人機(jī)工程學(xué)-人在作業(yè)環(huán)境中的研究

1、人機(jī)工程學(xué)第3章人在作業(yè)環(huán)境中的研究主要內(nèi)容第1節(jié) 人體活動(dòng)的空間要求第2節(jié) 人體力學(xué)與作業(yè)研究第3節(jié) 人體作業(yè)空間尺度第4節(jié) 人在環(huán)境空間中的安全因素設(shè)計(jì)第1節(jié) 人體活動(dòng)的空間要求1.1 肢體關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍1.2 脊柱關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍1.3 身體姿態(tài)動(dòng)作活動(dòng)范圍人體活動(dòng)與動(dòng)作空間（動(dòng)態(tài)尺寸）人的動(dòng)作空間主要分為兩類(lèi)：一是人體處于靜態(tài)時(shí)的肢體活動(dòng)范圍；二是人體處于動(dòng)態(tài)時(shí)的全身動(dòng)作空間。 (1)人體處于靜態(tài)時(shí)的肢體的活動(dòng)范圍 作業(yè)域(working area) (2)人體處于動(dòng)態(tài)時(shí)的全身的動(dòng)作空間 作業(yè)空間(working space)人的動(dòng)作空間肢體活動(dòng)范圍人體活動(dòng)空間作業(yè)空間作業(yè)域人體活動(dòng)與動(dòng)作空

2、間人的肢體圍繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)而劃出的范圍，也就是肢體活動(dòng)所占用的空間范圍。肢體長(zhǎng)度和角度肢體活動(dòng)范圍：在工作和生活活動(dòng)中，人們的肢體圍繞著軀體做各種動(dòng)作，這些由肢體的活動(dòng)所劃出的限定范圍即是肢體的活動(dòng)空間。肢體的活動(dòng)空間實(shí)際上它也就是人在某種姿態(tài)下肢體所能觸及的空間范圍。作業(yè)域：（一）肢體活動(dòng)范圍（作業(yè)域）（一）肢體活動(dòng)范圍（作業(yè)域） 在布置人的工作作業(yè)環(huán)境時(shí)必須了解這些環(huán)境范圍，即肢體的活動(dòng)范圍。在工作和生活中，人們的肢體圍繞著軀體做各種活動(dòng)，這些由肢體的活動(dòng)所劃出的限定范圍即是肢體的活動(dòng)空間，它是由肢體活動(dòng)的角度及肢體的長(zhǎng)度決定的。 1、肢體活動(dòng)角度影響因素： a、肢體的活動(dòng)角度受骨骼和韌帶的限

3、制。 b、年齡、種族、性別、生活習(xí)慣也對(duì)其有影響。應(yīng)用：肢體活動(dòng)角度在解決某些問(wèn)題上有用，如視野、踏板行程、扳桿的角度等。通常情況下人的活動(dòng)不是單一的動(dòng)作，而是協(xié)調(diào)的多個(gè)關(guān)節(jié)的聯(lián)合動(dòng)作。分類(lèi)：輕松值：經(jīng)常性場(chǎng)所（最大活動(dòng)范圍的50%）正常值：一般性場(chǎng)所極限值：安全或限制性場(chǎng)所（費(fèi)力、疲勞）1.1 肢體關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍包括：肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、前臂、腕關(guān)節(jié)、 手指關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、 踝關(guān)節(jié)、足部肩關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍肘關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍腕關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍手指關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍髖關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍踝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍足部活動(dòng)范圍1.2 脊柱關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍1.3 身體姿態(tài)動(dòng)作活動(dòng)范圍（1）身體各部位重要活動(dòng)范圍 身體各部位垂直

