人机工程学第8章 作业空间与用具设计

第8章 作业空间与用具设计
4. 信息交流畅通 作业空间设计应使操作者在操作过程中能够看到
自己所操纵的机器和必须与自己联系的其他操作者。
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8.1.2 心理空间
人在某一场所作业时， 对该场所的作业空间是用 心理空间来感受的。 心理空间设计的要求可以从人身 空间、 领域以及周围墙壁色彩、 照明、 通风换气等环 境条件考虑。 实验证明，对人的人身空间和领域的侵 扰， 可使人产生不安感、 不舒适感和紧张感， 难以保 持良好的心理状态， 进而影响工作效率。
臂的活动范围。
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2. 坐姿活动空间 图8 - 2为坐姿活动空间及上身、 手臂和腿的活动 范围。 图8 - 2(a)为主视图， 零点位于正中矢状面上。 3. 单腿跪姿活动空间 图8 - 3为单腿跪姿活动空间及上身和手臂的活动
范围。
4 . 仰卧姿活动空间 图8 - 4为仰卧姿的活动空间及手臂和腿的活动范围。
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手移动轨迹——PQ曲线可由下列 参数方程确定 X=A1cosθ＋A2cos〔65°＋（73°／90°）θ〕 Y＝A1sinθ＋A2sin〔65°＋（73°／90°）θ〕 (8 - 1)
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8.2.2 垂直面工作区域 垂直面工作区域也可分为最大工 作区域和 正常工
体工作区域也可分为最大工作区域和正常工作区域。
舒适工作区域一般介于肩与肘之间的空间范围内， 此 时手臂活动路线最短。
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8.2.4 工作区域设计 不论操作者采取何种作业姿势(可参照表8 - 3选择)
进行作业， 在利用巴恩斯法、 斯夸尔斯法和法莱法确
定最大工作区域和正常工作区域时， 应注意： ① 由于 人体测量数据是在裸体、 身体挺直的条件下测得的，
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2. 立姿操作工作区域设计 对于立姿操作工作面高度的设计， 也可通过调节 操作者脚下的脚垫板高度来调节肘部的高度， 以保持 工作面与肘之间的适宜距离。 表8 - 8给出了不同工作 特点时适宜 的工作面高度。
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表8 - 8 适宜的立姿工作面高度
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表8 - 3 按作业情况选定作业姿势
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表8 - 4 人体测量参数的建议修正值
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1. 坐姿操作工作区域设计
进行工作区域设计时， 对于工作面高度的确定， 应以提高工作效率和使操作者保持正确姿势， 减少疲 劳为原则。 许多研究表明， 最佳工作面高度应略低于 人的肘高。 康兹(S.A.Konz)认为， 工作面的最佳高度 应在肘下50 mm,但工作面确定在人的肘上 25 mm至肘 下25 mm之间， 对工作效率无明显不良影响。
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表8 – 1 人身空间的分区及其说明
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人身空间以身体为中心， 但在不同的方向要求的 距离是不同的。 通过实验发现， 人们站立时， 接近物 体的距离总小于接近人的距离； 不同性别的人， 身体 前、 后、 侧部的接近距离不同， 构成了人体周围的八 角形的“缓冲带”， 如表8 - ２所示。 同时还发现， 被试女性走过站立男性时距离比被试男性走过女性时 的距离远。
0.9346倍。
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图 8 - 1 立姿活动空间
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图8 - 2 坐姿活动空间
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图8 - 3 单腿跪姿活动空间
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图8 - 4 仰卧活动空间
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1. 立姿活动空间 立姿时人的活动空间取决于身体尺寸、 保持身体 平衡的微小平衡动作以及身体放松状态。 当脚的站立 平面不变时， 为保持平衡， 必须限制上身和手臂能达 到的活动空间。 图8 - 1为立姿活动空间及上身和手
