安全人机工程课程设计--我校普通教室课桌椅的安全人机工程.doc

课程设计成果说明书题 目： 我校普通教室课桌椅的安全人机工程 评价与改进设计 学生姓名： 10届师兄 学 号： 10086 学 院： 石油化工学院 班 级： A10安工 指导教师： 恩师 浙江海洋学院教务处 2012年 11 月 08 日目录1前言11.1发展历史11.2研究意义12.现存问题及分析22.1现存问题：22.2问题分析：22.2.1坐姿对人体的影响22.2.2椅子的局部形态和尺度对使用者的重要影响32.2.3桌椅配合对人体的影响33课桌椅的尺寸设计43.1椅子的尺寸设计43.1.1座面高度43.1.2 椅面宽度43.1.3座面深度43.1.4座面角度43.1.5靠背的高度53.1.6 靠背的宽53.1.7靠背角度53.2课桌的尺寸设计53.2.1课桌高度53.2.2课桌深度63.2.3课桌宽度63.3课桌椅的材料设计63.4课桌椅的色彩设计63.5数据整理74 总结95参考文献：9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、体形的学生对课桌椅的要求,如何提高课桌椅的舒适性、实用性、美观性,是学生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，结合国内多数大生课桌椅的设计现状, 通过对本校学生课桌椅其它使用情况的详细的调查分析，再对照学生课桌椅国家标准，利用我国大学生的人体基本尺寸，对学生课桌椅进行人机工程学的评析，具体包括课桌椅的功能尺寸，颜色，材料以及影响舒适度等的其它因素，提出了自己的改进设想，力求使桌椅符合人机要求，最终设计出能符合我校学生舒适度要求的桌椅。关键词：大学生用桌椅 人机分析设计 舒适性 人机工程学 Abstract ：Physiological and psychological features of demand. How to meet the requirements of different height and shape students desks, how to improve the comfort, practicality, aesthetics of the desks and chairs, is a student in furniture design issues to be concerned about. This article use people machine engineering of fundamentals and theory, to security, and comfortable, and efficient, and health of principles, combination domestic most big health class tables and chairs of design status, by on school students class tables and chairs other using situation of more of investigation analysis, again controlled students class tables and chairs national standards, using in China college students of human basic size, on students class tables and chairs for people machine engineering of comments on, specific including class tables and chairs of function size, color, material and effect comfortable of, of other factors, made has himself of improved envisaged, Sought to make the tables and chairs to meet human requirements, the ultimate wish is designed to meet students comfort level requirements of table and Chair.Keywords：Tables and Chairs Analysis and Design Comfort Human engineering 1前言课桌椅是我们在学校里接触最多的事物之一，它们与我们的学习生活息息相关。