《工程課程設計》

中國計量學院現(xiàn)代科技學院人機工程課程設計報告中國計量學院現(xiàn)代科技學院 課程設計報告課程設計名稱 學生公寓用桌椅的人機工程分析及改進 系（部） 專業(yè)班級 姓 名 學 號 指導教師 2011 年 6 月 21 日17目 錄1 前言12 桌椅的設計原理32.1一般寢室用桌子的設計原理32.1.1 視覺要求32.1.2坐姿要求32.1.3工作面要求42.2一般寢室用椅子的設計原理52.3椅子多功能化的設計63寢室桌椅現(xiàn)狀調查及分析73.1寢室桌子的使用狀況調查74寢室桌椅子的設計84.1寢室椅子的設計84.2寢室桌子的設計95設計說明135.1椅子的設計說明135.2基于人體工程對平時電腦操作的建議136結論與展望15參考文獻161 前言 隨著時代的發(fā)展，科技的發(fā)達，大學生利用電腦進行學習已經(jīng)課余時間的娛樂消遣已經(jīng)越來越普遍了，電腦成為了大學生生活中不可或缺的工具。據(jù)調查，平均每個大學生每天有一個小時以上的時間是面對電腦的。一般大家都會有這樣的感受：坐在電腦前時間長了，總感覺整個人到處都酸痛，甚至眼睛發(fā)酸發(fā)脹。這都是我們的坐姿不正確引起的，就我個人而言，總會趴在桌子上看電腦，同一個姿勢保持的太久，使脖子和肩膀周圍的肌肉緊張，時間一長就導致酸痛感。在我們學校，寢室桌面邊緣有一定的弧度，很多同學用筆記本電腦整個人都是傾斜的，手腕長時間收到壓迫，也會有腕關節(jié)疼痛的情況。從事電腦操作進行的是一項靜力工作，伴隨著頭，眼，手的細小和頻繁的運動，設計不合理的桌椅會導致腰背疼，頸肌疲勞或勞損，手肌腱炎和視力下降。 不合理的桌椅是罪魁禍首，它會造成坐姿不端正，操作姿勢不合理，使身體某些部位的肌肉長時間處于靜態(tài)施力的緊張狀態(tài)，造成骨骼肌肉系統(tǒng)的疲勞損傷，同時還引起視力下降。之所以會發(fā)生上述這些問題與現(xiàn)在大部分電腦桌椅設計不合理，沒有充分考慮人機工程的原理有著莫大的關系。因此研究如何從人機工程學角度出發(fā)，分析設計合理的電腦桌椅，使其符合人體的生理、心理及解剖學特性，以提高人們在電腦作業(yè)時的舒適度和工作效率已成為當今家具設計領域的一個重大課題。為了更好的改進設計符合人機工程的適合大學生電腦桌椅，首先必須對市面上現(xiàn)有的電腦桌椅存在的問題進行總結分析，進而再針對這些問題進行改進，以設計出符合人體生理、心理及解剖學特性的電腦桌椅.北京勞動衛(wèi)生職業(yè)病防治研究所從1996年到1998年，連續(xù)三年對電信行業(yè)、電視臺、報社激光照排車間電腦作業(yè)人員進行的調查顯示，30%左右被調查不同程度的患有頸肩腕綜合癥，實力普遍下降。香港物理治療學會曾調查290名中學生使用電腦的情況，結果發(fā)現(xiàn)約占40%的學生發(fā)生骨骼肌肉系統(tǒng)疼痛癥，包括腰背疼，頸肌疲勞或勞損、手肌炎等。美國康奈爾大學的一項研究表明，由于學校的計算機工作站的設計很少或根本未考慮肌肉骨骼的發(fā)育，40%的小學生面臨坐姿不正的危險。1不合理的桌椅是罪魁禍首，它會造成坐姿不端正，操作姿勢不合理，使身體某些部位的肌肉長時間處于靜態(tài)施力的緊張狀態(tài)，造成骨骼肌肉系統(tǒng)的疲勞損傷，同時還引起視力下降。之所以會發(fā)生上述這些問題與現(xiàn)在大部分電腦桌椅設計不合理，沒有充分考慮人機工程的原理有著莫大的關系。因此研究如何從人機工程學角度出發(fā)，分析設計合理的寢室桌椅，使其符合人體的生理、心理及解剖學特性，以提高人們在電腦作業(yè)時的舒適度和工作效率已成為當今家具設計領域的一個重大課題。