安全人机课程设计安全工程专业.docx
《安全人机课程设计安全工程专业.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安全人机课程设计安全工程专业.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
安全人机课程设计安全工程专业
课
程
设
计
设计课题多媒体教室座椅安全人机设计
系部班级安全与环境工程系XXX
所属专业安全工程
学生姓名XX学号XXX
指导教师XXX
设计时间XXX
多媒体教室座椅安全人机设计
[摘要]对我校多媒体教室座椅的人机关系、色彩搭配、整体布置进行了实测和整改设计。
运用了安全人机工程学的基本原理和方法，全面考虑大学生的生理、心理因素，考虑其坐姿的舒适性，对人生理和心理的合理性，借鉴其他院校多媒体教室座椅的情况，取长补短，使座椅达到安全、舒适、合理、的效果。
[关键词]人机工程人机结合面对比分析坐姿舒适度性合理布局
SafetySeatMulti-mediaHuman-computerClassroomDesign
[Abstract]:
Multimediaclassroomsofourschool'shumanrelationschair,colormatch,theoveralllayoutdesignofthemeasurementandimprovement.Theuseofthesecurityofthebasicprinciplesofergonomicsandmethods,studentstakefullaccountofthephysical,psychologicalfactors,toconsiderthecomfortoftheirposture,physicalandpsychologicalhumanrationality,drawingonotherinstitutionsseatmultimediaclassroomsituation,eachother,sothattheseatissafe,comfortable,reasonableandeffective.
[Keywords]:
SecuritypersonmachineprojectThecontrastanalyzes
ManmachinjmiferfaceComfortofsittingRationaldistribution
1.
前言
随着计算机的普及，多媒体计算机辅助教学以其直观性、灵活性、实时性、立体化的优势，在教学中发挥着越来越重要的作用。
从技术而言，多媒体确实有很大的优越性。
但是多媒体的应用并不代表课堂质量的提高。
影响课堂效率的因素是综合的，教学方式只是里面重要的一条，但是其他因素也不能忽视。
从现实的接触看来，实际中的效果并没有想象中的理想。
这里面存在很多的问题。
诸如：
授课速度太快、课堂时间的安排过长、教室里灯光昏暗、桌椅设计不合理等。
从人机角度而言我们应该从人（学生）的角度，分析影响课堂质量的因素，研究课堂该如何设计和改进。
为了使我们在多媒体教室上课时坐的舒适，上课时不感到疲劳和不适，我们应对多媒体教室的座椅进行设计并对其整体布局进行改进。
2.理论依据
在对于多媒体教室座椅进行人机设计时，我们首先对人体尺寸各参数进行了解课桌椅的设计关系到学生的身心健康，最新国家标准为GB/T39762002《学校课桌椅功能尺寸》，其中应用了人类工程学原理，增列了靠背点高和桌下净空等多项功能尺寸，并增加了学前儿童桌椅、高等学校课桌椅部分的技术要求，充实了分配使用方面的一些规定；课桌椅各型号的身高范围普遍提高7.5cm，桌面高与国际标准一致，座面高比国际标准低20mm和10mm，从而使标准更加人性化。
2.1.设计原理
2.1.1.座姿舒适性的概念
人坐着时，大腿和上肢的重量必须由座面来支撑，人的骨盆下面有两块小面积的圆骨能支持上身的大部分体重。
座面上的臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，并由此向外，压力逐步减少，直至与座面前缘接触的大腿下部，此处压力最少。
