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我校課室桌椅的人機工程評價與改進 人機工程學課程設計說明書 我校課室桌椅的人機工程評價與改進學 院： 機械與車輛學院專 業(yè)：姓 名：指導老師：機械工程及自動化專業(yè)羅志杰學 號：職 稱：120401071029周大為高級工程師中國珠海二一五年六月摘 要 本文運用人機工程學的原理和方法，以“安全、舒適、高效、健康”的原則，結(jié)合設計心理學、統(tǒng)計學等知識，對北京理工大學珠海學院的課桌椅的使用現(xiàn)狀及設計存在的主要問題進行分析，對大學生進行調(diào)查和人體尺寸測量，就高校課桌椅設計對學生的生理、心理產(chǎn)生的影響進行分析，最后從設計參數(shù)、材料和結(jié)構(gòu)、色彩三方面介紹高校課桌 椅的人性化設計。關鍵詞：人機工程 改進 桌椅 安全目 錄摘要11 前言32 發(fā)展歷史33 我校桌椅現(xiàn)狀調(diào)查分析4 3.1 高校桌椅體系的概念4 3.2 主要存在問題5 3.3 現(xiàn)有桌椅的功能尺寸測量54 現(xiàn)有桌椅的功能尺寸測量75 高校課桌椅改進依據(jù)86 針對現(xiàn)有課桌椅出現(xiàn)的問題的具體措施與方法107 總結(jié)118 參考文獻121 前 言 隨著我校升級2A，招生規(guī)模的不斷擴大和信息化進程的逐步加快，學校園硬件建設高速度發(fā)展，各類先進設備不斷引入，提高了學生的學習效率，但同學們每天大量使用的課桌椅卻并不盡如人意。根據(jù)網(wǎng)上發(fā)布的一些統(tǒng)計資料，發(fā)現(xiàn)高校課桌椅的設計存在著許多問題，致學生的身體疲勞、視力下降、要不損傷、勁椎病等諸多現(xiàn)象增多，嚴重影響了學習效率及身體身體健康。因此健康舒適人性化的高校課桌椅審計問題以提高我校的人文環(huán)境亟待解決。2 發(fā)展歷史 我國學生的課桌椅大體沿襲著西方學校的課桌椅的發(fā)展軌跡。從構(gòu)成的材質(zhì)和發(fā)展歷史看，兩者并無明顯不同，都經(jīng)歷了雜木制造（第一代）鋼木合（第二代）硬塑替代階段。從外形看，由單一的形態(tài)逐漸過渡到升降式、連式等更符合人體工學的多種形態(tài)。而且，隨著青少年身高、體重的變化。國外都存在課桌椅標準再修訂的問題，但也有不同，主要體現(xiàn)于課桌椅的擺放問題，相對國內(nèi)的普遍整齊劃一，國外學生課桌椅的擺放則靈活多樣。 我國教育事業(yè)從開辦有規(guī)模的學校算起，已有100多年歷史，學生用的課桌椅一直延續(xù)采用傳統(tǒng)的雜木制造。改革開放后的80年代初，大城市的少數(shù)木制品廠學習國外經(jīng)驗，從采用鋼木合一制造家具開始，然后采用同樣方法生產(chǎn)我國第二代校用學生課桌椅，代替了部分木制品。鋼木課桌椅雖然經(jīng)過20多年的發(fā)展，已采用機械法生產(chǎn)，但因會松釘、易生銹、使用壽命短等多方面弊病，目前還不能完全替代第一代課桌椅。而在中西部大部分地區(qū)的農(nóng)村學校，學生仍大多在使用雜木制造的第一代課桌椅。而多年使用的事實也證明，鋼木制造的學生課桌椅的品質(zhì)并不比被教育界公認的第一代木制課桌椅好多少，所以開發(fā)時間雖已持續(xù)二十多年，發(fā)展速度卻十分緩慢，目前也還只能作為過渡產(chǎn)品，代替部分木制品?？萍及l(fā)展日新月異，國外發(fā)達國家的高樓大廈的門窗采用的原料已走過“木鐵鋁合金”三個階段，10多年前已開始全部進入以硬塑代替鋁合金時期。未來的課桌椅不僅可以調(diào)節(jié)高度，還有種連式課桌椅，由可調(diào)高度的課桌、課椅和可調(diào)節(jié)距離的連接板組成，它解決了現(xiàn)有中、小學生課桌椅不能調(diào)節(jié)桌高、椅高、桌椅距離的問題，適用于各個年齡檔次、各種體形的學生使用，可針對每個學生的個體情況調(diào)節(jié)至完全符合課桌椅衛(wèi)生標準的狀態(tài)。 