人机工程学课程设计.docx

1、人机工程学课程设计摘要安全人机工程学作为一门集合各种学科的综合学科，对安全起着至关重要的作用，其研究方法具有科学性、流程性。而基础设施是我校学生与教职工生活学习中很普遍的直接或间接接触的，更是我们安全生活的一种保障，跟人体也是息息相关的。因此，安全人机工程学在其中的应用也是显得异常重要。用人机工程学的有关原理，探讨了大学院校里教室中的设施（黑板、讲台、课桌、课椅）的布置和尺寸与人（教师、学生）的功能尺度相协调的关系，得出了一组合理的数据，从而达到减少教师和学生上课时的疲劳，提高教学效果的目的。进入21世纪以来，随着我国高校招生规模的不断扩大和高校信息化进程的逐步加快，大学校园硬件建设高速度发展

2、，各类先进设备不断引入，提高了学生的学习效率，但同学们每天大量使用的课桌椅却并不尽如人意。根据网上发布的一些统计资料，发现高校课桌椅的设计存在着许多问题，致学生的身体疲劳、视力下降、要不损伤、劲椎病等诸多现象增多，严重影响了学习效率及身体身体健康。因此健康舒适人性化的高校课桌椅审计问题亟待解决。文章运用人机工程学的原理和方法，以“安全、舒适、高效、健康”的原则，结合设计心理学、统计学等知识，对高校课桌椅的使用现状及设计存在的主要问题进行分析，对青年大学生这一使用群体进行问卷调查和人体尺寸测量，就高校课桌椅设计对青年大学生的生理、心理产生的影响进行分析，最后从设计参数、材料和结构、色彩三方面介绍

3、高校课桌椅的人性化设计。第一章阶梯教室门窗、桌椅及相关设施的人机关系1.1安全人机工程学安全人机工程学是从安全的角度和着眼点出发来研究人与机的关系的一门学科，其立足点放在安全上面，对在活动过程中的人实行保护目的，主要阐述人与机保持什么样的关系，才能保证人的安全。也就是说，在实现一定的生产效率的同时，如何最大限度地保障人的安全健康与舒适愉快。这主要是从活动者的生理、心理、生物力学的需要与可能等诸多因素，去着重研究人从事生产或其他活动过程中实现一定活动效率的同时最大限度地考虑外界因素的机理和预防与消除危害的标准与方法提供科学依据，从而达到实现安全卫生的目的，确保人类能在安全健康、舒适愉快的条件与环

4、境中从事各项活动。1.2感觉系统中存在的人机关系感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物个别属性的反应，感觉是人们了解外部世界的渠道，也是一切复杂心理活动的基础和前提。人的感觉类型有视觉、听觉、嗅觉、味觉、皮肤感觉、本体感觉等。认得感觉器官接受外环境的刺激，将其转化为神经冲动，通过传入神经，将其传至大脑皮层感觉中枢，便产生了感觉。根据课题需要，对于高校大学生使用课桌椅的状态，主要介绍视野和视距、皮肤感觉和本体感觉三部分。1）视野和视距视野是指人眼能观察到的围，一般以角度表示。视野按眼球的工作状态可分为：静视野、注视野和动视野三类；在人的三种视野中，注视野围最小，动视野围最大。人机工程学中，一般

5、以静视野为依据设计有关不件，以减少人眼的疲劳。图42为静视野在水平、铅垂两个方向上的最佳值。图43为人眼在垂直面的视野围，在垂直面的最大视野围大约为120度，人的自然视线低于标准视线，坐姿时最佳围15度，观看最佳视区为30度围。视距是指人在控制系统中正常的观察距离。观察各种显示仪表时，若视距过远或过近，对认读速度和准确性都不利，一般应根据观察物体的大小和形状在380760mm之间选择最佳视距。2）皮肤感觉皮肤是人体上很重要的感觉器官，感受着与外界环境中与它接触物体的刺激。对于高校桌椅设计，是指学生在使用过程中的触压、疼痛、光滑或粗糙等感觉。比如高校大学生在使用桌椅的过程中，身体受到刺激强化到某

