安全人机工程课程设计

《安全人机工程》课程设计专业安全工程姓名学号课程名称安全人机工程指导教师市政与环境工程学院2014年12月22日 目录任务说明书1正文（摘要及中英文译）5前言61.1简介61.2研究背景71.3研究意义82.调查分析92.1实测数据10床的分析与改进113.1床113.1.1床的宽度113.1.2床的长度123.1.3床的高度133.1.4爬梯的改进设计133.1.5爬梯的宽度确定143.1.6防护栏的改进144.结束语14参考文献15附件16任务说明书学院：市政与环境工程学院班级：0234121专业：安全工程学生姓名（学号）郝丹辉023412122课程设计名称安全人机工程课程设计设计课题我校学生用床及相关器物人机工程学改进设计设计时间自2014年12月22日至2014年12月28日共1周课程设计的目的课程设计是理论和实践相结合的重要环节，也是培养学生实际动手能力的有效途径。通过本次课程设计，使学生能更加系统掌握安全人机工程学的原理、方法和内容，通过对某一具体的人机系统的分析评价和改进设计，提高人机工程学知识的应用能力，培养学生对人机实际问题的独立思考和解决的能力，形成较为系统和科学的思维体系，为以后专业工作和设计打下良好的基础课程设计的内容1．调查课程的现状、呈现的特征、存在的问题并指出研究的意义和目的。2．存在问题的分析以及评价过程与结论（运用人机工程有关理论，结合安全系统分析评价的方法丢问题的原因进行比较深入的分析，并就现状分析的结果做出评价，并得出结论等）。3．对存在问题的改进措施和设计（包括改进设计的依据、原理、思路、实施方案和步骤等）。4．本次设计的水平，存在的问题等总结。课程设计要求1．每位同学独立完成一个课题，课题可从参考课题中选择，鼓励同学们自己做自选课题（自选课题要与本课程设计紧密联系，源自实际应用，且须经指导老师审核和确认方可有效）。2．.课题原始资料必须来自实际，要经过现场测绘，准确和可靠。同学们可以通过现场实测、调查、问卷和查阅有关资料记录等形式来收集。3．课程设计的内容要求：理论有理有据，评价分析合理和透彻，结论可靠正确，设计大胆合理，充分体现以人为本的人机学原理。4．格式及其他要求参看课程设计指导书。一、课程设计的目的：课程设计是理论和实践相结合的重要环节，也是培养学生实际动手能力的有效途径。通过本次课程设计，使学生能更加系统的掌握安全人机工程学的原理、方法和内容，通过对某一具体的人机系统的分析评价和改进设计，提高人机工程学知识的应用能力，培养学生对人机实际问题的独立思考和解决的能力，形成较为系统和科学的思维体系，为以后专业工作和设计打下良好的基础。二、课程设计的内容：1、课程设计的内容：1）调查课题的现状、呈现的特征、存在的问题并指出研究的意义和目的。2）存在问题的原因分析以及评价过程与结论（运用人机工程有关理论，结合安全系统分析和评价的方法对问题的原因进行比较深入的分析，并就现状分析的结果作出评价，并得出结论等）。3）对存在问题的改进措施计和设计（包括改进设计的依据、原理、思路、实施方案（内容）和步骤）。4）本次设计的水平、存在的问题等总结。2、课程设计内容的具体方针：1）课程设计的意义：即完成此课题有何意义和实用价值；2）课程设计资料：必须来源于现场的实际，不得假设推断；3)课程设计的分析：对获取的资料进行归纳、分类、统计分析，并列表说明等；4)课程设计的设计：即对原来系统或者设计中存在的问题依据人机匹配的原理进行改造和设计，使之符合人机工程学原理，体现以人为本的中心；5）课程设计的结论：在对资料分析的基础上，做出结论。课程设计的要求：1、原则上每位同学单独完成一个课题，课题可从下面的参考题中选择（但是同一课题最多5人同时选择），鼓励同学们自己做自选课题（自选课题要与本课程设计紧密相连，源自实际应用，且须经指导老师审核和确认方可生效）；2、课程原始资料必须来自实际，要经过现场测绘，准确和可靠。