关于雨伞的人机分析与设计

课程设计设计课题关于雨伞的人机分析与设计系部班级所属专业学生姓名指导教师设计时间湖南工学院安全人机工程课程设计关于雨伞的人机分析与设计[摘要]：雨伞是生活中必备的日常生活工具，雨伞的基本功能是要满足人在雨中的遮雨要求，雨伞中包含了很多基本的人机工程学原理，运用安全人机工程学的基本原理和其他相关的科学知识，通过查阅书籍和实际的运用，分析雨伞系统中的人的生理和心理特征、机的工作特性以及人机结合面的特点，合理匹配人机功能，力求分析清楚雨伞中的人机关系，并且根据这些人际关系分析设计出一把既符合人机工程学要求又满足大部分人群使用的雨伞。分析得出现实中的雨伞面积和伞柄的长度都较正常的人机要求偏低。在设计过程中，充分考虑人机关系，人的生理和心理特征，以及阴雨天气的外部环境、携带、美观等因素，力求将雨伞的功能达到最合理化，以此提高人们的生活品质。关键词：雨伞；人机分析与设计；人机功能匹配；生活品质湖南工学院安全人机工程课程设计Onman-machineAnalysedandDesignedOfUmbrella【ABSTRACT】：Umbrellaisanessentialtoolinlive,thebasicfunctionofumbrellatomeetpeopleintherain,intheumbrellacontainmanybasicergonomicprinciples,usesafetyergonomicsprincipleandotherrelatedknowledgeofscience,accesstobooksandpracticaluseofthesystem,analyzestheumbrellaife,ofphysiologicalandpsychologicalcharacteristics,thecharacteristicsandthecharacteristicsofcombininghuman-machine,reasonablematching,analysisofman-computerfunctionofhumanrelations,andumbrellaaccordingtotheserelationshipswithahandfulofanalysisanddesignrequirementsandergonomicsmeetmostpeopleuseanumbrella.Analysisoftherealityoftheumbrellaandumbrellahandlesallthelengthofnormalhumanrequirements.Inthedesignprocess,fullyconsidered,man-machinerelationshipofthephysiologicalandpsychologicalcharacteristics,andwetweatherexternalenvironmentfactors,carry,beautiful,strivingtoreachtherationalizationofthefunctionofumbrella,improvingpeople'squalityoflife.[Keywords]:Umbrella；Man-machineanalysis；Man-machinematchingfunction；Qualityoflife湖南工学院安全人机工程课程设计目录1．前言.............................................................12人和雨伞的人机关系...............................................22.1人与雨伞的人机关系分析......................................22.2人机功能匹配...............................................23.雨伞的分析与设计.................................................43.1有关数据.....................................................43．2伞顶的分析与设计..........................................53．2．1伞顶的倾斜度........................................53．2．2伞顶的面积...........................................63．2．3伞布.................................................73．3伞柄的分析与设计.........................................103．3．1人的最佳手功能高...................................103．3．2人的最佳视野范围....................................113．3．3心理修正量和功能修正量..............................123．3．4综合分析与设计.....................................133．3．5折叠伞的伞柄分段....................................163.4伞把的分析与设计............................................163.5雨伞人机工程的其他方面.....................................174结束语...........................................................19参考文献...........................................................20湖南工学院安全人机工程课程设计11．