《人机系统与人机交互》-第五章

5.1界面设计基础第3章和第4章介绍了显示和控制的设计，在把显示器和控制器布置在一起构成人机硬件界面的过程中还有一些问题需要考虑，比如显示与控制的相合性问题，以及布局的基本原则问题等。从更宏观的角度看，人机界面问题不仅仅是显示器和控制器构成的控制板、控制柜的设计，很多情况下是一个空间设计的问题。比如汽车驾驶员的人机界面是由仪表板上的显示器、方向盘、灯光开关、喇叭开关、雨刮器开关、控制踏板和换挡手柄等控制器构成，同时还要考虑座椅和驾驶员的整个作业空间的设计，因为如果座椅或空间设计不当也会影响人机系统的性能。除了显控界面的问题，手工作业岗位的工具和作业对象的布局也是本章要介绍的内容。硬件界面和作业空间的设计，要考虑人体的静态尺度、动态尺度、人体构造和人的习惯等特征。下一页返回5.1界面设计基础5.1.1基本概念与设计原则1.作业空间的概念人在操纵机器时所需要的操作活动空间和机器、设备、工具、被加工对象所占据的空间的总和，称为作业空间。作业空间设计，是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与安排，以达到操作安全可靠、舒适方便，提高工作效率的目的。作业空间设计要着眼于人，即在充分考虑操作者需要的基础上，为操作者创造既舒适又经济高效的作业条件。从所包含的范围出发，可以分为以下三个概念：（1）近身作业空间。作业者在某种作业姿势（站姿、坐姿或其他）时，所能完成作业的空间范围。下一页返回上一页5.1界面设计基础（2）个体作业空间。单个作业者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域，也可以叫做作业岗位，作业者在个体作业空间内可以采取一种或多种作业姿势，也可以有一个或多个作业位置。（3）总体作业空间。对于复杂的系统而言，一般需要多人参与，相应的就是多岗位的组合，多个岗位就构成了系统的总体作业空间，如办公室、生产线和计算机房等。从设计角度看，本章讨论的主要有三类问题：①与使用者姿势关系不大的小型产品人机界面设计，如手机等小型电子产品，主要问题是显示器与控制器的选择、设计，以及在产品上的布局设计，也可以说是狭义的界面设计。下一页返回上一页5.1界面设计基础②与作业者的姿势有关的个体作业岗位设计(含近身作业空间），如汽车驾驶员、控制柜、银行柜台、计算机工作站、超市收银员岗位、生产线上的手工作业岗位的设计，对于坐姿要考虑座椅的设计。这类问题也可以说是人机界面问题。③总体作业空间设计，关于人机系统设计的问题参见第8章。2.显控界面设计过程显控硬件界面的设计过程见图5-1，在人机系统的设计过程中（见第8章、第10章），人机界面的设计是从确定人的控制活动开始的，然后找出完成控制活动所需的信息。控制活动和对应的所需信息，以及控制和信息显示的要求，构成了人机界面需求文件。根据需求文件分别选择或设计显示器与控制器（见第3章、第4章），下一步的工作就是显示器与控制器的布局设计，或者说是作业空间的设计，也就是本章讨论的主要内容。下一页返回上一页5.1界面设计基础3.设计原则个体作业空间的布置是指在限定的作业空间内，设定合适的作业面后，显示器与控制器(或其他作业设备、元件）的定位与安排。作业空间或设施的设计对人的行为、舒适感与心理满足感有相当大的影响，而其设计的重要方面之一就是各组元素在人们使用的空间或设施中的布置问题。不仅显示器与控制器的布置有一定的原则，实际上这些原则对于手工作业与岗位设计中工具和作业对象的布局设计也有参考价值。布局原则有如下四项：（1）重要性原则。最优先考虑的是实现系统作业的目标或达到其他性能最为重要的元件。如系统的急停开关。（2）使用频率原则。显示器与控制器应按使用的频率优先排列。经常使用的元件应置于作业者易见易及的位置，如冲床的动作开关。下一页返回上一页5.1界面设计基础（3）功能原则。应按功能性相关关系对显示器与控制器等进行适当的编组排列。如温度显示器与温度控制器应编组排列。功能群组应该用分界线，把标示（见图3-10）、色彩编码或其他技术加以区分。（4）使用顺序原则。按照使用顺序排列布置元件，以使作业方便、高效。如开启电源、启动机床、看变速标牌、变换转速。在大多数情况下，较合宜的安排是由左至右，或由上到下。下一页返回上一页5.1界面设计基础（3）功能原则。应按功能性相关关系对显示器与控制器等进行适当的编组排列。如温度显示器与温度控制器应编组排列。功能群组应该用分界线，把标示（见图3-10）、色彩编码或其他技术加以区分。（4）使用顺序原则。按照使用顺序排列布置元件，以使作业方便、高效。如开启电源、启动机床、看变速标牌、变换转速。在大多数情况下，较合宜的安排是由左至右，或由上到下。下一页返回上一页5.1界面设计基础5.1.2控显界面的相合性从人机界面的设计过程可知，显示器一般是显示控制活动需要的信息，显示和控制是相关联的，这种对应关系称为控制与显示的相合性（compatibility）。不仅是控制和显示之间有相合性问题，被控对象与控制、显示之间也有相合性问题。控制与显示的相合性主要有编码相合性、运动相合性以及控显比三个方面（见图5-2）。下一页返回上一页5.1界面设计基础实际上这种相合性不仅仅控制与显示的关系，主要还要考虑控制和显示与人的思维习惯的相合性，也就是与人的因素的相合性。人在生活和工作中，受环境影响形成了很多习惯，如反时针旋转、向下移动和向左移动表示减小，反之表示增大。如果人机界面的设计与人的习惯相违背，就会给人的使用和学习使用带来麻烦，甚至会造成事故。需要注意的是，这种习惯在不同的人群之间可能会有所不同，如美国的壁灯拨动开关向上为开，而英国向下为开。显然，相合性是人机界面设计的重要方面，是影响人机系统运行效率和可靠性的重要因素。下一页返回上一页5.1界面设计基础1.编码相合性如前所述，为便于识别或区分显示器、控制对象和控制器，在设计时要对显示器和控制器进行编码，常用的编码方式有色彩、形状、文字、图标、位置等，由于显示器（或控制对象）和控制器的相关性，其编码也应有相合性，以便于操作者掌握显示器和控制器的对应关系。控制器与显示器的组合设计是一种很好的编码方式，如带灯的按钮。控制器与其对应的显示器在同一平面时，应处于显示器下方，接近显示器，使操纵者了解其逻辑关系。如果不能接近布置，需要显示器和控制器分别集中布置时，两者的空间排列应相互对应，以便于识别。图5-3为两种排列方式，显然图（a）比图（b）的效果好。下一页返回上一页5.1界面设计基础如果不在同一平面，其对应关系也应符合人的思维习惯。图5-4为四种旋钮开关与灶眼的对应关系，试验表明其优劣次序为（a）、（b）、（c）、（d），1200次操作实验的误操作次数分别为0、76、116和129，错误率分别为0%、6%、10%和11%。图5-5所示的电视机控制器编码不符合人的习惯，上面的音量和频道的调节按钮为减小，下面的为增大。图5-6为汽车车窗升降调节按钮，四个按钮的布局与车窗的实际布局一致，使用户很容易找到其对应关系。