作业空间设计-人因工程学

作业空间设计-人因工程学 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望作业空间设计作业空间设计作业空间设计作业空间设计目录n第一节 作业空间设计概述n第二节 作业空间设计中的人体因素n第三节 作业姿势与作业空间设计n第四节 工作场所性质与作业空间设计n第五节 座椅设计第一节 作业空间设计概述n一、作业空间设计的有关概念1.作业空间 人、机器设备、工装以及被加工物所占的空间。（1）近身作业空间作业者在某一固定工作岗位时，考虑人体的静态和动态尺寸，在坐姿或站姿状态下，作业者为完成作业及所及的空间范围时的近身作业空间。（2）个体作业场所作业者周围与作业有关、包含社会因素在内的作业区域。（3）总体作业空间多个相互联系的个体作业场所布置在一起构成总体作业空间。第一节 作业空间设计概述n一、作业空间设计的有关概念2.作业空间设计从广义上讲：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、工具进行合理的空间布局，给人、物等确定最佳的流通路线和占有区域，提高系统总体可靠性和经济性。从狭义上讲：合理设计工作岗位，以保证作业者安全、舒适、高校工作。第一节 作业空间设计概述n二、作业空间设计的一般要求（一）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（二）作业场所布置原则（1）重要性原则（2）使用频率原则（3）功能原则（4）使用顺序原则第一节 作业空间设计概述n二、作业空间设计的一般要求（三）总体作业空间设计的依据 企业的生产方式、工艺特点决定了总体作业空间内的布局，在此基础上，再根据人机关系，按照人的操作要求进行作业场所设计及其他设计。n一、人体测量学数据的运用（1）确定对于设计至为重要的人体尺度（2）确定设计对象的使用者群体，以决定必须考虑的尺度范围（3）确定数据运用原则（人体设计原则、可调设计准则、平均设计原则）（4）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，对数据作是应当的修正（7）考虑测量衣着情况（8）考虑人体测量学数据的静态和动态性质第二节 作业空间设计中的人体因素第二节 作业空间设计中的人体因素n二、人体视野及所及范围（一）视野（二）主要视力范围（三）眼高（四）视觉运动规律（一）视野n视野视野是指指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，常以角度来表示。动视野动视野是头部固定不动，自由转动眼球时的可见范围；静视野静视野是头部固定不动时在眼球静止不动状态下的自然可见范围；在水平面内的视野在水平面内的视野：双眼视区大约60度以内的区域。在垂直平面的视野在垂直平面的视野：以标准视线水平为0度基准，则最大视区为视平线以上60度和视平线以下70度。（二）主要视力范围n视力视力是眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度。n根据对物体视觉的清晰度，一般把视野分成三个主要视力范围区：1.中心视力范围（直视区）中心视力范围（直视区）：人们通常所说的视力，又称中心视力，中心视力范围（视角）为1.5度3度，其特点是对该区内的事物的视觉最为清晰。2.瞬间视力范围瞬间视力范围：视角18度，其特点是通过眼球的转动，在有限的时间内就能获得该区内物体的清晰形象。3.有效视力范围有效视力范围：视角30度，其特点是利用头部和眼球的转动，在该区内注视物体时：必须集中注意力方能有足够的清晰视觉。（二）主要视力范围 正常人在各种工作时的视力范围比视野要小。因为视力范围是要求能迅速、清晰地看清目标细节的范围，所以视力只能是视野的一部分视力只能是视野的一部分。（三）眼高n眼高眼高是指从瞳孔点至地面的垂直距离。立姿眼高立姿眼高是从地面至眼睛的距离，在一般工业人口中，眼高的范围约为（14701750）mm。坐姿眼高坐姿眼高是从座位面至眼睛的距离，其范围约为（660790）mm。