人机工程课程设计.docx
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人机工程课程设计
课程名称：
人机工程课程设计
大学生座椅的人机学评价和改进设计
学院：
工程学院
专业：
工业设计
姓名：
岳宝海
学号：
20124027128
指导教师：
王黎明
黑龙江八一农垦大学工程学院
目录
摘要-1-
1.座椅要求-1-
2.问卷调研-1-
2.1问卷调查的分析-3-
2.2问卷调查的总结-6-
3.系统改进-7-
3.1座椅腰靠设计-8-
3.1.1座椅腰靠要求-8-
3.1.2座椅腰靠分析说明-8-
3.2座椅座面设计-9-
3.2.1座椅座面要求-9-
3.2.2座椅座面分析说明-10-
4.改进设计-10-
大学生座椅的人机学评价和改进设计
摘要：
人们无论是在工作、在家中、在公共汽车或在其他地方，每人在他的一生中总会有很大一部分时间是花在坐上面的。
因此坐姿与作为与我们生活息息相关。
在现在人生活节奏快了很多，人们的生活、工作离不开座，特别是以座姿进行工作的人，每天都有三分之一以上的时间与座打着交道。
目前，“电脑族”在家办公、游戏的时间越来越长，刻板、方程式般套路的办公空间已经无法满足人们的需要。
因此，色彩多样、造型别致、使用方便等重视个性发展、关注人性化的办公桌椅也越来越多了，但仅有造型或仅有功能都是不够的。
很多人的办公椅高度等都没有达标，这样就使得长期坐着的人出现腰酸背疼。
对于大学生来说，每天三点一线的生活，教室-宿舍-食堂，所以，座椅在大学生活中占有重要的位置。
对于学生而言，在食堂里面，不仅仅是为了吃饭，会在里面加入一些感情的成分在，譬如跟同学聊天，三两好友一起谈笑风生，亦或者可以认识很多同学的地方，因为平时忙于上课，这个时候可以联络联络感情……自习室是我们学习的地方，一把坐着舒服的椅子能让我们摆脱长时间伏案出现的腰酸背痛。
宿舍是我们学习和玩耍的地方，而且在宿舍我们可能要长时间的对着电脑，很多情况下，都是在电脑旁一坐就是一天，工作和学习的强度较大，而坐姿势是人体较自然的姿势，能减少体能消耗，减少疲劳。
拥有一个设计合理的座椅椅，能够降低在电脑旁坐着工作人们的工作疲劳感，带来一份舒适和体贴。
1、座椅的要求
1.坐姿生理学：
必须考虑脊柱的结构、腰曲弧线、腰椎后突和前突的问题
2.坐姿生物力学：
必须考虑肌肉活动度、体压分布、股骨受力、椎间受力。
由人机工程学的要求，我们得出几条座椅设计原则：
1.座椅的设计应保证腰弧曲线正常，让腰部处于正常的姿势下,压力适当的分布在各椎间盘上，肌肉组织上承受均匀的静负荷，避免椎间盘内压力分布不正常，产生腰部酸痛，疲劳和不适感。
2.保证肢体免受异常力作用，避免椎间盘在间隙缩小的前端受推挤和摩擦的引起的腰部不适感。
二、问卷调研
大学寝室座椅调查问卷
访问地点______访问时间_______访问员______
您好，我们是黑龙江八一农垦大学工业设计系的学生，现在正在针对U盘的一些问题，向您调查咨询。
您的观点和意见会被严格保密，最终仅被用于汇总后的统计分析，请您放心填写，谢谢您的支持与配
1、您的性别是：
（）
A、男B、女
2、您的年级：
（）
A、大一B、大二C、大三D、大四E、研一F、研二G、研究生以上
3、您对寝室的椅子满意吗：
（）
A、非常满意B、一般C、不满意
4、您目前使用的座椅是：
（）
A、学校配备的椅子B、自己购买的座椅C、自己买的小板凳
5、您的身高在哪个范围：
（）
A、160cm以下B、160cm~170cmC、170cm~180cmD、180cm以上
