 個 別 需 要 注 意 的 要 點 與 檢 驗 內 容, 以 下 分 別 為 各 項 內 容 進 行 描 述 1. 概 念 化 階 段 概 念 化 階 段 是 整 體 設 計 的 理 念 和 宗 旨, 是 保 證 今 後 具 體 設 計 得 以 順 利 進 行 的 前 提 條 件 對 椅 子 設 計 概 念 化 進 行 設 定 的 過 程, 涉 及 椅 子 相 關 的 功 能 性 構 造 和 材 料 以 及 形 狀 等 問 題 針 對 特 定 的 使 用 者 市 場 需 求 製 作 成 本 考 慮 外 型 等, 特 定 且 定 義 清 楚 的 問 題 做 出 具 體 的 解 釋 及 說 明, 並 條 列 出 所 有 待 解 決 和 該 如 何 解 決 的 步 驟, 設 計 的 概 念 化 要 充 分 反 映 設 計 師 的 理 念 和 價 值, 發 揮 設 計 師 的 創 造 性 2. 概 念 具 體 化 階 段 具 體 化 階 段 是 按 照 在 概 念 化 階 段 設 定 的 設 計 方 案, 解 決 傢 俱 的 構 造 功 能 和 美 觀 問 題 並 創 造 出 其 基 本 形 狀 在 這 個 階 段 要 畫 很 多 草 圖 圖 樣, 做 出 模 型, 還 要 選 擇 材 料, 討 論 椅 子 的 構 造 以 及 其 他 一 些 細 節 問 題 等 椅 子 設 計 的 具 體 化 階 段 就 是 創 造 出 產 品 形 狀 的 過 程, 簡 單 地 講 就 是 做 出 椅 子 造 型 的 外 觀 圖 樣, 並 對 其 進 行 論 證

31 3. 設 計 傢 俱 階 段 椅 子 設 計 的 關 鍵 是 將 重 點 放 在 符 合 整 體 的 外 觀 和 核 心 架 構 上 產 品 的 外 觀 椅 子 的 造 型 以 及 穩 定 的 構 造 應 該 既 反 映 設 計 師 的 設 計, 又 能 實 現 人 們 對 舒 適 的 要 求, 這 就 是 設 計 傢 俱 的 重 點 為 實 現 這 一 目 標, 設 計 師 在 具 體 化 階 段 提 出 的 產 品 外 觀 為 基 準 做 出 了 原 型 模 型 從 這 個 原 型 模 型 中, 我 們 不 僅 可 以 看 到 體 現 著 產 品 概 念 的 外 觀, 還 可 以 獲 得 產 品 各 種 配 件 位 置 和 連 接 的 資 訊, 如 設 計 概 念, 傾 斜 度 (Tilt), 底 座 (Base), 扶 手 (Armrest) 等 這 可 以 由 設 計 師 在 設 計 產 品 並 做 出 草 圖 的 同 時, 從 3 個 角 度, 即 曲 面 (Surface), 曲 線 (Curve), 基 準 面 (Datum Plane) 來 表 現 4. 設 計 檢 驗 階 段 通 過 以 上 各 階 段 步 驟 完 成 的 產 品 設 計 並 不 是 完 美 的 尤 其 是 椅 子 與 人 體 結 構 有 著 密 切 的 關 係, 可 以 說 人 們 對 產 品 設 計 的 合 理 性 和 適 用 性 的 評 判 是 很 重 要 的 因 此 應 該 對 設 計 進 行 檢 驗 對 於 椅 子 的 設 計 來 說, 椅 子 的 大 腿 -- 底 座 (Base) 部 分 能 否 穩 定 地 支 撐 人 體 體 重 是 很 重 要 的 當 然 除 此 之 外 對 背 靠 ( Back ) 和 扶 手 ( Armrest ) 的 檢 驗 也 是 很 必 要 的 通 過 以 上 一 系 列 的 流 程, 設 計 師 重 要 的 是 創 造 產 品 的 設 計 師 通 過 參 與 產 品 的 整 個 開 發 過 程, 可 以 開 發 出 更 具 親 和 力, 符 合 人 體 工 程 學 的 產 品 關 於 椅 子 設 計 要 素 部 分, 除 了 考 慮 到 外 型 美 觀 外 還 有 主 體 結 構 必 須 考 慮 其 它 項 的 因 素, 設 計 師 必 須 考 慮 到 實 用 性 藝 術 性 工 藝 性 還 有 經 濟 性 椅 子 滿 足 使 用 者 日 常 生 活 的 機 能 外 還 反 映 使 用 者 的 品 味 與 設 計 師 的 風 格, 以 下 對 各 項 進 行 詳 細 的 介 紹 1. 實 用 性 實 用 性 就 是 泛 指 滿 足 人 們 生 活 需 求 開 始 與 發 展 的 現 代 傢 俱 不 但 要 可 靠 適 用 安 全, 更 重 要 的 是 滿 足 它 的 使 用 功 能 與 舒 適 度 無 論 是 靜 負 荷 類 傢 俱 或 動 負 荷 類 傢 俱, 都 應 根 據 人 體 工 效 學 的 基 本 法 則, 結 合 人 體 的 生 理 和 心 理 的 需 求, 設 計 出 合 理 的 傢 俱 尺 度 的 和 空 間 分 割 距 離, 給 消 費 者 創 造 一 種 最 大 限 度 的 舒 適 和 方 便 以 及 安 全 感 視 覺 美 感 等, 最 終 回 歸 到 最 佳 實 用 效 果 的 目 的 上 來 現 代 傢 俱 賦 予 人 們 的 美 感 是 通 過 人 們 的 視 覺 觸 覺 感 官 來 體 會 與 感 應 的 而 傢 俱 的 實 用 性 程 度, 則 是 通 過 人 們 的 反 復 使 用 接 觸 來 驗 證 的 2. 藝 術 性 現 代 傢 俱 已 不 單 純 是 簡 單 的 日 用 消 費 品, 傢 俱 產 品 作 為 一 種 文 化 現 象 發 展 到 今 天, 它 已 經 是 現 代 人 類 生 活 中 調 劑 居 室 環 境 的 藝 術 品 裝 飾 品 是 融 藝 術 與 實 用 於 一 體 的 一 代 全 新 消 費 品 同 時 也 是 直 接 影 響 到 室 內 陳 設 藝 術 效 果 和 現 代 居 室 文 化 品 味 的 重 要 代 表 性 為 此, 現 代 傢 俱 設 計 師 就 必 須 從 這 一 高 度 來 認 真 研 究 與 分 析 家 具 設 計 的 要 素 中 的 藝 術 性 問 題 3. 工 藝 性 當 前 傢 俱 工 業 產 品 的 科 技 製 造 含 量 已 經 發 生 了 巨 大 變 化, 幾 代 構 造 特 點 的 不 同 工 藝 構 造 款 式 的 傢 俱, 都 在 不 同 的 陳 設 環 境 與 商 場 中 亮 相 70 年 代 宣 傳 比 較 多 的 KD 型 傢 俱 ( 可 調 整 型 傢 俱 ), 今 天 已 經 發 展 到 具 有 國 際 先 進 水 準 的 RTA 型 傢 俱 ( 組 裝 型 傢 俱 ) 先 進 的 技 術 設 備 是 實 現 造 型 工 藝 的 具 體 手 段, 由 於 科 技 的 發 展, 給 複 雜 的 造 型 工 藝 提 供 了 可 靠 保 證, 設 計 師 可 以 創 造 出 新 的 造 型, 傳 統 的 加 工 方 式, 技