P.S.两组数据值均为正常衣着和身体姿势状态。这些尺寸是目视工作必须适应的眼高范围。（三）眼高立姿时的眼高（14701750）mm坐姿时的眼高（660790）mm眼高眼高（四）视觉运动规律n眼睛沿水平方向运动沿水平方向运动比沿垂直方向运动沿垂直方向运动快而且不易引起疲劳。n视线的变化习惯从左到右从左到右，从上到下从上到下和顺时针方向顺时针方向运动。n当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上角左上角的观察效率最优，依次为右上角，左下角右上角，左下角，而右下角右下角最差。n两眼的运动总是协调的、同步的，在正常情况下不可能一只眼睛转动而另一只眼睛不动；在一般操作中，不可能一只眼睛视物，而另一只眼睛不视物。因而通常都以双眼视野为设计依据以双眼视野为设计依据。n人眼对直线轮廓直线轮廓比对曲线轮廓曲线轮廓更易于接受。第二节 作业空间设计中的人体因素n三、工作体位（一）决定工作体位和姿势的因素（二）主要工作体位1.坐姿2.立姿3.坐、立交替（一）决定工作体位和姿势的因素n操作者在作业过程中，通常采用坐姿、立姿、坐立交替相结合姿势，也有一些作业采用跪姿和卧姿。n在确定作业姿势时，主要考虑以下因素：1.作业空间的大小和照明条件；2.作业负荷的大小和用力方向；3.作业场所各种仪器、机具和加工件的摆放位置；4.作业台高度及有没有容膝空间；5.操作时的起坐频率。（二）主要工作体位n一、坐姿坐姿坐姿是指身躯伸直或稍向前倾角为1015，上腿平放，下腿一般垂直地面或稍向前倾斜着地，身体处于舒适状态的体位。坐姿作业具有以下特点特点：不易疲劳，持续工作时间长；身体稳定性好，操作精度高；手脚可以并用作业；脚蹬范围广，能正确操作。人体最合理最合理的作业姿势就是坐姿作业。（二）主要工作体位n二、立姿立姿立姿通常是指人站立时上体前屈角小于30时所保持的姿势。（一）立姿的优点1.可活动的空间增大；2.需经常改变体位的作业，立位比频繁起坐消耗能量少；3.手的力量增大，即人体能输出较大的操作力；4.减少作业空间，在没有坐位余地的场所，以及显示器、控制器配置在墙壁上的情况，立姿更好。（二）主要工作体位n二、立姿（二）立姿的缺点1.不易进行精确和细致的作业；2.不易转换操作；3.立姿时肌肉要做出更大的功来支持体重，容易引起疲劳；4.长期站立容易引起下肢静脉曲张等。（二）主要工作体位n三、坐、立交替某些作业并不要求作业者始终保持立姿或坐姿，在作业的一定阶段，需交换姿势完成操作。这种作业姿势称为坐、立交替的作业姿势。采用这种作业姿势既可以避免由于长期立姿操作而引起的疲劳，又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。并不是所有作业都是适合，只适合一些特殊的作业。（三）人的行为特征n人的行为特征和作业空间的关系：英国的心理学家D.肯特说过：“人们不以随意的方式使用空间”。意思是说人们在空间中采取什么样的行为并不是随意的，而是有特定的方式。人对作业空间的要求，不仅有对物理空间的要求，还会受到心理因素的影响，一般来说，人的心理空间要求大于物理空间要求。（三）个人心理空间n一、个人心理空间个人心理空间个人心理空间是指围绕一个人并按其心理尺寸要求的空间。接触类型心理距离亲密距离（紧身区）=450个人距离（近身区）4501200社交距离（社交区）12003500公共距离（公共区）35009000人际交往心理距离表 单位：mm（三）个人心理空间第三节 作业姿势与作业空间设计n（一）坐姿作业空间设计n（二）立姿作业空间设计n（三）坐立姿交替作业空间设计n（四）斜作业面设计n（五）受限作业空间设计（一）坐姿作业空间设计n一、工作面高度和宽度 工作面宽度视作业功能要求而定：一般若单供靠肘之用，最小宽度为100mm，最佳宽度为200mm；仅当写字用时，最佳宽度为400mm；工作面板的厚度一般不超过50mm，以便保证大腿的容膝空间。