人因工程第四工作地設(shè)計(jì)課件

1、第四章工作地設(shè)計(jì)本章學(xué)習(xí)目的了解工作地設(shè)計(jì)的一般要求初步掌握工作面高度設(shè)計(jì)初步掌握活動空間設(shè)計(jì)初步掌握座椅設(shè)計(jì)4.1 工作地設(shè)計(jì)的一般要求工作地設(shè)計(jì)的重要性工作地設(shè)計(jì)中需要考慮的因素4.1.1 工作地設(shè)計(jì)的重要性工作地設(shè)計(jì)的內(nèi)容工作地設(shè)計(jì)對人身體的影響工作地設(shè)計(jì)對工作效率的影響工作地設(shè)計(jì)的內(nèi)容工作地設(shè)計(jì)是指根據(jù)人的操作活動要求，對機(jī)器、設(shè)備、工具、被加工對象等進(jìn)行合理的布局和安排，以達(dá)到操作安全可靠、舒適方便、提高工作效率等目的。工作地設(shè)計(jì)包括工作面高度設(shè)計(jì)、活動空間設(shè)計(jì)、座椅設(shè)計(jì)等多方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，涵蓋了生理學(xué)、心理學(xué)、人體測量學(xué)等多學(xué)科背景知識，是生產(chǎn)管理、生產(chǎn)組織和工藝設(shè)計(jì)人員的重要任務(wù)

2、。工作地設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn)在人，也就是說，工作設(shè)計(jì)必須充分考慮操作者的條件和需要，最終為操作者創(chuàng)造安全而高效的作業(yè)條件和工作環(huán)境。工作地設(shè)計(jì)對人身體的影響優(yōu)良的工作地設(shè)計(jì)不僅能減少操作者工作時肌肉與骨骼的不適感，而且能夠降低工作疲勞程度以及體能的消耗，使操作者處于人-機(jī)-環(huán)境三者和諧相處的狀態(tài)之中。反之，不良的工作地設(shè)計(jì)則可能帶來一定的負(fù)面作用，輕則造成諸如頸部、肩部、背部、腿部等身體各部位肌肉的不適或疼痛；重則導(dǎo)致安全事故，對生命造成嚴(yán)重危害。工作地設(shè)計(jì)對工作效率的影響工作地設(shè)計(jì)的優(yōu)劣影響生產(chǎn)和工作效率的關(guān)鍵因素，它對操作者工作時的反應(yīng)速度、操作難易程度、工作適應(yīng)程度以及心理壓力的承受能力等都會造

3、成影響。一般來說，優(yōu)良的工作地設(shè)計(jì)可使工作人員更加舒適便捷地工作，有利于幫助工作人員降低心理上對工作的厭惡感與抵觸情緒，提高工作人員對工作的專注與投入程度，增強(qiáng)工作的積極性和主動性，其結(jié)果是提高工作效率。4.1.2 工作地設(shè)計(jì)中需要考慮的因素作業(yè)特點(diǎn)人體尺寸個體差異工作姿勢維修活動4.2 工作面高度設(shè)計(jì)站立時工作面高度坐姿時的工作面高度可變的工作臺面高度設(shè)計(jì)4.2.1 站立時工作面高度站立工作時高度設(shè)計(jì)的基本原則精密作業(yè)的工作高度一般作業(yè)的工作高度重荷作業(yè)的工作高度中國成年男女站姿工作面高度推薦值站立工作時高度設(shè)計(jì)的基本原則一般來說, 人站立工作時較舒適的工作高度應(yīng)該是比站立時的肘高（當(dāng)肘彎曲

