第8章作业空间设计.ppt

1、1,第八章,湖南科技大学工业工程系 吴 海,作业空间设计,2,湖南科技大学工业工程系,本章内容,作业空间设计的有关概念,1,作业空间设计的一般要求,2,作业空间设计中的人体因素,3,作业姿势与作业空间设计,4,工作场所性质与作业空间设计,5,3,湖南科技大学工业工程系,1、作业空间设计的有关概念,1.1 作业空间 人在从事某项作业时，为完成该项工作，人体所必须的活动范围或空间。,人的操作活动范围 机器的显示器和控制器的范围,作业空间设计,5,湖南科技大学工业工程系,1、作业空间设计的有关概念,（1）近身作业空间。指作业者在某一固定的工作岗位上保持站姿或坐姿等一定的工作姿势时，由于人体的静态或动

2、态的尺寸限制，作业者为完成作业所涉及的空间范围。 （2）个体作业场所。指作业者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域，简称为作业场所。如电脑、计算机桌、电脑椅就构成一个完整的个体作业场所。与近身作业空间相比，更为复杂，还包括了相关设备所需的场地。 （3）总体作业空间。多个相互联系的个体作业场所布置在一起就构成了总体作业空间。总体作业空间不是直接的作业场所，它更多地强调多个个体作业场所之间尤其是多个作业者之间的相互关系。,6,湖南科技大学工业工程系,1.2 作业空间设计 狭义：合理设计工作岗位空间，以保证作业者安全、舒适、高效工作。 广义：按照作业者的操作范围、视觉范围、作业姿势等生理、心

3、理因素对作业对象、机器设备、工具等进行合理的空间布局，给人、物等确定最佳（合理）的流通路线和占有区域，以提高系统的可靠性、舒适性和经济性。,7,湖南科技大学工业工程系,2 作业空间设计的一般要求,2.1 近身作业空间设计应考虑的因素,体力脑力，高温常温,百分位选择，考虑衣着,坐姿、立姿，坐立交替,性别、年龄、人种、体形,作业特点 人体尺寸 作业姿势 个体因素 维修活动,8,湖南科技大学工业工程系,2 作业空间设计的一般要求,2.2 作业场所布置原则 （1）重要性原则 （2）使用频率原则 （3）功能原则 （4）使用顺序原则 2.3 总体作业空间设计的依据 组织的生产（作业）方式、工艺（过程）特点

4、决定了总体作业空间结构。,9,湖南科技大学工业工程系,平均执行时间/min,20 15 10 5 0,低 中 高,频率,重要性,功能,使用顺序,原则的适用性,图8-1 面板布置原则与作业执行时间的关系,10,湖南科技大学工业工程系,3 作业空间设计中的人体因素,3.1 作业空间设计时人体测量学数据运用 （1）确定对于设计至为重要的人体尺寸； （2）确定设计对象的使用者群体，以决定必须考虑的尺寸范围； （3）确定数据运用原则； （4）选择合适的数据定位群体的百分位； （5）查找表选择有关数据值； （6）如有必要，对数据作适当的修正； （7）考虑测量衣着情况； （8）考虑人体测量学数据的静态和动态

5、性质。,工作空间人体尺寸（GB/T13547-1992）,11,湖南科技大学工业工程系,3 作业空间设计中的人体因素,3.2 人体视野及所及范围 （1）视野 （2）主要视力范围 （3）眼高 （4）视觉运动规律,12,湖南科技大学工业工程系,（1）视野 视野是指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，常以角度来表示。视野的大小和形状与视网膜上感觉细胞的分布状况有关，正常人两眼的视野大致相同。 在水平面内的视野是：双眼视区大约60以内的区域，辨别汉字的视线角度为1020；分辩字母的视线角度为1530，在各自视线范围以外，汉字和字母模糊，趋于消失。对于特定的颜色的辨

