作业姿势与动作设计

1、第八章第八章 作业姿势与动作设计作业姿势与动作设计8.1 8.1 作业姿势与人体机能作业姿势与人体机能8.1.1 作业姿势与人体机能的关系作业姿势与人体机能的关系 1. 与视觉的关系与视觉的关系 作业过程中，需考虑最容易视物时的眼睛高度和物作业过程中，需考虑最容易视物时的眼睛高度和物体离眼睛的距离。体离眼睛的距离。 2. 与循环的关系与循环的关系 应避免妨碍血液循环的姿势。应避免妨碍血液循环的姿势。 3. 与手、上下肢、上半身等运动关系与手、上下肢、上半身等运动关系 应考虑各种不同作业时的中心，见图应考虑各种不同作业时的中心，见图8-1 4. 与身体重心的关系与身体重心的关系 为保持平衡稳定的

2、姿势，不能忽视重心问题。为保持平衡稳定的姿势，不能忽视重心问题。8.1.2 人的肢体活动范围人的肢体活动范围 人体动态测量数据可为设计合理的操作姿人体动态测量数据可为设计合理的操作姿势提供依据。人体动态测量数据是指人在活动势提供依据。人体动态测量数据是指人在活动状态下测取的人肢体的各种活动范围。见图状态下测取的人肢体的各种活动范围。见图8-2，图，图8-3，参阅表，参阅表8.18.1.3 人体的不同姿势的施力人体的不同姿势的施力，见图，见图8-4，参阅表参阅表8.2，表，表8.38.1.4 人体的不同姿势的能耗人体的不同姿势的能耗，见图，见图8-5，图图8-6，图，图8-78.2 8.2 作业

3、姿势的设计原则作业姿势的设计原则8.2.1 作业姿势的选择作业姿势的选择 1. 确定作业姿势的因素确定作业姿势的因素工作空间大小与照明；工作空间大小与照明；体力负荷大小与用力方向；体力负荷大小与用力方向；工作场所物品的安放位置；工作场所物品的安放位置；工作台高度，有无合适容膝空间；工作台高度，有无合适容膝空间；操作时起、坐频率；操作时起、坐频率；尽量避免一些不良体位。尽量避免一些不良体位。 2. 立姿作业与坐姿作业的分析立姿作业与坐姿作业的分析1）立姿作业）立姿作业下列情况下应采用立姿操作：下列情况下应采用立姿操作：需经常改变体位的操作；需经常改变体位的操作；常用控制器分布在较大的区域；常用控

4、制器分布在较大的区域；没有容膝空间；没有容膝空间；需要用力较大；需要用力较大；立姿操作的缺点：立姿操作的缺点：不易进行精确而细致的工作；不不易进行精确而细致的工作；不易转换操纵；肌肉要做更多的功以维持体重，易易转换操纵；肌肉要做更多的功以维持体重，易引起疲劳；长期站立易引起下肢静脉曲张。引起疲劳；长期站立易引起下肢静脉曲张。2）坐姿作业）坐姿作业下列情况下应采用坐姿操作：下列情况下应采用坐姿操作：持续时间较长的工作；持续时间较长的工作；精确而细致的操作；精确而细致的操作；需要手足并用的操作；需要手足并用的操作；坐姿操作的缺点：坐姿操作的缺点：作业过程中不易改变体位；施力作业过程中不易改变体位；

5、施力受到限制；工作范围有局限性；长期坐姿操作易受到限制；工作范围有局限性；长期坐姿操作易引起脊柱弯曲等职业损伤。引起脊柱弯曲等职业损伤。8.2.2 动作经济原则动作经济原则 1. 双手的动作应同时而对称。双手的动作应同时而对称。 2. 人体动作应尽量应用最低等级。人体动作应尽量应用最低等级。 （人体动作的级别，见表（人体动作的级别，见表8-1） 3. 动作过程中，应使用流畅而连续的曲线运动。动作过程中，应使用流畅而连续的曲线运动。 4.工具、物料等应放置于操作者近处，并按最工具、物料等应放置于操作者近处，并按最佳工作顺序固定放置。佳工作顺序固定放置。 5.零件、物料应尽可能利用其重力进行传送。

6、零件、物料应尽可能利用其重力进行传送。 6.应有适当的照明，工作台和座椅式样及高度应有适当的照明，工作台和座椅式样及高度应使工作者保持良好姿势。应使工作者保持良好姿势。7.尽量解除手的夹持工作，而以夹具或脚踏工具尽量解除手的夹持工作，而以夹具或脚踏工具代替。代替。8.有可能时，应将两种或多种工具或操纵器组合有可能时，应将两种或多种工具或操纵器组合为一种（图为一种（图8-8，图，图8-9）。）。9.应用手指操作时，应按各手指的自然能力分配应用手指操作时，应按各手指的自然能力分配负荷（图负荷（图8-10，图，图8-11）。）。10.手柄的设计，应尽量增大与手的接触面（图手柄的设计，应尽量增大与手的