同学们可以通过现场实测、调查、问卷和查阅有关资料记录等形式来手机；3、课程设计的内容要求：理论有理有据是，评价分析合理和透彻，结论可靠正确，设计大胆合理，充分体现以人为本的人机学原理；4、课程设计格式及其他要求：1）课程设计内容和论文字数不得少于5000.0字（不包括标点和图表等。）语句通顺，表达准确合理，尽量多使用专业语言。用A4纸打印出来，包括课程设计的封面（采用统一格式）、目录、任务说明书、正文（包括中英文摘要和关键词）、结束语、参考文献和附件（按上述顺序装订成册）。2）论文的正文内容文字用小四宋体，一级标题用3号黑体加粗，以下各级标题每级字号减少一号，其他不变，大标题与内容必须分开（内容要另起行）且要顶格，大标题采用数字级别，大标题只需要标到第三级，以下按正文标识，如1,1.1,1.1.1，段落之间要另起，章节之间要分页，正文的内容分级都用数字分级标出，数字用完就用英文字母，不允许使用中文数字分级标识，如：一、（一）等。3）图必须标注清楚并符合标注要求，图的序号用“图1”的形式标明，用5号宋体，位于该图的下方，图和字均要居中；表格应标注表的名称和序号，形式和字体与图一样，所有的图表原则上不允许跨页（要分页必须重新制作表头）。图表：每幅图表应冠有图（表）题，说明性的资料应置于图(表)下方，图(表)题上方。图稿需用绘图纸绘制，图中文字（用5号书宋标注）需打印，贴于标注处，如插图尺寸过大，则图中文字也相应增大。以计算机制图者应提供激光打印图样。照片图要求有良好的清晰度和对比度。表格要求左右两边无线条，表格开始和结束均须用反线，中间用细线。4）设计（包括调查报告等）必须有中英文对译的摘要（不少于150字）和关键词（3-5个），位于正文的开始，字用五号宋体。5）参考文献不参与论文结构排序，附在论文结尾。参考文献须列于文末。6）课程设计的封面、任务书采用统一格式，最后必须加装一张空白页；7）页面设计采用A4纵排的版本，左：2.5,右：2.0，上：2.5，下：2.0，行间距选用“固定间距为24”，页码标在右下端，单页打印；8）在规定的时间和地点进行设计，遵守纪律，不得无故缺勤，服从指导老师的安排。课程设计具体安排：1、课程设计的时间：第17周；2、课程设计的地点：教室9教B405；3、课程设计指导时间安排：每天在指定的教室由指导老师进行现场指导和答疑4、课程设计进度安排：1）选定好各自的课题；2）实测和调查，收集有关资料；3)整理、分析资料并进行设计；4）交课程设计论文和图纸。学生用床及相关器物人机工程学改进设计摘要随着我国经济和社会的快速发展，国家对教育事业的投入也在逐渐增大，每年都有大量的人力、物力以及财力投入，用来促进教育事业的发展，学校在图书馆、多媒体教室等相关的校园设施上投入大量资金改善，但是对于学生在宿舍休息的硬件设施上却不尽人意，同时这也是造成学生上课精力不集中并且容易睡觉的重要原因之一。学生休息的地方应该尽量合理化和人性化并且尽量能够满足学生心理上的要求。“以人为本”，即是任何人性化的产品都是以满足人的需要为目的的。同理，在学生用床及相关器物上的设计上也应该以使用者的需要作为基本的出发点。本篇文章就是基于人机工程学的基本原理对学生用床等进行符合人性化的改进设计，以提高学生的睡眠质量从而更好的发展自我。