（一）坐姿作业空间设计n二、作业范围（1）水平作业范围在水平方向上方便地移动手臂所形成的轨迹（覆盖的范围）如下图：（一）坐姿作业空间设计（2）垂直作业范围（一）坐姿作业空间设计（3）立体作业范围 立体作业范围立体作业范围指的是将水平和垂直作业范围结合在一起的三位空间，实际上，坐姿作业时，操作者的动作被限制在工作台面以上的空间范围，其作业范为一立体空间。（一）坐姿作业空间设计（4）综合坐姿作业图（一）坐姿作业空间设计n三、容膝、容脚空间在坐姿工作台设计过程中，在工作台下部就要有足够的容纳腿脚的区域，就叫容膝、容脚空间。符号符号尺度部位尺度部位尺寸尺寸最小最小最大最大a容膝孔宽度容膝孔宽度5101000b容膝孔高度容膝孔高度640680c容膝孔深度容膝孔深度460660d大腿空隙大腿空隙200240e容腿孔深度容腿孔深度6601000单位：mm（一）坐姿作业空间设计n四、椅面高度及活动余隙坐姿作业离不开座椅，因此设计时要考虑座椅所需的空间及人体活动需要改变座椅位置等余隙要求。（1）座椅的椅面高度一般略低于小腿高度，以便使全部脚掌着地支撑下肢重量，方便下肢移动，减少臀部压力，避免椅子前沿压迫大腿。（2）座椅放置空间的深度距离（台面边缘到固定壁面的距离），至少应在810mm以上，以便作业者起身与坐下时移动椅子。（3）座椅放置空间的宽度距离应保证作业者能自由的伸展手臂，座椅的扶手至侧面的距离应大于610mm。（一）坐姿作业空间设计n五、脚作业空间脚作业空间一般范围较小，正常的位于身体前侧、坐高以下的区域。（一）坐姿作业空间设计对脚作业空间的研究主要在于脚踏板的设计，脚与踏板应成90，对于蹬力较大的脚踏板，大、小腿间的夹角应在105135，以120为最佳，对瞪力较小的，应在105110范围内。夹角（二）立姿作业空间设计n一、工作面高度（二）立姿作业空间设计n二、作业范围立姿水平作业范围与坐姿作业时基本相同，垂直范围要大一些。（二）立姿作业空间设计n三、工作活动余隙立姿作业时，人的活动性比较大，为保证作业者操作自由、动作舒展，必须使操作者有一定的活动余隙，并尽量大些。可参照下表。（二）立姿作业空间设计n四、立姿作业空间垂直方向布局设计控制器类型推荐值报警装置1800极少操作的手控制器和不太重要的显示器16001800常用的手控制器、显示器、工作台面等7001600不宜布置控制器500700脚控制器0500立姿作业空间垂直方向布局尺寸表 单位：mm（三）坐立姿交替作业空间设计n为了克服坐姿、立姿作业的缺点，在工作岗位上经常采用坐立姿交替作业的方式。n这种作此方式的优点在于，能使作业者在工作中变换体位，从而避免由于身体长时间处于一种体位而引起的肌肉疲劳。比如，长时间的单调的坐姿作业会引起心理性疲劳。n在设计坐-立交替的工作面时，工作面的高度以站立时的工作高度为准，椅子高以6878cm为宜，同时提供脚踏板，使人坐着工作时脚有休息的地方，否则人们很难工作持久。（三）坐立姿交替作业空间设计（三）坐立姿交替作业空间设计（四）斜作业面设计n作业时，人的视觉注意的区域决定头的姿势。坐姿时，视线与水平线的夹角为3244，站姿时为2334。由于视线倾斜的角度包括头的倾斜和眼球转动两个角度，实际头倾斜角度为坐姿1729，站立822。n实际工作中，头的姿势很难保持在上面所说的范围内，如最常见的在写字台上读写书画，头的倾角就超过了舒服的范围(即822)，因此，出现了桌面或者作业面倾斜的设计。n下图是都已经批量生产的绘图桌。（四）斜作业面设计（四）斜作业面设计测量上面5张设计好的和5设计差的绘图桌，可以发现：（1）设计好的，躯体弯曲为79；（2）设计差的，躯体弯曲为1942；（3）设计好的，头的倾角为2933；（4）设计差的，头的倾角为3036。特别是当水平作业面过低时，由于头的倾角不可能过多超过30，人不得不增加躯体的弯曲程度。因此，绘图桌的设计应注意以下几条要求：（1）高度和倾斜度都可调；（2）桌面前缘的高度应在65130cm内可调；（3）桌面倾斜度应在075内可调。（五）受限作业空间设计n受限作业受限作业是指作业者被限定在一定的空间内进行操作。坐姿作业例子工作面高度容膝空间椅面高度作业范围工作角度第四节 工作场所性质与作业空间设计n一、主要工作岗位的空间尺寸（1）工作间操作者的工作大多在工作间进行，为了使操作人员活动自如，避免产生心理障碍和身体损伤，要求工作地面积大于8，每个操作者的活动面积应大于1.5，宽度大于1m。