4、面重要活動(dòng)范圍 身體各部位水平面重要活動(dòng)范圍身體各部位垂直面重要活動(dòng)范圍身體各部位垂直面重要活動(dòng)范圍身體各部位水平面重要活動(dòng)范圍身體各部位水平面重要活動(dòng)范圍（2）人體姿態(tài)動(dòng)作活動(dòng)空間 立姿、坐姿、跪姿、臥姿、活動(dòng)姿態(tài)立姿身體動(dòng)作活動(dòng)空間坐姿身體動(dòng)作活動(dòng)空間跪姿身體動(dòng)作活動(dòng)空間臥姿身體動(dòng)作活動(dòng)空間身體活動(dòng)姿態(tài)范圍空間第2節(jié) 人體力學(xué)與作業(yè)研究2.1 肌肉的特征2.2 施力作業(yè)的要求2.1 肌肉的特征肌肉的最大力量為34kg/cm2肌肉力量的大小取決于橫截面積的大小。肌肉力量的大小也取決于其收縮的長(zhǎng)度。能量的來(lái)源？2.2 施力作業(yè)的要素 1 肌肉施力的基本類(lèi)型：選擇合理的作業(yè)節(jié)奏，動(dòng)態(tài)作業(yè)可以延續(xù)

5、很長(zhǎng)時(shí)間而不產(chǎn)生疲勞。心臟的工作就是動(dòng)態(tài)作業(yè)，人的一生中，心臟不停地搏動(dòng)，心肌從不疲勞。收縮的肌肉組織壓迫血管阻止血液進(jìn)入肌肉，肌肉無(wú)法從血液得到糖和氧的補(bǔ)充，不得不依賴(lài)于本身的能量?jī)?chǔ)備。肌肉不能迅速排除代謝廢物，積累的廢物造成肌肉酸痛，引起肌肉疲勞。由于酸痛難忍，靜態(tài)作業(yè)的持續(xù)時(shí)間受到限制。肌肉有節(jié)奏地收縮和舒張，血液輸送量比平常提高幾倍，血液大量流動(dòng)不但使肌肉獲得足夠的糖和氧，而且迅速排除了代謝廢物。因此，只要選擇合理的作業(yè)節(jié)奏，動(dòng)態(tài)作業(yè)可以延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間而不產(chǎn)生疲勞。 動(dòng)態(tài)施力靜態(tài)施力2 施力問(wèn)題研究（1）靜態(tài)施力與人體反應(yīng)靜態(tài)施力舉例 通常某項(xiàng)作業(yè)既有靜態(tài)施力又有動(dòng)態(tài)施力。由于靜態(tài)施力的

6、作業(yè)方式比較費(fèi)力，因此當(dāng)兩種作業(yè)方式同時(shí)存在時(shí)，首先要處理好靜態(tài)作業(yè)。 一般的工業(yè)和職業(yè)勞動(dòng)都包括不同程度的靜態(tài)施力，例如（1）工作時(shí)，向前彎腰或者向兩側(cè)彎腰，（2）用手臂夾持物體，（3）工作時(shí)，手臂水平抬起，（4）一只腳支撐體重，另一只腳控制機(jī)器，（5）長(zhǎng)時(shí)間站立在一個(gè)位置上， 避免靜態(tài)施力人體工程學(xué)的基本設(shè)計(jì)原則a、避免彎腰或其他不自然的身體姿勢(shì)。 提高人體作業(yè)的效率，一方面要合理使用肌力，降低肌肉實(shí)際負(fù)荷;另一方面要避免靜態(tài)肌肉施力。 避免靜態(tài)肌肉施力的幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)： b、避免長(zhǎng)時(shí)間地抬手作業(yè)。 c、坐著工作比站著工作省力。 d、雙手同時(shí)操作時(shí)，手的運(yùn)動(dòng)方向應(yīng)相反或?qū)ΨQ(chēng)運(yùn)動(dòng)，單手作業(yè)本身

