基于人机工程学的床上书桌使用方式设计综述

基于人机工程学的床上书桌使用方式设计综述摘要：本文从人机工程学设计原理出发，分析当前市场上的床上书桌在现实生活中使用时的不足之处，结合作者的设计课题，具体论述了产品的结构以及形态。同时，通过人机工程学原理分析产品主要尺寸的确定方法和依据;进行操纵装置和电源装置的设计;重视产品细节部分的设计,如产品的支架、颜色以及桌面上的照明装置等。通过本课题的设计研究，提高了目标人群，即行动不便但是热爱学习和工作的人群，在使用床上书桌时的舒适度，提高他们的学习和工作效率。关键词：人机工程使用方式设计课题设计综述1、引言目前，床上书桌的使用普遍存在于那些行动不便但热爱学习和工作的人群当中，也正因如此，长久的坐姿与操作方式可能会对他们的身体产生影响，相关的疾症也由此产生，还可能会加重其中一些消费者原有的病情，所以利用人机工程学的研究，对产品进行设计就显得尤为必要，合理地对书桌尺寸、造型、使用方式等进行设计可以改变人们的使用姿态，改善消费者学习和工作的环境。2、人机工程学原理人机工程学又称人机工效学(Ergonomics)，是研究并优化人机系统的新兴的边缘学科。人机系统是指由人、机构成的系统，而影响人机系统的环境条件也属于此范围，一般认为人机系统是人-机-环境系统的简称。那么，人机系统的构成可以分为三个子系统：人、机、环境。这三个子系统相互两两交叉，又构成三个系统：人-机系统，人-环境系统，机-环境系统，这三个系统又交叉，则构成人-机-环境系统。因此，从人机工程学的构成体系来看，这是一门综合性的边缘学科，其研究的领域是多方面的，主要可分为以下几个方面：2.1人体特征方面人机工程学中的人是指作业者、使用者，人体特性主要分两个方面的研究。2.1.1人体结构方面对于人体结构方面的研究，这一方面主要运用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可以触及的范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。2.1.2人的作业方面这一方面主要是对人的作业的研究。作业是指具体的劳动动作，是为完成某些工艺过程而做出的一系列动作的联合，是通过作业手段把材料变成合乎工序要求的活动。人在工作状态时，人与机器设备、工作用具等所需的空间的总和叫做作业空间。作业空间的设计是指在给定的作业空间内，确定适宜的作业面、显示器与控制器位置等。作业空间设计的基本目的是使人机系统能以最合理的方式满足作业的要求，不仅要考虑到空间内个人的行为、舒适感和心理满足感，还要考虑空间里的人际交往的社会因素。无论是大环境如城市、社区、工厂等，还是小环境如办公室、汽车驾驶室、餐厅等，其空间的布置都应考虑人与空间以及空间内的设施之间的关系，最大可能地满足人对空间的需求。一个优良的作业空间或作业场所，必须使得作业者能方便而迅速完成作业，四肢分担的工作负荷合理，适合工作群体中不同个体的使用，创造既安全、舒适，又经济、高效的工作空间。2.2机器系统方面人机工程学中的机，是指人操作和使用的一切产品或工程系统，而不是仅仅局限于狭义的机器概念。使机器适应于人是人机工程学早期最重要的学术思想。对于机器系统方面的研究，主要是人机界面层次的研究和设计。随着现代技术的发展，大型智能机器使得机器运作复杂程度大大提高，人在控制过程中的手眼协调以及决策能力（即对信息的感知、判断以及选择操作方案的能力）的要求越来越高。因此，人机之间的信息交流和控制活动变得越来越重要了。2.3环境方面人机系统中的环境是指人工作和生活的小环境，是与人机系统发生直接影响的环境因素，通过研究人体对环境中各种物理因素的反应和适应能力，分析声、光、热、振动、尘埃和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程序，确定了人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，从保证人体的健康、安全、合适和高效出发，为考虑环境因素提供了设计方法和设计准则。3、问题发现目前，市场上出现的床上书桌大多是由四个可折叠的支架和一块木板相互组合而制成的，其制作工艺简单，但消费者在使用时的舒服度不高，融入了很少的人机工程思想，不符合现代人的消费理念。同时，即使有的床上书桌在设计时融入了部分的人机工程原理，也不能很好地将人机工程与产品形态相结合，这些问题都有待在设计中解决。4、人机工程学理念运用4.1人机工程学在床上书桌各部位尺寸上的运用4.1.1产品高度的确定图一依据人机工程学知识，根据坐姿眼高可以确定在床上书桌上使用电脑或者看书时适合眼睛高度的大概位置；根据坐姿肘高确定在使用床上书桌时手臂最舒适的高度；根据坐姿大腿厚、坐姿膝高、坐深以及小腿加足高可以确定桌子的容膝空间的高度。由以上分析，我们可以根据人们在学习和工作中坐姿最舒服的姿势时，如图一中，取第95个百分位的坐姿眼高为h1，即815mm；书本或者显示屏的宽度为b，L为人眼的最佳视距，为560mm；h2为桌面高度。那么，通过图一我们可以得到桌面高度的计算公式为：h2=h1+着衣修正量-姿势修正量-L*tanθ-b*cosθ/2,其中，着衣修正量取6mm，姿势修正量取44mm，那么，可以得出294=h2=418。同时，考虑到人的坐姿肘高，由臀部到肘关节的距离可查得为298mm，则可得到桌面的高度可以取为340mm。