第8章作業(zuòyè)空間與用具設計8.1作業(zuòyè)空間設計的基本要求8.2工作區域設計8.3座椅設計8.4手握式工具設計共九十四頁8.1作業(zuòyè)空間設計的基本要求8.1.1行動空間行動空間是人在作業過程中，為保證信息交流通暢、便捷而需要的運動空間。為此(wéicǐ)，作業空間設計應滿足如下要求。共九十四頁1.保證通行順利作業空間設計，首先應考慮人能夠順利通行，這是保證作業空間適合于操作者的最基本的原則。2.操作聯系方便操作者在聯系方面的要求，包括操作者與機器之間的聯系和操作者相互之間的聯系兩個方面。3.機器布置合理人和機器安裝位置的關系，應遵循便于人迅速而準確(zhǔnquè)地使用機器的原則。共九十四頁4.信息交流暢通作業空間設計應使操作者在操作過程中能夠看到自己所操縱(cāozòng)的機器和必須與自己聯系的其他操作者。共九十四頁8.1.2心理(xīnlǐ)空間人在某一場所作業時，對該場所的作業空間是用心理空間來感受的。心理空間設計的要求可以從人身空間、領域以及周圍墻壁色彩、照明、通風換氣等環境條件考慮。實驗證明，對人的人身空間和領域的侵擾，可使人產生不安感、不舒適感和緊張感，難以保持良好的心理狀態，進而影響工作效率。共九十四頁1.人身空間人身空間是指環繞一個人的隨人移動的具有不可見的邊界線的封閉區域，其他人無故闖入該區域，則會引起人在行動上的反應(fǎnyìng)，例如轉過身去或靠向一側，企圖躲避入侵者，有時甚至還會發生口角和爭斗。共九十四頁人身空間的大小，可以(kěyǐ)人與人交往時彼此保持的物理距離來衡量。通常分為四種距離，即親密距離、個人距離、社會距離和公共距離。不同的距離(區域)，允許進入的人的類別不同，如表8-1所示。共九十四頁表8–1人身(rénshēn)空間的分區及其說明共九十四頁共九十四頁人身空間以身體為中心，但在不同的方向要求的距離是不同的。通過實驗發現(fāxiàn)，人們站立時，接近物體的距離總小于接近人的距離；不同性別的人，身體前、后、側部的接近距離不同，構成了人體周圍的八角形的“緩沖帶”，如表8-２所示。同時還發現(fāxiàn)，被試女性走過站立男性時距離比被試男性走過女性時的距離遠。共九十四頁表8-２到接近對象(duìxiàng)的距離共九十四頁2.領域性與人身空間相類似，領域性也是一種涉及人對空間要求的行為規則。它與人身空間的區別，在于領域的位置是固定的，而不是隨身攜帶的，其邊界通常是可見的，具有(jùyǒu)可被識別的標記。共九十四頁8.1.3活動空間人從事各種作業都需要有足夠的操作活動空間。操作活動空間受工作過程、工作設備、作業姿勢以及在各種作業姿勢下工作持續時間等因素的影響。作業中常采用的作業姿勢有立姿、坐姿、坐—立姿、單腿跪姿以及仰臥姿等。圖8-1～圖8-４為各種作業姿勢時的活動空間，這些活動空間均以我國成年男性(nánxìng)第95百分位數(身高1775mm)為基準。女性均為男性(nánxìng)的0.9346倍。共九十四頁圖8-1立姿活動(huódòng)空間共九十四頁圖8-2坐姿活動(huódòng)空間共九十四頁圖8-3單腿跪姿活動(huódòng)空間共九十四頁圖8-4仰臥活動(huódòng)空間共九十四頁1.立姿活動空間立姿時人的活動空間取決于身體尺寸、保持(bǎochí)身體平衡的微小平衡動作以及身體放松狀態。當腳的站立平面不變時，為保持(bǎochí)平衡，必須限制上身和手臂能達到的活動空間。圖8-1為立姿活動空間及上身和手臂的活動范圍。共九十四頁2.坐姿活動空間圖8-2為坐姿活動空間及上身、手臂和腿的活動范圍。圖8-2(a)為主視圖，零點位于(wèiyú)正中矢狀面上。3.單腿跪姿活動空間圖8-3為單腿跪姿活動空間及上身和手臂的活動范圍。4.仰臥姿活動空間圖8-4為仰臥姿的活動空間及手臂和腿的活動范圍。共九十四頁8.2工作區域(qūyù)設計8.2.1水平面工作區域操作者采用立姿或坐姿操作時，上肢在水平面上移動形成的軌跡所包括的區域稱為水平面工作區域。水平面工作區域可分為最大工作區域和正常(zhèngcháng)工作區域。巴恩斯根據美國人體測量數據繪制出的水平面工作區域如圖8-5所示。共九十四頁圖8-5男性上肢(shàngzhī)水平面工作區域(cm)共九十四頁圖8-6所示的PQ曲線為斯夸而斯所描繪(miáohuì)的正常工作區域。由圖可知，被測者肩峰點的位置為E點，AC為人體肩寬的1/2，運動開始時肘的位置為C點，手移動時肘達到的終點位置為D點，肘運動的軌跡為圓弧CD。圓弧CD的切線與前臂CP的夾角為42°。在正常工作區域內，一般認為在大多數情況下，手的操作姿勢為拇指與食指捏住，因而把前臂長取為380mm(系美國人尺寸，下同)。共九十四頁手移動(yídòng)軌跡——PQ曲線可由下列參數方程確定X=A1cosθ＋A2cos〔65°＋（73°／90°）θ〕