下一页返回上一页5.1界面设计基础2.运动相合性人对控制器和显示器的运动方向有一定的习惯定式，如顺时针旋转或自下而上，人自然认为是增加方向。显示器、被控对象和控制器的运动方向设计要与人的习惯相一致，相互之间也要有正确的对应关系。例如，汽车方向盘的转向与车辆的转向是一致的，转向灯开关的拨动方向与转向灯也是一致的，顺时针拨动时右转向灯亮，逆时针拨动时左转向灯亮。图5-6所示的汽车车窗升降调节键，下压时车窗降下，上掀时车窗升起。下一页返回上一页5.1界面设计基础显示器、被控对象和控制器的运动方式有直线运动和旋转运动两种。在实际的设计中，显示器、被控对象和控制器的运动可能在一个平面内，也可能不在同一平面内。显示器一般位于正前面或水平面，控制器一般位于正前面、水平面和右侧面。表5-1为推荐的显示器、被控对象和控制器的运动方向对应关系。飞机飞行姿态的操纵杆就符合推荐的方向，向后拉时飞机机头抬起向上飞行，前退时向下飞行。下一页返回上一页5.1界面设计基础3.控制一显示比对于连续型控制器的位移参数（移动量）的设计，主要是控制器的适当增益，控制器的增益有两种含义：一种含义指的是控制一响应比（C/R），即控制器的控制量（C）与机器系统的实际变化量（R)之间的比值，如汽车方向盘的转动角度与车轮的转向角度之间的比值；另一种含义指的是控制一显示比（C/D），即控制器的控制量（C）与显示器的显示量（D）之间的比值，如旋钮的转动角度与相关的仪表指针的转动角度之间的比值。变化量可以是直线移动量，也可以是转动角度。下一页返回上一页5.1界面设计基础这里只讨论控制一显示比，若操纵杆移动50mm时，显示器上的指针位移20mm，则控制一显示比等于2.5。显然，控制一显示比的数值越小，控制器移动同样的距离时所对应的显示器的指示量就越大（见图5-7）。因而，控制一显示比相对较小的控制器，适用于粗调或要求快速调节到预定位置的场合，这种情况的调节操作过程时间短，但不容易控制操作的精确度。反之，控制一显示比相对较大的控制器易于控制操作的精确度，适用于细调或要求控制准确的场合，但这种情况的调节操作过程时间较长。早期的模拟调谐收音机就采用粗调和细调结合的办法解决效率和准确的问题，先用粗调旋钮把频率指针调整到大致的频率附近，再用细调旋钮寻找所需的准确频率。下一页返回上一页5.1界面设计基础5.1.3显示器和控制器的布局显示器和控制器的布局首先应满足除5.1.1节所述的人机界面布局四原则，5.4.4节还会讨论控制台的设计，还有一些特定问题需要注意。1.显示器的布局（1）视距。显示器与人眼的距离应能保证操作者快速准确地认读显示信息，布置一般仪表时，视距最好在560~750mm范围内，以保证眼睛在长时间工作而不疲劳。（2）视野。如2.3.2节所述，在头部不动的情况下，人的视野范围内不同的区域，对文字、字母和色彩的感知效果是不同的，越靠近视野中心，各种信息越容易被人快速准确认知，重要的和使用频率高的显示器应布局在靠近视野中心的区域。当然，可能的情况下，人的头部（水平和竖直转动）和身体的转动可以扩展显示器的布局范围。下一页返回上一页5.1界面设计基础（3）分区。考虑到人眼的视野情况，显示器的分布在垂直面和水平面内均可以采取折线和弧线的布局方式，以扩大分布的区域，同时也可以保证观察的角度和视距。2.控制器的布局（1）人体尺度。控制器应放在容易触及的地方。这似乎是很显然的，实际上，伸触界限并不明确。同样不明确的影响因素有座椅的背靠角度、手的方向及身体限制。还好，各种伸触界限已有充分的研究，设计决策所需的资料，也可方便地取得。在布置坐姿操作的控制器时，伸触考虑是非常重要的，但在设计手握的产品时，考虑伸触能力也是同样重要的。例如，照相机的使用者必须先对准镜头焦距，压下快门键，并立即向前卷胶卷。所有的控制器必须安置在容易伸触的范围内，但它们的位置也应避免不利的影响，如避免握持相机时，手指挡到镜头或闪光灯。因为这些不利的影响是不易预测的，在做设计定案前，以模型做适当的测试是必要的。下一页返回上一页5.1界面设计基础（3）分区。考虑到人眼的视野情况，显示器的分布在垂直面和水平面内均可以采取折线和弧线的布局方式，以扩大分布的区域，同时也可以保证观察的角度和视距。2.控制器的布局（1）人体尺度。控制器应放在容易触及的地方。这似乎是很显然的，实际上，伸触界限并不明确。同样不明确的影响因素有座椅的背靠角度、手的方向及身体限制。还好，各种伸触界限已有充分的研究，设计决策所需的资料，也可方便地取得。在布置坐姿操作的控制器时，伸触考虑是非常重要的，但在设计手握的产品时，考虑伸触能力也是同样重要的。例如，照相机的使用者必须先对准镜头焦距，压下快门键，并立即向前卷胶卷。所有的控制器必须安置在容易伸触的范围内，但它们的位置也应避免不利的影响，如避免握持相机时，手指挡到镜头或闪光灯。因为这些不利的影响是不易预测的，在做设计定案前，以模型做适当的测试是必要的。下一页返回上一页5.1界面设计基础（2）防止误操作。当产品是设计在开放环境中使用时（如办公室内的复印机），隐藏初次使用者不常用到的控制器。（3）相合性与标示。控制器的位置或标示，应明白显示与其伴随的显示器之间的关系。当使用者手放在控制器上时，不应遮挡控制器的标示。（4）间距。不适当的控制器间距，会增加误操作的风险，并造成控制器较难使用。如果产品是在冷天户外使用，或用在伐木或园艺，则须假定使用手套，控制器必须较其他情况所需的放置得更远一些。（5）设计验证。控制器的初步安排是否适宜，应以模型加以测试及验证。测试应包含绩效量测及使用者接受度的评估。返回上一页5.2座椅设计的人因基础对大多数人来说，坐姿是一天生活中采取较多的姿势。看一下都市上班族一天的生活一一假如吃早餐需坐10分钟，上班途中需坐车（或驾车）30分钟，上班时间需坐6小时，午餐20分钟，回家途中需坐30分钟，回家吃晚餐需坐30分钟，休息需坐2小时，那么总的时间就是10个小时。工作时间是保持坐姿最长的时间，因此工作座椅的设计最为重要。随着技术的进步，越来越多的体力劳动者也将采取坐姿工作。在工业化国家，三分之二以上的工作人员是坐姿工作。然而，如果采取的坐姿不当或工作椅设计不当也会给人的健康带来不利的影响，颈椎病、腰椎间盘突出就是与此有直接的关系。所以，工作座椅设计和相关的人因分析是值得研究的课题。下一页返回5.2座椅设计的人因基础5.2.1脊柱结构与形态在坐姿状态下，身体主要由脊柱、骨盆、腿和脚支撑。脊柱位于人体的脊部中央，是构成人体的中轴。其上端承托颅骨，胸段借助肋骨与胸骨连接构成胸廓，骶、尾骨与髋骨共同连成骨盆。脊柱的作用在于支持身体、保护脊髓，并使人体做广泛运动。如图5-8所示，脊柱由33块短圆柱状椎骨组成，包括7块颈椎、12块胸椎、5块腰椎和下方的5块骶骨及4块尾骨，相互间由肌腱和软骨连接，腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受坐姿时上身大部分负荷，还要实现弯腰扭转等动作，对设计而言，这两部分最为重要。