人机工程学课件.ppt

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1、人机工程学,1,2.5 坐姿生理学与工作座椅设计,功夫 卧似一张弓， 站似一棵松， 不动不摇坐如钟， 走路一阵风 。 ,人机工程学,2,第三章 桌椅设计,2.5.1 座椅的起源、发展和坐行为的改变,2.5 工作座椅设计,身份的象征,西方胡床的引入,中 国 座 椅 的 产 生 、 发 展,人机工程学,3,第三章 桌椅设计,2.5.1 座椅的来源、发展和坐行为的改变。随着，各种，座椅成了人们在工作总,2.5 工作座椅设计,人机工程学,4,第三章 桌椅设计,2.5.2 从生理学角度坐姿相对于站姿的优点,2.5 工作座椅设计,1. 免除或减少了部分静肌力作用，静肌力是造成人体疲劳的主要因素。,人机工程

2、学,5,第三章 桌椅设计,2.5.2 从生理学角度坐姿相对于站姿的优点,2.5 工作座椅设计,2.减小体能消耗,有利血液循环。,人机工程学,6,第三章 桌椅设计,2.5.2 从生理学角度坐姿相对于站姿的优点,2.5 工作座椅设计,3.适宜精细作业。从作业类型上讲，人在坐着工作时,有利于保持身体稳定，对长时间的精细作业如观察显微镜等更适合，同时由于解放了双腿，所以也适合如汽车驾驶等需要使用脚来操作的场合。,人机工程学,7,2.5.3 坐姿出现的问题,部位 百分比 头疼 14% 脖子疼或肩膀疼 24% 腰疼 56% 大腿疼 19% 膝盖和小腿疼 29%,2.5 工作座椅设计,1、在瑞典对长期坐姿办

3、公人员的调查。 表中给出了在瑞典对246个办公人员进行的一项问卷调查的结果.实验对象都是 坐姿工作8年以上的办公室人员。从表中可以看出坐着工作带来的疼痛区域是广泛的.其中56%的人抱怨他们曾感到过腰疼。,人机工程学,8,第三章 桌椅设计,为什么会出现上述结果那？实验人员通过实验仪器和行为观察的方法分析了人体坐姿下的常见行为后得出二个原因。总结,1. 源自人体生理特性长期的坐姿也会引起脊椎非正常弯曲（最重要）。 2.源自人体生理特性做姿太久也会造成下肢肿胀，静脉压力增大，大腿局部受压增加血液回流阻力。,2.5 工作座椅设计,人机工程学,9,第三章 桌椅设计,坐姿状态下，由于腿和脚得到了解放，支撑

4、人体的主要结构就变为脊柱和骨盆，这是脊柱就成为顶梁柱了，特别是腰椎就是重中之重。 脊柱脊柱位于人体中线处，由33块短圆柱状椎骨组成，相互间由肌腱（定位椎骨）和椎间盘连接。,2.5.4 脊柱生理结构,2.5 工作座椅设计,椎间盘,脊柱,坐姿下脊椎成了顶梁柱,人机工程学,10,第三章 桌椅设计,1.变化一：脊柱变形 椎间盘疾病,人体正常的脊椎曲线是松弛状态下侧卧的曲线（如图B），这时腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凸那坐姿是呢？坐姿下且躯干前弯时会使腰椎曲线向背面一侧（向后）严重凸出变形（如图E ），站姿时相反则会使腰锥曲线轻微幅度的向前凸变形（如图A ）。 当脊椎处于非自然姿势时（如站姿A、坐姿E时

5、），椎间盘内压力分布不正常，产生一侧的挤压和另一侧的拉伸，产生腰部酸疼、在长期的压力下椎间盘髓核如果破裂，就会造成椎间盘突出。,2.5 工作座椅设计,(前弯坐姿E),(站姿A),(前弯坐姿E),(侧卧B),自然 前凸 后凸,人体各种姿态下的腰椎曲线,椎骨间正常的压力,椎骨间的挤压和拉伸,E,人机工程学,11,第三章 桌椅设计,对设计的启示,为了使变形的脊柱尽可能恢复到自然状态，首先需要使躯干尽量与大腿形成120左右的夹角，坐姿时大腿与躯干的夹角为120度时，腰椎曲线接近自然，即后仰式。所以座椅应在脊椎部提供两点支撑，第一支撑应位于肩胛骨的高度，称为肩靠，第二支撑应设计在第4、5腰椎之间的高度，

