《人机工程课程设计》要点.docx
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《人机工程课程设计》要点
中国计量学院现代科技学院
课程设计报告
课程设计名称学生公寓用桌椅的人机工程分析及改进
系（部）计测系
专业班级安全082
姓名金沉醉
学号0830223211
指导教师刘辉
2011年6月21日
目录
1前言1
2桌椅的设计原理3
2.1一般寝室用桌子的设计原理3
2.1.1视觉要求3
2.1.2坐姿要求3
2.1.3工作面要求4
2.2一般寝室用椅子的设计原理5
2.3椅子多功能化的设计6
3寝室桌椅现状调查及分析7
3.1寝室桌子的使用状况调查7
4寝室桌椅子的设计8
4.1寝室椅子的设计8
4.2寝室桌子的设计9
5设计说明13
5.1椅子的设计说明13
5.2基于人体工程对平时电脑操作的建议13
6结论与展望15
参考文献16
1前言
随着时代的发展，科技的发达，大学生利用电脑进行学习已经课余时间的娱乐消遣已经越来越普遍了，电脑成为了大学生生活中不可或缺的工具。
据调查，平均每个大学生每天有一个小时以上的时间是面对电脑的。
一般大家都会有这样的感受：
坐在电脑前时间长了，总感觉整个人到处都酸痛，甚至眼睛发酸发胀。
这都是我们的坐姿不正确引起的，就我个人而言，总会趴在桌子上看电脑，同一个姿势保持的太久，使脖子和肩膀周围的肌肉紧张，时间一长就导致酸痛感。
在我们学校，寝室桌面边缘有一定的弧度，很多同学用笔记本电脑整个人都是倾斜的，手腕长时间收到压迫，也会有腕关节疼痛的情况。
从事电脑操作进行的是一项静力工作，伴随着头，眼，手的细小和频繁的运动，设计不合理的桌椅会导致腰背疼，颈肌疲劳或劳损，手肌腱炎和视力下降。
不合理的桌椅是罪魁祸首，它会造成坐姿不端正，操作姿势不合理，使身体某些部位的肌肉长时间处于静态施力的紧张状态，造成骨骼肌肉系统的疲劳损伤，同时还引起视力下降。
之所以会发生上述这些问题与现在大部分电脑桌椅设计不合理，没有充分考虑人机工程的原理有着莫大的关系。
因此研究如何从人机工程学角度出发，分析设计合理的电脑桌椅，使其符合人体的生理、心理及解剖学特性，以提高人们在电脑作业时的舒适度和工作效率已成为当今家具设计领域的一个重大课题。
为了更好的改进设计符合人机工程的适合大学生电脑桌椅，首先必须对市面上现有的电脑桌椅存在的问题进行总结分析，进而再针对这些问题进行改进，以设计出符合人体生理、心理及解剖学特性的电脑桌椅.
北京劳动卫生职业病防治研究所从1996年到1998年，连续三年对电信行业、电视台、报社激光照排车间电脑作业人员进行的调查显示，30%左右被调查不同程度的患有颈肩腕综合症，实力普遍下降。
香港物理治疗学会曾调查290名中学生使用电脑的情况，结果发现约占40%的学生发生骨骼肌肉系统疼痛症，包括腰背疼，颈肌疲劳或劳损、手肌炎等。
美国康奈尔大学的一项研究表明，由于学校的计算机工作站的设计很少或根本未考虑肌肉骨骼的发育，40%的小学生面临坐姿不正的危险。
[1]
不合理的桌椅是罪魁祸首，它会造成坐姿不端正，操作姿势不合理，使身体某些部位的肌肉长时间处于静态施力的紧张状态，造成骨骼肌肉系统的疲劳损伤，同时还引起视力下降。
之所以会发生上述这些问题与现在大部分电脑桌椅设计不合理，没有充分考虑人机工程的原理有着莫大的关系。
因此研究如何从人机工程学角度出发，分析设计合理的寝室桌椅，使其符合人体的生理、心理及解剖学特性，以提高人们在电脑作业时的舒适度和工作效率已成为当今家具设计领域的一个重大课题。
针对上述存在的一些问题，本次安全人机课程设计将在参阅有关资料、进行实地测量的基础上，再针对这些问题进行改进，以设计出符合人体生理、心理及解剖学特性的寝室桌椅.
