人因工程第四工作地设计课件

1、第四章工作地设计本章学习目的了解工作地设计的一般要求初步掌握工作面高度设计初步掌握活动空间设计初步掌握座椅设计4.1 工作地设计的一般要求工作地设计的重要性工作地设计中需要考虑的因素4.1.1 工作地设计的重要性工作地设计的内容工作地设计对人身体的影响工作地设计对工作效率的影响工作地设计的内容工作地设计是指根据人的操作活动要求，对机器、设备、工具、被加工对象等进行合理的布局和安排，以达到操作安全可靠、舒适方便、提高工作效率等目的。工作地设计包括工作面高度设计、活动空间设计、座椅设计等多方面的设计内容，涵盖了生理学、心理学、人体测量学等多学科背景知识，是生产管理、生产组织和工艺设计人员的重要任务

2、。工作地设计的着眼点在人，也就是说，工作设计必须充分考虑操作者的条件和需要，最终为操作者创造安全而高效的作业条件和工作环境。工作地设计对人身体的影响优良的工作地设计不仅能减少操作者工作时肌肉与骨骼的不适感，而且能够降低工作疲劳程度以及体能的消耗，使操作者处于人-机-环境三者和谐相处的状态之中。反之，不良的工作地设计则可能带来一定的负面作用，轻则造成诸如颈部、肩部、背部、腿部等身体各部位肌肉的不适或疼痛；重则导致安全事故，对生命造成严重危害。工作地设计对工作效率的影响工作地设计的优劣影响生产和工作效率的关键因素，它对操作者工作时的反应速度、操作难易程度、工作适应程度以及心理压力的承受能力等都会造

3、成影响。一般来说，优良的工作地设计可使工作人员更加舒适便捷地工作，有利于帮助工作人员降低心理上对工作的厌恶感与抵触情绪，提高工作人员对工作的专注与投入程度，增强工作的积极性和主动性，其结果是提高工作效率。4.1.2 工作地设计中需要考虑的因素作业特点人体尺寸个体差异工作姿势维修活动4.2 工作面高度设计站立时工作面高度坐姿时的工作面高度可变的工作台面高度设计4.2.1 站立时工作面高度站立工作时高度设计的基本原则精密作业的工作高度一般作业的工作高度重荷作业的工作高度中国成年男女站姿工作面高度推荐值站立工作时高度设计的基本原则一般来说, 人站立工作时较舒适的工作高度应该是比站立时的肘高（当肘弯曲

4、恰当的角度时，沿着上臂垂直线从地面到肘下平面的距离被称为肘高）低5-10厘米。从人体结构和生物力学角度看，操作者在工作时，最好能使上臂自然地下垂，前臂接近水平或稍微向下倾斜地放在工作面上。精密作业的工作高度对于精密的操作，例如绘图，书写，精密装配等工作，推荐的工作高度大约是高于肘高510厘米。因为从事这类作业时，往往需要提供对肘的支撑来帮助减少背部肌肉的静态载荷以及需要使操作对象处于较易观察的视距范围内。一般作业的工作高度在一般的手工工作中，操作者经常需要一定空间放置工具，材料和各种样式的容器，对此，推荐高度为低于肘高1015厘米。重荷作业的工作高度如果工作中需要强度很大的劳动，需要身体上半部

5、分的力量对作业提供支撑，简单地说，就是需要手臂发挥力量，例如树木砍伐或者繁重的装配工作，那么工作台的高度就必须低一些。比较适当的高度是低于肘高1530厘米，甚至更低些。站立时工作高度的示意图参考线+20cm+10cm0肘高-10cm-20cm-30cm中国成年男女站姿工作面高度推荐值 作业性质男性女性精密作业100-11590-105一般作业90-10580-95重荷作业80-9070-854.2.2 坐姿时的工作面高度坐着工作时高度设计的基本原则 不同工作特性的高度 座椅与办公桌高度的协调坐着工作时高度设计的基本原则坐姿时的工作高度的设计也需要参照人体的肘高。坐姿的工作高度设计比站姿时要复杂

6、，往往还需要考虑座椅座凳的高度以及人体腿部尺寸等因素。坐姿时，根据一般操作者的舒适习惯，其腿部和脚部应该留有足够的自由活动空间，使得两腿能够毫无困难的伸展与交叉，这样有利于改善久坐后双腿的血液循环，因此设计时必须考虑工作台面的厚度和操作者腿部的尺寸。一般来说，坐姿作业时，腿的最小活动空间应为人的第95百分位臀部宽度值，最小深度应为人的第95百分位膝臀间距值。在设计时，台下腿脚的空间至少需要有68厘米宽（在膝盖的水平面上，不应该少于60厘米，而且在脚的水平面上，不应该少于80厘米），69厘米高。中国成年男女坐姿工作面高度推荐值作业性质男性女性精密作业75-8070-75一般作业60-6555-6