坐骨下面的座面应近似水平，以使股骨不承受过分的压迫，斗形的座面或座面过于松软会使股骨趋于向上转动而受力，从而引起不舒适感
2.1.2.座椅的设计原则
1）要把人的坐姿与座椅的样式和尺寸联系起来；
2）座椅的尺寸应适宜于就坐者的人体尺寸；
3）座椅要适于就坐者保持不同姿势的需要和调节坐姿的需要；
4）靠背的结构和形状要尽量减少就坐者背部和脊柱疲劳；
5）座椅上应配有适当质地的坐垫以改善臀部及背部的体压分布。
2.1.3.座椅尺寸设计
2.1.3.1.座椅尺寸设计应遵循以下原则：
1）人的躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；
2）上身应保持稳定；
3）座位的高度应不使大腿肌肉受压；
4）可以变换或调节坐姿，座面高度应与桌面相配合，尽量减少身体的不舒适感。
2.1.3.2.座椅的主要尺寸设计
1）座高——是指地面至就坐后面上坐骨支承处的高度。
合适的座高应使臀部受力符合要求。
座位过高，则不能使体重正确地压在臀部，而使大腿肌肉受压，而且上、下腿和背部肌肉都会紧张。
座高过低，则会使背部肌肉紧张，久而久之会产生背痛。
因此，座高一般不宜超过小腿高（约为身高的1/4），按中国人的标准，可取为380—450mm。
2）座深——是指座面的前后距离。
座深应使臀部得到全部的支撑，同时，要求座面的前沿不过分伸出，以防止挤压小腿，而且座面前沿应离开小腿一定的距离，以保证小腿的灵活性。
一般情况下，座深应取450mm。
3）座宽——应满足臀部就坐所需要的尺度，使人能自如地调整坐姿，一般取400—500mm，，肩并肩坐的排座，座宽应能保证人能自由活动．
因此，座宽应比人的肘间宽稍大一些，530mm的座宽能满足９５％人的需要。
4）靠背——应适当的支持腰凹，使腰关节能自由能自由运动，靠背压于腰部的面积愈宽愈好。
因此，靠背的水平形状应适合于腰围，靠背的斜度因工作的不同而要求不同。
2.2.国家标准
在设计中要用到的人体有关参数。
这些数据主要来自于GB/T10000—1988和GB/T13547—1992《工作空间人体尺寸》。
所运用的数据如下表所示：
表2-1坐姿人体尺寸单位：
mm
年龄分组
男（18-60岁）
女（18-55岁）
百分位数
151050909599
151050909599
坐高
836858870908947958979
789809819855891901920
坐姿颈椎点高
599615624657691701719
563579587617648657675
坐姿眼高
729749751798836847867
678659704739773783803
坐姿肩高
539557566598631641659
504518526556589594609
年龄分组
男（18-60岁）
女（18-55岁）
百分位数
151050909599
151050909599
坐姿肘高
214228218216291298312
201215223251277284299
坐姿大腿厚
103112116130146151160
107113117130146151160
坐姿膝高
441456461493523532549
410424431458486494507
小腿加足高
372383389413439448463
331341350382399405417
坐深
407421429457486494510
388401408433461469486
臂膝距
499515524554585595613
481495502521561570587
坐姿下肢长
892921937992104610631093
8268518619219609751005
表2-2人体水平尺寸单位：
mm
年龄分组
男（18-60岁）
女（18-55岁）
百分位数
151050909599
151050909599
胸宽
242253259280307315331
219233239260289299319
胸厚
176186191212237245261
159170176199230239260
肩宽
330344351376397403413