4.1.2产品长度的确定根据人机工程学的知识，通过坐姿臀宽的大小可以确定桌子的容膝空间的长度；通过坐姿两肘间宽可以确定桌面的合适长度。依据人机工程学，因为有修正量的存在（包括着衣修正量、桌面需要摆放的东西所占据的长度等等），所以桌子的长度必须要大于坐姿臀宽和坐姿两肘间宽，因此，对于坐姿臀宽和坐姿两肘宽的数值我们取男士坐姿两肘间宽第95个百分位489mm。同时，在修正量的基础上加上需要一定的活动空间，所以再次进行适当加大，长度范围确定为大于639mm。但是，由于考虑到消费者所住空间的限制，所以长度确定为750mm。4.1.3产品宽度的确定桌面的宽度设计取决于人体的前臂长和上臂长，为了使得产品能够适合男女使用，又能在人能够触及到的范围之内，取男士坐深的第95个百分位，即494mm，为宽度方向的最小值以及前臂长+上臂长+手长的最小值为宽度方向上的最大值可知：宽度范围为494~605mm，同时，考虑到消费者所住空间的限制，所以确定该产品的宽度为520mm。4.2人机工程学在床上书桌有关细节设计以及产品外观形态方面的运用人机，就是使人能够更为简单方便地使用产品，因此，出于人机方面的需求，我在产品上添加了如下几个细节方面的设计，并且将产品细节设计融入到产品的外观形态之中。4.2.1人际照明与产品的结合通常，长期从事近距离工作的人,由于长时间看近物,导致睫状肌必须持续地收缩以增加晶状体的曲度,这将引起视觉疲劳,甚至导致睫状肌萎缩,使其调节能力降低;另外,由于目标人群有时会在晚上看书，为了他们的方便，我在产品上加装了一个小型的台灯。为了使台灯与产品想结合，我设计将台灯与桌面相融合，即在桌面上添加一个曲面，也正因为曲面的存在，台灯的照射方向也可以进行调节，使用者可以通过角度的调节来寻找到一个最适合自己的照射角度，在保护视力的同时也可以更好地进行学习和工作。4.2.2可进行角度调节的桌面有时，目标人群在看书的时候喜欢直接躺在床上，那么，出于人机方面的考虑，我所设计的床上书桌的桌面可以进行角度的调节。当然，为了能够实现角度的调节，在桌面与支架的连接处安装的是一个可进行相互连接的旋转装置，这样，使用者可以按照自己的意愿来选择调节的角度，更好地看书学习。4.2.3可支持书桌移动的轨道其实，对于目标人群而言，床上书桌的摆放位置并不是一成不变的，而本课题的目标人群更是行动不便但是热爱学习和工作的人，那么，书桌的移动对于他们来说可能不是一件随手可做的事情，显然，这需要书桌能够方便移动。于是，我设计了一对轨道来支持书桌的移动，同时，结合4.2.2中桌面角度的调节，将书桌的支架由四个直条型支架改为两个椭圆形的支架，这样，在增加美感的同时也可实现多种机器设备的安装。4.2.4插座、电源与产品的融合众所周知，产品出于使用状态时会占据一定的虚空间，对于设计的床上书桌，在使用的时候不能占据较大的虚空间，造成空间的浪费，但是，由于一些特定的功能的需要，该产品有时可能也需要一个的专用的插座和电源。不过，在一般的家庭，一个房间内的可以提供给个人可以使用的插座的数量有限，并且，多接几个插座的话会使得电线的数量增多，这样，在一定程度上会出现安全隐患，那么，这就要求在产品上尽量减少插座的使用或者增加插座。因此，在桌面的反面设计了一个插座，将其嵌入到桌面中去，同时，利用目前最新的无线电源设备，在插座的表面设有无线接收装置来为插座提供和电源。结语在这次的课题设计中，我认真分析了床上书桌的人机关系，将人机工程理念贯穿于整个设计过程之中。工业设计的核心是创造，是设计出功能与形态相结合的产品，作为对理想的刻意追求，工业设计的宗旨是影响人类的生活方式趋于合理。而且，设计不仅仅是艺术与技术、技术与情感的桥梁，它更是人类得以生存发展的保障。因此，只有很好地进行人机工程的分析，使之互相融合，才能使设计出的产品更好的服务消费人群。致谢在此十分感谢吴老师的耐心指导，在多次的评讲过程中给我了很多有用的信息和建议，让我充分认识和学习到了设计综述的写作思路与方法，在仔细的查阅资料和认真思考之后最终完成本文，学生特此感谢。此外还要感谢班级同学的帮助，给了我很多建议，谢谢大家！参考文献：[1]陈玮，基于办公家具设计的人机评价系统和开发研究[J]，浙江大学硕士学位论文，2009，（03）,2—5[2]陈圆，浅谈人机工程学在家具设计中的应用[J]，科技信息，2008，（06）：136[3]高阳，基于人机工程学原理的计算机键盘设计[J]，制造业自动化，2012，（01）：106—108[4]谷远亚，浅议人机工程学在现代家具设计中的应用[J]，2007，（07）：218—219[5]胡卫军谭广超，工业设计中人机工程学原理之探究[J]，企业技术开发，2010，（08）：10—12[6]蒋敏李强德，工业产品设计中的人机工程学原理[J]，上海应用技术学院学报，2008，（06）：139—141[7]贾群，基于人机工程学的多媒体控制台的设计[J]，包装工程，2007，（11）：122—124[8]梁文峰邓建启，探讨人机工程学在工业设计中的应用误区[J]，科技经济市场，2007，（05）：40—41[9]卢照麟汤文成，工业设计中的人机工程学理论、技术与应用研究进展[J]，工程图学学报，2009，（06）：1—9[10]王小妍于洽赵占西，人机工程学应用研究综述[J]，人类工效学，2009，（12）：69—71