6、别，视线角度为3060。最敏锐的视力是在标准视线每侧1的范围内。,13,湖南科技大学工业工程系,垂直平面的视野：以标准视线水平为0基准,则最大视区为视平线以上50和视平线以下70。颜色辨别界限为视平线以上30，视平线以下40。 实际上人的自然视线是低于标准视线的，一般状态下，站立和坐姿时自然视线低于水平线15；在站姿松弛时，自然视线偏离标准线30，在坐姿松弛时，自然视线偏离标准线38。最佳观看展示物的视区在低于标准线30的区域里。,14,湖南科技大学工业工程系,（2）主要视力范围 根据对物体视觉的清晰度，一般把视野分成三个主要视力范围区： 中心视力范围（直视区）。人们通常所说的视力，是指视网膜

7、中心窝处的视力，又称中心视力。1.53，其特点是对该区内的事物的视觉最为清晰。 瞬间视力范围，视角18，其特点是通过眼球的转动，在有限的时间内就能获得该区内物体的清晰形象。 有效视力范围，视角50，其特点是利用头部和眼球的转动，在该区内注视物体时，必须集中注意力方能有足够的清晰视觉。,15,湖南科技大学工业工程系,Human CAD 视野仿真模拟图,16,湖南科技大学工业工程系,（3）眼高 人眼具有视觉特性，在目视工作中人眼的适应性至关重要。人眼适应性与人眼的高度及显示器、控制器的位置有关。显示器、控制器的配置应当满足人的视觉特性的要求。配置不当将引起作业者的视觉疲劳，从而导致作业的效率降低，

8、安全和可靠性也无法保障。 立姿眼高是从地面至眼睛的距离，在一般工业人口中，眼高的范围约为（14701750）mm。坐姿眼高是从座位面至眼睛的距离，其范围约为（660790）mm。两组数据值均为正常衣着和身体姿势状态。这些尺寸是目视工作必须适应的眼高范围。,立姿时的眼高 （14701750）mm,坐姿时的眼高 （660790）mm,眼高,眼高,18,湖南科技大学工业工程系,（4）视觉运动规律,眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不易疲劳；一般先看到水平方向的物体，后看到垂直方向的物体。因此，很多仪表外形设计成横向长方形。 视线的变化习惯于从左到右，从上到下和顺时针方向运动。所以仪表刻度方向设

9、计应遵循这一规律。 人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向的估计要准确得多，因而水平式仪表的误读率（28）比垂直式仪表的误读率（35）低。,当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最优，依次为右上限、左下限、而右下限最差。视区内仪表的布置应考虑这一点。 两眼的运动是协调的、同步的。在正常情况下不可能一只眼睛转动而另一只眼睛不动；在一般操作中，不可能一只眼睛视物而另一只眼睛不视物。因而通常都以双眼视野为设计依据。,19,湖南科技大学工业工程系,1,2,3,4,20,湖南科技大学工业工程系,三、作业空间设计中的人体因素,3.3 作业姿势 （1）决定作业姿势的因素 （2）作

10、业姿势的种类 坐姿作业 立姿作业 坐、立交替的作业,21,湖南科技大学工业工程系,（1）决定作业姿势的因素,操作者在作业过程中，通常采用坐姿、立姿或坐立交替相结合姿势，也有一些特殊作业采用跪姿和卧姿。在作业中使用良好的作业姿势可使作业者时刻处于轻松的状态。在确定作业姿势时，主要考虑以下因素： 1.作业空间的大小和照明条件； 2.作业负荷的大小和用力方向； 3.作业场所各种仪器、机具和加工件的摆放位置； 4.作业台高度及有没有容膝空间； 5.操作时的起坐频率等因素。,22,湖南科技大学工业工程系,坐姿作业 坐姿是指身躯伸直或稍向前倾角为1015，上腿平放，下腿一般垂直地面或稍向前倾斜着地，身体处

