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作业空间范围作业空间设计的原则3作业空间设计3工作座椅的静态舒适性设计原理工作台设计3车辆驾驶室的作业空间3123456返回总目录第6章目录6.1作业空间设计的原则人操纵机器时所需要的活动空间，加上机器、设备、工具、用具、被加工对象所占有的空间的总和，称为作业空间。作业空间设计，就大范围而言，是把所需用的机器、设备和工具，按照人的操作要求进行合理的空间布置。就由人操纵的一台机器而言，是从人的需要出发，对机器的操纵装置、显示装置相对于操作者的位置进行合理的安排。作业空间设计要着眼于人，在充分考虑操作者需要的基础上，为操作者创造既安全、舒适又经济、高作业空间设计的内容:(1)空间布置(2)座椅设计(3)工作台设计(4)环境设计回到本章目录作业空间设计的人机工程学原则作业空间设计的基本目标是使人机系统以最有效、最合理的方式满足作业要求,作业空间合理、经济、安全和舒适。(1)作业空间设计必须从人的要求出发，保证人的安全、健康、舒适、方便。(2)从客观条件的实际出发，处理好安全、健康、舒适、高效、经济诸方面的关系。(3)根据人体生物力学、人体解剖学和生理学的特性,合理布置操纵装置和显示装置。6.1作业空间设计的原则(4)按照操纵装置和显示装置的重要程度进行布置。(5)按操纵装置的使用频率和操作顺序进行恰当布置。(6)按操纵装置和显示装置的功能，将功能相同或相互联系的装置布置在一起，以利于操作者进行操和观察。(7)作业面的布置要考虑人的最适宜的作业姿势、操作动作及动作范围。(8)注意安全及人流、物流的合理组织。应当注意，以上原则往往难以同时得到满足,在实际运用时，要根据实际人机系统的具体情况，统一考虑，全面权衡，从总体合理性上加以恰当布置。6.1作业空间设计的原则作业空间的人体尺度作业中常用的作业姿势有坐姿、立姿、坐-立姿。设计作业空间时，必须考虑人体尺寸的约束条件，以我国成年男性第95百分位身高为基准，女性约为男性的0.9346倍。作业空间设计时，人体测量的静态数据(结构尺寸)与动态数据(功能尺寸)都有用处。对大多数设计而言，因为要考虑身体各部位的关联与影响，所以必须基于功能尺寸作出设计。利用人体测量数据时，数据必须充分反映设计对象的使用者群体的特征。6.1作业空间设计的原则运用人体测量数据的步骤要点(1)确定对于设计至为重要的人体尺度(如座椅设计中，人的坐高、大腿长等)。(2)确定设计对象的使用者群体，以决定必须考虑的尺度范围。(3)确定数据运用准则：个体设计准则、可调设计准则、平均设计原则。6.1作业空间设计的原则汽车驾驶员手伸及界面的空间曲面回到本章目录6.1作业空间设计的原则6.2作业空间范围近身作业范围操作者坐姿或立姿进行作业时，手和脚在水平面和垂直面内所能触及的运动轨迹范围，称为作业范围。作业范围是构成作业空间的主要部分，它有平面作业范围和空间作业范围之分。当需要连续和较长时间操作、需要精确而细致操作、需要手足并用操作时，宜采用坐姿。如车辆、飞机驾驶员的操作。坐姿近身作业范围是指作业者在坐姿操作时，其四肢所及范围的静态尺寸和动态尺寸。回到本章目录近身作业范围的尺寸是作业空间设计与布置的主要依据。它主要受功能性臂长的约束，而臂长的功能尺寸又由作业方位及作业性质决定。近身作业范围还受衣着的影响。坐姿作业通常在作业面以上进行，其作业范围为操作者在正常坐姿下,手和脚可伸及的一定范围的三维空间。随作业面高度、手偏离身体中线的距离及手举高度若以手处于身体中线处考虑，直臂作业区域由两个因素决定：肩关节转轴高度及该转轴到手心（抓握）的距离（若为接触式操作，则到指尖）。6.2作业空间范围第5百分位的人体坐姿抓握尺度范围:男性650mm，女性580mm。6.2作业空间范围坐姿操作时，操作者的手臂运动在水平面上所形成的运动轨迹范围，称为水平平面作业范围；手向外伸直、以肩关节为轴心在水平面上所划成的圆弧范国，称为最大平面作业范围；手臂自如弯曲(一般弯曲成手长的3/5)、以肘关节为轴心在水平面上所划成的圆弧范围，称为正常平面作业范围。