人因工程論文

叮叮小文庫(kù) 山 東 工 商 學(xué) 院SHANDONG INSTITUTE OF BUSINESS AND TECHNOLOGY人因工程課程設(shè)計(jì) 論文題目基于人因工程學(xué)的自行車(chē)設(shè)計(jì)改進(jìn) 院系班級(jí) 指導(dǎo)老師 姓 名 學(xué) 號(hào) 完成日期 2013年02月10日 目錄一、引言1二、問(wèn)題及改進(jìn)12.1 鞍座設(shè)計(jì)不合理12.2 鞍座太高42.3 缺少腰靠62.4 車(chē)把握起來(lái)費(fèi)力62.5 手柄握起來(lái)舒適度較差7三、結(jié)語(yǔ)8參考文獻(xiàn)9-叮叮小文庫(kù)基于人因工程學(xué)的自行車(chē)設(shè)計(jì)改進(jìn)摘 要：自行車(chē)設(shè)計(jì)在以往只是從滿足人的使用功能出發(fā)，而忽視了騎乘者是否感到舒適。本文從人因工程學(xué)角度，運(yùn)用人體測(cè)量學(xué)、身體運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論，對(duì)自行車(chē)設(shè)計(jì)上長(zhǎng)期存在的一些不符合人體工效學(xué)要求的缺陷提出了改進(jìn)建議。關(guān)鍵詞：人因工程學(xué) 設(shè)計(jì) 鞍座 腰靠一、引言 人 因 工 程 學(xué) （ Human Factors or Human Factor Engineering ） , 又 稱 工 效 學(xué)（Ergonomics） 是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一門(mén)邊緣性應(yīng)用科學(xué)。它綜合應(yīng)用生理學(xué)、 心理學(xué)、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生學(xué)、人體測(cè)量學(xué)、勞動(dòng)科學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、社會(huì)學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科的知識(shí)和技術(shù)，在對(duì)人、機(jī)器、技術(shù)和相關(guān)環(huán)境的深入研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)并利用人的行為方式、工作能力、作業(yè)限制等特點(diǎn)，以提高生產(chǎn)（包括日常生活中人的活動(dòng)）的效率、安全性、健康性、舒適性和有效性?，F(xiàn)代人因工程學(xué)的落腳點(diǎn)不僅在于工廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的布置與設(shè)計(jì)，還在于人們?nèi)粘Ｉ铍S處可見(jiàn)、隨時(shí)接觸的日常用品當(dāng)中。 真正具有現(xiàn)代形式的自行車(chē)誕生于 1874 年。如今自行車(chē)在很多國(guó)家只是作為運(yùn)動(dòng)健身的工具，但是從上世紀(jì) 20 年代自行車(chē)傳入我國(guó)以來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)、人口狀況與地理?xiàng)l件等方面的原因，自行車(chē)在一個(gè)很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)一直作為中國(guó)百姓的主要交通工具。當(dāng)前我國(guó)自行車(chē)產(chǎn)量、出口量均占世界總量 60%以上，國(guó)內(nèi)消費(fèi)量也居世界第一。自行車(chē)的歷史已經(jīng)超過(guò)了一百年，但是從人因工程學(xué)的角度進(jìn)行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的自行車(chē)設(shè)計(jì)仍然存在缺陷，需要改進(jìn)。二、問(wèn)題及改進(jìn)2.1 鞍座設(shè)計(jì)不合理鞍座太平坦，太窄，太硬 根據(jù)一家國(guó)外研究機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)，在他們調(diào)查的人群中有 90%騎自行車(chē)男士的睪丸存在畸形。