304320328351371377387
最大肩宽
383398405431460469486
347363371387428438458
臀宽
273283288306327334346
275290296317340346360
坐姿臀宽
284296300321347355369
295310318344374382400
坐姿两肘间宽
353371381422473489519
326348360404460379509
胸围
7627918068679449701018
7177457608269199491005
腰围
620650665735857895960
6226596807729049501025
臀围
7808058208759489701009
79582484090097510001044
3.实测数据
测量仪器：
卷尺
测量对象：
卷尺测得多媒体教室地面与椅子的高度、地面与课桌底板、地面与与课桌面得高度、椅子的尺寸、椅子的角度、桌子的宽度。
测量目的:
具体的数据来说明、分析座椅的人机界面的不合理性，从而为下一步
改进措施提供有利的依测量数据
本文对媒体教室座椅的数据如下：
长度（cm）
宽度（cm）
高度（cm）
座椅
40
43
45.5
课桌
30
75
课桌底板
60
座椅离课桌
61
座椅的仰度角度为100度
学校多媒体教室的布局图如下：
4.对多媒体教室座椅和其整体布局的评价
对于我们学校的多媒体教室的座椅其设计并没有依据人机工程来设计，人做在上面不会感觉到舒适，而且做久了还会使人感到疲劳和不适，从而大大降低了我们上课的效率和积极性。
当长时间做在上面是会感到腰酸背痛，还会有臀部和脊椎不适得感觉。
我们有大量的课都在多媒体教室上，当多媒体成为了一种很重要的上课工具时，但学生反而会因为座椅的不适从而没使教育变得更好。
多媒体教室座椅的设计存在非常不合理的地方，其宽和坐深并没有是臀部受力舒适，而且其坐高也不合理。
人坐着时，大腿和上肢的重量必须由座面来支撑，人的骨盆下面有两块小面积的圆骨能支持上身的大部分体重。
座面上的臀部压力分布应是在坐骨结节处最大，并由此向外，压力逐步减少，直至与座面前缘接触的大腿下部，此处压力最少。
坐骨下面的座面应近似水平，以使股骨不承受过分的压迫，斗形的座面或座面过于松软会使股骨趋于向上转动而受力，从而引起不舒适感。
座位过高，则不能使体重正确地压在臀部，而使大腿肌肉受压，而且上、下腿和背部肌肉都会紧张。
座高过低，则会使背部肌肉紧张，久而久之会产生背痛。
因此，座高一般不宜超过小腿高（约为身高的1/4），按中国人的标准，可取为380—450mm。
但学校的坐高有点偏高，长时间做在那，当上完2节课时经常会有背痛的感觉。
学校多媒体教室座椅与课桌的距离有的地方远，有的地方窄，但总体来说还是太宽了。
人在上课时，坐在椅子上，肘部经常不能放在课桌上，因而回产生手合肩膀酸痛的感觉。
课桌底板一地面的高度也低了点。
双膝总会以为感觉底板太低了而往前屈伸从而引发严重不适。
多媒体教室本来就昏暗，多媒体教室又是填鸭式的布局，是人感到多媒体教室更加狭小和昏暗，在这样的环境下人们变会打不起精神而昏昏欲睡。
这样便严重影响了教学的质量和学生的学习效率。
5.多媒体教室座椅的设计
5.1.座椅的设计
5.1.1.理论知识
课桌椅的设计关系到学生的身心健康，最新国家标准为GB/T39762002《学校课桌椅功能尺寸》，其中应用了人类工程学原理，增列了靠背点高和桌下净空等多项功能尺寸，并增加了学前儿童桌椅、高等学校课桌椅部分的技术要求，充实了分配使用方面的一些规定；课桌椅各型号的身高范围普遍提高7.5cm，桌面高与国际标准一致，座面高比国际标准低20mm和10mm，从而使标准更加人性化。
5.1.2.工作学习座椅设计的原则
1）必须能提供坐者有足够的支撑与稳定作用
2）必须能使坐者改变其姿势,但其椅垫必须足以防止坐姿行为中的滑脱现象
3）坐椅座高：
正确的座高应使坐者大腿保持水平,小腿垂直,双腿平放在地面上。
对工作用椅而言,人体通常需以较直立式姿势且双脚平放于地面,其座高宜比休息用椅稍高。
座高宜设定为可调整式的,以适应多数人使用，工作用椅座高为35~50cm.
