作业空间设计与用具设计ppt课件.pptx

第9章作业空间设计与用具设计 1 主要内容 工作场所与作业空间设计作业姿势与工作区域设计椅座设计手握式工具设计 2 9 1工作场所与作业空间设计 3 4 5 6 7 9 1作业空间设计 作业空间指作业者在某一位置时 考虑身体的静态和动态尺寸 在坐姿或站姿状态下所能完成作业的空间范围 作业空间设计需要考虑人体测量学 视觉机能以及心理等各方面的要求 对作业对象 机器 设备 工具进行合理的布置 并找出最适合本作业的人体最佳作业姿势 作业范围 以便为作业者创造一个最佳的作业条件 8 9 1 1活动空间 图9 1立姿上身及手的活动空间 9 图9 2坐姿上身及手的可及范围 10 图9 3单腿跪姿上身及手的可及范围 11 图9 4仰卧姿势手及腿的活动空间 以上这些活动空间均以成年男性第95百分位 身高1775mm 为基础 女性活动空间均为男性的0 9346倍 12 9 1 2作业空间设计的要求 一 作业空间设计的原则 1 以人的生理 心理特点为依据 不能超出作业者的作业范围 2 从人的要求出发 处理好总体空间和局部空间之间的关系 3 处理好个体场所之间的相互关系 4 要保证作业的安全 尽量减少疲劳 5 各控制器 显示器装置要根据他们的重要程度和使用频率依次布置在作业者作业范围的最佳区 易达区和可达区 13 9 1 2作业空间设计的要求 二 作业空间设计的视觉要求 1 视觉显示器要放在有效的视觉范围内 一般人的实际视力范围要小于标准范围 2 视觉显示器要放在有效的视距范围以内 一般来说 工作精度越高 所需视距就越小 在正常作业中 通常采用38 76cm的视距范围 3 为减少视觉疲劳 作业场所布置应合理布置光源 14 9 1 3作业空间设计 1 坐姿作业空间坐姿作业空间的范围受上肢的活动范围尤其是功能性臂长的约束 图9 5坐姿作业空间的尺寸 15 2 站姿作业空间同坐姿作业空间类似 由于人体上肢的操作特性 站姿空间也分为最佳区 易达区和可达区 3 坐 立姿交替的作业空间坐 立姿交替作业综合了坐姿和站姿的特点 故其作业空间尺寸在水平面上可参照坐姿的作业空间尺寸 在垂直面上可参照站姿的作业空间尺寸 图9 6站姿作业空间的尺寸 16 9 1 4作业空间的布置 1机器 设备的布置原则1 按作业顺序布置 适合于装配作业 他唯一的缺陷是一旦生产线上某一设备或作业者出现问题时将直接影响整个生产过程 图9 7按作业顺序布置的电镀车间布局 17 2 按设备功能布置 比较适合于一些尚未完全定型的试制产品的加工 缺点是 从一组设备到另一组设备间需要搬运原材料和半成品 增加了工序 图按设备功能布置的机械加工车间布局 18 3 混合布置 既吸收了以上两种方式的优点 又避免了它们各自的缺点 在实际作业中 采用混合方式布置设备是比较合适的 图9 9混合布置 19 2工位器件的布置原则1 重要性原则 将最重要的器件布置在人的最佳操作和视觉范围内 如急停开关应放在人的最前方 2 作业顺序原则 一般对有操作顺序的控制器应按竖直方向由上而下 水平方向自左向右的顺序排列 3 使用频率原则 一般对于使用频繁的显示器 在垂直面上应布置在作业者水平视线以下30 角的范围内 在水平面上应布置在人的正中矢状面30 角的范围内 对于很少使用的显示器布置在120 角的范围内即可 4 功能原则 当控制面板中的显示器 控制器较多时 要成组排列 功能相关的器件应放在一起或在位置上相互对应 20 图9 11按上述四条原则布置的控制器仪表板的模拟作业时间比较 21 9 1 5作业心理空间 1个人心理空间 图9 12个人心理空间 人际交往心理距离 mm 22 2个人领域1 边界效应 大多数人更喜欢或站或坐于公共空间的边界 这说明个人领域并不是越大越好 空间过大会使人觉得难以把握 而感到无所适从 23 2 交往与联系的需求 人不仅有私密性的需求 还要交往的需要 不单纯拒其他人于个人心理空间尺度之外 如开放式办公室 封闭式办公室 24 