32 術 與 造 型 的 關 係 是 同 等 的, 現 代 傢 俱 設 計 師, 則 必 須 是 傢 俱 工 業 生 產 領 域 內 先 進 設 備 與 高 工 藝 水 準 加 工 技 藝 的 熟 知 者 與 掌 握 者 4. 經 濟 性 現 代 傢 俱 設 計 中, 經 濟 性 設 計 亦 應 是 設 計 師 不 容 忽 視 的 一 個 重 要 設 計 環 節, 這 其 中 也 包 涵 了 工 藝 性 設 計 的 外 觀 與 內 涵, 像 是 加 工 法 材 料 的 選 擇 與 構 成, 工 藝 程 序 等 等 現 代 傢 俱 設 計 師 只 有 在 設 計 實 踐 中, 將 實 用 性 藝 術 性 工 藝 性 經 濟 性 ( 目 標 成 本 法 則 ) 有 機 地 結 合 與 靈 活 運 用, 才 能 實 現 不 斷 推 出 好 的 產 品, 奉 獻 給 廣 大 消 費 者 樣 式 與 材 料 種 類 1. 椅 子 樣 式 單 椅 (side chair) 在 椅 子 兩 側 沒 有 扶 手, 但 有 椅 背 倚 靠, 椅 面 高 於 地 平 面, 供 給 使 用 者 施 座 ( 如 圖 41-1) 扶 手 椅 (armchair) 在 椅 子 的 兩 側 有 扶 手, 並 且 有 椅 背 倚 靠, 椅 面 高 於 地 平 面, 供 給 使 用 者 施 座 ( 如 圖 41-2) 辦 公 椅 (office chair) 辦 公 椅 主 要 設 計 於 提 高 員 工 生 產 力, 使 他 們 可 以 長 時 間 坐 在 椅 子 上 帶 有 腳 輪 的 旋 轉 椅 子, 讓 員 工 保 持 坐 姿 並 且 方 便 坐 在 椅 子 上 移 動 到 達 辦 公 室 內 的 地 點 減 少 員 工 花 費 時 間 和 精 力 ( 如 圖 41-3) 吧 檯 椅 (bar stool) 吧 檯 椅 是 椅 凳 的 一 種 且 有 讓 腳 踩 靠 休 息 的 地 方, 因 為 吧 檯 椅 的 高 度 和 狹 小 的 椅 座, 是 被 設 計 放 在 公 共 空 間 或 是 吧 檯 吧 檯 椅 讓 使 用 者 可 以 看 到 更 好 的 視 野 可 以 添 加 喝 酒 社 交 時 的 樂 趣 和 氣 氛 ( 如 圖 41-4) 椅 凳 (stool/bench) 沒 有 椅 背 且 沒 有 扶 手 的 椅 子 只 有 一 人 座 位, 使 用 椅 腳 或 腿 支 撐 身 體 重 量 ( 如 圖 41-5) 沙 發 (sofa) 提 供 一 人 或 多 人 的 座 椅, 有 舒 適 的 軟 墊 ( 如 圖 40-6) 圖 41 各 種 椅 子 類 型 整 理 (made in design, 1999)

