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人机工程学第八讲工作台椅与工具设计8.1作业岗位的选择作业岗位按人作业时的姿势分为坐姿岗位、立姿岗位和坐、立姿交替岗位三类。在人机系统设计时选择哪一类作业岗位，必须依据工作任务的性质来选择。图8-1推荐的作业岗位选择依据S=坐姿；ST=立姿；S/ST=坐或立姿；ST/C=立姿，备有座椅8.1.1三种作业岗位的特征1.坐姿作业岗位：适于从事轻、中作业且不要求作业者在作业过程中走动的工作。当具有以下基本特征时，宜选用坐姿岗位。①在坐姿操作范围内，短时作业周期需要的工具、材料、配件等都易于拿取或移动。②不需用手搬移物品的平均高度超过工作面以上15cm的作业。③不需作业者施用较大力量，如搬动重物不得超过4.5kg，否则，应采用机械助力装置。④在上班的绝大多数时间内从事精密装配或书写等作业。8.1.1三种作业岗位的特征2.立姿作业岗位：适于从事中、重作业以及坐姿作业岗位的设计参数和工作区域受到限制的工作。当具有以下基本特征时，宜选用立姿岗位。①当其作业空间不具备坐姿岗位操作所需的容膝空间时。②在作业过程中，常需搬移重量超过4.5kg物料时。③作业者经常需要在其前方的高、低或延伸的可及范围内进行操作。④要求操作位置是分开的，并需要作业者在不同的位置岗之间经常走动。⑤需作业者完成向下方施力的作业，如包装或装箱作业等。8.1.1三种作业岗位的特征3.坐、立姿交替岗位：适于操作者在作业的过程中不得不采用不同的作业姿势来完成的工作。当具有以下基本特征时，宜选用坐、立姿交替岗位。①经常需要完成前伸超过41cm或高于工作面15cm的重复操作。如果不考虑人体可及范围和静负荷疲劳的特点，可取坐姿作业岗位；但考虑人的特点，应选择坐、立姿交替岗位。②对于复合作业，有的最好取坐姿操作，有的则适宜立姿操作，从优化人机系统来考虑，应取坐、立姿交替岗位。8.1.2作业岗位设计要求和原则1.设计要求1）作业岗位的布局应保证工作能在上肢所能达到的范围内完成，且考虑下肢的舒适性。2）考虑操作动作的频繁程度。3）考虑作业者的群体。2.设计原则1）作业岗位应考虑作业者的生理特点和动作的经济性原则。2）作业岗位的各组成部分应符合工作特点和人机工程学要求。3）作业岗位不允许无关物体存在。4）作业岗位设计应符合国家有关标准和规程的要求。8.2手工作业岗位设计8.2.1手作业岗位类型在工业生产中，以手工操作为主的生产岗位称为手工作业岗位，国标GB14776-93为岗位设计提供了基本原则和确定尺寸的基本方法。1.坐姿手工作业岗位，见图8-22.立姿手工作业岗位，见图8-33.坐、立姿交替作业岗位，见图8-48.2.2手作业岗位尺寸设计1.与人体有关的作业岗位尺寸由国家标准中与作业者人体有关部位第5或第95百分位数值推导出与人体有关的岗位尺寸，见表8-1尺寸符号坐姿工作岗位立姿工作岗位坐立姿工作岗位横向活动间距D≧1000向后活动间距W≧1000腿部空间进深T1≧330≧80≧330脚空间进深T2≧530≧150≧530坐姿腿空间高度G≦340——≦340坐姿脚空间高度I——≧120——腿部空间宽度B≧480——480≦B≦800700≦B≦800表8-1与人体有关的作业岗位尺寸，单位mm2.与作业有关的作业岗位尺寸（1）作业面高度C，通常依据作业对象、工作面上相关配置尺寸确定；对较大的或形状复杂的加工对象，则以加工对象方位处于满足最佳加工条件状态下确定。（2）作业台面厚度K，在设计时应满足以下关系：K=A-S5%-Z5%K=A-S95%-Z95%式中，S5%、S95%为第5和第95百分位数人体座位面高度；Z5%、Z95%为第5和第95百分位数人体大腿空间高度。类别举例坐姿岗位相对高度H1立姿岗位相对高度H2P5P95P5P95女男女男女男女男Ⅰ调整作业检验工作精密元件装配4004505005501050115012001300Ⅱ分检工作包装作业体力消耗大的重大工件组装25035085095010001050Ⅲ布线作业体力消耗小的小零件组装300350400450950105011001200表8-2作业岗位相对高度和工作高度，单位mm（3）坐姿岗位相对高度H1和立姿岗位工作高度H2，可根据作业中使用视力和臂力情况，分三类来确定。