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5.1作业空间概述人与作业器具共同完成任务是在一定的作业空间进行的。人、机所占的空间称为作业空间。按作业空间包含的范围，可把它分为近身作业空间、个体作业场所和总体作业空间。1.近身作业空间近身作业空间指作业者在某一位置时，考虑身体的静态和动态尺寸，在坐姿或站姿状态下，其所能完成作业的空间范围。近身作业空间包括3种不同的空间范围：(1)在规定位置上进行作业时，必须触及的空间，即作业范围；(2)人体作业或进行其他活动时(如进出工作岗位，在工作岗位进行短暂的放松与休息等)人体自由活动所需的范围，即作业活动空间；(3)为了保证人体安全，避免人体与危险源(如机械传动部位等)直接接触所需要的安全防护空间距离。2.个体作业场所个体作业场所指操作者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域，如汽车驾驶室。在作业场所的设计中，除了要保证近身作业空间外，还要考虑到信息显示器、操纵控制器的安排设置，以使操纵者能够适宜地获取信息、进行操作。3.总体作业空间不同的个体作业场所的布置构成总体作业空间。总体作业空间反映的是多个作业者或使用者之间作业的相互关系，如一条生产线、一间办公室等。作业空间设计，从大的范围来讲，就是组织生产、生活现场，把所需要的机器、设备和工具，按照生产任务、工艺流程的特点和人的操作要求进行合理的空间布局。给人、物等确定最佳的流通路线和占有区域，提高系统总体可靠性和经济性。从小的范围来讲，就是合理设计工作岗位，以保证作业者安全、舒适、高效工作。5.2近身作业空间设计5.2.1近身作业空间设计应考虑的因素1.作业特点人们所从事的工作内容和性质往往有很大差别。性质和内容不同的工作，对作业空间的要求也会有所不同：体力作业比脑力作业的作业空间大，动态作业比静态作业的作业室间大，高温作业比常温作业的作业空间大。例如，车床操作工作所要求的作业室间应比汽车、飞机驾驶员的作业空间大得多。总之，作业空间的大小尺寸与构成特点，都必须首先服从工作需要，要与工作性质和工作内容相适应。2.人体尺度作业空间设计必须参照人体尺度数据，特别是在一些空间受限制的作业环境中。作业空间设计中，有时要以使用者总体的第5百分位数的人体尺度为依据，如楼梯踏级宽度；有时要以使用者总体的第50百分位数或平均人体尺度为依据，例如工作面高低；有时要以使用者的第95百分位数的人体尺度为依据，如座位宽度、门框大小等。有的作业空间则必须参照功能人体尺度来设计。有些特殊作业空间吗，还需根据特定人体尺寸来设计。需要注意的是，人体尺度一般是在不着衣或只穿单衣的条件下测量的，而人们在工作中往往要穿上工作服和防护服，设计时须予以考虑。3.作业姿势人们在工作中，通常采用的姿势有3种，即坐姿、立姿和坐立交替结合姿势。某些特殊情况下，例如车辆检修、设备维修等，有时采取卧姿、跪姿或俯姿进行工作。显然，采用不同的姿势需要占用的空间不同。因而在设计作业空间时，必须对操作者的作业姿势有所考虑。4.个体因素设计作业空间还应考虑使用者性别、年龄、人种、体型因素的差异。如男性身体尺度一般大于女性，专供女性使用的作业空间可比男性专用或男女通用的作业空间设计得小一点；不同年龄阶段使用的作业空间应有不同要求；黄种人躯干对四肢长度的比值大于白种人，但在身体骨架大小、体重、肢体力量等方面不如白种人，因此为不同人种使用的作业空间设计，上下左右空间应按美国人体尺寸设计，而对坐高的设计应以中国人体尺寸为依据。5.维修活动在许多人机系统中，需要定期检修或更换机器部件。设计操作工位的作业本间时，必须考虑到维修活动对作业空间的需要，维修活动空间是根据维修中的位置来考虑的。需维修的部件可能在机器的内部，也可能在机器的外部或后侧部。工位设计和机器布置时应为维修机器的各种部件留出维修活动所必需的活动空间。5.2.2坐姿作业空间坐姿作业是人体常用的操作姿态，具有持续长工作时间不易疲劳、身体稳定性好、操作精度高、手脚可以并用作业等优点。