第11章 作业空间设计

第 四 章
作 业 空 间 设 计
人因与工效学
第 四 章
作 业 空 间 设 计
人因与工效学
第 四 章
作 业 空 间 设 计
人因与工效学
第 四 章
作 业 空 间 设 计
人因与工效学
第 四 章
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人因与工效学
第 四 章
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人因与工效学
第 四 章
作 业 空 间 设 计
人因与工效学
11.1 作业空间设计的原则
第 四 章
人操纵机器时所需要的活动空间，加上机器、设备、 工具、用具、被加工对象所占有的空间的总和，称为
作业空间。作业空间设计，就大范围而言，是把所需
作 用的机器、设备和工具，按照人的操作要求进行合理
业 的空间布置。就由人操纵的一台机器而言，是从人的
空 间 设
间 设
车间或工作室之内的情况下,其总体作业空间就不是直接
计 的作业场所,而是由各个作业场所的总和加上必要的辅助
空间所构成的。
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人因与工效学
11.3 作业空间设计
第 四
作业空间的布置
章 作业空间的布置是指在作业空间限定之后，确定合适的
作 作业面及显示装置、操纵装置的位置。人机系统中，作
业 业空间的布置不仅要考虑人与机之间的关系，还要考虑
章
主显示器 与主显示器相关的主操纵器
作 业
有协调性要求的操纵器与显示器 按顺序使
空 间
用的元件
将使用频繁的元件置于方便观察、
设 操纵的部位 按布局一致的原则协调本系统内
计
及其它相关系统的布置方案之间的关系。
11.3 作业空间设计 作业空间设计的人体因素
人因与工效学
第 四
• 考虑作业空间时不能只局限于作业和周围场所组成的 活动空间，还需考虑是否适应作业者心理及活动等方
业
空 间
个体作业场所设计
设 计
总体作业空间设计
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11.2 作业空间范围
人因与工效学
近身作业范围
第
四
操作者坐姿或立姿进行作业时，手和脚在水平面和
章 垂直面内所能触及的运动轨迹范围，称为作业范围。作业
作 范围是构成作业空间的主要部分，它有平面作业范围和空
业 间作业范围之分。
空
间
当需要连续和较长时间操作、需要精确而细致操作、需
30~250
站姿
>150 >250 坐姿或站姿
– 器件高度配置不当 （如显示器、控制 器）
11.3 作业空间设计
人因与工效学
➢视觉运动规律
✓ （1）眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不易疲
第
劳；一般先看到水平方向的物体，后看到垂直方向的物体。
四
章
因此，很多仪表外形设计成横向长方形。
✓ （2）视线的变化习惯于从左到右，从上到下和顺时针方向
✓ 一般而言，正常人的视野大致相同，双
–视觉运动规律
瞪羚： 视野局限，双眼间盲区 辨色能力：黑白
眼水平面内视野约为60°，垂直方向上为 130°（其中视平线上方60°，下方70°）, 但作业者在注视操作对象的时候，很容 易受到环境的影响，而进入人眼的目标 只能是视野的一部分。
11.3 作业空间设计
手在水平平面内的作业范围
11.2 作业空间范围
人因与工效学
脚的作业范围以脚可能移动的距离来确定。与手
操作相比，脚的操作力大，但精确度差，且活动范围
第
四
较小，一般脚操作限于踏板类操纵装置。
章
正常的脚作业空间范围位于身体前侧、座高以下的
作
区域，其舒适的作业范围取决于身体尺寸与动作的性
业 空
质。
间
设
计
11.2 作业空间范围
设 计
要手足并用操作时，宜采用坐姿。如车辆、飞机驾驶员的
操作。
坐姿近身作业范围是指作业者在坐姿操作时，其四肢所 及范围的静态尺寸和动态尺寸。
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11.2 作业空间范围
人因与工效学
近身作业范围的尺寸是作业空间设计与布置的主要
第 依据。它主要受功能性臂长的约束，而臂长的功能尺寸
四 章
又由作业方位及作业性质决定。
计
中等粗 印刷、机床操作
活
等
<50
<80 坐姿或站姿
➢ 引起视觉疲劳的主 要因素：
– 不合理照明
布置光源的合理措 施
✓ 合理控制光源的亮 度：一般光源亮度 控制在16cd/cm2 以下比较合适