6、称其为腰靠。有了肩靠和腰靠两个作用力就能够使120度仰姿坐姿的腰椎曲线最大限度的恢复自然。,2.5 工作座椅设计,人机工程学,12,腰靠的设计,2.5 工作座椅设计,人机工程学,13,第三章 桌椅设计,2.变化二：肌肉的活动度的变化 肌肉的疲劳酸痛,肌肉的活动度可以反映肌肉的疲劳程度。这里我们分析了二种坐姿情况下的肌电图数据，根据肌电图所示： 在挺直坐姿且不依靠靠背时（如图一）背部整体肌肉活动度高，因为脊椎拉直使背部肌肉组织紧张受力，因此挺直坐作为一种肌肉静态施力的状况只能保持一段时间。 第二种坐姿当躯干前倾、身体放松并依靠靠背时（如图二），背部肌肉整体活动度明显减少，说明身体自然放松且有靠背

7、的坐姿背部肌肉得到了放松。,2.5 工作座椅设计,图1 挺直坐姿,图2 放松且有靠背,人机工程学,14,座椅设计的一般原则,保持腰部脊柱前曲： 靠垫或座椅角度 最小化椎间盘的压力: 斜倚式靠背、腰部支撑 最小化背部肌肉的静态负载 靠背后倾120度 ，不能挺直坐。,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,15,第三章 桌椅设计,3. 变化三：体压的变化 坐骨部位疲劳,人体的重量在椅背与椅面上的压力分布叫坐姿的体压分布。舒适的坐姿态是：肩部与臀部同时支撑人体体重的坐姿，肩胛骨与腰椎骨两部分的压力最高。要尽量避免压力突变。因此肩靠和腰靠要尽量柔软。,2.5 工作座椅设计,人机工程学,16,座椅的设计参

8、数,座椅高度和倾度 座椅高度应该足够低以有效减轻对大腿下侧的压迫 坐深和坐宽 深度应该适合个小的人（便于小腿合适放置并减轻对大腿的压迫）； 宽度应该适合个大的人。 ANSI推荐下列用于计算机工作站的座椅参数： 座椅深度：15到17英寸（38到43cm);座椅宽度：18.2英寸（45cm） 造型和坐垫 .英寸到英寸（到），而且覆盖物必须具有弹性和透气性 椅子靠背参数（以计算机工作站座椅参数为例） 座椅靠背角度：ANSI推荐最小范围是90到120 靠背宽度：ANSI推荐在腰部最少时为12英寸（30.5cm） 椅子靠背高度：Lueder (1986)推荐最小值19.5英寸（50cm） 腰部支撑: A

9、NSI推荐的支撑是6到9英寸高（15.2到25.4cm）、12英寸（30.5cm）宽，位于座面基准点以上6到10英寸（15.2到25.4cm）的位置。腰部支持物应该从靠背处前突2英寸（5cm）,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,17,在设计坐姿用工作台时，必须根据脚可达到区在工作台下部布置容膝空间，以保证作业者在作业过程中，腿脚能有方便的姿势。,坐姿工作面高度和大腿的空间要求,人机工程学,18,桌椅设计,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,19,桌椅设计,人机工程学,20,人机工程学,21,人机工程学,22,第三章 桌椅设计,工作座椅设计的解剖生理学要点,根据 GB/T 14774-93