4）座椅宽度：
座宽的设定必须适合于身材高大者,其相对应的人体测量值是臀宽。
座宽宜采用较高百分位的女性测量值为设计依据。
对于排列成行的座椅，其座宽则应以两肘间的距离为基准,。
坐椅座宽宜为38~48cm。
本文中讨论的桌椅布局形式利于将座椅设计的更加人性化，可以使用舒适的工作用椅。
5）坐椅座深：
学习工作用椅使用者分布很广，其座深可取身材较矮小者人体测量值作为设计依据。
椅座深建议为30~40cm。
6）坐椅座面角度：
坐在前倾5度的座面比坐在后倾式者有较少的肌肉伸张，而座面压力分布更为均匀。
但应注意防止身体有下滑趋势。
7）座椅座垫：
椅垫具有两种重要功能,首先它有助于将坐骨结节和臀部的体重所产生的压力予以分散，若此种压力无法排除则会引起不舒适甚至疲劳感等；其次它使身体采取一种稳定的姿势,将身体凹陷入椅垫并予以支撑。
8）坐垫必须有充分的衬垫和适当的硬度，使之有助于将人体的压力分布于坐骨结节附近。
建议座垫前端应比人体膝窝高低约5cm，而且使膝窝感受不出压迫感,座垫前端宜有半径2.5~5cm的弧度。
9）坐椅靠背：
靠背，特别是在腰部的支撑，可降低脊柱所产生的紧张压力。
座椅的设计必须提供正确的腰部曲度，使脊柱处于自然均衡状态。
成年人腰部前弯曲率厚度约为1.5~2.5cm,纵向弧度约为25cm半径，中心位置约在座面上方23~26cm处，而腰椎的支撑点位置则应稍高一些,以达到支撑人体背部重量的目的。
10）坐椅靠背角度：
为了防止人体坐姿向前滑动和引导腰弯部位（包括骶椎）依靠在靠背上，设计时必须考虑靠背与座垫之间的角度。
从人体脊柱形状而言，靠背角度在115度较为合适，接近自然的腰部形状。
5.1.3.百分点及静态与动态尺寸的选择
实际设计中，桌椅不可能满足一个群体内的所有的尺寸范围，尤其学校中的使用者的尺寸范围更大，因此一般的满足群体内的90%的人就达到了设计要求，也就是第5个百分点和第95个百分点之间的人群。
同时人体尺寸测量数据分为静态尺寸和动态尺寸（人体正在运动的尺寸）。
一般来说静态尺寸的正负偏差为5mm；动态尺寸的正负偏差为20mm。
5.1.4.座椅的舒适性设计
5.1.4.1.坐姿的生理特点
坐姿是大部分体重由盆骨处坐骨结节和软组织所承担的一种身体位置。
坐姿有以下优点：
1）能够满括视觉和稳定性方面的较高要求。
2）相对于站姿而言，消耗的能量更少。
3）能够减轻下肢的压力。
4）能够减轻对下肢循环的压迫。
从生物力学角度考虑，脊椎、上肢、下肢和盆骨都参与了坐姿动作的实现。
但是，就本问题而言（或者说从切身体验），我们所感觉的不适区域主要集中在背部，因此我们的研究注意点也很自然的放在脊椎上。
下面主要从脊椎的角度去研究坐姿：
从机能上看：
脊椎包含了四个部分：
颈椎、胸椎、腰椎、尾椎。
两个可动部分：
颈椎和腰椎，位于胸椎得上部和下部。
腰椎连接着位于骨盆中的骶骨。
人直立时，脊椎从正面看是笔直的，从侧面看是弯曲的（从上而下分别形成：
颈部凸出、胸部凹陷、腰部凸出的S型复合弯曲）。
腰椎前凸是由于脊椎骨节和椎间盘前厚后薄而形成的。
由于骶骨上表面与水平面成一定前倾角，因而在人站立时这种形状的弯曲是必要的。
因为腰椎与骶骨的连接部分以及骶骨位于骨盆中，因此转动骨盆必然会影响腰椎的形状。