关键词：人机工程学、学生用床、人性化设计ERGONOMICSINSTUDENTS’BEDINGSANDRELATEDOBJECTSDESIGNANDIMPROVEDABSTRACTWiththedevelopmentofourcountry’seconomyandsociety,theinvestmentofnationaleducationisincreasingyearbyyear.Everyeargovernmentspentalotofmoney,manpowerandmaterialresourcestopromotethedevelopmentofeducation.Ourcollegesalsoputamountofmoneyonbuildinglibrary,multimediainstructionandsoon,butthesubsidiaryfacilitiesofstudentsleepingarenotsatisfactory.Meanwhile,thatisoneofreasonswhystudentscan’tfocusonandsleepeasilyinclass.Theplacewherestudentshavearestshouldbeasfaraspossiblerationalizationandhumanizationinordertomeettherequirmentsofstudents’Psychology.Careforpeopleisanyhumanizingproductshouldsatisfytheneedofpeople,sothestudentapartmentfurnituredesignalsobasedonit.Ergonomicsinstudents’bedingsandrelatedobjectsdesignalsoshouldstartwithstudents’physiologic,psychicalneeds.Thisarticleisthebasicprinciplesofergonomicsofbedtostudentswhomeettheimprovementdesignbasedonhumanity,thedevelopmentofselfinordertoimprovethestudents'sleepqualityandbetter.KEYWORDS:ergonomics,students’bedings,humanizingdesign1.前言1.1简介所谓人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。1.2研究背景人性化设计是社会发展的必然趋势“人性化设计”，作为现今设计者和生产者所追求的最高目标，是人类社会工业文明发展过程中的必然产物，并且明显地带有后工业时代的特点。现代家具从开始出现后，因其价格比较便宜、功能合理，20世纪初便在全世界范围广泛流行起来。不过有些思想激进的现代主义的设计师，为了表现出自己对“新艺术运动”和“艺术装饰运动”的反抗，往往以圆型、方型、直角、直线等几何图形去指导家具设计的外型问题，以钢材、玻璃纤维、塑料等人工合成材料为主处理家具的材质问题。于是大量造型千篇一律、毫无生气、缺乏人性关怀的家具产品进入了人的日常生活。这种造型单一乏味的家具令人厌恶，从而人们开始怀疑现代主义家具是否适合人们的使用。在上个世纪初斯堪的纳维亚家具因其蜿蜒的曲线、自然的用材、淳朴友好的风格一出现，便作为人性化设计的先锋，得到了人们的追捧，从此人性化设计便得到人们的熟知。设计人性化思想的出现有整个社会的原因、个体的原因，也有设计自身的原因，可以说是多元决定的结果。总的来说，最主要的原因表现在以下的两个方面:1)随着物质文明发展，人民生活水平提高的必然结果。随着社会整体生产力的发展，社会平均生活水平是随之逐渐提高的。从马斯洛的需要层次理论可以得出，在物质文明和社会经济并不发达的地区和时代，人们会优先发展社会经济，比较单一的重视物质生产，对于产品设计的要求就是简单实用，价格便宜，这个时候并没有涉及到人性化设计的层次。随着社会经济基础的积累和物质文明以及科技的发展，人们的生活质量不断提高，人们对于产品设计的要求，更加强调精神层面的需要，也不再仅仅停留在实用的阶段，而上升到强调追求美观和舒适的高度了。