33 2. 材 料 種 類 木 材 (wooden) 木 材 是 一 種 堅 硬 的 材 料 具 有 纖 維 組 織 可 以 從 樹 木 原 料 製 成 木 板 木 材 已 被 使 用 很 長 一 段 時 間, 不 管 是 在 工 程 或 建 築 材 料 上 它 是 一 種 有 機 自 然 的 材 料 ( 如 圖 42-1) 皮 革 (leather) 皮 革 是 一 種 耐 用 且 具 有 彈 性 的 材 料, 從 動 物 的 外 皮 取 下 後 製 成, 在 經 過 加 工 製 造 且 乾 燥 後 可 以 使 用, 通 常 採 用 公 牛 的 外 皮 製 成 牛 皮 可 以 應 用 在 不 同 的 工 藝 產 品 上 ( 如 圖 42-2) 塑 料 (plastic) 塑 料 是 在 製 造 業 最 廣 泛 使 用 的 材 料, 使 用 合 成 化 學 材 質 組 成 具 有 高 分 子 有 機 聚 合 物 的 材 料 像 是 PVC PE PET 等 ( 如 圖 42-3) 金 屬 (metal) 是 種 元 素 化 合 物 或 合 金, 是 電 力 和 熱 的 良 導 體 通 常 金 屬 具 有 延 展 性 和 光 澤, 可 以 反 射 大 部 分 的 自 然 光 ( 如 圖 42-4) 紡 織 (textile) 紡 織 是 一 種 具 有 彈 性 的 材 質, 從 天 然 或 人 工 纖 維 組 成 紗 是 由 紡 織 纖 維 羊 毛 亞 麻 棉 花 或 其 它 材 料 組 成, 以 生 產 線 的 方 式 製 作 出 紡 織 是 由 交 織 針 織 勾 針 等 技 術 編 織 而 成 ( 如 圖 42-5) 石 材 (stone) 在 地 質 學, 石 頭 或 岩 石 是 一 種 自 然 界 組 成 的 礦 物 質 一 般 情 況 下 岩 石 有 三 種 類 型, 火 山 岩 沉 積 岩 變 質 岩 ( 如 圖 42-6) 圖 42 各 種 椅 子 材 料 整 理 (made in design, 1999) 3.2 原 型 椅 的 量 測 單 元 當 消 費 者 選 購 人 因 工 程 椅 時, 使 用 者 獲 得 一 張 適 合 自 己 尺 寸 的 椅 子 是 非 常 重 要 的 並 非 所 有 的 人 因 工 程 椅 都 具 有 可 調 整 的 功 能, 所 以 在 選 購 時 消 費 者 必 須 試 座, 並 且 親 自 調 整 以 下 是 人 因 工 程 椅 可 調 整 部 分 的 參 考 值 座 椅 部 分 座 椅 部 分 是 椅 子 的 最 基 本 元 素, 椅 面 的 大 小 與 深 度 會 影 響 消 費 者 座 姿 的 舒 適 度 所 以 市 面 上 工 程 椅 工 廠 建 議 消 費 者 該 如 何 選 定 適 合 自 身 的 工 程 椅, 以 及 如 何 調 整 到 最 適 合 各 消 費 者 的 身 體 資 訊 以 下 針 對 座 椅

34 的 高 度 座 椅 的 平 面 寬 度 座 椅 平 面 的 深 度 椅 背 高 度 與 角 度 的 調 整 進 行 個 別 細 部 分 析 1. 椅 座 的 高 度 調 整 椅 座 可 調 整 的 高 度 範 圍 應 該 稍 微 高 於 或 低 於 使 用 者 的 理 想 坐 姿 才 是 理 想 的 高 度 調 整 椅 座 的 高 度 調 整 根 據 使 用 者 的 身 高 而 定 通 常 座 椅 可 調 範 圍 在 38 ~ 55 公 分 之 間, 使 用 者 的 身 高 在 152 ~ 190 公 分 之 間 少 數 的 椅 子 提 供 範 圍 很 廣 的 可 調 高 度, 所 以 在 選 擇 椅 子 時 應 該 非 常 注 意 椅 子 的 可 調 高 度 座 椅 高 度 應 具 有 氣 動 可 調 的 裝 置, 當 使 用 者 坐 在 椅 子 上 時 可 直 接 調 整 高 度 ( 如 圖 43-1) 2. 椅 座 平 面 的 深 度 調 整 當 使 用 者 坐 在 座 椅 平 面 上 時, 座 椅 平 面 的 前 緣 應 與 膝 蓋 後 側 距 離 兩 隻 手 指 的 距 離 恰 當 的 工 程 椅 應 該 提 供 椅 面 前 後 調 整 的 功 能, 以 便 使 用 者 可 以 自 行 找 到 舒 適 的 背 部 曲 線 椅 靠 在 椅 背 上 目 前 有 兩 種 可 調 深 度 的 裝 置, 各 別 是 把 滑 動 裝 置 裝 在 和 座 椅 平 面 高 度 相 同 的 位 子, 讓 使 用 者 可 以 拉 出 或 推 進 這 滑 動 裝 置 椅 調 整 椅 座 深 度, 另 一 種 是 像 球 形 的 裝 置 裝 在 椅 背 上 讓 使 用 者 調 者, 後 者 這 種 裝 置 讓 使 用 者 比 較 難 去 調 整 到 恰 當 姿 勢 ( 如 圖 43-2) 3. 椅 背 高 度 的 調 整 椅 背 應 該 能 夠 上 下 調 整, 讓 使 用 的 的 脊 椎 可 符 合 並 且 恰 當 的 符 合 椅 靠 在 椅 背 的 曲 線 上 椅 背 高 度 的 調 整 應 該 是 最 常 見 的 可 調 系 統 ( 如 圖 43-3) 4. 椅 背 角 度 的 調 整 椅 背 角 度 的 調 整 可 以 幫 助 使 用 者 的 上 半 身 型 服 貼 椅 背, 椅 背 角 度 的 調 整 主 要 是 釋 放 使 用 者 下 半 身 體 的 重 量 到 椅 子 上 許 多 椅 子 具 有 可 調 整 的 功 能 並 且 可 以 固 定 角 度, 讓 使 用 者 的 適 當 座 姿 可 以 被 固 定, 適 當 的 角 度 應 該 是 110~130 度 ( 如 圖 43-4) 5. 椅 座 的 平 面 寬 度 椅 座 平 面 應 該 夠 深, 當 使 用 者 坐 下 時 不 應 該 讓 椅 座 平 面 碰 觸 到 膝 蓋 內 側 座 椅 平 面 的 寬 度 應 該 左 右 各 多 於 使 用 者 的 臀 部 至 少 2.5 公 分 相 反 的 椅 座 平 面 寬 度 不 應 太 寬, 太 寬 以 至 於 使 用 者 不 能 舒 服 的 把 手 放 置 在 扶 手 上 ( 如 圖 43-5)

