第六章 作业空间设计第一节 作业空间设计 第二节 作业区域设计 第三节 座椅设计 第一节 作业空间设计 人在操作机械时所需的操作活动空间，加 上机器、设备及工具等所占空间的总和称为 作业空间。对于一个大范围的作业场所来说 ，作业空间设计就是解决如何把机器、设备 和工具等操作按人的操作要求进行空间布置 的问题。而针对人所操作的机械而言，作业 空间设计就是解决合理地布置操纵器、显示 器以及控制台、工作座椅的设计中人体尺度 问题。第一节 作业空间设计 一、作业空间的分类 作业空间可以分为近身作业空间、个体作业场所和 总体作业空间。 1、近身作业空间 作业者在某一位置时，采用坐姿或站姿状态下，其 所能完成作业的空间范围。 近身作业空间设计应考虑的因素： （1）作业特点；（2）人体尺寸；（3）作业姿势; （4）个体因素；（5）维修活动。第一节 作业空间设计 2、个体作业场所 操作者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作 业区域，如汽车驾驶室、计算机操作台（包括计算 机、工作台与座椅等）。 作业场所布置原则： （1）重要性原则：优先考虑实现系统作业的目标最 为重要的元件； （2）使用频率原则：经常使用的元件应布置于作业 者易见易及的地方； （3）功能原则：把具有相关功能的元件编组排列； （4）使用顺序原则：按使用顺序排列布置各元件。第一节 作业空间设计3、总体作业空间不同个体作业场所的布置构成总体作业空间。总 体作业空间不是直接的作业场所，它反映的是多个 作业者或使用者之间作业的相互关系，如一个办公 室或计算机房。当多个作业者在一个总体作业空间工作时，作业 空间的设计就不仅仅是个体作业场所内空间的物理 设计与布置的问题，作业者不仅与机器设备发生联 系，还和总体空间内其他人存在社会性联系。第一节 作业空间设计二、作业空间设计时人体测量学数据运用 1、确定重要的人体尺度 确定对于设计至为重要的人体尺度（如座 椅设计中，人的坐高、大腿长等）。 2、确定使用对象群体 确定设计对象的使用者群体，以决定必须 考虑的尺度范围（如成年女性或男性士兵 及地域性群体差异等）。 3、确定数据运用原则第一节 作业空间设计 人体设计原则，即按照群体某特征的最大值或最 小值进行设计。 可调设计准则，对于重要的设计尺寸给出范围 平均设计原则。 4、数据运用准则确定后，如有必要，还应选择合适 的数据定位群体的百分位。 5、查找与定位群体特征相符合的人体测量数据表， 选择有关数据值。 6、如有必要，对数据作适当的修正。 7、考虑人体测量学数据的静态和动态性质。 第一节 作业空间设计 三、作业空间设计 按照作业者的操作范围、视觉范围以及作业 姿势等一系列生理、心理因素对作业对象、 机器设备、工具等进行合理的空间布局，给 人、物等确定合理的流通路线和占有区域， 以提高系统的可靠性、舒适性和经济性。第一节 作业空间设计 1、机器、设备的布置原则 按作业顺序布置 按产品生产的先后顺序布置机器设备。这类 作业场所要求制造和装配是连续性的，这种 产品可以在生产线上以最短的时间完成加工 和装配工作，避免了无谓的原材料和半成品 的搬运，使加工线路达到最经济的要求。它 惟一的缺陷是一旦生产线上的某一设备或作 业者出现问题，将直接影响整个生产过程。第一节 作业空间设计 按设备功能布置 是指将机器设备按其功能分类，同一功能的 设备被编作一组，共同完成某一产品的同一 道工序。这种布置方式的优点是机器设备的 利用率高，且一旦某一设备或作业者出现故 障，对全局也不会造成太大的影响。目前， 我国很多机械加工车间和纺织车间都能见到 这种布局方式。它的缺点是：从一组设备到 另一组设备间需要搬运材料和半成品，增加 了工序。