浙江海洋大学安全人机工程学课程设计

《安全人机工程》课程设计题目办公人员电脑桌椅的改进与设计学院石化与能源工程学院专业安全工程班级A13安工姓名指导老师郑娟浙江海洋学院课程设计成绩评定表2015—2016学年第1学期学院石化与能源工程学院班级A13安工专业安全工程学生姓名（学号）章凯（130714116）课程名称安全人机工程学设计题目办公人员电脑桌椅的改进与设计指导老师评语请按照以下指导意见进行修改：1、2、3、4、指导教师签名：年月日答辩评语及成绩：答辩小组教师签名：年月日目录27518办公人员电脑桌椅的改进与设计 4260981前言 6184761.1人机工程学的概念 6179031.2人机工程发展历史 7214392研究意义与目的 7306463市场现有电脑桌椅设计上存在的问题与分析 8152483.1现有电脑桌椅设计上存在的问题和缺陷 8227693.1.1电脑桌的作业高度问题 875353.1.2电脑桌椅颜色问题 9132453.1.3电脑座椅的高度、舒适度问题 9226353.1.4电脑操作键盘的高度问题 9150504电脑座椅的改进 10196874.1电脑桌的作业高度设计 10111574.2电脑桌椅颜色的改进 10200724.3电脑座椅的改进与设计 11285554.4电脑操作键盘的高度设计 12237405设计总结 1369236【参考文献】 14办公人员电脑桌椅的改进与设计摘要：随着生活水平的不断提高，人们对产品的需求从对物理功能的需求上升到对生理功能、心理功能的需求。如何满足不同身高、体形的办公人员对办公桌椅的要求，如何提高办公桌椅的舒适性、实用性、美观性，是办公桌椅设计中需关注的问题。本文运用人机工程学的基本原理和理论，以“安全、舒适、高效、健康”的原则，结合国内多数办公桌椅的设计现状，通过对办公桌椅使用情况的详细的调查分析，参考人们坐姿下的习惯及人体构尺寸等，结合人机工程学的相关原理进行分析，从而设计出合理的办公桌椅尺寸，提出了自己的改进设想，力求使办公桌椅符合人机要求，最终设计出能符合办公人员舒适度要求的桌椅。关键词：办公桌椅人机工程学人体尺寸Abstract：Withthecontinuousimprovementoflivingstandards,peopledemandforproducts,upfromthedemandforphysicalfunctionofphysiologicalfunction,psychologicalfunctiondemand.Howtosatisfydifferentheightandshapeofofficeworkersdemandforofficedesksandchairs,howtoimprovetheofficedesksandchairsarecomfortable,practical,beautifulsex,istheproblemsneedingattentioninthedesignofofficedesksandchairs.Inthispaper,byusingthebasicprincipleofergonomicsandtheories,inorderto"safe,comfortable,efficientandhealthy"principle,combinethedomesticcurrentsituationofthemajorityofofficedesksandchairsdesign,basedonthedetailedinvestigationandanalysisoftheusageofofficedesksandchairs,refertothepeoplethehabitofsittingdownandthebodystructuresize,etc.,basedontherelevantprincipleofhuman-machineengineeringisanalyzed,soastodesignthereasonablesizeofofficedesksandchairs,putforwarditsownimprovementidea,makeseveryefforttomaketheofficedesksandchairscanmeetthedemandsofhuman,andultimatelydesignedtomeettherequirementsoftheofficestaffcomfortchairsandtables.Keywords:OfficeChairandDesk,Ergonomics,BodySize1前言办公室一族包括机关工作人员、各种科研人员、白领阶层等，他们在我国社会、经济发展中起着重要作用，是建设社会主义的中坚力量。