由于操作者在作业时肘部也是移动的,所以实际上的水平平面作业范围是图中粗实线所围成的区域。脚的作业范围以脚可能移动的距离来确定。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操纵装置。6.2作业空间范围手在水平平面内的作业范围6.2作业空间范围男子坐姿操作时手和脚在垂直平面内的最优作业范围正常的脚作业空间范围位于身体前侧、座高以下的区域，其舒适的作业范围取决于身体尺寸与动作的性质。6.2作业空间范围手的空间作业范围（每格代表152mm）坐姿操作时手的空间作业范围如图6-5所示，图中圆弧实线表示正常作业范围，圆弧虚线表示最大作业6.2作业空间范围回到本章目录作业场所操作者坐姿或立姿作业时，其周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域,称为作业场所。当一个操作者操纵一台机器或设备时,其作业空间与作业场所是一致的。当许多个操作者操纵许多台机器或设备而共处于一个车间或工作室之内的情况下,其总体作业空间就不是直接的作业场所,而是由各个作业场所的总和加上必要的辅助空间所构成的。6.2作业空间范围6.3作业空间设计作业空间的布置作业空间的布置是指在作业空间限定之后，确定合适的作业面及显示装置、操纵装置的位置。人机系统中，作业空间的布置不仅要考虑人与机之间的关系，还要考虑机与机、人与人之间的关系。大多数人都在人造环境里工作和生活,可能是在小环境中,如办公室、汽车、实验室等,也可能是在大环境中,如城市、社区等。这些空间或设施的设计,对人的行为、舒适感及心理满足感会有相当大的影响。回到本章目录(1)作业空间布置的总则a.重要性原则b.使用频率原则c.功能原则d.使用顺序原则进行系统中各元件布置时，不可能只遵循一个原则。通常，重要性原则和使用频率原则主要用于作业场所内元件的区域定位，而使用顺序原则和功能原则侧重于某一区城内各元件的布置。6.3作业空间设计选择何种原则布置，往往是根据理性判断来确定，没有很多经验可供借鉴。在上述四种原则都可以使用的情况下，按使用顺序原则布置元件，执行时间最短。面板布置原则与作业执行时间的关系6.3作业空间设计(2)作业空间布置的顺序对不同类型的元件,推荐按以下顺序进行布置：主显示器与主显示器相关的主操纵器有协调性要求的操纵器与显示器按顺序使用的元件将使用频繁的元件置于方便观察、操纵的部位按布局一致的原则协调本系统内及其它相关系统的布置方案之间的关系。6.3作业空间设计作业空间的设计一个设计合理的作业空间，应使操作者在任何时刻观察、操作都很方便，并且在较长时间维持某种作业姿势时，不会产生或尽可能少地产生不适和疲劳。(1)作业空间设计的步骤a.b.设计准备c.初步设计d.模型测试与分析e.论证和修改6.3作业空间设计人体上肢的最舒适作业区间是一个梯形区。作业面高度直接影响人体上臂的工作姿势。作业面太低，使得背部过分前屈；作业面太高，则须抬高肩部，超过其自然松弛位置，引起肩部、颈部疲劳。坐姿作业面高度如果能设计成可调的，操作者就可根据自身的条件调节至合适的位置。作业面的高度在肘部以下50～100mm，可使肩部自然下垂，小臂接近水平。通常将作业面高度设计成固定的，而将座椅设计成可调的，以调节人与作业面的相对高度。坐姿作业时,操作者的腿部和脚部也应有足够的自由活动空间,腿的最小活动空间应为人的第95百分位的臀部宽度值,最小深度应为人的第95百分位的膝-臀间距值。(2)坐姿作业空间设计6.3作业空间设计坐姿上肢的最舒适作业区6.3作业空间设计(3)立姿作业空间设计立姿作业面高度的设计按精密作业、一般作业和重负荷作业三种情况,有三种推荐高度。立姿作业面高度6.3作业空间设计男性肘高平均值为1020mm，女性肘高平均值为960mm。从地面到500mm高度之间只适用脚操纵，若采用手操纵，则须弯腰，消耗体力。500～700mm之间，手和脚操作都不方便，不宜在此高度之间设计操纵装置。