6.、您认为寝室座椅的高度合理吗：
（）
A、非常合理B、比较合理C、不合理D、一般
7、当您回到寝室时看到寝室座椅的第一感觉是：
（）
A、很舒服，想要坐下B、太冷硬了，不想坐C、美感强D、美感弱E、一般F、无所谓
8、您觉得寝室的座椅符合您的坐姿习惯吗：
（）
A、符合B、不符合
9、您对寝室的座椅有什么不能满意的地方：
（）
A、太硬B、太软C、冬凉夏暖D、拖动的时候声音很大E、不好看F、我很满意G、其他
10、您可能会将椅子用来做什么：
（）
A、只用于坐着B、会用于踩着上床
C、会用来踩着挂衣物D、其他
11、您希望寝室的椅子是怎么样的：
（）
A、有腰背的B、有扶手的C、配有软垫的
D、可折叠的E、结实的F、美观的
G、节省空间的H、其他
12、您希望寝室的座椅是什么材质的：
（）
A、塑料B、金属C、木质D、其他
13、您认为寝室的座椅大小合适吗：
（）
A、偏大，占地方B、正好合适
C、一般D、不合适，太小
14、您平时坐在椅子上突然起身或转身是会遇到什么困扰：
（）
A、椅子会很大的阻碍我的动作
B、椅子会发出刺耳的声响
C、椅子不稳，容易摔倒
D、无困扰
15、您希望寝室的椅子做哪些方面的调整：
（）
A、外形B、功能C、材质
16、您希望寝室的椅子颜色是相同的还是不同的：
（）
A、相同颜色的B、不同颜色的
17、您平时坐在椅子上，脚会放在什么地方：
（）
A、脚踩在椅子下面B、脚踩在椅子的横梁上面C、脚踩在椅子前面D、其他
18、您认为寝室的座椅是否有必要加一些储物装置：
（）
A、非常有必要B、有了更好C、可有可无D、毫无必要
19、您认为寝室座椅是否有必要装一个扶手装置：
（）
A、非常有必要B、有了更好C、可有可无D、毫无必要
20、您希望椅子腰背的设计上是否需要有挂钩：
（）
A、需要，可以挂包包或小件衣物
B、不需要，太多余
C、无所谓
问卷分析：
关于大学生在寝室所用座椅存在的一些不便，我们提出了一些问题，并制作了调查问卷，在黑龙江八一农垦大学学生寝室发放了50份调查问卷，对于得出的数据结果，我进行了简要的分析，分析及图表如下：
1、您的性别是：
（）
A、64%B、36%
2、您的年级：
（）
A、0%B、52%C、48%D、0%
E、0%F、0%G、0%
分析：
根据1、2问题数据结果分析，在这50份问卷里，被访问者中64%是男生，36%是女生，并且都是大二大三学生，访问结果真实可靠。
3、您对寝室的椅子满意吗：
（）
A、8%B、48%C、44%
4、您目前使用的座椅是：
（）
B、60%B、40%C、0%
分析：
根据3、4题数据结果分析，对于寝室椅子，将近一半被访问者觉得一般，也将近一半不满意目前的椅子，同时60%仍使用学校配发的椅子，40%自己购买了座椅。
5、您的身高在哪个范围：
（）
A、4%B、36%C、48%D、12%
6.、您认为寝室座椅的高度合理吗：
（）
A、0%B、48%C、44%D、8%
分析：
根据5、6问题数据结果分析，大多数被访问者身高集中在160cm~180cm，其中觉得目前寝室椅子比较合理的与不合理的分别将近各占一半。
7、当您回到寝室时看到寝室座椅的第一感觉是：
（）
A、4%B、44%C、16%
D、8%E、24%F、4%
分析：
很多被访问者觉得一回到寝室看到椅子会有很硬很冷的感觉，不太舒服，不想要坐下去，其余同学觉得很一般，没什么感觉。
8、您觉得寝室的座椅符合您的坐姿习惯吗：
（）
A、40%B、60%
9、您对寝室的座椅有什么不能满意的地方：
（）
A、40%B、5%C、19%D、19%
E、10%F、2%G、5%