虽然如今的课桌椅比起以前的确实有很大改进，但是它们仍然存在着一些缺陷。在班上可以看到胖瘦高矮不同的同学却坐在相同高度的桌椅上，由于桌椅不适合他们的身材，所以造成他们侧坐、跨坐、趴坐等不良坐姿，这样不仅影响了学生学习的专心度，而且更重要的是会影响学生的骨骼生长和视力。目前国内外对学生课桌椅的人机工程学研究很少，相关的标准也不太完善。只有零散地论述其中某个或几个侧面的文章。并没有实质性的解决办法。因此，在这样的背景下，选择这一课题，具有非常现实的意义。 1.1发展历史 人类使用桌椅的历史与人类文明史等长。各国博物馆里保存着各个历史时代的家具珍品，其中我国明代的桌椅家具备受学者们的推崇。但总的来说古代桌椅可供今人研究借鉴的，仅在于造型、装饰等审美、文化、精神方面。而对于桌椅主要实用功能-使用中的人体舒适性，则既缺乏文字叙述，也难觅精绝的佳品。 桌椅以其与人们生活关系的密切而一直为工业设计所关注。20世纪20年代，德国包豪斯学校的教室布劳斯突破木制家具的传统，设计出第一把钢管椅，以开创使用家具新材料新材料而即在于工业设计手册之中。但关于桌椅设计人体解剖学、生理学方面的研究时更晚才出现的事物。直至1948年，瑞典整形外科医生阿克不罗姆的站与坐的姿势一书问世，才有了历史上第一本分析坐姿解剖特性的专著，奠定了用人体解剖学理论指导座椅功能设计的基础。6年以后，阿克不罗姆又于1954年发表了他的座椅靠背曲线设计，称阿克不罗姆靠背曲线。1968年，国际人机工程学学会在瑞士召开了以桌椅为主题的第一次国际学术研讨会，这次会议在世界掀起了座椅研究的新高潮。20世纪70年代前后，各国纷纷将座椅研究的新成果，如学校课桌椅、办公桌椅、工作椅、飞机座椅、火车座椅等的工业标准。我国也颁布了一批有关家具的技术标准，如GB/T3976-1983学校课桌椅的尺寸，GB/T14774-1993工作座椅一般人类工效学要求等。 而我国的这些关于学生课桌椅的标准已发布二十年之久，但是至今贯彻的范围还很小，尤其是许多学生、教师、校长对此仍毫无所知，足见桌椅问题是很值得关注的社会课题。 1.2研究意义 桌椅已成为大学生生活中不可缺少的工具了。据调查，平均每个大学生每天有4个小时以上的时间是使用桌椅的，高校学生大部分学习时间处于伏案坐姿。一般学生坐桌椅前都有这样的经验：坐在课桌前一段时间后，经常会腰酸背痛。而不合理的桌椅设计是引起这些问题的罪魁祸首，它会造成坐姿不端正，操作姿势不合理，使身体某些部位的肌肉长时间处于静态施力的紧张状态，造成骨骼肌肉系统的疲劳损伤，同一坐姿保持太久，脖子和肩膀周围的肌肉紧张，时间一长就导致酸痛感，手部的神经受到压迫；同时还引起视力下降。之所以会发生上述这些问题与现在大部分桌椅设计不合理，没有充分考虑人机工程的原理有着莫大的关系。因此研究如何从人机工程学角度出发，分析设计合理的桌椅，使其符合人体的生理、心理及解剖学特性，对于提高学生舒适度、作业能力和学习效率，培养健康美观的坐姿习惯，预防长期伏案引起的肩颈背肌肉骨骼劳损具有重要卫生学意义。2.现存问题及分析2.1现存问题： （1）桌面深度不够，容易掉书 （2）看书久了，容易脊椎疼痛 ，有时不得不趴在桌上看书，这样脖子就容易疼痛（3）靠在靠背上时，感觉容易下滑2.2问题分析：2.2.1坐姿对人体的影响并不是自己感到舒服的坐姿就是好坐姿。正确的坐姿应是上身挺直、收腹、下颌微收，两下肢并拢。如有可能，应使膝关节略高出髋部。如坐在有靠背的椅子上，则应在上述姿势的基础上尽量将腰背紧贴椅背，这样腰骶部的肌肉不会疲劳。久坐之后，应活动一下，松弛下肢肌肉。另外，腰椎间盘突出症患者不宜坐低于20cm 的矮凳，尽量坐有靠背的椅子，这样可以承担躯体的部分重量，减少腰背劳损的机会。研究人员以仪器测量了不同坐姿对背部造成的压力，发现坐下时稍稍向后仰，身体与大腿成135角，才是最佳坐姿。研究结果发现，向后仰的坐姿对背部最有益，脊椎各部分受压最均匀。保持良好的坐姿与选择适合自己的椅子一样重要。坐在椅子上应尽量做到腰背挺直，将重心分摊至左右臀部及大腿处。如坐在有靠背的椅子上，则应在上述姿势的基础上尽量将腰背部紧贴椅背，这样腰骶部的肌肉才不会疲劳人坐在椅子上工作或学习的时候，人体的重心会往前移，重心前移拉紧了人体颈部和背部的肌肉群。长期保持这种坐姿，上述肌肉群会被拉长，收缩力减弱，逐渐造成人头颈部和胸部前倾，这种前倾又迫使颈背部肌肉群进一步拉伸，久而久之，颈椎病和腰椎病也就找上门来。