2桌椅的设计原理
2.1一般寝室用桌子的设计原理
桌子的设计主要是高度适合人体测量数据，依据使用者在使用时四肢所及的范围的静态尺寸来确定，还要考虑使用者的视野范围，工作姿势等。
好的桌子应该是使用是非常舒适的，可以使使用者工作舒适、安全，操作方便，而且有助于提高人机系统的作业效率还有减轻疲劳的效果。
2.1.1视觉要求
正常人的视野大致相同，坐姿视平线以下15度是最佳视角，向下的最大视角是20度。
坐姿水平方向视物在1.5～3度内辨认物体最清晰，为中心视力范围；3～18度内视物短暂，比较清晰，为片刻视范围；38度左右为最大视角或视力范围
人在作业时，视距的远近直接影响着认读的速度和准确性。
在正常作业中，通常采用38～56cm的视距范围。
根据上述两小点，可在寝室桌子的水平面呈30度，45～61cm，其中在56cm处最佳处设计一个可支持调节的电脑桌面。
使用电脑是撑起成电脑桌，不使用电脑的时候，收回仍旧是一个寝室用的桌子。
按照我们学校寝室的桌子情况，我觉得还是取消弧度侧面比较好，这样可以是人的坐姿更加正确，桌子的侧边加一个弧度，减小对手臂的压力。
2.1.2坐姿要求
（1）操作时正确的坐姿应是身躯上部伸直稍向前倾10～15度，保持眼睛到工作面的距离在30cm以上，大腿放平，小腿自然垂直着地成稍向前伸展着地，使整个身体处于自然舒适状态。
因此设计桌面时应保证有足够的空间容纳双腿，使人能够处于最佳的坐姿状态。
（2）坐姿工作空间的范围是由进行工作的上肢伸展的范围来决定。
人体上肢操作水平范围的最佳区域为左右30度范围内，容易到达的区域为左右60度范围内，限制越少，可达范围越远。
因此电脑的显示器和键盘、鼠标要放置在该范围内，同时应减少对上肢的限制，以保证上肢有足够的自由活动空间。
2.1.3工作面要求
工作中如果工作面太矮，后背就需过度弯曲；如果工作面太高，肩部就不能保持正常的姿势，必须要抬高从而引发肩部和颈部的不舒适。
工作面高度处在肘部位置为最佳。
使用键盘时的工作高度就是键盘上的主行。
设计时要降低工作面的高度，同时允许大臂在工作中保持自然放松的姿势，并保持腕部处于中立的姿势，以防止手腕疲劳。
收集有关人体数据如下：
年龄分组
男（18—60岁）
女（18—55岁）
百分位数
1
5
10
50
90
95
99
1
5
10
50
90
95
99
坐高
836
858
870
908
947
958
979
789
809
819
855
891
901
920
坐姿颈椎点高
599
615
624
657
691
701
719
563
579
587
617
648
657
675
坐姿眼高
729
749
761
798
836
847
868
678
695
704
739
773
783
803
坐姿肩高
539
557
566
598
631
641
659
504
518
526
556
585
594
609
坐姿肘高
214
228
235
263
291
298
312
201
215
223
251
277
284
299
坐姿肘高
214
228
235
263
291
298
312
201
215
223
251
277
284
299
坐姿大腿厚
103
112
116
130
146
151
160
107
113
117
130
146
151
160
坐姿膝高
441
456
461
493
523
532
549
410
424
431
458
485
493
507
小腿加足高
372
383
389
413
439
448
463
331
342
350
382
399
405
417
坐深
407
421
429
457
486
494
510
388
401
408
433
461
469
485
臀膝距
499
515
524
554
585
595
613
481
495
502
529
561
