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1、 安全人机工程课程设计专 业 安全工程 姓 名 学 号 课程名称 安全人机工程 指导教师 市政与环境工程学院2014年12月22日课程设计任务书学院： 市政与环境工程学院 班级： 专业： 学生姓名（学 号）课程设计名称安全人机工程课程设计设计课题电脑桌新型人机工程学设计设计时间自 2014 年 12 月 22 日至 2014 年 12 月 28 日 共 1 周课程设计的目的课程设计是理论和实践相结合的重要环节，也是培养学生实际动手能力的有效途径。通过本次课程设计，使学生能更加系统掌握安全人机工程学的原理、方法和内容，通过对某一具体的人机系统的分析评价和改进设计，提高人机工程学知识的应用能力，培
2、养学生对人机实际问题的独立思考和解决的能力，形成较为系统和科学的思维体系，为以后专业工作和设计打下良好的基础课程设计的内容1调查课程的现状、呈现的特征、存在的问题并指出研究的意义和目的。2存在问题的分析以及评价过程与结论（运用人机工程有关理论，结合安全系统分析评价的方法丢问题的原因进行比较深入的分析，并就现状分析的结果做出评价，并得出结论等）。3对存在问题的改进措施和设计（包括改进设计的依据、原理、思路、实施方案和步骤等）。4本次设计的水平，存在的问题等总结。课程设计要求1每位同学独立完成一个课题，课题可从参考课题中选择，鼓励同学们自己做自选课题（自选课题要与本课程设计紧密联系，源自实际应用，
3、且须经指导老师审核和确认方可有效）。2.课题原始资料必须来自实际，要经过现场测绘，准确和可靠。同学们可以通过现场实测、调查、问卷和查阅有关资料记录等形式来收集。3课程设计的内容要求：理论有理有据，评价分析合理和透彻，结论可靠正确，设计大胆合理，充分体现以人为本的人机学原理。4格式及其他要求参看课程设计指导书。1前言11.1发展历史11.2研究意义1 2 学生电脑桌设计分析22. 1键盘托板的合理设计22. 2 电脑作业时肘部支撑的设计32. 3人眼与视屏的距离分析32. 4桌面的高度尺寸分析42. 6 材料选择和色彩设计62. 6. 1 材料选择62. 6. 2 色彩设计63 讨论74 结语8
4、电脑桌新型人机工程学设计1前言 随着电脑的普及和互联网的兴起, 电脑的使用也开始全面影响和改变人们的生活和工作, 特别是对大学生这个群体来说, 电脑已成为他们日常学习中不可缺少的工具。然而, 他们在使用电脑的同时却往往忽略了由于电脑桌设计不当所带来的健康问题。一款好的电脑桌能让使用者更舒适, 更方便地使用电脑, 同时也可以避免许多健康问题。事实是, 当前大学生所使用的大部分电脑桌在尺寸、结构、功能、造型、色彩等诸多方面存在问题, 影响了学生的身心发展, 长期不当的使用甚至会带来一些生理性的伤害。通过对大学生现有的电脑桌以及电脑的尺寸进行详细的调查, 分析并研究了现有产品存在的优、缺点, 以及在
5、使用过程中存在的问题, 同时根据大学生的生理特点、心理特点及使用特点,从人机工程学的角度计算出适合他们使用的电脑桌相关功能尺寸, 为大学生电脑桌的设计提供参考。1.1发展历史 科技的发展，让电脑从地上慢慢的变到了桌子上，不仅是量的改变，更是质的飞跃，我们学习过刚刚发明的电脑能占据两间房子的空间，再来看看我们现在的电脑，无论是台式的还是便携式的，都是生产技术的革新成果，同时，承载电脑的电脑桌也随着电脑的发展而快速发展。根据上面的介绍，我们知道电脑起步的时候是体积巨大的，根本不需要电脑桌，可是慢慢发展成为体积小、质量轻的产品，这时候就需要桌子来供其使用。从一开始，借助其他平台的充当电脑桌的角色起，
6、它并没有一个特定的名字和说法，只是用其他的桌子来替代，慢慢的人们认识到了电脑桌的重要性，开始为电脑全身打造这类桌子。有专门存放电脑的主机的地方和显示屏的地方，这种变革渐渐的让电脑在各类桌子中脱颖而出，独树一帜。1.2研究意义 随着科技的快速发展，人们越来越离不开电脑的使用，这就意味着电脑桌的需求也越来越多了。但是人们在工作过程时多电脑桌的要求也在提高舒适的工作环境对工作的影响可想而知；这就体现出了对于符合人机工程学的电脑桌设计更加突出。对于人体舒适的电脑桌对于人们工作带来了方便，不仅仅是给人们带来了舒畅的心情更是提高了人们工作的效率。合适的电脑桌让人们用起来感到轻松和愉悦不会跟人们身体造成负面
