人因工程学课程设计.docx
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人因工程学课程设计
课程设计说明书
课程名称：
人因工程学
题目：
火车硬座车厢方面的人机学研究
专业：
工业工程
班级：
11-1
姓名：
吴霞、赵航
学号：
2011022410、2011022422
指导教师姓名：
耿雷祝荣欣鞠金艳
设计起止日期：
2013年12月16日—2013年12月27日
（一）结果显示-------------------------------------------11
（二）结果分析-------------------------------------------12
（一）座椅改善-------------------------------------------14
1.1改善背景---------------------------------------14
1.2改善原理---------------------------------------14
1.3人的坐姿状态-----------------------------------15
1.4坐姿受力---------------------------------------16
1.5人体尺寸数据获得-------------------------------17
1.6具体尺寸设计-----------------------------------18
（二）热水供应系统设计-----------------------------------20
（三）茶几的改进-----------------------------------------21
（四）火车照明设计---------------------------------------21
（五）车厢内色彩设计-------------------------------------23
（六）行李架的改进---------------------------------------24
（七）车厢中小推车的改进---------------------------------24
（八）卫生间的改进---------------------------------------24
（九）火车车厢中的温度改进-------------------------------25
9.1影响分析---------------------------------------25
9.2具体改进措施-----------------------------------25
（十）车厢内部空气质量的改进-----------------------------26
六、参考文献------------------------------------------------28
一、设计题目及说明
（一）题目
火车硬座车厢的人机学研究
（二）说明
随着寒假的来临，越来越多的学生开始考虑回家的事情。
如何选择交通工具便成为了学生首先需要考虑的问题，选择飞机，不经济；长途客车，又不可取。
而火车从发明到现在经过了一个多世纪的发展，发展到今天，已经成为最大众的交通工具。
它具有载客量大、安全性高、价格具有层次性、旅客可选空间大等特点。
因此便当之无愧成为了大学生的首选，然而就火车硬座和卧铺的选择又成为学生头疼的问题，选择卧铺虽然很舒适，但价格却有点昂贵，一次就得花好几百元，不划算；选择硬座价格最为便宜，是很经济实惠，但对于那些需要坐十几二十个小时的学生时间久了的话会感到不舒适和疲惫，让人非常难受，本来怀着高兴的心情回家的却因为火车上的一些问题被破坏了。
随着社会的进步，旅客对火车硬座的要求随着科学技术的进步而提高，这就涉及到人因要素的运用是否合理。
所以我们就火车硬座车厢中的一些不合理的设计和存在的问题与不足，从人因工程学的角度对其进行重新设计与改良，使火车硬座更加舒适，让其满足人因学方面的因素，使更多的人选择去选择火车硬座，同时让他们的旅途也可以更加愉快舒适。
二、现状调研
图1
（一）现状调查
当今社会，对于长途旅行，中国人选择的交通工具主要还是以火车为主，而这其中更大一部分人还是选择火车硬座出行，因为它经济实惠。
目前我国火车硬座车厢在人因要素方面的运用还存在一些问题，下面就是现在火车硬座车厢出现的一些问题。
图2座椅之间茶几的问题
图4车厢中过热问题
图5座位间距离过近