下一页返回上一页5.2座椅设计的人因基础从图5-8所示的脊柱侧面可看到有四个生理弯曲，即颈曲、胸曲、腰曲和骶曲。其中与坐姿舒适性直接相关的是腰曲。图5-9为各种不同姿势下所产生的腰曲弧线，人体正常腰曲弧线是松弛状态下侧卧的曲线，如图5-8所示。当处于非自然姿势时，椎间盘内压力分布不正常，周围肌肉也处于紧张状态，会产生腰部酸痛、疲劳等不适感。保证腰弧曲线的正常形状是获得舒适坐姿的关键。躯干挺直坐姿和前弯时的腰弧曲线会严重偏离正常状态，如图中曲线F和G所示。欲使坐姿能形成几乎正常的腰弧曲线，躯干与大腿之间必须有大于90°的角度，且在腰部有所支撑，如图5-9中曲线C所示。不同的坐姿下，颈椎、胸椎也有不同的形态，也有和腰椎类似的问题，只是没有腰曲的形态影响大。下一页返回上一页5.2座椅设计的人因基础5.2.2脊柱的生物力学问题1.椎间盘受力坐姿情况下椎间盘会受到上体的压力，压力的大小随坐姿的不同而有所不同。无支撑坐姿中，椎间盘压力最小的是直腰的坐姿，如图5-10所示。在良好的坐姿状态下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨时则后凹，压力适当地分布于各椎间盘上，肌肉组织上承受均匀的静负荷，如图5-11（a）所示。当人坐下时，如果采用如图5-11（b）中的弯腰坐姿，则骨盆后移，躯干前移，腰椎前凸变成腰椎后凸，使脊椎的各椎间盘受到挤压，脊椎后部被拉伸。腰椎椎间盘向后凸，压迫脊椎的软骨组织，甚至神经根（见图5-12），导致腰痛。如果没有正确的靠背支撑，大部分人会在就坐后采用这种姿势。下一页返回上一页5.2座椅设计的人因基础因此，靠背在人体腰部区域（第4、5腰椎之间）应该有垫子，即腰靠，这样能使人体保持腰椎前突，极大地减小了对椎间盘的压力。靠背角度越小，对腰部的支撑就越重要。同时如果加大靠背后仰角度，可以减小椎间盘的压力，图5-13为不同靠背倾角的椎间盘压力对比。图5-9也显示，后仰并且有腰背部支撑的坐姿，腰曲与正常状态也最为接近。座椅靠背上的压力分布，应当是肩胛骨和腰椎骨两个部位最高，此即靠背设计中所谓的“两点支撑”准则。靠背的两点支撑中，上支撑点为肩胛骨提供依靠，称为肩靠，其位置相当于第5-6节胸椎之间的高度；下支撑点为腰靠。不同用途的座椅，两点支撑的作用是不一样的。对于后仰角度较大的座椅还要增加头部支撑。下一页返回上一页5.2座椅设计的人因基础2.肌肉活动度脊椎骨依靠其附近的肌肉和腱连接，椎骨的定位正是借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组织就会受到相互压力（或拉力）的作用，使肌肉活动度增加，导致疲劳酸痛。肌腱组织受力时，产生一种活动电势。在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活动度高，因为腰椎前向拉直使肌肉组织紧张受力。提供靠背支承腰椎后，活动力则明显减小；当躯干前倾时，背上方和肩部肌肉活动度高，以桌面作为前介页时手臂的支撑并不能降低活动度。提供靠背的后仰坐姿可以减轻腰部的肌肉负荷。图5-14为后仰不同角度时腰部和胸部的肌电对比，后仰角度越大，肌电越小。下一页返回上一页5.2座椅设计的人因基础5.2.3体压分布问题1.座面的体压分布人坐着时，大腿和上身的重量必须由座椅来支撑。人体结构在骨盆下面有两块圆骨，称为坐骨结节。这两块小面积能够支持大部分上身的重量。覆盖在它们外面的皮肤能获得丰富的动脉血液供应，就像脚底一样；而在臀部的边缘部分，血液循环则大不一样，在这部分静脉较多（包含较少的氧）；当人坐着的时候，覆盖着坐骨结节的皮肤能够更好地经受住持久的压力。因此，座面上的臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，由此向外，压力逐渐减小，直至与座面前缘接触的大腿下部，压力为最小。下一页返回上一页5.2座椅设计的人因基础座垫的柔软程度要适当：坐骨部分的座垫应当是支撑性的，它要承受加在座位上的大约60%的重量，而其余部分则应当比它更柔软些，以便能够把重量分布在更大的面积上，图5-15为较为合理的压力分布图（把压力相等的点连起来形成的等压线），压力单位为102Pa。过硬、过软的椅垫都起不到应有的作用。太硬，对压力没有缓冲作用，易造成压力集中；太软，则得不到应有的支持，从而使肌肉紧张，产生疲劳。图5-16为两种不同硬度座面的压力分布。除了座面结构、材质外，座面的深度和高度也会影响座面压力分布。座面深度小就会减小支撑面积，使座面压力集中，而且会影响坐姿的稳定性。座深会影响大腿与座面的角度进而会影响座面的压力分布。图5-17为三种座高的座面压力分布对比。显然，太高、太低都会造成不利的座压分布。下一页返回上一页5.2座椅设计的人因基础2.股骨受力分析如图5-18（a）所示，人体结构在骨盆下面有两块圆骨，称为坐骨结节。坐姿时，这两块面积很小的坐骨结节能支撑上身的大部分重量。坐骨结节下面的座面呈近似水平时，可使两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置而不受过分的压迫，故而人体感到舒适如图5-18（b）所示，当坐面呈斗形时，会使股骨向上转动，见图中箭头指向。这种状态除了使股骨处于受压迫位置而承受载荷外，还造成髋部肌肉承受反常压迫，并使肘部和肩部受力，从而引起不舒适感。所以在座椅设计中，斗形座面是应该避免的。下一页返回上一页5.2座椅设计的人因基础5.2.4其他人因问题（1）肩部载荷。为保持手臂的工作位置，肩部肌肉会承受一定的静肌负荷，长时间工作会造成肩部肌肉疲劳，甚至劳损。增加扶手可明显减轻肩部的静肌负荷，对打字员打字时有、无肘部支撑两种情况的肌电测试也证明了这一点。当然，扶手的高度要按照人的肘部位置设计。（2）生理影响。不良的坐姿，如长时间保持一种姿势、弯腰前倾的坐姿，除对腰、背、颈有不良的影响外，对消化系统（如胃）也会造成不小的副作用，同时也会造成血液循环、淋巴循环不畅，压迫心脏血管和对腿的肌肉的伤害。对肺及循环系统也会造成压迫，影响正常的生理机能。经常变换坐姿，如后仰与直立坐姿交替，可以减小静肌负荷，改善血液循环，但座椅的设计需要提供这种可能性。下一页返回上一页5.2座椅设计的人因基础（3）排汗、保暖及降温。要考虑人体的排汗以及高温环境的散热、低温环境的保暖，以保证座椅的舒适性要求。（4）人体尺度。显然，座椅的尺度的确定必须依据人体的尺度，座椅的相关尺度包括座高、座深、座宽、扶手高度、腰靠高度、肩靠高度、头靠高度等。返回上一页5.3座椅的设计与其他工业产品一样，座椅的设计要确定材料、组成与结构和尺度，要考虑的因素也很多，除考虑人的因素以外，还要考虑使用目的、使用环境场合、使用时间、成本等因素。工作椅的结构形式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应，应能使操作者在工作过程中保持身体稳定，并能进行准确的控制和操作，保证人的舒适，而且不易疲劳，不易发生肌肉的劳损以及椎间盘等部位的损伤。