人機工程學(xué)-人在作業(yè)環(huán)境中的研究

1、人機工程學(xué)第3章人在作業(yè)環(huán)境中的研究主要內(nèi)容第1節(jié) 人體活動的空間要求第2節(jié) 人體力學(xué)與作業(yè)研究第3節(jié) 人體作業(yè)空間尺度第4節(jié) 人在環(huán)境空間中的安全因素設(shè)計第1節(jié) 人體活動的空間要求1.1 肢體關(guān)節(jié)活動范圍1.2 脊柱關(guān)節(jié)活動范圍1.3 身體姿態(tài)動作活動范圍人體活動與動作空間（動態(tài)尺寸）人的動作空間主要分為兩類：一是人體處于靜態(tài)時的肢體活動范圍；二是人體處于動態(tài)時的全身動作空間。 (1)人體處于靜態(tài)時的肢體的活動范圍 作業(yè)域(working area) (2)人體處于動態(tài)時的全身的動作空間 作業(yè)空間(working space)人的動作空間肢體活動范圍人體活動空間作業(yè)空間作業(yè)域人體活動與動作空

2、間人的肢體圍繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動而劃出的范圍，也就是肢體活動所占用的空間范圍。肢體長度和角度肢體活動范圍：在工作和生活活動中，人們的肢體圍繞著軀體做各種動作，這些由肢體的活動所劃出的限定范圍即是肢體的活動空間。肢體的活動空間實際上它也就是人在某種姿態(tài)下肢體所能觸及的空間范圍。作業(yè)域：（一）肢體活動范圍（作業(yè)域）（一）肢體活動范圍（作業(yè)域） 在布置人的工作作業(yè)環(huán)境時必須了解這些環(huán)境范圍，即肢體的活動范圍。在工作和生活中，人們的肢體圍繞著軀體做各種活動，這些由肢體的活動所劃出的限定范圍即是肢體的活動空間，它是由肢體活動的角度及肢體的長度決定的。 1、肢體活動角度影響因素： a、肢體的活動角度受骨骼和韌帶的限

3、制。 b、年齡、種族、性別、生活習(xí)慣也對其有影響。應(yīng)用：肢體活動角度在解決某些問題上有用，如視野、踏板行程、扳桿的角度等。通常情況下人的活動不是單一的動作，而是協(xié)調(diào)的多個關(guān)節(jié)的聯(lián)合動作。分類：輕松值：經(jīng)常性場所（最大活動范圍的50%）正常值：一般性場所極限值：安全或限制性場所（費力、疲勞）1.1 肢體關(guān)節(jié)活動范圍包括：肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、前臂、腕關(guān)節(jié)、 手指關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、 踝關(guān)節(jié)、足部肩關(guān)節(jié)活動范圍肘關(guān)節(jié)活動范圍腕關(guān)節(jié)活動范圍手指關(guān)節(jié)活動范圍髖關(guān)節(jié)活動范圍膝關(guān)節(jié)活動范圍踝關(guān)節(jié)活動范圍足部活動范圍1.2 脊柱關(guān)節(jié)活動范圍1.3 身體姿態(tài)動作活動范圍（1）身體各部位重要活動范圍 身體各部位垂直

4、面重要活動范圍 身體各部位水平面重要活動范圍身體各部位垂直面重要活動范圍身體各部位垂直面重要活動范圍身體各部位水平面重要活動范圍身體各部位水平面重要活動范圍（2）人體姿態(tài)動作活動空間 立姿、坐姿、跪姿、臥姿、活動姿態(tài)立姿身體動作活動空間坐姿身體動作活動空間跪姿身體動作活動空間臥姿身體動作活動空間身體活動姿態(tài)范圍空間第2節(jié) 人體力學(xué)與作業(yè)研究2.1 肌肉的特征2.2 施力作業(yè)的要求2.1 肌肉的特征肌肉的最大力量為34kg/cm2肌肉力量的大小取決于橫截面積的大小。肌肉力量的大小也取決于其收縮的長度。能量的來源？2.2 施力作業(yè)的要素 1 肌肉施力的基本類型：選擇合理的作業(yè)節(jié)奏，動態(tài)作業(yè)可以延續(xù)