半开放式办公室 开放式式办公室 25 9 2作业姿势与工作区域设计 26 9 2 1作业姿势的选择 1坐姿作业 适于从事轻 中作业且不要求作业者在作业过程中走动的工作 2立姿 相对于坐姿 立姿操作允许的作业范围更大 且操作者可以自由移动 3坐 立姿交替 既可以避免由于长期站姿操作而引起的疲劳 又可以在较大的的区域活动以完成作业 同时可以帮助作业者完成一些较为精细的作业 27 适于从事轻 中作业且不要求作业者在作业过程中走动的工作 主要优点 1 不易疲劳 持续工作时间长 2 身体稳定性好 操作的精度高 3 手脚可以并用作业 1坐姿作业 28 2立姿 相对于坐姿 立姿操作允许的作业范围更大 且操作者可以自由移动 适于从事中 重作业以及坐姿岗位的设计参数和工作区域受到限制的工作 主要优点 1 可活动空间增大 适合来回走动和经常变换体位的作业 2 手的力量增大 3 不需要融膝空间 相对坐姿 所需的作业空间更小 29 3坐 立姿交替 既可以避免由于长期站姿操作而引起的疲劳 又可以在较大的的区域活动以完成作业 同时可以帮助作业者完成一些较为精细的作业 并不是所有的作业都可以采用坐 立交替的作业姿势 它只适合一些特殊的作业 例如 作业中需要重复前申超过41cm或高于15cm的操作 30 9 2 2工作区域设计 工作区域分为 水平面工作区域垂直面工作区域立体工作区域 31 9 2 2工作区域设计 1水平面工作区域 水平面工作适合于站姿或坐姿的手工作业 因此应设在人体上肢的操作范围 同作业空间的尺寸一样 水平面工作面的尺寸也分为作业的最大区域和正常区域 1虚线表示水平工作面的最大区域 2细实线表示水平工作面理论上的正常区域 3粗实线表示水平工作面的实际正常区域 32 2垂直面工作区域 人较舒适的工作高度是比站立时的肘高低5 10cm 这时上臂自然下垂 前臂略微弯曲 肘关节 肩关节承力较小 在设计中 如能将工作面做成可调节的 就可以适应不同的作业者 零位为肘高 我国男性肘高均值为102cm 女性为96cm 33 9 2 3立体工作区域 立体区域就是将水平面工作区域和垂直面工作区域结合 上肢在三维工作空间运动所包括的范围 立体工作区域也可分为最大工作区域和正常工作区域 舒适工作区域一般介于肩与肘之间的空间范围内 此时手臂活动路线最短 34 1坐姿工作台 当作业中需要长期监视 操作且工作台面固定时 坐姿工作台是最好的选择 低台式坐姿工作台 显示器 控制器器件较少 台面高度低 一般低于坐姿作业者的水平视线 其台面允许有较大斜度 与垂直面的角度可达20度 高台式坐姿工作台 面板布置较高 这样就扩大了面板的布置范围 可以放更多的显示器 35 1坐姿工作台 低台式坐姿工作台 他的显示器 控制器器件较少 台面高度较低 一般低于坐姿作业者的水平视线 其台面允许有较大斜度 与垂直面的角度可达20 高台式坐姿工作台 面板布置较高 可放置更多的显示器和控制器 在配置这些显示 控制器时 无论从人的视觉范围还是操作范围考虑 其次序都应是最佳区 易达区 可达区 36 2立姿工作台 由于人在站姿状态下的操作范围和视觉范围都大于坐姿 因此无论从宽度还是高度尺寸上来讲 站姿工作台都大于坐姿工作台 立姿作业空间垂直方向布局尺寸 mm 37 38 3坐 立姿交替工作台 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680 780mm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 39 9 2 4脚的工作区域 1坐姿脚的工作区域 深影区为脚的灵敏作业空间 适合摆放用力不大但需要较频繁操作的踏板 浅影区需要大腿 小腿有较大的动作 适合摆放较用力但不需要频繁操作的踏板 40 2立姿脚的工作区域 立姿时下肢要承受全身的重量 一般不允许有太大的活动范围 C为下肢的有效工作范围 D为下肢的有利工作范围 41 9 3座椅设计 42 相对站姿而言 