工业设计专业教室学生用课桌椅人机分析及设计.docx
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工业设计专业教室学生用课桌椅人机分析及设计
专业教室学生用课桌椅人机分析及设计
1前言
学生用课桌椅在学生平时的学习中占有很重要的地位，日常工作都离不开它。
利用率也比较高，所以学生用的桌椅更应该符合人机尺寸，这样不仅可以使他们养成良好的坐姿习惯，也可以提高效率，降低职业病的发病率。
学生用桌子、椅子可谓是家具中的代表，不容忽视的学生书桌椅更加倍受关注，且也已今非昔比。
书桌椅的设计则更要讲究人体工学原理，使他们养成良好的坐姿习惯，不良的坐姿和家具所带来的不舒适，会影响学生健康发育。
抱着这种思想，我展开了对学生书桌椅的深入人机研究和设计。
2市场调查分析
2.1.学生书桌椅的重要性
众所周知，学生生活的大部分时间是在书桌椅前度过的。
学生每天伏案学习时间长，同时又处于身体发育的关键时期，坐姿不正确轻者会引起脖颈不舒服，头脑发昏，视物模糊，四肢无力，疲劳困乏等症状，重者引起近视、驼背、脑血管痉挛及脊柱弯曲异常等疾病，脊柱弯曲异常又会影响心肺血液循环、呼吸和消化功能，使肺活量减少，将极大影响学生的学习兴趣，在其心理上投下阴影，若长期处于颈部过度前倾不良姿势，颈肌可因负荷过重而出现劳损，引起颈肌紧张综合症．甚至患颈椎病的危险性增高。
这些危害都必须引起我们的关注。
书桌椅是培养学生良好坐姿的重要外界环境，它与脊柱弯曲异常综合症及近视眼的发生有密切的关系，也是影响学习作业能力及身体功能的一个重要因素。
因而书桌椅的设计，一定要符合人体工学的原理，
2.2学生书桌椅目前现状
2.2.1实际条件分析
2010年中国多功能学生课桌椅行业发展迅速，国内生产技术不断提升。
国内多功能学生课桌椅企业为了获得更大的投资收益，在生产规模和产品质量上不断提升。
但是来自国际金融危机、外部政策环境恶化、相关行业发展受限等众多不利因素使得多功能学生课桌椅行业在2010年的市场状况及价格走势备受关注。
2.2.2使用情况
学校方面，我国卫生部规定学校桌椅高度必须要符合国家课桌椅卫生标准。
课桌椅的高度与学生身高不相配的情况十分普遍。
由于资金有限，有些个别学校不可能大规模更换桌椅，只能逐步淘汰旧桌椅，所配发的桌椅基本尺寸通常是统一的。
另外，由于各型号规定的使用者范围比较宽泛，财力富裕的学校，实际配发过程中，为图省事，通常每个年级都配给同一型号的桌椅，长年以来，某个年级使用的桌椅型号一直不变，尺寸并未随着学生身高增长而变化，连专门负责课桌椅生产、配发的人员也都产生了标准是按年级制订的错觉。
桌椅不断更换，尺寸一直不变的现象也由此产生。
2.2.3消费现状
A.观念
中国人的消费观念“人生在世、吃喝二字”，从这句俗语就能看出中国人的消费观的特点来，传统的中国人比较实在，花钱花得踏实，买东西讲究物美价廉，从来不买中看不中用的东西。
中国人一有钱了，首先想到的是吃得好一点，在传统意识里，中国人认为吃得好便是最大幸福,因此它是制约课桌椅发展的一个因素。
2.3宏观市场环境分析
在国内市场上，我国是全世界人口最多的国家，每年对课桌椅的需求不段增加，强硬的消费需求拉动对课桌椅的设计与发展起到不可估量的作用。
近年来，国家对教育事业的支出也越来越多，党和国家越来越重视教育，人们素质的提高等等种种因素都能推动它快速的发展。
2.4微观市场环境分析
近年来，家具市场上的色彩亮丽，随着我国居民生活水平的提高,人们对住宅的消费观念发生了根本性的变化.城镇居民的居住环境正在逐步改善,住房装修,购置新家具已成为一种时尚.