35 圖 43 人 因 工 程 椅 調 整 部 分 (the human solution, 2003) 機 構 部 分 除 了 椅 面 的 重 要 性 之 外, 工 程 椅 的 機 構 部 分 也 是 非 常 重 要 的 一 環, 機 構 可 動 的 部 分 會 影 響 使 用 者 在 椅 子 上 移 動 時 的 活 動 性 以 下 針 對 椅 背 傾 斜 扶 手 的 調 整 椅 子 動 力 裝 置 同 步 傾 斜 機 構 分 別 作 細 部 分 析 1. 椅 背 傾 斜 張 力 的 調 整 這 項 調 整 球 狀 裝 置 可 以 讓 使 用 者 釋 放 適 當 的 身 體 重 量 當 椅 靠 在 椅 子 上 時, 人 體 工 學 椅 通 常 具 有 互 相 抵 銷 的 物 理 裝 置 ( 如 圖 44) 2. 扶 手 的 調 整 扶 手 的 調 整 主 要 讓 使 用 者 在 適 當 座 姿 時 可 以 輕 鬆 地 放 置 雙 手 的 位 子 在 椅 子 的 扶 手 上 適 當 的 扶 手 調 整 應 該 具 有 高 度 和 寬 度 的 調 整, 有 些 使 用 者 可 以 在 打 字 的 時 候 把 雙 手 放 置 在 扶 手 上 以 便 減 少 雙 手 的 重 量 ( 如 圖 45) 圖 44 椅 背 傾 斜 張 力 的 調 整 ( 左 ); 圖 45 扶 手 與 使 用 者 坐 姿 關 係 ( 中 右 )(the human solution, 2003)

36 3. 椅 子 的 動 力 裝 置 選 擇 動 力 裝 置 控 制 座 椅 和 背 靠 的 移 動 它 包 含 了 控 制 座 椅 平 面 的 推 拉 扭 轉 有 時 一 張 工 程 椅 子 包 含 不 只 一 種 動 力 選 擇 3-1 多 功 能 動 力 此 動 力 裝 置 最 常 被 使 用 因 為 它 的 廣 泛 可 調 性 背 靠 座 椅 和 傾 斜 的 調 整 是 獨 立 各 別 調 整 的 也 可 以 提 供 固 定 角 度 的 功 能, 所 以 此 種 裝 置 可 以 提 供 多 樣 的 座 姿 選 擇 這 種 裝 置 從 椅 座 的 中 心 點 開 始 調 整 傾 斜 或 是 角 度 ( 如 圖 46) 圖 46 多 功 能 動 力 移 動 範 圍 (the human solution, 2003) 3-2 同 步 傾 斜 動 力 椅 座 和 椅 背 的 調 整 是 同 步 進 行 的 當 使 用 者 椅 靠 在 座 椅 上 時, 相 較 之 下 此 機 制 具 有 較 少 的 可 調 功 能, 通 常 具 有 此 裝 置 的 人 因 工 程 椅 在 椅 面 的 前 緣 具 有 可 調 整 的 角 度, 讓 使 用 者 膝 蓋 後 端 避 免 和 椅 面 接 觸 ( 如 圖 47) 圖 47 同 步 傾 斜 動 力 移 動 範 圍 (the human solution, 2003) 3.3 原 型 椅 本 研 究 採 用 原 型 感 測 椅 去 偵 測 各 別 使 用 者 不 同 的 座 姿 需 求 與 外 型 需 求, 原 型 感 測 椅 目 的 為 獲 得 使 用 者 的 人 體 工 學 資 訊, 並 非 直 接 採 用 靜 態 計 測 的 方 式 或 是 直 接 採 用 人 體 平 均 值 數 據 去 製 作 大 量 客 製 化 椅 子, 而 是 從 動 態 計 測 的 角 度 並 且 加 上 同 步 顯 示 調 整 時 的 狀 況 在 電 腦 螢 幕 中 讓 使 用 者 可 以 更 直 觀 且 更 客 製 化 的 裝 置

37 3.3.1 製 作 設 計 1. 使 用 對 象 使 用 對 象 為 需 要 專 屬 座 姿 和 專 屬 美 感 的 使 用 者, 年 齡 設 定 為 青 少 年 到 壯 年 期 間 的 男 女, 不 考 慮 幼 童 及 年 長 者, 並 且 不 考 慮 長 時 間 坐 姿 和 坐 姿 正 確 度 讓 使 用 者 可 以 參 與 整 個 設 計 流 程, 使 用 者 自 行 調 整 出 適 合 的 坐 姿 並 且 選 擇 適 當 的 組 裝 結 構 2. 製 作 材 料 原 型 感 測 椅 的 主 要 結 構 體 為 3mm 的 透 明 壓 克 力 所 構 成, 改 變 折 板 之 間 的 角 度 可 以 改 變 可 變 電 阻 的 數 值, 利 用 中 央 控 制 板 來 收 集 使 用 者 改 變 折 板 之 間 的 角 度, 最 後 使 用 這 些 數 值 來 當 作 參 數 化 模 型 的 參 數 1. 水 平 可 調 式 可 變 電 阻 旋 鈕 式 可 變 電 阻 : 用 來 偵 測 夾 板 角 度 的 變 化 值 ; 2. 跳 線 : 用 於 控 制 板 與 電 阻 接 線 ; 3. 3mm 壓 克 力 : 用 來 製 作 主 體 原 型 感 測 椅 部 分 ; 4. 螺 絲 螺 帽 : 鎖 緊 木 料 部 分 ; 5. 墊 片 : 增 加 螺 絲 與 木 板 間 的 摩 擦 值 ; 6. Seeduino: 讀 取 可 變 電 阻 的 資 料, 並 傳 輸 到 電 腦 中 ( 如 圖 48); 7. USB: 控 制 板 與 電 腦 間 的 傳 輸 線 圖 48 Seeduino 中 央 控 制 板