有一半的被調(diào)查人群會(huì)感到陰囊不適或存在勃起障礙。 另?yè)?jù)我國(guó)的男性學(xué)醫(yī)學(xué)報(bào)告，騎行自行車(chē)在我國(guó)前列腺炎的發(fā)病誘因中占很大比重。 鞍座設(shè)計(jì)要素分析： 尺寸 決定鞍座寬度的因素主要是人體的生理結(jié)構(gòu)，如坐骨結(jié)節(jié)的距離、骨盆的大小等等。其中起關(guān)鍵作用的是坐骨結(jié)節(jié)間的距離。這段距離基本上決定了鞍座后部的寬度，它的寬度保證人體坐骨結(jié)節(jié)在鞍座上時(shí)的距離位置：過(guò)小容易使結(jié)節(jié)間軟組織受到擠壓，過(guò)大容易影響鞍座的的平衡。坐骨結(jié)節(jié)一般 912 厘米。因?yàn)榕缘捏y骨要寬于男性，在設(shè)計(jì)時(shí)鞍座寬度要比男性的寬一些。 弧度 弧度是指從鞍座后部過(guò)渡到鞍座鼻部弧線的彎曲程度。由鞍座的寬度、長(zhǎng)度以及騎乘者大腿內(nèi)側(cè)的脂肪厚度、髖臼窩的深淺和鞍座的用途等決定。 墊料 墊料是自行車(chē)鞍座舒適與否的一個(gè)重要因素。它決定了鞍座的變形程度。如果墊料過(guò)軟，坐骨結(jié)節(jié)就會(huì)陷入到鞍座中，導(dǎo)致人體組織的麻木和缺血：如果墊料太硬，將會(huì)導(dǎo)致人體組織的疼痛。所以，墊料的柔軟程度和大小是設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的因素。另外，包覆材料的透氣性、防水性、防變形性等也是應(yīng)該考慮的因素。 當(dāng)人騎在鞍座上時(shí)坐骨生殖區(qū)（位于坐骨結(jié)節(jié)和恥骨聯(lián)合部之間，分布有大量的血管、神經(jīng)和軟組織）靠在平坦的座面上（如圖 1），鞍座會(huì)壓迫到坐骨神經(jīng)區(qū)的組織和脂肪；坐骨神經(jīng)區(qū)的組織里含有豐富的血管、軟組織和大量的神經(jīng)及神經(jīng)末梢，在騎行時(shí)，上軀體的部分重量壓迫到這些血管和神經(jīng)，造成人體會(huì)陰區(qū)的疼痛和麻木；而且會(huì)陰區(qū)深層中含有泌尿組織、血管及生殖動(dòng)脈和傳導(dǎo)神經(jīng)，如圖 2 所示，這樣也會(huì)造成生殖區(qū)域的麻木和缺血，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致生殖系統(tǒng)障礙。 根據(jù)工作座椅一般人類工效學(xué)要求 座椅的坐面有帶座墊的柔性坐面和不帶座墊的，剛性坐面兩種形式。座墊應(yīng)為由彈性材料及蒙面材料組成的柔性座墊，且覆蓋物必須具有彈性和透氣性。在選擇座墊材料時(shí)，還應(yīng)考慮其散熱和吸潮的能力，以及防止滑動(dòng)的能力等。 基于人因工程學(xué)的改進(jìn)設(shè)計(jì)如圖 3，鞍座的中部嵌入了比兩側(cè)更加柔軟的墊料；從正視圖看，這一區(qū)域下陷，很好的減輕了對(duì)坐骨生殖區(qū)的擠壓。開(kāi)有 4 個(gè)圓孔，有利于散熱、散潮；鞍座前部比后部稍低，減輕了對(duì)恥骨聯(lián)合部的壓迫；鞍座頭部比一般自行車(chē)鞍座稍窄，減輕了對(duì)大腿內(nèi)側(cè)的摩擦；前后連接的弧度比一般自行車(chē)鞍座要小一些，使鞍座增加了表面受力面積，減輕了對(duì)臀部的擠壓，如圖 4 所示。2.2 鞍座太高公路賽車(chē)運(yùn)動(dòng)員騎乘的自行車(chē)，鞍座的高度和把手一樣高，甚至超過(guò)把手（如圖 5 所示），運(yùn)動(dòng)員騎行時(shí)上軀體與地面的傾斜角小于 30 度（如圖 6 所示）。那是為了減小身體對(duì)空氣的阻力，加快騎行的速度。但是如果日常生活中騎這種自行車(chē)，是不符合人體工效學(xué)要求的。根據(jù)人體坐姿的生物力學(xué)分析得知，人體上身越前傾，脊柱的彎曲程度越大，背部肌肉受力越大，當(dāng)人騎座位太高的自行車(chē)時(shí)，幾乎完全伏在車(chē)把上，背部與水平面幾乎平行，腰部椎間盤(pán)壓力分布不當(dāng)，腰椎變形。