Y＝A1sinθ＋A2sin〔65°＋（73°／90°）θ〕(8-1)共九十四頁8.2.2垂直面工作區域(qūyù)

垂直面工作區域也可分為最大工作區域和正常工作區域。美國的法萊（Ｆarley）將最大工作區域定義為以肩峰點為軸，上肢伸直在矢狀面上移動時，手的移動軌跡所包括的范圍；將正常工作區域定義為上臂自然下垂，以橈骨點為軸，前臂在矢狀面上移動時，手的移動軌跡所包括的范圍。共九十四頁圖8-6斯夸爾斯的水平面正常(zhèngcháng)工作區域(mm)共九十四頁圖8-7立體(lìtǐ)工作區域示意圖共九十四頁8.2.3立體工作區域將水平面工作區域和垂直面工作區域結合，上肢在三維空間(kōngjiān)運動所包括的范圍為立體工作區域或空間(kōngjiān)工作區域。圖8-7為采用巴恩斯法、斯夸爾斯和法萊法得到的立體工作區域圖，其空間(kōngjiān)形狀呈貝殼狀。立體工作區域也可分為最大工作區域和正常工作區域。舒適工作區域一般介于肩與肘之間的空間(kōngjiān)范圍內，此時手臂活動路線最短。共九十四頁8.2.4工作區域設計不論操作者采取何種作業姿勢(可參照(cānzhào)表8-3選擇)進行作業，在利用巴恩斯法、斯夸爾斯法和法萊法確定最大工作區域和正常工作區域時，應注意：①由于人體測量數據是在裸體、身體挺直的條件下測得的，因此，在設計中使用這些數據時，必須加以修正(見表8-4)；共九十四頁②根據中指指尖點所能達到的距離設計工作區域是不恰當的，必須根據手的不同操作姿勢在中指指尖點可達范圍的基礎(jīchǔ)上進行修正。赫茲伯格(Hertzberg)提出的修正值為用指尖按鍵時減13mm；推鍵時減25mm；用食指和拇指操作時減76mm；用手抓握時減127mm。共九十四頁表8-3按作業情況(qíngkuàng)選定作業姿勢共九十四頁表8-4人體測量(cèliáng)參數的建議修正值共九十四頁1.坐姿操作工作區域(qūyù)設計進行工作區域設計時，對于工作面高度的確定，應以提高工作效率和使操作者保持正確姿勢，減少疲勞為原則。許多研究表明，最佳工作面高度應略低于人的肘高。康茲(S.A.Konz)認為，工作面的最佳高度應在肘下50mm,但工作面確定在人的肘上25mm至肘下25mm之間，對工作效率無明顯不良影響。共九十四頁由于人的肘部高度各不相同，因此(yīncǐ)為使工作面的高度適合于不同肘高的操作者，可以采用下列三種方法：一是調節機器的高度，此辦法適用于機器有固定的操作者或者輕便機器；二是通過高度可調的座椅或腳墊板調節操作者肘部的高度，使之與工作面保持適宜的距離；三是調節工件的高度。上述三種辦法中，通常以第二種辦法最為經濟、方便。共九十四頁對于坐姿作業，可使工作面高度恒定，根據操作者肘高和作業特點，通過調節座椅高度，使肘部與工作面之間，保持適宜的高差，并通過調節擱腳板高度，使操作者的大腿(dàtuǐ)處于近似水平的舒適位置。表8-5給出了男、女坐姿操作時固定的工作面高度以及相應的座椅(坐平面)高度和擱腳板高度的調節范圍。共九十四頁圖8-8為坐姿操作時水平(shuǐpíng)面的工作區域。圖中肩峰點P以椅背Q為基準，P至Q的距離為1/2胸厚，至工作臺邊緣的水平(shuǐpíng)距離S也為1/2胸厚；K為上肢前展長，J為前臂長，H為肩寬，均取其第5百分位數；胸厚G取其第95百分位數。共九十四頁表8-5坐姿作業(zuòyè)工作面高共九十四頁圖8–8為坐姿操作時水平面的工作(gōngzuò)區域共九十四頁圖8-9垂直面工作區域(適用(shìyòng)于男、女性坐姿作業)共九十四頁圖8-9為坐姿操作時垂直面的工作區域。圖中肩高F和肘高M，均以坐平面PP為基準；N為坐姿窩高，取其第95百分位數；肩高F取其第5百分位數；肘高M取其第95百分位數。表8-6是我國男、女性操作者坐姿作業(zuòyè)人體參數。表8-7是根據表8-6所確定的最大工作區域和正常工作區域的距離。共九十四頁表8-6男、女性操作者坐姿作業(zuòyè)位置設計參數共九十四頁表8-7正常工作區域和最大工作區域在水平面和垂直面上的距離(適用(shìyòng)于男、女坐姿作業的布局)共九十四頁共九十四頁2.立姿操作工作(gōngzuò)區域設計對于立姿操作工作面高度的設計，也可通過調節操作者腳下的腳墊板高度來調節肘部的高度，以保持工作面與肘之間的適宜距離。表8-8給出了不同工作特點時適宜的工作面高度。共九十四頁表8-8適宜(shìyí)的立姿工作面高度共九十四頁立姿作業時的水平面工作區域與坐姿作業時相同。圖8-10為立姿作業時垂直面的工作區域。肩高E取其第5百分位數；肘高L取其第95百分位數。