（4）作业平面高度A的最小限值，对图8-2所示的坐姿作业岗位，可用下式确定：A≧H1+S-C或A≧H1+U+F-C对图8-3所示的立姿作业岗位，可用下式确定：A≧H2-C（5）座位面高度S的调整范围计算式如下：S95%-S5%=H1(5%)-H1(95%)（6）脚支撑高度F的调整范围计算式如下：F5%-F95%=S5%-S95%+U95%-U5%（7）大腿空间高度Z和小腿空间高度U的最小值见表8-3表8-3大腿和小腿空间高度最小限值，单位mm尺寸符号P5P95女性男性女性男性Z135135175175U3754154354803.与性别有关的作业岗位尺寸（1）当作业人员性别一致时，即全部为男性或全部为女性时，此情况下工作岗位高度H2计算式为：H2=【H2(5%)+H2(95%)】/2式中，H2(5%)、H2(95%)为某类别作业的男性或女性第5和第95百分位数立姿岗位高度。（2）当作业人员性别不一致时，工作岗位高度H2计算式为：H2=【H2(W,95%)+H2(M,5%)】/2式中，H2(W,95%)为某类别作业的女性作业者第95百分位数立姿岗位高度；H2(M,5%)为某类别作业的男性作业者第5百分位数立姿岗位高度。以上两式中有关数据的选择见表8-2。8.3视觉信息作业岗位设计8.3.1视觉显示终端作业岗位的人机界面图8-5视觉显示终端岗位的人机界面1.人——椅界面在人——椅界面上，首先要求作业者保持正确坐姿：头部不过分弯曲，颈部向内弯曲；胸部的脊柱向外弯曲；上臂和下臂之间约成90°，而上臂近乎垂直；腰部的脊柱向内弯曲；大腿下侧不受压迫；脚平放在地板或脚踏板上。组成良好人——椅界面的另一要求是，采用适当尺寸、结构和可以调节的座椅，当调节座椅高度时，作业者坐下后，使脚能平放在地板或脚踏板上；调节座椅靠背，使其正好处于腰部的凹处，如此由座椅提供的符合人体解剖学的支撑作用，而使作业者保持正确坐姿。2.眼——视屏界面在眼——视屏界面上，首先要求满足人的视觉特点：从人体轴线至视屏中心的最大阅读距离为710~760mm，以保护人眼不受电子射线伤害；俯首最大角度不超过15°，以防止疲劳；视屏的最大视角为40°，以保持一般不转动头部。眼——视屏界面的另一要求是，选用可旋转和可移动的显示屏，建议显示器可调高度约为180mm，显示器可调角度为-5°~+15°，以减少反光作用；如设置固定显示器，其上限高度与水平视线平齐，以避免头部上转。3.手——键盘界面在手——键盘界面上，要求上臂从肩关节自然下垂，上臂与前臂的最适宜的角度为70°~90°，以保证肘关节受力而不是上臂肌肉受力；还应保持手和前臂呈一直线，腕部向上不得超过20°。在手——键盘界面设计时，为适应所有成年人的使用，可选择高度固定的工作台，但应选择高度可调的平板以放置键盘。键盘在平板上可前后移动，其倾斜度在5°~15°范围内可调。在腕关节和键盘间应留有100mm左右的手腕休息区；对连续作业时间较长的文字、数据输入作业，手基本不离键盘，可设置一舒适的腕垫，以避免作业者引起手腕疲劳综合症。4.脚——地板界面如果台、椅、地三者之间高度不合适，则有可能形成作业者脚不着地，从而引起下肢静态负荷；也有可能形成大腿上抬，而引起大腿受到工作台面下部的压迫。这两种由不良设计引起的后果，都将影响作业人员的舒适性和安全性。8.3.2视觉信息作业岗位的人体尺寸①视觉显示终端作业岗位的人体尺度见图8-6该图是通过前述的人机界面关系分析后，将各关键尺寸具体化的结构。②仪表控制作业岗位的人体尺度见图8-7该图中(a)、(b)、(c)分别表示因控制台结构形式不同，相应的作业岗位尺寸也有一定的差异。③荧光屏观察作业岗位的人体尺度见图8-8该图表示采用坐姿和立姿不同作业姿势时，作业岗位中的人——机界面关系和作业岗位尺寸的变化。