下一页返回5.3座椅的设计5.3.1座椅设计的人因要求总结5.2节的分析，座椅的设计在人因方面有以下的具体要求：①尽量保持脊柱的自然形态，改善椎间盘受力状态，减轻周边肌肉静肌负荷；②经减轻臀部、腿部压力，并改善座面的压力分布；③避免股骨侧向受力；④减轻肩部肌肉的静肌负荷；⑤避免或减轻对循环系统的影响，包括血液循环和淋巴循环；⑥减轻对肺、胃等内脏的压力；⑦避免由于座面材质选择不当造成冷、热和排汗造成的不适；⑧避免设计不当造成的倾覆，以及刺伤、挤压和剪等伤害；⑨使用方便，避免复杂的操作。表5-2为座椅设计的人因要求以及对应的设计要求。下一页返回上一页5.3座椅的设计不同的使用目的、方式、持续使用时间，以及不同使用环境，人的坐姿会有不同，座椅的设计要求及参数会有很大的区别。可能有些工作椅的设计不能完全达到表5-2的全部设计要求。快餐店的餐椅的设计，由于使用时间短和空间的限制，舒适性要求不是很高。以休息为目的的椅子，例如安乐椅和躺椅，设计重点在于舒适感，使人体得到最大的放松以减轻身体疲劳。工作椅则要求方便操作，长时间使用不易疲劳，但过于舒适则不利于工作。一般来说，舒适度越高的座椅成本也会越高。所以，设计师在进行设计时要平衡两者之间的矛盾关系。下一页返回上一页5.3座椅的设计表5-3为几种常见坐姿和应用（见图5-19）。直立坐姿可用于集中精力和警觉时的工作椅。小角度后仰坐姿适用于日常使用、旅行时的休息椅。靠背垂直倾斜30°或更多可用于安乐椅，这时要求有头靠。大角度后仰适合于个人使用的躺椅，由于躺着时目光向上，所以躺椅不适合在看书、看电视、聊天时使用，不宜采用基座支持，因为这种椅子背部负荷大。当然，任何坐姿如果长时间保持不动都会产生静肌负荷、血液循环等问题，所以长时间使用的座椅要提供改变坐姿的可能性，如办公椅和飞机乘客座椅的靠背均可以方便地后倾，人可以在直立坐姿和不同角度后仰坐姿之间变换（见图5-20）。下一页返回上一页5.3座椅的设计5.3.2座椅设计的一般问题1.组成如图5-19所示座椅主要由座面、靠背（包括腰靠和背靠）和支撑结构组成，对于可以大角度后仰的座椅还要提供头靠，根据需要可提供扶手，有些座椅还安装有脚踏。不同用途的座椅，根据连续使用时间的长短，舒适性要求不同，可以包含不同部分，构造的复杂程度也不相同。坐面表面有两种基本形式：纵向（座深方向）平展的，其倾角为0°~5°；纵向前缘起拱的。椅面前倾有助于减轻腰部椎间盘的压力，但容易造成身体下滑，这样为维持姿势的稳定而使躯干肌肉紧张。针对该问题的办法是椅面前缘采用前倾设计，而后半部仍然以水平或略微后倾或向下略凹的设计来维持身体的稳定性，见图5-19

。下一页返回上一页5.3座椅的设计靠背是要提供后仰时的腰部和背部支撑。腰部支撑一般应高度可调；腰靠形状应使人体压力尽量均匀分布；若装有软垫，在软垫沿座深方向垂直剖面内的曲率半径必须大于1400mm。休闲椅、躺椅以及靠背后仰角度的座椅应有头靠。为减轻肩部的负荷，条件允许的情况下座椅应有扶手。工作座椅支架必须至少有5个支点，支点可以使用球形或鼓形小轮，也可以使用滑块。空椅滑移阻力应不小于15~20N。保证最小倾覆半径为195mm。座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。座垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的材料制造，特殊场合还要求不导电。座垫为弹性结构时，最下层支撑部分应有一定的刚性。下一页返回上一页5.3座椅的设计2.座椅尺度显然，座椅的尺度的确定必须依据人体的尺度，座椅的相关尺度包括座高、座深、座宽、扶手高度、腰靠高度、肩靠高度、头靠高度等。如果有些座椅的尺寸不合适，长时间使用就会造成疲劳或肌肉劳损。座高是由人的小腿加足高确定的，需要加上鞋跟高度修正，对于彳面斜座面的座椅，以座面前缘测量座高较为合理，还要注意需考虑座垫的变形。下一页返回上一页5.3座椅的设计座深由臀部至小腿距离确定，座深必须小于臀部至小腿距离。座深的尺寸一定要把握好，不能太小，这样会增加臀部的压力，也不能太大，这样不容易接触到靠背造成背部的劳累，同时腿部也容易疲劳。座宽由臀部宽度确定。腰靠的最合适位置是第4、第5腰椎之间，支撑的前后位置可调能提高舒适度。背靠的合适位置为第5、第6胸椎之间。头靠高根据头部高度确定。扶手高根据肘高确定。两扶手距离根据肘至肘宽度确定。3.座椅的机构一般工作椅的调节机构分为两类：一类是为适应不同尺度使用者的调节机构，另一类为变换坐姿的调节机构。下一页返回上一页5.3座椅的设计（1）尺度调节。根据使用时间和舒适度要求的不同，有些座椅所有和人体尺度相关尺度可调，有些部分和人体尺度相关尺度可调，有些则完全不能调。由于人体尺度的个体差异较大，一般的情况是针对某一群体设计固定尺寸的座椅，如幼儿园的座椅、小学生座椅、中学生座椅、成年人的工作椅等。但严格说用固定尺度的座椅去适合某一年龄段的群体也是不合适的，某一年龄段的人之间的个体差异也很大。理想的方法是座椅的相关尺度是在一定范围内可调的，以适应针对群体中的所有人。但调节范围过大会给设计带来困难，所以有时同一款座椅会设计调节幅度较小的两到三种不同调节范围的座椅去适应目标人群的所有人。图5-21为各部位可调的计算机椅。下一页返回上一页5.3座椅的设计（2）后仰机构的设计。根据需要靠背可后仰一定角度（0°~30°），座面也同时后仰（0°~5°），通过特定的机构设计可保证前缘不升起，避免脚离地，增加大腿压力（见图5-22）。为方便工作，有些座椅的座面还可向前倾斜。（3）其他机构设计要求。为方便工作或交流，办公椅可左右转动。为方便实用键盘、鼠标，扶手可在水平面和垂直面内转动一定角度。下一页返回上一页5.3座椅的设计（4）易操作。一些适用人群人体尺度较大，并且持续使用时间较长的办公座椅，其调节机构较为复杂，有些座椅有多达六七处调节机构，这就给使用和学会使用带来困难。座椅可调节部分的机构不宜太多或过于复杂，要避免不能调、不会调和不愿调的情况。相关的调节可联动，如后仰时靠背和座面同时动作，但后仰角度不同（见图5-20）。靠背可随人后仰，人采取直立坐姿时在弹簧的作用下自动复位，恢复力可依据人的体重调节，有些座椅采用特定的机构能依据体重自动调节弹簧的恢复力。有些座椅当使用者按自己的身体尺度调节好座椅后，调节的位置会被自动控制系统记忆下来，下次使用时可以恢复上次的调节位置。有一些汽车驾驶员座椅和计算机座椅采用了这种方式。下一页返回上一页5.3座椅的设计5.3.3典型座椅介绍1.多功能座椅一件椅子完成或坐、或靠、或躺的功能，它使人体可以在多个状态下获得最佳支撑（见图5-23）。办公室的动态座椅和马鞍式座椅都是多功能座椅的一种：马鞍式座椅除了一般座椅的功能外，使用者还可以面朝靠背而坐，靠背上有适于手臂支撑的结构；动态座椅能随不同坐姿贴合人体，但每个状态都需要人为调节。