工业工程专业导论论文

人因工程学在座椅系统设计中的应用研究

李伟伦

摘要：人因工程学是一门新兴的综合性较强的边缘学科，起源于欧洲，形成发展于美国。60多年的悠久历史使它从众多基础学科中吸取了丰富的理论知识和研究手段，其涉及的范围也已深入到农业、林业、制造业等广泛的领域。本文通过选定座椅系统设计这一特定应用领域，针对人因工程学的产生背景、发展历史、主要原理和特点进行分析研究。在人、机、环境三维和谐统一的理念下，系统地论述了工作座椅人机系统及对其评价的相关因素，并分析了人因工程学的应用优势及发展前景。

关键词：人因工程；工业设计；工业工程

通过工业工程专业导论课的学习，我对工业工程的发展历史以及基本理论和方法有了一定的了解，本次论文我选择了人因工程这一领域，结合座椅系统设计这一案例，查阅相关资料结合自己的思考对其进行分析研究。

1 人因工程学的背景与历史

人因工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素，研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、家庭生活与闲暇时考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。它从20世纪50年代开始迅速发展，在这个过程中有机地融入了其他相关学科的理论和方法，研究内容和方法也不断地扩展和完善。

1.1人因工程的概念及发展历程

“人因工程”一词源于英文“Human Factors Engineering”,在欧洲多称为“Ergonomics”,日本成为“人间工学”。“ergon”的意思是“出力”，“工作”，“nomos”的意思是“正常化、规律”。美国人机工程学专家伍德认为：“人因工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，即对人的知觉显示、操纵控制、人机系统设计和布置、作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高的效率及让人在作业时感到安全和舒适。”

我国对于人因工程学下的定义是：人机工程学是一门新兴的边缘学科。它以人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科作为研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。。用以设计使操纵者能发挥最大效能的机器、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适合位置。

虽然国内外对人因工程学的定义多种多样，但总的来说，该学科是应用多领域的知识与技术，对进程中的环节进行科学分析，综合评测后得到最优方案的综合性边缘学科。

人类的设计意识和设计活动与人类的生存和发展一样历史久远，中国自古就有制器造物的悠久历史传统。“人法地，地法天，天法道，道法自然”，“人为物本，物因人用”。这些中国古代的思想精髓也正好与人机工程学所追求的人机环境的和谐性与一致性不谋而合。人因工程学“起源于欧洲，形成于美国”，在经过“经验人因工程学”、“科学人因工程学”和“现

代人因工程学”几个阶段的发展后，人体科学、环境科学不断向工程科学渗透和交叉，建立了“以人为中心”的设计理论和实践系统。“系统中的人”也逐渐成为其研究的主要对象。

1.2 工作座椅设计的发展历程

在中国，“椅子”这种称呼最早出现于唐朝。在汉代，胡床的传入对中原传统席地而坐的习惯产生了巨大的冲击，由于胡床轻型方便，常被贵族们带出郊游旅行，这种坐的方式的改变产生了深远的影响垂足坐更有利于全身的血液循环，由于视野提高，人也变得心情舒畅。胡床的作业大大促进了椅子的发展。

随着工作座椅的发展，其结构及靠背的形状和倾角已能够根据人体的特点而设计，符合现代的人因工程原理。多年来，座椅的设计一直是工程界和学术界所关注的重点问题，现代人因工程学的建立，也使座椅的设计开始回归理性与科学。1968年国际人机工程学会在瑞士召开了以座椅为主题的国际学术讨论会，大量的学者就座椅的设计问题进行过系统科学的研究，许多国家也早已把研究的成果作为生产标准，指导办公座椅、飞机座椅、汽车座椅的设计与生产。

虽然前人有大量关于座椅的研究成果，但对于人体坐姿而言也存在着大量的不确定因素，因为工作环境、使用人群的等外部条件的变化，任何一种座椅的设计都不可能被认为是完美的。为提高工作效率同时满足舒适性的要求，基于人因工程的座椅设计就显得尤为重要。