图6行李架上行李的安全问题
图7孕妇乘车问题图8火车上排队上厕所现象
图9火车上频繁来往的小吃车图10火车安全问题
关于火车硬座车厢舒适度调查问卷
（请联系自己的实际情况认真填写下列选项，谢谢配合！
）
1、您的性别（）
A.男性B.女性
2、您的年龄（）
A.20岁以下B.20—35岁C.35—50岁D.50岁及以上
3、您对硬座座位舒适度有何要求（）
A.舒服些B.保持现状
4、您是否感觉现有座位间距离过近（）
A.是B.否
5、您觉得座位中间的茶几需要改进吗（）
A.需要B.无所谓C.不需要
6、您觉得车厢内的热水供应设备设计得合理吗（）
A.合理B.还可以C.不合理
7、您对频繁来往的送餐车和小吃车有什么看法（）
A.挺好的B.不关我的事C.厌烦
8、您认为车厢的照明会影响您夜间休息吗（）
A.已经影响B.还行C.不影响
9、您会担心放在行李架上行李的安全吗（）
A.担心B.不担心
10、您认为车厢内的卫生间需要改善吗（）
A.需要B.随便C.不需要
11、您是否感觉火车车厢的温度过热或者过冷（）
A.是B.否
12、如果您是一位站票乘客，是否能保持身体始终平衡（）
A.能B.不能
13、您认为车厢内是否有必要设置老幼病残孕专用坐席（）
A.需要B.不需要
14、您认为火车硬座车厢内还有什么方面需要改进，请提出您的意见：
题号
选项A人数/比例
选项B人数/比例
选项C人数/比例
选项D人数/比例
1
34/68%
16/32%
2
8/16%
38/76%
3/6%
1/2%
3
45/90%
5/10%
4
46/92%
4/8%
5
45/90%
5/10%
0
6
1/2%
22/44%
27/54%
7
4/8%
6/12%
40/80%
8
17/34%
26/52%
7/14%
9
46/92%
4/8%
10
48/96%
1/2%
1/2%
11
43/86%
7/14%
12
17/34%
33/66%
13
44/88%
6/12%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
3、调研结果分析
（一）结果显示：
根据问卷对68%的男性，32%的女性，8%35-50岁及以上，26%20-35岁，16%20岁以下的人群进行调查的反馈结果，可以看出以下问题。
项目
问题
思考
硬座的舒适度
90%的人认为硬座座位坐的时间长了感觉很难受，不舒服
1、我们从以上10个方面对火车硬座车厢进行研究，分别从火车车厢中的硬座的舒适度，间距，车厢的照明，热水的供应，车厢内部温度的控制，茶几的长度以及行李架的安全性问题，来往手推车过于频繁的现象，站票乘客稳定性的考虑，以及厕所排队，老幼病残孕乘车安全性问题进行了研究。
2、查阅书籍及网络，了解存在的问题与人因工程学的联系。
3、设计将在原有硬座车厢的尺寸下保持面积不变的条件下进行改进。
针对火车硬座车厢上述的种种缺陷，我们小组从人因工程学的角度提出以下具体的改进方案和措施。
座位间距离
92%的人认为座位间距过近，在心理上感觉不舒服
茶几状况
90%的人认为座位间的茶几太小，不能够支持外围乘客的物品摆放
热水供应设备
54%的人认为热水供应设备不能较好的控制水温，时常太烫或者太冷
送餐车和小吃车
80%的人认为送餐车和小吃车来往频繁，影响了人的休息和心情
车厢照明
52%的人认为车厢照明已经影响乘客的夜间休息，光线太亮或太暗，不能满足不同乘客的需求
行李安全
92%的人认为行李放在行李架上不安全，需要经常查看，不能放心，有的乘客还没有位置放置行李，被其他乘客抢占位置
车厢内的卫生间
96%的人认为车厢内的卫生间数量太少，有时需等待好久
车厢温度
86%的人认为硬座车厢中空气温度偏高，令人感到气闷，不舒服
站票乘客的身体平衡
66%的人认为站票乘客不能始终保持身体平衡，而且站票乘客人数太多
老幼病残孕专用坐席
88%的人认为坐席设置时没有考虑到特殊人群
（二）结果分析：
（1）对于火车硬座车厢座位的舒适度问题，应考虑老年人，小孩等弱势群体的身材，体质，身体状态，健康状况的实际需求，用人因学中学到的人体尺寸描述，对座位进行改进，考虑人长时间坐车，休息时舒适度的要求，对座位的形状尺寸，材质进行改进。
此外，考虑人本身的个人领域，人心理空间的需求以及人本身的紧身距离，近身距离的要求来进行改进。
（2）火车硬座车厢内座位和茶几目前存在的主要问题是座位和茶几之间的距离太小，以至于进出不方便；茶几不够大，与对面的人距离太近，在心理上感到不舒服。