研究意義： （1）通過查閱文獻資料，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)還沒有專門針對高校大學生使用的課桌椅系統(tǒng)進行深入的人機工程學研究，大多只是從一般性、概括性角度論述桌椅設計的文章，如桌椅舒適性研究、家具的人機工程學研究等。因此，在這個背景下，本課題結(jié)合國內(nèi)高校的現(xiàn)實情況，尤其是對產(chǎn)品使用者高校大學生群體進行生理和心理研究，來填補國內(nèi)在這一領域的空白，具有比較重要的學術價值。 （2）高等學校進一步擴大招生規(guī)模的決策出臺后，全國普通高校招生人數(shù)和在校人數(shù)明顯上升。國家將增加對高教的投入，高校后勤社會化改革也在逐步深入，高校硬件建設應該上一個新的臺階。而高校課桌椅作為和大學生息息相關的硬件設施，其設計科學合理顯得尤為波切，這是研究本課題的社會意義。 綜上所述：為了提高高校大學生的學習質(zhì)量，減少設計不合理的課桌椅給學生健康帶來的損害，文章將從實際出發(fā)，以人為本，針對高校大學生合理選擇人體樣本，進行調(diào)查和實測，對測量的數(shù)據(jù)開展統(tǒng)計分析等研究工作，制定出符合實際的高校大學生人體尺寸標準，并進一步全面分析高校大學生對于課桌椅設計的生理、心理需求，在此基礎上對高校課桌椅的人性化設計提出一套全面科學的設計準則。 3 我校課桌椅現(xiàn)狀調(diào)查分析3.1 高校課桌椅體系的概念 首先，需要明確的是高校課桌椅體系的概念：對不同課程來說，課桌椅的功能和用途存在著區(qū)別，從而形成了多品種的課桌椅系列，課桌椅體系正是源于這種品種的差異。根據(jù)學校課程的用途課桌椅大致可以分為以下：課本教學、勞作教學、手工教學、美術教學、多媒體教學、音樂教學、實驗教學、計算機教學等。根據(jù)國家標準GB/T3976-2002學校課桌椅功能尺寸規(guī)定，高校院校課桌椅產(chǎn)品包含兩個品種，即固定式課桌椅和非固定式課桌和課椅。 因此，結(jié)合我國高校教育現(xiàn)狀，根據(jù)課桌椅的常用形式，選取普通教室課本教學用（非固定）課桌椅系列和多媒體階梯教室用（固定）課桌椅系列兩種課桌椅類型來研究。見圖31和圖32。圖31我校普通教室非固定桌椅圖32我校多媒體固定桌椅3.2 主要存在問題: （1）課桌下部空間狹小，伸不開腿；課桌太窄，無法擺放課本和文具；座面傾角過大，坐著不舒服；座椅之間間距過小，不方便出入問題。 （2）課桌椅高度無法進行高度調(diào)節(jié)的問題。 （3）課桌椅色彩單一、造型呆板、的問題。 （4）課桌椅存在眾多人機問題，對人體腰部、頸部、肩部、背部造成害?，F(xiàn)有課桌椅用材浪費不環(huán)保，不物美價廉、經(jīng)濟適用。3.3 現(xiàn)有桌椅的功能尺寸測量 根據(jù)國家標準GB/T3976-2002學校課桌椅功能尺寸的規(guī)定，結(jié)合本課題的需要，最終確定高等院校課桌椅的主要功能尺寸參數(shù)包括12項數(shù)據(jù)，其測量說明及測量結(jié)果如下：桌面高（h1 ）：從地面到桌面前緣最高點的垂直距離；桌下凈空高（h2）：從地面到桌面的前緣底部的垂直距離；桌面深（t1）：桌面后緣到前緣的水平距離；桌面寬（b1）：桌面的水平寬度；座面高（h4）：從地面到椅座面前緣最高點的垂直距離；座面深（t4）：椅座后緣到前緣頂點的水平距離；座面傾角a：椅座面水平面的夾角；靠背傾角：桌面與水平面的夾角。另外，還包括靠背點距座面高、靠背下緣距座面高（h5）、靠背上緣距座面高（h6）、桌椅高差（h1h4） 1圖33 桌各數(shù)據(jù)測量示意圖圖33 椅各數(shù)據(jù)測量示意圖表31 我校桌椅的功能尺寸的實際測量結(jié)果 單位mm功能尺寸固定式桌椅非固定式桌椅桌面高（h1）77057855桌下凈空高（h2）57755855桌面深（t1）37073987桌面寬（b1）1030512005座面高（h4）42544504座面深（t4）41054157座面寬（b3）43063955座面傾角（a）1011靠背傾角（）1612靠背點距座面高24852064靠背下緣距座面高（h5）755865靠背上緣距座面高（h6）50654084桌椅面高差（h1h4）345433584 人機工程學對現(xiàn)有課桌椅的評價 我校大學生使用的桌椅，介于工作座椅和休息用椅之間，就坐者有時要身體前傾低頭讀、寫、有時身體要后傾聽或說兩種狀態(tài)，持續(xù)時間較長，對舒適度有一定要求。