当18世纪工业革命开始的时候，大量的机械制品几乎以迅雷不及掩耳的速度推向市场，尽管它们大多是粗织滥造的、造型是丑陋的，但是由于当时的经济和科技条件所决定，人们对于这些产品的出现还是感到了万分的欣喜。第二次世界大战之后，是世界经济的复苏期，这个时代的产品由于当时匮乏的物质资料，造型基本都遵循了实用，简单和耐用的原则，没什么装饰。通过60、70年代的经济快速发展，社会物质财富的急剧积累，让很多的国家进入了富裕的时期，这个时候，埋藏在人们心中那种对产品的精神层面需求的欲望在蠢蠢欲动，人们对产品设计的要求不仅仅是满足自己的生理需求，更重要的是要满足自己的心理需求，从实用上升到了适用的高度，产品设计不但要适用，更要表现出包括社会的、文化的、审美的和情感的等多种含义。设计不光包括审美、经济和技术这三维，更重要的是第四维，即人性。2)人类需要层次不断提高的内在要求。满足人自身的生理需求和心理需求是设计的目的，由此看来，设计的原动力便是人类的需要。人类的需要随着社会发展而不断产生，为了满足不断产生的新需要，设计也在不断地向前发展，可以说，人类的需要直接影响着设计的内容与方式。1943年出版的《人类动机理论》一书中，美国心理学家马斯洛提出的需要层次论，解释了人性化设计的实质。马斯洛从生理需要、安全需要、归属与爱的需要、尊重需要和自我实现需要，将人类需要从低到高分成五个层次，上述的五个需要层次是逐级升高的，只有在前一个需要得到了满足之后，高一级的需要才会产生，再要求得到满足。产品设计中由最初的简单实用发展到包含多种精神文化因素的人性化设计正是这种需要层次从低到高逐步上升的反映。尽管人类的高级心理需求并不一定要通过产品的设计来实现，但是产品最为日常生活的主要载体，它作为满足人类高级心理需求和平衡人类情感的工具产生了很重要的作用。作为人类自我需要的特点的内在要求，人性化设计并不是一时的心血来潮，而是发展的必然结果。1.3研究意义“以人为本”，即是任何人性化的产品都是以满足人的需要为目的的。同理，在学生用床的设计上也应该以使用者的需要作为基本的出发点。基于人机工程学的学生用床是指从使用者即学生的生理以及心理需求出发，对“人一机一环境”系统进行详细的论证，同时考虑审美意识和社会文化诸多因素后，进行设计制造的学生用床。人性化的设计的重点不仅在于产品的外型设计，更是强调以人为本，以及如何利用设计提高产品质量以及人的生活、工作质量。人性化产品的设计理念将人的因素放在首要位置，重点是人、机、环境和社会之间相互影响、相互依存的思想。以为人而设计的崇高理想和境界来指导学生用床设计，让人文关怀充满设计。学生用床设计中的人机工程学因素通过揭示人、家具、环境三者之间的相互关系，从而确保优化“人一机一环境”系统的总体效能，充分体现人机工程学在人性化学生用床的设计中的重要性。调查分析根据我的调查发现，我们学校的宿舍分为4/6/8人间，并且还有少数被同学称为地下室的10人间，除了4人间以外其他的学生用床均是上下铺，在这里我只是就4人间宿舍学生用床问题运用人机工程学原理进行讨论和改进设计。我校4人间是采用上面是床铺下面是电脑桌和书柜等其他器物，调查发现以下几个问题：1）床铺太高，新生往往在上床睡觉时有恐惧感；2）床铺太窄，不能满足翻身的要求和、人体睡姿的生理特点；3）床梯太陡，并且床梯均是金属制成，冬天时候学生上床握着会很不舒服；爬上去很费力气，特别是女生；4）学生喜欢把手机放在床边当闹钟使用，但是床上并没有空间，所以很多学生就把手机放在枕头下面，这样很容易损坏手机并且影响身体健康5）床面距离天花板太近，学生基本上不能站起来；6）防护栏太低，特别是在冬天睡觉的时候被子很容易就会掉下来；针对以上所遇到的问题，我将运用人机工程学中所学到的只是对其进行分析和改进。