6、一程度，痛感就随着刺激出现。1.3神经系统中的人机关系神经系统是人体最主要的机能调节系统，人体各器官、系统的活动，都是直接或间接的在神经的控制下进行的。大学生在使用教室或图书馆桌椅学习时，不论是读写或听说的状态都是通过神经的调节作用，使其对外界环境的变化产生相应的反应，从而与周围环境之间达到协调统一，保证人的操作活动得以正常进行。神经系统分为中枢神经系统和周围神经系统。1.4运动系统运动系统是人体完成各动作和从事生产劳动的器官。由骨、关节和肌肉三部分组成。全身的骨关节连接构成骨骼。由于肌肉的收缩与舒牵动骨，通过关节的活动而能产生各种运动。1.5课桌椅色彩设计的人机关系色彩三要素：色相、色彩的相

7、貌；明度，色彩的明暗程度；彩度、色彩的饱和程度。在高校桌椅设计中既要保证课桌椅单体色彩的美观，对大学生产生的心理作用，还要保证各种色彩在教室环境的协调性。总体来说课桌椅的设计要求色彩明朗、精神饱满。因此，选取一些冷暖适中的色彩，并提高色彩的明度、降低色彩的饱和度就是折中的好办法。这样可以选取红橙黄色或者蓝青色等颜色。这样既可以创造愉悦的氛围，又不至于使学生过于兴奋，达到轻松愉悦的环境氛围。1.6学校课桌椅调查分析的背景教室是老师授课、学生学习知识的场所，作为学校最基础的教学设施，教室里的任何组成设备，都与我们平时的学习生活息息相关，尤其是教室课桌椅，是否坐着舒适，是否有良好的活动空间，以及是否

8、有好的视线能看到黑板，对我们来说是有直接影响的。学校综合楼里的教室都是大型的阶梯教室，大约有160个座位左右，能容下四个班的学生人数。但在平常的学习生活中，我发现学校的教室里还是存在不少不符合人因工程学原理的问题的，例如，就我们最常用的课桌椅而言，椅子坐上去会感觉腰部的不舒适（尤其是长时间就坐），同时感觉教室里座位间的间距比较小，人多的时候坐着就感觉很拥挤，没有舒适的工作空间等等。所以我们小组成员决定对学校的教室进行一次实地考察，以综合楼205教室为例，通过实地考察，发现教室里存在的一些问题，并测量一些数据，拍一些照片，通过上网查阅资料，根据收集到的数据进行分析，发现问题与不足，并利用人因工程

9、学的知识提出合理的改进建议。1.7安全人机工程学研究方向在任何一个人类活动场所，总是包括人和机（此处的机是广义的，即系统中除人之外、与人有关联的其它因素）两大部分。这两种性质截然不同的要素人与机，彼此之间存在着物质、能量和信息不停的交换（即输入、输出）和处理上的本质差异。而人机结合面起着人机间沟通的作用，各自发挥功能，提高系统的效率，保证系统的安全。因此，人机系统是一个有机的整体。第二章人体相关尺寸的收集2.1高校桌椅设计的人体尺寸依据要想使高校桌椅产品最大限度地满足大学生在健康、安全舒适上的需求，就必须在产品设计时充分考虑人们的生理、心理特征。而在人的生理特性中，最基本、最核心的是人体的尺寸

10、数据，高校大学生的人体尺寸是校园桌椅产品尺寸的科学依据。在互联网的各种搜索，发现众多调查研究显示：从1995年至现在，我国12岁至17岁青少年的身高体重明显增加；男生身高增高69mm，体重增加5.5kg，女生身高增高55mm，体重增加4.5kg。由此可见，21世纪新一代的高校大学生人体尺寸将有更大的增幅，高校桌椅产品所依据的人体尺寸标准有待更新修改。人体各项数据示意图2.2现有桌椅的功能尺寸测量据国家标准GB/T3976-2002学校课桌椅功能尺寸的规定，结合本课题的需要，最终确定高等院校课桌椅的主要功能尺寸参数包括14项数据，其测量说明及测量结果如下：桌面高（h1）：从地面到桌面前缘最高点的