38 3. 感 測 部 分 依 據 文 獻 中 目 前 市 場 人 因 工 程 椅 可 調 整 的 部 分 進 行 感 測 以 下 為 主 要 偵 測 人 體 數 值 部 分 : 1. 椅 面 的 水 平 寬 度 : 因 依 據 個 別 使 用 者 臀 部 寬 度 不 一 進 行 測 量, 適 當 距 離 為 臀 部 左 右 兩 側 各 多 出 至 少 2.5 公 分 ; 2. 椅 面 到 地 面 的 高 度 : 因 依 據 個 別 使 用 者 的 身 高 腿 長 不 一 進 行 測 量, 適 當 的 椅 面 高 度 為 雙 腳 腳 底 板 平 放 在 地 面 上, 且 臀 部 略 低 或 高 於 膝 蓋 高 度 3. 椅 背 與 椅 面 的 角 度 : 因 依 據 個 別 使 用 者 的 舒 適 座 姿 不 一 進 行 測 量, 適 當 的 角 度 為 110~130 度 之 間, 並 且 可 以 固 定 使 用 者 適 當 的 角 度 4. 椅 背 的 垂 直 上 下 高 度 : 因 依 據 個 別 使 用 者 的 身 軀 長 度 不 一 進 行 測 量, 適 當 的 椅 背 高 度 應 符 合 使 用 者 脊 椎 曲 線 並 且 可 以 支 撐 使 用 者 上 半 身 體 重 量 5. 椅 背 的 水 平 前 後 距 離 : 因 依 據 個 別 使 用 者 的 大 腿 長 不 一 進 行 測 量, 適 當 的 深 度 距 離 為 膝 蓋 內 側 道 椅 面 前 緣 約 兩 隻 手 指 的 距 離 6. 椅 面 前 緣 的 角 度 調 整 部 分 : 為 了 避 免 使 用 者 膝 蓋 碰 觸 到 椅 面 前 緣 造 成 不 舒 適 感 7. 椅 背 與 椅 面 造 型 部 分 : 依 據 個 別 使 用 者 美 感 需 求 不 一, 所 以 讓 使 用 者 可 以 自 行 調 整 出 喜 好 的 外 型 線 條 需 要 注 意 的 地 方 是 在 安 裝 可 變 電 阻 的 時 候, 當 折 板 的 角 度 變 動 時, 必 需 同 時 讓 可 變 電 阻 的 數 值 產 生 改 變 以 下 為 各 折 板 部 位 與 可 變 電 阻 安 裝 的 圖 片 關 於 感 測 部 分, 必 須 考 慮 到 感 測 器 如 何 與 實 體 模 型 安 裝, 本 論 文 採 用 的 感 測 裝 置 是 可 變 電 阻, 利 用 可 變 電 阻 的 電 阻 值 產 生 變 化 的 數 值 轉 換 成 折 板 之 間 的 角 度 變 化 或 是 距 離 變 化 本 論 文 使 用 兩 種 不 同 的 可 變 電 阻, 一 為 旋 鈕 式 的 可 變 電 阻, 另 一 種 為 滑 軌 式 的 可 變 電 阻, 分 別 安 裝 在 不 同 的 需 求 位 子 因 為 滑 軌 式 的 可 變 電 阻 可 調 整 的 距 離 有 限 制, 所 以 必 須 使 用 齒 輪 的 齒 比 設 計 來 增 加 可 變 電 阻 值 的 感 測 距 離 和 旋 鈕 式 的 旋 轉 角 度 可 以 滿 足 在 實 體 模 型 中 的 折 板 角 度 的 變 化 ( 如 圖 49) 圖 49 可 變 電 阻 與 實 體 模 型 安 裝 圖

39 3.3.2 機 構 設 計 主 要 考 慮 可 變 電 阻 與 壓 克 力 之 間 的 安 裝 方 法, 並 且 能 夠 成 功 測 量 數 據 在 椅 面 到 椅 背 的 距 離 裝 上 齒 輪 去 增 加 可 偵 測 的 範 圍, 椅 腳 到 椅 面 的 距 離 也 是 用 齒 輪 來 增 加 可 調 範 圍 滑 動 式 可 變 電 阻 則 是 安 裝 在 水 平 移 動 的 部 分 ; 旋 鈕 式 可 變 電 阻 則 是 安 裝 在 旋 轉 角 度 的 部 分 主 要 注 意 的 地 方 是 在 椅 面 的 部 份 有 安 裝 滑 軌 式 的 五 金, 目 的 是 使 椅 面 水 平 的 移 動 能 夠 更 加 順 暢 以 下 為 各 部 的 機 構 設 計 共 為 七 個 部 分 椅 面 的 水 平 寬 度 設 計 椅 面 到 地 面 的 高 度 設 計 椅 背 與 椅 面 的 角 度 設 計 椅 背 的 垂 直 上 下 高 度 設 計 椅 背 的 水 平 前 後 距 離 設 計 椅 面 前 緣 的 角 度 調 整 部 分 設 計 椅 背 與 椅 面 造 型 部 分 設 計 椅 面 與 椅 背 的 距 離 調 整 部 分 還 有 椅 腳 的 高 度 調 整 部 分 有 用 使 用 到 齒 輪 的 配 比 去 增 加 滑 動 式 可 變 電 阻 的 感 測 值 因 為 壓 克 力 彼 此 的 摩 擦 力 過 高 所 以 在 安 裝 過 程 中 必 須 加 入 針 車 油 來 降 低 摩 擦 阻 力 ( 如 圖 50) 圖 50 齒 輪 與 可 變 電 阻 安 裝 部 分 角 度 與 距 離 的 機 構 設 計 完 成 後, 經 過 初 步 的 組 裝 測 試 和 中 央 控 制 板 的 安 裝 部 分 測 試, 發 現 椅 面 的 重 量 大 過 於 水 平 向 度 的 支 撐, 結 構 體 脆 弱 所 以 必 須 在 接 下 步 驟 更 加 改 進 ( 如 圖 51) 圖 51 各 個 折 板 部 分 的 距 離 和 角 度 測 試