570
587
坐姿下肢长
892
921
937
992
1046
1063
1096
826
851
865
912
960
975
1005
表1（人体相关数据）
2.2一般寝室用椅子的设计原理
椅子设计主要决定于人体测量数据，好的椅子应该是坐着舒适，结构稳固，有利于减轻疲劳，提高工作效率的。
1.座面宽。
座面的宽度应稍大于臀宽，以便用户可以灵活改变坐姿。
最小的椅面宽度是400mm，再加上冬季衣服的厚度和口袋中装的东西，大概要50mm左右，合计450mm。
若要胖瘦的人都适用，那就要加大到520mm。
如果设置靠手，还要加上靠手的尺寸。
2.座面深。
座面的深度应能保证臀部得到全面的支持，其深度可取臀部至大腿全长３/４,即357到450之间。
坐椅太深，不利于靠背，而且小腿背侧被椅的前缘压迫而致膝部无法弯曲。
座椅太浅，会造成大腿支撑不足，时间长了会产生不适感。
3.倾斜度。
座面应有一定的倾斜度，一般是做成仰角3～8度，以免人体向前滑下。
4.座面形状。
我们学校宿舍的椅子都有臀部凹形，在两腿之间略有隆起，目的是想让人坐着更舒服。
但实践证明，人的臀部大小和大腿粗细，个体差异很大，这种座面反而不合适。
其一，它妨碍臀部在椅子上自由移动；其二，这种座面让人体重量都压在臀部，与解剖生理学提出的由坐骨结节承重的结论相违背，不利于血液流通。
因此，座面还是以无凹凸形都为宜。
座垫以纤维性材质为好，既通风又可以减少下滑。
5.座面高度。
座面高度应根据工作高度确定座面高度，单纯考虑小腿长度是不全面的。
决定座面高度最重要的因素是使人的肘部与工作面有个合理的高度差。
实验证明，这个高度差较适合的距离是275+-25㎜。
当上面处于良好的位置后再考虑到下肢，舒适的坐姿是大腿近乎水平以及脚底被地面所支持。
一般椅面到脚掌的距离为腓骨的高度，即430～450㎜。
6.靠背设计。
腰靠应能调节高度，腰靠的形状应保证使人体压力尽量分布均匀，腰靠要装有软垫。
在其沿座深方向垂直剖面内的曲率半径必须大于1400mm。
2.3椅子多功能化的设计
我设计产品需要满足大部分大学生，要考虑到所占用的空间，因此我采用中身材50%来确定椅子尺寸。
（以下有关数据都从书中查得）
1.座面宽：
1678*0.203（臀宽）+50（尺寸修正量）+45（扶手宽度）*2+20（心理修正量）取500㎜;
2.座面深：
1678*0.280*3/4+20（心理修正量）取372㎜;
3.倾斜度：
座面应有一定的倾斜度，以免人体向前滑下。
坐面前缘纵向起拱时，前部倾角α1＝5°，后部倾角α2＝10°，两角顶交点位于距坐面前缘座深2／3处;
图2.3.1椅子弯度设计
4.座面高度：
1678*3/13+38（鞋高）取426㎜;【2】
5.扶手
查询有关数据有：
1）扶手上缘与坐面的垂直距离为230±20mm，取230㎜;
2）扶手
3）靠背的倾斜度与椅面成115°;
4）宽度与椅面宽度相称，取500㎜;
5）靠背高度480㎜.长度为200～280mm，取260㎜;
6）扶手前缘与坐面前缘的水平距离为90～170mm,取130mm;
7）扶手倾角固定式0°～5°，可调式0°～20°。
本设计中采用固定式数据取5°;
6）采用靠背。
3寝室桌椅现状调查及分析
3.1寝室桌子的使用状况调查
通过调查我校同学对寝室桌子的使用情况，了解到大多数同学都利用寝室桌子来使用电脑，且他们都有一个通病，就是喜欢在打持久战，但是经常在不久后会出现腰酸背痛，眼睛胀痛，脑袋很容易晕,经常玩电脑的同学还很容易有“鼠标手”，而且在电脑面前坐久后还会出现其他的一些问题。
这些问题可以通过设计合适的桌椅来避免的，因为这些问题都是由于寝室桌子不适合电脑使用造成的。
所以设计寝室桌椅除了必须满足学生日常的学习使用之外还要考虑到学生娱乐时的使用效果。
现在很多人都有这样一个观点，桌椅一定要经济实惠，最重要的是必须有大的利用价值。