8.4作业空间的人体尺度8.4.1有关概念作业空间设计应以“人”为中心，以人体尺度为重要设计基准。1.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所能完成作业的空间范围。2.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，计算机操作台（包括计算机、工作台与座椅等）。3.总体作业空间不同个体作业场所的布置构成总体作业空间。总体作业空间不是直接的作业场所，它反映的是多个作业者或使用者之间作业的相互关系，如计算机房或办公室。8.4.2近身作业空间1.坐姿近身作业空间图8-9坐姿近身作业空间图8-10坐姿抓握尺度范围/cm2.站姿近身作业空间图8-11站姿单臂作业近身空间图8-12站姿双臂作业近身空间图8-13脚作业区域3.脚作业空间图8-14水平作业面的正常尺寸和最大尺寸（cm）4.水平作业面5.作业面高度表8-4坐姿作业面高度，单位cm作业类型男性女性精细作业（如钟表装配）99~10589~95较精密作业（如机械装配）89~9482~87写字或轻型装配74~7870~75重荷作业69~7266~70图8-15站姿作业面高度与作业性质的关系（a）精密作业（b）一般作业（c）负荷作业图8-16站姿一般作业面高度与身高的关系8.4.3受限作业空间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。如图8-17为几种受限作业空间尺度，图8-18为几种常见通道的空间尺度。许多维修空间都是受限作业空间，表8-7是由上肢和零件尺寸限定的维修空间，表8-8是由标准工具尺寸和使用方法限定的维修空间。8.5作业空间的布置作业空间的布置：在限定的作业空间内，设定合适的作业面后，显示器和控制器（或其它作业设备、元件）的定位与安排。8.5.1作业场所的布置总则1.重要性原则：优先考虑实现系统作业的目标或达到其它性能最为重要的元件2.使用频率原则：经常使用的元件应布置于作业者易见易及的地方。3.功能原则：把具有相关功能的元件编组排列。4.使用顺序原则：按使用顺序排列布置各元件，见图8-19。8.5.2作业空间布置考虑顺序第一位：主显示器第一位：与主显示器相关的主显示器第一位：控制与显示的关联（相合性）第一位：按顺序使用的元件第一位：使用频繁的元件应处于观察、操作方便的位置第一位：与本系统或其他相关系统的布局一致。返回图8-2坐姿手工作业岗位图8-3立姿手工作业岗位返回图8-4坐、立姿交替手工作业岗位返回图8-6视觉显示终端作业岗位尺寸返回图8-7仪表控制作业岗位尺寸返回图8-8荧光屏作业岗位的人体尺寸返回图8-17几种受限作业空间尺度，单位mm代号ABCDEFGHIJKLMNOPQ高身材男性6404301980198069051024407401520100069014501020122079014501220中身材男性及高身材女性64042018301830690450229071014209806901350910117079013501120返回返回图8-18几种通道空间尺度，单位mm代号ABCDEFGHIJ静态尺寸3009005307109109101120760单向760610动态尺寸5101190660810102010201220910双向12201020开口部尺寸尺寸/mm开口部尺寸尺寸/mmABAB650630120130200W+4513012590W+75130250W+15013010050W+150130表8-7由上肢和零件尺寸限定的维修空间返回开口部尺寸尺寸/mm开口部尺寸尺寸/mm使用工具ABABC140150135125145可使用螺丝刀等175135160215115可用扳手从上旋转60°200185215165125可用扳手从前面旋转60°270205215130115可使用钳子、剪线钳等170250305150可使用钳子、剪线钳等9090表8-8由