表8-9是我國男、女性操作者的立姿作業人體參數。表8-10是根據(gēnjù)表8-9所確定的最大工作區和正常工作區的距離。共九十四頁圖8-10垂直面工作(gōngzuò)區域(適用于男、女性立姿作業)共九十四頁表8-9男、女性(nǚxìng)操作者立姿作業位置設計參數共九十四頁表8-10正常(zhèngcháng)工作區域和最大工作區域在水平面和垂直面上的距離共九十四頁3.坐—立姿交替操作工作區域設計采用坐—立姿交替的作業姿勢時，其水平面工作區域與采用坐姿作業時相同(xiānɡtónɡ)；其垂直面工作區域與采用立姿作業時相同(xiānɡtónɡ)。表8-11為美國男、女性操作者采用坐—立姿作業時的人體參數。共九十四頁表8-11采取(cǎiqǔ)坐、立姿交替操作的作業位置設計參數

共九十四頁4.其他作業姿勢(zīshì)的空間尺寸采用蹲坐、屈膝、跪、爬、臥等姿勢進行操作時，需要占用的最小空間尺寸見圖8-11和表8-12。共九十四頁圖8-11跪臥等作業姿勢需要占用(zhànyònɡ)的空間(a)蹲坐；(b)屈膝；(c)跪；(d)爬；(e)俯臥；(f)仰臥共九十四頁表8-12成年人跪、臥工作姿勢的最小占用(zhànyònɡ)空間共九十四頁8.2.5腳的工作區域(qūyù)

坐姿操作時，在軀干不動的條件下，腳的工作區域如圖8-12(a)所示。圖中A為腳的最大工作區域，B為適宜工作區域，C、D分別為腳動開關踏板和控制踏板的適宜工作區域。立姿作業時，由于下肢需要支承全身重量，并保持人在各種狀態下的平衡和穩定，因此，下肢操作活動范圍不能太大。圖8-12(b)中，A為最大工作區域，B為適宜工作區域。共九十四頁圖8-12腳的工作(gōngzuò)區域(a)坐姿操作；(b)立姿操作共九十四頁8.2.6垂直作業面的布置作業面的布置與作業姿勢、操作動作、操縱力、視角以及(yǐjí)作業空間的總體布局等因素有關。表8-13為立姿操作時，垂直作業面的布置內容以及(yǐjí)人體操作特征。