11、垂直距离；桌下净空高（h2）：从地面到桌面的前缘底部的垂直距离；桌面深（t1）：桌面后缘到前缘的水平距离；桌面宽（b1）：桌面的水平宽度；座面高（h4）：从地面到椅座面前缘最高点的垂直距离；座面深（t4）：椅座后缘到前缘顶点的水平距离；座面倾角a：椅座面水平面的夹角；靠背倾角：桌面与水平面的夹角。另外，还包括靠背点距座面高、靠背下缘距座面高（h5）、靠背上缘距座面高（h6）、桌椅高差（h1h4）、桌椅水平距离（l）等设计参数，如图所示我校桌椅的功能尺寸的实际测量结果2.3坐姿人体尺寸2.4立姿人体尺2.5人体相关水平尺寸2.6人体活动空间相关尺寸第三章阶梯教室门窗的安全人机工程分析3.1阶梯教

12、室的门窗的安全人机工程分析3.1.1 教室色调分析色彩对人的心理状态有着不可忽视的影响。人们处于不同的颜色环境中，除了视觉辨别力受到影响、视野发生变化外，人的心理感觉也会有所变化，不同的颜色会产生不同的抽象概念和不同的感觉。（1）冷暖感。如红色、黄色和橙色给人以暖的心理感觉；蓝色的衣服看上去凉爽。（2）兴奋和压抑感。如红色、黄色等暖色调给人以兴奋感，使人情绪高涨、精神振奋、易于激动；蓝色等冷色调使人冷静，抑制人的情绪。（3）轻松和压抑感。明度高的颜色会使人感到轻松、自在、舒畅的感觉；明度低的颜色使人产生压抑和不安的感觉。（4）软硬感。明度高的颜色感觉软；明度低的颜色感觉就硬等等。每种颜色都具有

13、特殊的心理作用，虽然个体之间的感觉存在着差异，但某些感觉特征却是一致的，主要表现在对视觉工作能力和视觉疲劳的影响。单就引起眼睛疲劳而言，蓝、紫色最甚，红、橙色次之，黄绿、绿篮、绿、淡青等色引起视力疲劳最小。使用亮度过强的颜色，瞳孔收缩与扩大的差距过大，眼睛易疲劳，而且使精神不舒适。根据颜色的效果，合理的选用颜色，在工作场所构成一个良好的颜色环境，可以得到很好的效果，如：（1）增加明度，提高照明设备的利用效果；（2）注意力集中，减少差错、事故和消耗，提高工作质量和工作效率；（3）发挥颜色对人心理和生理的作用，使精神愉快，减少疲劳；（4）改善劳动条件，使环境整洁，有美感。该教室各种色调分析：黑板为

14、墨绿色，使人感觉安静、柔和，且明度适中，不会引起人眼的刺激感或不适感；座椅和桌面为淡黄色的暖色调，使人感觉柔和、温暖，且能给人带来一定的兴奋感，故而该设计的合理的。之所以不用浅蓝等其他浅色因为浅黄色对眼睛的叶黄素水平没什么影响，而蓝光会造成眼睛的叶黄素水平降低。叶黄素有助于延缓眼睛的老化、退化、病变，减少眼疾的发生率，还可以保护视网膜免受光线的伤害。所以我们可以看到大多数的书桌写字台是以黄色为主；多媒体操作台采用了棕褐色，给人一种严肃、庄重的感觉，有利于教师对课堂纪律的维持；地面为微黄色，其产生的生理效果与淡黄色类似；教室前面的台阶为青绿色，与地板的微黄色之间对比明显，故而当老师迈上讲台时容易

15、分辨，不易踢到台阶；墙壁为白色，能给人一种较为明快、轻松的感觉。综合评价：该教室的色调大多采用的都是非刺激性色调，总体上使人感觉良好，设计是很合理的。3.1.2教室光照分析a. 采光与照明对心理状态的影响。照明环境不但要使人看清对象，而且要给人舒适的感觉。研究表明，照明会影响人的情绪，影响人的一般兴奋性和积极性，从而也影响工作效率。一般认为，明亮的房间会使人愉快。应照明不足，学生在看书学习时会产生疲劳，引起心理上的变化，长时间持续会对学生在生理上造成一定影响。改善学习环境的照明条件，改进学习环境，可以改善视觉条件，节省工作时间，提高工作质量，保护视力，减轻疲劳，提高学习效率和学习兴趣。室照明宜