长期坐办公室的人员由于长期接触办公桌椅、电脑等保持一种姿势，如果办公桌椅设计不当，导致他们在使用过程中肌肉骨骼长期处于紧张状态，容易造成颈椎病、肩周炎、腰肌劳损、手腕病等，对他们的身体造成了极大伤害。据统计，成年人颈椎病和腰椎病的发病率已达到60%左右，而办公室职员中的发病率更高达90%以上。因此，为这个特殊群体创造一个更适合他们的环境显得尤为重要。1.1人机工程学的概念人机工程学是研究人、机(包括工业产品、建筑结构、环境规划、生活用品等)及其环境之间相互作用的综合性学科。人机工程学运用人体测量学、生理学、心理学、生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题的研究，研究人机系统中人、机特性，人与机器以及人与环境的相互作用，人机界面设计，以及人在工作、生活中工作效率、人的舒适和安全健康等问题。其目的是实现人机系统的最大效率和追求人的安全舒适。在我国，人机工程学的应用范围日益广泛，包括在生活领域和生产领域的方方面面都具有广阔的应用前景。随着科学技术的的快速发展，人机工程学带给人们的生产生活更多的需求。人机工程学是由多门不同领域的学科互相渗透、汇聚而成的边缘学科,是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素,研究人和机器及环境的相互作用,研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。通常人机工程学把人——机——环境系统作为一个统一的整体来研究,以创造出最适合于人操作的机械设备和作业环境,使人——机——环境系统相协调,从而获得系统的最高综合效能。从中我们可以看出人机工程学要求任何产品和环境的设计都要以人为中心,满足人的生理和心理的需求。1.2人机工程发展历史人机工程学是20世纪中期发展起来的交叉科学，它起源于欧洲，形成于美国，发展于日本，作为一门独立学科的历史已有50余年。现在在世界上多个国家得到了广泛的推广和应用。中国的机工程学研究是从20世纪30年代开始的，但系统和深入的开以放后。1980年4月，国家标准局成立了全国人类工效学标准化技术委员会。1984年，国防科工委成立了国家军用人机环境系统工程标准化技术委员会。北京航空航天大学设立了人机环境专业的教学和科研；北京医科大学公共卫生学院也开展了包括坐姿作业导致的肌肉骨骼劳损的研究，同时也就涉及到作业姿势，作业环境评价等方面的人机工程学的研究。这些研究成果的应用，有力地推动了我国人机工程学研究的发展。2研究意义与目的随着现代生活节奏的加快、社会竞争的日益激烈和互联网技术的兴起普及，越来越多的人长时甚至超时坐在办公桌前从事脑力工作。很多年轻人的学习、娱乐、社交活动也都在互联网上展开。然而在电脑带给人们方便快捷和高科技的同时，人们也越来越注意到它带来的许多负面影响。如在普通桌椅上操作电脑，人的手腕和前臂是悬空的，因而肌肉时刻处于紧张状态。此外电脑操作者长时间使用一种坐姿会使接触椅面的部位缺乏血液流通，并产生神经压迫感，从而造成身体的不适和精神上的疲惫。长期如此，容易诱发严重的职业病。且人们在使用电脑的时候，往往离电脑屏幕很近，大都是由于桌面宽度不够，使视距过短，容易产生视疲劳，对于视力健康不利。不论在办公室还是在家里，坐在电脑前不挪窝地连续作战是很多年轻人的习惯。“坐”，成为现代人生活的一个常态。据粗略统计，一个普通人一生坐在电脑椅或工作椅上的时间超过40000小时，一个办公人员一生坐在工作椅上的时间超过60000小时，而一个IT从业者坐在工作椅上的时间超过80000小时。根据最近健康报告分析，长时间坐在设计不合理、坐感不舒适的劣质工作椅上，会影响人体血液循环，破坏人体消化系统运作、打乱人体新陈代谢，还会威胁骨骼健康，导致颈椎病、腰椎病、肩周炎、手腕脉管炎等多种疾病。