目前茶几的长度不足以满足所供应乘客的实际需求，现实中往往除堆放一个人的个人用品外，再无其他地方摆放东西，更没有提供人休息时依靠和支撑的作用。
本次研究可根据乘客需求，在加长茶几的长度的基础上，不妨碍人的进出，对茶几的牢固性，稳定性等方面进行设计。
（3）对于车厢内部的热水供应系统，热水供应设备过低，不符合人因学要求，人常常弓着腰等待接水。
另一问题是热水的水温过热，常出现烫伤、烫坏现象，冲泡面，接热水时会出现纸盒软化，杯体过热，热水溢出烫坏现象。
为避免这种现象的出现，考虑人因学要求，立姿的作业域以及不同身高的人体尺寸要求，对热水供应设备进行改进。
（4）对于频繁来往的小推车，大多数人表示出厌烦情绪，在出现春运，学生放假的高峰期的情况时，站票人数过多，来往的手推车移动起来就很困难，既给乘客带来不便，也给车务人员带来麻烦。
而且手推车来往过于频繁，常常是一次下来，一无所获，这是对人力的浪费，也打扰乘客们的休息。
我们可以根据需求，对这一现象进行改进，减少人力的浪费。
（5）根据车厢内部照明情况的统计，可以得出灯光的照明系统已经影响乘客们的休息，如何解决夜间乘客的休息以及夜间乘客的工作需求的问题成为我们要研究的方向。
根据人因工程学第五章，环境照明与色彩调节的学习，我们知道照明的亮度，照明的方式以及有色光的运用均会给乘客的工作休息带来影响。
我们可以试图将照明与色彩的运用相结合，一般照明与间接照明交叉使用。
满足乘客中不同人群的不同需求。
（6）行李作为人们长途出行的必需品，行李的安全常常是人们出行最为担心的因素之一。
如何让人们出行安全放心，从根本上解决人们的担心成为火车硬座内部设计的首要任务。
火车车厢中，常出现行李错拿，丢失，重要物品的遗失既给人们的经济带来损失，同时也对人们的生活带来不便。
然而行李的摆放也是火车乘务人员最为担心的事情之一，物品堆放随意，堆叠，在火车出现震荡拐弯时，也会出现行李摔落，砸伤甚至砸死的不幸事例。
这既是乘客的损失，也是火车本身设计出现了纰漏，同时也使人们对火车出行安全带来担忧情绪。
（7）卫生间是方便人们生活的设施之一，然而火车硬座车厢中的卫生间的状况却是层出不穷。
车厢内卫生间空位过少，厕所门外排队现象严重，有时需等几十分钟甚至更长时间，对等待者是一种折磨，需对其进行改进。
（8）对于火车硬座车厢内部的温度问题，车厢内部温度过高或过低不适宜的现象尤为严重。
冬季，温度过低然而车厢内部的温度却特别高，常出现人们过热，车厢内部过热，穿半截袖，车厢外部却是地冷寒天，内外的冷热温差严重，常常给人们健康带来危害。
夏季，车厢内部的温度却过低，需要盖被才能缓解过冷现象。
根据人因学中气温的冷热、干湿程度、气流速度的适宜情况可得出：
标准测定舒适温度一般处于18℃~24℃，舒适湿度40%~60%,湿度应处于β=188—7.2T（湿度为β%，室内温度为T℃），而气流速度的最佳流动速度为0.3m/s。
（9）站票乘客的稳定性问题，大多数人认为人不可能始终保持身体平衡，在客流量较大期间，站票乘客如何尽可能保证身体的稳定性以及舒适问题成为我们需要考虑的首要任务。
近些年的有关事例表明，站票乘客的摔倒，出现危险的事故也屡见不鲜。
根据人因工程学中人站姿时的第95百分位人体尺寸数据设计方便人们可支撑依靠的设备方便人们的平稳，保证乘客安全。
（10）对于老幼病残孕等弱势群体的出行安全问题，大多数人认为应该设有专用座椅照顾弱势群体的出行安全，照顾其舒适度，避免意外事情出现。
根据人因工程学要求，设计出舒适、安全、方便的专用座椅来适合弱势群体。
（11）除调查问卷中出现的情况外，被调查者还就火车硬座车厢中的其他方面提出需要改进的方面：
火车硬座内的味道不好，特别是在夏天天气很热，火车内通风不好的时候，火车内总是有一阵阵的汗味，除此之外，有些不文明的乘客还把鞋给脱了，更造成火车内气味的不舒畅，不仅造成空气中的压抑，还使乘客的心情更加烦躁；
有些人的乘坐时间比较长，手机或者MP3等其他用电设备不足以支撑到旅途结束，而又没有带移动电源或备用电池，因此希望火车上能设置充电插头，以便在手机没电又有工作或生活需要时能充电；
两边座位中间的过道太窄，在人带的行李较多或者体型较大时不易通过，有时会被卡在过道中间，不能通过，造成乘客的尴尬。
过道大些不仅能使乘客顺利通过，还能使乘客的活动空间增大，特别是在有站票乘客的情况下；
再有就是车厢内的色彩设计，车厢内的颜色时间看久了会使人感到疲劳和不舒适，座椅用的是深绿色，明度低，会使人联想到坚硬的东西，一看到就产生一种对硬的恐惧，与内心想要的舒适相冲突，从而产生心理疲劳，间接导致身体的疲劳，需要改进。