但寝室空间不大，桌椅不能太多，也不能占太大的空间。
其次是要看材料和做工。
有些厂家用刨花板冒充中纤板来做人体工学桌，因此他们会看的很仔细。
中纤板比刨花板要坚固，从横截面可以看出密而无缝无碎粒，而且中纤板要比刨花板要重得多质量也好得多。
桌子边角位是否圆滑、贴的面板是否牢固。
然后就是看稳固性。
所以在寝室桌子中间镶嵌一个优质的可调节的电脑桌板是一个不错的建议。
4寝室桌椅子的设计
4.1寝室椅子的设计
学校的椅子它是木板和钢铁制的，比较笨重，而且移动不方便，坐久了还会产生不适感。
根据上述要求，还可加入许多人性化设计。
比如将椅子的脚改成滑轮，能够自由移动，灵活性大。
如图：
图4.1（改变方案1）
还可给椅子设计一个升降装置，这样就可以根据不同人的身高和习惯来调节椅子的高度，如图：
图4.2（改变方案2）
学校的一起靠背只有上半部分，休息时不能靠住整个背部，建议可修改成整个的靠背，且可以给椅子加上一个扶手，使椅子能够更好的使人休息使用。
如图：
图4.3（改变方案3）
最终方案如图：
图4.4（最终设计）
这个方案结合了前面所说的几个优点，也符合人机学的概念。
我认为这个方案是比较成功的。
原因如下：
1.本产品经过了大量的数据测量，并查阅了相关数据，符合人际工程学要求。
2.本产品底部设计了滑轮，有很大的灵活性，能随处移动，也放便用户活动。
3..本产品能够在一定范围内升降高度，以迎合用户的喜好。
4.本产品设计了靠背和扶手，如果用户累了时可以靠后休息，把手放在扶手上。
4.2寝室桌子的设计
学校公寓的原桌面如图所示：
图4.5（这是寝室里最干净的桌子..）
图4.6（未改进的寝室桌子原图1）
将弧度移动一定程度到边上这样就不会造成斜着坐的不良姿势了，改进后如图所示：
图4.7（改进后的桌子图2）
改进后可以使人使用的时候不会在斜着身子，有利于养成良好的坐姿习惯，也在一定程度上增加了桌子面的使用。
学校的桌子边沿是直角，对手腕压力很大，有时候会在手臂上压出许多红痕，建议修改成弧度状，美观也能减小对手臂的压力，修改后如图：
图4.8（改进后的桌子图3）
图4.9（改成弧度状后局部图1）
为了更加人性化和多功能化的使用桌子，建议在桌子中间安装一个可翻起的内置电脑桌，桌子的本身高度设计成适合学习写字的高度，而电脑桌的高度则可以调节成适合使用电脑的高度，达到一桌两用的效果，如图：
图4.10（改进后的桌子4）
图4.11（嵌入电脑桌后坐姿的俯视图）
根据上面几点，得出最终设计的寝室桌子，及改进后的桌子4，如图：
4.12（改进后的正视图）
图4.13（改进后的桌子立体图1）
4.14（改进后的立体图2）
本人也给设计的桌子总结了几个有点：
（1）设计后的桌子比例更加合理，使使用者有更大的活动空间。
（2）桌子的尺寸设计是通过查阅大量人机学原理后计算出来的，它们都符合人机学原理，所以人操作过程中会更加方便、舒适。
（3）桌子设计采用了直线型与弧线完美结合，给人钢中带柔，柔里见钢的感觉。
且弧度的设计符合人机学原理。
直线与弧线的完美结合，既避免了直棱直角，增加美感，同时弧度又不是太大，容易加工，既美观舒适又经济节约。
（4）桌子还加入了内置电脑桌的元素，使一桌多用，提高了桌子的可用性。
5设计说明
5.1椅子的设计说明
1.椅子是依据人体工学原理设计，通过调整椅面的高度，椅子的扶手可以与桌子的表面保持在同一水高度，在操作工作时，使人的前臂、手腕时刻处于受支撑的状态。
因为在普通桌椅上工作，人的手腕和前臂是悬空的，因而肌肉时刻处于紧张状态。
有了合适的肘部支撑之后可以使人体保持合理的操作坐姿，即能采取直立或稍向前倾的坐姿，避免了弯腰驼背，对某些桌面作业还可以采用稍向后倾的坐姿，舒服地依靠在座椅的靠背上。
【3】操作者有多种可供选择的坐姿，可以经常变换姿势以减轻疲劳。
合适的肘部支撑不仅使坐姿端正、稳定，同时也使桌面作业更加规范。
使用者还可以根据需要调整椅子的倾斜角度。