5、很長時間而不產(chǎn)生疲勞。心臟的工作就是動態(tài)作業(yè)，人的一生中，心臟不停地搏動，心肌從不疲勞。收縮的肌肉組織壓迫血管阻止血液進入肌肉，肌肉無法從血液得到糖和氧的補充，不得不依賴于本身的能量儲備。肌肉不能迅速排除代謝廢物，積累的廢物造成肌肉酸痛，引起肌肉疲勞。由于酸痛難忍，靜態(tài)作業(yè)的持續(xù)時間受到限制。肌肉有節(jié)奏地收縮和舒張，血液輸送量比平常提高幾倍，血液大量流動不但使肌肉獲得足夠的糖和氧，而且迅速排除了代謝廢物。因此，只要選擇合理的作業(yè)節(jié)奏，動態(tài)作業(yè)可以延續(xù)很長時間而不產(chǎn)生疲勞。 動態(tài)施力靜態(tài)施力2 施力問題研究（1）靜態(tài)施力與人體反應(yīng)靜態(tài)施力舉例 通常某項作業(yè)既有靜態(tài)施力又有動態(tài)施力。由于靜態(tài)施力的

6、作業(yè)方式比較費力，因此當兩種作業(yè)方式同時存在時，首先要處理好靜態(tài)作業(yè)。 一般的工業(yè)和職業(yè)勞動都包括不同程度的靜態(tài)施力，例如（1）工作時，向前彎腰或者向兩側(cè)彎腰，（2）用手臂夾持物體，（3）工作時，手臂水平抬起，（4）一只腳支撐體重，另一只腳控制機器，（5）長時間站立在一個位置上， 避免靜態(tài)施力人體工程學(xué)的基本設(shè)計原則a、避免彎腰或其他不自然的身體姿勢。 提高人體作業(yè)的效率，一方面要合理使用肌力，降低肌肉實際負荷;另一方面要避免靜態(tài)肌肉施力。 避免靜態(tài)肌肉施力的幾個設(shè)計要點： b、避免長時間地抬手作業(yè)。 c、坐著工作比站著工作省力。 d、雙手同時操作時，手的運動方向應(yīng)相反或?qū)ΨQ運動，單手作業(yè)本身

7、就造成背部肌肉靜態(tài)施力 工作椅的坐面高度調(diào)到使操作者能十分容易地改變站和坐姿勢的高度，可以減少站起和坐下時造成的疲勞，尤其對于需要頻繁走動的工作，更應(yīng)如此設(shè)計工作椅。 e、作業(yè)位置（作臺的臺面或作業(yè)的空間）高度應(yīng)按工作者的眼睛和觀察時所需的距離來設(shè)計。 f、常用工具，如鉗子、手柄、工具和其他零部件、材料等，都應(yīng)按其使用的頻率或操作頻率安放在人的附近。 作業(yè)位置的高度保證姿勢自然，身體稍微前傾，眼睛正好處在觀察時要求的距離。還采用了手臂支承，以避免手臂肌肉靜態(tài)施力。 g、當手不得不在較高位置作業(yè)時，應(yīng)使用支承物來托住肘關(guān)節(jié)、前臂或者手。 h、支持肢體 當手中雖然樂捏著一根25g的雞毛，但同時支持

8、著公斤的整個手臂。避免長時間的敬禮姿勢以及越過頭頂?shù)牟僮鳌?（2）手腳施力特點a 手部施力特點b 腳部施力特點（3） 人體動態(tài)施力的安全因素A 肌肉施力a. 對于任何形式的人體活動，哪種方式產(chǎn)生的肌力最大，就以哪種方式進行施力活動。b. 應(yīng)使肌肉處于其自然狀態(tài)的長度。c、利用重力作用 當一個重物被舉起時，肌肉必須舉起手和臂本身的重量。所以，應(yīng)當盡量在水平方向上移動重物，以及考慮到利用重力作用。 要改變物體的位置從高到低時，采用自由下落式方法。 人的脊柱為S曲線形，12塊胸椎骨組成稍向后凹的曲線，5塊腰椎骨連結(jié)成向前凸的曲線，每兩塊脊椎骨之間是一塊推間盤。B、提起重物a. 椎間盤問題 脊柱承受的