根据如上所述的调研分析，我们针对以上问题进行改进。
四、改善方案
（1）、座椅的改善
1.1改善背景
火车的硬座座椅的材料是用的铁板焊接的支架，再在外面包一层人造皮革，铁皮与皮革之间用海绵塞在其中。
根据坐垫的压力分布不均匀原则：
座椅的坐垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即坐骨结节处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力降至最低。
得知，坐垫太硬，不符合坐垫的设计原则，人在上面坐久了就会疲劳。
座椅的设计就是简单的“T”字形，“T”字的尺寸为：
中间的背靠垂直，高度75cm，背靠厚度为12cm，三人座位的
长约140cm，宽约45cm。
根据1989年图11原有火车座位图
7月1日实施的GB1000—1988《中国成年人人体尺寸》得知，人坐在座椅上非常难受，原因有：
1、背靠成直角，不符合人体脊柱S形曲线，容易造成受压分布不均，时间久了就会疲劳，并且对人的脊柱造成损伤，腰部酸疼；2、背靠高度高于普通人的上身，乘客坐下后头无法后仰，时间久了会造成颈部疲劳和损伤；3、两排座椅之间，仅有50cm左右的距离，很多乘客只有相互交叉着腿才能坐下，且是两腿几乎平座，影响人的下肢的血液循环，造成腿部麻木，时间久了就造成腿的疲劳和损伤。
而本设计利用人机工程学原理，能最大限度使人不感到疲惫，具有安全舒适的优点。
能满足人们出行舒适的需要，增加客流量。
并且对现有椅子改造的成本也比较小。
本次设计就是运用人机工程学原理使座椅不仅满足人们的基本乘坐要求还要向舒适化、人性化发展，从而最大限度尽可能减少旅客出行的疲劳，使旅客的旅行更加舒适愉快。
1.2改善原理
在长时间的列车运行过程中乘客的乘坐姿势是不断改变的，要求也随之变化。
为使坐姿舒适，座椅设计需要遵守以下基本原则：
（1）座椅曲面符合人体生物力学要求，使座椅能减轻人体脊柱形变压力和臀部压力，如可灵活调整头靠、颈靠、肩靠、腰靠等。
（2）座椅形状满足人体自然姿势的需求，可通过座椅形体改变使乘客坐姿放松，如座面和靠背的倾角调整，座椅下部提供足够空间便于放脚等。
（3）座椅尺寸与人体相适应，为保证座椅能最大程度适应不同群体和特定个体的要求，应以人体尺寸统计结果为座椅尺寸依据，取中间值并尽可能留出一定范围照顾处于最大值或最小值的乘客自行调节，如座高、椅宽等。
（4）座椅构件设计和材料选择应合理。
（5）牢固、稳定，防止坐者倾倒、滑倒。
1.3人的坐姿状态
乘客处于坐姿状态时，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等。
其中腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受着人体上半身大部分负荷，同时还要承受弯腰扭转等动作负荷。
下图可看到人体脊柱侧面有四个生理弯曲：
颈曲、胸曲、腰曲及骶曲。
坐姿状态的差异影响了身体对脊柱的压力，为乘坐舒适必须保证人体处于正常生理曲线状态，列车座椅应全方位提供给坐姿人体头部、颈部、背部、腰部、肘部、腿部和足部的合理支撑。
图12人体脊柱构造
正常的人体腰曲是微微前突的，为使坐姿下的腰曲变形最小，座椅应在腰椎部提供支撑。
无腰靠或腰靠不明显会使正常的腰椎呈后突状，腰靠过分凸出将使腰椎呈前突形状。
腰椎后突和过分前突都是非正常状态，因此现代座椅设计常
常在人体坐姿状态下的第4～5腰椎位置高度处设置形状合理的座椅腰靠弧面，在第5～6胸椎位置高度处设置肩靠曲形，同时在人体颈后配备座椅头枕，在维持正常的椎曲形状的同时能有效防止列车紧急刹车或突然加速启动时可能造成的乘客脊椎伤害。
1.4坐姿受力
图13坐垫体压分布
人体骨盆下面有两块粗壮的圆骨，叫坐骨结节，能比周围肌肉承受更大的压力。
当座面呈水平状态时，两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置未受压迫，当座面呈凹形状态时，会迫使股骨向上转移而造成髋部肌肉承受反常压力，人体会下意识涌动臀部或者求助肘部和肩部分散受力，从而引起不适。
同时过软的座面使腿部压力过大，影响了大腿血液循环和神经传导而感到不适。
座垫应根据臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力将至最低。
右图是座垫倾斜5°～10°时较为理想的座垫体压分布曲线，其中各封闭曲线为等压力线，所标数字压力单位为kPa。