通过设计使座椅简洁、方便地达到不同状态的转换，是多功能座椅发展的一个趋势。大多数多功能座椅都有颈靠，全身都能处在放松状态，使用起来很舒适。下一页返回上一页5.3座椅的设计2.前倾式座椅座面倾角指座面与水平面之间的夹角。座面后倾的特点是躯干后移，背部抵靠靠背获得支撑，可以降低背肌静压；也可防止坐者从座缘滑出座面。一般休息用椅是后倾式座面，并且倾角较大，有利于身心松弛。但是当坐姿靠前，而座面后倾，脊椎因身体前伸而被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成费力的姿势，也容易引起背颈部和肩部的不适。研究表明，适当前倾设计的椅子更适合身体前倾、肘部有支撑的坐姿，像一些学习用椅、工作椅及吧台椅等。对于前倾式座椅，前倾角应达到15°以上。值得一提的是膝靠式座椅（见图5-24），它是前倾式座椅的一种。这种座椅通过使人体坐姿前倾和膝部支撑，让脊椎和躯体处于一条直线上，保持自然的平衡状态，从而使身体各部位最佳配合，消除背部、颈部、臀部和脚部的应力。在造型上也令人耳目一新。下一页返回上一页5.3座椅的设计3.可以摆动的座椅德国德雷伯特公司（Drabert）与欧洲一些大学及研究人员共同合作，提出“移动座位”的概念，用以缓解强加于脊椎上的过度负载。他们设计的椅子在座位下面带有电动机，目的是利用摆动来防止椎间盘变薄，同时引起的微量腰椎运动也可以减轻长时间静坐导致的腰痛。在微运动过程中，隐藏在座位里的电动机将左右交替摆动0.8°，平均每分钟5次。与以往的动态椅相比，该设计在使用者不知不觉中完成了对脊柱的刺激。经过科学家对120名腰痛患者所做的实验表明，座位持续低频率地微摆能显著减轻腰部疼痛。显然，传送到腰部的轻微循环运动使脊椎得以放松。测试者的脊椎长度在该过程中也增加了，这从另外一个角度说明，摆动的坐椅可以提供更好的椎间盘供给环境，继而减轻脊椎自身的负荷。返回上一页5.4作业岗位设计5.4.1作业岗位的设计过程产品、岗位设计以及总体作业空间设计三类界面和空间设计，在设计的程序上是有所不同的，但基本的设计原则和思路是相似的。本小节主要讨论作业岗位的设计程序。对于一个设计合理的个体作业空间，作业者应在任何时刻观察、操作都很方便，并且当较长时间维持某种作业姿势时，并无或尽可能少地产生不适感与疲劳。对较为简单的、显示和控制元件较少的作业空间，各个元件可以置于相对较优的位置。但有些作业相当复杂，元件数目繁多，在有限的作业空间内，很难将其一一布置在最佳的视及范围。在这种情况下，设计师不得不采取折中的办法，从系统的角度考虑整个作业，保证所做出的设计整体上最优。但是，只凭一些设计规则并不能使设计结果完美，必须经过一系列必要的设计步骤。遵循这些步骤，通过作业调查、设计方案、模型、论证、修改、报告等，方能完成一个合理的作业空间或场所设计。下一页返回5.4作业岗位设计1.作业调查分析与设计准备这一阶段应完成下列内容：①确定设计要求；②确定设计定位群体与设计极限；③作业调查分析；④绘制基本人体尺寸图；⑤制作人体模型与样板。使用计算机软件进行设计时，可以根据选定的人群的尺度自动生成人体的三维模型。确定设计要求、进行作业调查是人因设计的出发点。在这一环节，必须对作业的目标、作业动作内容、所涉及的设备条件等作详细分析。为了对作业场所的总体布局有良好的把握，第需进行必要的调查与咨询。表5-4中的问题可供调查时使用。在考虑设计定位群体、作空间总体规划时，还必须顾及作业场所的其他人员，如受训者、参观人员、管理监督人员的容许空间。还必须考虑到作业者相互交流的需求。下一页返回上一页5.4作业岗位设计2.作业空间与作业场所的初步设计在对作业系统各个方面的要求有了明确的认识以后，即可着手上述作业空间的总体设计和作业场所各元件的布置。作业空间通常是按照个体作业定义的，作业空间的设计包括：①根据作业特点确定作业姿势；②合理安排显示器、控制器、作业对象和作业工具的布局；③对于坐姿作业，应包括座椅的设计。对于包含显示与控制的个体作业空间，还可以从以下的时间顺序上考虑布置的握问题，以做出合适的折中：第一位，主显示器；第二位，与主显示器相关的主控制器；第三位，控制与显示的关联（使控制器靠近相关的显示器，运动相关性关系等）；第四位，按顺序使用的元件；第五位，使用频繁的元件应处于便于观察、操作的位置；第六位，与本系统或其他系统的布局一致。下一页返回上一页5.4作业岗位设计3.模型和模拟测试对于较复杂的设计，模型是一种主要的辅助手段，它既可以表现设计结果，也可用来进行调整设计，以确定最终设计尺寸。用于作业空间人机设计的模型及模拟手段主要有三种：（1）比例模型。比例模型可以是两维的，其上可直接放置人体模板进行比较测试；也可以是三维的，用卡纸、胶合板等制作即可。模型评价的方法简单、迅速、经济，但不能对有关动作、姿势、作业舒适性方面做出评价。作为最基本的手段，它可用来检验总体作业空间与场所布置的合理性。下一页返回上一页5.4作业岗位设计（2）模拟装置。制作一全尺寸的三维作业场所模拟装置，比制作模型更费时，且成本较高，但模拟装置更接近实际，作业者可以感受未来设备或场所的使用性能与舒适性。利用模拟装置，可以记录作业时，各种空间尺度的试验结果，给合理地设计带来极大的便利。不同的模拟装置，复杂程度会有很大的差异，从简单的操纵模拟到复杂的（如飞机驾驶舱、核反应控制室）模拟等。（3）计算机辅助设计。运用计算机，可以探讨作业空间的多种设计方案。只要有合适的软件系统，设计师就可以省去绘制效果图或制作模型、模拟装置的麻烦。根据作业空间的关键尺寸和设计要求，可以在屏幕上产生各种设计构思。计算机可以将方案表述成二维的或三维的；可以扩大、缩小、变换、旋转，从不同的角度和位置评价作业空间或场所设计的合理性。下一页返回上一页5.4作业岗位设计5.4.2作业岗位设计要求和原则1.作业空间设计的一般要求作业空间一般是指个体操作所要求的空间，也会有多人同时完成一个任务的作业空间。作业空间根据人体尺寸参数设计，应保证90%以上的使用者在所设计的空间内能顺利完成规定的作业；并均衡四肢的作业负荷；避免不必要的空间障碍和违反使用者正常习惯的空间布局；保证在紧急条件下人员的撤离和安全。下一页返回上一页5.4作业岗位设计作业空间设计以人体尺寸为基本参数，是从尺寸上保证人体结构的活动要求。但是，影响作业空间设计的因素很多。首先，是视觉的可视性要求。视觉观察是作业中对作业空间起决定性影响的因素，通常人的姿势取决于视觉，视觉决定了人的头部的位置，进而决定了人体的姿势。其次，是作业的性质对作业空间设计的影响。作业可分为技能作业、体力作业和脑力作业。技能作业和脑力作业要求更多的视觉观察，因此，视觉要求是作业空间设计的主要方面；而体力作业要求肌肉施力，因此，便于肌肉群施力是作业空间设计的主要方面。下一页返回上一页5.4作业岗位设计2.作业岗位设计要求（1）作业岗位的布局，应保证作业者在上肢活动所能达到的区域内完成各项操作，并应考虑下肢的舒适活动空间。