2.5发展前景
最新的一项城市家具市场调查表明，中国家具业的年增长在22.45％左右，比整体的国民总产值增长（8％）高的多。
1998年的总产值高达700多亿元人民币。
国内市场规模也达到500多亿元；到2003年总产值达到2000亿人民币，国内市场规模也达到1485.2亿元人民币。
设计是21世纪的主题，而环境设计则是其重中之重。
2.6市场调查结论
基于对学生书桌椅的资料收集和深入的市场调查研究。
（具体问卷见附表）
得出以下结论和设计取向：
通过调查可知：
专业教室的桌椅利用率比较高，调查者对于一些基本的功能和尺寸能够满意。
但是对于很多的功能和尺寸还是不能够满足他们的需要，还有很多平时根本用不到的功能，不但浪费材料而且还会占用空间，造成没必要的浪费。
需要增加一些放置其他学习用品的空间，
2.6.1、发展新趋势
市场定位：
1.外在简洁化
简洁的设计，内蕴多功能
2.设计安全性
安全第一。
尺寸合理性
人体工程学原理的应用很是重要。
实用耐用性
3.稳固环保性
书桌椅应该重视它的质量，同时还要提倡环保，注重材质的选择。
4.色彩的鲜明性
以简单、明快的格调、色彩、
5.组合的多样性
6.表面装饰的多变性
7.结构的变换性
2.6.2期判标准
目前国内生产的课桌椅都是为普通大学生设计的课桌椅，没有为专门的美术类和设计类学生而设计的桌椅，设计类学生除了上一些美术理论课程以外，主要从事大量的实际课程中的动手训练，例如绘制一些平面图，色彩图，效果图，工程图等等，结合画板或标准画纸的要求，必须采用一人一桌或一人两桌。
设计类学生课桌除了要放常耀的书本以外，还要放置一些色彩画，素描，图纸等尺寸比较大的纸张，针对这个需求，我们在课桌中可以设计一两个抽屉，一个柜子，大的抽屉可平放半开图画纸，小的抽屉可以平放A4图纸，柜子可放置书本。
设计类学生在做作业时经常要进行拷贝或者使用道具雕刻，裁制一些制作材料，一般的拷贝台是独立的，体积较大且使用不够方便，通常的木质桌面又容易划坏。
因此，针对这些情况，我们在进行设计时，考虑既要把桌子当成拷贝台，且使用较为方便，只需在桌肚里放一只小手电筒即可起到靠背的作用，同时又可以随意刻线。
最后几种方案选择了在桌面镶嵌钢化玻璃，这样，既增加了桌子的拷贝功能又可以不损坏桌面，如玻璃损坏后又可以轻易换一块。
这也是“设计专用座椅”设计的创新和独到之处。
3书桌椅的设计
3.1对现有美术类专用课桌椅的分析
图1图2
3.1.1优点：
这两类型（图1图2）的产品操作简单，方便实用，体积较小，不会占住很大的空间，都是可调节型，可以根据自己的身高来调节桌子的高度，容脚出都有搁置物品的地方。
缺点：
调节时本身比较重，绘图是没有能摆放画具的地方，这会让绘图时的人很不舒服。
图3
3.1.2优点：
（图3）桌面面积比较宽，能同时进行各种不同的工作，比如摆放电脑，绘图，还能看书写等。
有桌洞，能放置一些必要的文件或其他东西，绘图时的升降面的操作是手摇式的，比较稳定，比较简单。
缺点：
有电脑但放置机箱的地方没有，桌子过于简单，分类不够，没有脚踏板，手摇式的操作速度很慢，比较费劳力。
总体来说已经接近我们的要求。
图四图五
3.1.3优点：
（图4，图5）造型比较美观，用不锈钢和木材搭配，中间夹带着一点布料，柔软而有弹性，让人坐着舒服，还不浪费材料，更换起来也比较方便。
椅子可以折叠，善于利用空间。
缺点：
高度不可调节，稳定性不太好
图7图8
3.2造型设计
设计方案1、设计方案2、设计方案3
由于（如图6，图7，图8）。
这几种方案中是由浅至深的过程，有有点有缺点，优点就是简单明了，不做多的装饰，缺点很多，有些功能还不能实现。
所以吸取其可贵的地方。
3.3人机分析
3.3.1教室空间分析：
教室总长9米，宽6.2米，讲台的宽度是1.2米，第一张桌子和讲台的距离是0.6.