7、影响。因此对于电脑桌的人机工程学设计具有重要的意义。2 学生电脑桌设计分析 从孩子出生起到18 岁, 如果按年龄段划分可分为学龄前( 0 6 岁) 、小学( 6 12 岁) 和中学( 12 18 岁) 3 个年龄段。电脑对于未成年人主要是用来学习和娱乐的, 学龄前儿童不是很适宜用电脑, 这个年龄段的消费群体较小, 所以这里讨论的主要是消费市场大而又被忽视的中小学生电脑桌。中小学生有其特殊的生理特征( 主要指身体尺度方面) 和心理特征。中小学生电脑桌是供中小学生使用的, 在其尺度、功能、造型及色彩装饰设计等方面都必须以相应年龄段中小学生的考虑其心理与生理的需求为依据, 甚至要与中小学生房室内的各
8、种陈设相配套。中小学生电脑桌在满足基本使用功能的基础上, 还有卫生学上的要求, 要适合就座儿童的身材, 可提供良好的坐姿, 减少疲劳, 不妨碍儿童的正常生长发育, 保护视力。所以, 设计师应该量体裁衣, 以人为本 ,从人体工程学的角度出发, 设计中小学生用的电脑桌【1】。2. 1键盘托板的合理设计 操作键盘时的高度( 即作业面的高度)是影响人体坐姿的重要因素。过高或过低都不利健康。所以面对不同的使用者，要保证让每个人都有一个合适的高度，则应将键盘托板设计成可以在一定范围内调节, 可调范围依人体尺寸而定.且调节的最低限度要保证托板底面与椅座面之间有大于170mm的空隙，以保证下肢能自由活动。从人
9、体工程分析，一般情况下在电脑作业时，小臂保持水平或稍向下倾的姿势最佳。查表 可知保持水平的肘高为201312之间，为不与最小下肢活动空间冲突，可设计托板高度在190312之间可调。另外，应把鼠操作设计在与键盘操作同一水平上，因此要保证键盘有一个合理的面积，以充分放下鼠标。2. 2 电脑作业时肘部支撑的设计 人在电脑操作时(即操作键盘和鼠标)手臂因操作而离开了椅子的扶手，这时人的上肢必然要寻找新的支撑点或是一个依托，一方面配合椅子支撑人的躯干，另一方面是支撑手和前臂从而减轻手腕，颈，肩，腰部的肌肉疲劳，疼痛和劳损，使电脑操作能够长时间的稳定进行，所以务必设计合理的支撑面。近几年来，有一种按人体工
10、程学原理设计的带有支肘板(折叠式或推拉式)的桌面结构新技术,在市场面市。可以借鉴到电脑桌作业支撑的设计上，装在托板上，这种设计是当把左右两块支肘板打开时，矩型托板靠近人体的一侧就变成了凹结构，即两端( 支肘板)凸出( 处于人的腰部两侧) 中间凹进。人的腰部可以宽松地进入凹入部位，此时上臂放松地处于人体两侧的自然悬垂位置。两肘（即前臂) 支撑在支肘板上，处于水平或稍向下斜的位置，保证肘部合理可靠的支撑，从而使身体有关部位的肌肉都可以感到放松，既减少了颈肩腕综合症的发生，又避免了弯腰驼背。但该种支撑设计，在实际使用中存在着给人带来不便的缺点，即它会防碍人的坐姿及操作姿势的变换，使人感到不舒适。主要
11、原因是为保证可靠支撑，左右肢支板一般是紧固在托板上的，作业时不能随人的移动在方向上微调，所以该种设计有待进一步完善。随着科技的进步，人会设计制作出可随人的动态作业而自动作相应微调的支肘板。 另外，我们可以考虑对扶手进行改进设计，从而使其起到支肘板的作用。在国标中，座椅的扶手也是以人体肘高为设计依据，一般设计成200250之间，这与键盘托板设计高度是相吻合的。所以我们可以考虑把扶手设计成可折叠式可推拉式。在作业时，拉出一段距离或拆开成较大面积的面以符合作业时肘部支撑要求。前面提到座椅扶手的设计可以在方向上微调，所以以它为基础设计出的扶手支撑面也能随人体坐姿变化而具微调性，从而设计出的支肘板具有很