針對上述存在的一些問題，本次安全人機課程設計將在參閱有關資料、進行實地測量的基礎上，再針對這些問題進行改進，以設計出符合人體生理、心理及解剖學特性的寢室桌椅.2 桌椅的設計原理 2.1一般寢室用桌子的設計原理 桌子的設計主要是高度適合人體測量數(shù)據(jù)，依據(jù)使用者在使用時四肢所及的范圍的靜態(tài)尺寸來確定，還要考慮使用者的視野范圍，工作姿勢等。好的桌子應該是使用是非常舒適的，可以使使用者工作舒適、安全，操作方便，而且有助于提高人機系統(tǒng)的作業(yè)效率還有減輕疲勞的效果。2.1.1 視覺要求正常人的視野大致相同，坐姿視平線以下15 度是最佳視角，向下的最大視角是 20 度。坐姿水平方向視物在 1.53 度內辨認物體最清晰，為中心視力范圍；318 度內視物短暫，比較清晰，為片刻視范圍；38 度左右為最大視角或視力范圍人在作業(yè)時，視距的遠近直接影響著認讀的速度和準確性。在正常作業(yè)中，通常采用 3856cm 的視距范圍。根據(jù)上述兩小點，可在寢室桌子的水平面呈 30 度，4561cm，其中在 56cm處最佳處設計一個可支持調節(jié)的電腦桌面。使用電腦是撐起成電腦桌，不使用電腦的時候，收回仍舊是一個寢室用的桌子。按照我們學校寢室的桌子情況，我覺得還是取消弧度側面比較好，這樣可以是人的坐姿更加正確，桌子的側邊加一個弧度，減小對手臂的壓力。2.1.2坐姿要求 （1）操作時正確的坐姿應是身軀上部伸直稍向前傾 1015 度，保持眼睛到工作面的距離在 30cm 以上，大腿放平，小腿自然垂直著地成稍向前伸展著地，使整個身體處于自然舒適狀態(tài)。因此設計桌面時應保證有足夠的空間容納雙腿，使人能夠處于最佳的坐姿狀態(tài)。 （2）坐姿工作空間的范圍是由進行工作的上肢伸展的范圍來決定。人體上肢操作水平范圍的最佳區(qū)域為左右 30 度范圍內，容易到達的區(qū)域為左右 60 度范圍內，限制越少，可達范圍越遠。因此電腦的顯示器和鍵盤、鼠標要放置在該范圍內，同時應減少對上肢的限制，以保證上肢有足夠的自由活動空間。 2.1.3工作面要求工作中如果工作面太矮，后背就需過度彎曲；如果工作面太高，肩部就不能保持正常的姿勢，必須要抬高從而引發(fā)肩部和頸部的不舒適。工作面高度處在肘部位置為最佳。使用鍵盤時的工作高度就是鍵盤上的主行。設計時要降低工作面的高度，同時允許大臂在工作中保持自然放松的姿勢，并保持腕部處于中立的姿勢，以防止手腕疲勞。收集有關人體數(shù)據(jù)如下：年齡分組男（1860歲）女（1855歲）百分位數(shù)151050909599151050909599坐高836858870908947958979789809819855891901920坐姿頸椎點高599615624657691701719563579587617648657675坐姿眼高729749761798836847868678695704739773783803坐姿肩高539557566598631641659504518526556585594609坐姿肘高214228235263291298312201215223251277284299坐姿肘高214228235263291298312201215223251277284299坐姿大腿厚103112116130146151160107113117130146151160坐姿膝高441456461493523532549410424431458485493507小腿加足高372383389413439448463331342350382399405417坐深407421429457486494510388401408433461469485臀膝距499515524554585595613481495502529561570587坐姿下肢長8929219379921046106310968268518659129609751005表1（人體相關數(shù)據(jù)）2.2一般寢室用椅子的設計原理椅子設計主要決定于人體測量數(shù)據(jù)，好的椅子應該是坐著舒適，結構穩(wěn)固，有利于減輕疲勞，提高工作效率的。