当骨盆前转，腰椎必然前凸以保持躯干的直立。
当骨盆后转，腰椎被迫屈服，有时甚至形成后凹。
脊椎的结构
注：
α颈椎夹角，β腰椎夹角
当人从站立到坐下时，脊椎的形状是随之变化的。
在腰椎和颈椎可动部分，会发生相应的形变，形变会给椎间盘带来不必要的压迫，引起人不适的感觉。
脊椎长期处于形变会发生永久的弯曲，影响人的形体。
腰椎是最为关键的一段，因为躯干的主要重量都是由其承担，其在座椅设计时重要性是不言而喻的。
座椅的靠背和坐面之间的角度会直接影响腰椎的β角度：
靠背的坐面的夹角越小，β角越大，这样会给椎间盘带来很大的压迫，因此靠背和坐面的夹角最值得我们关注。
另外，在书写和看屏幕两个动作同时进行时，颈椎的角度也是不断变化的：
看屏幕时α角较小，书写时α角较大。
长时间会给颈椎和肌肉带来疲劳。
5.1.4.2.如何得到自然的弯曲状态
从上面的分析看来，不正确的坐姿引起人感觉不适主要因素是腰椎和颈椎的夹角（α和β角）的不恰当。
如何让脊椎保持自然的弯曲状态（更准确的说是让腰椎和颈椎保持自然的弯曲状态），这就需要从减小α和β角着手。
桌面和坐面的相对高度、座面和靠背的角度这是要我们考虑的关键因素。
座椅得设计：
图5-1-4-2（座椅设计图）
多媒体教室座椅的设计关键是靠背和坐面的尽量保证靠背和座面大的仰角。
这样的设计
有以下优点：
1）靠背可以承受一定的负荷，减轻对臀部、腰椎和下肢血液循环的压力。
2）身体的后仰可以保持一个良好的视界，学生不必仰起头来看屏幕，减轻了颈椎的不适。
3）靠背和坐面的大仰角可以维持脊椎的正常生理曲线。
4）增加扶手，适当抬高扶手的位置并增大扶手的面积，将扶手改装成简易的课桌，这样学生书写时不必前倾，同时扶手也能承担一部分身体重量，减轻对脊椎的压力。
保证坐面一定的有仰角（后仰），以保证人的身体不会下滑。
5.1.5.学习工作用椅的优化设计
图5-1-5（学习工作椅设计图）
上图为优化设计后的学习工作用椅尺寸图，各种尺寸都是在符合人体测量的基础上进行改进设计而成的。
同现在使用的各种教室用椅相比（如右图所示），它显然在人体生理结构方面更具优势，通过对尺寸的定量设计使得使用者使用时更为舒适。
例如，靠背的设计能有效提供支撑力，减少肌肉受力，使使用者学习时的有效时间更长。
图中的设计应用了理论知识中提及的各种人体工程学原理以及人体解剖学原理，综合考虑了各种影响因素。
可以说是一种理想设计，故对于实际中不同的学习工作场景还需要改进或舍弃一些优化设计。
例如，高低可调节的功能、椅座可旋转的功能在座椅密集布置的情况下并不适用，可优先应用其靠背、坐垫的各种设计，在一定程度上满足需要即可。
5.1.6.课桌的设计
为了满足使用需要，课桌高度一定要和肘关节的位置相匹配，并且只能在选定椅子的高度以后再进行调整。
一般推荐课桌高比坐姿时的肘关节高3~4cm，但此问题可以适当高一点，因为书写动作不是经常进行。
课桌太矮会使工作者向前倾，造成腰椎和颈椎弯曲，增加后背和颈部的压力。
课桌太高会限制手臂运动，使肩膀向前弯曲或高耸，还会影响脖子，造成肩膀和颈部肌肉疲劳。
学生的书写动作不适很多，因此我们没有必要配备专门的课桌。
可以考虑将课桌和座椅。
结合起来，将座椅上的扶手改装成课桌（增大扶手面积，适当的倾斜，适当的高度），这样
