人机工程学

人机工程学 Ergonomics 主讲教师：李明 13504413507 lim.cn@163.com

第九章工作空间与工作岗位设计 第一节工作空间人体尺寸第二节工作空间设计第三节工作岗位设计第四节工作姿势与肢体施力

第九章工作空间与工作岗位设计 第一节工作空间人体尺寸一、GB/T 13547-1992《工作空间人体尺寸》简介 1．工作空间立姿人体尺寸（6项）表9-1 工作空间立姿人体尺寸（单位：mm）图9-1 工作空间立姿人体尺寸

第二章第四节计算公共汽车扶手横杆高的例子中，就用到了表9-1中4. 1.2 双臂功能上举高”的数据。

2．工作空间坐姿人体尺寸（5项） 图9-2 工作空间坐姿人体尺寸表9-2 工作空间坐姿人体尺寸（单位：mm）

3．工作空间跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸（6项）3．工作空间跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸（6项）图9-3 工作空间跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸

表9-3 工作空间跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸（男子）（单位：mm）表9-4 工作空间跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸（女子）（单位：mm）

二、通过小样本测量建立人体尺寸回归方程的方法二、通过小样本测量建立人体尺寸回归方程的方法 1．小样本测量与人体尺寸回归方程 • 工作中要用某项人体尺寸，而国标及文献中没有相应的数据，怎么办？ • GB/T 13547-1992建议：用小样本测量建立人体尺寸回归方程来获取数值。只要进行几十个个体的某项人体尺寸测量，经简单的数据处理就行了。 • 此方法的理论基础是：各人体尺寸间具有线性相关性。欲求的人体尺寸为因变量y，国标中有的人体尺寸为自变量x，两者有一次方程的关系： y=ax+b • 上式中的a和b是两者线性相关的常数。 • 通过小样本测量并进行数据处理，目的就是确定a、b这两个常数。

2.示例和说明：回归方程自变量的选取 例1 . GB/T 13547-1992给出“男子跪姿体长GC”对于“男子身高H ”的线性回归方程为 GC = 18.8 + 0.362H 由上式即可用男子身高H 算出男子跪姿体长GC。 ①从GB/T 10000-1988中查得男子身高 H50＝1678mm； ②将H 值代入上式即得到男子跪姿体长GC50的数值 GC50= 18.8 + （0.362×1678）= 626mm （精确到mm）

例2 GB/T 13547-1992所给“女子俯卧姿体高FWG ”对于“女子体重W ”的线性回归方程为 FWG= 314.5 + 1.048W W 的单位：kg 于是，①从GB/T 10000-1988查得女子体重 W50＝42kg， ②将W 值代入上式即得到女子俯卧姿体高FWG 的数值 FWG= 314.5 +（1.048 ×42）= 359mm （精确到mm）讨论建立回归方程时怎样适当地选取自变量在例1中，求跪姿体长GC时以身高H 为自变量；在例2中，求俯卧姿体高FWG时却以体重W 为自变量。这是因为：跪姿体长与人体高矮相关，而俯卧姿体高显然与人体胖瘦、即人的体重相关。又例如手指的长度都表达为手长的线形回归方程，而指关节宽、掌厚等都表达为手宽的线形回归方程，等等。

3．线性回归分析简介 数理统计的基本内容之一。用数据处理软件来做回归分析，快捷简便。 • 以例1中两参量的关系为例，简要说明工作步骤如下。 ①根据实际问题选择测量样本对象。例如是男子、女子，老年人等。对“小样本”，没有明确的数目规定，但测量数一般不宜小于40～50个。 ②测量每个个体的自变量（身高H）和因变量（跪姿体长GC），得到数据组： ③将数据输入电脑中的数据处理软件，就可得到线性回归方程。

三、工作空间人体尺寸数据的应用原则 ①GB/T 13547-1992数据为裸体测量所得，使用时需加穿着修正量。 ②数据为标准姿势下测量所得，使用时需加姿势修正量。 ③百分位数的选择遵循GB/T 12985-1991的原则。 ④需要其他尺寸数据时，可在小样本测量的基础上，建立合理的回归方程进行间接计算。

第二节工作空间设计 一、工作空间设计的一般原则 • GB/T 16251-1996《工作系统设计的人类工效学原则》给出工作空间设计的一般性原则如下： ①操作高度适合操作者的身体尺寸及工作类型，座位、工作面（工作台）保证躯干自然直立的身体姿势，身体重量得到适当支撑，两肘置于身体两侧，前臂呈水平状。 ②座位调节到适合于人的解剖、生理特点。 ③身体、头、手臂、手、腿、脚有足够的活动空间。 ④操纵装置设置在肌体功能易达或可及的空间，显示装置按功能重要性和使用频度布置在最佳或有效视区内。 ⑤把手和手柄适合于手功能的解剖学特性。

二、工作高度的安排布置 • 50百分位身高的成年男子（不计鞋底厚度），立姿正视、侧视手臂活动及手操作适宜范围如图9-4所示。图9-4 立姿手臂活动及手操作的适宜范围正视侧视图9-5 立姿工作的高度安排

三、水平工作面 • 图9-5为水平面内手操纵范围的描述，对中等身材中国成年男子的立姿和坐姿工作均适用。图9-5 水平面内手臂活动及手操作的范围

四、脚的工作空间 • 脚操作的灵敏度、准确度比手操作差，但操作力大于手操作。 • 脚操作多在坐姿下采用；坐姿下有臀部支承身体，必要时两脚均可进行操作；但立姿下只能由单脚进行操作。 • 坐姿、立姿下脚的工作空间范围及适宜性如图9-6所示。图9-6 脚的工作空间范围

