《安全人机工程学》课程设计人机设计.docx
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《安全人机工程学》课程设计人机设计
《安全人机工程学》课程设计人机设计
《安全人机工程学》课程设计
课题：
学生用床设计
学院：
姓名：
摘要
前言..............................................................
4
1.人机工程学概述
...................................................
5
1.1人机工程学概述..............................................
.5
1.2人机工程学简史．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..
．5
1.3人机工程学的目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..
．6
2.
数
据
建
立.........................................................
6
3.现
有
组
合
式
床
铺
人
机
系
统
分
析.......................................
8
3.1
床..........................................................
.8
3.1.1床面距离天花板高度9
3.1.2床的长度分析...........................................
.9
3.1.3床的宽度................................................
9
3.2
桌
面
作
业
面
积
的
问
题
分
析......................................
9
3.2.1
桌面水平作业区
........................................
.9
3.2.2
桌
面
高
度
的
问
题
分
析
及
改
进...............................
10
3.2.3桌面光环境的问题分析及改进.............................10
3.3椅子的问题分析及改进．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.4扶梯的问题分析及改进．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..12
3.5容膝空间的问题分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．13
4结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
摘要
本文主要介绍了人机工程学的定义、概述以及简短历史，通过对人机工
程学这门学科的了解，从而提高在对于产品的开发、使用时候能够按照人机工
程学原理进行分析的能力，并且提出合理化建议，这次以安徽工业大学宿舍的
组合床铺为例，根据人机工程学原理，对于床铺的高度、长度、宽度，书桌的
高度，书架高度、宽度，以及衣橱设计做了符合人机工程学的分析，本着以人
为本的原则，全面考虑大学生的生理、心理因素，考虑其型式及居住的空间能
适合人的生活方式，根据宿舍具体情况和同学们对于现在床铺设计的意见，对
于现有床铺提出合理的改造意见，在保障学生的身体健康的前提下，提高学生
的工作学习效率。
关键词：
人机工程学寝室床铺设计分析学习空间分析寝室床铺改造
前言
现在的大学宿舍的组合床铺往往是上面是床铺，下面是书桌、书架以及
衣橱，并且配备一个凳子，本校也不例外。
对于一般的组合床铺，学校根据自
己宿舍大小和设计的不同，从而会选择不同的床铺，床铺的设计者没有根据每
个实际环境进行具体的改进，对于学生生活习惯，工作方式没有具体了解，因
此，在设计的时候，很多不符合人机工程学的设计理念，不符合学生习惯的设
计方法会给同学在生活，学习以及工作中带来很大的不方便和困扰，从而大大
降低了学生的工作学习效率，有些不合理的设计甚至会影响学生们的身体健康。
本次以本校宿舍的组合式床铺作为研究对象，进行一系列的人机工程学
研究、分析，并且在分析完成的基础上提出合理化改进意见。
1人机工程学概述
1.1人机工程学概述
人机工程学是研究人，机械及其工作环境之间相互作用的学科。
是以人的
生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机器、人与环境
以及机器与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、安全、舒适，人—机
—环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的科学。
1.2人机工程学简史
人机工程学在各个国家的命名和定义的不同，有些国家称之为工效学。
工效学在人—机—环境系统的研究中，经历了人适应机、机适应人、人机
相互适应几个阶段，现在又已深入到人、机、环境三者协调的人—机—环境系
统。
在系统内，从单纯研究个人生理和心理特点，发展到研究怎样改善人的社
会性因素。
随着市场竞争的加剧和生产水平的提高，工效学在机械产品的设计
和制造中的应用也更加广泛和深入。
工效学是根据人的心理、生理和身体结构等因素，研究人、机械、环境相
互间的合理关系，以保证人们安全、健康、舒适地工作，并取得满意的工作效
果的机械工程分支学科。
1.3人机工程学的目的
人类工效学的目的有三个：
第一，使人工作得更有效；第二，?
使人工作得
更安全；第三，使人工作得更舒适。
这三个目的有时是相一致的。
例如一种新
机器可能比旧机器的效率更高，更安全，更舒适。
但是在许多情况下，这三个
目标是相矛盾的。
一种更安全，更舒适的操作方法可能比旧方法效率要低些。
某一新机器可以使人工作的更舒适，但增加的效率可以不足以补偿增加的投资。
这个矛盾的解决显然取决于人与机器的相对重要性，取决于人所处的时代，环
境等。
综上，人机工程学在工程历史上扮演重要的的角色，不仅仅在提高人们的工作
效率方面起到了重大作用，还在人机系统安全舒适方面有了成熟的理论，为后
来人们设计人机系统提供了巨大的帮助。
2数据建立
测量仪器：
卷尺
测量对象：
宿舍组合床铺及其附属物品的长度、宽度及高度
测量目的：
具体的数据来说明、分析宿舍组合床铺的不合理性，从而为下一步改进措施提供有利的测量数据
床高1720mm、长2000mm、宽900mm，床面距离天花板1500mm，
护栏高度（距离床板）230mm，蚊帐架高度1400mm.