2 人因工程学在座椅设计中的相关理论

2.1.1人体尺寸测量

人体尺寸测量是人因工程学的重要组成部分。进行产品设计时，与产品相互协调，必须对产品同人相关的装置作适合于人体形态、生理以及心理特点的设计。因此在设计前应了解人体测量学、生物力学等方面的基本知识。

按测量内容人体测量可分为活动范围参数、生理学参数、静止形态参数以及生物力学参数的测量。人体测量的主要尺寸包括身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长六项。根据工作环境的不同又分为立姿、坐姿、头部、手部、足部等尺寸。

当产品设计或工程设计中需要有关人体尺度的数据时，设计者必须正确理解各项人体测量数据的定义、适用条件、人体百分位选择等方面的基本知识，才能恰当地选择和应用各种人体参数，否则有的数据可能被误解甚至导致严重错误。

2.1.2 舒适坐姿的生理特征

坐姿状态下，支撑身体的是脊柱、骨盆、腿和脚。脊柱是人体的主要支柱。颈椎支撑头部，胸椎与肋骨构成胸腔、腰椎、骶骨和椎间盘承担人体坐姿的主要负荷。

概括起来，舒适的坐姿生理应保证腰曲弧形处于正常自然状态，腰背肌肉处于松弛状态，从上体通向大腿的血管不受压迫，保持血液的正常循环。因此，臀部稍离靠背向前移，使上体略向后倾斜，体腿夹角保持90°-115°，小腿前伸，大腿与小腿、小腿与脚面之间有合适的夹角，是最舒适的坐姿。

2.2 认知心理因素

感性是人们对于物体的感觉和情感，属于人的情感活动中的心理特性，是某种意向活动的心理感受。人的情感、情绪、体验、审美和动机等心理感受都属于人的感性因素。

工作座椅的认知功能需要认知心理来实现，人和一把椅子的外形、构造，都应让使用者快速获取其相关信息。

2.3工作座椅的设计原则及要求

2.3.1 工作座椅设计的主要准则

人体躯干的重量应由坐骨、臀部及颈椎按适当比例分别支承，其主要部分应由坐骨结节承担。人体上身应保持稳定，腰椎下部应有适当的腰靠支承。座面的高度应确保人腿的肌肉和血管不受压迫。坐者应能方便、自如地变换姿势而不至滑脱。座椅的位置和尺寸应与工作台、显示装置、操纵装置相配合，以提高操作者的操作舒适性和方便性。

2.3.2 工作座椅设计的基本要求

工作座椅的结构形式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动的要求相适应，应使操作者在工作过程中能保持身体稳定、舒适并能进行准确的控制和操作。工作座椅的座面高和腰靠高度必须是可调节的，各零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边。工作座椅的腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性，结构材料和装饰材料应满足耐用、阻燃、无毒等要求。

3 人因工程学的优势分析及发展展望

目前，人因工程学的应用范围十分广泛。其在不同的产业部门有着不同的应用、对作业方式的研究和改善，对工具机械及设备的设计和运用、对安全保障系统的准确率的提升都是人因工程学研究的重要内容。“以人为本”是人机系统优化设计的核心，同时也是人类为生产和生活需要而进行的造物活动的核心。

现代的机器不仅起着动力的作用，还担负着许多过去只有人才能完成的工作。实践证明，尽管采用了技术含量极高、高效能的设备，但如果该设备的结构不能适应人的生理和心理特性，那么工作的质量和效率会受很大影响。由此可见，机械设备的效率不仅取决于它的结构设计与效能，还与其是否充分适应人的操作习惯要求密切相关。操纵和控制装置把人和机器连接成一个系统，是人因工程学的重要优势和主要研究方向。

随着基础科学与工程技术的进步，人因工程所采用的研究方法必定有所创新。基于对生理、心理与社会功能更深入的了解，人因工程专家将结合先进的研究设备与研究方法，将研究结果运用在前所未有的领域。

我国工业工程起步已有半个世纪，但真正的在商品经济环境下的制造业发展仅有近三十年的历史。人因工程学是工业工程的重要组成部分，也具有深远的研究发展意义。在当今的社会环境下，不仅效率、质量、成本仍是制约制造业竞争力的重要因素，同时环保、能源、人因、知识等要素也是制约竞争力的高层次重要因素。