40 第 四 章 原 型 椅 實 作 與 測 試 本 章 節 首 先 製 作 原 型 椅, 讓 原 型 椅 偵 測 個 別 使 用 者 的 人 體 資 訊, 在 把 所 偵 測 的 資 訊 運 用 到 參 數 模 型 中, 讓 消 費 者 在 互 動 介 面 中 操 作 選 擇 喜 愛 的 樣 式 與 材 料 最 後 本 章 節 依 據 參 考 文 獻 中 目 前 市 面 上 組 裝 方 式, 製 作 實 體 模 型, 用 來 探 討 從 量 測 到 製 作 的 過 程 中, 是 否 如 預 期 的 目 標 一 致, 是 流 暢 且 符 合 消 費 者 的 目 標 需 求 4.1 原 型 椅 製 作 在 製 作 原 型 感 測 椅 之 前, 先 調 查 市 面 上 人 體 工 學 椅 基 本 可 調 整 的 部 分, 如 : 椅 面 大 小 椅 腳 高 度 椅 背 角 度 和 外 型 調 整, 再 依 據 這 些 經 常 被 使 用 者 調 整 的 部 分 進 行 原 型 模 型 椅 的 基 本 設 計 而 原 型 感 測 椅 可 偵 測 變 動 的 部 分 為 椅 背 與 椅 墊 的 角 度 椅 腳 到 椅 墊 的 高 度 椅 背 到 椅 墊 的 深 度 距 離 和 椅 背 與 椅 面 的 造 型 變 化 1. 組 裝 過 程 在 椅 背 的 部 分 主 要 偵 測 椅 背 邊 緣 可 彎 曲 的 角 度 部 分, 和 椅 背 垂 直 向 度 的 距 離 變 化 這 部 分 的 結 構 與 感 測 器 安 裝 的 過 程 是 妥 當 的, 確 保 各 部 份 的 移 動 能 夠 順 暢 ( 如 圖 52) 圖 52 椅 背 的 偵 測 部 分 在 椅 面 的 部 分 主 要 偵 測 椅 面 邊 緣 可 彎 曲 的 角 度 部 分, 和 椅 背 垂 直 向 度 的 距 離 變 化 在 椅 面 與 椅 背 交 接 處 改 用 新 的 結 構 方 式, 讓 椅 面 的 承 載 力 增 加 到 足 夠 支 撐 椅 背 ( 如 圖 53)

41 圖 53 椅 面 的 偵 測 部 分 在 椅 腳 的 部 分 主 要 偵 測 椅 面 到 地 板 水 平 面 的 距 離, 讓 使 用 者 可 以 依 據 身 高 不 同 而 調 整 適 合 的 座 椅 高 度 ( 如 圖 54) 圖 54 椅 腳 的 偵 測 部 分 在 接 線 的 部 分 讓 各 感 測 器 的 配 線 能 夠 接 上 中 央 控 制 板 外, 並 且 有 足 夠 的 腳 位 能 夠 讓 所 有 的 感 測 器 讀 取 訊 號, 考 慮 使 用 者 在 操 作 原 型 椅 時 不 被 訊 號 線 所 干 擾, 影 響 操 作 ( 如 圖 55)

42 圖 55 接 線 部 分 2. 同 步 顯 示 接 收 數 據 部 分, 先 把 接 受 到 的 可 變 電 阻 數 值 傳 輸 到 中 央 控 制 板 來 彙 整 資 料, 把 這 些 資 料 記 錄 在 電 腦 暫 存 空 間 中, 再 把 暫 存 空 間 中 的 資 訊 提 取 出 來, 使 用 rhinoceros 中 的 外 掛 firefly 來 完 成 接 洽 外 部 實 體 模 型 與 電 腦 3d 中 的 模 型 firefly 可 以 把 外 部 的 實 體 模 型 感 測 資 訊 成 功 的 轉 化 成 建 模 資 訊 的 參 數 因 子, 把 可 變 電 阻 的 訊 號 值 轉 化 成 角 度 值, 利 用 這 些 角 度 值 讓 3d 中 的 模 型 產 生 外 型 上 的 變 化 當 實 體 模 型 各 個 部 分 的 角 度 變 動 時 能 夠 改 變 電 阻 值 上 面 的 數 據, 和 保 持 相 同 的 傳 輸 數 率, 到 這 階 段 才 算 完 成 從 實 體 環 境 中 獲 取 使 用 者 的 使 用 資 訊, 把 這 些 資 訊 當 作 調 整 參 數 化 設 計 的 因 子 使 得 最 終 產 品 能 夠 保 有 的 資 訊 除 了 軟 體 模 型 內 的 參 數 因 子 也 包 含 了 實 體 環 境 中 使 用 者 操 作 模 型 的 資 料 ( 如 圖 56) 圖 56 同 步 傳 輸 照 片

43 3. 製 作 結 果 最 終 完 成 的 原 型 感 測 椅 除 了 解 決 結 構 上 的 問 題, 並 且 各 部 分 的 感 測 器 安 裝 也 完 成, 再 者, 把 資 訊 能 夠 成 功 的 擷 取 出 來 呈 現 在 電 腦 螢 幕 中, 讓 實 體 模 型 改 變 的 同 時, 也 能 夠 影 響 虛 擬 螢 幕 中 的 模 型 讓 使 用 者 可 以 自 行 調 整 出 合 適 的 姿 勢 與 尺 寸 ( 如 圖 57) 圖 57 原 型 感 測 椅 完 成 照 片 各 部 分 可 調 整 的 部 分 經 過 測 試 後 已 經 可 以 完 整 運 作, 在 結 構 上 椅 背 與 椅 面 之 間 的 結 構 關 係 也 解 決, 關 於 滑 動 式 可 變 電 阻 與 齒 輪 之 間 的 接 合 也 能 完 成 運 作 ( 如 圖 58) 圖 58 角 度 改 變 照 片