2.2.2椅子的局部形态和尺度对使用者的重要影响椅子的局部形态和尺度对使用有很大影响。如：由它决定靠背的高度。从人体解剖特点考虑，人的臀部肌肉丰厚坚实，是人体最能耐压的部位之一。所以合适的坐具应当设计成使上体的重心落在臀部的骨骼上。坐面过高：坐面太高以致双腿悬空，则不但腿部肌肉受压，而且上腿、下腿和背部肌肉均呈受拉状态，用不了多久就会疲劳。椅面高度一般不能高二人体高度的1/4，以稍低为好。坐面过低：当坐面过低至膝角或小于90时人的体压过分集中，腹部肌肉产生挤压不能保证人的腰部胝部椎骨的适宜状态，牵动背部肌肉，增大了背部肌肉的负荷时间，会使人产生痛苦和不适导致疲劳。坐面的宽度：坐面的宽度过窄，除了感到拘谨不能恰当的使用外，身体两侧的肌肉均会有受到挤压的感觉；坐面的宽度过宽，两臂必然向外伸张，使背阔肌和肩部三角肌等肌腱组织受到拉伸，这两者都容易产生疲劳。如图2-1所示： 图2-1普通教室椅子 图2-2普通教室课桌椅 2.2.3桌椅配合对人体的影响（1）桌椅高差太小，在读书写字时，上身前倾，使胸腹腔腔内的血管脏器受压，而影响机体功能与发育，久而久之，还可以使脊柱后凸形成驼背，如果矮个子学生坐高椅子而悬空，容易影响下肢血液循环，致使下肢产生麻木感，影响学生的学习效果。（2）座椅高差太大，使眼桌距离过近，容易引起近视，或者两肩上提，或以单侧前臂架在桌上，使脊柱发生侧凸。如图2-2所示：3课桌椅的尺寸设计3.1椅子的尺寸设计3.1.1座面高度座面高度是指地面至就坐后座面上坐骨支撑处的高度。座面高度按我国尺寸度，可取为380-450mm。适宜的椅面高度应使就坐者大腿近于水平，小腿自然垂直，脚掌平放于地面。座面过高，身材矮小者小腿悬空时，使大腿受椅面前缘压迫，坐着感到不适，长时间这样坐，则使小腿血液循环受阻，产生麻木肿胀感。如座面过低，则高身材的坐时骨盆倾斜，正常腰椎曲线被拉直，增加背部肌肉负荷，易产生腰酸背痛感。所以椅面的高度以矮身材的人的小腿加足高的树枝来设计。此高度为380-400mm为宜。对于学生学习用椅来说，人体通常需要较直立式姿势且脚平方与地面，其高宜比休息用椅稍高。许多研究以为，工作用椅的坐高宜用可调式，以适应大多数人使用。所以我们将教室的椅子高度进行了高度调整，因为产生了腰酸背痛感，是由于座面过低，高身材的人坐时骨盆后倾，正常腰椎曲线被拉直，增加了北部肌肉负荷，易产生腰酸背痛感。将原来椅子的高度增加为443mm，来符合人同学们的要求。3.1.2 椅面宽度 椅面的宽度必须能容纳身材粗壮的人，原教室座椅的宽度为430mm，根据调查，分析出百分之九十五的数值为440mm，并考虑了冬季着装的修正量，最终将座椅的宽度调整为460mm，真正满足我校学生的生理需求，达到最佳的学习状态。3.1.3座面深度椅面深度是指椅面的前后距离，其尺寸应满足三个条件：使臀部得到充分的支持，腰部得到靠背的支持，椅面前缘与小腿之间留有适当的距离，以保持大腿肌肉不受挤压，小腿可以自由活动。如果座深大于身材矮小的学生大腿长，则座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样坐的时间久了会不舒服。因此，座深的设计应以座深的第五百分为设计，这样身材矮小的学生坐着舒服，而身材高达的学生只要臀部得到支持，也不会在大腿部位引起疲劳。综上所述，椅面的深度应以400mm左右为宜。3.1.4座面角度经查有关资料休息用椅为1520度，工作用椅小于5度，座垫向后倾斜有两种作用，首先由于重心力，躯干会向靠背后移，使背部有所支撑。其次，在长期的坐姿下，座垫向后倾斜以防止臀部逐渐滑出座面。对坐于各种不同靠背角的座椅的人体，采用肌电图测量其背部肌肉所引变的活动力，其结果显示出具有与正中垂线成20的靠背倾斜线，即可获得良好的背部支撑。就座椅功能和坐的动机而言，休息用椅后倾斜垫面有助于维持最佳的松弛状态。但是根据对实际教室的测量，考虑座椅的功能，新设计座椅其座面角为0度，水平最适合同学学习。3.1.5靠背的高度 座椅的设计必须提供正确的腰部曲线，使脊椎处于自然均衡状态。成年人腰部前弯曲率厚度为1.52.5cm，纵向弧度约为25cm半径，中心位置均为左面上方2326cm处，而腰椎的支撑点位置则应稍高一点，以达到支撑人体背部重量的目的。靠背的尺寸与臀部、地面到肩部的高度及肩宽有关。其高度尺寸值如有座垫面时，必须取自人体坐定受压后的座面。高靠背对于某些工作（例如打字），可能会妨碍到手臂及肩部的动作，此时则应采用支撑腰部区域的低矮式靠背。