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人机工程学第8章 作业空间与用具设计解析.ppt

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    • 第8章 作业空间与用具设计 第8章 作业空间与用具设计 8.1 作业空间设计的基本要求 8.2 工作区域设计 8.3 座椅设计 8.4 手握式工具设计 第8章 作业空间与用具设计 8.1 作业空间设计的基本要求 8.1.1 行动空间 行动空间是人在作业过程中, 为保证信息交流通 畅、 便捷而需要的运动空间 为此, 作业空间设计应 满足如下要求 第8章 作业空间与用具设计 1. 保证通行顺利￿ 作业空间设计, 首先应考虑人能够顺利通行, 这 是保证作业空间适合于操作者的最基本的原则 2. 操作联系方便￿ 操作者在联系方面的要求, 包括操作者与机器之 间的联系和操作者相互之间的联系两个方面 3. 机器布置合理￿ 人和机器安装位置的关系, 应遵循便于人迅速而 准确地使用机器的原则 第8章 作业空间与用具设计 4. 信息交流畅通￿ 作业空间设计应使操作者在操作过程中能够看到 自己所操纵的机器和必须与自己联系的其他操作者 第8章 作业空间与用具设计 8.1.2 心理空间￿ 人在某一场所作业时, 对该场所的作业空间是用 心理空间来感受的 心理空间设计的要求可以从人身 空间、 领域以及周围墙壁色彩、 照明、 通风换气等环 境条件考虑。

      实验证明,对人的人身空间和领域的侵 扰, 可使人产生不安感、 不舒适感和紧张感, 难以保 持良好的心理状态, 进而影响工作效率 ￿ 第8章 作业空间与用具设计 1. 人身空间￿ 人身空间是指环绕一个人的随人移动的具有不可 见的边界线的封闭区域, 其他人无故闯入该区域, 则 会引起人在行动上的反应, 例如转过身去或靠向一侧 , 企图躲避入侵者, 有时甚至还会发生口角和争斗 第8章 作业空间与用具设计 人身空间的大小, 可以人与人交往时彼此保持的 物理距离来衡量 通常分为四种距离, 即亲密距离、 个人距离、 社会距离和公共距离 不同的距离(区域) , 允许进入的人的类别不同, 如表8 - 1所示 第8章 作业空间与用具设计 表8 – 1 人身空间的分区及其说明 第8章 作业空间与用具设计 第8章 作业空间与用具设计 人身空间以身体为中心, 但在不同的方向要求的 距离是不同的 通过实验发现, 人们站立时, 接近物 体的距离总小于接近人的距离; 不同性别的人, 身体 前、 后、 侧部的接近距离不同, 构成了人体周围的八 角形的“缓冲带”, 如表8 - 2所示 同时还发现, 被 试女性走过站立男性时距离比被试男性走过女性时的 距离远。

      ￿ 第8章 作业空间与用具设计 表8 - 2 到接近对象的距离 第8章 作业空间与用具设计 2. 领域性￿ 与人身空间相类似, 领域性也是一种涉及人对空 间要求的行为规则 它与人身空间的区别, 在于领域 的位置是固定的, 而不是随身携带的, 其边界通常是 可见的, 具有可被识别的标记 ￿ 第8章 作业空间与用具设计 8.1.3 活动空间￿ 人从事各种作业都需要有足够的操作活动空间 操作活动空间受工作过程、 工作设备、 作业姿势以及 在各种作业姿势下工作持续时间等因素的影响 作业 中常采用的作业姿势有立姿、 坐姿、 坐—立姿、 单腿 跪姿以及仰卧姿等 图8 - 1~图8 - 4为各种作业姿势 时的活动空间, 这些活动空间均以我国成年男性第95 百分位数(身高1775mm)为基准 女性均为男性的 0.9346倍 ￿ 第8章 作业空间与用具设计 图 8 - 1 立姿活动空间 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 2 坐姿活动空间 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 3 单腿跪姿活动空间 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 4 仰卧活动空间 第8章 作业空间与用具设计 1. 立姿活动空间￿ 立姿时人的活动空间取决于身体尺寸、 保持身体 平衡的微小平衡动作以及身体放松状态。