16、采用镶嵌灯，可以保持天花板的平整，因而也就保持了室原有的声学特性；可以防止前排灯光对后排人员的影响；由于学生看投影的同时还需记录，采用镶嵌灯既可以照亮课桌，又不会过多地增加室的亮度。是否舒适愉快在很大程度上取决于光的数量、照明的均匀性、照明的稳定性、光色效果、亮度分布。自然光源：太透过北面墙的5个窗户（高：2.46m，宽：2.52m，距地：0.94m）照射到教室，分布均匀，整个教室非常明亮。.人工光源：镶嵌的荧光灯共有20盏，其中黑板上面安装2展，可以在写黑板时打开；其它18盏主要均匀分布在桌椅的正上方即教室的座位上方有3排，每排6展，全部打开时照明较为均匀。夏季光照比较强烈，会对室上课同学造

17、成一定影响，故而在两侧窗户上均安装了淡青色窗帘，拉上即可将自然光的强度调节至合理的水平，同时淡青色给人一种清新、凉爽的感觉，该设计很合理。20展镶嵌灯基本上保证了教室的各个方位的照明，而交错的光线也削弱了由于荧光灯本身性质而造成的闪光，使灯光柔和不刺眼，保证了视觉的舒适。由于黑色对光的反射作用不强，因此经常有看不清黑板的现象，而黑板旁的两盏灯，不仅起到了照明的作用，也提高了黑板的亮度增强了光线的反射，使同学能看到黑板。b.眩光的影响。物体表面产生刺眼和耀眼的强烈光线叫眩光，它多来源于外界物体表面过于光亮、亮度对比过大或直接强光照射。眩光常常使眼睛无法适应，看不清事物，造成眼疲劳。该教室中也受到

18、眩光的影响。一是由于窗户面积过大，几乎占满整面墙，因此在天气晴好自然光强烈的时刻会不可避免的由直射太造成的眩光，刺激眼睛；二是由于黑板的特殊照明产生由于反射造成的眩光。为防止黑板的反射眩光，其表面应以耐磨无光泽的材料制成，该教室黑板没有达到要求，最好换成磨砂质的玻璃黑板3.1.3对门用安全人机工程学分析门是进入教室的必经通道，因此门在房屋结构中是至关重要的一部分，所以门的设计合理性就更加的重要了，他的高度，长度，宽度，以及面积，都必须经过合理的计算，才能符合安全人机工程学的要求。供人通行的门，高度一般不低于2m，再高也以不宜超过2.4m，否则有空洞感，门扇制作也需特别加强。如造型、通风、采光需

19、要时，可在门上加腰窗，其高度从0.4m起，但也不宜过高。供车辆或设备通过的门，要根据具体情况决定，其高度宜较车辆或设备高出0.30.5m,以免车辆因颠簸或设备需要垫滚筒搬运时碰撞门框。至于各类车辆通行的净空要求，要查阅相应的规。一般住宅分户门0.91m，分室门0.80.9m，厨房门0.8m左右，卫生间门0.70.8m，由于考虑现代家具的搬入，现今多取上限尺寸。公共建筑的门宽一般单扇门1m，双扇门1.21.8m，再宽就要考虑门扇的制作，双扇门或多扇门的门扇宽以0.61.0m为宜。供安全疏散的太平门的宽度，要根据计算和规（有关防火规）规定设置。3.1.4对窗户用安全人机工程学分析为了获得更大的采光