由此可见，如何从人机工程学角度出发，分析设计合理的电脑桌椅，使其符合人体的生理、心理特性，以提高办公人员在电脑作业时的舒适度和工作效率已成为非常重要的课题。3市场现有电脑桌椅设计上存在的问题与分析3.1现有电脑桌椅设计上存在的问题和缺陷当前市场上电脑桌椅品种繁多，款式和颜色不乏新颖丰富。然而仔细分析这些产品，真正完全从人体工程学角度设计的却寥寥无几。一些进口的和仿国外品牌设计的电脑桌，虽有部分按人体工程学原理设计合理的地方，但设计的尺寸是按国外的人体尺寸照搬，也不符合我国人体的尺寸模型，使用时同样会给健康带来不良影响。长时间坐在设计不合理、坐感不舒适的劣质工作椅上，会影响人体血液循环，破坏人体消化系统运作、打乱人体新陈代谢，还会威胁骨骼健康，导致颈椎病、腰椎病、肩周炎、手腕脉管炎等多种疾病。如图1，综合市场上的电脑桌椅主要存在以下不足和缺陷：图1市场上普通电脑座椅3.1.1电脑桌的作业高度问题电脑桌的作业高度偏高。按照人体工程学的理论，无论是写字台、课桌的高度，还是电脑桌上键盘与鼠标的高度，都应当与人在坐姿时的肘部等高或稍低。只有这样，才有利于人们保持正确的坐姿。根据工作性质确定不能升降的办公桌高度：男子为700～720mm，女子为680～700mm。然而，现在市场上大部分电脑桌的高度是710mm，是不能调整的，对于部分女性来讲略微偏高。每个使用者的身高不尽相同，所以必然存在不适宜的情况。作业面高度不当是引起电脑综合症的主要原因,太低则造成背部向前倾曲;太高则必须抬高肩部,引起颈肩的不适,理想的作业面高度应使上臂自然下垂,小臂接近水平或向下略斜,避免小臂上抬状况的。3.1.2电脑桌椅颜色问题不同办公人员对电脑桌椅颜色有不同的喜好。不同的办公人员有不同的性格从而对各种颜色的喜好程度不同。对于电脑桌的色彩，大部分女性调查者喜爱暖色调，而大多数男性调查者喜欢冷色涮或无色调。但是现在市场是的电脑桌颜色多为黑、灰、棕色等冷色调的颜色，不能满足所有客户要求。3.1.3电脑座椅的高度、舒适度问题电脑椅的设计虽然有许多是设计成高度可以随意调节以用来符合不同高度人的使用，但只是单纯考虑了高度，而没有综合运用人体工程学来分析人体的坐姿曲线模型，使设计的椅面、靠背等尺寸和倾角可随坐姿的不同而进行全方位的调节。人在坐姿时，身体的脊柱会由站立时的S形向拱形变化。这是因为坐姿时骨盆向后方倾转，从而使背下端的骶骨也倾转所致。如图1"所示，这样就使得人脊柱的椎间盘受到了很大的压力，从而导致腰痛等疾病。研究表明，此时人的第三和第四腰椎间所受的压力最大，长时间的处于受压状态会导致腰痛。因此电脑椅的设计要保证椎间压力最小。另外，从人体生理特性上分析，人体在坐姿时，属于静态作业，而人体只有在不断活动中才能减少局部肌肉的持续收缩，从而减少背椎板的内压。所以，为减少身体的肌肉疲劳，电脑椅的设计应允许人体在工作中变换不同姿势，即处于相对的动态作业中。也就是说随着坐姿的变换，设计电脑椅的靠背倾角、座面倾角和座高等尺寸可相应调节。3.1.4电脑操作键盘的高度问题办公人员在操作键盘和鼠标时缺少必要的支撑，人的手腕、手臂处于悬空状态，极易使手腕、手臂处的肌肉群疲劳。操作键盘和鼠标时缺少必要的支撑，人的手腕、手臂处于悬空状态。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，则过高或过低都不利健康。如太低，则背部过分前屈；如果太高，则必须抬高肩部，超过其松弛位置，引起肩部和颈部的不适。因此，一般情况下，使用键盘和鼠标时，小臂接近水平或略下斜。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）。4电脑座椅的改进4.1电脑桌的作业高度设计桌面高度不宜过高也不能太低，因此需要选用中身材百分位（50％）来计算桌面的高度。根据中国成年人尺寸表显示，人体处于坐姿状态时，手臂自然弯曲呈90度角时。计算公式：电脑桌作业高度=坐姿肘高+小腿加足高+心理修正量18至60岁的男性其中50％的人人体肘部距地面高度263mm+413mm=676mm（见表1）18至55岁的女性其中50％的人人体肘部距地面高度251mm+382mm=633mm（见表2）平均人人体肘部距地面高度(676mm+633mm)/2=655mm电脑桌作业高度655mm+45mm（心理修正量）=700mm年龄18～60岁百分位数151050909599坐姿肘高214228235263291298312小腿加足高372383389413439448463表1坐姿人体尺寸（男）年龄18～60岁百分位数151050909599坐姿肘高201215223251277284299小腿加足高331342350382399405417表2坐姿人体尺寸（女）4.2电脑桌椅颜色的改进人处于不同颜色环境中，除了视觉辨别力受到影响、视野发生变化外，人的心理感觉也会有所变化，不同的颜色产生不同的感觉和不同的抽象概念。