人机工程学第6章

人机工程学
主讲:王述洋(教授) 主讲:王述洋(教授)
第六章 作业岗位与工作台椅设计
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§6-1 作业岗位及其设计要求 §6-2 工作台设计 §6-3 工作座椅设计理论及方法
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§6.1 作业岗位及其设计要求
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3．与性别有关的作业岗位尺寸
在作业岗位尺寸设计中，除了上述两类尺寸外，还会遇到与作 业人员性别有关的尺寸，例如，在生产流水线工作平面高度A必须统 一的情况下，工作高度H2应按作业人员性别异同分两种情况确定： ①当作业人性别一致时，即全部为男性或全部为女性，此情况 下工作高度H2计算式为： H2＝[H2(5%) +H2(95％) ]／2 式中 H 2(5%)、H 2(95％)为某类别作业的男性或女性第5和第95百分位 数立姿岗位高度。 ②当作业人员性别不一致时，工作岗位高度H2按下列确定： H2＝[H2(W，95%) +H2(M，5％) ]／2 式中 H2(W，95%)为某类别作业的女性作业者第95百分位数立姿岗位高 度；H2(M，5％)为某类别作业的男性作业者第5百分位数立姿岗位高度。 以上两式中有关数据的选择见表6—2。
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§6.1.3 手工作业岗位设计
一、手工作业岗位的类型 在工业生产中，以手工操作为主的生产岗位 称为手工作业岗位。按工作任务的性质，也 分为三种类型。国标GB 14776—93中对三种 类型的手工作业岗位的设计提供了有关的基 本原则和确定尺寸的基本方法。
§6.1.1 作业岗位的种类及选择
作业岗位按人作业时的姿势分为坐姿岗位、立 姿岗位和坐/立姿交替岗位三类。 / 在人机系统设计时选择哪一类作业岗位，必须 依据工作任务的性质来考虑。工业生产中常用的联 合作业所推荐的最适用的方案见图6—1。
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1．坐姿作业岗位
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§6.1.1
作业岗位设计要求和原则
1．设计要求 ．
①作业岗位的布局 布局，应保证作业者在上肢活动所能达到的 布局 区域内完成各项操作，并考虑下肢舒适活动需要的最小空间。 ②作业岗位设计时，应考虑操作动作的频繁程度。 动作频率程度按以下标准划分：每分钟完成2次或2次以上的操 作动作为很频繁；每分钟完成的操作动作少于2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。
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2．与作业有关的作业岗位尺寸
①作业面高度C，通常依据作业对象、工作面上相关配置件尺 寸确定；对较大的或形状复杂的加工对象，则以加工对象方 位处于满足最佳加工条件状态下确定。 ②工作台面厚度K，在设计时应满足下式关系：K＝A-S5%- Z 5％ K＝A一S95%一Z 95％ 式中 S5％、S95％为第5和第95百分位数人体座位面高度； S5 S95 5 95 Z5％、Z95％为第5和第95百分位数人体大腿空间高度。 ③坐姿岗位相对高度H1和立姿岗位工作高度H2可根据作业中 使用视力和臂力情况，分为三类来确定。其中I类为以视力为 主的手工精细作业； Ⅱ类为使用臂力为主，对视力有一般要 求的作业； Ⅲ类为兼顾视力和臂力的作业。各类作业的举例 及其相应的H1、H2尺寸见表6—2。
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2．眼—视屏界面
在眼—视屏界面上，首先要求满足人的视觉特点， 即从人体轴线至视屏中心的最大阅读距离为710～760 mm，以保护人眼不受电子射线伤害；俯首最大角度 不超过15°，以防止疲劳；视屏的最大视角为40°， 以保持一般不转动头部。 眼—视屏界面的另一要求是，选用可旋转和可移 动的显示器，建议显示器可调高度约为180mm，显示 器可调角度为－5°～＋15°，以减少反来自百度文库作用；如 设置固定显示器，其上限高度与水平视线平齐，以避 免头部上转。
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其后，日本人上野阳一对动作经济原则又归纳为“三 项基本原则”和“12个着眼点”。 三项基本原则是： 1． 有效地使用动作能原则； 2． 节约动作量原则： 3． 改进动作方法的原则． 美国的爱尔福特(C．P．Alfard)对动作经济原则又作 了更为详细的补充，罗列了三大类52条。其三大类为： 1． 关于人体的利用； 1 2． 关于工作地点的安排和条件的创造： 3． 关于工具和设备的设计。 康兹(Stephen A．Konz)和魏润柏在《人与室内环境》 一书中，建议在工程设计中注意16条原则，比较详细，其 侧重点是使工作环境适合于人。
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2．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。
“动作经济”(Motion Economy)的含义就是节约动作，节约人力，合理 地利用人力资源，把操作活动转化为有用功，以达到提高经济效益的目的。 程序分析、作业分析和动作分析都是为了寻求一种经济合理的操作方 法。遵循动作经济原则，可以减轻劳动强度、延缓疲劳，而又能达到高效 的目的。从而以最小的劳动量消耗，取得最大的劳动成果。
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动作经济性的研究，已有较长的历史。最初是吉 尔布雷斯提出来的“动作定律”(Rules for Motion Economy and Efficiency)4条，尔后又有若干学者加 以详尽研究，补充，使动作经济原则逐渐趋于完善。 特别是巴恩斯(Ralph M．Barnes)将动作经济原则综 合为22条，并归并为三大类： ①关于人体的运用； ②关于工作场所的布置与环境条件的改善； ③关于工具与设备的设计原则。 巴恩斯的动作经济原则着眼点，偏重于手指和手 臂的动作。