最佳活动面积为4。作业者工作空间坐姿工作人员12不以坐姿为主人员15重体力作业者18基本空间要求 单位：第四节 工作场所性质与作业空间设计（2）机器设备与设施间的布局尺寸多台机器协同作业时，机器设备与设施间要保持足够的空间距离。（3）办公室管理岗位和设计工作岗位属于集体办公，应从生理和心理的角度考虑其空间设计。面积/活动空间/m高度/m管理人员5153设计人员6203办公室人员的空间尺寸第四节 工作场所性质与作业空间设计 在集体办公条件下，应尽量避免桌子的面对面排列或顺序排列。第四节 工作场所性质与作业空间设计第四节 工作场所性质与作业空间设计n二、辅助性工作场地的空间设计（1）出入口（2）通道和走廊（3）楼梯、扶梯和斜坡道（4）平台和护栏第四节 工作场所性质与作业空间设计n（1）出入口 封闭的工作区域首先应有供日常通行的常规出入口，允许预期的人员车辆和货物不受限制地通过。出入口的位置不应使进出人员意外地起动控制器或堵塞通往控制器的通道。出入口的宽度和高度应视具体情况（如是否进出车辆及车辆和负荷的大小等）确定。仅供人员进出的出入口，最小高度不得低于2100mm，最小宽度不得窄于810860mm。出入口一般应避免采用门槛，除非为防风雨或通风而非用不可。第四节 工作场所性质与作业空间设计封闭的工作场所还要有必要的应急出口应急出口，应急出口的设计即要保证人员的迅速册立，又要考虑救援装备和防护服。应急出口状态应急出口状态尺尺寸寸最小最小最佳最佳矩形门窗开口矩形门窗开口405610510710方形门窗开口方形门窗开口460560圆形门窗开口圆形门窗开口560710应急出口的尺寸 单位：mm第四节 工作场所性质与作业空间设计n（2）通道和走廊工作区域经常存在一条或几条通道和走廊，在设计它们的高度、宽度和位置时，都应考虑该区域预定的人流和物流的大小和方向。对仅供人通行的人行道和走廊来说，其尺寸相对可小些。但为了使人们通过不受限制，应在人体测量数据基础上，为穿臃肿防护服和携带装备的人员留出足够的余隙。例如，按人体测量尺寸，一个人可以费点力气通过510mm宽的走廊。然而考虑了着装等因素，单人或单向通行的走廊宽度至少应为760mm。第四节 工作场所性质与作业空间设计要遵循的原则：1.避免死角，保证视线良好；2.直观形式标示通道结构；3.设置导向标志；4.通道内避免工人挪动设备；5.保证通道流畅；6.设双向通道，避免单向。第四节 工作场所性质与作业空间设计n（3）楼梯、扶梯和斜坡道现代企业一般都有高大的设备或厂房，许多人的工作位置离地面都有一定的高度，为了最快最有效地进入或通过这些工作区域，应该设置楼梯、扶梯和斜坡道。不同结构的许用倾角和最佳倾角第四节 工作场所性质与作业空间设计楼梯第四节 工作场所性质与作业空间设计符符号号项项目目最最小小最最大大A台阶升角台阶升角20o50oB台阶宽度台阶宽度240300C台阶间距台阶间距125200D楼梯宽度（扶手至扶手）楼梯宽度（扶手至扶手）单行楼梯单行楼梯510双行楼梯双行楼梯1200E最小装设余隙最小装设余隙2000F扶手高度扶手高度9001000G扶手直径扶手直径3050H容手余隙容手余隙45第四节 工作场所性质与作业空间设计扶梯符符号号项项目目最最小小最最大大A扶梯升角扶梯升角50o75oB踏板深度踏板深度50o升角升角15025575o升角升角75145C踏板间距踏板间距180300D踏板至平台高度踏板至平台高度150300E两边扶手间宽两边扶手间宽535610F最小装设高度最小装设高度1700G扶手高度扶手高度860940H扶手直径扶手直径3050I最小容手余隙最小容手余隙75符符号号项项目目最最小小最最大大A斜坡升角斜坡升角20oB扶手高度扶手高度9001100C斜坡宽度斜坡宽度视功能和用途而定，特别取决于车辆和负荷大视功能和用途而定，特别取决于车辆和负荷大小。小。