7、接触面（图8-12，图，图8-13）11.机器上的杠杆、手轮等的位置，尽可能使操作机器上的杠杆、手轮等的位置，尽可能使操作者少变动其姿势。者少变动其姿势。8.3 8.3 作业姿势的设计要点作业姿势的设计要点8.3.1 作业动作的类型作业动作的类型 人的运动行为，可分为人的运动行为，可分为有意识动作有意识动作和和下意识动作下意识动作两大类。两大类。有意识动作又可分为以下几类：有意识动作又可分为以下几类：1. 定位动作定位动作根据某一目的把身体的某一部位移到一个特定的位置的动作。根据某一目的把身体的某一部位移到一个特定的位置的动作。根据有无视觉帮助又可分为根据有无视觉帮助又可分为视觉定位动作视觉定

8、位动作和和盲目定位动作盲目定位动作。2. 逐次动作逐次动作一系列不同目标的定位动作加起来就是逐次动作。一系列不同目标的定位动作加起来就是逐次动作。 3. 重复动作重复动作一段时间内连续做同一动作叫重复动作。一段时间内连续做同一动作叫重复动作。4. 连续动作连续动作对操纵对象进行连续控制的动作。对操纵对象进行连续控制的动作。5. 调整动作调整动作动作调整是肌体的一种自我保护方式，通过不断地动作动作调整是肌体的一种自我保护方式，通过不断地动作调整可改善某一部分的受力状态。调整可改善某一部分的受力状态。8.3.2 避免静态肌肉施力避免静态肌肉施力 动态施力和静态施力，见动态施力和静态施力，见图图8-

9、14 8-14 避免静态施力的设计要点如下：避免静态施力的设计要点如下：1.1.避免弯腰及其它不自然的姿势，见避免弯腰及其它不自然的姿势，见图图8-158-15， 图图8-168-16，图，图8-178-17。2.2.避免长时间抬手作业，见避免长时间抬手作业，见图图8-188-18。3.3.坐姿工作比立姿工作省力。坐姿工作比立姿工作省力。4.4.双手作业时，手的运动方向相反或对称。双手作业时，手的运动方向相反或对称。5.5.作业位置与视距的关系，见作业位置与视距的关系，见图图8-198-19。6.6.常用工具、零件、材料与操作者的位置关系。常用工具、零件、材料与操作者的位置关系。7.7.手在较

10、高位置作业时，应增设支承物。手在较高位置作业时，应增设支承物。8.8.利用重力作用，见利用重力作用，见图图8-208-20。9.9.通过产品设计减少静态施力（改善搬运工效的通过产品设计减少静态施力（改善搬运工效的示例，见示例，见图图8-218-21，图，图8-228-22，表，表8-28-2）。）。8.3.3 避免弯腰提起重物避免弯腰提起重物，见，见图图8-238-23，图，图8-248-248.4 8.4 作业姿势设计辅助手段作业姿势设计辅助手段8.4.1 设计用人体模板设计用人体模板 人体工作姿势随作业对象和工作情况而人体工作姿势随作业对象和工作情况而不断变化，用作图计算等方式解决人机相关

11、不断变化，用作图计算等方式解决人机相关位置问题很困难（如位置问题很困难（如图图8-258-25）。）。 利用人体结构尺度关系，制成标准人体利用人体结构尺度关系，制成标准人体外形模板，通过对人机相关位置的分析，可外形模板，通过对人机相关位置的分析，可以直观得出有关设计参数，为合理布置人机以直观得出有关设计参数，为合理布置人机系统提供条件。系统提供条件。1.坐姿人体模板的性别和视图方向坐姿人体模板的性别和视图方向 坐姿人体模板按成年男性和女性制作，分坐姿人体模板按成年男性和女性制作，分别按别按3 3个视图方向制作：侧视图、俯视图、正视个视图方向制作：侧视图、俯视图、正视图（见图（见图图8-268-

12、26图图8-288-28）2.坐姿人体模板的尺寸等级和尺寸比例坐姿人体模板的尺寸等级和尺寸比例 坐姿人体模板男、女各坐姿人体模板男、女各3 3个尺寸等级，共个尺寸等级，共6 6个尺寸类别，各取个尺寸类别，各取5 5、5050、9595百分位数人体尺寸。百分位数人体尺寸。（注：（注：GB/T 15759-1995GB/T 15759-1995人体模板设计和使用人体模板设计和使用要求要求中规定了身高等级分级的更新方法，分中规定了身高等级分级的更新方法，分为为4 4级。）级。） 人体模板的通用比例为人体模板的通用比例为1/101/10，也可采用，也可采用1/51/5和和1/11/1。3.坐姿人体模板

13、的基准线和关节角度调节坐姿人体模板的基准线和关节角度调节范围范围 人体模板肢体上标有基准线，可确定关节调人体模板肢体上标有基准线，可确定关节调节角度；节角度； 标准眼轴线，表示正常视线方向；标准眼轴线，表示正常视线方向； 鞋上标出的基准线表示人的脚底平面。鞋上标出的基准线表示人的脚底平面。 坐姿人体模板关节的调节角度范围见坐姿人体模板关节的调节角度范围见表表8-38-3。4.坐姿人体模板的应用坐姿人体模板的应用 人体模板主要用于人因工程辅助设计，如人体模板主要用于人因工程辅助设计，如图图8-298-298-318-31。8.4.2 设计用人体仿真软件设计用人体仿真软件 SAMMIE最早的商品化