可以节省空间，学生在书写时没有必要刻意的前倾。
5.2.座椅颜色的设计
5.2.1.理论依据
在色彩设计时现实的色彩搭配，应该从科学、理性的角度合理地运用色彩，给人以明亮、和谐、美观、舒适的生活、工作及学习环境。
。
视觉对明暗的适应和颜料的色彩视觉以及色彩辐射对人的生理和心理产生积极影响，各种色彩都能对人起作用。
从色彩的心理作用来分析，色彩的作用可以使房间看起来变得扩大或缩小，给人以“凸出”或“缩进”的印象。
如冷色调使空间造成扩大的强烈感觉，因为墙壁石斛向后退缩了，暖色调刚刚相反，给人以向前凸出的感觉。
根据色彩的心理感觉，大致的有视觉、触觉、听觉、情绪感觉等，如表6-1所示。
表6-1色彩心理感受
心理感受
表现
相应色彩
视觉心理感受
前进色（凸）
暖色系：
红、橙、黄等
退缩色（凹）
冷色系：
绿、蓝、紫等
面积大
高明度色、淡色（白）
面积小
低明度色、浓色（黑）
触觉心理感受
轻色（软）
高明度色（中度纯度、中高明度）
浅色、浅蓝、粉紫、黄色、白色（淡黄草绿色）
重色（硬）
低明度色（表面粗糙色）
深色、黑红、紫、深蓝、单一暗色
干
暖色系：
红、橙、黄等
湿
冷色系：
蓝、青、紫等
暖色
红、橙、黄、褐等
冷色
绿、蓝、紫、白等
听觉心理感受
高音
红、橙、黄、白（高明度）
低音
蓝、青、紫、黑（低明度）
情绪心理感受
积极色
（欢乐）：
红、棕、橙、黄等
消极色
（忧伤）：
蓝、紫、黑等
华丽
彩度高、高明度、不同色搭配
朴实
彩度低、低明度、不同色搭配
5.2.2.颜色的选择和设计
在本文上文中只对座椅的尺寸进行了设计，并未涉及其它如视觉等方面的效果。
在设计中既要保证课桌椅单体色彩的美观，还要保证各种色彩在教室环境内协调性。
总体来说课桌椅的设计要求色彩明朗、精神饱满、丰富多彩。
普通教室应能满足好动、动作幅度大的学生自由的宽敞空间。
利用课桌椅的色彩可相应减少环境的拥挤感。
一是利用课桌椅色彩的距离感与感，暖色属前进色，冷色属后退色；高明度色彩有前进感，低明度色彩有收缩感，前进性的暖色，有膨胀感；后退性的冷色，有收缩感；明度高的色彩有膨胀感，明度低的色彩有收缩感。
综上所述，教室桌椅宜使用“中性色”为主色调，并运用“兴奋色”再提高色彩的明度，降低色彩的饱和度以达到既可以创造愉悦的氛围，又不至于使学生过于兴奋的效果。
通过对50人的调查，发现调查结果如下：
红色
17
34.00%
蓝色
27
54.00%
黄色
4
8.00%
绿色
8
16.00%
紫色
12
24.00%
〖其它〗
2
4.00%
本题有效填写人次
50
调查结果发现蓝色为最多人喜欢和接受的颜色，因而建议把座椅和课桌的颜色换为蓝色，这样会让人在上课时更加冷静和保持清醒的头脑，提高注意力从而使人们在学习时达到事半功倍的效果。
6.媒体教室座椅整体布局的改进
6.1.整体布局改进设计
6.1.1.概述
一般而言，我们所用的教室都是排列规整的布局，笔直的过道，平齐的一排排桌椅，这无疑有利于节省空间、设计成本、建造成本，但也大大限制了教室的功能。
另一方面，我们自小所习惯的“听”课的方式正逐渐被多样化的教学方式所替代，这也要求对教室的布局进行优化设计，使其符合教学的需要。
教室的课桌椅必须在一个更大的范围中考虑其设计，也就是说
升级会员 