宿舍组合床铺的人机工程学分析及改造-张鹏飞

宿舍组合床铺的人机工程学分析及改造学号姓名张鹏飞摘要：本文主要介绍了人机工程学的定义、概述以及简短历史，通过对人机工程学这门学科的了解，从而提高在对于产品的开发、使用时候能够按照人机工程学原理进行分析的能力，并且提出合理化建议，这次以浙江理工大学艺设学院男生宿舍的组合床铺为例，根据人机工程学原理，对于床铺的高度、长度、宽度，书桌的高度，书架高度、宽度，以及衣橱设计做了符合人机工程学的分析，本着以人为本的原那么，根据宿舍具体情况和同学们对于现在床铺设计的意见，对于现有床铺提出合理的改造意见，在保障学生的身体健康的前提下，提高学生的工作学习效率。引言现在的大学宿舍的组合床铺往往是上面是床铺，下面是书桌、书架以及衣橱，并且配备一个椅子，本学院也不例外。对于一般的组合床铺，学校根据自己宿舍大小和设计的不同，从而会选择不同的床铺，床铺的设计者没有根据每个实际环境进行具体的改良，对于学生生活习惯，工作方式没有具体了解，因此，在设计的时候，很多不符合人机工程学的设计理念，不符合学生习惯的设计方法会给同学在生活，学习以及工作中带来很大的不方便和困扰，从而大大降低了学生的工作学习效率，有些不合理的设计甚至会影响学生们的身体健康。以学院的男生宿舍的组合式床铺作为研究对象，进行一系列的人机工程学研究、分析，并且在分析完成的根底上提出合理化改良意见。人机工程学概述1.人机工程学概述人机工程学是研究人，机械及其工作环境之间相互作用的学科。是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机器、人与环境以及机器与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、平安、舒适，人—机—环境的配合到达最正确状态的工程系统提供理论和方法的科学。2.人机工程学简史人机工程学在各个国家的命名和定义的不同，有些国家称之为工效学。工效学在人—机—环境系统的研究中，经历了人适应机、机适应人、人机相互适应几个阶段，现在又已深入到人、机、环境三者协调的人—机—环境系统。在系统内，从单纯研究个人生理和心理特点，开展到研究怎样改善人的社会性因素。随着市场竞争的加剧和生产水平的提高，工效学在机械产品的设计和制造中的应用也更加广泛和深入。工效学是根据人的心理、生理和身体结构等因素，研究人、机械、环境相互间的合理关系，以保证人们平安、健康、舒适地工作，并取得满意的工作效果的机械工程分支学科。3人机工程学的目的人类工效学的目的有三个：第一，使人工作得更有效；第二，使人工作得更平安；第三，使人工作得更舒适。这三个目的有时是相一致的。例如一种新机器可能比旧机器的效率更高，更平安，更舒适。但是在许多情况下，这三个目标是相矛盾的。一种更平安，更舒适的操作方法可能比旧方法效率要低些。某一新机器可以使人工作的更舒适，但增加的效率可以缺乏以补偿增加的投资。这个矛盾的解决显然取决于人与机器的相对重要性，取决于人所处的时代，环境等[1]。综上，人机工程学在工程历史上扮演重要的的角色，不仅仅在提高人们的工作效率方面起到了重大作用，还在人机系统平安舒适方面有了成熟的理论，为后来人们设计人机系统提供了巨大的帮助。3数据建立通过对现有宿舍组合型床铺进行的测量，得到了以下的具体数据：床高1750mm、长1960mm、宽800mm，衣橱高1700mm、宽420mm、内横杠距顶90mm，椅子高410mm、宽380mm、长390mm、高距地790mm，长书架长565mm、距桌面580mm，桌子高1335mm、长775mm、宽590mm，短书架高290mm、长385mm，右边柜子宽390mm、高660mm，左边抽屉宽380mm、高140mm，左边柜子宽390，高520.容腿空间高660mm、长610mm。人体百分位数尺寸百分位数，见表1。表1人体主要尺寸百分位数表年龄分组百分位数/%男〔18-60〕151050909599女(18-55)151050909599数据工程坐高/mm836858870908947958979789809819855891901920身高/mm599158316041678175417751814563148415031570164016591697坐姿肘高/mm214228235263291298312201215223251277284299坐姿大腿厚/mm103112116130146151160107113117130146151160坐姿膝高/mm441456461493523532549410424431458485493507小腿加足高/mm372383389413439448463331342350382399405417续表1人体主要尺寸百分位数表坐深/mm407421429457486494510388401408433461469485坐姿下肢长/mm8929219379921046106310698268518659129609751005人体功能修正量，见表2。表2人体尺寸修正量表工程尺寸修正量修正原因肩宽100mm被子厚度坐姿高3mm裤厚膝高33mm鞋高大腿厚13mm裤厚4现有组合式床铺人机系统分析对于现有的宿舍组合型床铺，在一定程度上设计符合了人机工程学的设计要求，但是在一些细节性的问题上面，只有在长期使用过程中才会暴露出来。根据宿舍现状，见图1。图1现有宿舍组合床铺的现状照片通过分析，得到以下结论。一．