4、恰當(dāng)?shù)慕嵌葧r，沿著上臂垂直線從地面到肘下平面的距離被稱為肘高）低5-10厘米。從人體結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)角度看，操作者在工作時，最好能使上臂自然地下垂，前臂接近水平或稍微向下傾斜地放在工作面上。精密作業(yè)的工作高度對于精密的操作，例如繪圖，書寫，精密裝配等工作，推薦的工作高度大約是高于肘高510厘米。因?yàn)閺氖逻@類作業(yè)時，往往需要提供對肘的支撐來幫助減少背部肌肉的靜態(tài)載荷以及需要使操作對象處于較易觀察的視距范圍內(nèi)。一般作業(yè)的工作高度在一般的手工工作中，操作者經(jīng)常需要一定空間放置工具，材料和各種樣式的容器，對此，推薦高度為低于肘高1015厘米。重荷作業(yè)的工作高度如果工作中需要強(qiáng)度很大的勞動，需要身體上半部

5、分的力量對作業(yè)提供支撐，簡單地說，就是需要手臂發(fā)揮力量，例如樹木砍伐或者繁重的裝配工作，那么工作臺的高度就必須低一些。比較適當(dāng)?shù)母叨仁堑陀谥飧?530厘米，甚至更低些。站立時工作高度的示意圖參考線+20cm+10cm0肘高-10cm-20cm-30cm中國成年男女站姿工作面高度推薦值 作業(yè)性質(zhì)男性女性精密作業(yè)100-11590-105一般作業(yè)90-10580-95重荷作業(yè)80-9070-854.2.2 坐姿時的工作面高度坐著工作時高度設(shè)計(jì)的基本原則 不同工作特性的高度 座椅與辦公桌高度的協(xié)調(diào)坐著工作時高度設(shè)計(jì)的基本原則坐姿時的工作高度的設(shè)計(jì)也需要參照人體的肘高。坐姿的工作高度設(shè)計(jì)比站姿時要復(fù)雜

6、，往往還需要考慮座椅座凳的高度以及人體腿部尺寸等因素。坐姿時，根據(jù)一般操作者的舒適習(xí)慣，其腿部和腳部應(yīng)該留有足夠的自由活動空間，使得兩腿能夠毫無困難的伸展與交叉，這樣有利于改善久坐后雙腿的血液循環(huán)，因此設(shè)計(jì)時必須考慮工作臺面的厚度和操作者腿部的尺寸。一般來說，坐姿作業(yè)時，腿的最小活動空間應(yīng)為人的第95百分位臀部寬度值，最小深度應(yīng)為人的第95百分位膝臀間距值。在設(shè)計(jì)時，臺下腿腳的空間至少需要有68厘米寬（在膝蓋的水平面上，不應(yīng)該少于60厘米，而且在腳的水平面上，不應(yīng)該少于80厘米），69厘米高。中國成年男女坐姿工作面高度推薦值作業(yè)性質(zhì)男性女性精密作業(yè)75-8070-75一般作業(yè)60-6555-6

7、0重荷作業(yè)40-5535-50座椅與辦公桌高度的協(xié)調(diào)當(dāng)辦公人員坐著辦公時, 最重要的設(shè)計(jì)尺寸是工作桌面與座椅座面間的距離，即座椅辦公桌高度，而不是座椅或辦公桌單方面的高度。Grandjean在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，對西方人來說，一般的辦公室工作人員比較喜歡的座椅辦公桌高度是27-30厘米。 即對應(yīng)于75厘米高的辦公室桌, 座椅的合適高度為45厘米左右。4.2.3 可變的工作面高度設(shè)計(jì)可變的工作面高度設(shè)計(jì)的意義坐姿與立姿的交替工作臺面的傾斜度可調(diào)節(jié)的工作臺面可變工作高度設(shè)計(jì)的意義可變的工作高度設(shè)計(jì)不僅可以擴(kuò)大操作人群的適用范圍，使得機(jī)器設(shè)備等更符合各種不同偏好需求與不同形體尺寸的工作者，便于操作人群按