✓ 合理分布光源，不 要将灯光直接射入 人眼及作业域内
✓ 减少亮度对比
粗活 远视
包装、粗磨等 黑板、开汽车
50~15 0
人的视觉要求
人因与工效学
第 四 章
➢ 在作业中，大约70%以上的信息是通过视觉传递的。
➢ 视觉特征
视力＝
1
能够分辨的最小物的视角
–视力
（最小临界视角）
作 业 空 间 设 计
–视野 –视距 –视觉疲劳
视野是指作业者在头部和眼球固定不动的 情况下，眼睛观看正前方物体时能看到 的空间范围，通常视野的大小和形状与 视网膜上感觉细胞的分布情况有关。
作 业
运动。所以仪表刻度方向设计应遵循这一规律。
空 ✓ （3）人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸
间 设
和比例的估计要准确得多，因而水平式仪表的误读率（28
计
％）比垂直式仪表的误读率（35％）低。
✓ （4）人眼对左上限的观察最优，其次为右上限、左下限，
而右下限最差，仪表布置避开这一区域。
✓ （5）两眼的运动是协调的、同步的。
作 (7) 作业面的布置要考虑人的最适宜的作业姿势、操作
业 动作及动作范围。
空 间
(8) 注意安全及人流、物流的合理组织。
设
计
应当注意，以上原则往往难以同时得到满足, 在实
际运用时，要根据实际人机系统的具体情况，统一考
虑，全面权衡，从总体合理性上加以恰当布置。
11.1 作业空间设计的原则 作业空间的人体尺度
人因与工效学
《人因与工效学》
第 四 章
作 业 空 间 设 计
上海工程技术大学机械工程学院
王克用
第11章 作业空间设计
人因与工效学
第
四
13 作业空间设计的原则
章
作
2 作业空间范围
34 工作台设计
业
空
间
33 作业空间设计
5 工作座椅的静态舒适性设计原理
设 计
36 车辆驾驶室的作业空间
37 作业空间设计案例
面板布置原则与作业执行时间的关系
人因与工效学
选择何种原则 布置，往往是根 据理性判断来确 定，没有很多经 验可供借鉴。
在上述四种原 则都可以使用的 情况下，按使用 顺序原则布置元 件，执行时间最 短。
11.3 作业空间设计
人因与工效学
(2)作业空间布置的顺序
第
四 对不同类型的元件, 推荐按以下顺序进行布置：
人因与工效学
第
作业中常用的作业姿势有坐姿、立姿、坐-立姿。
四
章
设计作业空间时，必须考虑人体尺寸的约束条件，以
作 我国成年男性第 95 百分位身高为基准，女性约为男性 业 的 0.9346 倍。
空
作业空间设计时，人体测量的静态数据(结构尺寸)与
间
设 动态数据(功能尺寸)都有用处。
计
对大多数设计而言，因为要考虑身体各部位的关联与
近身作业范围还受衣着的影响。
作 业
坐姿作业通常在作业面以上进行，其作业范围为操作
空 者在正常坐姿下, 手和脚可伸及的一定范围的三维空间。
间 随作业面高度、手偏离身体中线的距离及手举高度的不
设
计
若以手处于身体中线处考虑，直臂作业区域由两个因
素决定：肩关节转轴高度及该转轴到手心（抓握）的距
离（若为接触式操作，则到指尖）。
需要出发，对机器的操纵装置、显示装置相对于操作 者的位置进行合理的安排。
计 作业空间设计要着眼于人，在充分考虑操作者需要
的基础上，为操作者创造既安全、舒适又经济、高效
作业空间设计的内容: (1) 空间布置 (2) 座椅设计
(3) 工作台设计 (4) 环境设计
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11.1 作业空间设计的原则
生活在马达加斯加岛的变色龙能同时向前和向后看
11.3 作业空间设计
人的行为影响
人因与工效学
第
• 个人心理空间（近体学）人与动物的“领地”。动物：争夺
第
a. 重要性原则
四 b. 使用频率原则
章
c. 功能原则
作
d. 使用顺序原则
业
空
间 设
进行系统中各元件布置时，不可能只遵循一个原则。
计 通常，重要性原则和使用频率原则主要用于作业场所内
元件的区域定位，而使用顺序原则和功能原则侧重于某
一区城内各元件的布置。
11.3 作业空间设计
第 四 章 作 业 空 间 设 计
人因与工效学
作业空间设计的人机工程学原则
第
作业空间设计的基本目标是使人机系统以最有
四 章
效、最合理的方式满足作业要求, 作业空间合理、经
济、安全和舒适。
作 业
(1) 作业空间设计必须从人的要求出发，保证人的安
空
全、健康、舒适、方便。
间 设
(2) 从客观条件的实际出发，处理好安全、健康、舒