2.1实测数据名称长度（单位cm）床高、床梯高度191床长193床宽89床面距离天花板高度132床梯宽26脚踏板间距34护栏长度103护栏高度15床垫木板厚度5.5天花板高度323床的分析与改进3.1床床是提供人休息的地方，其所占空间也是最大的，与人的关系甚为密切，因此对床的合理设计是很重要的。躺在床上，身体压力的分布状态是影响睡眠舒适的主要因素如图1。试验表明：标准硬度的床和过于柔软的床的身体压力分布显著不同。睡在标准硬度的床上肩胛骨、腰、肘等感觉迟钝的地方收到的压力很大，而感觉灵敏的地方则受压较小，这种压力分布是合理的。睡在过于柔软的床上，大部分身体都要承受压力，使得许多不该受压的地方受压，而该受压的部位不受压，身体向中间挤压，让人感觉不舒服，翻身困难而且容易醒。因此，床的最理想结构为：最上面一层应该是柔软的物体，中间层应该较硬，下面一层有弹簧等材料构成。但由于实际与经济问题，学校寝室床的结构为两层：上层为柔软物质，下层为木板。3.1.1床面宽度理论上来说，床面的面积只要能大于人体本身的投影面积就能为人提供可靠的支撑功能。但是事实是，人在睡眠状态下大脑依然处于活动的状态，人体相对床面的受力部位经常发生变化，这就造成了在睡眠中频繁的翻身的原因。床面的宽度过小，那么负责空间定位功能的人的小脑就会在睡眠中时刻处于紧张的状态，影响睡眠质量。我校床宽有稍微的差异，宽度介于860mm和890mm之间，虽然达到国标（表1-4）的800mm，但是我认为还是有点窄。日本的人机工程学者小原二郎利用定时间隔摄影的方法研究人在睡眠时姿势的变换发现，如果将人置于一个宽度足够大的床面上，人在即将进入睡眠状态的时候所需的床面仅仅是人体自身的最大宽度，大约是人体最大肩宽约500mm；随着睡眠的不断深入，人开始不断的翻身，这时翻身所需要的床面宽度大约为身体最大宽度的2.5~3.0倍如图1。在用脑电波观察床面宽度与睡眠深度的关系时发现一个临界值，这个床面宽度的临界值为700mm，当床面宽度小于这个数值时，翻身的次数和深度睡眠的程度都会明显的减少；当床面的宽度进一步减少至500mm时，人的翻身次数再次减少了30％，而深度睡眠的程度也随之明显减少。因此，要保证人的正常睡眠状态，单人床的最小宽度应该在人的最大宽度的2.5倍，即[2]：D≥D1×2.5；其中，D为单人床的床面宽度；D1为人体的最大宽度（详见表1-2），即人的肩宽。在本课题中，由于受到了学生公寓整体空间的限制，学生用的单人床的推荐尺寸大概为900mm~1000mm。3.1.2床面的长度和床面的宽度一样，床面的长度也影响着睡眠的质量。如果床面的长度小于人的身高，那么势必会有一部分的身体伸出床体，无法得到床面的支撑，这样一来，应该由床面承担的身体重量的压力就会由伸出床体外部相连接的部位的关节处承担，造成对关节、肌肉的压力过大；另外这样还会使位于床缘部位的身体受到过大的压力，造成血流不畅，而人为了获得舒适的感觉，人会有意识的主动将身体蜷缩起来，这种姿势也会影响人的睡眠质量。由此可知，为了使人获得舒适的睡眠，必须为睡眠中翻身的情况和小脑的空间想象留下足够的空间，所以，合适的床面的长度，不仅要满足人体身高的要求，还应该在人的头部和脚部留够空间。用公式表示为[3]：L=L1×1.05+L2+L3；其中，L为床面的长度数值；L1为人的身高数值（详见表1-1）；L2为头部距离床缘上部预留的空间，一般取80mm；L3为足部距离床缘下部预留的空间，一般取80mm。在本课题中根据表1-1，取男性最大身高为1775mm，代入上式：L=1775mm×1.05+80mm+80mm=2023.75mm；根据QB/T2741—2005《学生公寓多功能家具》[4]推荐值，选择床面的长度为2020mm较为合适。3.1.3床的高度（床面离天花板的距离）由于床铺为下面是书桌，对于这种床铺，考虑到一方面床过高时会使人产生恐惧心理，床过矮是学生在宿舍活动时容易碰头。