1.座面寬。座面的寬度應稍大于臀寬，以便用戶可以靈活改變坐姿。最小的椅面寬度是400mm，再加上冬季衣服的厚度和口袋中裝的東西，大概要50mm左右，合計450mm。若要胖瘦的人都適用，那就要加大到520mm。如果設置靠手，還要加上靠手的尺寸。2.座面深。座面的深度應能保證臀部得到全面的支持，其深度可取臀部至大腿全長/,即357到450之間。坐椅太深，不利于靠背，而且小腿背側被椅的前緣壓迫而致膝部無法彎曲。座椅太淺，會造成大腿支撐不足，時間長了會產(chǎn)生不適感。3.傾斜度。座面應有一定的傾斜度，一般是做成仰角38度，以免人體向前滑下。 4.座面形狀。我們學校宿舍的椅子都有臀部凹形，在兩腿之間略有隆起，目的是想讓人坐著更舒服。但實踐證明，人的臀部大小和大腿粗細，個體差異很大，這種座面反而不合適。其一，它妨礙臀部在椅子上自由移動；其二，這種座面讓人體重量都壓在臀部，與解剖生理學提出的由坐骨結節(jié)承重的結論相違背，不利于血液流通。因此，座面還是以無凹凸形都為宜。座墊以纖維性材質為好，既通風又可以減少下滑。5.座面高度。座面高度應根據(jù)工作高度確定座面高度，單純考慮小腿長度是不全面的。決定座面高度最重要的因素是使人的肘部與工作面有個合理的高度差。實驗證明，這個高度差較適合的距離是275+-25。當上面處于良好的位置后再考慮到下肢，舒適的坐姿是大腿近乎水平以及腳底被地面所支持。一般椅面到腳掌的距離為腓骨的高度，即430450。6.靠背設計。腰靠應能調節(jié)高度，腰靠的形狀應保證使人體壓力盡量分布均勻，腰靠要裝有軟墊。在其沿座深方向垂直剖面內的曲率半徑必須大于1400mm。2.3椅子多功能化的設計我設計產(chǎn)品需要滿足大部分大學生，要考慮到所占用的空間，因此我采用中身材50%來確定椅子尺寸。(以下有關數(shù)據(jù)都從書中查得)1.座面寬：1678*0.203（臀寬）+50(尺寸修正量）+45（扶手寬度）*2+20（心理修正量）取500;2.座面深：1678*0.280*3/4+20(心理修正量)取372;3.傾斜度：座面應有一定的傾斜度，以免人體向前滑下。坐面前緣縱向起拱時，前部傾角15°，后部傾角210°，兩角頂交點位于距坐面前緣座深23處;圖2.3.1椅子彎度設計4.座面高度：1678*3/13+38（鞋高）取426;【2】5.扶手查詢有關數(shù)據(jù)有：1）扶手上緣與坐面的垂直距離為230±20mm，取230;2）扶手3)靠背的傾斜度與椅面成115°4)寬度與椅面寬度相稱，取500;5)靠背高度480.長度為 200280mm，取260;6）扶手前緣與坐面前緣的水平距離為 90170mm,取130mm;7）扶手傾角 固定式0°5°，可調式0°20°。本設計中采用固定式數(shù)據(jù)取5°6）采用靠背。3寢室桌椅現(xiàn)狀調查及分析3.1寢室桌子的使用狀況調查通過調查我校同學對寢室桌子的使用情況，了解到大多數(shù)同學都利用寢室桌子來使用電腦，且他們都有一個通病，就是喜歡在打持久戰(zhàn)，但是經(jīng)常在不久后會出現(xiàn)腰酸背痛，眼睛脹痛，腦袋很容易暈,經(jīng)常玩電腦的同學還很容易有“鼠標手”，而且在電腦面前坐久后還會出現(xiàn)其他的一些問題。這些問題可以通過設計合適的桌椅來避免的，因為這些問題都是由于寢室桌子不適合電腦使用造成的。所以設計寢室桌椅除了必須滿足學生日常的學習使用之外還要考慮到學生娛樂時的使用效果。 現(xiàn)在很多人都有這樣一個觀點，桌椅一定要經(jīng)濟實惠，最重要的是必須有大的利用價值。但寢室空間不大，桌椅不能太多，也不能占太大的空間。其次是要看材料和做工。有些廠家用刨花板冒充中纖板來做人體工學桌，因此他們會看的很仔細。