讲台与第一排桌子的距离为600，讲台的最宽为1320，桌子与桌子间的过道宽为99%男性最大肩宽486，衣服的修正尺寸13过道宽为1242而讲台与第一张桌了宽为99%的男性最大肩宽486，另外加在13的衣服修正尺寸（486+13）*2=998（过道）6200-（998*2+300（0心理修正））=3904，3904/3=1301>1300,9000-715*5-（486+243）*5-1200-600=-20刚好合适.这样桌子的长与宽度和人的活动区，在这个范围内是得用了空间，又能实现专业教室课桌椅功能，又不感到不适，人机分析结论：
此布局符合人机工程学。
图9
3.3.2课桌椅人机分析：
3.3.2.1桌面的分析：
根据图（9）可知水平作业面主要在坐姿作业场合采用，它必须位于作业者舒服的手工作业空间范围内，对于正常作业区域，作业者应能在小臂正常放置而上臂处于自然悬垂状态下舒服地操作，对最大作业区应使在臂部伸展状态下能够操作，且这种作业状态不会持续很久。
图10
作业时，肘部也在移动，小臂的运动与之相关联，在此水平作业范围内，小臂前伸较小，从而能使肘关节处受力减小，考虑到作业面上有放东西，根据图
（1）可知基本上都能勾得到，所以桌面长宽是比较合理的。
设计的思路：
我们的桌子是要放电脑的，我们以液晶电脑为例，普通的液晶显示器的底座的直径为180mm，键盘的宽度为150mm，一本标准的《人机工程学》3版的的教科书的长度是260mm,考虑到显示屏摆放的安全，在显示屏底座后加上100mm的修正值，这样180+150+260+100=690mm，所以桌面的宽度必须在690mm以上，这样才能同时容下这些东西。
所以我设计的桌子的桌面为720mm。
（图10）
椅面：
图椅面作为ⅡB型产品，应以P95女性的坐姿臀宽为下限值，P95的臀宽是382mm，加衣服的修正值13mm为395mm，经测量椅面的长度360mm，所以设计稍微有点偏小。
图11
3.3.2.2桌高=坐高+座椅差=（360~480）+（p50男性坐高÷3-（20~30））=420+（303-25）=698mm加鞋高修正量38Mm等于736mm，经测量桌高760mm，设计合理。
（图11）
图12
座椅的高度Ⅲ型产品设计尺寸，用P50男女的小腿加足高加修正值的平均值，即（413+30+382+30）/2=427.5mm，经过测量的凳子的高度是435，设计的也是合理的。
图13
但是这个椅子只能满足我们一般工作状态下的需求，当我们绘画时就只能站着，所以是很不人机的，所以我把一个椅子设计成两面都能坐，一个正常的为430mm，另一面设计成550mm，也就是说把正常用的椅子的宽度设计成550mm，只要把椅子翻过90度，它就可以当成我们绘画时的椅子。
（图13）
椅深：
即椅座前后的宽度。
测得的坐深是260mm，而P1的女性的坐深是388mm,而其他的人群的坐深要大于这个值，所以这个设计有偏小。
但是综合考虑到这是学校的座椅，凡是都是以经济性为原则，虽然测得的坐深有点短，但这样设计还是可以的。
椅距离：
一般做人侧与椅前线之间前后水平距离，以为宜。
总之，学校的课桌椅，应该根据学生的身高情况，配备相适应的课椅型号。
图14
3.3.2.3桌面倾斜角度的分析
分析：
首先做为设计学科，作图有几种方式，所以倾斜角度的有无，大小是很有必要的，实际当台面倾斜（12°和24°）时，人的姿势较自然躯干的移动幅度小，与水平作业面相对，疲劳不适感会减小，绘图桌桌面一般是倾斜的，如果桌面水平或太低，因头部倾角不能超过30°，绘图者就必须身体前屈。
（图14）根据《人机工程学》3版书P171页，为了适应不同的使用者，绘图桌面应设计成可调式，角度为0°—75°，我们测得的角度是0°—60，所以应该是比较合理的，我沿用了这个度数。
图15
图16
我设计的桌面和画板的最大角度为75°,最低可到5°，调节自如，但是为了其稳定性，为他定格成最大60°，在人的最佳视角区类，减少人眼过度使用过度疲劳。
支撑画板的设计只要固定画板的一边，就能把整个画板稳定起来。
学校里设计的桌子有两块桌板，一块是支撑画板用的，一块是隔离桌洞的。
3.3.2.4课桌桌洞的分析
分析：
据图所知当人坐在坐位上保持不动，不管你的头部怎么移动都看不到桌洞里面的东西，已经处在视野界限以外，这就只能从侧面弯下腰才把头放在桌面以下才能看的到，不方便大家使用。