9、重量負荷由上至下逐漸增加，第5塊腰椎處負荷最大。 人體本身的負荷加在腰椎上，在作業(yè)、尤其在提起重物時，加在腰惟的負荷與人體本身負荷共同作用，使腰椎承受了極大的負擔，因此人們的腰病發(fā)病率極高。用不同的方法來提起重物，對腰部負荷的影響不同。 直腰彎膝提起重物時椎間盤內(nèi)壓力較小彎腰直膝提起重物必須保持直腰姿勢 (1)抓穩(wěn)重物，提起時保持直腰彎膝。(2)設(shè)計時應(yīng)使重物的抓握部位高干地面4050厘米，應(yīng)有把手。C、重心問題第3節(jié) 人體作業(yè)空間尺度3.1 作業(yè)空間設(shè)計的基本原則3.2 環(huán)境空間中的作業(yè)類型3.3 作業(yè)行為對環(huán)境空間的尺度要求作業(yè)空間設(shè)計的有關(guān)概念作業(yè)空間 人在從事某項作業(yè)時，為完成該項工作

10、，人體所必須的活動范圍或空間。人的操作活動范圍機器的顯示器和控制器的范圍作業(yè)空間設(shè)計的有關(guān)概念 （1）近身作業(yè)空間。指作業(yè)者在某一固定的工作崗位上保持站姿或坐姿等一定的工作姿勢時，由于人體的靜態(tài)或動態(tài)的尺寸限制，作業(yè)者為完成作業(yè)所涉及的空間范圍。 （2）個體作業(yè)場所。指作業(yè)者周圍與作業(yè)有關(guān)的、包含設(shè)備因素在內(nèi)的作業(yè)區(qū)域，簡稱為作業(yè)場所。如電腦、計算機桌、電腦椅就構(gòu)成一個完整的個體作業(yè)場所。與近身作業(yè)空間相比，更為復(fù)雜，還包括了相關(guān)設(shè)備所需的場地。 （3）總體作業(yè)空間。多個相互聯(lián)系的個體作業(yè)場所布置在一起就構(gòu)成了總體作業(yè)空間?？傮w作業(yè)空間不是直接的作業(yè)場所，它更多地強調(diào)多個個體作業(yè)場所之間尤其是

11、多個作業(yè)者之間的相互關(guān)系。作業(yè)空間設(shè)計的有關(guān)概念作業(yè)空間設(shè)計 狹義：合理設(shè)計工作崗位空間，以保證作業(yè)者安全、舒適、高效工作。 廣義：按照作業(yè)者的操作范圍、視覺范圍、作業(yè)姿勢等生理、心理因素對作業(yè)對象、機器設(shè)備、工具等進行合理的空間布局，給人、物等確定最佳（合理）的流通路線和占有區(qū)域，以提高系統(tǒng)的可靠性、舒適性和經(jīng)濟性。3.1 作業(yè)空間設(shè)計的基本原則1. 工作空間要適合操作者，便于操作者使用2. 使用合理工作姿勢，提高工作效率，減少身體疲勞3. 良好的身體動作4. 工作環(huán)境設(shè)計的要素3.2 環(huán)境空間中的作業(yè)類型（1）決定作業(yè)姿勢的因素 操作者在作業(yè)過程中，通常采用坐姿、立姿或坐立交替相結(jié)合姿勢，

12、也有一些特殊作業(yè)采用跪姿和臥姿。在作業(yè)中使用良好的作業(yè)姿勢可使作業(yè)者時刻處于輕松的狀態(tài)。在確定作業(yè)姿勢時，主要考慮以下因素： 1.作業(yè)空間的大小和照明條件； 2.作業(yè)負荷的大小和用力方向； 3.作業(yè)場所各種儀器、機具和加工件的擺放位置； 4.作業(yè)臺高度及有沒有容膝空間； 5.操作時的起坐頻率等因素。坐姿作業(yè) 坐姿是指身軀伸直或稍向前傾角為1015，上腿平放，下腿一般垂直地面或稍向前傾斜著地，身體處于舒適狀態(tài)的體位。 坐姿作業(yè)特點：不易疲勞，持續(xù)工作時間長；身體穩(wěn)定性好，操作精度高；手腳可以并用作業(yè)；腳蹬范圍廣，能正確操作。 人體最合理的作業(yè)姿勢就是坐姿作業(yè)。 應(yīng)采用坐姿作業(yè)：精細而準確的作業(yè)；