图 6-3
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3．坐、立姿交替手工作业岗位
坐、立姿交替手工作业 岗位侧视图见图6—4， 其俯视图见图6—2(b)， 图中代号含义亦同图6— 2。
图 6-4
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二、手工作业岗位尺寸设计 根据与作业相关的程度，三种手工作业岗位中的 尺寸均分为与作业有关和与人体有关两类，下面分 别介绍两类尺寸确定方法。 1．与人体有关的作业岗位尺寸 ． 由国家标准中与作业者人体有关部位第5或第 95百分位数值推导出与人体有关的岗位尺寸，列于 表6—l。
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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，为此情况而组织的作业岗 位称坐、立姿交替作业岗位。具有下列特点时，建议 采用坐、立姿交替岗位。 ①经常需要进行前伸超过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。 ②对于复合作业，主要的一部分最好取坐姿操作， 另一部分取立姿操作，从优化人机系统来考虑，就应 取坐、立姿交替岗位。
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§6.1.4
视觉信息作业岗位设计
视觉信息作业是以处理视觉信息为主的作业， 如控制室作业、办公室作业、目视检验作业 以及视觉显示终端作业等。随着现代生产自 动控制技术、通讯技术、计算机技术等学科 的飞速发展，各种系统的计算机通讯网络的 建立，正在改变着人们作业岗位的面貌。因 此，视觉信息作业岗位将逐渐成为当代人重 要的劳动岗位，其中视觉显示终端作业岗位 更具有代表性。
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1．坐姿手工作业岗位 ．
图6—2(a)、(b)分别为坐姿手工作业岗位的侧视图和俯 视图，图中标注的代号为设计时需确定的与作业有关和与 人体有关的尺寸。
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2．立姿手工作业岗位
图6—3为立姿手工作业岗 位的侧视图，其俯视图同 图6—2(b)。图中代号同 图6—2。
A ≥ H2 − C
图 6-3
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⑤座位面高度S的调整范围计算式如下：
S95% − S5% = H1( 5%) − H1(95%)
⑥脚支撑高度F的调整范围计算式为： F5％一F95％＝S5％一S95％+U95％一U5％ ⑦大腿空间高度Z和小腿空间高度U的最小限值见表 6—3。
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3．手—键盘界面 键盘界面
在手—键盘界面上，要求上臂从肩关节自然下垂， 上臂与前臂的最适宜的角度为70°～90°，以保证肘 关节受力而不是上臂肌肉受力；还应保持手和前臂呈 一直线，腕部向上不得超过20°。 在手—键盘界面设计时，为适应所有成年人的使用， 可选择高度固定的工作台，但应选择高度可调的平板 以放置键盘。键盘在平板上可前后移动，其倾斜度在 5°～15°范围内可调。在腕关节和键盘间应留有 100mm左右的手腕休息区；对连续作业时间较长的文 字、数据输入作业，手基本不离键盘，可为其设置一 舒适的腕垫，以避免作业者引起手腕疲劳综合症。
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一、视觉显示终端作业岗位的人机界面
视觉显示终端作业岗位的人机界面关系可用图8—5来加以 说明。由于这类作业岗位大多采用坐姿岗位，因而其人机界面 关系主要存在于图中箭头所指示的四处，即该类岗位设计要点。
1．人—椅界面 ． 椅界面
在人—椅界面上，首先要求作业者保持正确坐姿，正确坐 姿为：头部不过份弯曲，颈部向内弯曲；胸部的脊柱向外弯曲； 上臂和下臂之间约成90°角，而上臂近乎垂直；腰部的脊柱向 内弯曲；大腿下侧不受压迫；脚平放在地板或脚踏板上。 良好人—椅界面的另一要求是：采用适当尺寸、结构和坐高可 调的座椅，当调节座椅高度时，作业者坐下后，使脚能平放在 地板或脚踏板上；调节座椅靠背，使其正好处于腰部的凹处， 如此由座椅提供的符合人体解剖学的支撑作用，而使作业者保 持正确坐姿。
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A ≥ H2 - C
④工作平面高度A的 最小限值，对图6—2 所示的坐姿作业岗位， 可用下式确定： 或
A ≥ H1 + S − C
A ≥ H1 + U + F − C
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对图6—3所示 的立姿作业岗位， 则由下式确定：
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(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GB 5083、GB 3861、GB4064等有关标准和劳动安全规程要 求。
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2．立姿作业岗位
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。有下列基本特征时宜选立姿岗位。 ①作业空间不具备坐姿岗位操作所需的容膝空间时。 ②作业过程中常需搬移物料重量超过4．5kg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，并需要作业者在分开的不 同作业岗之间经常走动。 ⑤需向下方施力才能完成的作业，如包装或装箱作业 等。
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。 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平均高度超过工作面以上15cm所需物品不需用手 搬移的作业。 ③不需作业者施用较大力量，施力不超过4．5kg。 ④绝大部分工作时间从事精密装配或书写等作业。