电脑椅最大限度地满足了人体对舒适度的需求，对手臂和身体起到了直接的保护作用，把工作变成惬意的休闲。
2．人体在坐姿时，属于静态作业，而人体只有在不断活动中才能减少局部肌肉的持续收缩，从而减少背椎板的内压。
所以，为减少身体的肌肉疲劳，电脑椅的设计应允许人体在工作中变换不同姿势，因此桌面下面不设计抽屉，可以使腿部有足够的活动空间，以便人们变换姿势，消除疲劳。
3．椅子的后部较高，可以给头部也有一个支撑。
因为人们长时间坐在电脑桌前面的时候，劲部肯定会发生疲劳，所以就在设计了这一个部件，防止因长时间用电脑之后的头部酸痛。
4．考虑到人体尺寸差异以及各种坐姿的差异以及人们坐着的时候，经常改变姿势对人体健康有力，因此座椅应当适合各种坐姿势，设计座面的高度，靠背的角度，头靠的角度在一定范围内可调。
5．娱乐学习的时侯人体坐姿分析人在坐姿时，身体的脊柱会由站立时的直形向拱形变化。
这是因为坐姿时骨盆向后方倾转，这样就使得人脊柱的椎间盘受到了很大的压力，从而导致腰痛等疾病。
所以在椅子的背面采用模拟人体的"S"型曲线，给人的腰部以一个支撑。
以避免发生以上不好的情况。
5.2基于人体工程对平时电脑操作的建议
为了舒适而高效地工作，在使用和操作电脑时，应该遵循以下人机工程学原则：
1、将显示器和键盘放置在正前方。
本文设计的新型电脑桌有助于将键盘摆放在正确的位置。
2、将显示器放置在可以舒适观看的距离（通常为距眼睛450至610毫米[18至24英寸]）。
3、坐在显示器的正前方时，要确保显示器屏幕与视线等高或略低。
4、调整显示器的倾斜度、对比度和亮度设置以及照明环境（例如吊灯、台灯以及附近窗户的窗帘或百叶窗），以尽可能减少显示器屏幕的反光和闪烁。
5、坐在可以对腰部提供良好支撑的椅子上。
6、使用键盘或鼠标时，使上臂自然垂放于身体两侧，前臂保持水平，手腕处于自然舒适的位置。
同时要留出枕放手的空间。
7、坐在椅子上时，确保将双脚平放在地板上确保腿的重量落在双脚上，而不是座位的前缘。
必要时要调整椅子的高度或使用脚垫，以保持正确的坐姿。
8、经常改变工作方式。
合理安排工作，避免长时间打字。
停止打字时，多做一些需要双手并用的活动。
6结论与展望
本文设计的寝室桌椅，桌面的造型采用直线与弧线相结合，直线部分靠墙可以增加稳定性，弧线部分朝内弯，且弧度的设计符合人机学原理。
镶嵌电脑桌的寝室桌椅的尺寸设计是通过查阅大量人机学原理后计算出来的，它们都符合我国当代大学生人机学原理，所以大学生在操作过程中会更加方便、舒适；电脑椅可以旋转，坐垫柔软，靠背有符合人机的倾斜度。
通过上面的分析和所设计的寝室桌椅，可以看出来人机工程学的应用的重要性。
随着社会的发展，越来越多的人使用电脑，必然还会对电脑桌椅提出新的要求，只有不断的适应社会需要的产品才能长久存在，而对人机工程学的应用是提高产品竞争力的重要渠道【4】。
本文对寝室桌椅的改良设计，从现有的产品中找到它们的优点和设计意念来源并发现一些产品普遍存在的不足之处，通过市场调查，以人机工程学作为指导思想，涉及内容广泛，但由于条件限制，因而在本文的研究中有很多考虑不周的地方，主要有：
由于本人作图能力有限，所以没有很有力地说服证据，对现状很多地方的描述不全面具体，可能造成读者不能在脑海中形成清晰的实物图像。
本文的改进设计都是运用人机工程学的原理和方法设计的，没有实行具体的人的使用，都是理论的研究和改进。
参考文献
[1] 张力，廖可兵主编．安全人机工程学．北京：
中国劳动保障出版社，2007
[2] 欧阳文昭，廖可兵主编．安全人机工程学．北京：
煤炭工业出版社，2002
[3] 郭青山，汪元辉．人机工程设计．天津大学出版社，1994
[4] 安全人机工程学标准
附录A：
指导教师评语及成绩
指导教师评语：
成绩评定：
指导教师：
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