（图15）
图17
腿部活动区、脚踏杆的分析
分析：
桌洞下缘隔板的高度的分析，他属于ⅡA型产品，即只需P95的男性的小腿加足高+鞋的修正值的高度来计算，448+151+30=629mm，而实际测得的高度是575mm，小于计算值632mm，所以是偏矮的。
考虑到教室课桌椅的使用性，充分利用没一个空间，此时我设计的桌洞下缘高为630mm，就是刚好用计算出来的值作为依据，这样来说高个子人的腿也会放的下去。
图18
3.3.2.5脚踏杆的高度
我们用相反的方法来分析，3用P5女性的小腿加足高来计算，（图17）342+113+33=488mm，如果用P5的女性计算出来的值比测的要高，那其他的人也就会高，而实际脚踏杆到隔板的最长的距离我们用勾股定理算出来AB²+BC²=AC²得出最长的AC大概是450mm，要小于P5女性的值，因为脚踏杆离地面的高度是195mm，所以脚踏杆太高。
经计算如果把脚踏杆往后移到400的位置即BC等于410的时候算出AC为560，而P95男性的膝高是532加修正值得560，刚好合适。
所以我把该桌子脚踏杆的位置刚好设计在560mm上，这样高个子人的大腿就不会被隔板挡住，符合人机设计。
图19
通过分析得出改进方案：
1，我们可以改变桌面的材质，可用透明材料，能清晰的看到桌洞里的每一个东西。
2，调整桌洞的位置和形式，可以把它做成抽屉的形式放在左边，中间用隔板隔开，分成几段，再分类。
3，可以做成是以一个角为旋转轴，做0°到360°的旋转的一个活动桌洞。
4，还可以有其他方式……
图19是我设计的课桌桌洞的高度，设计为计算得出的尺寸630，比较合理的。
图17为桌脚的设计，是把前面的两个脚设计到中间靠前一点的位置，这样方便人群左右转动，不会被桌脚挡而把椅子往后移的麻烦。
3.4环境分析：
学生书桌椅的标准尺寸参考
图3手臂尺寸
，表一我国北方某大城市预置课桌椅的主要型
学校
教室
课桌椅型号
第一种办法
第二种办法
高中
一、二、三各年级教室
2号
1、2、3号
初中
三年级教室
二年级教室
一年级教室
2号
2、3号
2号
2、3号
3号
3、4号
小学
六年级教室
五年级教室
四年级教室
三年级教室
二年级教室
一年级教室
4号
4号
5号
5号
6号
6号
7号
7号
8号
8号
8号
8号
注：
1第一种办法是每个教室预置一种型号，易于管理。
2第二种办法是在第一种办法的基础上，有些教室调换进少量相邻的一、二种型号。
课桌椅对学生身高的符合率可有所上升。
但在管理上应避免桌与椅不同型号匹配的混乱。
3此外，小学也可简化为4、6、8三种型号，但符合率相对较低。
表二书桌的功能尺寸表
（一）
项目
尺寸（毫米）
备注
桌子总高
779
桌子总宽
600
桌子总长
750
键盘抽屉高度
45
键盘抽屉深度
350
抽屉高度
120
抽屉深度
485
容膝空间
589
机箱放置台高度
450
机箱放置台深度
500
机箱放置台宽度
200
笔筒直径
50
笔筒深度
100
书本放置台长
300
书本放置台宽
100
书本放置台深
120
脚踏梁宽
50
脚踏梁长
550
单位：
毫米
3.5功能设计
其次是书桌椅的功能设计和外观设计。
图20-5课桌椅效果图（一般工作状态图）
对于学生阶段的书桌椅来说，则应注重造型可变等趣味性以提高其思维能力与动手能力。
图20-6课桌椅效果图（绘图时工作状态）
图21
3.6色彩设计
1，色彩影响心理。
2，色彩影响造型
书桌椅的设计。
其构成要素可分为外形、结构、材料、功能，色彩应分属外形构成要素，
3，我的色彩应用5
主要运用黄色和蓝色，主体色彩和谐统一，没有明显的色彩对比，不会给人带来视觉上的疲劳。
图22图23
3.7细节
主要是体现它的结构，主要是用手把每个连接件拧紧来固定画板，节省空间，可以调整画板的角度，画板可以随时去掉，不占地方，起到环保作用，用一个类似于机械手的装置来完成取代一块桌板，减少了材料，而且金属是可回收的，再次利用。
（见图22，23）图中黄色区域是连接桌面的零件，可以活动，也可以松紧，红色区域是支撑画板的金属杆，同时也起到调节画板角度的作用，绿色区域是夹画板的零件，上面的松紧装置起到稳定画板的作用。
3.8材料分析
选择绿色环保材料，防止室内空气污染。
这些无毒的材料各有特点，但也要在保证坚固、实用（如图24）的前提下，才能成为最好