共九十四頁表8-13垂直作業面布置(bùzhì)與操作特征共九十四頁8.3座椅設計(shèjì)

8.3.1坐姿分析1.坐姿對人體脊柱形態的影響人坐著時，身體主要由脊柱、骨盆、腿和腳支承。脊柱位于人體的背部中央，是構成人體的中軸。其上端承托顱骨，胸段借肋骨與胸骨連結構成胸廓，骶、尾骨與髖骨共同連成骨盆。脊柱的作用在于支持身體、保護(bǎohù)脊髓，并使人體作廣泛運動。共九十四頁成人的脊柱長約700mm,一般由26塊椎骨組成，其中(qízhōng)頸椎7塊、胸椎12塊、腰椎5塊、骶骨由5塊愈合為一塊、尾骨由4～5塊愈合為一塊，如圖8-13所示。人處于不同坐姿時，脊柱形態不同。如圖8-14所示.共九十四頁圖8-13脊柱(jǐzhù)的構造共九十四頁圖8-14不同(bùtónɡ)姿勢時的脊柱形狀(a)正面；(b)側面共九十四頁研究表明，過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩定性，而且不易改變坐姿，容易產生疲勞(píláo)。圖8-15表示不同坐姿時的體壓分布。共九十四頁圖8-15座面上(miànshànɡ)的體壓分布共九十四頁8.3.2座椅的類型座椅根據其使用目的可分為以下三類：第一類為工作用椅。這類座椅用于辦公室及各種坐姿操作場所。設計時應將舒適性與操作效率一并考慮。靠背根據工作性質，可上下調節或前后調節，最好支撐在４～5節腰椎(yāozhuī)處。座面應近似于水平。高度應可調，使其與工作面高度配合恰當。共九十四頁第二類為休息用椅，這類座椅適用于休息室及各種交通運輸工具中，如飛機、汽車、火車、輪船中的乘客座椅。這類座椅應以舒適性作為(zuòwéi)設計重點。圖8-16(a)為休息用椅的側面輪廓，是在設計過程中通過實驗確定的。第三類為多功能座椅。適用于多種場所，既可就餐時使用，也可作為工作用椅或備用椅，故應便于搬動和堆貯，其側面輪廓如圖8-16(b)所示。共九十四頁圖8-16座椅側面(cèmiàn)輪郭(每格100×100mm)(a)休息用椅；(b)多功能座椅共九十四頁8.3.3座椅設計1.座椅設計原則座椅設計應以符合人的生理特性，使人感到舒適為前提，因此，應遵循如下設計原則：座椅尺寸應與就坐者人體測量尺寸相適宜，并應使尺寸可調；座椅應使就坐者保持舒適坐姿，靠背結構和尺寸應給予腰部以充分的支撐，使脊柱接近于正常自然彎曲狀態；座椅應能支持就坐者的體位(tǐwèi)并保持其穩定；座椅應能使就坐變換坐姿，靈活平穩地進行體態自動調節。共九十四頁2.座椅尺寸座椅的尺寸設計包括三個方面：椅面的高度、寬度、深度和椅面傾角；靠背的高度、寬度和傾角；扶手的高度和面積。1)椅面高度。椅面高度應使就坐者大腿近似水平，小腿自然垂直(chuízhí)，腳掌平放在地面上，既保證不因椅面過高而使大腿肌肉受壓，又保證不因椅面過低而增加背部肌肉負荷。因此，椅面高度應以小腿加足高的第5百分位數進行設計。共九十四頁座椅因用途不同，椅面高度要求也不同。對于休息用椅，可取380～450mm,對于工作用椅，可取400～480mm。工作座椅的高度應為可調的，使其與工作面高度保持(bǎochí)適宜的高度差。辦公用椅的調節范圍為330～530mm。共九十四頁2)椅面寬度。在空間(kōngjiān)允許的條件下，以寬為好，以方便就坐者變換姿勢。3)椅面深度。椅面深度指椅面的前后距離。4)座椅面傾角。座椅面傾角指椅面與水平面的夾角。5)靠背的高和寬。靠背的高和寬與座姿肩高和肩寬有關，可根據座椅用途確定。6)靠背傾角。靠背傾角是指靠背與椅面之間的夾角。7)扶手高度。扶手的主要作用在于支承手臂重量，以減輕肩部負擔，增加舒適感。共九十四頁圖8-17和圖8-18分別(fēnbié)提供了高靠背和中靠背辦公座椅與工作面、擱腳板的配合尺寸。圖8-19提供了各類座椅的大概尺度。表8-14為駕駛員座椅和乘客座椅的尺寸，可供設計時參考。共九十四頁圖8-17高靠背辦公座椅、工作面、擱腳板(jiǎobǎn)的配合尺寸(mm)