11、于舒适状态的体位。 坐姿作业特点：不易疲劳，持续工作时间长；身体稳定性好，操作精度高；手脚可以并用作业；脚蹬范围广，能正确操作。 人体最合理的作业姿势就是坐姿作业。 应采用坐姿作业：精细而准确的作业；持续时间较长的作业；施力较小的作业；需要手、足并用的作业。,（2）作业姿势的种类,23,湖南科技大学工业工程系,68cm男性 65cm女性,74-78cm男性 70-74cm女性,24,湖南科技大学工业工程系,立姿作业 立姿通常是指人站立时上体前屈角小于30时所保持的姿势。立姿作业的优点及缺点如下： a 立姿作业的优点 可活动的空间增大；需经常改变体位的作业，立位比频繁起坐消耗能量少；手的力量增大

12、，即人体能输出较大的操作力；减少作业空间，在没有坐位余地的场所，以及显示器、控制器配置在墙壁上的情况，立姿更好。,（2）作业姿势的种类,25,湖南科技大学工业工程系,立姿作业 b 立姿作业的缺点 不易进行精确和细致的作业；不易转换操作；立姿时肌肉要做出更大的功来支持体重，容易引起疲劳；长期站立容易引起下肢静脉曲张等。 立姿操作使用环境：需经常改变体位的作业；工作地的控制装置布置分散，需要手、足活动幅度较大的作业；在没有容膝空间的机台旁作业；用力较大的作业；单调的作业。,（2）作业姿势的种类,26,湖南科技大学工业工程系,坐、立交替的作业 某些作业并不要求作业者始终保持立姿或坐姿，在作业的一定阶

13、段，需交换姿势完成操作。这种作业姿势称为坐、立交替的作业姿势。 采用这种作业姿势既可以避免由于长期立姿操作而引起的疲劳，又可以在较大的区域内活动以完成作业，同时稳定的坐姿可以帮助作业者完成一些较精细的作业。 坐、立交替作业的作业面按立姿作业设计，座椅面高度应与作业面高度相匹配，因此应提高座椅高度。一般使人坐在椅面上双脚刚好着地。该类座椅一般设计成可调的。,27,湖南科技大学工业工程系,3.4 人的行为特征,前面讨论的是人进行正常作业所必须的物理空间。实际上，人对作业空间的要求，还受社会和心理因素影响。一般来说，人的心理空间要大于操作空间要求。当人的心理空间要求受到限制时，会产生不愉快的消极反应

14、或回避反应。因此，在作业空间设计时，必须考虑人的社会和心理因素。 个人心理空间 人的捷径反应和躲避行为,28,湖南科技大学工业工程系,表 8-1人际交往心理距离/mm,图8-2人身空间区域,个人心理空间,29,湖南科技大学工业工程系,个人心理空间 人们对正面要求较大，而侧面要求较少。因此，有必要通过工作场所的布局设计，使工作岗位具有足够的、相对独立的个人空间，并预先对外来参观人员的通行区域做出恰当的规划。,30,湖南科技大学工业工程系,个人心理空间 有些座椅设计的虽然考虑了人的舒适性和使用效率，但由于放置的位置和排列不当，总体使用效率并不高。例如长排放置的多人座椅，中间不加分隔，即使落座者旁边

15、有空位人们通常也不愿意坐上去，如果加上扶手或隔开座椅，就可以提高座椅利用率。,31,湖南科技大学工业工程系,2.人的捷径反应和躲避行为 人的捷径反应是指人在日常生活中，为了寻求方便，采用最便捷的途径，直接指向目标的行为倾向。如伸手取物往往直接伸向物品，穿越空地走直线等。 当发生危险时，人类也有一些共同的躲避行为。如从众心理、左右躲避等行为。人的这种行为倾向在作业过程中常常是引起事故的原因，因此，在设计总体布局、通道、机器、堆放物时就应该提前考虑到。,32,湖南科技大学工业工程系,33,湖南科技大学工业工程系,4 作业姿势与作业空间设计,4.1 坐姿作业空间设计 （1）工作面高度和宽度,表8-2