7、就造成背部肌肉靜態(tài)施力 工作椅的坐面高度調(diào)到使操作者能十分容易地改變站和坐姿勢(shì)的高度，可以減少站起和坐下時(shí)造成的疲勞，尤其對(duì)于需要頻繁走動(dòng)的工作，更應(yīng)如此設(shè)計(jì)工作椅。 e、作業(yè)位置（作臺(tái)的臺(tái)面或作業(yè)的空間）高度應(yīng)按工作者的眼睛和觀察時(shí)所需的距離來(lái)設(shè)計(jì)。 f、常用工具，如鉗子、手柄、工具和其他零部件、材料等，都應(yīng)按其使用的頻率或操作頻率安放在人的附近。 作業(yè)位置的高度保證姿勢(shì)自然，身體稍微前傾，眼睛正好處在觀察時(shí)要求的距離。還采用了手臂支承，以避免手臂肌肉靜態(tài)施力。 g、當(dāng)手不得不在較高位置作業(yè)時(shí)，應(yīng)使用支承物來(lái)托住肘關(guān)節(jié)、前臂或者手。 h、支持肢體 當(dāng)手中雖然樂(lè)捏著一根25g的雞毛，但同時(shí)支持

8、著公斤的整個(gè)手臂。避免長(zhǎng)時(shí)間的敬禮姿勢(shì)以及越過(guò)頭頂?shù)牟僮鳌?（2）手腳施力特點(diǎn)a 手部施力特點(diǎn)b 腳部施力特點(diǎn)（3） 人體動(dòng)態(tài)施力的安全因素A 肌肉施力a. 對(duì)于任何形式的人體活動(dòng)，哪種方式產(chǎn)生的肌力最大，就以哪種方式進(jìn)行施力活動(dòng)。b. 應(yīng)使肌肉處于其自然狀態(tài)的長(zhǎng)度。c、利用重力作用 當(dāng)一個(gè)重物被舉起時(shí)，肌肉必須舉起手和臂本身的重量。所以，應(yīng)當(dāng)盡量在水平方向上移動(dòng)重物，以及考慮到利用重力作用。 要改變物體的位置從高到低時(shí)，采用自由下落式方法。 人的脊柱為S曲線形，12塊胸椎骨組成稍向后凹的曲線，5塊腰椎骨連結(jié)成向前凸的曲線，每?jī)蓧K脊椎骨之間是一塊推間盤(pán)。B、提起重物a. 椎間盤(pán)問(wèn)題 脊柱承受的

9、重量負(fù)荷由上至下逐漸增加，第5塊腰椎處負(fù)荷最大。 人體本身的負(fù)荷加在腰椎上，在作業(yè)、尤其在提起重物時(shí)，加在腰惟的負(fù)荷與人體本身負(fù)荷共同作用，使腰椎承受了極大的負(fù)擔(dān)，因此人們的腰病發(fā)病率極高。用不同的方法來(lái)提起重物，對(duì)腰部負(fù)荷的影響不同。 直腰彎膝提起重物時(shí)椎間盤(pán)內(nèi)壓力較小彎腰直膝提起重物必須保持直腰姿勢(shì) (1)抓穩(wěn)重物，提起時(shí)保持直腰彎膝。(2)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使重物的抓握部位高干地面4050厘米，應(yīng)有把手。C、重心問(wèn)題第3節(jié) 人體作業(yè)空間尺度3.1 作業(yè)空間設(shè)計(jì)的基本原則3.2 環(huán)境空間中的作業(yè)類(lèi)型3.3 作業(yè)行為對(duì)環(huán)境空間的尺度要求作業(yè)空間設(shè)計(jì)的有關(guān)概念作業(yè)空間 人在從事某項(xiàng)作業(yè)時(shí)，為完成該項(xiàng)工作

10、，人體所必須的活動(dòng)范圍或空間。人的操作活動(dòng)范圍機(jī)器的顯示器和控制器的范圍作業(yè)空間設(shè)計(jì)的有關(guān)概念 （1）近身作業(yè)空間。指作業(yè)者在某一固定的工作崗位上保持站姿或坐姿等一定的工作姿勢(shì)時(shí)，由于人體的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的尺寸限制，作業(yè)者為完成作業(yè)所涉及的空間范圍。 （2）個(gè)體作業(yè)場(chǎng)所。指作業(yè)者周?chē)c作業(yè)有關(guān)的、包含設(shè)備因素在內(nèi)的作業(yè)區(qū)域，簡(jiǎn)稱(chēng)為作業(yè)場(chǎng)所。如電腦、計(jì)算機(jī)桌、電腦椅就構(gòu)成一個(gè)完整的個(gè)體作業(yè)場(chǎng)所。與近身作業(yè)空間相比，更為復(fù)雜，還包括了相關(guān)設(shè)備所需的場(chǎng)地。 （3）總體作業(yè)空間。多個(gè)相互聯(lián)系的個(gè)體作業(yè)場(chǎng)所布置在一起就構(gòu)成了總體作業(yè)空間。總體作業(yè)空間不是直接的作業(yè)場(chǎng)所，它更多地強(qiáng)調(diào)多個(gè)個(gè)體作業(yè)場(chǎng)所之間尤其是