因此，必须根据适用场合不同采用不同的靠背高度，靠背高度的范围为46cm61cm。实际教室靠背的高度保持不变，仍为520mm，并且在460mm610mm之间，符合人机设计要求。对靠背腰部支持的设计，因为是学习用椅，并非休息用椅，我们忽略其设计（弧形状），但仍使靠背与人相贴合。 3.1.6 靠背的宽靠背的宽应采用人体数据的第九十五百分位肩宽为宜。这样有利于背部肌肉紧张。通过计算和查阅，得出数据为437mm，加上衣服的修正量为13mm，所以新设计的靠背宽度为450mm，更加符合人体生理需求。同时，在设计靠背时，为了配合落座时人体向后突出的骶骨和臀部柔软的需要。同时又要使腰部能坚实地配合在靠背上，个人建议，在座垫正上方的靠背必须有一个开口区域，或向后倾斜退缩，其高度空间至少为7080mm。 3.1.7靠背角度 与座垫角度一样，靠背角度也具有两种目的，防止坐姿的人体向前滑动和引导腰弯部位依靠在靠背上。针对用于不同场合的座椅其角度设定也不同，学习读书用可取95度100度，若靠背与座面夹角小于90度，则腹部受压迫，而夹角太大会降低人的警觉状态。因此，我新设计的座椅靠背角度为98度，符合人体生理需求。3.2课桌的尺寸设计3.2.1课桌高度课桌高度通常与学生坐姿肘高相近或稍高于坐姿肘高，一旦桌椅的高度决定了，则坐姿肘高取决于倚高。因此，课桌高度应与一定的椅高相适应。学生用课桌主要用于记笔记及放置课本，其高度的设计应满足学生记笔记时手臂肘部得到依靠。如果桌面过低，又要保持身体较正常的腰椎曲线，则必悬臂书字，这时，虽然笔的重量很轻，但是由于力臂较长（笔到肩部的距离），手臂肌肉需同时支撑手臂本身重量和笔的重量，使人的肌肉很容易疲劳，若寻求肘部依靠在桌面上，则腰部不适;如果课桌过高，则桌面的前沿压着前臂，或者手的上臂在肩部外展角度过大，都会造成不舒服。设计桌面高度时，需从两方面加以考虑： 一是当座椅高度确定时，通常是以群体坐姿势高的上线数来设计，并且这样的设计高度可使手臂肘部得到依靠，减少书写时的疲劳； 二是当座椅高度一定时，桌面下缘至桌椅面的高度，应以群体坐姿大腿后的上限值来设计，这样的设计高度符合，并考虑使脐部有一定的上下活动余地。 而桌面上缘至下缘的距离则应考虑学生放书包书籍用。原来课桌的高度为760mm，则重新设计的高度为778mm，它是由我校38位学生的人体数据的第九十五比分位数的大腿厚度140mm，加上衣服的修正量13mm，膝盖的上下活动空间12mm，椅子高度为443mm，桌面动的高度为150mm，再加上桌面的活度20mm，最终将书桌高度定为778mm，满足人体生理的需求。3.2.2课桌深度 课桌的深度设计一般以学生前臂长加手长下线来设计，根据对38位学生人体数据的统计分析，得出学生前臂长加手长的下限值为380mm，再加上衣服的修正量5mm，得出新设计的课桌深度为385mm，较之实际测量的课桌深度多30mm，更能符合人际设计要求。 3.2.3课桌宽度课桌的宽度应稍大于坐面的宽度。等于坐面的宽度（460mm）加上两座面之间的间隙（60mm），得出新设计的课桌的宽度520mm，较之实际测量的课桌宽度多5mm，符合大多数人的设计尺寸。3.3课桌椅的材料设计普通教室课桌椅的材料选择的基本方法同普通家具相似。以使用功能为出发点，选择与教室、形象相互协调的材料。普通教室课桌椅的主要材料有：木材、各种合成材料、塑料、金属。具体的设计中，材料的选择要尽可能保证人体使用中的舒适。3.4课桌椅的色彩设计色彩的三要素：色相，色彩的相貌；明度，色彩的明暗程度；彩度，色彩的饱和程度。在设计中既要保证课桌椅单体色彩的美观，还要保证各种色彩在教室环境内协调性。总体来说课桌椅的设计要求色彩明朗、精神饱满、丰富多彩。普通教室应能满足好动、动作幅度大的学生自由舒展的宽敞空间。利用课桌椅的色彩可相应减少环境的拥挤感。一是利用课桌椅色彩的距离感，暖色属前进色，冷色属后退色；高明度色彩有前进感，低明度色彩有收缩感，前进性的暖色，有膨胀感；后退性的冷色， 有收缩感；明度高的色彩有膨胀感，明度低的色彩有收缩感。在课桌椅的设计中运用“兴奋色”系列的色彩能给整个教室带来愉悦、自由的氛围，但这种色彩极易对学生产生过度刺激；然色彩上以冷色调，有助于使用者心境平衡、情绪安定利用沉静色能创造安静的环境氛围。使用“中性色”不失为一种折中的好办法，并运用“兴奋色”再提高色彩的明度，降低色彩的饱和度以达到既可以创造愉悦的氛围，又不至于使同学们过于兴奋的效果。3.5数据整理表3-1设计前教室桌椅的测量统计表尺寸名称现状数据椅面高度390mm椅面宽度430mm椅面深度360mm靠背高度4