16、 坐着工作时推荐的工作面高度/mm,工作面宽度视作业功能要求而定: 一般若单供靠肘之用，最小宽度为100mm，最佳宽度为200mm； 仅当写字用时，最佳宽度为400mm； 工作面板的厚度一般不超过50mm，以便保证大腿的容膝空间。,34,湖南科技大学工业工程系,4.1 坐姿作业空间设计,（2）作业范围 水平作业范围,图8-3平面正常范围和最大范围，以及斯夸尔斯提出的正常范围/cm,35,湖南科技大学工业工程系,4.1 坐姿作业空间设计,（2）作业范围 垂直作业范围 立体作业范围,图8-4坐姿作业时手的垂直作业范围/mm,图8-5 坐姿上肢运动范围,36,湖南科技大学工业工程系,图8-6坐姿立体

17、作业范围(),图8-7坐姿人体尺寸和工作面高度、 座椅高度的关系示意图,4.1 坐姿作业空间设计,37,湖南科技大学工业工程系,4.1 坐姿作业空间设计,（3）容膝、容脚空间,表8-3 容膝空间尺寸/mm,38,湖南科技大学工业工程系,39,湖南科技大学工业工程系,40,湖南科技大学工业工程系,4.1 坐姿作业空间设计,（4）椅面高度及活动余隙 座椅的椅面高度一般略低于小腿高度，以便使全部脚掌着地支撑下肢重量，方便下肢移动，减少臀部压力，避免椅子前沿压迫大腿。 座椅放置空间的深度距离（台面边缘到固定壁面的距离），至少应在810mm以上，以便作业者起身与坐下时移动椅子。 座椅放置空间的宽度距离应

18、保证作业者能自由的伸展手臂，座椅的扶手至侧面的距离应大于610mm。,41,湖南科技大学工业工程系,4.1 坐姿作业空间设计,（5）脚作业空间,图8-8 脚作业空间,42,湖南科技大学工业工程系,图 8-9蹬力较大的脚操作器作业空间,图8-10蹬力较小的脚操作器作业空间,4.1 坐姿作业空间设计,43,湖南科技大学工业工程系,4.2 立姿作业空间设计,（1）工作面高度,图 8-11工作面调整的高度,44,湖南科技大学工业工程系,45,湖南科技大学工业工程系,表8-4 立姿工作时推荐的工作面高度/cm,4.2 立姿作业空间设计,身高,作业面高度,图8-12 作业面的高度与身高的关系/cm,46,

19、湖南科技大学工业工程系,4.2 立姿作业空间设计,（2）作业范围,图 8-13 立姿作业的作业范围/,47,湖南科技大学工业工程系,4.2 立姿作业空间设计,（3）工作活动余隙,表8-5 立姿作业活动余隙设计参考尺寸/mm,48,湖南科技大学工业工程系,4.2 姿作业空间设计,（4）立姿作业空间垂直方向布局设计,表 8-6 立姿作业空间垂直方向布局尺寸/mm,49,湖南科技大学工业工程系,4.3 坐立姿交替作业空间设计,图8-14坐立交替工位设计(cm),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680780cm为宜，同时提供脚踏板，使人坐着工作时脚有休息的地方，

20、否则人们很难工作持久。,50,湖南科技大学工业工程系,51,湖南科技大学工业工程系,4.4 其它作业姿势的作业空间设计,（1）受限作业空间设计,图8-15 受限作业的空间尺寸/mm,52,湖南科技大学工业工程系,4.4 其它作业姿势的作业空间设计,2.维修空间设计,图8-16标准工具尺寸和使用方法限定的维修空间/mm,53,湖南科技大学工业工程系,图 8-17 由上肢和零件尺寸限定的维修空间/mm,4.4 其它作业姿势的作业空间设计,54,湖南科技大学工业工程系,5 工作场所性质与作业空间设计,（1）主要工作岗位的空间尺寸 工作间面积,表 8-7 工作间面积/m,55,湖南科技大学工业工程系,