      当脚的站立 平面不变时, 为保持平衡, 必须限制上身和手臂能达 到的活动空间 ￿ 图8 - 1为立姿活动空间及上身和手 臂的活动范围 第8章 作业空间与用具设计 2. 坐姿活动空间￿ 图8 - 2为坐姿活动空间及上身、 手臂和腿的活动 范围 图8 - 2(a)为主视图, 零点位于正中矢状面上 3. 单腿跪姿活动空间￿ 图8 - 3为单腿跪姿活动空间及上身和手臂的活动 范围 4 . 仰卧姿活动空间￿ 图8 - 4为仰卧姿的活动空间及手臂和腿的活动范围 第8章 作业空间与用具设计 8.2 工作区域设计 8.2.1 水平面工作区域￿ 操作者采用立姿或坐姿操作时, 上肢在水平面上 移动形成的轨迹所包括的区域称为水平面工作区域 水平面工作区域可分为最大工作区域和正常工作区域 巴恩斯根据美国人体测量数据绘制出的水平面工 作区域如图8 - 5所示 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 5 男性上肢水平面工作区域(cm)￿ 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 6所示的PQ曲线为斯夸而斯所描绘的正常工 作区域 由图可知, 被测者肩峰点的位置为E点, AC 为人体肩宽的1/2, 运动开始时肘的位置为C点, 手移 动时肘达到的终点位置为D点, 肘运动的轨迹为圆弧 CD。

      圆弧CD的切线与前臂CP的夹角为42° 在正常 工作区域内, 一般认为在大多数情况下, 手的操作姿 势为拇指与食指捏住, 因而把前臂长取为380 mm(系 美国人尺寸, 下同) 第8章 作业空间与用具设计 手移动轨迹——PQ曲线可由下列 参数方程确定 X=A1cosθ+A2cos〔65°+(73°/90°)θ〕 Y=A1sinθ+A2sin〔65°+(73°/90°)θ〕 (8 - 1) 第8章 作业空间与用具设计 8.2.2 垂直面工作区域￿ 垂直面工作区域也可分为最大工 作区域和 正常工 作区域 美国的法莱(Farley)将最大工作区域定义 为以肩峰点为轴, 上肢伸直在矢状面上移动时, 手的 移动轨迹所包括的范围; 将正常工作区域定义为上臂 自然下垂, 以桡骨点为轴, 前臂在矢状面上移动时, 手的移动轨迹所包括的范围 ￿ 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 6 斯夸尔斯的水平面正常工作区域(mm) 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 7 立体工作区域示意图 第8章 作业空间与用具设计 8.2.3 立体工作区域￿ 将水平面工作区域和垂直面工作区域结合, 上肢 在三维空间运动所包括的范围为立体工作区域或空间 工作区域。

      图8 - 7为采用巴恩斯法、 斯夸尔斯和法莱 法得到的立体工作区域图, 其空间形状呈贝壳状 立 体工作区域也可分为最大工作区域和正常工作区域 舒适工作区域一般介于肩与肘之间的空间范围内, 此 时手臂活动路线最短 ￿ 第8章 作业空间与用具设计 8.2.4 工作区域设计￿ 不论操作者采取何种作业姿势(可参照表8 - 3选择) 进行作业, 在利用巴恩斯法、 斯夸尔斯法和法莱法确 定最大工作区域和正常工作区域时, 应注意: ① 由于 人体测量数据是在裸体、 身体挺直的条件下测得的, 因此, 在设计中使用这些数据时, 必须加以修正(见 表8 - 4); 第8章 作业空间与用具设计 ② 根据中指指尖点所能达到的距离设计工作区域是不 恰当的, 必须根据手的不同操作姿势在中指指尖点可 达范围的基础上进行修正 赫兹伯格(Hertzberg)提出 的修正值为用指尖按键时减13 mm; 推键时减25 mm ; 用食指和拇指操作时减76 mm; 用手抓握时减127 mm 第8章 作业空间与用具设计 表8 - 3 按作业情况选定作业姿势 第8章 作业空间与用具设计 表8 - 4 人体测量参数的建议修正值 第8章 作业空间与用具设计 1. 坐姿操作工作区域设计￿ 进行工作区域设计时, 对于工作面高度的确定, 应以提高工作效率和使操作者保持正确姿势, 减少疲 劳为原则。