分析：
数据分析得大多数被访问者对寝室座椅太硬、冬凉夏热、拖动声音极大感到不满，让他们在寝室不能够很舒服的学习生活。
10、您可能会将椅子用来做什么：
（）
A、37%B、37%C、17%D、9%
分析：
寝室的凳子对于学生来说不仅用于休息落座，同时还会用于踩着上床、挂衣物等，这就要求我们的凳子得足够结实，使学生安全方便舒适。
11、您希望寝室的椅子是怎么样的：
（）
A、30%B、17%C、25%D、11%
E、6%F、8%G、3%H、0%
分析：
大多数被访问者希望座椅有腰背，有扶手，配有软垫，这些都是同学舒适度的需求，对于现有的座椅有待改进。
12、您希望寝室的座椅是什么材质的：
（）
A、15%B、36%C、44%D、8%
分析：
大多数被访问者椅子是金属或木质的，可能想要椅子更结实。
13、您认为寝室的座椅大小合适吗：
（）
A、6%B、20%C、34%D、40%
14、您平时坐在椅子上突然起身或转身是会遇到什么困扰：
（）
A、20%B、23%C、54%D、3%
分析：
椅子的稳定性不太好，容易摔倒，同时椅子有时会阻碍动作，移动时不方便还会发出很大的声音。
15、您希望寝室的椅子做哪些方面的调整：
（）
A、30%B、50%C、20%
分析：
大多数同学希望椅子在功能上有所改进。
16、您希望寝室的椅子颜色是相同的还是不同的：
（）
A、40%B、60%
17、您平时坐在椅子上，脚会放在什么地方：
（）
A、8%B、56%C、16%D、20%
分析：
大多数同学在做椅子时会把脚放在椅子的横梁上，所以在今后的设计中要满足大家的需求，同时要提高舒适度。
18、您认为寝室的座椅是否有必要增加一些储物装置：
（）
A、32%B、36%C、24%D、8%
19、您认为寝室座椅是否有必要装一个扶手装置：
（）
A、16%B、56%C、24%D、4%
20、您希望椅子腰背的设计上是否需要有挂钩：
（）
A、28%B、48%C、24%
分析：
根据18~20问题的数据结果分析，大多数被访问者希望寝室的座椅有一些储物装置。
可以增加空间利用率，也希望有一个扶手装置，提高舒适度，而对于座椅上的挂钩，28%觉得需要，48%认为不需要，多余，其余同学持可有可无的态度。
小结：
通过对大学寝室座椅的心理调查问卷数据分析，当前寝室的椅子不能够满足学生们的需求，椅子的材质外观都有待改进，而在其功能上得考虑也应该引起重视，而对于现存的椅子过硬，稳定性不好，声音太大；寝室的凳子对于学生来说不仅用于休息落座，同时还会用于踩着上床、挂衣物等；座椅有腰背，有扶手，配有软垫；材质要求是金属或木质的，希望寝室的座椅有一些储物装置。
可以增加空间利用率，也希望有一个扶手装置，提高舒适度，在今后的设计中要力求完善，使学生在寝室可以舒适的学习和生活。
但由于问卷数量较少，并且不够分散，很多方面还不完善，不能够更好地体现大学生的需求，在今后的问卷调查中，要注意访问者的随机性，广泛性，数量足够多，才能得到更好地调查效果。
对于寝室座椅今后的设计方向，要提高质量，美化外形，功能实用性要提高，要解决目前椅子存在的问题进行改善，可以使学生放心舒适的在寝室休息与学习，营造更好地校园环境。
3、实物调查
现就针对黑龙江八一农垦大学学生宿舍内座椅进行实物测量
我所住的二号楼524室内座椅如下图
测得如下数据
类型
尺寸
坐面角度
0°
靠背角度
98°
坐面高度
436mm
座位宽度
376mm
座位长度
389mm
靠背宽度
330mm
靠背高度
832mm
4、系统分析（从上至下）