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图8 - 7 立体工作区域示意图
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8.2.3 立体工作区域 将水平面工作区域和垂直面工作区域结合， 上肢 在三维空间运动所包括的范围为立体工作区域或空间 工作区域。 图8 - 7为采用巴恩斯法、 斯夸尔斯和法莱 法得到的立体工作区域图， 其空间形状呈贝壳状。 立
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由于人的肘部高度各不相同， 因此为使工作面的 高度适合于不同肘高的操作者， 可以采用下列三种方 法： 一是调节机器的高度， 此办法适用于机器有固定 的操作者或者轻便机器； 二是通过高度可调的座椅或 脚垫板调节操作者肘部的高度， 使之与工作面保持适 宜的距离； 三是调节工件的高度。 上述三种办法中， 通常以第二种办法最为经济、 方便。
域与采用坐姿作业时相同； 其垂直面工作区域与采用
立姿作业时相同。 表8 - 11为美国男、 女性操作者采 用坐—立姿作业时的人体参数。
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表8 - 11 采取坐、 立姿交替操作的作业位置设计参数
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4. 其他作业姿势的空间尺寸
采用蹲坐、 屈膝、 跪、 爬、 卧等姿势进行操作 时， 需要占用的最小空间尺寸见图8 - 11和表8 - 12。
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表8 - ２ 到接近对象的距离
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2. 领域性 与人身空间相类似， 领域性也是一种涉及人对空 间要求的行为规则。 它与人身空间的区别， 在于领域 的位置是固定的， 而不是随身携带的， 其边界通常是 可见的， 具有可被识别的标记。
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图8 - 8为坐姿操作时水平面的工作区域。 图中肩 峰点P以椅背Q为基准， P至Q的距离为1/2胸厚， 至工 作台边缘的水平距离 S也为1/2胸厚； K 为上肢前展长， J为前臂长， H为肩宽， 均取其第5百分位数； 胸厚G 取其第95百分位数。
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8.1.3 活动空间
人从事各种作业都需要有足够的操作活动空间。 操作活动空间受工作过程、 工作设备、 作业姿势以及 在各种作业姿势下工作持续时间等因素的影响。 作业 中常采用的作业姿势有立姿、 坐姿、 坐—立姿、 单腿 跪姿以及仰卧姿等。 图8 - 1～图8 - ４为各种作业姿势 时的活动空间， 这些活动空间均以我国成年男性第95 百分位数(身高1775mm)为基准。 女性均为男性的
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图8 - 11 跪卧等作业姿势需要占用的空间 (a) 蹲坐； (b) 屈膝； (c) 跪； (d) 爬； (e) 俯卧； (f) 仰卧
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表8 - 12 成年人跪、 卧工作姿势的最小占用空间
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因此， 在设计中使用这些数据时， 必须加以修正(见
表8 - 4)；
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② 根据中指指尖点所能达到的距离设计工作区域是不 恰当的， 必须根据手的不同操作姿势在中指指尖点可 达范围的基础上进行修正。 赫兹伯格 (Hertzberg) 提出 的修正值为用指尖按键时减13 mm； 推键时减25 mm； 用食指和拇指操作时减76 mm； 用手抓握时减127 mm。
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1. 保证通行顺利 作业空间设计， 首先应考虑人能够顺利通行， 这
是保证作业空间适合于操作者的最基本的原则。
2. 操作联系方便 操作者在联系方面的要求， 包括操作者与机器之 间的联系和操作者相互之间的联系两个方面。 3. 机器布置合理 人和机器安装位置的关系， 应遵循便于人迅速而 准确地使用机器的原则。
作区域。 美国的法莱（Ｆarley）将最大工作区域定义
为以肩峰点为轴， 上肢伸直在矢状面上移动时， 手的 移动轨迹所包括的范围； 将正常工作区域定义为上臂
自然下垂， 以桡骨点为轴， 前臂在矢状面上移动时，
手的移动轨迹所包括的范围。
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图8 - 6 斯夸尔斯的水平面正常工作区域(mm)