坐姿作业可以减轻腿部肌肉的负担 有利于血液循环 降低作业能量消耗 从而减轻疲劳 提高工作效率 同时 稳定的坐姿还可以完成更精密细致的作业 如果坐姿不正确或座椅设计不合理 也会给身体带来伤害 如长时间采用坐姿 静脉压力增加 大腿局部受到压力 血液回流阻力增加 会造成下肢肿胀 麻木 同时不正确的坐姿还会因腹部肌肉松弛 脊柱前弯而影响呼吸系统 消化系统的功能 此外 躯干过于前倾或后仰 则会造成颈椎炎等 座椅的重要性 43 9 3 1坐姿分析 直腰坐姿 左图 和弯腰坐姿 有图 时脊椎形态 人体腰部在正常状态下 各椎骨之间的间距正常 椎间盘上的压力轻微而均匀 椎间盘对韧带几乎没有推力作用 人最舒适 当人体做弯曲活动时 各椎骨之间的间距发生变化 椎间盘受到推挤和摩擦 向韧带施加推力 韧带被拉伸 致使腰部感到不舒适 当腰部弯曲越大时 不舒适感就越严重 44 坐姿的体压分布 体压分布曲线 坐垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计 即在坐骨处压力最大 向四周逐渐减少 至大腿部位时压力降至最低值 45 股骨受力分析 坐姿时的骨盆形状 人在坐姿状态下 大腿和上肢的重量主要由座面支撑 坐骨的结节点虽然可以承受较大的重量 但前提必须保证坐骨下面的座面近似水平 否则如图 当座面太软 座面程斗形时 会使股骨向上转动 这种状态会使股骨处于受压迫位置 髋骨肌肉承受反常压迫 并使肘部和肩部受力 极易引起疲劳 因此 椅座设计原则之一是 坐骨结节而不是股骨头承担人体重量 46 椎间盘受力分析 正常姿势前弯姿势驾驶员舒适的驾驶坐姿 正常姿势下 腰曲弧线正常 椎间盘上所受压力均匀而轻微 韧带不拉伸 腰部无不舒适感 前弯坐姿时 椎骨之间间距发生改变 相邻两椎骨前端间隙缩小 从而受到推挤和摩擦 迫使它向韧带产生推力 从而引起腰部不适感 长期会造成椎间盘病变 47 9 3 3座椅设计 一 座椅的尺寸根据功能不同 座椅大致可以分为三类 工作用椅 休息用椅 特殊专用椅 座椅的设计尺寸在GB T14774 9及JB Z308 88 工作岗位一般人机工程要求 中有明确的规定 48 一般工作用椅的结构形式 工作用椅必须有主要构件 座面 腰靠 支架 视情况而设辅助构件扶手 49 办公用座椅原型 图9 29办公用座椅原型 图为日本人体测量数据所设计的办公用座椅原型 从该图可以看出座椅设计后的基本尺寸座面高370 400mm 座面倾角2 5 上身支撑脚越110 50 特殊专用座椅 跪式座椅坐 立姿两用工作椅快餐椅 51 9 4手握式工具设计 52 9 4 1手握式工具设计的生理基础 人手主要有骨 动脉 神经 韧带和肌腱等组成 53 腕骨与前臂上的桡骨及尺骨相连 桡骨连向拇指一侧 而尺骨连向小指一侧 自然状态尺骨和桡骨平行 当他们交错时完成手腕旋转 肱二头肌与桡骨相连的情形 54 图腕关节动作状态 腕关节只能在两个面动作 这两个面各成90o 一面产生掌屈与背屈 第二个面产生尺偏与桡偏 55 9 4 2与手握式工具有关的疾患 扳机指 狭窄性腱鞘炎 是由手指反复弯曲动作引起的 工具设计时应避免手指连续反复弯曲动作 腱鞘炎 鼠标手 手腕尺偏 掌曲和腕外转 使腕部肌腱弯曲导致腱鞘处发炎 工具设计应避免操作时手腕尺偏掌屈和腕外传 腕道综合症 由于腕道内正中神经损伤所引起的不适 工具设计应避免操作时非顺直的手腕状态 网球肘 一种肘部组织炎症 由手腕的过度桡偏引起 运动员 瓦工 木工 家庭主妇等长期做肘部运动者 易发生此病 工具设计应避免操作时肘关节活动过度 强度过大 56 9 4 3手握式工具设计原则 1 一般设计原则 1 必须有效地实现预定的功能 2 必须与操作者身体成适当比例 使操作者发挥最大效率 3 适当考虑性别 训练程度和身体素质的差异 4 作业姿势不能引起过度疲劳 57 9 4 3手握式工具设计原则 2避免静肌负荷 当使用工具时 臂部必须上举或长时间抓握 会使肩 臂及手部肌肉承受静负荷 导