14、人机系统仿真软最早的商品化人机系统仿真软件，可进行工作范围测试、干涉检查、视域检测、件，可进行工作范围测试、干涉检查、视域检测、姿态评估和平衡计算等。姿态评估和平衡计算等。 eM-HumanUG公司开发的一套大型人机公司开发的一套大型人机系统仿真软件，可以在虚拟环境下进行工作分析、系统仿真软件，可以在虚拟环境下进行工作分析、动作研究、时间研究等。动作研究、时间研究等。 ClassicJack，VisJack美国美国EAI公司研制公司研制的用于数字化人体建模和人因工程分析的大型软的用于数字化人体建模和人因工程分析的大型软件，可完成从虚拟人体、虚拟工作环境的建模到件，可完成从虚拟人体、虚拟工作环境

15、的建模到人体生物力学分析、任务分析、工作效率等工作。人体生物力学分析、任务分析、工作效率等工作。 ManneQuinPRO CATIA V5 本章结束本章结束人因工程设计心理学的应用示例人因工程设计心理学的应用示例公众休闲条椅（个人空间），见公众休闲条椅（个人空间），见图图8-32 个人空间距离可分为四个等级：个人空间距离可分为四个等级： 1.亲密距离（亲密距离（0.45m以内）以内） 2.个人距离（个人距离（0.451.20m） 3.社交距离（社交距离（1.203.0m） 4.公共距离（公共距离（3m）排椅座位的间隔标识（综合判定），见排椅座位的间隔标识（综合判定），见图图8-33，图图8-

16、34公共电话亭和储蓄所（隐私）公共电话亭和储蓄所（隐私）邮局营业台，见邮局营业台，见图图8-35；购月票窗口，见；购月票窗口，见图图8-36 （和谐的交往环境）（和谐的交往环境）公共小憩设施，见公共小憩设施，见图图8-37；靠背正中有凸起的；靠背正中有凸起的龙椅和龙椅和“一分钟按钮一分钟按钮” （情境需求）（情境需求）通透大办公室隔间的局部照明（情绪）通透大办公室隔间的局部照明（情绪）高层公寓的窗户（情境与情绪）高层公寓的窗户（情境与情绪）图8-1 立位工作姿势的条件返回图8-2 肢体活动范围图8-3 人体各部位活动范围返回图8-4 人体在不同姿势下的施力状态（a）操作姿态 （b）活动姿态返回

17、图8-5 不同姿势的相对氧耗量(a)仰卧100 (b)坐姿103105 (c)立姿108110 (d)跪姿130140 (e)弯腰150160图8-6 姿势与肢体活动程度图8-7 各种作业姿势相对应的能耗（kcal/min）返回表表8-1 人体动作的级别人体动作的级别返回图图8-8 两种多功能操纵杆两种多功能操纵杆图图8-9 汽车转向盘汽车转向盘多个操纵器的综合多个操纵器的综合返回图图8-10 手指操作示例手指操作示例图图8-11 Qwerty键盘和键盘和Dvorak键盘键盘返回图图8-12 不同把手形状对应的旋拧力矩不同把手形状对应的旋拧力矩图图8-13 利用虎口增大旋拧力矩利用虎口增大旋拧

18、力矩返回图图8-14 不同施力状态下肌肉的需血量和供血量不同施力状态下肌肉的需血量和供血量返回图图8-15 不良的作业姿势（弯腰）不良的作业姿势（弯腰）图图8-16 两种播种姿势的对比两种播种姿势的对比图图8-17 中等身材成年男子施力点的适宜高度示例中等身材成年男子施力点的适宜高度示例返回图图8-18 不良的作业姿势（抬臂）不良的作业姿势（抬臂）返回图图8-19 适应视觉的姿势适应视觉的姿势返回图图8-20 保持从高到低的方向装卸货物保持从高到低的方向装卸货物返回图图8-21 两种单人搬运包装箱的情况对比两种单人搬运包装箱的情况对比图图8-22 便于四人搬运的大包装箱便于四人搬运的大包装箱表表8-2 几种搬运方式的能量消耗及对比几种搬运方式的能量消耗及对比（受试者体重（受试者体重 50 kg，负重，负重30 kg，行走，行走1000m）返回图8-23 脊柱的形状及组成图图8-24 直腰与弯腰提起重物示意图直腰与弯腰提起重物示意图返回图图8-25 一种轿车驾驶室尺寸推荐设计一种轿车驾驶室尺寸推荐设计返回图图8-26 坐姿人体模板侧视图坐姿人体模板侧视图图图8-27 坐姿人体模板俯视图坐姿人体模板俯视图图图8-28 坐姿人体模板正视图坐姿人体模板正视图返回表表8-3 坐姿人体模板关节角度调节范围坐姿人体模板关节角度调节范围返回图图8-29 人体模板用