立姿作业时的水平面工作区域与坐姿作业时相同。 图8 - 10为立姿作业时垂直面的工作区域。 肩高E取其 第5百分位数； 肘高L取其第95百分位数。 表8 - 9是我国男、 女性操作者的立姿作业人体参数。 表8 - 10是根据表8 - 9所确定的最大工作区和正常工作区的
距离。
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图8 - 10 垂直面工作区域(适用于男、 女性立姿作业)
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表8 - 9 男、 女性操作者立姿作业位置设计参数
第8章 作业空间与用具设计 表8 - 10 正常工作区域和最大工作区域在水平面和垂直面上的距离
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3. 坐—立姿交替操作工作区域设计 采用坐—立姿交替的作业姿势时， 其水平面工作区
表8 - 7是根据表8 - 6所确定的最大工作区域和正常工作
区域的距离。
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表8 - 6 男、 女性操作者坐姿作业位置设计参数
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表8 - 7 正常工作区域和最大工作区域在水平面和 垂直面上的距离(适用于男、 女坐姿作业的布局)
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8.1 作业空间设计的基本要求 8.2 工作区域设计 8.3 座椅设计 8.4 手握式工具设计
源自文库
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8.1 作业空间设计的基本要求
8.1.1 行动空间 行动空间是人在作业过程中， 为保证信息交流通 畅、 便捷而需要的运动空间。 为此， 作业空间设计应 满足如下要求。
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1. 人身空间 人身空间是指环绕一个人的随人移动的具有不可
见的边界线的封闭区域， 其他人无故闯入该区域， 则
会引起人在行动上的反应， 例如转过身去或靠向一侧， 企图躲避入侵者， 有时甚至还会发生口角和争斗。
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人身空间的大小， 可以人与人交往时彼此保持的 物理距离来衡量。 通常分为四种距离， 即亲密距离、 个人距离、 社会距离和公共距离。 不同的距离(区域)， 允许进入的人的类别不同， 如表8 - 1所示。
表8 - 5 坐姿作业工作面高
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图8 – 8 为坐姿操作时水平面的工作区域
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图8 - 9 垂直面工作区域(适用于男、 女性坐姿作业)
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图8 - 9为坐姿操作时垂直面的工作区域。 图中肩 高F和肘高M， 均以坐平面PP为基准； N为坐姿窝 高， 取其第95 百分位数； 肩高 F取其第5 百分位数； 肘高M取其第95百分位数。 表8 - 6是我国男、 女性操作者坐姿作业人体参数。
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8.2 工作区域设计
8.2.1 水平面工作区域 操作者采用立姿或坐姿操作时， 上肢在水平面上 移动形成的轨迹所包括的区域称为水平面工作区域。 水平面工作区域可分为最大工作区域和正常工作区域。 巴恩斯根据美国人体测量数据绘制出的水平面工
作区域如图8 - 5所示。
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对于坐姿作业， 可使工作面高度恒定， 根据操作
者肘高和作业特点， 通过调节座椅高度， 使肘部与工 作面之间， 保持适宜的高差， 并通过调节搁脚板高度， 使操作者的大腿处于近似水平的舒适位置。 表8 - 5给 出了男、 女坐姿操作时固定的工作面高度以及相应的 座椅(坐平面)高度和搁脚板高度的调节范围。
图8 - 5 男性上肢水平面工作区域(cm)
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图8 - 6所示的PQ曲线为斯夸而斯所描绘的正常工 作区域。 由图可知， 被测者肩峰点的位置为E点， AC 为人体肩宽的1/2， 运动开始时肘的位置为C点， 手移 动时肘达到的终点位置为 D点， 肘运动的轨迹为圆弧 CD。 圆弧CD的切线与前臂CP的夹角为42°。 在正常 工作区域内， 一般认为在大多数情况下， 手的操作姿 势为拇指与食指捏住， 因而把前臂长取为380 mm(系 美国人尺寸， 下同)。