11、多個(gè)作業(yè)者之間的相互關(guān)系。作業(yè)空間設(shè)計(jì)的有關(guān)概念作業(yè)空間設(shè)計(jì) 狹義：合理設(shè)計(jì)工作崗位空間，以保證作業(yè)者安全、舒適、高效工作。 廣義：按照作業(yè)者的操作范圍、視覺(jué)范圍、作業(yè)姿勢(shì)等生理、心理因素對(duì)作業(yè)對(duì)象、機(jī)器設(shè)備、工具等進(jìn)行合理的空間布局，給人、物等確定最佳（合理）的流通路線和占有區(qū)域，以提高系統(tǒng)的可靠性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性。3.1 作業(yè)空間設(shè)計(jì)的基本原則1. 工作空間要適合操作者，便于操作者使用2. 使用合理工作姿勢(shì)，提高工作效率，減少身體疲勞3. 良好的身體動(dòng)作4. 工作環(huán)境設(shè)計(jì)的要素3.2 環(huán)境空間中的作業(yè)類(lèi)型（1）決定作業(yè)姿勢(shì)的因素 操作者在作業(yè)過(guò)程中，通常采用坐姿、立姿或坐立交替相結(jié)合姿勢(shì)，

12、也有一些特殊作業(yè)采用跪姿和臥姿。在作業(yè)中使用良好的作業(yè)姿勢(shì)可使作業(yè)者時(shí)刻處于輕松的狀態(tài)。在確定作業(yè)姿勢(shì)時(shí)，主要考慮以下因素： 1.作業(yè)空間的大小和照明條件； 2.作業(yè)負(fù)荷的大小和用力方向； 3.作業(yè)場(chǎng)所各種儀器、機(jī)具和加工件的擺放位置； 4.作業(yè)臺(tái)高度及有沒(méi)有容膝空間； 5.操作時(shí)的起坐頻率等因素。坐姿作業(yè) 坐姿是指身軀伸直或稍向前傾角為1015，上腿平放，下腿一般垂直地面或稍向前傾斜著地，身體處于舒適狀態(tài)的體位。 坐姿作業(yè)特點(diǎn)：不易疲勞，持續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)；身體穩(wěn)定性好，操作精度高；手腳可以并用作業(yè)；腳蹬范圍廣，能正確操作。 人體最合理的作業(yè)姿勢(shì)就是坐姿作業(yè)。 應(yīng)采用坐姿作業(yè)：精細(xì)而準(zhǔn)確的作業(yè)；

13、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的作業(yè)；施力較小的作業(yè)；需要手、足并用的作業(yè)。 （2）作業(yè)姿勢(shì)的種類(lèi)坐姿作業(yè)空間設(shè)計(jì) （1）工作面高度和寬度工作類(lèi)型對(duì)男性的推薦高度對(duì)女性的推薦高度精密工作90011008001000輕作業(yè)740780700740用力作業(yè)680650坐著工作時(shí)推薦的工作面高度/mm工作面寬度視作業(yè)功能要求而定:一般若單供靠肘之用，最小寬度為100mm，最佳寬度為200mm；僅當(dāng)寫(xiě)字用時(shí)，最佳寬度為400mm；工作面板的厚度一般不超過(guò)50mm，以便保證大腿的容膝空間。（2）作業(yè)范圍水平作業(yè)范圍平面正常范圍和最大范圍，以及斯夸爾斯提出的正常范圍/cm（2）作業(yè)范圍垂直作業(yè)范圍立體作業(yè)范圍 坐姿作業(yè)時(shí)手