第三节工作岗位设计 一、工作岗位的类型与选择 • 分三种类型：坐姿、立姿和坐立姿交替工作岗位，说明如下。 1．坐姿工作岗位 • 特点全身较放松，不易疲劳，身体稳定，易于集中思考和精细操作。手和脚可同时工作。但活动范围小，手和手臂的操纵力也小。 • 适用范围操纵范围和操纵力不大，精细的或需稳定连续进行的工作。

2．立姿工作岗位 • 特点活动范围和操作力大。长时间站立使人疲劳，对精细工作不利。 • 适用范围操纵范围和操纵力大，非连续的长时间工作。 3 ．坐立姿交替工作岗位 • 特点能交替体现坐姿、立姿工作岗位的优点，对身体和精神均较有益。 • 适用范围工作形式较为多样的工作。

二、工作岗位的尺寸设计 • 在GB/T 14776-1993《人类工效学工作岗位尺寸设计原则及其数值》中，对三种工作岗位都给出了具体尺寸数据。图9-7 坐姿工作岗位的尺寸图示侧视俯视表9-6 以人体尺寸为依据的工作岗位尺寸（单位：mm）

图9-8立姿工作岗位尺寸 图9-9坐立姿交替工作岗位尺寸表9-7 不同类型作业工作岗位的相对高度与高度（单位：mm）

精细的工作对象离头部要近，以便能看得仔细；重作业操作中要挥动手臂、甚至借助腰的力量，工作对象位置宜低于肘高；一般较轻作业则介于两者之间。所以立姿下工作台的高度，因作业类型不同而与立姿肘高有不同的相对关系，参看图9-10。精细作业轻作业重作业图9-10 立姿不同作业工作台面的适宜高度

第四节工作姿势与肢体施力 一、工作姿势对工效的影响 1．工作姿势图9-11、9-12是工作姿势对工效影响的两个示例。 a）弯腰抬重b）直腰抬重a）弯腰播种b）直腰播种图9-11 两种抬重姿势对比图9-12 两种播种姿势对比

2．工作体位 肢体在施力时状态和姿势称为工作体位。图9-13是强迫体位（工作体位不良）工作的示例。图9-13 在不良的体位下清砂表9-8 中等身成年男子施力点的适宜高度示例 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 说明双手提用手扳向下施手摇摇向下水平方水平方向下拉拽起重物动杠杆加压力柄手轮锤打向锤打向拉拽图示适宜高度 500 ≈750 400 800 400 900 850 1200 H /mm ～600 ～700 ～900 ～800 ～1000 ～950 ～1700 ------------------------------------------------------------------------------------------------------

3．动态施力和静态施力 工作中肌肉交替地进行收缩与舒张，称为肌肉的动态施力。工作中肌肉持续地收缩着用力，称为肌肉的静态施力。动态、静态施力在生理上有何不同？解释见图9-14 。图9-14 不同施力状态下肌肉的需血量和供血量解决工作姿势问题的两种方法：第一，改变不良姿势；第二，使人体得到合适的支撑、靠垫。

改进后的工作姿势原先的不良工作姿势

4．改善搬运工效的示例 改善工作姿势、工作体位和减少静态施力可以通过产品设计来实现。图9-15 单人搬运包装箱的两种情况图9-16 便于四人搬运的大包装箱表9-9 几种搬运方式的能耗及对比（负重30kg，行走1km） ------------------------------------------------------------------------------ 搬运方式一前一后头顶背包在背背包带用手拽扁担挑双手提跨肩负荷套挂前额住背包图示（有文献指出：扁担肩挑行走时节奏性好，能缓解疲劳，能耗低。）能量消耗/kw 23.5 24 26 27 29 30 34 相对值 100 102 111 115 123 128 145 ------------------------------------------------------------------------------

二、肢体施力的合理方法 • 肢体合理施力提高工效是人机学的中心内容，除与工作姿势、体位有关外，还与产品（工具、设备等）设计等方面密切相关，下面简略介绍。 1．双手协同工作 • 人们非右利者，即左利者。但研究证明，通过练习，非优势手是能很好协同工作的。值得特别指出的是：双手协同工作与主要靠优势手工作，对工效的提高有时可达很多倍。

2．增强动作的节律性 节律性，即全身协调地动作，让徐疾、强弱在流畅的变换中形成节奏感，这对轻松和高效有莫大效果。示例：图9-17。图9-17 按一定顺序拧紧螺钉 3. 轮换和交替长时间单调的操作使工效降低、差错增多。应使操作得到轮换和交替。例如同一岗位上不同操作工序的交替、人员岗位的轮换等。 4．身体的安稳与支靠凡需要持续头部偏转、抬臂举腿，躯干前倾侧偏的，都应设置支撑或垫靠。让操作者安稳、放松地工作，体现以人为本精神，也有利于提高工效。 5．重力的利用让地心引力“帮忙”，而不是制造麻烦。例如让物重、体重固定工作对象，而不用手脚来压紧；让重力“帮”物件移动；把重工具适当吊挂以免用手举提，等等。 6．动作的均衡与顺畅肢体施力最好对人体左右对称，操作动作平稳连续取圆弧轨迹、避免直线转折，改往返运动为回旋运动，让工具作有固定导向（如导向槽、孔）的运动，等等。

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