因此坐姿适合以下作业：精细作业，如书写、计算机操作、小部件的装配；施力较小的作业(提重物时不大于4.5kg)；所需的工具、材料等在坐姿状态下易于拿到的作业。缺点是长时间的坐姿，尤其是不正确的坐姿会对腰部产生不利影响。1.上肢作业空间坐姿作业通常在作业面以上进行，作业空间的范围主要由上肢伸展的范围决定，这一范围又由上肢伸展的方向和所要完成任务的性质决定。随作业面高度、手偏离身体中线的距离及手举高度的不同，其舒适的作业范围也在发生变化。如手处于身体中线处，直臂抓握式作业的区域由肩关节转轴高度及该转轴到手心距离决定：直臂接触式作业的区域则由肩关节转轴高度及该转轴到指尖距离决定(图5.1、图5.2)。此外还要受到其他约束条件和着装的影响。图5.1男女坐姿垂直面作业区域(mm)来源：曹琦，人机工程设计，成都西南交通大学出版社，1988，根据图7.11重新绘制图5.2男子上肢水平面作业区域(mm)来源：周美玉，工业设计应用人类工效学。北京中国轻工业出版社，2001，根据图5-5重新绘制坐姿作业面的高度设计，应遵循以下基本原则：作业面的高度应能使人的上臂自然下垂，处于舒适放松的状态，下臂一般应接近水平状态或略下斜，因此作业面的高度应该设计为在工作时肘部所必的高度；作业面的高度使其下部的高度应该提供足够的大腿空间，应高于两腿交叉时的膝高，使膝部可上下活动；如果可能，应该把作业面设计为可调的，以满足尺度不同的作业者(表5.1)。2.下肢作业空间与手操作相比，脚的操作力大，但精确度差，且活动范围较小。一般脚操作限于踏板类装置。正常的脚作业空间位于身体前侧，座高以下的区域，其舒适的作业空间取决于身体尺寸与动作的性质(图5.3)。图5.3脚作业区域5.2.3立姿作业空间相对于坐姿而言，立姿作业具有以下优点：可活动空间增大，适合来回走动和经常变换体位的作业，如纺织挡车工、普通车床的操作等；上肢力量增大，人体能输出较大的操纵力；不需要容膝空间，相对坐姿所需的作业空间更小。因此立姿作业适合于频繁的、短期的、中体力或重体力的作业。但其缺点是相对于坐姿容易疲劳。立姿作业一般允许作业者自由地移动身体，但其作业空间仍受到一定的限制，如应避免伸臂过长的抓握、蹲身或屈曲、身体扭转及头部处于不自然的位置等(图5.4立姿作业区域)。立姿作业空间同样受到上肢伸展方向、任务性质和着装等因素的影响。此外，还要考虑操作者的性别、年龄、种族、残疾等因素。实际中常根据操作者人群第5百分位的值来设计，使产品可满足95%的人。立姿作业面高度的设计要素与坐姿相似，基本原则与坐姿作业面高度设计相同(图5.5)图5.5立姿作业面高度(a)精密作业(b)一般作业(c)重荷作业图中，零位线为肘高，我国男性肘高均值为1020mm，女性为960mm.5.2.4坐立姿交替作业空间坐立姿交替作业常用于同时要求坐和立两种作业方式的场合，如既要求坐姿的稳定体位以提高操作的精确度，又要求体位易于改变的作业场合。坐立交替的作业姿势可以避免由于长时间站姿操作而引起的疲劳，又可以在较大的区域内活动以完成作业，同时稳定的坐姿可以帮助作业本完成一些较精细的作业。但坐立姿交替作业姿势只适合一些特殊的场合，如需要重复前伸超过41cm或高于15cm的操作等。坐立姿交替作业空间需要综合坐姿和立姿的特点，因此设计时在水平面上可参照坐姿的作业空间尺寸，在垂直面上可参照站姿的作业空间尺寸。同时为了兼顾坐姿与立姿的舒适，坐立姿交替作业的作业面相对较高，坐面也需相应提高。一般水平台面的高度为914～965mm，相应的座高为508～762mm，此外距离坐面下约457mm的位置应设计脚踏，以避免坐姿时双脚悬垂。5.2.5其他姿势作业空间除了坐姿、立姿和坐立姿交替3种姿势外，作业者有时还需采用跪姿、俯卧姿、爬姿等一些特殊姿势进行作业。跪姿、俯卧姿、爬姿，包括坐姿、立姿、坐立姿交替的人体尺度数据，可通过GB/T13547一一1992《工作空间人体尺寸》查询和计算。有时作业者还必须在限定的空间中作业，如管道内维修等。