14、的垂直作業(yè)范圍/mm坐姿上肢運(yùn)動(dòng)范圍坐姿立體作業(yè)范圍()坐姿人體尺寸和工作面高度、座椅高度的關(guān)系示意圖（3）容膝、容腳空間尺寸部位最小尺寸最大尺寸a 容膝孔寬度5101000b 容膝孔高度640680c 容膝孔深度460660d 大腿空隙200240 e 容腿孔深度6601000容膝空間尺寸/mm（4）椅面高度及活動(dòng)余隙 座椅的椅面高度一般略低于小腿高度，以便使全部腳掌著地支撐下肢重量，方便下肢移動(dòng)，減少臀部壓力，避免椅子前沿壓迫大腿。 座椅放置空間的深度距離（臺(tái)面邊緣到固定壁面的距離），至少應(yīng)在810mm以上，以便作業(yè)者起身與坐下時(shí)移動(dòng)椅子。 座椅放置空間的寬度距離應(yīng)保證作業(yè)者能自由的伸展手

15、臂，座椅的扶手至側(cè)面的距離應(yīng)大于610mm。（5）腳作業(yè)空間蹬力較大的腳操作器作業(yè)空間蹬力較小的腳操作器作業(yè)空間例：電腦操作的作業(yè)空間設(shè)計(jì)眼-視屏手-鍵盤(pán)人-座椅腳-地板一、眼-視屏界面 人眼與視屏的關(guān)系： 人眼與視屏應(yīng)保持一定距離，以保證不受電子射線的傷害。 屏幕越大視距應(yīng)越遠(yuǎn)，取600-700mm。 顯示器的擺放： 人在坐姿時(shí)的自然視線是與水平視線成向下的15夾角，為獲得最佳的觀察精度，顯示器表面應(yīng)與視線近似垂直。 故顯示器表面應(yīng)稍向后仰，大約1015夾角。 選用可調(diào)顯示器 建議可調(diào)高度為180mm 可調(diào)角度為-5- +15二、手-鍵盤(pán)界面 應(yīng)使上臂自然下垂,上臂與前臂之間70- 90的角

16、度，手和前臂呈一直線，腕部向上不超過(guò)20。選擇高度可調(diào)的平板放置鍵盤(pán)，鍵盤(pán)的傾斜度在5- 15內(nèi)可調(diào)。 可設(shè)置腕墊，預(yù)防手腕疲勞綜合癥。三、人-椅界面 采用可調(diào)座椅，使作業(yè)者保持正確坐姿。四、腳-地板界面 臺(tái)、椅、地三者間高度比例合適，使作業(yè)者腳能平放，大腿不上抬。五、其它 光源放置合理，避免光線經(jīng)顯示器反射進(jìn)入人眼引起眩光。 桌面色彩和屏幕色彩明暗對(duì)比不易太大，桌面宜采用白、淺蘭、淺灰等柔和的淺色調(diào)。立姿作業(yè) 立姿通常是指人站立時(shí)上體前屈角小于30時(shí)所保持的姿勢(shì)。立姿作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)如下： a 立姿作業(yè)的優(yōu)點(diǎn) 可活動(dòng)的空間增大；需經(jīng)常改變體位的作業(yè)，立位比頻繁起坐消耗能量少；手的力量增大，即

17、人體能輸出較大的操作力；減少作業(yè)空間，在沒(méi)有坐位余地的場(chǎng)所，以及顯示器、控制器配置在墻壁上的情況，立姿更好。（2）作業(yè)姿勢(shì)的種類(lèi)立姿作業(yè) b 立姿作業(yè)的缺點(diǎn) 不易進(jìn)行精確和細(xì)致的作業(yè)；不易轉(zhuǎn)換操作；立姿時(shí)肌肉要做出更大的功來(lái)支持體重，容易引起疲勞；長(zhǎng)期站立容易引起下肢靜脈曲張等。 立姿操作使用環(huán)境：需經(jīng)常改變體位的作業(yè)；工作地的控制裝置布置分散，需要手、足活動(dòng)幅度較大的作業(yè)；在沒(méi)有容膝空間的機(jī)臺(tái)旁作業(yè)；用力較大的作業(yè)；單調(diào)的作業(yè)。（2）作業(yè)姿勢(shì)的種類(lèi)立姿作業(yè)空間設(shè)計(jì)（1）工作面高度工作面調(diào)整的高度工作類(lèi)型對(duì)男性的推薦高度對(duì)女性的推薦高度精密工作100-11095-105輕度工作90-9585-