8、照自己的工作方式進(jìn)行工作，譬如選擇采取坐姿或者立姿工作，還有利于操作者的身體健康，減少了操作者操作時由于人-機(jī)匹配的問題而導(dǎo)致的身體各部位的疼痛與疾病，同樣也能使工作效率得以較大的改進(jìn)。坐姿與立姿的交替從生理學(xué)和人體測量學(xué)角度來講，允許工作者根據(jù)自身特點(diǎn)和要求選擇坐姿、立姿交替進(jìn)行的工作空間應(yīng)該受到強(qiáng)烈的推薦。原因在于，長時間保持一種姿勢進(jìn)行操作是有害的。如果坐著工作，盡管會比站著工作時腿部負(fù)荷減少，使人的疲勞程度和體能消耗降低，但另一方面，由于人的運(yùn)動量太小會導(dǎo)致很多的疼痛和職業(yè)病，而站立和運(yùn)動時，這些疼痛和疾病卻會消除。站著和坐著會使不同的肌肉產(chǎn)生不同的負(fù)荷，因此每次站坐的交替都會使一些肌

9、肉放松，使另外一些肌肉緊張。采取坐姿與立姿交替應(yīng)該符合以下條件 經(jīng)常需要完成前伸超過41cm或高于工作面15cm的重復(fù)操作。如果不考慮人體可及范圍和靜負(fù)荷疲勞的特點(diǎn)，可取坐姿作業(yè)；但如果考慮人的特點(diǎn)，應(yīng)選擇坐、立姿交替進(jìn)行工作。對于復(fù)合作業(yè)，有的適合坐姿操作，有的則適宜立姿操作，但從優(yōu)化人機(jī)系統(tǒng)的角度考慮，最好取坐、立姿交替的方式。在設(shè)計(jì)坐姿與立姿可交替的工作面時, 工作面的高度應(yīng)以站立時的工作高度為準(zhǔn), 而為坐姿工作時提供較高的座椅, 座椅高以75-95厘米為宜, 同時一定要提供較高的腳踏板, 使人坐著工作時腳部有休息的地方, 否則人們很難持久工作。工作面的傾斜度研究發(fā)現(xiàn)，傾斜工作臺會導(dǎo)致更

10、直立的坐姿，也會減少肌肉電流的波動，導(dǎo)致更少的疼痛和不適。閱讀材料應(yīng)該放置在傾斜的臺面上，而書寫用紙應(yīng)該放置在水平的臺面上。被放置在水平臺面上單獨(dú)的傾斜臺面可以用來使原來臺面變得傾斜，但是當(dāng)傾斜度大于10時經(jīng)常會使紙筆滑落。作為一般原則，傾斜的工作臺面相比水平的工作臺面無論是從改善坐姿的角度還是從利于觀察的角度看都有所改進(jìn)。但傾斜的工作臺面也有一些遺憾，那就是傾斜的工作臺面容易使擱置的物品滑落?？烧{(diào)節(jié)的工作面實(shí)例 4.3 活動空間設(shè)計(jì)垂直面工作空間 水平面工作空間 個人的社會心理空間 4.3.1 垂直面工作空間最大靜止摸高最大抓握高度 垂直面上抓握范圍 垂直空間的劃分與工作特性最大靜止摸高最大

11、靜止摸高是指人的手能夠達(dá)到的最大高度，即最大靜止摸高，它與人的身高是成比例的。泰柏格(Thiberg)利用回歸分析方法計(jì)算出最大靜止摸高與身高具有以下線性關(guān)系： 最大靜止摸高=1.24身高 若身高為170厘米, 則最大靜止摸高為211厘米。 應(yīng)該指出, 這只是一個一般結(jié)論, 不能排除有的人手相對于他的身高特別長或特別短的情形。 站立時最大靜止摸高和最大抓握高度 百分位最大靜止摸高（毫米）抓握高度（毫米）男性高9523932260矮520731958女性高9522172094矮519141808垂直面上抓握范圍垂直面上抓握范圍通常根據(jù)手臂保持抓握狀態(tài)時在垂直面掃過弧的半徑來確定。決定性的因素是操