共九十四頁圖8-18中靠背(kàobèi)辦公座椅、工作面、擱腳板的配合尺寸(mm)共九十四頁圖8-19各類座椅的大概(dàgài)尺度(mm)共九十四頁表8-14駕駛員、乘客(chéngkè)座椅尺寸共九十四頁3.座椅設計中應注意的問題1)靠背的作用在于支持軀干，而主要在于支持腰部(yāobù)。因此，其形狀和角度，對于保持良好坐姿，使脊柱接近于正常自然狀態，減少疲勞具有重要意義。2)對于工作用椅，其穩定性極為重要。為防止座椅的滑動和翻倒，椅腳應設計成5個，并均勻分布在直徑為400～450mm的圓周上。4)椅面材料應透氣性好且不打滑(例如毛料)，以增加臀部的舒適感。椅面前緣應呈弧曲面。共九十四頁8.4手握式工具(gōngjù)設計8.4.1手握式工具分析人手具有極大的靈活性。從抓握動作來看，可分為(fēnwéi)著力抓握和精確抓握。著力抓握時，抓握軸線和手臂幾乎垂直，稍屈的手指與手掌形成夾握，拇指施力。共九十四頁根據力的作用線不同，可分為力與小臂平行(如鋸)、力與小臂成夾角(如錘擊)及扭力(如使用螺絲起子)。精確抓握時，工具由手指和拇指的屈肌夾住。精確抓握一般用于控制性作業(如小刀、鉛筆)。操作工具時，動作不應同時具有著力與控制兩種性質，因為在著力狀態讓肌肉也起控制作用會加速(jiāsù)疲勞，降低效率。共九十四頁8.4.2手握式工具設計原則(yuánzé)

為了保證使用效率和健康，工具必須滿足以下基本要求：有效地實現預定的功能；與操作者身體成適當比例，使操作者發揮最大效率；按照作業者的力度和作業能力來設計；適當考慮性別、訓練程度和身體素質上的差異；工具要求的作業姿勢不能引起疲勞。設計手握式工具時，應遵循以下人機工程學原則。共九十四頁圖8-20鉻鐵把手的設計(a)不良(bùliáng)設計；(b)優良設計共九十四頁1.避免靜態肌肉負荷當使用工具時，臂部必須上舉或長時間抓握，會使肩、臂及手部肌肉處于靜態施力，導致(dǎozhì)疲勞，降低作業效率。共九十四頁如在水平作業面上使用直桿式工具，則必須(bìxū)肩部外展，肘部抬高，因此應對這種工具設計作出修改。在工具的工作部分與把手部分做成彎曲式過渡，可以使手臂自然下垂。例如，傳統的鉻鐵是直桿式的，當在工作臺上操作時，如果被焊物體平放于臺面，則手臂必須(bìxū)抬起來才能施焊。改進的設計是將鉻鐵做成彎把式，操作時手臂就可能處于較自然的水平狀態，減少了抬臂產生的靜態肌肉負荷。(見圖8-20)共九十四頁2.保持手腕處于順直狀態手腕順直操作時，腕處于正中的放松狀態，但當手腕處于掌屈、背屈、尺偏等別扭的狀態時，就會產生腕部酸痛、握力減小。如長時間這樣操作，會引起腕道綜合癥、腱鞘炎等癥狀(zhèngzhuàng)。如圖8-21是鋼絲鉗傳統設計a與改進后的設計b的比較，傳統設計的鋼絲鉗造成掌側偏，改進設計使握把彎曲，操作時可以維持手腕的順直狀態。使用這兩種鉗操作后，統計患腱鞘炎的人數，操作傳統鉗的用后第10到12周內顯著增加，而操作改進鉗的使用者中沒有此現象。共九十四頁圖8-21使用(shǐyòng)不同的鋼絲鉗后患腱鞘炎病人數比較共九十四頁共九十四頁3.避免掌部組織受過大壓力操作手握式工具時，有時常要用手施相當大的力。如果工具設計不當，會在掌和