10、（摘录） 一般原则： 1）结构形式适合操作要求，并使操作者身体舒适、稳定。 2）座高和腰靠高能方便地调节。 适合身高范围为： 女子5百分位数 - 男子95百分位数， 座高： 360480mm，可无级或20一档的有级调节， 腰靠高： 165210mm，无级调节。 3）外露部分不得有易伤人的尖角、锐边、突头。 4）结构材料应无毒、阻燃、耐用；座垫、腰靠、扶手的覆盖层材料应柔软、防滑、透气、吸汗、不导电。,5） 坐椅的形式与尺度与其功能有关。 6）身体的主要重量由臀部作古结节承担。,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,23,(1)座椅的型式和尺度与坐的目的或动机有关； (2)座椅的尺度必须与相对的

11、人体测量值配合； (3)座椅的设计必须能提供坐在其上的人体有足够的支撑与稳定作用； (4)座椅的设计必须能使坐在其上的人体改变其姿势； (5)靠背，特别是在腰部的支撑，可降低脊柱所产生的紧张压力； (6)座垫必须有充分的衬垫和适当的硬度，使之有助于将人体重量的压力分布于坐骨结节附近。,座椅设计的基本原则,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,24,人机工程学,25,第三章 桌椅设计,座椅设计所涉及的人体尺寸,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,26,第三章 桌椅设计,二、工作椅主要功能尺寸的分析,座面高度应合适. 若太高, 两脚被悬空, 使下肢和背部肌肉紧张, 同时大腿的下表面受坐椅前缘的压

12、迫而血流不畅, 感到酸麻. 座面太低, 则为了使人体重心落在支持面内, 躯干势必前倾, 这样就不能保证脊椎的关节处于合适的夹角, 而且增加了背, 腰部肌肉的负荷. 合适的座面高度应取略低于小腿高度, 一般在40-45厘米之间. 设计通常满足较高的95%, 而对余下的5%只要采用脚垫也会感到合适. 如有可能, 座椅的高度应能够调整最好.,（二）工作椅主要功能尺寸的分析,1、 座高,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,27,第三章 桌椅设计,二、工作椅主要功能尺寸的分析 1、 座高 姿势要点： 大腿基本水平，小腿垂直置放在地面上，使小腿重量获得支撑； 掴窝不受压，也不让小腿悬空； 臀部边缘及掴窝

13、后部的大腿在椅面获得“弹性支撑”。,Akerblom：比坐姿人体尺寸中的“小腿加足高”（图中标号“3.8”）低 10mm15mm。,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,28,第三章 桌椅设计,小腿加足高 男： P50 = 413mm P95 = 448mm P5 = 383mm 女： P50 = 382mm P95 = 405mm P5 = 342mm 座高 对中国中等身材者， 男 413 +（25-6）-10= 422mm 女 382 +（20-6）-10 = 386mm 对身高为95百分位数的男子 448 +（25-6）-10= 457mm 对身高为 5 百分位数的女子 342 +（20

14、-6）-10= 346mm,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,29,第三章 桌椅设计,注意：工作椅椅高的通用性是不大的，因为： 男用 P95 -P5 = 448mm 383mm =65mm 女用 P95- P5 =405mm 342mm =63mm 男女公用 448mm 342mm =106mm 相差显著 同学们可以量一下自己家庭成员们的椅高是否合适。 注意两条： 成年人的个人座椅宜专适于本人身材条件。 一般而言，宁低（些）勿高（些）。,应以5%百分位坐设计依据。,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,30,第三章 桌椅设计,对于工作椅以外的其他椅子，椅高应适合自身特点。例如 汽车驾驶室司

15、机座高要求 （小腿加足高）Cos30= 0.866（小腿加足高） 沙发、休闲安乐椅、躺椅、， 因腿要前伸，酌情加 以降低。,座高：休息用椅3845cm；工作用椅3550cm,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,31,第三章 桌椅设计,2、 坐面倾角 工作椅： 05， 推荐值 34,由于人体重力作用，使就座者躯干后移，是背部抵靠靠背，以获得支持。 防止就坐者从坐缘滑出坐面。,作用：,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,32,第三章 桌椅设计,其他椅子，例如 需要经常伏案书写、阅读的办公椅，宜接近水平，甚至略微前倾， 以减小腹部受压。 新式办公椅，可在 -（23）（35）自适调节，伏案书写时略