中纖板比刨花板要堅固，從橫截面可以看出密而無縫無碎粒，而且中纖板要比刨花板要重得多質量也好得多。桌子邊角位是否圓滑、貼的面板是否牢固。然后就是看穩(wěn)固性。所以在寢室桌子中間鑲嵌一個優(yōu)質的可調節(jié)的電腦桌板是一個不錯的建議。4寢室桌椅子的設計4.1寢室椅子的設計學校的椅子它是木板和鋼鐵制的，比較笨重，而且移動不方便，坐久了還會產(chǎn)生不適感。根據(jù)上述要求，還可加入許多人性化設計。比如將椅子的腳改成滑輪，能夠自由移動，靈活性大。如圖：圖4.1（改變方案1）還可給椅子設計一個升降裝置，這樣就可以根據(jù)不同人的身高和習慣來調節(jié)椅子的高度，如圖：圖4.2（改變方案2）學校的一起靠背只有上半部分，休息時不能靠住整個背部，建議可修改成整個的靠背，且可以給椅子加上一個扶手，使椅子能夠更好的使人休息使用。如圖：圖4.3（改變方案3）最終方案如圖：圖4.4（最終設計）這個方案結合了前面所說的幾個優(yōu)點，也符合人機學的概念。我認為這個方案是比較成功的。原因如下：1.本產(chǎn)品經(jīng)過了大量的數(shù)據(jù)測量，并查閱了相關數(shù)據(jù)，符合人際工程學要求。2.本產(chǎn)品底部設計了滑輪，有很大的靈活性，能隨處移動，也放便用戶活動。3.本產(chǎn)品能夠在一定范圍內升降高度，以迎合用戶的喜好。4.本產(chǎn)品設計了靠背和扶手，如果用戶累了時可以靠后休息，把手放在扶手上。4.2寢室桌子的設計學校公寓的原桌面如圖所示：圖4.5（這是寢室里最干凈的桌子.）圖4.6（未改進的寢室桌子原圖1）將弧度移動一定程度到邊上這樣就不會造成斜著坐的不良姿勢了，改進后如圖所示：圖4.7（改進后的桌子圖2）改進后可以使人使用的時候不會在斜著身子，有利于養(yǎng)成良好的坐姿習慣，也在一定程度上增加了桌子面的使用。學校的桌子邊沿是直角，對手腕壓力很大，有時候會在手臂上壓出許多紅痕，建議修改成弧度狀，美觀也能減小對手臂的壓力，修改后如圖：圖4.8（改進后的桌子圖3）圖4.9（改成弧度狀后局部圖1）為了更加人性化和多功能化的使用桌子，建議在桌子中間安裝一個可翻起的內置電腦桌，桌子的本身高度設計成適合學習寫字的高度，而電腦桌的高度則可以調節(jié)成適合使用電腦的高度，達到一桌兩用的效果，如圖：圖4.10（改進后的桌子4）圖4.11（嵌入電腦桌后坐姿的俯視圖）根據(jù)上面幾點，得出最終設計的寢室桌子，及改進后的桌子4，如圖：4.12（改進后的正視圖）圖4.13（改進后的桌子立體圖1）4.14（改進后的立體圖2）本人也給設計的桌子總結了幾個有點：（1）設計后的桌子比例更加合理，使使用者有更大的活動空間。（2）桌子的尺寸設計是通過查閱大量人機學原理后計算出來的，它們都符合人機學原理，所以人操作過程中會更加方便、舒適。（3）桌子設計采用了直線型與弧線完美結合，給人鋼中帶柔，柔里見鋼的感覺。且弧度的設計符合人機學原理。直線與弧線的完美結合，既避免了直棱直角，增加美感，同時弧度又不是太大，容易加工，既美觀舒適又經(jīng)濟節(jié)約。（4）桌子還加入了內置電腦桌的元素，使一桌多用，提高了桌子的可用性。5設計說明5.1椅子的設計說明1.椅子是依據(jù)人體工學原理設計，通過調整椅面的高度，椅子的扶手可以與桌子的表面保持在同一水高度，在操作工作時，使人的前臂、手腕時刻處于受支撐的狀態(tài)。因為在普通桌椅上工作，人的手腕和前臂是懸空的，因而肌肉時刻處于緊張狀態(tài)。有了合適的肘部支撐之后可以使人體保持合理的操作坐姿，即能采取直立或稍向前傾的坐姿，避免了彎腰駝背，對某些桌面作業(yè)還可以采用稍向后傾的坐姿，舒服地依靠在座椅的靠背上?！?】操作者有多種可供選擇的坐姿，可以經(jīng)常變換姿勢以減輕疲勞。合適的肘部支撐不僅使坐姿端正、穩(wěn)定，同時也使桌面作業(yè)更加規(guī)范。使用者還可以根據(jù)需要調整椅子的傾斜角度。