13、持續(xù)時間較長的作業(yè)；施力較小的作業(yè)；需要手、足并用的作業(yè)。 （2）作業(yè)姿勢的種類坐姿作業(yè)空間設(shè)計 （1）工作面高度和寬度工作類型對男性的推薦高度對女性的推薦高度精密工作90011008001000輕作業(yè)740780700740用力作業(yè)680650坐著工作時推薦的工作面高度/mm工作面寬度視作業(yè)功能要求而定:一般若單供靠肘之用，最小寬度為100mm，最佳寬度為200mm；僅當寫字用時，最佳寬度為400mm；工作面板的厚度一般不超過50mm，以便保證大腿的容膝空間。（2）作業(yè)范圍水平作業(yè)范圍平面正常范圍和最大范圍，以及斯夸爾斯提出的正常范圍/cm（2）作業(yè)范圍垂直作業(yè)范圍立體作業(yè)范圍 坐姿作業(yè)時手

14、的垂直作業(yè)范圍/mm坐姿上肢運動范圍坐姿立體作業(yè)范圍()坐姿人體尺寸和工作面高度、座椅高度的關(guān)系示意圖（3）容膝、容腳空間尺寸部位最小尺寸最大尺寸a 容膝孔寬度5101000b 容膝孔高度640680c 容膝孔深度460660d 大腿空隙200240 e 容腿孔深度6601000容膝空間尺寸/mm（4）椅面高度及活動余隙 座椅的椅面高度一般略低于小腿高度，以便使全部腳掌著地支撐下肢重量，方便下肢移動，減少臀部壓力，避免椅子前沿壓迫大腿。 座椅放置空間的深度距離（臺面邊緣到固定壁面的距離），至少應(yīng)在810mm以上，以便作業(yè)者起身與坐下時移動椅子。 座椅放置空間的寬度距離應(yīng)保證作業(yè)者能自由的伸展手

15、臂，座椅的扶手至側(cè)面的距離應(yīng)大于610mm。（5）腳作業(yè)空間蹬力較大的腳操作器作業(yè)空間蹬力較小的腳操作器作業(yè)空間例：電腦操作的作業(yè)空間設(shè)計眼-視屏手-鍵盤人-座椅腳-地板一、眼-視屏界面 人眼與視屏的關(guān)系： 人眼與視屏應(yīng)保持一定距離，以保證不受電子射線的傷害。 屏幕越大視距應(yīng)越遠，取600-700mm。 顯示器的擺放： 人在坐姿時的自然視線是與水平視線成向下的15夾角，為獲得最佳的觀察精度，顯示器表面應(yīng)與視線近似垂直。 故顯示器表面應(yīng)稍向后仰，大約1015夾角。 選用可調(diào)顯示器 建議可調(diào)高度為180mm 可調(diào)角度為-5- +15二、手-鍵盤界面 應(yīng)使上臂自然下垂,上臂與前臂之間70- 90的角

16、度，手和前臂呈一直線，腕部向上不超過20。選擇高度可調(diào)的平板放置鍵盤，鍵盤的傾斜度在5- 15內(nèi)可調(diào)。 可設(shè)置腕墊，預(yù)防手腕疲勞綜合癥。三、人-椅界面 采用可調(diào)座椅，使作業(yè)者保持正確坐姿。四、腳-地板界面 臺、椅、地三者間高度比例合適，使作業(yè)者腳能平放，大腿不上抬。五、其它 光源放置合理，避免光線經(jīng)顯示器反射進入人眼引起眩光。 桌面色彩和屏幕色彩明暗對比不易太大，桌面宜采用白、淺蘭、淺灰等柔和的淺色調(diào)。立姿作業(yè) 立姿通常是指人站立時上體前屈角小于30時所保持的姿勢。立姿作業(yè)的優(yōu)點及缺點如下： a 立姿作業(yè)的優(yōu)點 可活動的空間增大；需經(jīng)常改變體位的作業(yè)，立位比頻繁起坐消耗能量少；手的力量增大，即