20、系数指，窗户面积越大越有利，由于北半球的居民住健康和心理原因，希望得到足够的日照，尤其是普通住宅的窗户，最好面火，朝南开，直射能量积聚，这样会增加夏季的空调负荷，在冬季，无论南向窗或北向窗，大面积的窗户又要增加采暖负荷，因此，窗户的面积并不是越大越好。窗户的大小可以直接影响建筑的采光、隔热、隔声等建筑室的环境质量，最终影响人们在室的生活质量。3.2对阶梯教室门窗的合理性改良和设计在学校将近三年的时间里，我认为学校在门窗设计上还有很多不足的地方，先就门的问题来说，我总结为以下三点：a 门的大小设计不合理，过于小，在学生集中上课的时候会明显的拥堵b 门的材料选择不合理，应选用透明材质的，这样更方便

21、老师及学生对室环境进行观察c 门的把手应采用更结实的材料改良设计：a 把门的面积加大b 使用钢化玻璃门c 用更耐用的门锁和把手，这样能增加使用寿命对窗户的问题进行总结分析：a 窗户不能完全打开，在夏季室温度会很高b 窗户外没有防护栏，很容易发生危险改良设计：a 选用可开面积更大的窗户b 窗户外围设置防护措施第四章阶梯教室桌椅的安全人机工程分析4.1桌椅的安全人机工程分析本课题采用理论与实践相结合的方法，首先运用人机工程学的基本原理和方法，对高校桌椅使用现状进行人机学评价，提出现有产品存在的具体问题；然后对旧的国家标准GB1000088中国成年人人体尺寸的数据进行了更新和补充，使人体尺寸在高校桌

22、椅设计中应用更符合实际，更具科学性。本课题的结论：1）对现有高校课桌椅设计进行人机工程学分析和评价，提出其中存在的桌椅高度、座椅靠背、桌椅倾角、桌椅水平间距设计不合理的问题。2）对高校桌椅使用人群进行生理、心理分析，全面研究人机系统中“人”的因素3）运用人机工程学基本原理，对高校桌椅的解剖学、生物力学特性等因素进行深入分析。在此基础上，将人体坐姿尺寸数据实际应用于高校桌椅产品设计中，全面分析高校桌椅功能尺寸的人体尺寸依据，并最终制定出一套科学合理的功能尺寸标准。4.1.1桌下抽屉与净空高设计由于桌子净空高不够导致学生在桌子底下脚伸不开，而由于桌子的适合高度为700mm720mm，为了保证课桌下

23、部空间尺寸，则课桌抽屉尺寸小于100mm，这就导致抽屉无法完成收纳学生物品的功能，形同虚设。所以，为了解决桌下空间尺寸和抽屉功能的矛盾问题，并且抽屉设计位置不影响桌下腿部活动空间的位置。解决此问题可以从以下三方面考虑：1）使抽屉深度减小2）将抽屉设置于下部空间3）将抽屉设置于座椅下部闲置空间4.1.2桌椅的水平间距设计桌椅水平距离是桌近缘向下所引垂线与座椅前缘之间的水平距离。这个尺寸空间的设置直接影响大学生使用桌椅时的坐姿，是一个决定性的重要因数。这个问题主要出现在多媒体教室的固定式桌椅，由于室空间有限，教室容量较大，桌椅大多固定于地面上，此时，就要严格科学的考虑学生的实际使用情况来设定桌椅的

24、水平间距。一般大腿厚的上限数值为设计依据，这样可以使人较方便地进出。坐姿大腿厚的P90男=154mm，加入适当功能修正量10mm，所以一般以160200mm为宜。4.1.3座椅扶手设计扶手设计的关键参数是它的高度，扶手不可设计的太高，太高的扶手将使肩膀高耸而成圆状，使肩部与颈部的肌肉拉伸，产生僵硬痛苦；而太低的扶手则使手肘支撑不良，导致弯腰或使躯干斜向一侧。高校座椅设计依据的人体尺寸百分位数位（P50男+P50女）/2，查阅的P50男=284.0mm，P50女=275mm，姿势修正量为44mm，则（P50男+P50女）/2=235.0mm。由于公用座椅的扶手的高度宜略小于这个数值，所以取230