1、腰背部分腰背部分是由椅子的靠管和背靠面板组成，是人机接触，保证腰弧曲线正常的部分，直接影响背部和腰部的舒适度，腰背和背部相接触的接触面（包括材料的选择和接触面弧线的设计）的改良是座椅不断改进的方向。
大学生座椅的第一步工作是分析腰背的宜人性人体尺寸，即它的宽和高与人体的背部是否相适宜，是否是在人体感到舒适的范围之内。
备注：
该款椅子较学校发的塑料凳更舒适，满足了大学生座椅的基本要求，且价格便宜能够被大学生接受，所以对其进行人机分析。
1）座椅腰靠设计：
要求：
1、腰靠长度、腰靠宽和腰靠高1）因为人体背部处于自然形态时最舒适，此时腰椎部分前凸，因此用靠背角度和适当的腰椎支持来尽力保证。
2）靠背的尺寸主要由臀部底面到肩部的高度（决定靠背高）和肩宽（决定靠背宽）有关，确定高度时还必须计入座椅的有效厚度。
3）为了使背部下方臀后骨和腰下部有适当的后凸空间，座面上方与靠背下部之间应有凹入或留一开口部分
2、腰靠的倾角：
1）指座面与靠背的夹角，其目的与座面角度相似2）从脊柱正常形态来看，该角为115度较为合适。
实际应用中，建议取：
阅读用椅101—l04度，休息椅105—108度
分析说明
座椅在使用的过程中保持坐姿，真的坐姿操作，腰靠长应选择尺寸的下限值，男性的第95百分位作为尺寸的上限；腰靠宽和腰靠高应选择尺寸的中间值，即为第50百分位，还应适当的考虑功能修正量，按照这种方法，查表得如下数据：
男性的95百分位的腰围
男性的5百分位的肩宽
男性的50百分位的坐姿肩高
男性的50百分位的坐姿肘高
d腰靠长
944
330
e腰靠宽
558
263
g腰靠高
而，腰靠的倾角β为（95-115度），腰靠圆弧半径R为（400--800）mm
按照这种方法分析计算得：
中国男性的9男性的95百分位的腰围中国男性的944mm，
男性的5百分位的肩宽330mm，
座椅的腰靠长为：
（330--944/2）mm；
男性的50百分位的坐姿肩高558mm,
男性的50百分位的坐姿肘高263mm,两肘之间的宽度尺寸修正量为20mm
腰靠宽=人体尺寸百分位+功能修正量=（558-263）+（0-20）=（295--325）mm，
男性的50百分位的坐姿肩高558mm,
男性的50百分位的坐姿肘高263mm,两肘之间的宽度尺寸修正量为20mm
腰靠高为（558+263）/2=410mm
腰靠的倾角β为（95-115度）腰靠圆弧半径R为（400--800）mm,
因此，座椅的腰靠长为：
（330--472）mm；腰靠宽=（295--325）mm，腰靠高为（558+263）/2=410mm，腰靠的倾角β为（95--115度）腰靠圆弧半径R为（400--800）mm,实践测量的数据;腰靠长为382mm腰靠宽330mm腰靠高为340倾角β为105度R=200mm，发现现有腰靠宽和腰靠高尺寸设计较大，设计不太合理。
2）座椅座面设计：
要求1、座面高度要求：
1）适当的坐面高度应使大腿保持水平，小腿垂直，双脚平与地面。
2）坐面不能太高，否则小腿悬空，则大腿受到座椅边缘压迫，使得坐着感觉不适，长时间坐着也阻止血液循环，引起腿麻，最好边缘设计一个过渡圆弧3）座面也不能太低，否则腿长的人盆骨后倾，要不感觉不适
2、座面宽度：
1）座宽必须能容纳身材粗壮的人。
对单人使用的座椅，参考尺寸是臀宽。
2）座宽也不能太大，如长时间坐姿作业，双臂应得到应有的支承，如座宽太大，则肘部必须向两侧伸展以寻求支承，这样会引起肩部疲劳。
3、座深：
1）指椅面前缘至后缘的距离，该尺寸不能太大。