为了保证作业者的正常作业，应根据作业特点和人体尺寸确定受限作业空间的最低尺寸要求，一般根据第95百分位或更高百分位数的人体测量数值进行设计，还应考虑不同季节、不同要求的着装对操作的影响(图5.6，图中代号所示尺寸见表5.2)。具体可参照GB/T18717.12002《用于机械安全的人类工效学设计第1部分：全身进入机械的开口尺寸确定原则》，GB/T18717.2-2002《用于机械安全的人类工效学设计第2部分：人体局部进人机械的开口尺寸确定原则》和GB/T18717.3-2002《用于机械安全的人类工效学设计第3部分：人体测量数据》。此外，作业空间还包括作业者需要经过的通道，其设计原则与受限作业空间的设计相同（图5.7，图中代号所示尺寸见表5.3）。此外，作业空间的设计还可以参考GB/T14776-1993《人类工效学工作岗位尺寸设计原则及其数值》。5.3作业场所布置原则作业场所的布置是在限定的作业空间内，设定合适的作业面后，显示器与控制器(或其他作业设备、元件)的定位与安排。对于一个作业场所而言，由于设施众多，不可能每一设施都处于其本身最理想的位置，这时必须依据一定的原则来安排。从人机系统整体来看，最重要的是保证方便、准确操作。1.重要性原则根据人、机之间所交换信息的重要程度设计产品，将最重要的设施布置在离操作者最近或最方便的位置，保证操作者对重要信息和操作的准确和效率。2.使用频率原则根据人、机之间信息交换频率布置机器。将信息交换频率高的设施布置在操作者近处，便于操作者观察和操作。3.功能原则根据产品的功能进行布置，把具有相同或同类功能的设施布置在一定区域内，以便于操作者学习、记忆和管理。4.使用顺序原则根据人操作产品或观察显示器的顺序规律布置设施，可使操作者作业方便、高效。例如，开关电源、启动机床、看变速标牌、变换转速等。在进行系统中各种设施布置时，需要综合考虑以上原则。通常，重要性和频率原则主要用于作业场所内设施的区域定位阶段，而使用顺序和功能原则侧重于某一区域内各设施的布置。有研究表明，按使用顺序原则布置设施，执行时间最短。5.4总体作业空间设计的依据总体作业空间设计随设计对象的性质不同有所差别。对生产企业来讲，总体作业空间设计与企业的生产方式直接相关。如流水生产企业中，车间内设备按产品加工顺序逐次排列；成批生产企业中，(如机械行业)同种设备和同种工人布置在一起。总之，作业空间设计时应结合操作任务要求，以人为主体进行设计。也就是首先考虑人的需要，为操作者提供舒适的作业条件，再将相关的设施进行合理的排列布置。6章作业环境设计人的各种作业都是在一定环境下进行的，作业环境包括照明、温度、湿度、噪声、振动、空气，乃至重力、加速度、辐射等众多因素。这些因素的差异可能导致作业者感到舒适或不舒适、甚至难以忍受，关系到作业者的安全和健康，进而影响到作业的质量和效率。因此在进行人机工程设计时，除了协调人与产品之间的关系外，还要营造一个使人舒适而又有利于作业的环境，使人一机一环境系统达到最佳状态。本章主要讨论温热、噪声、照明和振动环境对作业者和作业的影响，以及如何对这些环境条件进行改善。6.1热环境及其设计6.1.1热环境与人体热平衡作业区的热环境是决定人的作业效能和健康的重要影响因素。人所处的热环境条件主要包括空气的温度、湿度、风速和热辐射这4种物理因素。另一方面，为了使人对该热环境感到舒适，必须考虑人所具有的特性，在上述4种物理因素外，还要加入人体代谢量和着衣量，一般将这6种因素称为热环境六因素。热环境的各因素是互相影响和补偿的，某一因素变化对人体造成的影响，常可由另一因素的相应变化来补偿。例如，温度、湿度的增高所带来的影响在一定范围内可由风速的增大来抵消。另一方面，因人体本身所具有的热调节功能及对环境的适应能力，人们对热环境的认可范围不是一个孤立的状态点而是一个范围，对舒适性的讨论将给出统计学上的人感到舒适的热环境范围。尽管人所处的环境是千变万化的，可是人的体温却波动很小，始终维持在36.5℃左右。人要保持这一体温，