（2）作业岗位设计时，应考虑操作动作的频繁程度，此处对动作频率程度的划分是：每分钟完成两次或两次以上的操作动作为很频繁；每分钟完成的操作动作少于两次，而每小时完成两次或两次以上时为频繁；而每小时完成的操作动作少于两次的为不频繁。（3）作业岗位设计时，还应考虑作业者的群体，如全部为男性或全部为女性，应选用两种不同性别各自的人体测量尺寸；如果作业岗位是男性和女性共同使用，则应考虑男性和女性人体测量尺寸的综合指标。下一页返回上一页5.4作业岗位设计3.作业岗位设计原则（1）设计作业岗位时，必须考虑作业者动作的习惯性、同时性、对称性、节奏性、规律性等生理特点，以及动作经济性原则。（2）作业岗位的各组成部分，如座椅、工具、显示器、操纵器及其他辅助设施的设计，均应符合工作特点及人机工程学要求。（3）在作业岗位上不允许有与作业岗位结构组成无关的物体存在。（4）作业岗位的设计还应符合GB5083、GB3861、GB4064等有关标准和劳动安全规程要求。下一页返回上一页5.4作业岗位设计5.4.3作业姿势与个体作业空间在作业岗位的设计中，经常采取的作业姿势包括坐姿、站姿和坐立交替三种情况，还有一些在特定空间环境下采用的跪、躺和趴等较少采用的作业姿势。设计中要根据作业特点、空间情况等因素选择合理的作业姿势。不同作业姿势的近身作业空间内四肢的活动范围及尺度，是作业界面设计和工具、作业对象布局设计的前提。分析手的作业空间时要注意手的不同作业动作，并注意是单手作业还是双手作业，同时还要确定人群、选定百分位。躯干的动作可以扩大近身作业空间，如弯腰可以使手臂向前伸得更远。下一页返回上一页5.4作业岗位设计1.坐姿近身作业空间坐姿与站姿相比有几个优点：（1）没有站立时足踝、膝部、臀部和脊椎等关节部位的肌肉承受的静肌负荷，减少体能消耗，减轻疲劳；（2）由于下肢肌肉放松，坐姿比站姿更利于下肢血液循环；（3）坐姿比站姿更有利于保持身体稳定，适合精细的工作；（4）坐姿比站姿更利于脚的控制活动。坐姿作业适合于长时间操纵、控制精度高或需要四肢共同操作的场合，用于轻体力的工作性质。坐姿作业的优点是，操作稳定，身体位置平衡，可减轻疲劳。缺点是长时间的坐姿，尤其是不正确的坐姿会对腰部有不利影响。坐姿作业岗位是为从事轻作业、中作业且不要求作业者在作业过程中走动的工作而组织的。当具有下述基本特征时，宜选择坐姿岗位：下一页返回上一页5.4作业岗位设计（1）在坐姿操作范围内，短时作业周期需要的工具、材料、配件等都易于拿取或移动；（2）不需用手搬移物品的平均高度超过工作面以上15cm的作业；（3）不需作业者施用较大力量，如搬动重物不得超过4.5kg，否则，应采用机械助力装置；（4）在上班的绝大多数时间内从事精密装配或书写等作业。图5-25为三维空间中特定人群某百分位的人手以几种抓方式运动的重叠动态范围，阴影部分为手的各种动作（掌心向上、掌心向下、反转和几种不同角度的抓握）的共同优化区域，适合不同类型的操作。下一页返回上一页5.4作业岗位设计与手相比，脚的操作力较大，但控制精度差、活动范围小。坐姿情况下，脚可以从事一些相对简单的作业，如汽车的踏板操作，还有简单的踏钮控制。图5-26为脚偏离身体中线15°范围的作业区域，阴影区为脚的灵敏作业区，其余空间需要大腿和小腿的较大动作，不适宜布置常用控制器。2.立姿近身作业空间立姿作业适合于频繁的、短期的、中体力或重体力的作业。立姿作业的优点是作业区域大，便于肌肉施力，作业者的体位容易改变。缺点是相对于坐姿容易疲劳。立姿作业岗位是为从事中作业、重作业以及坐姿作业岗位的设计参数和工作区域受到限制的情况下而组织的。因而下列基本特征是选用立姿岗位的依据：（1）当其作业空间不具备坐姿岗位操作所需的容膝空间时；下一页返回上一页5.4作业岗位设计（2）在作业过程中，常需搬移重量超过4.5kg物料时；（3）作业者经常需要在其前方的高、低或延伸的可及范围内进行操作；（4）要求操作位置是分开的，并需要作业者在不同的作业岗之间经常走动；（5）需作业者完成向下方施力的作业，如包装或装箱作业等。站姿作业一般允许作业者自由地移动身体，但其作业空间仍需受到一定的限制。例如，应避免伸臂过长的抓握、蹲身或屈曲、身体扭转及头部处于不自然的位置等。下一页返回上一页5.4作业岗位设计图5-27为站姿单臂作业的近身作业空间，以第5百分位的男性为基准，当物体处于地面以上110~165cm的高度，并且在身体中心左右46cm范围内时，大部分人可以在直立状态下达到身体前侧46的舒适范围（手臂处于身体中心线处操作），最大可及区弧半径为54对于双手操作的情形，由于身体各部位相互约束，其舒适作业空间范围有所减小，见图5-28。这时伸展空间为：在距身体中线左右各15cm的区域内，最大操作弧半径为51cm。下一页返回上一页5.4作业岗位设计3.坐、立姿交替作业岗位因工作任务的性质要求操作者在作业过程中采用不同的作业姿势来完成，例如，既要求坐姿的稳定体位以提高操作的精确度，又要求体位易于改变的作业方式。为此情况而组织的作业岗位称为坐、立姿交替作业岗位。坐立交替的作业姿势有利于人的健康和减轻局部肌肉疲劳，是优先采用的作业姿势。图5-29为坐立交替作业岗位的尺寸参数。具有下列特点时，建议采用坐、立姿交替岗位：（1）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，可取坐姿作业岗位；但考虑人的特点，应选择坐、立姿交替岗位；下一页返回上一页5.4作业岗位设计（2）对于复合作业，有的最好取坐姿操作，有的则适宜立姿操作，从优化人机系统来考虑，应取坐、立姿交替岗位。3.作业面设计办公室工作和一些手工作业通常是在一个平面内进行的，这个平面叫做作业面，桌面和工作台面是常见的作业面。作业面一般是水平的，但研究发现，倾斜的桌面更适合阅读、书写等工作，因为这样可以避免身体前屈，从而避免长期工作造成的腰部和颈部的劳损。图5-30为某人群在上身不左右转动、不弯腰的情况下，水平作业面的作业区域尺寸。图中细实线和虚线表示手臂伸展状态下能够完成操作的范围，但这种状态不能持久。粗实线为考虑臂部运动相关性后的正常作业区域。图5-31为水平作业面的布置区域，区域1一般配置使用很频繁和最重要的操纵器（上肢运动的最佳区域）区域2配置频繁使用的操纵器（上肢运动容易达到的区城）区域3配置很少使用的操纵器（上肢运动能够达到的区域）。下一页返回上一页5.4作业岗位设计一般的作业面高度设计要使上臂自然下垂，小臂正常放置，不应使腰部过度前屈。如图5-32所示，作业面的高度确定一般是以肘部的高度为基准确定。精密作业的工作台高度提高是为了配合视觉的可视性，重负荷作业的工作台高度降低是为了配合肌肉群的施力。为适应不同个体的人体尺寸和不同的工作性质，作业面高度可设计成可调的。5.受限作业空间人有时不得不工作在狭小的受限空间或通过狭小的通道，有时手也要在狭小的空间内作业，这种情况大多出现在一些机器设备的维护工作中。下一页返回上一页5.4作业岗位设计在设计这种作业空间时，要考虑相关人群人体尺寸和作业的动态活动空间，以确定受限空间的最低尺寸要求。