16、略前倾，谈话或开会时略略后倾，很合理。 非工作椅，为了坐得更稳定舒适；汽车、火车上的座椅，为了振动颠簸中不会下滑，坐面后倾角都宜大一点： 会议室 影剧院 沙发 公交车 安乐椅 5 510 515 10 可达20,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,33,第三章 桌椅设计, 经常处于前倾工位的，加大前倾，附加膝垫，工作时更舒适。,2.5.4 工作座椅设计,人机工程学,34,第三章 桌椅设计,3、靠背 1）工作椅 （人机工程设计的重点、关键）。,人体背部脊柱处于自然形态是最舒适，要达到这一点，只有通过坐椅的坐面与靠背者间的角度、靠背的形状和适当的腰椎支持来保证。要靠爱重要，腰靠一般设在由坐面往上

17、的第二个腰椎骨处。,靠背的尺寸主要与臀部底面到肩部的的高度和肩宽决定。,大量的研究表明, 靠背是减少由于坐着工作带来的腰疼的最好方法. 所以对于常年坐着工作的人, 座椅一定要有靠背.,人机工程学,35,第三章 桌椅设计,3、靠背 1）工作椅 （人机工程设计的重点、关键）。 （GB/T 14774-93 中，工作座椅共列 11 个参数，其中 6 个是关于腰靠的。） 为什么？请同学回答。,中等身材男子，第四腰椎约在肘下 4 厘米处。 注意：目前尚有有不少椅子的腰靠偏高！,腰靠长 320340 推荐值 330 腰靠宽 200300 推荐值 250 腰靠厚 3550 推荐值 40 腰靠高 165210

18、 腰靠圆弧半径 400700 推荐值 550 腰靠倾角 95115 推荐值110,人机工程学,36,2）其他椅子 靠背的作用除顶住腰椎外，还有支撑上身躯干、舒适休息的作用。 小原二郎等分别情况设计了 4 种靠背。 低靠背 1点支撑 第四腰椎骨 工作椅 中 1 第八胸椎骨 后倾10 一般办公、教室、会议室 高 2 上、下肩胛骨 1015 休息、舒适为主， 客厅、候车室、公园靠椅 全 3 高靠背加头枕 1020 长时间休息，安乐椅等 头枕高度随身材变化大，通用性设计是问题。,人机工程学,37,人机工程学,38,4、其他参数 1）座深,如坐深大于大腿长，坐面前缘将压迫膝窝除压力敏感处，这样要得到靠背

19、的支持，则必须改变腰部曲线，否则。,坐深应按小百分位群体设计，大的只要小腿的支持。,座面纵向太长, 椅面的前缘会妨碍小腿活动, 也无法有效地利用靠背, 但太短显然也不好, 座面应能保证臀部全部得到支撑, 一般以臀膝距的3/4为设计依据, 通常取45厘米左右.,人机工程学,39,4、其他参数 1）座深 工作椅的座深，比人体尺寸中的“3.9 坐深”明显小。 前者， 360390， 推荐值 380， 后者， 男50百分位数457 女50百分位数 433 即使非工作椅。实际上也宜“宁浅勿深”。 大沙发，常配加“腰枕”，,人机工程学,40,2）座宽 一般来说座宽宽些, 人坐着要舒服些, 但座椅的成本和占

20、有的空间增加, 显然座宽要满足臀部的宽度, 对于有扶手的座椅更是如此, 否则人便坐不下去. 设计座宽时, 要以臀部最宽的95%为依据, 一般为40厘米左右, 当然在成本和空间允许的情况下, 座宽是高于这个最低要求的. 剧场座椅的座宽、排椅的单人宽就必须考虑最大肩宽、坐姿两肘间宽了。,工作椅 370420， 推荐值 400 大于坐姿臀宽（男、女95百分位数为 355、382） 但小于最大肩宽、坐姿两肘间宽等人体尺寸（469、438和489、378）,人机工程学,41,宜 “3.5 坐姿肘高” 此尺寸的男、女10百分位数分别为 265、251。 可据以确定扶手高。 （尺寸修正量怎么取？） 国内市场