700～1600mm高度之间，尤其是900～1400mm高度之间是最优操作区。1600～1800mm高度之间，手操作不方便，视觉条件略差。只设置不大重要的操纵装置和显示装置，1800mm以上，作业者需要仰视，很容易疲劳。一般只设置报警器。6.3作业空间设计(4)坐-立姿作业空间设计当作业需要坐姿与立姿交替使用时，为消除疲劳,可采取坐-立姿操作。对这种体位交替变换的作业面高度设计，应以保持上臂处于自然松弛状态为准。回到本章目录6.3作业空间设计6.4工作台设计工作台是包含操纵装置和显示装置的作业单元,主要用于以监控为目的之作业场所。工作台设计的关键任务是将操纵装置与显示装置布置在操作者的正常作业空间范围内,保证操作者方便而舒适地观察和操作,并为操作者长时间作业提供舒适稳定的坐姿。回到本章目录有的情况下,在操作者的前侧上方也有作业区,那种工作台同样必须保证所有的区域都在操作者可视可及工作台的整体尺寸按面板上的操纵装置、显示装置的布置以及人体测量数据而定。图6-9所示为一种推荐的工作台作业面布置区域,是依据第2.5百分位的女性操作者的人体测量数据得出的。按照图中的阴影区的形状设计工作台,可使操作者具有良好的手-眼协调性能。6.4工作台设计一种推荐的工作台作业面布置区域（依据第2.5百分位的女性操作者的人体测量数据得出）6.4工作台设计一种推荐的标准工作台设计回到本章目录按操作者作业姿势的不同,工作台的形状有柜式、桌式和弧形等。操作者采用的体位不同，工作台的尺寸范围也不同。6.4工作台设计6.5工作座椅的静态舒适性设计原理坐姿是人体较自然的姿势，有很多优点。随着自动化程度的提高，越来越多的作业采用坐姿完成。坐姿将是操作人员未来作业的主要工作姿态。坐姿比立姿更有利于血液循环。坐姿将以脚支撑全身的状况转变为以臀部支撑全身，有利于发挥脚的作用。坐姿也存在一些缺点，主要是限制了人体的活动范围，尤其是需要上肢出力的场合，往往需要站立作业，而频繁的起坐交替也会导致疲劳。回到本章目录长期维持坐姿还会影响人的健康,引起腹肌松弛,下肢肿胀，静脉压力增大，大腿局部受到压力，增加血液回流阻力,脊柱非正常弯曲,以及对某些内脏器官造成损害。理想的座椅应当使人坐着时,体重合理分布,大腿平放,双足着地,上臂不负担身体的重量,肌肉放松,血液循环通畅,姿态舒适。6.5工作座椅的静态舒适性设计原理舒适坐姿的生理特征脊柱的构造坐姿状态下，支撑身体的是脊柱、骨盆、腿和脚。脊柱是人体的主要支柱，由24节椎骨以及5块骶骨(已连成一体)和4块尾骨(已连成一体)连结组成。6.5工作座椅的静态舒适性设计原理其中椎骨自上而下又分为颈椎(共7节)、胸椎(共12节)、腰椎(共5节)三部分，每两节椎骨之间由软骨组织和韧带相联系,使人体得以进行屈伸、侧曲和扭转动作等有限度的活动。颈椎支撑头部，胸椎与肋骨构成胸腔，腰椎、骶骨和椎间盘承担人体坐姿的主要负荷。各节椎骨所承受的重量自上而下逐节增加,椎骨由上往下逐渐变粗变大。这是脊柱的基本生理形态。腰椎几乎承受人的上体的全部重量,并且要实现弯腰、侧曲、扭转等人体运动,最容易受到损伤或产生腰曲变形。从侧面观察脊柱,可看到颈、胸、腰、骶四个弯曲部位,其中颈曲和腰曲凸向前,胸曲和骶曲凸向后。在此情况下,椎骨的支承表面相互位置正常,椎间盘没有错位的趋势。一旦人体改变这种自然弯曲状态，就会引起椎间盘压力改变，致使腰部疼痛。6.5工作座椅的静态舒适性设计原理人体在各种不同姿势下的腰椎弯曲形状曲线B表示人体松弛侧卧时，脊柱呈自然弯曲状态；曲线C是最接近人体脊柱自然弯曲状态的坐姿；曲线F是当人体的躯干与大腿的夹角呈90°时情形，此时脊柱严重变形，椎间盘上的压力不能正常分布。6.5工作座椅的静态舒适性设计原理因此，欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然弯曲形态,躯干与大腿之间必须有大约135°的夹角,并且座椅的设计应使坐者的腰部有适当的支撑,以使腰曲弧形自然弯曲,腰背肌肉处于放松状态。人坐着时,大腿和上身的重量必须由座椅来支承。人体结构在骨盆下面有两块圆骨，