一般应以第95百分位或更高百分位的人体测量数值为依据，还要考虑着装修正，手的作业空间还要考虑工具的活动空间，如拆装螺母的扳手尺寸与回转空间。图5-33为几种受限的作业空间和通道的尺寸，上面的数据为最小尺寸，中间为正常着装尺寸，下面为较厚着装尺寸。下一页返回上一页5.4作业岗位设计5.4.4几种作业岗位设计手工作业岗位、控制作业岗位和汽车驾驶室是较为常见的作业岗位，本小节简单介绍这三种岗位的设计问题。由于使用计算机工作的人越来越多，5.5节将对计算机台椅的设计进行详细讨论。下一页返回上一页5.4作业岗位设计1.手工作业岗位以手工操作为主的作业岗位称为手工作业岗位，按照作业姿势分为坐姿、立姿和坐立交替手工作业岗位。国标GB14776一1993为三种手工作业岗位的设计提供基本原则和确定尺寸的基本方法。图5-34、图5-35和图5-36分别为三种手工作业岗位的侧视图或俯视图，图中所示的尺寸要根据工作者人群的人体尺度以及作业情况确定。与人体尺度相关的尺寸有横向活动空间D、向后活动空间W、腿部空间进深W、脚空间进深T1、坐姿腿空间高度T2、立姿脚空间高度G和腿部空间宽度B。与作业有关的尺寸有作业面高度C、工作台面厚度K、坐姿岗位相对高度H1、立姿岗位工作高度H2、工作平面高度A的最小值、座面高度S的调整范围、脚支撑高F的调整范围、大腿空间高度Z以及小腿空间高度U对于单一性别和包含不同性别的作业者的情况，工作高度H2的确定有不同的算法。下一页返回上一页5.4作业岗位设计2.典型控制台设计控制台设计是比较常见的岗位或人机界面设计问题，按照作业姿势分为坐姿、立姿和坐立交替控制台。坐姿控制台分为可看到顶部和不可看到顶部两种。根据人的观察和操作特点，控制台一般分为几个区域，并依据界面需求布置显示器和控制器。（1）坐姿低台式控制台。当操作者坐着监视其前方固定的或移动的目标对象，而又必须根据对象物的变化观察显示器和操作控制器时，则满足此功能要求的控制台应按图5-37（a）所示进行设计。首先控制台的高度应降到坐姿人体视水平线以下，以保证操作者的视线能达到控制台前方；其次应把所需的显示器、控制器设置在斜度为20°的面板上；再根据这两个要点确定控制台其他尺寸。下一页返回上一页5.4作业岗位设计（2）坐姿高台式控制台。当操作者以坐姿进行操作，而显示器数量又较多时，则设计成高台式控制台。与低台式控制台相比，其最大特点是显示器、控制器分区域配置，见图5-37（a）。首先在操作者视水平线以上10°至以下30°的范围内设置斜度为10°的面板，在该面板上配置最重量的显示器；其次，从视水平线以上10°~45°范围内设置斜度为20°的面板，这一面板上应设置次要的显示器；最后，在视水平线以下30°~50°范围内，设置斜度为35°的面板，其上布置各种控制器。最后确定控制台其他尺寸。下一页返回上一页5.4作业岗位设计（3）坐/立式控制台。操作者按照规定的操作内容，有时需要坐着，有时又需要立着进行操作时，则设计成坐立两用控制台。如果有必要，它允许操纵者行走很长的距离。这一类型的控制台除了能满足规定操作内容的要求外，还可以调节操作者单调的操作姿势，有助于延缓人体疲劳和提高工作效率。坐立两用控制台面板配置如图5~38所示。从操作者视水平线以上10°到向下45°的区域，设置斜度为60°的面板，其上配置最重要的显示器和控制器；视水平线向上10°~30°区域设置斜度为10°的面板，布置次要的显示器。最后，确定控制台其余尺寸。设计时应注意兼顾两种操作姿势时的舒适性和方便性。由于控制台的总体高度是以操作者的立姿人体尺度为依据的，因而当坐姿操作时，应使用较高的座椅并在控制台下方设置踏脚板，才能满足较高坐姿操作的要求。下一页返回上一页5.4作业岗位设计（4）立姿控制台。立姿控制台与坐/立式控制台类似，只是可以不考虑台下容腿空间，不能在台下设置脚踏板，下部要考虑容脚的空间。（5）环绕型控制台。环绕型控制台可提高利用的工作空间。如图5-39所示，这种控制台的中心面板宽610mm，并带有两个宽305mm的辅助面板。辅助面板一边一个，与中心面板成135°夹角。在其他形式的控制台中，中心面板的最大宽度为915mm。辅助面板与中心面板成120°夹角。下一页返回上一页5.4作业岗位设计3.车辆驾驶室设计车辆驾驶室的设计也是常见的作业岗位设计，不同用途的车辆驾驶室设计时首先要确定的是驾驶员的姿态。一―说，不同类型的车辆的驾驶员的姿态是基本相同的，这种姿态是根据驾驶员的手和脚的操作特征，以及眼睛观察车外情况和车内仪表的要求确定的（见图5-40）。但是，由于不同类型车辆的不同要求（赛车需要最小的阻力，农用和工用车辆需要较小的前后尺寸，因为它们的下视能力非常重要，对空气动力的考虑并非关键因素），汽车的外形明显不同，驾驶员和车辆底板的相对角度也不同（见图5-41）。关于脚踏板的设计与布置和人的用力特征分别参考4.2.4和2.5.2节。下一页返回上一页5.4作业岗位设计座椅和靠背对于所有的汽车都是一样的，头靠角度则不同，因为头部中心线和道路平面必须垂直。注意在六种车型之间可能有5°的差异。如果需要的话，这种5°差异可以忽略。对于赛车、运动车和轿车，头垫必须保证头部中心线垂直。在赛车中，头垫必须为驾驶员特制，并带有保护侧翼。图5-41中画出了驾驶员在开车时手指和踝关节的最佳角度、最佳膝部角度以及脊背和大腿的最佳姿势。这些实际上适用于所有的车辆，只有底板角度有些变化。对于赛车、运动车、轿车、卡车、篷车、公共汽车、工业用车和教练车，它们的底板以足跟点为基准点旋转成不同的角度。下一页返回上一页5.4作业岗位设计方向盘直径随着车型的不同而不同，方向盘的彳面斜角度在某些情况下也很重要，用于保证足够的大腿空间。踝关节的放松角度为100°，6°~6.5°是鞋的角度。这个角度适合汽车中速行驶时左脚或右脚踩踏油门的情况。膝部角度最好为110°~120°，以使腿有足够的力量踩脚踏板。当脚从刹车踏板上抬起，膝部角度会变小，所以选择120。。同样，如果需要的话，脚部角度也可以为85°；座面到靠背的角度如图示为95°；大腿骨如图示为3°，所以大腿与后背的尖角为98°（最佳角度为95°~100°）在每一个5°线上给出了全部座椅的竖向和前后方向的尺寸调节范围。图中画出了刹车踏板的着力点。根据刹车系统和压力要求可以改变刹车板行程。推荐使用的是助力刹车板，可以省力98%。返回上一页5.5计算机台椅设计信息化的高速发展，使计算机的使用者大量增加，因此用一节的内容单独说明计算机桌椅设计与选择的基本人因要求，并提出了不同使用场合的计算机台椅的不同设计要求。下一页返回5.5计算机台椅设计5.5.1现状及分析目前，人们尚缺乏设计、生产和选用合乎人体尺寸的专用计算机台椅的意识，最常见的就是直接使用传统的书桌或办公桌作为计算机台[见图5-42（a）]，而传统的办公桌椅一般是基于书写和阅读的需求设计的，很难适应计算机操作的要求。