12、作者肩膀關(guān)節(jié)的位置和從該關(guān)節(jié)到手心的距離。其中，最大抓握高度是垂直面上抓握范圍的特殊情形。根據(jù)歐美人體的測量數(shù)據(jù), 垂直面上觸及（即是從肩膀關(guān)節(jié)到手尖的距離）范圍在半徑大約為73厘米(男性)/ 67厘米(女性)的扇形區(qū)域內(nèi)，再減去相應(yīng)的手指的長度，即是垂直面上的抓握范圍。坐姿抓握尺度范圍 垂直空間的劃分與工作特性操作者在垂直方向的作業(yè)空間可以大致劃分為五個區(qū)間0-50厘米高度區(qū)間50-70厘米高度區(qū)間70-160厘米高度區(qū)間160-180厘米高度區(qū)間180厘米以上高度區(qū)間4.3.2 水平面工作空間工作臺面上的水平抓握巴恩斯法工作臺面上的水平抓握對于正常抓握或操作范圍，作業(yè)者應(yīng)能在小臂正常放置而

13、上臂處于自然懸垂?fàn)顟B(tài)下舒適地操作；對于最大抓握范圍，應(yīng)使在臂部伸展?fàn)顟B(tài)下能夠操作，且這種作業(yè)狀態(tài)不宜持續(xù)很久。作業(yè)時，由于肘部也在移動，小臂的運(yùn)動與之相關(guān)聯(lián)，考慮到這一點(diǎn)，則實(shí)際水平抓握范圍小于上述范圍。水平作業(yè)面的抓握正常范圍和最大范圍巴恩斯法操作研究和動作研究權(quán)威巴恩斯于1949年根據(jù)美國人體測量數(shù)據(jù)繪制出的水平面工作區(qū)域如圖4-4所示。圖中最外側(cè)的虛線半圓為最大工作區(qū)域；細(xì)實(shí)線半圓為正常工作區(qū)域。由圖可知，最大工作區(qū)域是以肩峰點(diǎn)為軸，上肢完全伸直作回轉(zhuǎn)運(yùn)動時所包括的范圍；正常工作區(qū)域是上臂靠近身體、曲肘，前臂平伸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動所包括的范圍。4.3.3 個人的社會心理空間個人社會心理空間的研究

14、意義個人心理空間個人領(lǐng)域個人社會心理空間的研究意義當(dāng)多個作業(yè)者在總體作業(yè)空間操作時，作業(yè)者不僅與機(jī)器設(shè)備發(fā)生聯(lián)系，還和總體空間內(nèi)其他人存在社會性聯(lián)系。操作者對工作空間的要求因此還受社會和心理因素的影響。人的心理空間要求往往大于操作的物理空間要求。當(dāng)個人的社會心理空間受到限制時，個人會產(chǎn)生不愉快的消極反應(yīng)或回避反應(yīng)。個人心理空間 表4-6 個人心理空間的分區(qū)及其說明 （單位：厘米）區(qū)域名稱和狀態(tài)距離說明親密距離指與他人身體密切接近的距離接近狀態(tài)015指親密者之間的愛撫、安慰、保護(hù)、接觸等交流的距離正常狀態(tài)1545指頭、腳部互不相碰，但手能相握或接觸對方的距離個人距離指與朋友、同事之間交往時所保持

15、的距離接近狀態(tài)4575指允許熟人進(jìn)入而不發(fā)生為難、躲避的距離正常狀態(tài)75120指兩人相對而立，指尖剛剛相接觸的距離，即正常社交區(qū)社會距離參加社會活動時所保持的距離接近狀態(tài)120210一起工作時的距離，上級向下級或秘書說話時保持的距離正常狀態(tài)210360業(yè)務(wù)接觸的通行距離，正式會談，禮儀等多按此進(jìn)行公共距離指在演說、演出等公共場合所保持的距離接近狀態(tài)360750指必須提高聲音說話，能看清對方的活動距離正常狀態(tài)750以上指已分不清表情、聲音的細(xì)微部分，要用夸張的手勢，大聲疾呼才能交流的距離個人領(lǐng)域 與個人心理空間相類似，個人領(lǐng)域也是一種涉及人對社會空間要求的行為規(guī)則。它與個人心理空間的區(qū)別在于領(lǐng)域