18、90重工作75-9070-85立姿工作時(shí)推薦的工作面高度/cm身高作業(yè)面高度作業(yè)面的高度與身高的關(guān)系/cm（2）作業(yè)范圍立姿作業(yè)的作業(yè)范圍/（3）工作活動(dòng)余隙余隙類(lèi)型最小值推薦值站立用空間（工作臺(tái)至身后墻壁的距離）760910身體通過(guò)的寬度510810身體通過(guò)的深度（側(cè)身通過(guò)的前后間距）330380行走空間寬度305380容膝空間200容腳空間150150過(guò)頭頂余隙20302100立姿作業(yè)活動(dòng)余隙設(shè)計(jì)參考尺寸/mm（4）立姿作業(yè)空間垂直方向布局設(shè)計(jì)控制器種類(lèi)推薦值報(bào)警裝置1800極少操縱的手控制器和不太重要的顯示器16001800常用的手控制器、顯示器、工作臺(tái)面等7001600不宜設(shè)計(jì)控制器5

19、00700腳控制器0500立姿作業(yè)空間垂直方向布局尺寸/mm坐、立交替的作業(yè) 某些作業(yè)并不要求作業(yè)者始終保持立姿或坐姿，在作業(yè)的一定階段，需交換姿勢(shì)完成操作。這種作業(yè)姿勢(shì)稱(chēng)為坐、立交替的作業(yè)姿勢(shì)。 采用這種作業(yè)姿勢(shì)既可以避免由于長(zhǎng)期立姿操作而引起的疲勞，又可以在較大的區(qū)域內(nèi)活動(dòng)以完成作業(yè)，同時(shí)穩(wěn)定的坐姿可以幫助作業(yè)者完成一些較精細(xì)的作業(yè)。 坐、立交替作業(yè)的作業(yè)面按立姿作業(yè)設(shè)計(jì)，座椅面高度應(yīng)與作業(yè)面高度相匹配，因此應(yīng)提高座椅高度。一般使人坐在椅面上雙腳剛好著地。該類(lèi)座椅一般設(shè)計(jì)成可調(diào)的。 坐立姿交替作業(yè)空間設(shè)計(jì)坐立交替工位設(shè)計(jì)(cm) 在設(shè)計(jì)坐-立交替的工作面時(shí)，工作面的高度以站立時(shí)的工作高度為

20、準(zhǔn)，椅子高以680780cm為宜，同時(shí)提供腳踏板，使人坐著工作時(shí)腳有休息的地方，否則人們很難工作持久。3.3 作業(yè)行為對(duì)環(huán)境空間的尺度要求 1. 作業(yè)空間構(gòu)成的主要因素 2. 不同類(lèi)別作業(yè)空間的尺度需求 人體動(dòng)作空間尺度需求 人體行走活動(dòng)空間尺度 人體站姿活動(dòng)空間尺度 人體跪、俯、臥、坐活動(dòng)空間尺度 人體持物站姿活動(dòng)空間尺度 辦公空間尺度第4節(jié) 人在環(huán)境空間中的安全因素設(shè)計(jì)4.1 受限空間中的作業(yè)方式4.2 安全距離與防護(hù)設(shè)計(jì)4.3 環(huán)境空間中的安全設(shè)計(jì)4.1 受限空間中的作業(yè)方式（1）受限作業(yè)空間設(shè)計(jì)受限作業(yè)的空間尺寸/mm（2）維修空間設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)工具尺寸和使用方法限定的維修空間/mm 由上肢和零件尺寸限定的維修空間/mm4.2 安全距離與防護(hù)設(shè)計(jì)4.3 環(huán)境空間中的安全設(shè)計(jì)出