第一节 作业空间设计 混合布置 是指将以上两种方式结合在一起来布置设备 ，这样既吸收了两种方式的优点，又避免了 它们各自的缺点。如纺织厂的设备就是采用 这种布置方式。 在人机系统中，人-人; 机-机; 人-机的空间 布置是否合理，可以采用作业链环解析法进 行分析和评价。第一节 作业空间设计2、作业姿势 在作业中使用良好的作业姿势可使作业者时刻处于 轻松的状态。 三种作业岗位的特征坐姿作业岗位立姿作业岗位坐、立姿交替第一节 作业空间设计 坐姿坐姿适用操作力和操作范围不大，精细的或需稳定 连续进行的工作。 坐姿作业特点：a、不易疲劳，适合持续时间长的 工作；b、身体稳定性好，操作精度高，适合精密作 业；c、手脚可以并用作业。 但坐姿工作的活动空间小，手和手臂的操纵力也小 。 影响坐姿作业空间的因素： a、工作面高度和宽度 ； b、作业范围； c、容膝、容脚空间；d、椅面高度 及活动余隙；e、脚作业空间。第一节 作业空间设计第一节 作业空间设计 立姿作业空间 立姿作业特点：a、可活动空间大，适合来回走动 和经常变换体位的作业；b、手的力量增大，即可使 人体能输出较大的操作力；c、不需要容膝空间，相 对坐姿所需的作业空间更小。 但长时间立姿工作会使人感到疲劳，而且在生理和 心理上都对精细工作有不利影响。立姿适于操作范 围和操作力大，且一般不是长时间连续工作的场合 。 影响立姿作业空间的因素： a、工作面高度；b、 作业范围；c、工作活动余隙；d、立姿作业空间垂直 方向布局设计。第一节 作业空间设计第一节 作业空间设计 坐、立姿交替作业空间 坐、立姿交替作业空间可以避免由于长期站姿操作 而引起的疲劳，也可以在较大的区域内活动以完成 作业，同时稳定的坐姿可以帮助作业者完成一些较 精细的作业。坐、立姿交替作业综合了坐姿和立姿 的特点。一般其作业面固定，作业面也相应较高， 所以工作椅面较高。第一节 作业空间设计第二节 作业区域设计 作业区域也称为工作区域或作业范围。是构成作业 空间的主要组成部分。 作业区域可分为水平面作业区和垂直面作业区。一、水平作业面操作者采用立姿或 坐姿操作时，上肢在水 平面上移动的轨迹所包 含的区域称为水平作业 面。水平作业面可分为 最大工作区域和正常工 作区域。第二节 作业区域设计 1、最大工作区域 巴恩斯最大工作区域：以肩关节为轴心，以K5 为半径，中指指尖的运动轨迹所包络的区域， 其中K为上肢前展长，取其第5百分位数值；G 为胸厚，取其第95百分位数值。 如以椅背为基准，则 H1=（K5+G95/2） H1=（K5+G95/2）=（683+340/2）=853mm （ 美军成年男性）第二节 作业区域设计 2、正常工作区域 (1) 巴恩斯法正常工作区域 上臂靠近身体，以肘为轴心，前臂平伸作回转运动所包括的 范围。所以，如以椅背为基准，则 H2=（J5+G95/2），J5为前臂长第5百分位数，H2=（J5+G95/2 ）=（371+340/2）=541mm （美军成年男性）第二节 作业区域设计 (2) 斯夸尔斯正常工作区域 斯夸尔斯认为，前臂运动时，肘 部并不固定于一点不动，而是沿 1/4圆弧运动，因此手的运动轨迹 为近似于长辐外摆线。 推导计算公式： X=A1cos+A2cos65+(73/90) Y=A1sin+A2sin65+(73/90)第二节 作业区域设计 A1肘与肩之间距离的水平投影长度（上臂与水平 面约成65夹角，A1=CE=180mm）； A2肘与拇指尖点的距离（A2=CP=380mm）； 上臂的水平投影与工作台边缘的夹角（0 90）。 斯夸尔斯指出，通过左右手的移动轨迹-两条曲线 的顶端作切线，并由两切点分别向左右两边各延长 25cm所确定的区域为操作者容易操作的范围。