基于人机工程学的床具设计

1、对于居室环境和家具的研究必须总结人的生理、心理和解剖学特性,而这些特性各个民族之间既有共性又有差异性(民族性和地区性)。我国在室内与家具的人机工程学研究方面 .&基于人机工程学的床具设计左洪亮,裴学胜,武瑞之0前言对床具的研究和设计,国外已有30多年的历史,形成了比较完整的设计理论,并有广泛的应用。对于居室环境和家具的研究必须总结人的生理、心理和解剖学特性,而这些特性各个民族之间既有共性又有差异性(民族性和地区性)。我国在室内与家具的人机工程学研究方面几乎是一个空白,既然人机工程学具有较强的民族性和地区性,因此必须开展自己民族自己国家的研究,形成符合本国本民族的人机工程学理论和应用技术。图1影

2、响睡眠的物质条件人的一生约1 3的时间在睡眠中度过1,因此睡眠质量与人们的健康和精神状态息息相关。长期以来人们从生理学、心理学方面对人的睡眠进行了许多研究。但要保证高质量的睡眠,仅对睡眠的生理和心理进行研究是不够的,还要研究寝具等物质方面的条件。归纳起来,影响睡眠的物质条件有温度、湿度、通风、照明、安静程度(噪声)以及床具的功能等1,如图1。其中床具是影响睡眠的重要因素,它的设计要符合人机工程学原理。人机工程学是研究人及其与人有关的物体(机械、家具、工具等)、系统及其环境,使其符合人体的生理、心理及解剖学特性,从而改善工作与休闲环境,提高舒适性和效率的边缘学科1。本文主要通过利用人机工程学原理

3、,以及结合对床具设计中的床具的结构、尺度、材料等进行研究,以提高床具的舒适性。1 人体构造与寝卧姿势分析人们可能会认为把人体水平地支撑起来是件很简单的事,实际上,通常要保证人体卧姿的舒适性是相当困难的,人体上半身分头、胸和臀部,站立时,以上三部分的重力方向基本上是重合的。但通过分析发现,卧姿时,三重力方向则是平行的,如图2,分别对脊柱产生弯曲作用。如果支撑人体的垫子很软时,背部的接触面积大,如图2左,重的身体部分(臀部)下陷就深,轻的部分则下陷小,这样使腹部相对上浮造成身体呈形,使脊柱的椎间盘内压力增大,结果难以入睡。如果床垫太硬,背部的接触面积减小,如图2右,局部压力增大,背部肌肉收缩增强,

4、也会使人不舒适。因此,床垫软硬必须合理。形睡姿是不自然的,难以安眠,因为站立时人体脊柱是最自然的姿势,此时脊柱呈形脊柱处下凹一般46,睡眠感到舒适时的脊柱弯曲相当于它的1 2,即23,如图2,坐在沙发或汽车座椅上时,11.5时最舒适2。由此可知,床垫不是越软越好,为了实现舒适的卧姿,必须在床垫和垫褥的设计上下功夫。笔者认为,床具设计主要应从床垫的软硬度、缓冲性等构造因素上着手。2床具设计(1)结构:床具的生命在于缓冲性。其缓冲性构造以三层构造为好,如图3所示,最上层层是与身体接触的部分,必须是柔软的,层是相当硬的,以保证人体水平移动,层要求受到冲击时起柔和的缓冲作用,满足以上条件的床垫才是好床

5、垫。卧姿状态下,与床垫接触的身体部分受到挤压,其压力分布状况是影响睡眠舒适感的重要因素。因为有的部位感觉灵敏,而有的部分感觉迟钝,迟钝部分的压力应相对大一些,灵敏部分的压力应相对小一些,这样才能使睡眠状态良好。图2的等高线图中,软床(左侧)时的身体接触面大,硬床(右侧)的接触面小(压力大)。床的软硬程度对睡眠姿势也有影响,调查发现,使用过软的床时约8%的时间处于仰卧状态,软硬适中时45%时间仰卧,偏硬的床30%时间仰卧。仰卧是脊柱最佳的状态,一般情况下仰卧的睡眠质量最佳,因此,过软的床还不如硬板床。当然软硬适度的床最好,也就是3床垫材料的选用(1)材料的缓冲性:目前关于床垫缓冲性对人的舒适性的影响较少。人的舒适感与材料的许多因素有关,一般情况下,加载与还原曲线差异越小,缓冲性越好。材料混和后可改变缓冲性,单一材料很难获得好的缓冲性。由图65可以看出,床垫层(软的部分)可用棉质等混和材料来制造。层也可由木棉、羽毛等压制而成。但层一般由弹簧、棕垫等缓冲吸振性较好的材料制作。(2)床垫材料的振动特性:材料的振动特性是缓冲材料的重要评价指标。如图66所示的3种材料,振动衰减曲线比较平缓的弹簧是较好的缓冲材料,泡沫材料次之,泡沫橡胶最差。利用材料的复合(复合材料)能改善缓冲性能。4结束语本文利用人机工程学的研究方法和人机工程学的原理,通过对人体