人机工效设计和分析课程设计

1人机工效设计和分析 课程设计设计课题专业课教室桌椅的人机功效设计和分析班 级 工业设计硕研 16 级姓 名 李 航指导教师 王 晓 娜日 期 2017 年 1 月 3 日山东科技大学2目 录一、前言 .3二、 目的和要求 .3三、任务 .3四、内容 .41.1 人类功效学的研究方法.41.2 分析对象人类工作状况分析.41.3 动作和姿势.42.1 办公室人机功效风险因素.62.1.1 动作及受力分析 .62.1.2 工作效率分析 .82.1.3 安全与健康分析 .92.1.4 疲劳与事故分析 .112.1.5 易损关节大体解剖 .123.1 生理及心理需求分析.143.1.1 人是“人机环境”系统中的重要环节 .143.1.2 人体感觉通道 .153.1.3 人体视觉及其特征 .153.1.4 视觉系统的生理构造及成像原理 .153.1.5 听觉系统的生理构造 .163.1.6 人体心理与感知行为系统 .164.1 人与系统的可靠性分析.174.1.1 人机系统的整合问题 .174.1.2 设备人机尺寸分析 .184.1.3 设备布局分析 .204.1.4 物理环境分析 .215.1 设计改进.243一、前言办公室一族包括机关工作人员、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，保持着一种姿势，如果办公室桌椅设计不当，会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。二、目的和要求1、运用“人机工程学”课中所学的知识，研究人与系统中各因素之间的相互作用；2、应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的目标；3、具备撰写人机工程设计和分析说明书和配图说明等书面方式呈现设计结果的能力；4、能够就方案设计和改进进行总结概括，能够清晰表达观点；5、能够在设计过程中搜罗信息、集思广益、理论联系实际，对方案进行最优化处理。三、任务1、完成对工作人员的工作状况分析2、完成人与系统的可靠性分析3、完成设备人机尺寸分析4、完成物理环境分析（照明环境、噪声环境、振动等）5、对影响人机功效的问题进行设计改进6、编写设计报告书4四、内容1.1 人类工效学的研究方法人类工效学的研究主要运用人体科学及其相关学科的研究方法及手段，同时结合系统工程，控制理论，统计学等方法。同时也建立了一些独特的研究方法，以探讨人、机、环境要素间复杂的关系问题。如测量人体各部分静态和动态数据；调查或直接观察人在作业时的行为和反应特征；对时间和动作的分析研究；测量人在作业前后以及作业过程中的心里状态和各种生理指标的动态变化；观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题；分析差错和意外事故的原因；进行模型实验或用电子计算机进行模拟实验；运用数字和统计学的方法找出各变数之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展成有关理论。1.2 分析对象人员工作状况分析图（1-1）1.3 动作和姿势动作和姿势的分析方法很多，主要有：（1）照相方法；（2）用望远镜追随被写体；（3）利用行动记录器的方法；（4）记录动作对象物动态的方法；（5）观察动作的记录方法。作业姿势主要分为立位姿势、椅坐姿势、平坐姿势、卧位姿势等。下面我们来具体分析 图（1-1）在办公场景中的椅坐姿势。5姿势分析：自然坐姿；自然坐姿有坐高、坐姿眼高、坐姿颏下高、坐姿胸骨上缘高、坐姿肩峰高、坐姿大腿缘高、坐姿大转子点高、坐姿枕后点高、坐姿颈椎高、坐姿肩胛骨下角高、坐姿肘高等。图（1-2)。姿势身体姿势 一些姿势会要求增大用力程度以增强血流不变化的姿势 视觉疲劳图（1-2)人体坐姿测量工作时姿势的影响图（1-3）不良的姿势（手腕撑在了托盘的边缘） 好的姿势（打字时，手腕浮动）6图(1-4)不正确的脖子姿势（弯曲、反常的脖子) 导致原因为：（1)显示器太矮、太高或太远;(2)显示器与键盘对其;(3)视力不好；（4）工作时，脖子夹着电话。图（1-5）长时间工作会导致手指酸痛、僵硬。