將自行車(chē)車(chē)座向前放低 10 至 15 度，脊柱的彎曲程度就會(huì)降低，脊柱的形狀接近自然狀態(tài)，腰椎間盤(pán)的壓力分布較均勻，有效減輕不合理的座位設(shè)計(jì)給人帶來(lái)的傷害。2.3 缺少腰靠 改良過(guò)座位高度的自行車(chē)，雖然車(chē)座的高度已經(jīng)降低，但是騎車(chē)者長(zhǎng)時(shí)間騎車(chē)，卻沒(méi)有腰靠，其背部負(fù)荷仍然很大。腰靠的作用是為腰部提供支撐，保持脊柱處于自然形態(tài)的輕松姿勢(shì)。 腰靠長(zhǎng)應(yīng)為腰靠左右邊緣間的最大水平距離，腰靠寬應(yīng)為腰靠上下邊緣間的最大直線距離。腰靠厚應(yīng)為腰靠在受力狀態(tài)下，在其左右對(duì)稱面內(nèi)、腰靠寬中點(diǎn)處，前后緣間的垂直距離。腰靠高應(yīng)為腰靠寬中點(diǎn)處到座椅轉(zhuǎn)動(dòng)軸與坐面交點(diǎn)處所在水平面的垂直距離。腰靠圓弧半徑應(yīng)為腰靠在受力被壓縮且腰靠?jī)A角等于 90 度的情況下，過(guò)其左右對(duì)稱面上腰靠寬中點(diǎn)的水平面與腰靠前緣圓弧面相交曲線的曲率半徑。 另外，腰靠在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意其靠面彎曲與人體腰部生理彎曲相符，以增加腰部受力緩沖，減小脊柱受力。增加腰靠后的自行車(chē)改進(jìn)設(shè)計(jì)如圖 9 所示。2.4 車(chē)把握起來(lái)費(fèi)力應(yīng)盡量保持手腕伸直，在騎車(chē)時(shí)，盡量使車(chē)把彎曲而不要使手腕彎曲，避免手腕的偏差（徑向偏差和尺骨偏差），同時(shí)也應(yīng)盡量避免大臂過(guò)度伸直，因?yàn)槟菢訒?huì)使整個(gè)手臂肌肉始終處于緊張狀態(tài)。因此，應(yīng)采用能滿足理想的車(chē)把高度的車(chē)把，即保證肘部成 90 度角，小臂與手在一條直線上。所以改進(jìn)后的車(chē)把與鞍座要保證一定的高度落差，以避免騎乘時(shí)整個(gè)手臂處于伸直狀態(tài)，使肌肉緊張。并且，車(chē)把應(yīng)設(shè)計(jì)成平把，因?yàn)槭治諒澃褧?huì)使手腕彎曲，產(chǎn)生手腕偏差。圖 10 所示為不符合人體工效學(xué)的設(shè)計(jì)，圖 11 所示是改進(jìn)后的設(shè)計(jì)。2.5 手柄握起來(lái)舒適度較差 現(xiàn)在的自行車(chē)手柄上都有防滑花紋或條紋，但手柄材料卻參差不齊，大多數(shù)自行車(chē)手柄由硬塑料或硬橡膠制成，硬度高，彈性差，而且其形狀并不符合人手的生理曲線，在振動(dòng)時(shí)也不能起到緩沖減震的作用。建議手柄由更加柔軟，彈性好的材料制成，并且設(shè)計(jì)又符合人后形狀的突起，增加握起來(lái)的舒適感，如圖 12 所示。三、結(jié)語(yǔ) 雖然擁有百多年歷史的自行車(chē)設(shè)計(jì)已經(jīng)相當(dāng)成熟，現(xiàn)代自行車(chē)的造型也更加時(shí)尚。但是除了考慮造型新穎性之外，從人因工程學(xué)的角度考慮，自行車(chē)的設(shè)計(jì)仍然有很多值得改進(jìn)的地方。綜合起來(lái)有以下幾點(diǎn)：1、設(shè)計(jì)合理造型的鞍座，減輕鞍座對(duì)會(huì)陰區(qū)的壓迫。增加腰靠，減輕人腰部負(fù)荷。2、將座位放低，使車(chē)座低于車(chē)把。保持人脊柱接近自然狀態(tài)，減輕背部肌肉張力，使腰椎間盤(pán)受力均勻。3、設(shè)計(jì)平直式車(chē)把的自行車(chē)，在滿足人坐姿接近自然狀態(tài)的條件下，肘部成 90 度，小臂與手成一條直線，避免人手腕部處于尺偏或過(guò)度屈伸狀態(tài)，也避免大臂過(guò)度伸直。4、改進(jìn)手柄的設(shè)計(jì)，使用彈性更好的材料，使其握起來(lái)更舒適。 參考文獻(xiàn)1 孫林巖.人因工程(第二版)M.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社.20052 楊勤.人機(jī)系統(tǒng)適配設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)模型研究M.北京：萬(wàn)國(guó)學(xué)術(shù)出版社.20003 黃海波，丁玉