16、的位置是固定的，而不是隨身體位置的改變而發(fā)生移動的，其邊界通常是可見的，具有可被識別的標(biāo)記。一般地說，滿足人的個人領(lǐng)域要求，可通過降低人的密度，增加個人的可用空間加以解決，但是在很多情況下，上述辦法行不通，此時可通過設(shè)置固定標(biāo)志來滿足入的領(lǐng)域要求。4.4 座椅設(shè)計(jì)座椅的重要性座椅的優(yōu)缺點(diǎn)座椅設(shè)計(jì)的一般原則座椅主要部分的設(shè)計(jì)要求座椅的重要性坐姿是與舒適密切相關(guān)的。在生產(chǎn)力不發(fā)達(dá)，座椅不普遍的古代，座椅具有特別的象征意義，它的起源是身份的象征，只有當(dāng)時的首領(lǐng)才有權(quán)利制造和使用（例如英語中主席是Chairman，直譯為坐椅子的人）。座椅的大小和裝飾也成為地位的象征。座椅之所以重要的另一方面的原因在于

17、其功能。坐姿工作相對于其他工作方式，可以大大減輕人們的疲勞程度, 提高勞動生產(chǎn)效率。如今，隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，許多傳統(tǒng)的體力勞動工作正在被腦力勞動工作所代替，采取坐姿工作的人員數(shù)量的急驟增加。大多數(shù)辦公室工作人員、腦力勞動者、部分體力勞動者都需要座椅進(jìn)行工作，座椅的應(yīng)用程度愈來愈廣。 座椅的優(yōu)缺點(diǎn)座椅的優(yōu)點(diǎn)：消除了腿部的載重負(fù)荷。身體循環(huán)系統(tǒng)的需求減少，降低了能量的消耗。采取坐姿工作能更好完成比較精確和精細(xì)的操作。座椅的局限與缺點(diǎn)：坐姿工作使肢體運(yùn)動量大大地減少，長期保持坐姿使人的腹肌松馳,行動變得遲緩, 也影響到人的消化和呼吸功能。但最常見的問題是由于長期不運(yùn)動而帶來的肌骨疼痛和疾病。坐

18、姿辦公人員對身體部位疼痛的抱怨身體疼痛部位所占百分比(%)頭疼14脖子疼或肩膀疼24腰疼56大腿疼19膝蓋和小腿疼29站姿到坐姿時的脊椎變化 座椅設(shè)計(jì)的一般原則座椅的設(shè)計(jì)尺寸應(yīng)與使用者的人體尺寸相適應(yīng)。因此在設(shè)計(jì)上首先要明確座椅的使用對象。要把使用者群體的人體尺寸測量數(shù)據(jù)作為確定座椅設(shè)計(jì)參數(shù)的重要依據(jù)。座椅設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能使使用者保持自然的坐姿。因此，座椅設(shè)計(jì)應(yīng)符合人體生物學(xué)原理。座椅的結(jié)構(gòu)與形態(tài)要有利于人體重力的合理分布和有利于減輕背部與脊柱的疲勞與變形，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給予腰部以充分的支撐，使脊柱接近于正常自然彎曲狀態(tài)，并且要使使用者必要時可以在座位上不時變換自己的坐姿。座椅必須設(shè)計(jì)得堅(jiān)實(shí)、安