如座深大于身材矮小者的大腿长，座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样若要得到靠背的支持，则必须改变腰部正常曲线；否则，坐者必须向座缘处移动以避免压迫膝窝，却得不到靠背的支持2）为适应绝大多数使用者，座深应按较小百分位的群体设计，这样身材矮小者坐着舒适，身体高大的人只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳。
4、坐面倾角：
1）一是由于重力，躯干后移，使背部抵靠椅背，获得支持，可以降低背肌静压。
2）二是防止坐者从座缘滑出座面。
3）倾角大，有利于身心松弛，倾角小，有利于上半身的发力。
尺寸设计说明
座椅的座面设计必须符合绝大多数人的尺寸，应当选大尺寸作为尺寸的上限，因此，座宽选取男性的95百分位的坐姿臀宽，座深选取男性的95百分位的座深，而座高的选择应考虑坐的时候研究观看时，眼镜具有良好的视角，应选取男性的95百分位的座高，还应考虑尺寸修正量；坐面倾角α为（0--5度）应选择测量范围以内的值，按照这种方法，查表得如下数据：
男性的95百分位的小腿加足高
男性的95百分位的坐姿臀宽
男性的95百分位的座深
a座高
448
b座宽
355
c座深
494
而，坐面倾角α为（0--5度）
按照这种方法分析计算得：
按照正常用电脑工作时，视线低于正常视线（0--35度）应选
男性的95百分位的小腿加足高448mm，小腿加足高的尺寸修正量为36mm
座高为448+36=484mm
男性的95百分位的坐姿臀宽355mm
座宽为355mm
男性的95百分位的座深494mm
座深为494mm
坐面倾角α为（0--5度）
因此，座高为448+36=484mm座宽为355mm座深为494mm坐面倾角α为（0--5度）
实际测量的座高为436mm，座宽为376mm，座深为420mm,坐面的倾角为0，
经过对比发现坐面的倾角存在设计不足。
座高不能调节，不符合实际情况。
四、部分改进设计
1、腰靠的改进
腰靠宽的范围应控制在200--300mm之间
腰靠长的范围应控制在320--340mm之间
腰靠高的范围应控制在165--210mm之间
座椅的结构形式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应，应能是操作者在工作中保持身体舒适、稳定并能进行准确的控制和操作。
2、座面的改进
座高的范围应控制在360--480mm
座宽的范围应控制在370--420mm
座深的范围应控制在360--39mm
坐面倾角应控制在0--5度
座椅的座高和要靠高必须是可调节的，座高的调节范围在360--480mm之间；座椅的腰靠高度的调节方式为165--210mm间的无级调节，座椅可调节部分的结构构造，必须易于调节，必须保证在椅子使用的工程中不会改变已调节好的位置并不得松动。
3、修改后和修改前对比
实物
差值
新设计
靠背角度
98
2
100
坐面高度
436
-16
420
座位长度
389
-4
385
座位宽度
376
24
400
靠背宽度
330
60
390
靠背高度
832
18
850
单位：
mm；°
4、设计效果图
渲染模型图渲染效果图
主视图左视图
俯视图
5、三视图的尺寸图
6、设计总结
该座椅主要考虑靠背角度与座面前段加圆弧过渡，较大面积的圆弧靠背，和做面高度的调整，以提高坐的舒适度，和减小对长时间坐着学习或上网产生的疲劳。
虑到耐用性与成本，未添加坐垫，使用者可以加铺垫和饰面，加大靠背与座面的柔软度，从而提高舒适度，减小疲劳。
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