電腦椅最大限度地滿足了人體對舒適度的需求，對手臂和身體起到了直接的保護作用， 把工作變成愜意的休閑。 2人體在坐姿時，屬于靜態(tài)作業(yè)，而人體只有在不斷活動中才能減少局部肌肉的持續(xù)收縮，從而減少背椎板的內壓。所以，為減少身體的肌肉疲勞，電腦椅的設計應允許人體在工作中變換不同姿勢，因此桌面下面不設計抽屜，可以使腿部有足夠的活動空間，以便人們變換姿勢，消除疲勞。 3椅子的后部較高，可以給頭部也有一個支撐。因為人們長時間坐在電腦桌前面的時候，勁部肯定會發(fā)生疲勞，所以就在設計了這一個部件，防止因長時間用電腦之后的頭部酸痛。 4考慮到人體尺寸差異以及各種坐姿的差異以及人們坐著的時候，經(jīng)常改變姿勢對人體健康有力，因此座椅應當適合各種坐姿勢，設計座面的高度，靠背的角度，頭靠的角度在一定范圍內可調。 5娛樂學習的時侯人體坐姿分析人在坐姿時，身體的脊柱會由站立時的 直形向拱形變化。這是因為坐姿時骨盆向后方傾轉，這樣就使得人脊柱的椎間盤受到了很大的壓力，從而導致腰痛等疾病。所以在椅子的背面采用模擬人體的"S"型曲線，給人的腰部以一個支撐。以避免發(fā)生以上不好的情況。 5.2基于人體工程對平時電腦操作的建議為了舒適而高效地工作，在使用和操作電腦時，應該遵循以下人機工程學原則：1、將顯示器和鍵盤放置在正前方。本文設計的新型電腦桌有助于將鍵盤擺放在正確的位置。 2、將顯示器放置在可以舒適觀看的距離（通常為距眼睛 450 至 610 毫米 18至24英寸）。 3、坐在顯示器的正前方時，要確保顯示器屏幕與視線等高或略低。 4、調整顯示器的傾斜度、對比度和亮度設置以及照明環(huán)境（例如吊燈、臺燈以及附近窗戶的窗簾或百葉窗），以盡可能減少顯示器屏幕的反光和閃爍。 5、坐在可以對腰部提供良好支撐的椅子上。 6、使用鍵盤或鼠標時，使上臂自然垂放于身體兩側，前臂保持水平，手腕處于自然舒適的位置。同時要留出枕放手的空間。 7、坐在椅子上時，確保將雙腳平放在地板上確保腿的重量落在雙腳上，而不是座位的前緣。必要時要調整椅子的高度或使用腳墊，以保持正確的坐姿。 8、經(jīng)常改變工作方式。合理安排工作，避免長時間打字。停止打字時，多做一些需要雙手并用的活動。6結論與展望本文設計的寢室桌椅，桌面的造型采用直線與弧線相結合，直線部分靠墻可以增加穩(wěn)定性，弧線部分朝內彎，且弧度的設計符合人機學原理。鑲嵌電腦桌的寢室桌椅的尺寸設計是通過查閱大量人機學原理后計算出來的，它們都符合我國當代大學生人機學原理，所以大學生在操作過程中會更加方便、舒適；電腦椅可以旋轉，坐墊柔軟，靠背有符合人機的傾斜度。通過上面的分析和所設計的寢室桌椅，可以看出來人機工程學的應用的重要性。隨著社會的發(fā)展，越來越多的人使用電腦，必然還會對電腦桌椅提出新的要求，只有不斷的適應社會需要的產(chǎn)品才能長久存在，而對人機工程學的應用是提高產(chǎn)品競爭力的重要渠道【4】。本文對寢室桌椅的改良設計，從現(xiàn)有的產(chǎn)品中找到它們的優(yōu)點和設計意念來源并發(fā)現(xiàn)一些產(chǎn)品普遍存在的不足之處，通過市場調查，以人機工程學作為指導思想，涉及內容廣泛，但由于條件限制，因而在本文的研究中有很多考慮不周的地方，主要有：由于本人作圖能力有限，所以沒有很有力地說服證據(jù)，對現(xiàn)狀很多地方的描述不全面具體，可能造成讀者不能在腦海中形成清晰的實物圖像。本文的改進設計都是運用人機工程學的原理和方法設計的，沒有實行具體的人的使用，都是理論的研究和改進。參考文獻1張力，廖可兵主編安全人機工程學北京：中國勞動保障出版社，20072歐陽文昭，廖可兵主編安全人機工程學北京：煤炭工業(yè)出版社，20023郭青山，汪元輝人機工程設計天津大學出版社，19944安全人機工程學標準附錄A：指導教師評語及成績指導教師評語：成績評定： 指導教師：