12、好的拟人性，使人感到方便舒适。2. 3人眼与视屏的距离分析 人眼与视屏应保持一定距离, 以保证不受电子射线的伤害, 屏面的大小在水平方向和垂直方向与人眼成不大于300的夹角, 而人在坐姿时自然视线与水平视线成向下150夹角为理想视角。以17 英寸显示屏为例, 屏幕边长约为305mm, 此时的视距最小为305 /2tan150569mm。屏幕越大视距应越远,一般情况下取为600 700mm。为了保证儿童的视力不受到伤害, 人眼与视屏的距离要尽量保持在650mm 以上, 这样才不会因为经常进行电脑的操作而影响到孩子的视力【2】。2. 4桌面的高度尺寸分析显示器一般都放在桌面的上, 所以显示器的放置
13、就决定了桌面高度。从人体工程学角度分析, 显示器的最佳位置摆放高度应是他它的上沿不高于人坐姿时眼睛的水平视线, 图1 人体垂直坐姿与电脑桌关系它的中心应在水平视线以下15 20,见图1，即显示器的上缘或屏幕文字最上端应与人的水平视线等高或略低, 过高时要不时仰头，使颈部伸展; 而过低时又要颈部倾斜而加大了曲颈力矩, 使人在相同时间内更易疲劳, 并引起颈部不适。最合适的桌面高度应该是: 桌面高度= 坐姿眼距地高+ 着装修正- 姿势修正- 屏幕边长- 屏幕下部边框厚度, 见图2。图2 不同年龄阶段男女身高统计 下面将介绍不同年龄的学生坐姿高的取值以及对应的桌面高度的取值。本文设计的学生电脑桌主要是
14、针对6 18 岁年龄阶段的孩子, 电脑桌的尺寸取值将采取先计算最小值和最大值, 然后取中间范围值的方法计算, 即先计算6 岁儿童的身体尺寸对应的电脑桌高度, 再计算18 岁学生的身体尺寸对应的电脑桌高度, 得出范围值, 在此值内可进行高度的可调节。由图2 可知, 6 岁儿童的平均身高在1100 1200mm( 1987年数据) 之间, 而当前儿童身高普遍比20 年前长高了6cm, 取1200mm, 一般坐姿眼距地高与身高的比例关系为: n= 0.7【3】,即6 岁儿童的一般坐姿眼距地高为1200mm0.7= 840mm,取功能修正值, 着装修正取为3mm, 放松坐姿时眼高修正值取为20mm。若
15、采用17 英寸显示屏, 取显示屏幕下部边框的厚度大约在100mm 左右, 所以桌面高度= 840- 305+ 3- 20 -100= 418mm, 取整为420mm。而对于18 岁学生的坐姿眼距地高则取成人值计算( 放松修正值取30mm) , 表2 给出我国成年男女坐姿时人眼的高度, 根据上公式男性从第5 百分位到95 百分位, 桌面的高度范围为700 863mm; 女性从第5 百分位到第95 百分位桌面高度范围为605 757mm。取上限时按照平均原则, 以男性第90 百分位的眼高为依据, 则大约桌面的高度为830mm。故桌面高度的范围应该为420 830 mm, 而中小学生身高与电脑桌桌面
16、高度对应曲线为H1= 0. 7 H0-420( H1为桌面高, H0 为身高) , 依照此拟合曲线, 结合不同年龄段50 百分位对应的学生身高数据, 对中小学生高度可调电脑桌进行设计将更加符合学生生理成长规律, 进而实现人性化设计见表1。2. 5电脑桌桌面深度分析 桌面要保证一定的深度, 以保证最小视距,避免视距过短, 引起近视【4】。通常, 距显示器最大阅读距离为710mm 760mm 可以保护眼睛不受电子射线伤害。考虑到大学生使用的电脑桌也是他们的学习桌, 而学习桌又常常和书架连在一起, 所以桌面进深+ 书柜宽度- 显示器进深+托盘拉出进深+ 对手腕起支撑作用的前臂长=人眼与屏幕之间距离,
17、 这里显示器进深为215mm, 托盘拉出进深为280mm, 书柜深度取300mm【5】 , 即对男性电脑桌, 桌面进深在708mm和758mm 之间, 对女性电脑桌, 桌面进深在732mm 到785mm 之间。当然, 桌面进深会随着显示器尺寸的变大而变大。2. 6 材料选择和色彩设计2. 6. 1 材料选择 对于中小学生家具基材和装饰材料主要使用环保、无毒、无污染的绿色材料。家具基材尽量选择以天然实木为主, 如目前市场多选用松木为制造儿童家具材料。人造板等材料不可避免地会释放有害气体, 并且释放期会长达数年, 应尽量少用。尽量避免使用玻璃、陶瓷等材料, 这些易碎材料很容易伤害儿童, 特殊需要可