44 4.2 程 式 製 作 依 據 Iwamoto, L.: 2009, Digital Fabrications 所 提 到 目 前 的 構 築 技 術 大 約 可 以 分 成 五 類 :section, tessellating, folding, contouring and forming 本 論 文 根 據 這 五 類 作 為 編 寫 程 式 的 概 念, 而 每 一 種 構 築 方 式 對 應 到 不 同 的 材 料 選 擇 與 租 裝 方 式, 目 的 是 讓 使 用 者 可 以 選 擇 自 行 喜 好 的 設 計 與 風 格 當 本 論 文 在 設 計 不 同 組 裝 方 式 的 同 時, 必 須 考 慮 到 讓 使 用 者 有 機 會 能 夠 自 行 調 整 程 式 內 的 參 數, 像 是 產 品 外 型 的 圖 案 配 置 產 品 的 材 質 顏 色 或 是 產 品 的 尺 寸 大 小 設 計 師 在 此 階 段 的 腳 色 應 該 作 為 設 計 產 品 的 框 架, 並 非 設 計 一 個 絕 對 的 產 品 讓 所 有 使 用 者 共 同 使 用, 因 為 個 別 使 用 者 都 有 著 不 同 的 使 用 習 性 與 風 格 1. Section type 基 於 最 基 本 的 組 裝 模 式 探 索 正 交 和 斜 角 方 式 在 結 構 上 與 視 覺 上 的 表 現 不 同 正 交 和 斜 角 的 組 裝 方 式 都 是 使 用 卡 接 結 構 完 成 以 XY 平 面 的 垂 直 兩 平 面 相 交 集 的 地 方 製 作 榫 頭 最 後 發 現 正 交 的 模 型 在 榫 頭 上 是 完 全 正 交 可 以 配 合 雷 切 機 具 二 維 向 度 的 切 割 和 組 裝 步 驟 最 終 的 組 裝 模 型 與 3D 模 型 呈 現 相 同 沒 有 變 形 但 是 以 斜 角 製 作 的 模 型, 發 現 模 型 上 卡 榫 部 分 不 是 垂 直 相 交, 有 斜 角 的 關 係 呈 現 菱 形 格 再 者, 因 為 機 具 上 的 性 質 無 法 切 出 斜 面 的 卡 榫 街 頭, 所 以 導 致 最 終 的 模 型 有 變 形 的 問 題 ( 如 圖 59) 圖 59 正 交 和 斜 角 探 索 組 裝 卡 榫 問 題 2. Tessellating type 因 為 使 用 者 的 條 件 參 數 不 同, 讓 產 品 可 以 依 據 使 用 者 不 同 的 特 性 生 產 出 不 同 的 外 型 以 Tessellating type 的 形 式 來 說, 依 據 原 型 感 測 椅 上 椅 面 上 壓 力 的 數 值 改 變 影 響 到 作 品 中 椅 面 上 的 分 割 形 式 的 不 同, 當 人 體 在 椅 座 部 分 施 力 較 大 時, 該 部 分 的 分 割 應 該 較 密 集, 來 增 加 結 構 上 的 穩 定 ( 如 圖 60) 並 且 可 以 依 據

45 使 用 者 的 喜 好 分 佈 椅 面 上 的 圖 案, 來 讓 使 用 者 決 定 何 處 的 椅 面 應 該 有 較 多 或 較 少 的 分 割 形 式 ( 如 圖 61) 圖 60 Tessellating type 照 片 圖 61 Tessellating type 透 視 照 片 3. Folding type 配 合 可 以 冷 彎 的 材 料 如 鐵 鋁 等 配 合 沖 壓 的 技 術 成 形, 設 計 以 下 的 程 式, 使 用 蜂 巢 結 構 作 為 整 體 結 構 的 支 撐 體 並 且 加 入 可 以 讓 使 用 者 調 整 的 控 制 點 讓 椅 面 上 的 蜂 巢 結 構 可 以 依 據 控 制 點 而 改 變 上 面 的 開 洞 大 小 ( 如 圖 62 63)

46 圖 62 Folding type 透 視 照 片 圖 63 控 制 點 改 變 蜂 巢 結 構 4. Contouring type Contouring type 以 CNC 方 式 製 成 的 概 念 下 去 編 寫,CNC 洗 出 每 個 單 元 上 相 切 圓 的 溝 槽 和 製 作 出 每 個 大 小 不 相 同 的 三 角 面 使 用 者 依 然 可 以 調 整 椅 面 上 的 三 角 形 大 小, 這 將 會 影 響 相 切 圓 之 間 的 大 小, 製 作 出 每 個 單 元 體 後, 最 終 組 成 最 終 的 完 成 椅 面 ( 如 圖 64 65)

47 圖 64 Contouring type 透 視 照 片 圖 65 相 切 圓 細 部 圖 照 片 5. Forming type 以 Forming type 的 可 調 整 參 數 化 來 說, 該 構 成 方 式 以 3d printer 為 製 作 的 機 具, 所 以 在 設 計 上 每 個 構 成 的 單 元 模 組 可 以 採 用 曲 率 較 大 的 單 元,3d printer 是 具 有 從 無 到 有 且 一 體 成 形 的 製 作 特 性, 因 此 可 以 排 除 設 計 組 裝 結 構 上 的 問 題 以 下 圖 示 呈 現 各 單 元 體 接 合 角 度 的 方 向 和 順 序 選 擇 最 適 當 的 配 置 方 法 來 組 裝 ( 如 圖 66 67)

48 圖 66 Forming type 照 片 圖 67 Forming type 照 片 程 式 製 作 製 作 樣 板 施 工 除 了 考 慮 到 使 用 者 自 行 調 整 設 計 的 彈 性 之 外, 應 該 也 考 慮 到 施 工 端 的 機 具 的 尺 寸, 和 適 當 的 材 料 大 小 設 計 師 在 設 計 參 數 化 設 計 的 階 段 應 當 把 製 作 端 的 限 定 條 件 考 慮 進 去, 如 此 一 來 才 能 流 暢 地 從 設 計 端 到 製 作 端 完 成 產 品 生 產 作 業 使 用 可 調 整 的 參 數 設 計 所 產 生 出 的 製 作 元 件, 可 以 方 便 工 廠 端 的 製 作 過 程 ( 如 圖 68) 可 以 接 受 不 同 流 程 階 段 的 背 景 資 訊 外, 不 斷 的 在 3d 模 型 中 反 覆 修 正, 可 以 預 測 出 未 來 組 裝 方 式 的 可 能 性 與 解 決 在 組 裝 上 可 能 出 現 的 問 題