7、0重荷作业40-5535-50座椅与办公桌高度的协调当办公人员坐着办公时, 最重要的设计尺寸是工作桌面与座椅座面间的距离，即座椅办公桌高度，而不是座椅或办公桌单方面的高度。Grandjean在一项研究中发现，对西方人来说，一般的办公室工作人员比较喜欢的座椅办公桌高度是27-30厘米。 即对应于75厘米高的办公室桌, 座椅的合适高度为45厘米左右。4.2.3 可变的工作面高度设计可变的工作面高度设计的意义坐姿与立姿的交替工作台面的倾斜度可调节的工作台面可变工作高度设计的意义可变的工作高度设计不仅可以扩大操作人群的适用范围，使得机器设备等更符合各种不同偏好需求与不同形体尺寸的工作者，便于操作人群按

8、照自己的工作方式进行工作，譬如选择采取坐姿或者立姿工作，还有利于操作者的身体健康，减少了操作者操作时由于人-机匹配的问题而导致的身体各部位的疼痛与疾病，同样也能使工作效率得以较大的改进。坐姿与立姿的交替从生理学和人体测量学角度来讲，允许工作者根据自身特点和要求选择坐姿、立姿交替进行的工作空间应该受到强烈的推荐。原因在于，长时间保持一种姿势进行操作是有害的。如果坐着工作，尽管会比站着工作时腿部负荷减少，使人的疲劳程度和体能消耗降低，但另一方面，由于人的运动量太小会导致很多的疼痛和职业病，而站立和运动时，这些疼痛和疾病却会消除。站着和坐着会使不同的肌肉产生不同的负荷，因此每次站坐的交替都会使一些肌

9、肉放松，使另外一些肌肉紧张。采取坐姿与立姿交替应该符合以下条件 经常需要完成前伸超过41cm或高于工作面15cm的重复操作。如果不考虑人体可及范围和静负荷疲劳的特点，可取坐姿作业；但如果考虑人的特点，应选择坐、立姿交替进行工作。对于复合作业，有的适合坐姿操作，有的则适宜立姿操作，但从优化人机系统的角度考虑，最好取坐、立姿交替的方式。在设计坐姿与立姿可交替的工作面时, 工作面的高度应以站立时的工作高度为准, 而为坐姿工作时提供较高的座椅, 座椅高以75-95厘米为宜, 同时一定要提供较高的脚踏板, 使人坐着工作时脚部有休息的地方, 否则人们很难持久工作。工作面的倾斜度研究发现，倾斜工作台会导致更

10、直立的坐姿，也会减少肌肉电流的波动，导致更少的疼痛和不适。阅读材料应该放置在倾斜的台面上，而书写用纸应该放置在水平的台面上。被放置在水平台面上单独的倾斜台面可以用来使原来台面变得倾斜，但是当倾斜度大于10时经常会使纸笔滑落。作为一般原则，倾斜的工作台面相比水平的工作台面无论是从改善坐姿的角度还是从利于观察的角度看都有所改进。但倾斜的工作台面也有一些遗憾，那就是倾斜的工作台面容易使搁置的物品滑落。可调节的工作面实例 4.3 活动空间设计垂直面工作空间 水平面工作空间 个人的社会心理空间 4.3.1 垂直面工作空间最大静止摸高最大抓握高度 垂直面上抓握范围 垂直空间的划分与工作特性最大静止摸高最大

11、静止摸高是指人的手能够达到的最大高度，即最大静止摸高，它与人的身高是成比例的。泰柏格(Thiberg)利用回归分析方法计算出最大静止摸高与身高具有以下线性关系： 最大静止摸高=1.24身高 若身高为170厘米, 则最大静止摸高为211厘米。 应该指出, 这只是一个一般结论, 不能排除有的人手相对于他的身高特别长或特别短的情形。 站立时最大静止摸高和最大抓握高度 百分位最大静止摸高（毫米）抓握高度（毫米）男性高9523932260矮520731958女性高9522172094矮519141808垂直面上抓握范围垂直面上抓握范围通常根据手臂保持抓握状态时在垂直面扫过弧的半径来确定。决定性的因素是操