衣橱高1700mm、宽500mm、内横层距顶450mm，
椅子高450mm、宽260mm、长360mm，
长书架长860mm、距桌面450mm，桌子高710mm、宽640mm，短书架高280mm、
长280mm，
右边抽屉宽250mm、左边抽屉宽300，高130mm，容腿空间高580mm、宽630mm。
中间楼梯四阶长500mm,宽35mm高240mm.
人体百分位数尺寸百分位数，见表1[3]
年
龄分组
男（18-60）
女（18-55）
百分位数
5
10
505105090
/%
0
9599
599
数
据
项目
坐高/mm36
858
870
90889809
819855891
47
958
979
01920
身高/mm99
15831604
167863148415031570
75417751814
64016591697
坐姿肘高14
228
235
26301215
223251277
mm
91
298312
84299
坐姿大腿03
112
116
13007113
117130146
厚/mm
46
151160
51160
坐姿膝高41
456
461
49310424
431458485
mm
23
532549
93507
小腿加足72
383
389
41331342
350382399
高/mm
39
448463
05417
坐深/mm07
421
429
45788401
408433461
86
494
510
69485
坐姿下肢92921
937
99226851
865912960
长/mm
04610631069
751005
人体功能修正量，见表2[3]。
表2
人体尺寸修正量表
项目
尺寸修正量
修正原因
肩宽
100mm
被子厚度
坐姿高
3mm
裤厚
膝高
33mm
鞋高
大腿厚
13mm
裤厚
3现有组合式床铺进行人机系统分析
对于现有的宿舍组合型床铺，在一定程度上设计符合了人机工程学的设计
要求，但是在一些细节性的问题上面，只有在长期使用过程中才会暴露出来
根据宿舍现状，见图1
3.1床
床是供人休息的地方，其所占空间也是最大的，与人的关系甚为密切，因
此，对床位的合理设计是至关重要的。
躺在床上，身体压力的分布状态是影响睡眠舒适性的主要因素。
有试验表
明：
标准硬度的床和过与柔软的床的身体压力分布显著不同。
睡在标准硬度的
床上肩甲骨、腰、肘等感觉迟钝的地方受到很大压力，而感觉灵敏的地方则受
压较小，这种压力分布是合理的。
睡在过于柔软的床上，大部分身体都要承受
压力，使得许多不该受压的部位受压，而应该受压的部位不受压，身体向中间
挤压，让人感到不舒服，翻身困难而且非常容易醒。
因此，床的最理想弹性结
构为，最上面一层应该是柔软的物体，中间层应该较硬，下面一层由弹簧等材
料构成。
本学校寝室床结构为两层：
上一层为被垫等柔软材料，下一层为木板。
3.1.1床面距离天花板高度
床铺净高度属于Ⅱ型产品设计,只需要采用一个人体百分位作为尺寸的上
限值进行设计，根据人体数据运用准则，应选用中国男子坐姿身高第95百分位
为基本参数Sa，由表1知Sa=958mm，衣裤厚度（功能）修正量取3mm，人头顶
无压迫感最小高度（心理修正量）为100mm。
则床面距离天花板最小净空间距和最佳净空间分别为：
Smin=Sa+△f=961mm
Sopm=Sa+△f+△p=1061
本校床铺距天花板高度为1500mm，满足使用要求。
3.1.2床的长度分析
床铺的长度为Ⅱ型产品设计，只需要采用一个人体百分位作为尺寸的上限
值和下限值的依据，对于床长设计应该使用大尺寸，由所测数据以及表1数据
可知，人体身高的第九十九百分位长度为1814mm，床的长度2000mm，现有床铺长度大于第九十九百分位数，即满足了百分之九十九的人使用，符合使用要求
3.1.3床的宽度
床的宽度要依照人体的体宽尺寸设计。
床铺的宽度也属于一般用途设计，
根据人体数据运用准则，应选用男子最大肩宽第99百分位数为基本参数Sa，查
表1取Sa=486mm，棉被厚度（功能修正量）取110mm，考虑到人在睡眠中会左
右翻动，因此取左右空间余裕量（心理修正量）为300mm，则床铺最佳宽度为：
Sopm=Sa+△f+△p=896mm
本校床铺宽度为900mm基本满足使用要求。
综上，在床铺的长度的尺寸上，本校现有组合式床铺满足人机工程学的设计。