49 圖 68 同 步 傳 輸 照 片 4.2 結 果 評 估 目 前 本 論 文 從 原 型 模 型 椅 獲 得 的 資 訊 經 由 設 計 師 事 先 設 計 好 的 程 式 框 架, 依 據 這 些 資 訊 來 製 作 實 體 模 型, 因 為 經 費 與 時 間 上 的 因 素, 所 以 本 論 文 以 製 作 1:2 尺 度 的 模 型 來 呈 現 最 終 狀 態, 因 為 可 調 參 數 設 計 的 特 性, 讓 設 計 師 在 設 計 過 程 中 可 以 選 擇 不 同 的 製 程 過 程 與 機,Tessellating type 的 製 作 方 式 則 是 選 用 laser cutting 來 完 成, 考 慮 到 laser cutting 機 台 的 尺 寸 還 有 板 材 的 大 小 之 後, 切 出 經 由 可 調 整 參 數 設 計 產 生 的 構 件, 組 裝 過 程 則 是 使 用 兩 片 材 料 相 互 卡 接 而 成 而 另 一 項 Forming type 則 是 使 用 RP 製 成 技 術 來 成 型, 因 為 使 用 機 具 上 的 特 性, 在 製 作 過 程 中 RP 會 噴 出 原 料 ABS 與 支 撐 材 料, 所 以 在 過 程 中 必 須 花 費 時 間 洗 去 支 撐 材 料, 在 RP 成 型 的 成 型 技 術 中 雖 然 能 夠 有 較 多 的 造 型 變 化, 但 是 所 花 費 的 時 間 與 成 本 卻 是 較 Tessellating type 高 上 許 多 最 終 完 成 的 模 型 就 如 同 電 腦 螢 幕 中 模 擬 的 樣 子, 不 論 是 在 外 型 還 是 使 用 者 的 尺 寸 都 是 符 合 個 別 使 用 者 的 資 訊 跟 喜 好 因 為 CAD/CAM 和 參 數 畫 設 計 的 貢 獻, 讓 此 作 品 可 以 精 準 且 快 速 的 產 出 並 且 在 組 裝 的 過 程 中 沒 有 錯 誤 快 速 客 製 化 的 設 計 過 程 讓 使 用 者 也 可 以 自 由 地 加 入 在 其 中, 使 得 從 最 初 設 計 的 產 品 到 最 終 製 作 的 產 品 一 致 1. Section type 使 用 斜 角 卡 榫 製 作 出 的 模 型 雖 然 視 覺 效 果 較 為 強 烈, 但 因 為 雷 射 切 割 機 具 的 特 性 無 法 製 作 出 有 斜 度 的 卡 榫 所 以 在 製 作 出 來 的 模 型 有 變 形 的 情 況 發 生, 並 不 如 電 腦 模 型 上 的 外 型 在 未 來 的 解 決 方 法 為 改 成 為 CNC 或 具 有 可 製 作 斜 角 卡 榫 的 機 具 來 製 作 構 件, 或 是 使 用 正 交 方 式 的 垂 直 卡 榫 來 解 決 此 問 題 ( 如 圖 69)

50 圖 69 Section type 組 裝 過 程 照 2. Tessellating type 使 用 雷 射 切 割 機 所 製 作 出 的 單 元, 因 為 是 垂 直 正 交 的 結 構 所 以 在 組 裝 過 程 中 並 無 出 現 任 何 問 題, 只 需 要 依 據 編 號 順 序 組 裝 即 可 成 為 最 終 模 型 但 模 型 的 組 裝 過 程 中 較 為 費 時 與 費 工, 與 要 花 費 許 多 時 間 來 比 對 編 號 與 位 子 ( 如 圖 70) 圖 70 Tessellating type 單 元 圖 最 終 完 成 的 成 果 與 椅 面 上 的 圖 案 還 有 外 型 完 全 依 據 使 用 者 所 調 整 的 曲 線 來 製 成, 且 沒 有 變 形 量 的 問 題, 配 合 上 適 當 的 機 具 製 成, 效 果 正 如 在 3D 視 窗 模 型 中 的 成 果 一 致 ( 如 圖 71)

51 圖 71 Tessellating type 完 成 圖 3. Folding type 先 由 程 式 框 架 所 產 出 的 單 元 體, 經 過 雷 射 切 割 機 製 作 出 單 元 體, 並 且 在 各 單 元 的 角 度 與 組 合 上 都 是 相 符 的, 可 以 組 出 椅 面 上 所 需 要 的 各 種 曲 度 但 是 在 各 單 元 體 頭 尾 相 接 處 尚 未 使 用 正 確 的 五 金 接 合, 目 前 只 使 用 膠 帶 暫 時 固 定, 來 查 看 目 前 組 裝 效 果 與 問 題 ( 如 圖 72) 圖 72 Folding type 單 元 圖 再 把 各 單 元 組 成 完 整 的 椅 面 後 發 現 模 型 形 變 非 常 嚴 重, 幾 乎 與 電 腦 中 的 模 型 外 型 不 一, 最 後 發 現 個 單 元 之 間 都 存 在 單 元 結 構 上 的 不 穩 定, 每 個 單 元 都 會 相 互 變 形, 並 且 材 料 上 會 產 生 張 力 與 拉 力, 所 以 在 最 終 組 裝 成 的 實 體 模 型 發 生 與 電 腦 模 型 中 的 模 型 不 一 的 情 況 改 進 的 方 法 應 重 新 設 計 各 單 元 體, 或 是 在 各 單 元 體 中 製 作 可 以 穩 固 結 構 的 構 件, 讓 個 單 元 排 除 自 身 的 形 變 ( 如 圖 73)

52 圖 73 Folding type 完 成 圖 4. Forming type 因 為 模 型 尺 寸 與 快 速 成 型 機 具 的 尺 寸 不 符, 所 以 在 製 作 模 型 時 必 須 把 模 型 拆 成 四 個 部 分 分 開 來 製 作 而 在 快 速 成 形 的 過 程 中 會 產 生 出 支 撐 材 料 與 本 身 塑 膠 材 料, 在 機 具 完 成 的 模 型 具 有 支 撐 材 料 ( 咖 啡 色 的 部 分 ), 必 須 再 經 過 洗 去 支 撐 材 料 的 步 驟, 此 步 驟 將 會 把 支 撐 才 完 全 去 除, 只 剩 下 白 色 的 塑 膠 材 料 (ABS) 最 後 再 把 四 個 部 分 的 塑 料 相 互 接 合 即 可 得 到 與 電 腦 模 型 中 模 擬 狀 況 完 全 一 致 的 模 型 ( 如 圖 74) 圖 74 Forming type 完 成 圖