再結(jié)合課堂這個特定環(huán)境，學生在使用課桌椅的整個過程中，對于舒適度而言，不是越舒適越好，只需保持基本的舒適度即可。尤其是教室課桌椅，學生在坐著上課的過程中，既要保證就坐的基本舒適、健康，又要保持學生聽課中一定的緊張度。如果不舒適，會使身疲勞，造成各種病癥，有損健康；如果過于舒適，又會使學生過渡放松，甚至混混欲睡，影響聽課效率。據(jù)觀察我校一些課桌椅的設計使用情況，發(fā)現(xiàn)有以下幾點不符合安全人機工程學： 1）我校座椅沒有扶手：學生聽課累時沒地方放手，沒地方支撐，無法減少疲勞，不符合安全人機學的“舒適”原則。2）我校座面傾角過小，學生直腰正常坐姿時看書較累，不能提高學習效率，不能滿足安全人機工程學的“高效”原則。3）教室座椅靠背傾角過小，無法滿足學生靠背聽課卻可以不需要抬頭即可看到黑板的欲望，也不符合安全人機工程學的“舒適“原則。 4）教室座椅與桌子的水平間距距離較小，導致有一人在座時，別的人無法自由出入，也不符合安全人機工程學的“舒適”原則。 5）教室桌面邊角為尖銳形狀，不是圓滑形狀，不符合安全人機工程學的“安全”原則。 6）教室桌椅色彩不符合安全人機工程學的美觀與舒適，易使學生產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象。5 高校課桌椅改進依據(jù) 要想使高校桌椅產(chǎn)品最大限度地滿足大學生在健康、安全舒適上的需求，就必須在產(chǎn)品設計時充分考慮人們的生理、心理特征。而在人的生理特性中，最基本、最核心的是人體的尺寸數(shù)據(jù)，高校大學生的人體尺寸是校園桌椅產(chǎn)品尺寸的科學依據(jù)。在互聯(lián)網(wǎng)的各種搜索，發(fā)現(xiàn)眾多調(diào)查研究顯示：從1995年至現(xiàn)在，我國12歲至17歲青少年的身高體重明顯增加；男生身高增高69mm，體重增加5.5kg，女生身高增高55mm，體重增加4.5kg。由此可見，21世紀新一代的高校大學生人體尺寸將有更大的增幅，高校桌椅產(chǎn)品所依據(jù)的人體尺寸標準有待更新修改。表41中國成年人人體尺寸部分身高百分位數(shù)據(jù) 單位mm男：女： 5.2 高校桌椅使用人群的生理狀況 （1）感覺系統(tǒng) 感覺是人腦對直接作用于感覺器官的客觀事物個別屬性的反應，感覺是人們了解外部世界的渠道，也是一切復雜心理活動的基礎和前提。人的感覺類型有視覺、聽覺、嗅覺、味覺、皮膚感覺、本體感覺等。認得感覺器官接受內(nèi)外環(huán)境的刺激，將其轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動，通過傳入神經(jīng)，將其傳至大腦皮層感覺中樞，便產(chǎn)生了感覺。 （2）神經(jīng)系統(tǒng) 神經(jīng)系統(tǒng)是人體最主要的機能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，人體各器官、系統(tǒng)的活動，都是直接或間接的在神經(jīng)的控制下進行的。大學生在使用教室或圖書館桌椅學習時，不論是讀寫或聽說的狀態(tài)都是通過神經(jīng)的調(diào)節(jié)作用，使其對外界環(huán)境的變化產(chǎn)生相應的反應，從而與周圍環(huán)境之間達到協(xié)調(diào)統(tǒng)一，保證人的操作活動得以正常進行。神經(jīng)系統(tǒng)分為中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)。