      许多研究表明, 最佳工作面高度应略低于 人的肘高 康兹(S.A.Konz)认为, 工作面的最佳高度 应在肘下50 mm,但工作面确定在人的肘上25 mm至肘 下25 mm之间, 对工作效率无明显不良影响 第8章 作业空间与用具设计 由于人的肘部高度各不相同, 因此为使工作面的 高度适合于不同肘高的操作者, 可以采用下列三种方 法: 一是调节机器的高度, 此办法适用于机器有固定 的操作者或者轻便机器; 二是通过高度可调的座椅或 脚垫板调节操作者肘部的高度, 使之与工作面保持适 宜的距离; 三是调节工件的高度 上述三种办法中, 通常以第二种办法最为经济、 方便 ￿ 第8章 作业空间与用具设计 对于坐姿作业, 可使工作面高度恒定, 根据操作 者肘高和作业特点, 通过调节座椅高度, 使肘部与工 作面之间, 保持适宜的高差, 并通过调节搁脚板高度 , 使操作者的大腿处于近似水平的舒适位置 表8 - 5 给出了男、 女坐姿操作时固定的工作面高度以及相应 的座椅(坐平面)高度和搁脚板高度的调节范围 ￿ 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 8为坐姿操作时水平面的工作区域 图中肩 峰点P以椅背Q为基准, P至Q的距离为1/2胸厚, 至工 作台边缘的水平距离S也为1/2胸厚; K为上肢前展长 , J为前臂长, H为肩宽, 均取其第5百分位数; 胸厚 G取其第95百分位数。

      第8章 作业空间与用具设计 表8 - 5 坐姿作业工作面高 第8章 作业空间与用具设计 图8 – 8 为坐姿操作时水平面的工作区域 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 9 垂直面工作区域(适用于男、 女性坐姿作业) 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 9为坐姿操作时垂直面的工作区域 图中肩 高F和肘高M, 均以坐平面PP为基准; N为坐姿￿ 窝高 , 取其第95百分位数; 肩高F取其第5百分位数; 肘 高M取其第95百分位数 ￿ 表8 - 6是我国男、 女性操作者坐姿作业人体参数 表8 - 7是根据表8 - 6所确定的最大工作区域和正常工作 区域的距离 第8章 作业空间与用具设计 表8 - 6 男、 女性操作者坐姿作业位置设计参数 第8章 作业空间与用具设计 表8 - 7 正常工作区域和最大工作区域在水平面和 垂直面上的距离(适用于男、 女坐姿作业的布局) 第8章 作业空间与用具设计 第8章 作业空间与用具设计 2. 立姿操作工作区域设计 对于立姿操作工作面高度的设计, 也可通过调节 操作者脚下的脚垫板高度来调节肘部的高度, 以保持 工作面与肘之间的适宜距离 表8 - 8给出了不同工作 特点时适宜 的工作面高度。

      第8章 作业空间与用具设计 表8 - 8 适宜的立姿工作面高度 第8章 作业空间与用具设计 立姿作业时的水平面工作区域与坐姿作业时相同 ￿ 图8 - 10为立姿作业时垂直面的工作区域 肩高E取其 第5百分位数; 肘高L取其第95百分位数 ￿ 表8 - 9是我国男、 女性操作者的立姿作业人体参数 表8 - 10是根据表8 - 9所确定的最大工作区和正常工作区的 距离 第8章 作业空间与用具设计 图8 - 10 垂直面工作区域(适用于男、 女性立姿作业) 第8章 作业空间与用具设计 表8 - 9 男、 女性操作者立姿作业位置设计参数 第8章 作业空间与用具设计 表8 - 10 正常工作区域和最大工作区域在水平面和垂直面上的距离 第8章 作业空间与用具设计 3. 坐—立姿交替操作工作区域设计￿ 采用坐—立姿交替的作业姿势时, 其水平面工作 区域与采用坐姿作业时相同; 其垂直面工作区域与采 用立姿作业时相同 表8 - 11为美国男、 女性操作者 采用坐—立姿作业时的人体参数 第8章 作业空间与用具设计 表8 - 11 采取坐、 立姿交替操作的作业位置设计参数 第8章 作业空间与用具设计 4. 其他作业姿势的空间尺寸￿ 采用蹲坐、 屈膝、 跪、 爬、 卧等姿势进行操作 时, 需要占用的最小空间尺寸见图8 - 11和表8 - 12。

      第8章 作业空间与用具设计 图8 - 11 跪卧等作业姿势需要占用的空间 (a)。

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