3.2桌面作业面积的问题分析
3.2.1桌面水平作业区
通过测量得知，桌面长860mm、距长书架450mm，桌子高710mm、宽640mm根据
控制台的作业页面控制区域见图
人的手眼协调区域宽度为59.7-19=40.7cm，长度在人体正中矢状面左右各
7.6cm～53.5cm，现有组合式床铺的桌面设计长860mm，宽640mm。
符合要求。
3.2.2桌面高度的问题分析及改进
因为在Ⅱ型产品设计中只需要采用一个人体百分位作为尺寸的上限值和下
限值的依据，对于书桌的高度设计，应该采用大尺寸设计。
对于一般书桌高度
通常为700-800mm。
本校现有桌面高度为710mm,高度偏低，学生在学习时会不
自觉的弯腰，使得腰部压力较大，久坐时还会导致腰背痛，颈椎疲劳或劳损，
视力下降等疾病。
因此这一尺寸不合理，需要加以改进。
改进措施适当提高桌面高度
3.2.3桌面光环境的问题分析及改进
由于是组合式床铺，在设计时候下层是书桌，但是横向，平行于床长的
设计，桌子宽度为640mm小于床的宽度为900mm。
所以在日常写作业时候，身体
和床会挡住宿舍的光源，这样不仅十分不利于学生们的学习生活，也十分不利
于学生的身体健康，长期在昏暗的光环境下看书会引起近视等生理疾病，是不
良的工作光环境。
这也成为了改进的重点.
桌面光环境如图
改进措施：
应重新对宿舍课桌进行设计，侧向设计让学生在学习时候没有
挡住宿舍总体光源，还在书桌上方的书架底部设计一个台灯，这样既保护了学
生的眼睛，也保障了学习光环境，良好的光环境能保障学习效率
3.3椅子的问题分析及改进
座面设计太平，人体在坐姿时腰部产生弯曲，久坐时腰部产生不适感。
座
面设计也不符合人机工程学臀部受力的分析，导致在使用过程中对于身体健康
影响较大。
座面边缘为棱角，致使大腿根部受挤压久坐时不利于血液流通。
因
此需要加以改进。
改进措施如下:
1.座面宽。
座面的宽度应稍大于臀宽，以便用户可以灵活改变坐姿。
最小的
椅面宽度是400mm，再加上冬季衣服的厚度和口袋中装的东西，大概要50mm左右，合计450mm。
而本校座面宽度只有360mm,所以应加长。
2.座面形状。
座面应以无凹凸形状为宜，但座面上可加一软垫，减少压力分
布的不均匀性，座垫以纤维性材质为好，既通风又可以减少下滑。
3.座面高度。
座面高度应根据工作高度确定座面高度，单纯考虑小腿长度是
不全面的。
决定座面高度最重要的因素是使人的肘部与工作面有个合理的高度
差。
实验证明，这个高度差较适合的距离是275+-25㎜。
当上面处于良好的位置
后再考虑到下肢，舒适的坐姿是大腿近乎水平以及脚底被地面所支持。
一般椅
面到脚掌的距离为腓骨的高度，即430～450㎜。
3.4扶梯的问题分析及改进
原始扶梯设计采用突出式，这样不仅不够美观，而且由于梯面宽度小、落差大，在下床时容易发生踩空的危险，因此也需要加以改进。
本校床铺扶梯如图
改进措施设计成台阶式，如图
3.5容膝空间的问题分析
本校现有组合床铺的容膝空间高580mm，宽640mm,深630mm
而由表1可以知道人体坐姿膝高第九十九百分位数为549mm，根据表2可
以知道坐姿功能修正量为33mm，根据公式1可以计算出容腿空间的最小设计尺
寸为582mm，加上人体心理修正量，根据公式Sopm
=Sa+
△
f+
△
p
可以计算出
最佳的容腿空间长为640mm，即本校组合床铺的容膝空间不符合要求，因改为
640mm.
4结束语
这次小组通过对本校宿舍组合床铺的综合讨论分析，在安全人机工程学的
知识体系方面有了更加全面更加深刻的体会，知道了该怎么从人机工程学的角
度分析产品设计，查找设计中不符合人机工程学的设计，并从人机工程的角度
进行改造分析，提出符合人机工程学的观点。
这次的改造设计过程中，感受到了，一件好的产品，不仅仅要在理论上符
合安全人机工程学，还要在实际使用的时候根据使用者的实际情况进行改进，
这也说明了安全人机工程学时一门以实验为基础，关系到人们日常生活各个方
面，是一门实用性非常强的学科。
此次宿舍组合床铺改进设计还存在很多不足，只有在这种不断认识，不断改进
设计过程中，产品设计才会更加符合人的使用，更好体现人机工程学思想。
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