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1、第五章 作业空间设计,人机工程学,第五章 作业空间设计(3),第一节 作业空间概述第二节 工作区域设计 第三节 仪表面板设计 第四节 控制台设计第五节 座椅设计,第一节 作业空间概述,作业空间：人在操作机械时所需的操作活动空间和机器、设备、工具和操作对象所占空间的总和。作业空间设计解决合理地布置操纵器、显示器以及控制台、工作座椅的设计中人体尺度问题。活动空间，心理空间，行动空间,一、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。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、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。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。,二、心理空间,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。,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（爱人0-45cm）、个人距离（朋友同事45-120cm）、社会距离（社会活动1
3、20-360cm）和公共距离（360-750cm以上）。人身空间受性别、年龄、个性、民族文化习俗、社会地位、熟识程度的影响。,2.领域性,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。私有领域（房产）公有领域（大街，商店）要划分社会空间，满足人对领域的要求，如隔断,三、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。,第二节 工作区域设计,一、水平面工作区域 操作者采用立姿或坐姿操作
4、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。,1、6以肘关节为中心，前臂和手能自由到达的正常区域（巴恩斯）2、5以肩关节为中心，臂和手伸直的最大区域（巴恩斯）3、4正常作业范围（斯夸尔斯）,二、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。,三、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
5、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。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。,四、工作区域设计,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。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。,调节高度方法：一是调节机器的高度；二是调节座椅或脚垫板以调节操作者肘部的高度；三是调节工件的高度。对于坐姿作业，可使工作面高度恒定，通过调节座椅高度，使肘部与工作面之间
6、，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。,坐姿操作时水平面的工作区域,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。立姿作业时的水平面工作区域与坐姿作业时相同。,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。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。,第三节 控制台设计,一、仪表面板设计 仪表面板是用以安装显示器和控制器的
7、装置，是人机对话的窗口，也是人们在使用产品时观察、操作最频繁的部位。对于仪表面板的人机工程学设计，主要包括仪表板的形式、空间位置和仪表的排列布置。,1.仪表面板的形式,确定仪表面板形式的原则是使操作者在不转动头部和眼球的情况下，即可看清全部仪表。由这一原则出发，根据仪表数量和控制室容量，可选择如下仪表面板形式。一览无余,1）直线形：结构简单，安装方便，但视觉条件差，适于仪表数量较少的大型控制室。2）圆弧形：视觉条件较好，但结构负责，适于仪表较多的中型控制室。3）弯折形：视觉条件好，结构和安装比较简单，可随意组合，适于仪表较多的大型控制室。,2.仪表面板的空间位置,应设于操作者正前方，最好与操作