计
适、高效、经济诸方面的关系。
空
尺度范围。
间
设 (3)确定数据运用准则：个体设计准则、可调设计准
计
则、平均设计原则。
11.1 作业空间设计的原则
第 四 章
作 业 空 间 设 计
人因与工效学
汽车驾驶员手伸及界面的空间曲面
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11.2 作业空间范围
人因与工效学
第
四
整体作业个空体间作业空间
章
近身作业 空间
作
业
空
间
设 计
作
近身作业空间设计
章
称为最大平面作业范围；手臂自如弯曲(一般弯曲成手
作 长的 3/5 )、以肘关节为轴心在水平面上所划成的圆弧
业 空
范围，称为正常平面作业范围。由于操作者在作业时
间 肘部也是移动的, 所以实际上的水平平面作业范围是图
设 计
中粗实线所围成的区域。
11.2 作业空间范围
第 四 章
作 业 空 间 设 计
人因与工效学
第 四 章
作 业 空 间 设 计
人因与工效学
男子坐姿操作时手和脚在垂直平面内的最优作业范围
11.2 作业空间范围
人因与工效学
坐姿操作时手的空间作业范围如下图所示，图中圆弧 实线表示正常作业范围，圆弧虚线表示最大作业范围， 第 阴影线表示右手的最优作业范围。
四 章 正常作业范围
作
最大作业范围
业
空
间
设
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第 四 章
作 业 空 间 设 计
人因与工效学
影响，所以必须基于功能尺寸作出设计。
利用人体测量数据时，数据必须充分反映设计对象的
使用者群体的特征。
11.1 作业空间设计的原则
人因与工效学
第 运用人体测量数据的步骤要点
四 章
(1)确定对于设计至为重要的人体尺度 (如座椅设计
中，人的坐高、大腿长等)。
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业 (2)确定设计对象的使用者群体，以决定必须考虑的
章
面的要求，因此除操作空间还要满足心理空间、活动
空间的要求，找出适合作业的最佳作业姿势、作业范
作
围、视觉范围。
业
空 • 作业空间设计需要考虑的人体因素
间
➢ 人体测量学要求 （参考人体测量章节，不再赘述）
设 计
➢ 人的视觉要求
➢ 人的行为影响
➢ 人的主要工作体位 坐姿、立姿还是坐立交替
11.3 作业空间设计
(3) 根据人体生物力学、人体解剖学和生理学的特性, 合理布置操纵装置和显示装置。
11.1 作业空间设计的原则
人因与工效学
(4) 按照操纵装置和显示装置的重要程度进行布置。
(5) 按操纵装置的使用频率和操作顺序进行恰当布置。
第
四 (6) 按操纵装置和显示装置的功能，将功能相同或相互 章 联系的装置布置在一起，以利于操作者进行操和观察。
11.2 作业空间范围
第 四 章
作 业 空 间 设 计
人因与工效学
第 5 百分位的人体坐姿抓握尺度范围: 男性 650 mm，女性 580 mm。
11.2 作业空间范围
人因与工效学
坐姿操作时，操作者的手臂运动在水平面上所形
第 成的运动轨迹范围，称为水平平面作业范围；手向外
四 伸直、以肩关节为轴心在水平面上所划成的圆弧范国，
空 间
机与机、人与人之间的关系。大多数人都在人造环境里
设 工作和生活, 可能是在小环境中, 如办公室、汽车、实验
计 室等, 也可能是在大环境中, 如城市、社区等。这些空间
或设施的设计, 对人的行为、舒适感及心理满足感会有相
当大的影响。
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11.3 作业空间设计
人因与工效学
(1)作业空间布置的总则
计
最优作业范围
手的空间作业范围（每格代表152 mm）
11.2 作业空间范围 作业场所
人因与工效学
第
操作者坐姿或立姿作业时，其周围与作业有关的、
四 包含设备因素在内的作业区域 , 称为作业场所。
章
当一个操作者操纵一台机器或设备时,其作业空间与作
作 业场所是一致的。
业
空
当许多个操作者操纵许多台机器或设备而共处于一个
人因与工效学
人的视觉要求
• 视觉疲劳（眼高）
视距是人在作业中正常的观察距离 第 四 作业精度与视距的关系
章
作 业 空
作业类 型
最精细 的作业
示例
视距 离
固定
视野直 径
安装最小部件
（表、电子元件 12 ~25 20~40
等）
作业姿势 坐姿
间 设
精细作 业
安装收音机、 电视机等
25~35 40~60 坐姿或站姿