不合理分析床长的问题分析因为在大尺寸设计中只需要采用一个人体百分位作为尺寸的上限值和下限值的依据，对于床长设计应该使用大尺寸，由第三章数据以及表1数据可知，人体身高的第九十九百分位长度为1814mm，床的长度1950mm，现有床铺长度大于第九十九百分位数，即满足了百分之九十九的人使用，由于每件产品在使用设计时候不可能满足所有人的使用习惯以及喜好，也就没有必要为了极端少数的人群的要求进行一些不必要的设计，所以在床铺的长度的尺寸上，现有的组合式床铺满足人机工程学的设计。桌面作业面积的问题分析在测量的时候发现，桌子的长度为1335mm、宽775mm。查得人的手眼协调的作业页面控制区域见图2。图2推荐控制台作业面控制区域人的手眼协调区域宽度为59.7-19=40.7cm，长度在人体正中矢状面左右各7.6cm～53.5cm，所以现有组合式床铺的桌面设计长133cm、宽75cm远远超过了人眼协调区域，不符合人机工程学设计原理，这样设计让使用者在使用过程中由于各个物品摆放问题，使用起来会频繁出现的单手工作，眼睛注意力随工作的变化而左右上下移动，这样不仅会出现效率不高，还会引起使用者的操作疲劳。由此可见，课桌应该是对于组合式床铺改良设计的重点之一。书架的问题分析桌面上的小书架在设计制造时候产生了一些小偏差，短书架高290mm，当在使用的时候发现，A4纸张试卷直立放置时候有些不方便，可知A4纸张的长度为297mm，这就导致了在放置A4纸张大小的试卷时候的出现的困难问题。作业光环境的问题分析由于是组合式床铺，在设计时候下层是书桌，但是横向，平行于床长的设计，桌子宽度为590mm小于床的宽度为800mm。所以在日常写作业时候，身体和床会挡住宿舍的光源，这样不仅十分不利于学生们的学习生活，也十分不利于学生的身体健康，长期在昏暗的光环境下看书会引起近视等生理疾病，是不良的工作光环境。这也成为了改良的重点。这一点深有体会，如果没有台灯，即使白天书桌也是偏黑。宿舍面积和组合床的问题分析学校在买床铺时候直接很据现有的床铺进行选择，而没有针对学校宿舍的具体环境进行合理的设计，导致在床铺和洗漱柜之间存在一定的空间，这样不仅浪费了对于宿舍的使用空间，由于清洁工作不到位，导致这个空间经常被堆放杂物，脏乱不堪。二．改良方案的设计分析改良设计主要针对在工作台面的问题，光环境等问题，在此次设计中，还主要增加了一些让学生们更好的进行学习、生活的改良。在改良设计的同时，大幅度增加了组合床铺的平安性和易用性，在满足各种需求以后，提高了使用效率。床的大小的改良由于针对学院的宿舍设计，在宿舍面积条件的允许下，增加了床的长度。因为在大尺寸设计中只需要采用一个人体百分位作为尺寸的上限值和下限值的依据，所以依据人体大尺寸设计。最正确功能尺寸=人体尺寸分位数+功能修正量+心理修正量选择了人体身高的第九十九百分位数，长度为1800mm，加上加上睡觉的功能修正量100mm，可以算出最小功能尺寸为1900mm，加上人体心理修正量100mm，可以计算出最正确床长度设计尺寸为2000mm。改良设计的尺寸为2000mm大于最小功能尺寸，等于最正确功能尺寸，满足百分之九十九的人使用，符合设计要求。床的宽度选择人体肩宽的第九十九百分位数，长度为480mm，睡觉的功能修正量由表2功能修正量表可得为100mm，可以算出最小功能尺寸为580mm，加上人的心理修正量380mm，可以计算出最正确床宽设计尺寸为960mm。改良设计的尺寸为960mm大于最小功能尺寸，等于最正确功能尺寸，满足百分之九十九的人使用，符合设计要求。这样的设计可以在满足使用者工作需求的同时尽量给使用者创造一个舒适的环境，使使用者舒适度尽可能到达最大满足。书架的分层设计在改良设计的时候采用了分层设计的原理，不同层次放置不同的书籍，设计的尺寸也不同。由于改变了书架和书桌的整体设计，查得数据：32开书籍长度为203mm，16开书籍长度为26mm，A4纸张试卷长度为297mm，根据第四章公式1可以计算出书架的最小功能尺寸分别为300mm、270mm、220mm，根据5.1节公式2可以计算出最正确的书架设计高度尺寸分别为350mm、320mm、250mm、250mm、230mm、230mm，大于最小功能尺寸，这样的设计，使得在放书时候更加方便，由于根据不同大小的书进行摆放，在找书时候也能迅速找到，这样可以大大提高对于书架的使用效率。光源设计新的设计改变了宿舍课桌的设计，侧向的设计让使用者在工作时候没有挡住宿舍总体光源，还在书桌上方的书架底部设计一个20W日光灯，这样在保障了学生的平安，也保障了学习光环境，良好的光环境能保障学习效率。容腿空间根据第三章表1可以知道人体坐姿膝高第九十九百分位数为549mm，根据表2可以知道坐姿功能修正量为33mm，可以计算出容腿空间的最小设计尺寸为582mm，加上人体心理修正量，可以计算出最正确的容腿空间长为640mm，这样的设计尺寸大于最小功能尺寸，能保证人腿在一般坐姿时候有足够的空间进行活动。针对宿舍的面积设计改良方案中完全根据宿舍面积进行设计，设计了完全符合宿舍的组合式床铺。配合宿舍现有的洗漱柜，可以在保证安装的前提下，留下尽量少的空间，这样可以大大减少了脏乱差的问题出现。人性化设计在床上设计出了一个可以支撑的板，这个板可以支撑起来，也可以收起来，主要的目的是为同学们提供一个放置睡前读物或者其他非床上用品的地方，这样就不会因为东西放在床上而影响睡觉空间，从而影响睡眠质量。在这点设计上，还特别平安性设计了，支撑板角度斜向上9°左右，这样，能保证放在上面的物品不会应为重力而滑落，砸伤学生。根据分析和重新设计的到得新尺寸，做出设计如图4。