D扶手直径扶手直径2575E扶手周围余隙扶手周围余隙50斜坡道第四节 工作场所性质与作业空间设计n（4）平台和护栏1）平台在生产中，常要求作业人员升至设备的最佳（或至少可以忍受）操作距离之内进行作业，就需要采用平台围绕工作区域或在工作区域相关部分之间提供连续的工作面。2）护栏当护栏或走廊高度高出地面200mm时，为防止作业人员从高处工作位置或地板开口掉下去，在所有敞开侧都必须装设护拦。护拦的扶手高度应根据第95百分位的人体垂心高度和可能携带的最大负荷量对重心高度的影响确定、其数值应大于1050mm。第四节 工作场所性质与作业空间设计n护栏上海新外滩观光平台的护栏第五节 座椅设计n今天，不论在工作、在家中、在公共汽车或在其他的任何地方，每人在他的一生中总有很大的一部分时间是花在坐的上面。在西方发达国家内几乎3/4的工作是坐姿作业，因此座椅的研究设计受到了广泛的重视。n近年来人们对座椅的设计进行了大量的研究，本节主要讨论：（一）座椅设计的重要性（二）座椅的基本类型和结构（三）座椅设计要求（一）座椅设计的重要性坐着工作尽管能减少人体体力消耗，但也是人一天的运动量大大地减少，从而带来许多问题。如长期坐着会使人的腹肌松弛，行动变得迟缓，也影响到人的消化和呼吸功能。最常见的问题是由于长期坐着不动而带来的肌骨疼痛。右图给出了在瑞典对246个办公室人员进行的一项调查。（一）座椅设计的重要性腰椎的前凸 腰椎的后凸（二）座椅的基本类型和结构n座椅按其使用目的，可分为三类：（1）工作椅 为了一定工作要求而设计的座椅。如办公座椅、学生课桌椅等。（2）休息椅 用来休息用的椅子，又叫懒椅。适用于休息室和各种交通工具，如汽车、飞机等座椅，以舒适性为重点。（3）多功能座椅 使用于多场合，以多用途为目的的座椅。如餐厅、会议室使用的座椅。（三）座椅设计要求n1.座椅设计原则（1）座椅的尺寸应与使用者的人体尺寸相适应。因此在设计座椅前，首先要明确设计的座椅供谁做坐用。要把使用者群体的人体尺寸测量数据作为确定座椅设计参数的重要依据。（2）应尽可能使就坐者保持自然的或接近自然的姿势，并且要使作用者可以不时变换自己的坐姿。（3）应符合人体生物力学原理。座椅的结构与形态要有利于人体重力的合理分布，有利于减轻背部与脊柱的疲劳和变形。（4）应使坐用者活动方便，操作省力，舒适。（5）牢固、稳定，防止坐者倾翻、滑倒。（三）座椅设计要求n2.座椅主要部分的设计要求（1）椅面高度 椅面高度：椅面高度：指椅面（有软垫则是垫面）至地面的高度。舒服的坐姿是大腿近乎水平以及两脚被地面所支持。为了避免大腿下有过高的压力(一般发生在大腿的前部)，座位前沿到地面或脚踏的高度不应大于脚底到大腿弯的距离。这个尺寸的选择一般应适合第5百分位的人，然而这个尺寸的选择对于固定座椅来说可能会使较高的人不舒服，因此应该略增加35cm。（三）座椅设计要求（2）座椅的深度和宽度 座椅的深度：座椅的深度：座椅的深度要设计成使人的腰背自然地倚靠在靠背上时椅面前缘不会抵到小腿。一般以“臀膝距”尺寸为参考，取第5百份位数的3/4为依据，这样使短腿者膝盖不会压在椅缘上。工作椅深度取35-40cm为宜。座椅的宽度：座椅的宽度：宽度要按大身材人的体宽尺寸设计。一般以女性成人臀部测量的第95百分位数为依据。最小的椅子宽度是40cm再加上5cm的衣服和口袋装物的距离。对于有靠手的座椅，两靠手之间的距离最小是50cm。不会妨碍手臂的运动。（三）座椅设计要求（3）座椅面倾角 休息椅后倾20左右；音乐厅、讲演厅、会议厅为515；办公座椅一般后倾3左右为宜。（4）靠背1）背靠尺寸背靠尺寸 低靠背，上下1525cm，左右宽3040cm。腰靠的位置最好放置在第3和第4腰椎部上下。中靠背，上下40cm左右，适用面较广。高靠背则是高度达到肩部的靠背。2）背靠角背靠角 指靠背与椅面的夹角。在95110范围内选取。3）靠背形状靠背形状 以脊柱的自然弯曲相适应。（5）扶手扶手有用来放置手臂、起坐时的扶持及分隔坐位、防止与相邻者碰触的作用。扶手高度一般要高过人体重心位置2cm，其值约为2122cm，宽度不应小于10cm。（三）座椅设计要求（6）坐垫设置坐垫坐垫的主要目的是使使用者的体重压力能较均匀地分布在椅面上。工作椅工作椅办公椅休息椅会议椅