根据测量我校男生宿舍床高为1910mm，然而根据表1-1男性第90百分位为1754mm的需要，不能令大多数同学满意。对于男生而言，平均身高比较高，1600mm的床沿高度很容易碰到头；对于女生而言，1800mm不仅能满足不碰头的要求，还有可能因为床的高度使女生在床上睡觉时感到恐惧。针对这种情况，我认为学校有必要根据男女生之间的差异，均衡设计，而且根据表1-3华中地区男女身高的均值，我认为1700mm最合适，这样会使更多的同学满意。3.1.4爬梯的改进设计由于我校的爬梯都是几乎垂直设计的，攀爬起来非常麻烦，特别是在差不多要上到床的那一段，脚很容易碰撞到床的机架上，造成对脚的伤害。同时与一些力气小的女生来说，每天都这样攀爬会让她们感到极不舒服。因而可以把爬梯与地面的角度设计的偏大点，并且我认为可以把爬梯设计成如图1所示的样子，安全系数增大了许多，在每条棱面包裹一些棉垫以增加舒服感，减小疼痛。3.1.5爬梯的宽度确定爬梯的宽度与人的肩宽一致，即0.224H，能够发挥出双臂更大的力量，且比较舒服。我校爬梯的宽度大部分是300mm左右，显然比较窄，这会造成爬梯用着费力、很不方便。按照国标（表1-1）中年男子第95百分位的身高是1775mm，则爬梯的宽度应该设计成0.224×1775=397.6mm。所以我认为可以将我校爬梯宽度统一改成400mm最为合适。3.1.6防护栏的改进通过测量防护栏的高度只有150mm，由于床板的硬度比较大，大部分学生在床上放置了床垫大约高度为30~50mm，由于晚上翻身的缘故，被子很容易从床上掉下来，有时甚至人也会从床上滚下来，危险性极高。因而应该把防护栏的高度改为240~260mm，这样可以满足国标（表1-2）的要求，同时避免用品和人从床上掉下来。结束语综上所述，我校学生用床及相关器物有很多优点，但是仍然有很多不符合人机工程学要求的地方，例如床的高度，床的爬梯问题以及床的宽度等等。如果能很好的解决这些问题，就有利于提高同学们的睡眠质量，也会让同学们在宿舍内生活的更加舒适。通过这次人机工程学的实习我认识到，我们周围还有很多东西有待完善。随着我们生活水平的不断提高，我认为我们是生活中的东西应该更好的满足人们更高的需求，而不仅仅是满足于基本的可使用的层次，只有这样我们才能更好的享受生活水平提高给我们带来的便利。我希望在不久的将来我能运用所学到的人机工程学的知识更好的服务社会。参考文献：[1]阮宝湘，工业设计人机工程学[M]，北京：机械工业出版社，2005[2]（日本）小原二郎，人体动作尺寸图集[M]，东京都：讲谈社株式会社，1985[3]《家具设计》编写组，家居设计[M]，北京：中国轻工业出版社，1985[4]QB/T2741—2005,学生公寓多功能家具[S]，北京：中国标准出版社，2005[5]安全人机工程学/王保国等编著.北京：机械工业出版社，2007.6附件：主要人体尺寸数据[5]单位（mm）测量项目百分位数年龄分组18~60岁（男）18~60岁（女）1510509095991510509095991.1身高/mm154315831604167817541775181414491481150315701640165916971.2体重/kg44485059717583394244526366741.3上臂长/mm2792892943133333383492522622672843033083191.4前臂长/mm2062162202372532582681851931982132292342421.5大腿长/mm4134284364654965055233874024104384674764941.6小腿长/mm324338344369396403419300313319344370376390表1-1人体水平尺寸表[5]单位（mm）测量项目百分位数年龄分组18~60岁（男）18~60岁（女）151050909599