前言雨伞自古至今就是人们生活中的必备用具，是雨天出行的必备物件，中国古代的雨伞以实用为主，伞的面积大并且用竹材或木材制作而成，虽然结实实用，但是笨重且不易于携带。随着科技的发展和人文科学的发展，人们开始寻求一种既方便实用又美观和便于携带的雨伞。二十一世纪是以人为本的世纪，以人为本不仅体现在社会的体制和社会的氛围，更是体现在人么日常生活中的方方面面。阴雨天气是不可避免的事情，衣物被雨水打湿让人们心情变糟，进而影响人们的生活质量。同时伞的用处已经不仅仅试遮雨，防紫外线的遮阳伞，纸制的旅游伞等等。无论伞的用途是什么，它的主要功能没有变，就是将人的身体置于伞的遮挡之下。但是现行的雨伞总会有一些不尽人意的地方，在保持原有雨伞的优点的同时，加以人机工程的考虑，使之更加适合人们的需求，满足人们对于雨伞不断变化的需求。安全人机工程学是从安全的角度和着眼点，运用人机工程学原理和方法去解决系统中的人机结合面的安全问题的一门新兴学科，是人机工程学的一个应用学科分支。人机工程学是根据人的心理、生理和身体结构等因素，研究系统中人、机、环境相互间的合理关系，以保证人们安全、健康、舒适的工作，并取得满意的工作效果的一门科学。可知人机工程学的研究目的是为保证人们安全、健康、舒适的工作。湖南工学院安全人机工程课程设计22人和雨伞的人机关系2.1人与雨伞的人机关系分析雨伞的功能是遮挡雨水以保证人和物不被雨水淋湿，同时不遮挡人的正常视野以及是人不会举雨伞而造成手臂疲劳。所以人与雨伞的人机关系可以如图2-1表示人工作部分连接部分控制部分人与伞顶的人机关系伞顶的面积伞顶的倾斜度伞布的颜色人与伞柄的人机关系人的功能和心理修正量人的视野范围人的手举功能高其它人与伞把的人机关系人工作部分连接部分控制部分人与伞顶的人机关系伞顶的面积伞顶的倾斜度伞布的颜色人与伞柄的人机关系人的功能和心理修正量人的视野范围人的手举功能高其它人与伞把的人机关系图2-1人与雨伞的人机关系图由图可知：人和雨伞的人机关系由：人—伞顶、人—伞柄、人—伞把三个部分决定，其中伞顶是遮雨部分（也就是工作部分）、伞柄是连接部分、伞把是控制部分。2.2人机功能匹配所谓人机功能匹配，就是对人合计的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当地分配给人机。雨伞的人机功能匹配主要针对雨伞的人机功能设计，以达到最佳功能状态，及最大适宜人的使用。伞顶部分又由伞顶的面积、伞顶的倾斜度和伞布的颜色三个部分组成，其中伞顶的面积直接决定雨伞遮挡面积，伞的倾斜度与雨水的下泄有直接关系，若雨水不能及时下泻，则会导致雨伞的重量增加，，同时还可能导致雨水渗透伞布，滴到人的身上，伞布的颜色有很大的作用，首先它是影响人心情的重要因素，同时它又是阴雨天气影响安全的一个因素，因为明亮的颜色能引起他人注意，能有效避免撞到和交通事故伞柄是连接雨伞与伞把的部分，主要的功能是使人的头不被雨伞碰到，同湖南工学院安全人机工程课程设计3时保持人的眼睛有一个正常的视野范围，伞柄的长短直接影响人的手举高度，若过短则会导致手举的过高，造成手臂疲劳，若过长，则会影响伞的成本和携带。伞把是人掌握雨伞的关键部分，它要符合人手的人机工程特点，这样人的手不会因为握伞把而疲劳或易滑。湖南工学院安全人机工程课程设计43.雨伞的分析与设计3.1有关数据设计的有关数据与数据主要来自GB/T10000—1988《中国成年人人体尺寸》、GB/T13547—1992《工作空间人体尺寸》、《机械设计手册》第5版，所用数据如下列表格所示表3-1人体主要尺寸表3-2立姿人体尺寸湖南工学院安全人机工程课程设计5表3-3人体水平尺寸3．2伞顶的分析与设计伞顶是伞的遮雨功能的唯一途径，也是伞的功能的主要体现。关于伞顶主要讨伞顶的倾斜度，伞顶的面积和伞布的选择三个方面。3．2．1伞顶的倾斜度伞顶的倾斜度主要考虑的是雨水的下泻问题，既要使得雨水充分下泻又不能湖南工学院安全人机工程课程设计6减小伞的使用面积。根据建筑学原理,选取中间平四周倾斜的设计方案,这样既能增大面积又可通过四周的倾斜满足雨水的下泻。四周的倾斜度可参考建筑学内关于屋顶倾斜度的原理。根据建筑学关于屋顶排水设计的要求和流体力学中流体的性质选取20°作为边缘倾斜度。同时由于人的单手举力的持久性较固定建筑物弱，所以选择倾斜度应比房屋的倾斜度大一些，应加上5°的修正量，综上所述，具体的倾斜度应该是25°左右。3．2．2伞顶的面积伞顶的面积主要考虑的是伞的这与范围是否满足遮雨的要求，也就是伞的以伞撑开边缘为基准的圆形面积。按上文分析应该有平顶面积和倾斜面积两部分来决定。而伞的面积在人机工程里主要考虑的方面是人体的立姿旋转范围（主要考虑的是人的肩宽，胸宽等），人的脚步步幅，及人的单手常用作业范围（考虑到是人要拿东西或者做危险性比较低的事情，而做危险性较高的事情时应穿雨衣或者专业的雨衣）。首先考虑人的立姿旋转范围，雨伞是通用的一般产品，应满足绝大部分人的需求，所以应取肩宽的第99个百分位，由《人体水平尺寸》可知：最大肩宽的第99个百分位数是48.6㎝。所以取Sa=48.6㎝÷2=24.3cm作为立姿旋转半径参数，衣裤的功能修正量△f取1.3cm，避雨的心理修正量△p取5cm。则人体立姿最小旋转半径和最佳半径为：Smin=Sa+△f=24.3cm+1.3cm=26.8cmSopm=Sa+△f+△p=24.3cm+2.5cm+5cm=30.6cm旋转面积为S=30.6cm×30.6cm×∏≈2942cm2其次是人的脚步步距，按照3步一米的一般步距来计算人的步距应是33.4cm，所以脚步活动范围是33.4cm×33.4cm×∏≈3505cm²湖南工学院安全人机工程课程设计7图3-1双手动作关联作业区域图最后应考虑人的手常用作业范围。由上图可知：正常手的作业半径为39