25、mm。4.2对阶梯教室桌椅合理性改良和设计高校大学生使用的桌椅，介于工作座椅和休息用椅之间，就坐者有时要身体前倾低头读、写、有时身体要后倾听或说两种状态，持续时间较长，对舒适度有一定要求。再结合课堂这个特定环境，学生在使用课桌椅的整个过程中，对于舒适度而言，不是越舒适越好，只需保持基本的舒适度即可。尤其是教室课桌椅，学生在坐着上课的过程中，既要保证就坐的基本舒适、健康，又要保持学生听课中一定的紧度。如果不舒适，会使身疲劳，造成各种病症，有损健康；如果过于舒适，又会使学生过渡放松，甚至混混欲睡，影响听课效率。据观察我校一些课桌椅的设计使用情况，发现有以下几点不符合安全人机工程学：1）我校座椅没有

26、扶手：学生听课累时没地方放手，没地方支撑，无法减少疲劳，不符合安全人机学的“舒适”原则。2）我校座面倾角过小，学生直腰正常坐姿时看书较累，不能提高学习效率，不能满足安全人机工程学的“高效”原则。3）教室座椅靠背倾角过小，无法满足学生靠背听课却可以不需要抬头即可看到黑板的欲望，也不符合安全人机工程学的“舒适“原则。4）教室座椅与桌子的水平间距距离较小，导致有一人在座时，别的人无法自由出入，也不符合安全人机工程学的“舒适”原则。5）教室桌面边角为尖锐形状，不是圆滑形状，不符合安全人机工程学的“安全”原则。 6）教室桌椅色彩不符合安全人机工程学的美观与舒适，易使学生产生疲劳现象。改良设计：教室中的学

27、生就是系统中的人，桌椅就是系统中的机，而人、机共处的学习条件就是系统中的环境，整个教室的桌椅就是一个“人机”系统，在设计整个教室的桌椅的时候，要整体考虑人、机、环境三要素及其相互关系和系统的整体效果，教室桌椅的设计要符合以下几条原则：（1）科学高效性原则按照已掌握的科学原理办事，运用国外科技的最新成果，使各种相关设施的设计符合人的生理、心理特征，确保人、机、环境之间的关系协调，协作灵敏，效果显著，并符合时代潮流。（2）安全可靠性原则桌椅结构牢固，不会倾斜且不易损坏，表面光滑，没有可能使学生致伤的利口，毛刺，尖物；所使用的材料、涂料等不含有危害人体健康的有害物质，如甲醛、苯、酚和放射性物质，或是

28、已经经过处理，不会影响学生身体健康；所使用的桌椅各部件结合紧密，没有松动、开裂、脱胶的现象，在规定的使用期限，保证能够正常使用，一般不会发生故障。（3）健康舒适原则，健康，是指设计和创造有利于人体健康的环境因素；舒适，是指作业者对工作有满意感和舒适感，它也关系到工作效率和安全，是对工作优化的更高要求。第五章设计总结在这个课程设计上，我针对的对象主要是教学楼教室的设计，课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。课程设计是每一个合格的大学生的必

29、经过程，也是一个重要的实践性教学环节。本次课程设计，不仅培养了我正确的设计思想；同时也锻炼了我综合运用知识的能力。在本次设计中，能一丝不苟地对研究对象进行具体，深刻的认识，充分地利用人机学的知识、按特定的功能与尺寸要求来进行设计，使我能更为全面深刻的认识和系统的掌握安全人机工程学的原理和容，尤其是对现行的评价分析和设计改进提高了我对人机工程学知识的动手能力，培养了我对人机实际问题的独立思考和解决的能力，形成了较为系统和科学的思维体系,为以后的专业工作和设计打下了良好的基础。这次课程设计也使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，不会画图，处理数据不够娴熟，总之还是有很多需要改进的地方。参考文献1GB/T39762002学校课桌椅功能尺寸M，中国标准，20022GB1000088中国成年人人体尺寸M，中国标准，19893力,廖可兵编著.安全人机工程学M.：中国劳动社会保障，2002.64汪安圣，心理学及其在工业中的应用M，机械工业，19875黄国松，色彩设计学M，中国纺织，20016宝顺，产品结构设计M，中国建筑工业，20057亦雯雯，产品设计原理M，化学工业，2003