8、者视线成直角（至少不小于60），视距710mm。,3.仪表的排列布置,1)控制室内仪表板的最佳尺寸应根据人的视觉特点确定。较好的认读范围为水平视野最大不超过24。2)当仪表板上需要排列布置较多仪表时，可按其功能或操作顺序，分为若干个组。各区段之间可用不同的线条、颜色、图案或较大的间隔等加以分隔。3)仪表在仪表板上排列时，必须符合人的视觉运动特征和习惯。此外，应使仪表尽量靠近排列，以缩短眼动路线。,4)对于高台式仪表板上的仪表可按其用途和人机关系排列布置。5)仪表的排列和布局，还必须考虑它与相应控制器的关系。两者应尽可能靠近，如必须分离，则两者的布局应相互对应。,二、控制台设计,在现代化的生产系
9、统中，控制器和显示器往往都装配在控制台上。一台设计良好的控制台，应是尺度宜人，操作方便，造型美观，给人以舒适感。为此，控制台的设计，应考虑人体尺寸以及人的生理、心理特性。人在控制台前的作业姿势有坐姿、立姿、坐立姿三种。由于作业姿势不同，控制台设计布置的尺寸范围也不同。,1.坐姿作业控制台设计尺寸及布置,高台式控制台尺寸(mm),低台式控制台尺寸(mm),2.立姿作业控制台设计尺寸及布置,立姿作业时控制台设计尺寸(mm),3.坐立姿作业控制台设计尺寸及布置,控制台既要适宜于立姿操作又要适宜于坐姿操作，需要提高工作座椅的高度，使操作者半坐在椅面上，一条腿刚好着地。在座椅前控制台的适当位置设搁脚板，
10、以防坐姿作业时因两腿悬空而压迫大腿部静脉血管。为方便起坐，椅面宜设计小些，并带有脚轮。,第四节 座椅设计,一、坐姿分析1.坐姿对人体脊柱形态的影响 人坐着时，身体主要由脊柱、骨盆、腿和脚支承。脊柱的作用在于支持身体、保护脊髓，并使人体作广泛运动。研究表明，过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易产生疲劳。,人体脊柱是由7节颈椎、12节胸椎、5节腰椎，以及骶骨和尾骨组成,二、座椅的类型,座椅根据其使用目的可分为以下三类：1.工作用椅，用于办公室及各种坐姿操作场所。设计时应将舒适性与操作效率一并考虑。靠背、高度应可调。2.休息用椅，适用于休息
11、室及各种交通运输工具中，以舒适性作为设计重点。3.多功能座椅，适用于多种场所，既可就餐时使用，也可作为工作用椅或备用椅，故应便于搬动和堆贮。,三、坐椅设计,1.坐椅设计原则 坐椅设计应以符合人的生理特性，使人感到舒适为前提，因此，应遵循如下设计原则：坐椅尺寸应与就坐者人体测量尺寸相适宜，并应使尺寸可调。坐椅应使就坐者保持舒适坐姿，靠背结构和尺寸应给予腰部以充分的支撑，使脊柱接近于正常自然弯曲状态。坐椅应能支持就坐者的体位并保持其稳定。坐椅应能使就坐变换坐姿，灵活平稳地进行体态自动调节。,2.坐椅尺寸,座椅的尺寸设计包括三个方面：椅面的高度、宽度、深度和椅面倾角；靠背的高度、宽度和倾角；扶手的高
12、度和面积。,1）椅面高度,椅面高度应使就坐者大腿近似水平，小腿自然垂直，脚掌平放在地面上，既保证不因椅面过高而使大腿肌肉受压，又保证不因椅面过低而增加背部肌肉负荷。椅面高度应以小腿加足高的进行设计。P5 休息用椅，可取380450 mm 对于工作用椅，可取400480 mm。,2)椅面宽度。在空间允许的条件下，以宽为好，以方便就坐者变换姿势。一般可取400-450mm，扶手椅应不小于500mm。P95 3)椅面深度。椅面深度指椅面的前后距离。工作椅取350-400mm，休息椅可取400-430mm。P54)座椅面倾角。座椅面 倾角指椅面与水平面的夹角。椅面应稍向后下仰，以防长时间就坐时滑落。休
13、息椅可取14-24，工作椅可取4-6。,5)靠背的高和宽。靠背的高和宽与座姿肩高和肩宽有关，可根据座椅用途确定。6)靠背倾角。靠背倾 角是指靠背与椅面之间的夹角。最适宜角度约为115，学生座椅可取95-100。7)扶手高度。扶手的主要作用在于支承手臂重量，以减轻肩部负担，增加舒适感。8）扶手宽度。不宜过高，休息椅可取200-230mm。可设计为活动的。,3.坐椅设计中应注意的问题,靠背的形状和角度，应有利于保持良好坐姿，使脊柱接近于正常自然状态，减少疲劳。对于工作用椅，为防止座椅的滑动和翻倒，椅脚应设计成5个，并均匀分布在直径为400450 mm的圆周上。椅面材料应透气性好且不打滑(例如毛料)，以增加臀部的舒适感。椅面前缘应呈弧曲面。,思考题：,1什么是作业空间？2.仪表面板有哪几种形式，各有何特点？3.仪表的排列布置原则？4.座椅可分为哪几类，分别说明其主要用途。5.座椅的设计原则。6.如何确定座椅高度？7.确定座椅高度，宽度，深度，采用何种百分位数？,跪式座椅,云椅,