12、作者肩膀关节的位置和从该关节到手心的距离。其中，最大抓握高度是垂直面上抓握范围的特殊情形。根据欧美人体的测量数据, 垂直面上触及（即是从肩膀关节到手尖的距离）范围在半径大约为73厘米(男性)/ 67厘米(女性)的扇形区域内，再减去相应的手指的长度，即是垂直面上的抓握范围。坐姿抓握尺度范围 垂直空间的划分与工作特性操作者在垂直方向的作业空间可以大致划分为五个区间0-50厘米高度区间50-70厘米高度区间70-160厘米高度区间160-180厘米高度区间180厘米以上高度区间4.3.2 水平面工作空间工作台面上的水平抓握巴恩斯法工作台面上的水平抓握对于正常抓握或操作范围，作业者应能在小臂正常放置而

13、上臂处于自然悬垂状态下舒适地操作；对于最大抓握范围，应使在臂部伸展状态下能够操作，且这种作业状态不宜持续很久。作业时，由于肘部也在移动，小臂的运动与之相关联，考虑到这一点，则实际水平抓握范围小于上述范围。水平作业面的抓握正常范围和最大范围巴恩斯法操作研究和动作研究权威巴恩斯于1949年根据美国人体测量数据绘制出的水平面工作区域如图4-4所示。图中最外侧的虚线半圆为最大工作区域；细实线半圆为正常工作区域。由图可知，最大工作区域是以肩峰点为轴，上肢完全伸直作回转运动时所包括的范围；正常工作区域是上臂靠近身体、曲肘，前臂平伸作回转运动所包括的范围。4.3.3 个人的社会心理空间个人社会心理空间的研究

14、意义个人心理空间个人领域个人社会心理空间的研究意义当多个作业者在总体作业空间操作时，作业者不仅与机器设备发生联系，还和总体空间内其他人存在社会性联系。操作者对工作空间的要求因此还受社会和心理因素的影响。人的心理空间要求往往大于操作的物理空间要求。当个人的社会心理空间受到限制时，个人会产生不愉快的消极反应或回避反应。个人心理空间 表4-6 个人心理空间的分区及其说明 （单位：厘米）区域名称和状态距离说明亲密距离指与他人身体密切接近的距离接近状态015指亲密者之间的爱抚、安慰、保护、接触等交流的距离正常状态1545指头、脚部互不相碰，但手能相握或接触对方的距离个人距离指与朋友、同事之间交往时所保持

15、的距离接近状态4575指允许熟人进入而不发生为难、躲避的距离正常状态75120指两人相对而立，指尖刚刚相接触的距离，即正常社交区社会距离参加社会活动时所保持的距离接近状态120210一起工作时的距离，上级向下级或秘书说话时保持的距离正常状态210360业务接触的通行距离，正式会谈，礼仪等多按此进行公共距离指在演说、演出等公共场合所保持的距离接近状态360750指必须提高声音说话，能看清对方的活动距离正常状态750以上指已分不清表情、声音的细微部分，要用夸张的手势，大声疾呼才能交流的距离个人领域 与个人心理空间相类似，个人领域也是一种涉及人对社会空间要求的行为规则。它与个人心理空间的区别在于领域

16、的位置是固定的，而不是随身体位置的改变而发生移动的，其边界通常是可见的，具有可被识别的标记。一般地说，满足人的个人领域要求，可通过降低人的密度，增加个人的可用空间加以解决，但是在很多情况下，上述办法行不通，此时可通过设置固定标志来满足入的领域要求。4.4 座椅设计座椅的重要性座椅的优缺点座椅设计的一般原则座椅主要部分的设计要求座椅的重要性坐姿是与舒适密切相关的。在生产力不发达，座椅不普遍的古代，座椅具有特别的象征意义，它的起源是身份的象征，只有当时的首领才有权利制造和使用（例如英语中主席是Chairman，直译为坐椅子的人）。座椅的大小和装饰也成为地位的象征。座椅之所以重要的另一方面的原因在于

17、其功能。坐姿工作相对于其他工作方式，可以大大减轻人们的疲劳程度, 提高劳动生产效率。如今，随着科学技术的飞跃发展，许多传统的体力劳动工作正在被脑力劳动工作所代替，采取坐姿工作的人员数量的急骤增加。大多数办公室工作人员、脑力劳动者、部分体力劳动者都需要座椅进行工作，座椅的应用程度愈来愈广。 座椅的优缺点座椅的优点：消除了腿部的载重负荷。身体循环系统的需求减少，降低了能量的消耗。采取坐姿工作能更好完成比较精确和精细的操作。座椅的局限与缺点：坐姿工作使肢体运动量大大地减少，长期保持坐姿使人的腹肌松驰,行动变得迟缓, 也影响到人的消化和呼吸功能。但最常见的问题是由于长期不运动而带来的肌骨疼痛和疾病。坐