18、以用有机玻璃代替普通玻璃。2. 6. 2 色彩设计 色彩对学生良好生活环境的营造是至关重要的, 甚至会影响其性格的形成。每一种色彩都具有其自身的性格。学生家具应与其天真、活泼的天性相匹配, 应使色彩及其调和的平衡点更多地具有这种心理语义, 可采用较高明度绚丽的清色, 并予以适当的对比度。中小学生喜好纯色, 较艳丽的色彩, 较高明度和彩度的色彩能引起他们的注意, 不同颜色可以刺激其视觉神经, 提高中小学生的创造力。但要注意保持色彩协调、柔和、明快、淡雅, 涂料禁忌高光、不要过度刺激, 以免造成目眩,产生视觉疲劳【6】。3 讨论 对于大学生而言, 电脑桌不仅是用来摆放电脑、操作电脑的, 同时也是他
19、们进行学习的学习桌, 由于学习的需要, 很多人都是长时间地坐在电脑前, 久而久之, 便出现了很多健康问题, 因此, 一款设计合理、使用方便、适合人体尺寸的电脑桌便成了使用者及设计者关注的问题。从前面的调查与分析, 可以看出当前大学生电脑桌主要存在以下不足: ( 1)电脑桌的尺寸不合理, 主要在于电脑桌桌面高度和键盘、鼠标的操作面高度过高, 当长期使用过高的操作面时,必然使肩、臂及手部肌肉承受静负荷, 因此, 理想的作业面高度应使臂部自然下垂, 小臂接近水平或略下斜, 避免小臂上举的状况发生。( 2)电脑桌的功能比较单一, 特别是没有考虑到大学生使用的电脑桌既是用来操作电脑, 也是他们平常用来阅
20、读、写字等学习活动的学习桌, 同时还是他们摆放日常用品的桌子, 因此, 电脑桌的多功能化也是一个发展方向。( 3 )电脑桌的结构不合理, 大学生的居住空间比较拥挤, 通过巧妙的结构设计合理安排主机、打印机、插排以及电源线等设备也显得非常重要; ( 4)电脑桌的造型过于呆板, 不符合年轻人的审美观; ( 5)电脑桌的材质与色彩与室内环境不够协调等等。基于人机工程学的电脑桌设计, 就是要以人为本, 将工作的效率、人的健康、安全与舒适等问题统一考虑。本设计针对的使用者是大学生这个群体, 尽可能使设计的产品适合他们的使用,而非人适合物品的使用, 这就需要在基本的人机分析的基础上进行创新性的设计, 将人
21、机工程学与产品的功能、形态、结构等因素统筹考虑, 这样设计的产品才能更加体现人性化的本质要求。由于男性、女性人体尺寸的差异, 以及心理特征的不同, 建议把大学生使用的电脑桌在尺寸上分成适合男性用的电脑桌和适合女性用的电脑桌, 所选用的尺寸即为前面基于人机学分析得出的各项尺寸, 这样会让使用者使用起来更加舒服。而除了关注电脑桌的尺寸和功能外, 也需要考虑不同性别有不同的喜好以及不同产品的造型与色彩是否与室内环境相协调, 是否体现大学生的个性等方面。因此, 仅具有单一使用功能的电脑桌肯定不会满足人们的需求, 具有装饰性,富有个性化的电脑桌会受到越来越多人的欢迎。当然, 随着社会的发展, 使用笔记本
22、电脑、尺寸越来越大的显示器的情况也会越来越多, 这些因素的变化都会影响到电脑桌的尺寸、结构、功能等方面的变化, 而审美观念的转变也会影响到其形态与色彩的改变, 这些变化都给我们提供了更广阔的设计空间。4 结语 总之, 人机工程学核心在于以人为本, 我们在进行产品设计时, 不仅要满足人的生理需求, 还要考虑人的心理需求, 只有这样, 才能减轻人们工作时的疲劳感, 提高工作效率, 予人以舒适感。参考文献： 1 陈汉青,吕杰锋.数码设计艺术 M .北京:人民美术出版社,2004. 2 李砚祖.产品设计艺术 M.北京:中国人民大学出版社,2005. 3章利国.现代设计美学 M.郑州:河南美术出版社,1999. 4 曹云飞,段海燕,穆亚平.基于人机工程学学生电脑桌设计 J.包装工程,2008, 29( 9): 123-125 5 阮宝湘,邵祥华.工业设计人机工程学M .北京:机械工业出版社, 2005: 191- 194 6 江湘芸.设计材料及加工工艺 M .北京: 北京理工大学出版社,2003.8