美国 海军中的各种仪表板和控制台采用此法设计，有效 的提高了使用效率。第二节 作业区域设计(3) 斯夸尔斯正常工作区域计算程序 function ww123 clear; x,fval,exitflag=fminbnd(myfun1,0,3.14/2); H5=344; G95=255; x1=H5/2+180*cos(x)+380*cos(65*3.14/180+(73/90)*x); y1=-fval+G95/2;x1=2*x1+500;phi=x*180/3.14; x1,y1,phi function f=myfun1(x) f=-(180*sin(x)+380*sin(65*3.14/180+(73/90)*x); 结果: x1,y1,phi=795.8940 632.9778 55.0229第二节 作业区域设计第二节 作业区域设计二、作业面高度 作业面高度的确定应遵特循下列原则： 1、设计原则 力求作业面高度可调节：若在同一作业面内完成不 同性质的作业，则作业面高度应可调节，可将高度调 节至适合操作者身体尺度及个人喜好的位置。 小臂应接近水平状态或略下斜：应使臂部自然下垂 ，处于合适的放松状态，任何场合都不应使小臂上举 过久。 不应使脊椎过度屈曲：脊椎过度屈曲会引起腰部不 适感，长期累积作用可造成椎间盘病变。第二节 作业区域设计工作类类型对对男性的推荐高度对对女性的推荐高度精密工作1000-1100950-1050 轻轻度工作900-950850-900重工作750-900700-850工作类类型对对男性的推荐高度对对女性的推荐高度 精密工作850800粗工作779725坐平面调节调节 范围围500-575站姿作业面高度(mm)坐姿作业面高度 (mm)2、作业面高度第二节 作业区域设计第二节 作业区域设计 三、垂直面作业区域 1、坐姿作业区域 采用法莱法则确定坐姿工作面高度 最大工作区域的最高点： （N95+ F5+K5） 正常工作区域的最高点： （N95+ M95+ J5） 其中，K5 为第5百分位数上肢前展 长；N95为第95百分位数坐姿腘窝 高；坐姿肩高F5取其第5百分位数 值； J5为前臂长第5百分位数；坐 姿肘高M95取第95百分位数。第二节 作业区域设计 2、立姿作业区域 最大工作区域的最高点： （E5+ K5） 正常工作区域的最高点： （L95+ J5） 其中，立姿肩高E取其第5百 分位数值；立姿肘高L95取其 第95百分位数值。以我国男 性立姿人体尺寸为例。 H1=（1380+683）=2063mm H2=（1204+371）=1575mm第二节 作业区域设计 3、坐/立交替姿作业面区域 采用坐姿-立姿交替的作业姿势时，其工作面的高度 与采用立姿作业时相同。 有关工作岗位尺寸设计原则及其数值可参考GBT 1477693。第三节 座椅设计 20世纪初，人们才开始认识到坐姿工作比 立姿工作能减轻腿部肌肉的负担和血液循环 系统的负担，降低人体能量消耗，从而减轻 劳动强度，提高工作效率。在工业国家，2/3 的工作是坐姿工作。因此，座椅的设计研究 受到了人们的广泛重视。 1968年，国际人机工程学学会在瑞士召开了 以座椅为主题的第一次国际学术研讨会，这 次会议在全世界掀起了座椅研究的高潮。第三节 座椅设计 一、坐姿工作的特点优点： 1、可免除站立时人体的足踝、膝部、臀部和脊椎等 关节部位受到静肌力，减少人体能消耗，消除疲劳 ；2、坐姿比站立更有利于血液循环；3、有利于保持身体的稳定，这对精细作业更适；4、在脚操作场合，坐姿保持身体处在稳定的姿势， 有利于作业。第三节 座椅设计 缺点：1、限制了人体活动范围，尤其是需要上肢出力的场 合，往往需要站立