2.1 办公室人机工效风险因素2.1.1 动作及受力分析（1）不舒服的背部姿势：背部没有靠在椅子背上，而是向前倾图（2-1）共同原因：地盘安置离桌太长、坐的太高、习惯性懒散、经常需要手取常用的7物件。 图（2-2）（2）腿部不良姿势：椅子紧贴着腿的下部，膝部放在了坐垫的边缘，脚放在了椅脚上 图（2-3）共同原因：椅子太高、椅子太低、将椅盘安放的太远。（3）肩部不良的姿势：肩部或耸起。 图（1-10）共同原因：靠手调整的太高、键盘/鼠标太高。（4）不良的手臂姿势：肘部的前伸角度小于 90 度。图（2-4）常见原因：键盘/鼠标太远、键盘/鼠标太高或太矮。（5）笨拙的手部腕部姿势:手腕在伸展，弯曲或向一侧偏离时8图（2-5）常见原因：键盘/鼠标放置太矮，太高或太远；键盘/鼠标的不合适的形状或尺寸；低劣的打字/鼠标使用技巧。2.1.2 工作效率分析水平作业范围 手的运动为中心的情况：手的作业或者手指尖的作业，很多情况下都是弯曲肘关节来进行的。因此，考虑手的作业时，必须以肘关节为中心来考虑。手的作业通常在桌面或者作业台这样的水平作业面上进行，水平作业范围可以进一步分为正常作业范围和最大作业范围。前者是手指上腕轻轻地靠近体测，弯曲肘的状态，是手能自由到达的范围。后者是指尽量伸展上肢能达到的最大范围。人作业时最常使用的机械部分，必须放置在正常作业范围内，附属作业部分可以沿着最大作业范围的边线配置。如果放到范围之外，从作业效率上说也不合理。关于水平作业范围，早在 20 世纪五六十年代美国加利福尼亚大学的巴恩斯（Barnes)教授就进行了研究。他以男子 50 人的人体测量为基础，确定了左右两手的正常作业范围以及最大作业范围，结果如图（2-6）所。之后，美国海军的斯夸尔斯（Squires)探讨了巴恩斯的作业范围，重新提出正常作业范围，如图中带圈实线所示。这个范围和巴恩斯提出的相比，略呈扁平状，并且左右有切角。这个作业范围，不单单是指尖到达的范围，而且必须是用手握东西、用指尖捏东西等动作都能达到的范围。19图（2-6）水平面作业范围（单位 cm）工作时状态分析办公室工作人员在使用办公桌椅时通常要进行以下活动：读、写、操作电脑。坐姿不正确或劳累过度容易引发颈椎、腰椎病等。在读写时，人们通常身体向前倾斜，低头伏案工作，颈部、背部和肩部肌肉处于紧张状态。操作电脑时，人们通常保持上身直立或者靠在椅子的靠背上，肩部自然放松下垂。因此，根据不同情况下人们办公姿势的不同，我们需要合理的设计办公桌椅，让它更符合人体需求，让人们的工作环境更加舒适，提高工作效率。2.1.3 安全与健康分析安全人机工效学是安全工程科学的重要组成部分,而安全人机工效实验是该学科研究的重要基础,安全人机工效实验围绕作业环境与作业活动模拟、作业人员心理、生理、劳动负荷等参数变化需要通过大量实验进行研究,因此有必要建立基础性、综合性、开放性与动态性相结合的人机工效实验室。灾害或事故发生的原因当中，人机不适合的情况时有发生。图(2-7)是工厂安全事故发生件数和成因的例子。为防止事故发生，排除缺乏适应性的人，配置有适应性的人，使人和机械、环境匹配，是重要的手段之一。但从工效学的角度上，首先应该发现人-机系统的不合适情况，然后从机械方面加以改善。但是，由于对人类的诸多特性还没有判明，因此，作为实际的解决方法，除了改进机械的工效学设计，在人的因素方面也同样有必要采取措施，来填补人机之10间的间隙。 图(2-7) 工厂安全事故起因与件数为防止灾害，工效学方面的对策主要有：（1）改良构造，使机械或器具的操作不勉强，不伴有危险。（2）人的诸特性之中，有必要充分考虑有关刺激和精神状态，紧张及其之后的迟缓、生理节奏、作业者的适应性等诸多条件。（3）还要考虑其他和作业相关的工学方面防止事故发生的有关要素，如作业空间、作业时间、作业顺序、管理等。健康：职业病发生的因素职业病的发生常与生产过程和作业环境有关，但除了环境危害因素对人的危害程度，还受个体的特性差异的影响。在同一职业危害的作业环境中，由于个体特征的差异，个人所受的影响可能有所不同。这些个体特征包括性别、年龄、健康状态和营养状况等。职业病是影响工人健康、威胁工人生命的主要危害。人体受到环境中直接或间接有害因素危害时，不一定都发生职业病。职业病的发病过程，还取决于下列三个主要条件：一：有害因素本身的性质有害因素的理论性质和作