21、机器设备与设施间的布局尺寸,表 8-8机器设备与设施布局间的尺寸/m,办公室管理岗位和设计工作岗位,表 8-9办公室人员的空间尺寸,在集体办公条件下，应尽量避免桌子的面对面排列或顺序排列。,57,湖南科技大学工业工程系,（2）辅助性工作场地的空间设计,出入口,表8-10 应急出口的尺寸/mm,58,湖南科技大学工业工程系,图8-20 通道和走廊的最小空隙,图 8-19 各种情况下通道的尺寸/,通道和走廊,59,湖南科技大学工业工程系,（2）辅助性工作场地的空间设计,楼梯、梯子和斜坡道 1）楼梯。楼梯的斜度应设计为3035角左右，坡度在20以下应设计为坡道，50以上应该使用梯子。 2）梯子 3）

22、斜坡道,表 8-11 楼梯的设计参数,60,湖南科技大学工业工程系,（2）辅助性工作场地的空间设计,楼梯、梯子和斜坡道 2）梯子。常用的梯子有移动式和固定式两种，固定的梯子一般设计有扶手，称为扶梯，其坡度为5075之间。移动的梯子一般可折叠，使用时应使其坡度大于70，以免出现滑移。梯子的坡度决定其抬步高度和踏板深度，坡度越大，踏板越浅，而抬步高度也越大，具体尺寸可参考楼梯设计参数。,61,湖南科技大学工业工程系,（2）辅助性工作场地的空间设计,楼梯、梯子和斜坡道 3）斜坡道。坡道是在作业区域连接两个不同高度作业面的地面通道，经常用于装卸货物、运输重物等。斜坡道的设计要考虑的是人的力量和安全性，

23、一般对于手推车和运货车，斜度在7 -15最佳，无动力时设计坡道要缓一些。坡道也要设计防滑表面，并在两边安装扶手，搬运设备还要设计刹车装置。,62,湖南科技大学工业工程系,（2）辅助性工作场地的空间设计,平台和护栏 1）平台 在生产中，经常需要将作业人员升至一定高度进行作业，这时就需要建立围绕工作区域或在工作区域的相关部分建立连续工作面，这种工作面叫平台。平台的设计要求负荷要大于实际负荷，并与相邻工作设备表面的高度差小于50mm，平台的尺寸应大于910700mm，空间高度大于1800mm，此外，还要在平台面板四周装踢脚板，高度应大于150mm。,63,湖南科技大学工业工程系,（2）辅助性工作场地

24、的空间设计,平台和护栏 2）护栏 当作业者的工作平台高于地面200mm时，或为保证作业者远离危险部位时，都应该设计合理的护栏以保证作业者的安全。,图8-21 护栏的合理设计,64,湖南科技大学工业工程系,64/67,图 8-22 栏杆与防护物的间距关系/cm,65,湖南科技大学工业工程系,五、工作场所性质与作业空间设计,（3）工位器具的设计 工位器具的选用 工件器具设计要求 工位器具的使用和布置要求,66,湖南科技大学工业工程系,工位器具按其用途可分为通用和专用两种：通用的工位器具一般适用于单件小批生产；专用的工位器具一般适用于成批生产。 工位器具按其结构形式可分为箱式、托板式、盘式、筐式、吊

25、式、挂式、架式和柜式等。选用方法如下： 1）原材料毛坯等不需隔离放置的工件可选用箱式和架式。 2）大型零部件等可选用托板式。 3）小工件、标准件等可选用盘式。 4）需要酸洗、清洗、电镀或热处理的工件可选用筐式。 5）细长的轴类工件可选用吊挂式、架式。 6）贵重及精密件如工具、量具可选用柜式。,工位器具的选用,67,湖南科技大学工业工程系,1）周转运输首先应考虑工件存放条件、使用的工序和存放数量，需防护部位及使用过程残屑和残液的收集处理等，并要求利用和现场定置管理。 2）应使工件摆放条理有序，并保证工件处于自身最小变形状态，防止磕砸划伤部位应采用加垫等保护措施。 3）应便于统计工件数量。 4）要减少物件搬运及拿取工件的次数，一次移动工件数量要多，但同时应对人体负荷、操作频度和作业现场条件加以综合考虑。 5）工位器