图14坐姿人体尺寸
1.5人体尺寸数据获取
人体测量一般包括静态人体尺寸测量，动态人体尺寸测量两部分。
在坐姿状态下，乘客的身体重量主要由座位面来承担，另一些则传递给靠背、扶手、地板或桌面等受力支撑物，因此坐姿人体尺寸测量是座椅设计的主要依据。
下图根据我国国标得到坐姿人体尺寸具体数据。
坐姿人体尺寸数据
年龄分组与百分位数
测量项目
男（16～60）
女（18～55）
1
5
10
50
90
95
1
5
10
50
90
95
3.1坐高/mm
836
858
870
908
947
958
789
809
819
855
891
901
3.2坐姿颈椎点高/mm
599
615
624
657
691
701
563
579
587
617
648
657
3.3坐姿眼高/mm
729
749
761
798
836
847
678
695
704
739
773
783
3.4坐姿肩高/mm
539
557
566
598
631
659
504
518
526
556
585
594
3.5坐姿肘高/mm
214
228
235
263
291
298
201
215
223
251
277
284
3.6坐姿大腿厚/mm
103
112
116
130
146
151
107
113
117
130
146
151
3.7坐姿膝高/mm
441
456
461
493
523
532
410
424
431
458
485
493
3.8小腿加足高/mm
372
383
389
413
439
448
331
342
350
382
399
405
3.9坐深/mm
407
421
429
457
486
494
388
401
408
433
461
469
3.10臀膝距/mm
499
515
524
554
585
595
481
495
502
529
561
570
3.11坐姿下肢长/mm
892
921
937
992
1046
1063
826
851
865
912
960
975
正常人着装身材尺寸修正值
项目
尺寸修正量
修正原因
坐姿眼高/mm
3
裤高
坐姿臀宽/mm
13
衣
坐姿两肘间宽/mm
20
衣
小腿加足高/mm
36
裤厚鞋厚
坐姿肩高/mm
10
衣
坐深/mm
3
裤厚
坐姿肘高/mm
3
裤厚
足长/mm
30
鞋长
1.6具体尺寸设计：
（1）座高设计
座高是地面至就坐后座面上坐骨支承处的高度。
按我国人体尺寸，可取380~450mm，略低于腿部膝关节，有利于小腿着力于整个脚掌支撑起身体负荷。
座椅选择男性第50百分位作为产品尺寸设计依据较为合理，人体尺寸数据均是在裸体或穿单薄内衣条件下测量的，在设计时应考虑功能修正量。
根据坐姿人体尺寸数据表，取男性小腿加足高第50百分位+功能修正量（小腿加足高）413mm+36mm=449mm。
（2）座宽设计
座宽即单人座面的左右距离，必须满足臀部就坐所需尺度，以女性臀宽尺寸的第95百分位进行设计。
列车座椅主要是两人椅和三人椅，根据中国成年人体尺寸中的女性臀宽第95百分位数382mm。
二人椅时，取女性臀宽第95百分位数+功能修正量（坐姿臀宽）382mm×2+13mm=777mm，考虑到克服人心理上的“空间压抑感”等心理感受，再追加100mm的心理修正量即777mm+100mm=877mm。
但考虑设计已超出实际座位长度，扶手的设计可以抵消人的心理修正量，最终尺寸为777mm+180mm=957mm。
三人椅同样考虑到扶手宽度可抵消人的心理修正量，最终尺寸为1172mm+240mm=1410mm。
（3）座深设计
座椅的深度要设计成使人的腰背自然地倚靠在靠背上时椅面前缘不会抵到小腿。
按照我国成人的人体尺寸测量数据，椅子的深度取400~430mm,因为火车是大众的交通工具，所以极大值设计原则，硬座座椅深度取为430mm。
（4）靠背高度
靠背一般由肩靠、腰靠、头枕三部分组成，肩靠高度应达到肩胛下角位置，根据坐姿人体尺寸，取男性坐姿肩高第50百分位数+功能修正量（坐姿肩高）598mm+10mm=608mm，腰靠高度应达到坐姿肘高左右，根据坐姿人体尺寸数据取男性坐姿肘高第50百分位数+功能修正量（坐姿肘高）263mm+3mm=266mm。
头枕支撑头部向后仰以减轻颈部肌肉受力，头枕高度应达到坐姿眼高高度，根据坐姿人体尺
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