19、全。一般情況下，座椅必須既便于移動又不會導(dǎo)致翻傾滑倒。工作座椅的設(shè)計(jì)要與工作臺面的設(shè)計(jì)結(jié)合起來考慮，特別是座位高度應(yīng)與工作臺高度相匹配。特殊操作環(huán)境下，還必須考慮整個工作空間的環(huán)境因素。座椅主要部分的設(shè)計(jì)要求：座椅椅面高度椅面高度應(yīng)使就坐者大腿近似水平，小腿自然垂直，腳掌平放在地面上，既保證不因椅面過高而使大腿肌肉受壓，又保證不因椅面過低而增加背部肌肉負(fù)荷。因此，椅面高度應(yīng)以小腿加足高的第5百分位數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 座椅因用途不同，椅面高度要求也不同。工作椅的高度應(yīng)使操作者的雙足能平放在地面上，而休息用椅應(yīng)使就坐者的腿能向前伸，使大、小腿的肌肉和關(guān)節(jié)可以放松。因此，對于休息用椅，可取380-450

20、mm；而對于工作用椅，可取400-480 mm，而且工作座椅的高度應(yīng)為可調(diào)的，使其與工作面高度保持適宜的高度差。辦公用椅的調(diào)節(jié)范圍為330-530 mm。座椅主要部分的設(shè)計(jì)要求：座椅寬度在空間允許的條件下，以寬為好，以方便就坐者變換姿勢。通常以女性臀寬尺寸的第95百分位數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足最寬人體的需要。一般可取400-450 mm。對于扶手椅應(yīng)不小于500 mm。座椅主要部分的設(shè)計(jì)要求：座椅深度椅面深度指椅面的前后距離，其尺寸應(yīng)滿足三個條件：a) 使臀部得到充分支持，b) 使腰部得到靠背的支持，c) 椅面前緣與小腿之間留有適當(dāng)距離，以保證大腿肌肉不受擠壓，小腿可以自由活動。因此椅面深度不宜過深

21、，應(yīng)以臀膝距測量的第5百分位數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常工作椅可取350-400 mm，休息用椅可取400-430 mm。座椅主要部分的設(shè)計(jì)要求：座椅面傾角座椅面傾角指椅面與水平面的夾角。座椅面應(yīng)稍向后傾，以防長時間坐著時臀部向前滑動，并方便背部靠向靠背。對于休息用椅，椅面后傾角應(yīng)大些，有利于肌肉的放松，可取14-24；對于工作用椅，由于工作時身體需前傾，所以傾角不宜太大，可取4-6。座椅主要部分的設(shè)計(jì)要求：靠背的高度和寬度靠背按其高度尺寸可以分為四類：低靠背、中靠背、高靠背、全靠背。低靠背只支撐腰部，其優(yōu)點(diǎn)在于制作材料節(jié)省，且不妨礙使用者的上肢和肩膀的前后運(yùn)動；缺點(diǎn)是不能使胸背得到支撐。中靠背除了低靠背

22、具有的支撐腰椎部的功能外，還可支撐到胸椎下半部，其使用面較廣。高靠背指高度能達(dá)到肩膀的靠背，一般設(shè)計(jì)成與脊柱自然彎度相似，坐著特別省力和舒適。高靠背加上頭靠就成為全靠背，適合于飛機(jī)客艙，長途客車等主要供休息用的座位設(shè)計(jì)中。靠背的高和寬與坐姿的肩高和肩寬有關(guān)，可根據(jù)座椅用途確定。對于工作用椅，靠背的高和寬應(yīng)以不妨礙手臂的操作活動為前提。如果高靠背有礙于手臂活動時，可采用支撐在腰曲處的中、低靠背，寬度可取320-360 mm。對于休息用椅或長途運(yùn)輸工具中的乘客用椅，宜采用高靠背，并且加靠枕，寬度可取350-480 mm。座椅主要部分的設(shè)計(jì)要求： 靠背傾角靠背傾角是指靠背與椅面之間的夾角。從保持脊柱的正常自然形態(tài)，增加舒適感考慮，最適宜的角度約為115。通?？勘硟A角可根據(jù)座椅用途確定，工作用椅可取95-105，一般以100為宜；學(xué)校學(xué)生讀書用椅，在保持警覺條件下，可取9