（3）運動系統(tǒng)運動系統(tǒng)是人體完成各動作和從事生產(chǎn)勞動的器官。由骨、關節(jié)和肌肉三部分組成。全身的骨關節(jié)連接構(gòu)成骨骼。由于肌肉的收縮與舒張牽動骨，通過關節(jié)的活動而能產(chǎn)生各種運動。6 針對現(xiàn)有課桌椅出現(xiàn)的問題的具體措施與方法（1）針對扶手問題， 對于沒有扶手問題，可以增加扶手。 其設計的關鍵參數(shù)是它的高度，扶手不可設計的太高，太高的扶手將使肩膀高聳而成圓狀，使肩部與頸部的肌肉拉伸，產(chǎn)生僵硬痛苦；而太低的扶手則使手肘支撐不良，導致彎腰或使軀干斜向一側(cè)。 高校座椅設計依據(jù)的人體尺寸百分位數(shù)位（P50男+P50女）/2，查閱的P50男=284.0mm，P50女=275mm，姿勢修正量為44mm，則（P50男+P50女）/2=235.0mm。由于公用座椅的扶手的高度宜略小于這個數(shù)值，所以取230mm。（2）針對座面傾角以及設計 由于大學生在聽課過程中，身體要長時間持續(xù)的前傾讀寫，上自習時更是長期保持前傾伏案 姿勢。若座面前緣是凸翹起的，即傾角a為正值，那大腿接近腘窩處都會受到讓人感覺不適的很大的體壓，并且腹部也會感到不良擠壓。根據(jù)查閱有關文獻資料，前傾坐姿時，座面傾角是負值、大腿與上身角度大于90度時，椅面的體壓分布相對合理。 計算的arctan=arc（4/45）=50 所以根據(jù)大學生前傾坐姿的需要，得到高校座椅的座面傾角應設計為負值，一般為-5度。（3）針對座椅靠背以及設計 通過改變其角度，以達到舒適的原則。大學生在上課或?qū)W習的過程中，除去前傾伏案讀寫的姿勢，就是后仰看聽說的姿勢。后傾時，靠背可以使軀干得到支撐，承受一定的符合，減輕對臀部、腰椎和下肢血液循環(huán)的壓力，身體的后仰支撐還可以保持一個良好的視界，學生不必仰起頭來看黑板或屏幕，減輕了頸椎的不適。平時我們認為坐著舒服，這只是對腳而言的，其實要不卻一直處于不合理的狀態(tài)，所以座椅靠背在腰部必須有支撐。查閱資料得到表61，為日本人機工程學者小原二郎等人設計的四種靠背椅形式及適用條件。對于大學生使用的座椅，其靠背的功能設計要點在于維持脊柱的良好形態(tài)，要避免腰椎的嚴重后凸。因此，座椅靠背需要基本滿足腰部支持，使靠背的凸出壓入腰凹之內(nèi)，以保證腰部得到充分的支持。表61四種座椅靠背形式及其適用條件名稱支撐特性支撐中心位置靠背傾角座面傾角適用條件低靠背1點支撐第三四腰椎90度0度工作椅中靠背1點支撐第八胸椎骨105度48度辦公椅高靠背2點支撐肩胛骨下部115度1015度部分休息椅全靠背3點支撐127度1525度安樂椅 據(jù)資料顯示，我國成年人腰椎部中心位置約在座位上230260mm處，靠背點距離座面尺寸為230260mm較適宜，即靠背點高度，應比國家標準略微高些。根據(jù)上表數(shù)據(jù)與測得的各項數(shù)據(jù)顯示，座椅靠背傾角選擇95105度，屬于工作椅和辦公椅之間。（4）針對桌子水平間距距離較小 桌椅水平距離是桌近緣向下所引垂線與座椅前緣之間的水平距離。這個尺寸空間的設置直接影響大學生使用桌椅時的坐姿，是一個決定性的重要因數(shù)。 這個問題主要出現(xiàn)在多媒體教室的固定式桌椅，由于室內(nèi)空間有限，教室容量較大，桌椅大多固定于地面上，可以恰當?shù)陌验L度減短，給人通過。（5）針對桌面邊角以及改進建議在設計桌子的邊角時候可以轉(zhuǎn)變成圓弧形狀，增加了桌子的安全性能，對于已經(jīng)是邊角的桌子，可以購置一批塑膠墊安裝在桌子的四角。這樣雖然增加了花費，但是，增加了安全程度。（6）課桌椅色彩設計 色彩三要素：色相、色彩的相貌；明度，色彩的明暗程度；彩度、色彩的飽和程度。在高校桌椅設計中既要保證課桌椅單體色彩的美觀，對大學生產(chǎn)生的心理作用，還要保證各種色彩在教室環(huán)境內(nèi)的協(xié)調(diào)性?？傮w來說課桌椅的設計要求色彩明朗、精神飽滿。因此，選取一些冷暖適中的色彩，并提高色彩的明度、降低色彩的飽和度就是折中的好辦法。這樣可以選取紅橙黃色或者藍青色等顏色。這樣既可