正确选择颜色，有益于视觉、生理、心理、功效、安全。红色会让人激动，蓝色则让人平静；心情郁闷的人容易从红色当中产生激情，在蓝色中更感到压抑和寂寞。通过颜色调节可以增强明亮程度、提高照明效果、标志明确、识别迅速、便于管理、注意力集中、减少差错和事故、提高工作质量、舒适愉快、减少疲劳、环境整洁、层次分明、明朗美观，满足于人们的审美情趣。长期使用电脑易使人产生疲劳，因此我们需要给使用者营造一种轻松、安静的氛围，而不是兴奋、沉重的。市场上不少电脑桌的颜色为浅灰色，的确满足了这一条件，但颜色较为单一。可以再设计一些蓝、绿色调的电脑桌，以满足女性及儿童的需求。4.3电脑座椅的改进与设计1、根据我国国家标准和人体测量数据进行高度可调范围设计。表3是我国国标中坐姿人体尺寸，可以此作为设计的基本依据。如我国成年人的坐姿膝高尺寸范围为410～549mm之间，计算公式：电脑椅高度=坐姿膝高+容膝空间适宜的座高设计应是：坐姿膝高为410～549mm，其中为适当10～20mm为适当容膝空间。所以电脑椅座高可设计在430～539mm之间可任意调节。表3坐姿人体尺寸电脑作业时身体的主要重量由臀部坐骨结节承担，但因设计合理的靠背，腰部支撑和扶手，以使各部分的肌肉疲劳尽量降低。日本有关专家通过实验测不同座面倾角时的第三和第四腰椎间的内压力大小，发现当座面与靠背在110度以上时，椎间盘压力显著减少。但人在电脑操作时，人要看电脑屏幕，且保持视线与屏幕的垂直，这使人身体与背的角度难以达到这个角度，所以应设计成95度左右为佳。同时，应该采用腰垫和扶手来减少椎间盘的内压力。腰垫的位置一般位于第三至第五腰椎部分，厚度以5cm左右为宜。座面倾角一般设计成0度到3度，以保证身体姿势以及腰垫的合理支撑。另外，工作之余，为使人能得到充分的休息，背倾角应允许调节到110度以上，即靠背倾角一般设计成5度到30度之间可调，相应的座面倾角也设计成0度到30度之间可调，从而使人在休息时全身肌肉自然松弛，以充分消除疲劳。如图2所示图2座椅可调尺寸范围示意图3、为保证人在动态作业时不同姿势的舒适性，应设计座面倾角、靠背倾角和高度以及扶手方向在一定范围内的自动微调性。运用了不同姿势变化时的人体工程学原理，设计靠背随倾角的变化能自动上下移动，保证各种姿势状态下腰部支撑都处于最佳位置。因为人体的生理结构特性表明，坐椅靠背倾角由90度变为105度时，腰部也下移45cm。因此，设计全方位的电脑椅就必须研究人在动态作业时姿势变化的生理结构特性，从而设计出合理的拟合性好的座椅，以最大程度降低人在电脑作业时的疲劳度。4.4电脑操作键盘的高度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）。计算公式：键盘托盘高度+键盘高度=坐姿肘高+小腿加足高+着装修正量一姿势修正量键盘高度取25mm，坐姿时的坐高修正量为44mm，着装修正量为3mm。男性适用键盘托盘高度=261+417+3-44-25=612mm女性适用键盘托盘高度=249+384+3-44-25=567mm此外，由国家标准GB/T3326—97规定容膝空间高度应不小于580mm，净高应大于520mm。为了满足人体下肢活动的需要，桌下空间深度应不小于600mm，宽度应不小于520mm。因此，可取女性适用键盘高度为580mm，取男性适用键盘托盘高度为620mm。综合以上两组数据，平均键盘高度(580mm+620mm)/2=600mm。另外，应把鼠标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。附图:5设计总结人本次设计主要是以安全人机工程学原理为主，利用对办公人员电脑桌椅的认识并结合安全人机工程学的原理与相关知识对电脑桌椅的设计进行简要的分析，并应用人的心理特性等知识，对电脑桌椅的设计进行进一步的研究与分析探讨，努力使电脑桌椅的设计更加的符合