图24书桌椅底部
我的桌椅设计采用无毒、安全、环保的硬质塑料和自然木质材质，结实、安全、无异味。
同时外部采用UV喷涂工艺，这就从根本上避免了胶中有害物质对孩子造成的损伤。
3.9产品特色分析
图25
桌椅面采用硬质塑料压制和自然木质材质精细加工而成，不锈钢管桌椅腿具有稳定，抗压等特点，与旁边的隔挡板形成一个隔离区，更多的体现了要多利用私人空间，充分利用桌椅中的立体空间。
尤其是椅子的设计，给人一种新鲜感，传统的椅子在不能满足需要的时候就只是靠增加一个椅子来解决。
而它的恰到好处是通过人工的翻转达到要求。
该款椅子只要是接触地面的地方都有橡胶，因为是经常性的翻转，所以能很好的保护椅子不过度受损。
（图25）翻转的原因是在一般工作和绘画工作时所需要的高度不一样，这就是根据这点来设计的。
它的新鲜感也可能给大家带来一丝乐趣。
4设计小结
设计是以人为本的，为人服务，一切从人的需要出发，这也是人机工程学的宗旨之一。
目前设计专业的课桌椅并未从实际应用出发，而是沿用了普通大学生的课桌椅，如尺寸的设计并未考虑常用画纸的摆放问题，也没有考虑到绘画的一些特殊要求等等。
因此，我们在设计设计类学生的专用课桌时，除考虑一般大学生的人体尺寸要求以外，还要考虑设计类学生的特殊需要。
在通过大量的实践调查和研究，得出了一些设计依据。
总得来说设计的内容比较充实，想法也比较独特，比较新颖，完善了电脑放置位置的问题，腿部活动区偏小的问题，学习用品或其他一些小物件的放置位置问题，还有一般写作情况和绘画之间高差的问题，整体空间的布局得到改善，利用了一些伸缩机构，达到空间的冲利用，脚杆设计在整个桌子边缘的中心，这样人在椅子上转身出去的时候不会碰到脚等等，
但是还是有欠缺的地方，固定画板的稳定性需要再考虑，还有桌洞的设计和键盘的放置地点，有待完善。
专业教室课桌的调查
尊敬的同学：
您好！
我是工业设计专业的学生，近期我们要设计一个课桌。
为了设计出更适合我们设计专业同学专用的课桌。
我们特此进行了这场调研活动。
感谢您抽出时间填写这份调查卷。
您的建议将对我们有很大的帮助
（敬请您认真填写）。
1.请问您对所处教室同学所用的课桌是否满意？
（）
A、一般B、满意C、非常满意
2.就您现在使用设计用的课桌能否满足您使用时的基本需要？
（）
A、可以B、一般C、不可以
3.您喜欢的课桌颜色？
（）
A、淡雅委婉的B、色彩绚烂的C、稳重大方的
4.您喜欢的课桌材质是？
（）
A、压缩板材的B、钢化玻璃的C、硬质塑料的
5.您希望的课桌是？
（）
A、单人B、双人C、多人
6.在您设计或作业时，您是否喜欢小组讨论？
（）
A、是，经常B、否，很不喜欢C、看情况而定
7.如果课桌设计成弧形，利于大家面对面的进行设计的交流讨论。
您认为？
（）
A、很有必要B、无所谓C、没有必要
8.如果课桌下面有轮子（使用课桌时这个轮子是可以固定），以便活动桌椅。
您认为？
（）
A、很有必要B、无所谓C、没有必要
9.您认为绘图设计或使用电脑做设计的课桌是否应该比一般普通类的课桌宽？
（）
A、是的B、不一定C、没必要
10.如果桌面上设有刻度尺的标志，以便绘图时使用。
您认为？
（）
A、很有必要B、无所谓C、没有必要
11.如果课桌设计成下面带有多层隔板，以便放颜料、尺子等工具。
您认为？
（）
A、很有必要B、无所谓C、没有必要
12.如果课桌的上方是可以活动、变换角度和高度的，您认为？
（）
A、很有必要B、无所谓C、没有必要
13.您习惯把画具放在课桌的那个部位？
（）
A、左边B、右边C、其他
14.如果课桌的下方设置专门挂钩，以便存放个人用品。
您认为？
（）
A、很有必要B、无所谓C、没有必要
15.有些人认为设计类同学所用的课桌应该是功能非常强大的，课桌的设计中应该体现很多的自动化功能，以便于画图或做设计。
您认为是否可行？
（）
A、很有必要B、无所谓C、没有必要
16.有些人认为设计类同学所用的课桌前方和左右两边应该有一定高度的挡板，以防画笔或橡皮之类的掉落。
您认为挡板有必要吗？
（）
A、很有必要B、无所谓C、没有必要
17.假如课堂活动时，课桌椅搬运方便吗？
（）
A、方便 B、不方便 C、还行
18.您认为您的课桌使用起来最不方便的地方是？
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