17、人體能輸出較大的操作力；減少作業(yè)空間，在沒有坐位余地的場所，以及顯示器、控制器配置在墻壁上的情況，立姿更好。（2）作業(yè)姿勢的種類立姿作業(yè) b 立姿作業(yè)的缺點 不易進行精確和細致的作業(yè)；不易轉(zhuǎn)換操作；立姿時肌肉要做出更大的功來支持體重，容易引起疲勞；長期站立容易引起下肢靜脈曲張等。 立姿操作使用環(huán)境：需經(jīng)常改變體位的作業(yè)；工作地的控制裝置布置分散，需要手、足活動幅度較大的作業(yè)；在沒有容膝空間的機臺旁作業(yè)；用力較大的作業(yè)；單調(diào)的作業(yè)。（2）作業(yè)姿勢的種類立姿作業(yè)空間設(shè)計（1）工作面高度工作面調(diào)整的高度工作類型對男性的推薦高度對女性的推薦高度精密工作100-11095-105輕度工作90-9585-

18、90重工作75-9070-85立姿工作時推薦的工作面高度/cm身高作業(yè)面高度作業(yè)面的高度與身高的關(guān)系/cm（2）作業(yè)范圍立姿作業(yè)的作業(yè)范圍/（3）工作活動余隙余隙類型最小值推薦值站立用空間（工作臺至身后墻壁的距離）760910身體通過的寬度510810身體通過的深度（側(cè)身通過的前后間距）330380行走空間寬度305380容膝空間200容腳空間150150過頭頂余隙20302100立姿作業(yè)活動余隙設(shè)計參考尺寸/mm（4）立姿作業(yè)空間垂直方向布局設(shè)計控制器種類推薦值報警裝置1800極少操縱的手控制器和不太重要的顯示器16001800常用的手控制器、顯示器、工作臺面等7001600不宜設(shè)計控制器5

19、00700腳控制器0500立姿作業(yè)空間垂直方向布局尺寸/mm坐、立交替的作業(yè) 某些作業(yè)并不要求作業(yè)者始終保持立姿或坐姿，在作業(yè)的一定階段，需交換姿勢完成操作。這種作業(yè)姿勢稱為坐、立交替的作業(yè)姿勢。 采用這種作業(yè)姿勢既可以避免由于長期立姿操作而引起的疲勞，又可以在較大的區(qū)域內(nèi)活動以完成作業(yè)，同時穩(wěn)定的坐姿可以幫助作業(yè)者完成一些較精細的作業(yè)。 坐、立交替作業(yè)的作業(yè)面按立姿作業(yè)設(shè)計，座椅面高度應(yīng)與作業(yè)面高度相匹配，因此應(yīng)提高座椅高度。一般使人坐在椅面上雙腳剛好著地。該類座椅一般設(shè)計成可調(diào)的。 坐立姿交替作業(yè)空間設(shè)計坐立交替工位設(shè)計(cm) 在設(shè)計坐-立交替的工作面時，工作面的高度以站立時的工作高度為

20、準，椅子高以680780cm為宜，同時提供腳踏板，使人坐著工作時腳有休息的地方，否則人們很難工作持久。3.3 作業(yè)行為對環(huán)境空間的尺度要求 1. 作業(yè)空間構(gòu)成的主要因素 2. 不同類別作業(yè)空間的尺度需求 人體動作空間尺度需求 人體行走活動空間尺度 人體站姿活動空間尺度 人體跪、俯、臥、坐活動空間尺度 人體持物站姿活動空間尺度 辦公空間尺度第4節(jié) 人在環(huán)境空間中的安全因素設(shè)計4.1 受限空間中的作業(yè)方式4.2 安全距離與防護設(shè)計4.3 環(huán)境空間中的安全設(shè)計4.1 受限空間中的作業(yè)方式（1）受限作業(yè)空間設(shè)計受限作業(yè)的空間尺寸/mm（2）維修空間設(shè)計 標準工具尺寸和使用方法限定的維修空間/mm 由上肢和零件尺寸限定的維修空間/mm4.2 安全距離與防護設(shè)計4.3 環(huán)境空間中的安全設(shè)計出