还有一些是在办公桌的基础第上增加键盘架以及放置主机和外设的搁板的专用计算机台[见图5-42（b）]。另外，针对家庭需要的计算机台也有很多种[见图5-42（c）]，至于计算机椅，大都使用传统的办公椅，如图5-42（2）所示。下一页返回5.5计算机台椅设计这些专用或代用的计算机台椅尺度不合适，且一些与人体尺度相关的尺度一般不可调，结构也不尽合理，对于不经常使用且每次使用时间较短的使用者来说不存在严重的伤害，但很难计适应机房和网吧等使用人群较广，人体尺度相差较大，且经常长时间使用的情况。欧美国家已经有一些从人因角度出发设计的计算机台椅，下面是对与人的因素相关的设计要素的分析：（1）显示器高度和视距。书桌、办公桌作为计算机台使用存在的主要问题是桌面过高且不可调。为解决办公桌过高造成的职业病，日本从1971年开始把桌面标准高度从74cm降低为70（男）和67（女）。英国的推荐桌面高度为71cm。中国内地市场上的办公桌高度一般在75cm左右，这对于计算机操作就更为不利。下一页返回上一页5.5计算机台椅设计首先，显示器或高或低，难以处于所有中国成年人的最佳视域内，造成头的前倾或后仰:同时，由于办公桌的桌面宽度一般为60或70cm，放置显示器（CRT）后剩余的宽度空间放置键盘，操作者以正常的姿势使用键盘时就使视距过小（40cm左右），造成视力损伤。采用液晶显示器可解决这一问题。有人把显示器置于桌角并旋转一定角度，虽视距可增加，但打字时需转头，易造成颈部疲劳。（2）键盘和鼠标高度。同样，受桌面高度的影响，键盘和鼠标操作面的高度难以适应整个适用人群。对于低百分位人群，操作面过高，造成前臂与上臂夹角过小，肘部神经受到挤压，手腕也向下弯折。特别是键盘置于桌面的情况。采用安装在桌面下的抽拉式键盘架可在一定程度上降低键盘的高度，增加视距。下一页返回上一页5.5计算机台椅设计（3）键盘的仰角。键盘或键盘架的倾角不合适或不可调，使操作时手腕不能处于顺直状态，产生手腕的背曲或向下弯折。（4）鼠标的水平面位置。如果安装在桌面下的键盘架上没有使用鼠标的位置，鼠标仍然置于桌面，就会造成鼠标在水平面上距离操作者较远，上臂前伸。已经有一些键盘架有使用鼠标的空间。（5）腕臂部无支撑。无论键盘置于桌面还是抽拉式键盘架，前臂均无支撑，处于悬空状态，造成上臂和肩部的静肌疲劳。（6）不易改变坐姿。减轻长时间工作疲劳的一个重要方法就是计算机台和座椅的设计允许操作者变换坐姿，由于显示器高度、键盘高度、座高、靠背倾角等不可调或无靠背，造成操作者不易改变坐姿（直立、后仰）或采取前倾、弯腰等不合理姿势。即使合理的姿势，如长时间工作会产生静负荷疲劳。下一页返回上一页5.5计算机台椅设计（7）膝空间不足。有些计算机台在桌面下设置抽屉或放置打印机、扫描仪的搁板，造成膝空间不足，操作者使用键盘时需上体前侧面或手臂前伸，特别是键盘置于桌面的情况。（8）腰部支撑。长时间坐姿操作，正常的腰曲线是长时间坐姿操作保持舒适的一个重要因素，而躯干与大腿有大于90°的夹角且有腰部支撑是保持正常腰椎曲线的必要条件。办公座椅大多都没有腰部支撑，或者腰部支撑设计的高度固定，不能适应目标人群的所有人，这就会造成腰部的疲劳和损伤:（9）座高不合适。如果使用座高不可调的座椅，对于身高相对矮的人来说，如果手臂要达到操作键盘的高度，就会出现脚不能着地（除非加脚垫，但似乎这种办法不被普遍接受），出现大腿前部压力增大，易于产生疲劳。对于身材较高的人也会出现座面压力分布不合理、大腿与小腿和躯干的夹角过小等问题。同时还会出现手臂与键盘、眼睛与显示器之间的相对位置不合理）下一页返回上一页5.5计算机台椅设计由以上分析可以看出，大量出现的计算机使用者的劳损和疲劳与计算机台椅设计的不合理有直接的关系。损伤原因与设计要素的对应关系见表5-5。下一页返回上一页5.5计算机台椅设计5.5.2合理的姿势一般来说，合理的操作姿势有两种（见图5-43）上身直立端坐或后倾一定角度（0~15°）的放松坐姿，大腿水平或后倾5°，双臂自然下垂，前臂与上臂成70°~135°夹角，以避免肘部的神经受到挤压。手腕与前臂顺直，既不背屈，也不向下弯折，既无尺偏，也无挠偏。手指尖置于键盘中部。双眼平视显示器可视区域上边缘或略高于上边缘。键盘按键与手臂支撑面平齐。在使用鼠标时，上臂和肘尽量靠近身体，尽量放松，避免过度前伸。确保在使用鼠标时手腕尽可能是顺直的。脚掌与小腿成60°~100°夹角，双足平放在地面或者垫脚上。下一页返回上一页5.5计算机台椅设计长时间保持一种坐姿会造成操作者身体的局部压力积累和静肌疲劳，所以为操作者提供随时方便改变坐姿的可能，对减轻长时间计算机使用者的疲劳大有益处。最好能使操作者后倾15°，而键盘、鼠标和显示器的高度和倾角能随之变化。一些国外新上市的计算机台甚至可以坐在地板上、站立（见图5-44）或半躺（见图5-45）使用。下一页返回上一页5.5计算机台椅设计5.5.3设计基本要求针对使用人员不固定且连续使用时间较长这种易于造成损伤的情况，计算机台椅的设计应满足以下基本设计要求：（1）显示器的高度和俯仰角度应可调，以避免眩光和适应头部姿态；（2）键盘和鼠标工作面的高度和倾角可调，以适应肘部高度和手腕的顺直；（3）保证合理视距，以降低辐射影响和视力损伤；下一页返回上一页5.5计算机台椅设计（4）保证膝空间，桌面下不要安装抽屉或搁板；（5）座高可调；（6）座深可调。一般座椅的座深都依据低百分位的尺度设计，但就会出现对于高百分位人群的座深不足，已有通过座面前后滑动实现座深调节的座椅；（7）腰靠高度可调；（8）靠背角度可调；（9）座面倾角可调；（10）如果考虑操作者的短时间休息或更舒适的操作，在靠背允许有较大倾角的情况下，可增加头部支撑（见图5-21）；下一页返回上一页5.5计算机台椅设计（11）无论键盘还是鼠标操作，手臂应有支撑。键盘按键表面和手腕支撑面平齐以保证操作时手腕的支撑和顺直0实验表明这种形式和其他两种相比可明显推迟疲劳的发生（见13.3.4节），用增加键盘和计算机台边沿距离或采用弧形、折线形边沿的办法给手臂以支撑（见图5-46）。在桌面宽度不能提供手臂支撑的情况下，也可用高度及角度可调的座椅扶手作为手臂的支撑，市面上有一种固定在桌面边缘的活动肘托（见图5-47）也可起到支撑作用。下一页返回上一页5.5计算机台椅设计（12）“人体工学键盘”的使用：为消除使用直线形键盘造成的尺偏可使用折线形人机键盘，但由于习惯问题，此种键盘尚未普遍使用。人体工学键盘使左右手操作的键分开，并且排列成一个约20°的转角，改变左右键盘的朝向，来减小尺偏（见图4-16）；（13）键盘和鼠标能方便地左右滑动，以保证操作者在文字录人、使用键盘右端数字键和使用鼠标时均能采取手臂顺直的姿势；（14）对于需要经常调整的机构，应能方便地调整，避免不能调、不会调和不愿调的情况。关于美国成年人的计算机台椅，已经有较为完备的人因尺寸数据，但尚缺乏完备的适合中国成年人的人因尺寸数据。参照美国成年人的数据，依据中国成年人人体尺寸（GB10000—1988）和工作座椅设计的一般人机工程学要求（GB/1