21、不少商品，此值偏高。引起“端肩”，不舒服。 但对老年人，扶手高点有利于扶着站起来。,3）扶手高 作用：支持手臂的重量，减轻肩部负担。,人机工程学,42,三、GB/T 14774-1993 工作座椅一般人类工效学要求的推荐值,工作座椅的主要参数图表。,人机工程学,43,人机工程学,44,人机工程学,45,问：中国办公桌的高度如何？知道吗？,我国： GB/T 3976 83 学校课桌椅功能尺寸 （1983-12-15发布， 1984-10-01实施） GB/T 1477496 工作座椅一般人类工效学要求 （1993-12-24批准， 1994-07-01实施）,人机工程学,46,一、 桌面高度 大

22、量测试研究表明应取 桌高 = 座高 + （3.1 坐高）/ 3 中国男子 50百分位数身高者 桌高 = 422 +（908/3）= 725 730 女 386 + （852/3）= 670 可见 与日本小原二郎等人研究得出的数据吻合。 我国传统的办公桌明显偏高。医学调查确实显示不良后果。 同学们使用的桌子如何？ （实际情况与国标有些出入）,3-5 办公桌的功能尺寸（桌椅配合）,人机工程学,47,桌面低了，中屉就不能太深，否则大腿在屉下受压，或根本放不进去。 （坐高）/3 = 桌面板厚 + 屉深 + 屉底板厚 + 坐姿大腿厚 + 衣着修正量 + 活动空间 303 = 20 + 屉深 + 10 +

23、 130 + （26）+ 30， 得到 中屉深 = 101100 所以新式办公桌的中间抽屉不可能像传统办公桌的那么深。,二、中屉深,人机工程学,48,本章分析桌椅设计中的人体尺寸和解剖学、生理学因素的应用方法较为典型。但实际上桌椅设计问题却不仅限于解剖学、生理学因素，有时心理及精神、社会因素更为关键，以至于座椅让人坐得舒适也许并非最为重要， 同学们能举出这样的例子吗？,人机工程学,49,特殊座椅,人机工程学,50,人机工程学,51,人机工程学,52,人机工程学,53,人机工程学,54,人机工程学,55,讨论： 试分析骑马坐姿和普通坐姿有何不同？,人机工程学,56,人机工程学,57,蚁椅THE

24、ANT CHAIR1951 设计师/DesignerArne Jacobsen 材料：榉树木，钢 这把椅子也是根据其类似蚂蚁的形状而得名的，虽然现在为了更稳定做成了四条腿，但最开始时是设计成三条腿。,人机工程学,58,蛋椅THE EGG CHAIR1958 设计师/DesignerArne Jacobsen 材料：聚亚安脂，铝，皮 这把椅子的椅身、后背和扶手是由一整块聚亚安脂制成，坐进去后整个身体被包在椅子里，感觉非常舒适,人机工程学,59,水滴椅THE DROP CHAIR1958 设计师/DesignerArne Jacobsen 材料：聚亚安脂，钢，皮 这把椅子是作为酒吧椅而设计的，它的椅身、后背同样是由一整块聚亚安脂制成,人机工程学,60,鹦鹉螺休闲座椅设计,人机工程学,61,街椅,人机工程学,62,板椅,还原是一种过程，是一种运动的状态。,详细尺寸：高：1300mm 宽：450mm 厚：40mm,人机工程学,63,人机工程学,64,人机工程学,65,人机工程学,66,人机工程学,67,人机工程学,68,人机工程学,69,人机工程学,70,人机工程学,71,人机工程学,72,人机工程学,73,人机工程学,74,作业： 1哪些人体结构尺寸对于汽车驾驶室的设计比较重要？为什么？ 2利用给出的中国人体测量统计数据，试提出火车卧铺座位尺寸的设计建议。,