18、姿办公人员对身体部位疼痛的抱怨身体疼痛部位所占百分比(%)头疼14脖子疼或肩膀疼24腰疼56大腿疼19膝盖和小腿疼29站姿到坐姿时的脊椎变化 座椅设计的一般原则座椅的设计尺寸应与使用者的人体尺寸相适应。因此在设计上首先要明确座椅的使用对象。要把使用者群体的人体尺寸测量数据作为确定座椅设计参数的重要依据。座椅设计应尽可能使使用者保持自然的坐姿。因此，座椅设计应符合人体生物学原理。座椅的结构与形态要有利于人体重力的合理分布和有利于减轻背部与脊柱的疲劳与变形，靠背结构和尺寸应给予腰部以充分的支撑，使脊柱接近于正常自然弯曲状态，并且要使使用者必要时可以在座位上不时变换自己的坐姿。座椅必须设计得坚实、安

19、全。一般情况下，座椅必须既便于移动又不会导致翻倾滑倒。工作座椅的设计要与工作台面的设计结合起来考虑，特别是座位高度应与工作台高度相匹配。特殊操作环境下，还必须考虑整个工作空间的环境因素。座椅主要部分的设计要求：座椅椅面高度椅面高度应使就坐者大腿近似水平，小腿自然垂直，脚掌平放在地面上，既保证不因椅面过高而使大腿肌肉受压，又保证不因椅面过低而增加背部肌肉负荷。因此，椅面高度应以小腿加足高的第5百分位数进行设计。 座椅因用途不同，椅面高度要求也不同。工作椅的高度应使操作者的双足能平放在地面上，而休息用椅应使就坐者的腿能向前伸，使大、小腿的肌肉和关节可以放松。因此，对于休息用椅，可取380-450

20、mm；而对于工作用椅，可取400-480 mm，而且工作座椅的高度应为可调的，使其与工作面高度保持适宜的高度差。办公用椅的调节范围为330-530 mm。座椅主要部分的设计要求：座椅宽度在空间允许的条件下，以宽为好，以方便就坐者变换姿势。通常以女性臀宽尺寸的第95百分位数进行设计，以满足最宽人体的需要。一般可取400-450 mm。对于扶手椅应不小于500 mm。座椅主要部分的设计要求：座椅深度椅面深度指椅面的前后距离，其尺寸应满足三个条件：a) 使臀部得到充分支持，b) 使腰部得到靠背的支持，c) 椅面前缘与小腿之间留有适当距离，以保证大腿肌肉不受挤压，小腿可以自由活动。因此椅面深度不宜过深

21、，应以臀膝距测量的第5百分位数进行设计。通常工作椅可取350-400 mm，休息用椅可取400-430 mm。座椅主要部分的设计要求：座椅面倾角座椅面倾角指椅面与水平面的夹角。座椅面应稍向后倾，以防长时间坐着时臀部向前滑动，并方便背部靠向靠背。对于休息用椅，椅面后倾角应大些，有利于肌肉的放松，可取14-24；对于工作用椅，由于工作时身体需前倾，所以倾角不宜太大，可取4-6。座椅主要部分的设计要求：靠背的高度和宽度靠背按其高度尺寸可以分为四类：低靠背、中靠背、高靠背、全靠背。低靠背只支撑腰部，其优点在于制作材料节省，且不妨碍使用者的上肢和肩膀的前后运动；缺点是不能使胸背得到支撑。中靠背除了低靠背

22、具有的支撑腰椎部的功能外，还可支撑到胸椎下半部，其使用面较广。高靠背指高度能达到肩膀的靠背，一般设计成与脊柱自然弯度相似，坐着特别省力和舒适。高靠背加上头靠就成为全靠背，适合于飞机客舱，长途客车等主要供休息用的座位设计中。靠背的高和宽与坐姿的肩高和肩宽有关，可根据座椅用途确定。对于工作用椅，靠背的高和宽应以不妨碍手臂的操作活动为前提。如果高靠背有碍于手臂活动时，可采用支撑在腰曲处的中、低靠背，宽度可取320-360 mm。对于休息用椅或长途运输工具中的乘客用椅，宜采用高靠背，并且加靠枕，宽度可取350-480 mm。座椅主要部分的设计要求： 靠背倾角靠背倾角是指靠背与椅面之间的夹角。从保持脊柱的正常自然形态，增加舒适感考虑，最适宜的角度约为115。通常靠背倾角可根据座椅用途确定，工作用椅可取95-105，一般以100为宜；学校学生读书用椅，在保持警觉条件下，可取9