1、安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 1 页第七章 安全人机工程的实践与运用 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 2 页第一节 工作空间 设计 人与机器结合完成生产任务是在一定的作业空间进行的。人们在从事某项作业时，为完成该项工作，人体所必须的活动范围或空间，称为工作空间，亦称作业空间，它包括人的操作活动范围和机器设备中的显示器和控制器所及范围。 作业空间设计，从大的范围来讲，是指按照作业者的操作范围、视觉范围以及作业姿势等一系列生理、心理因素对作业对象、机器、设备、工具进行合理的空间布局，给人、物等确定最佳的流通路线和占有区域，提高系统总体可靠性和经济性。从小的范围来讲
2、，就是合理设计工作岗位，以保证作业者安全、舒适、高效工作。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 3 页一、有关概念1、关于作业空间 （ 1） 近身作业空间 。指作业者在某一固定工作岗位时，考虑身体的静态和动态尺寸，在坐姿或站姿下，其所能完成作业的空间范围。 （ 2）个体作业场所 。指操作者周围与作业有关的、 设备因素在内的作业区域，简称作业场所。 （ 3）总体作业空间 。多个相互联系的个体作业场所布置在一起构成总体作业空间。 （ 4）受限作业空间 。进出开口有局限性，非预定作业者连续停留的作业空间就是受限作业空间。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 4 页2、关于作业姿势
3、 坐姿 -坐着的作业姿势常指身躯伸直或稍向前倾 10o 15o角，上腿平放，下腿一般垂直地或稍向前倾斜着地，身体处于舒适的体位。 立姿 -通常指人站立时上体前屈角小于 30o时所保持的姿势（前屈角大于 30o为前屈姿势）。 坐立交替姿势、 卧姿 蹲姿 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 5 页 坐姿作业的特点 人体最合理的作业姿势就是坐姿作业。下列作业宜采用坐姿作业。 持续时间较长的静态作业。此时需要支持身体的力较小，腿上消耗的能量和负荷较小，血液循环畅通，可以减少疲劳和人体能量的消耗。 精密度要求高而又要求仔细的作业。因坐姿情况下，当设备振动或移动时，人体具有较大的稳定度和较好的
4、平衡度。 需要手足并用，并对一个以上踏板进行控制的作业。坐姿时，双脚容易移动，且可借助座椅支撑对脚控制器施以较大力量。 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 6 页 立姿作业的特点 以下作业选用立姿作业优于坐姿作业 ：（ 1）需要经常改变体位的作业。站着频繁的起坐消耗能最少些；（ 2）常用的控制器分布在较远区域、需要手足有较大运动幅度的作业。因站姿时作业者可以走动，可以看见或使用坐姿作业者够不到的部件；（ 3）需要用力较大的作业。立势时手臂力量较大，易于操作大操纵杆。此外，立姿作业时，还有作业者可变换位置，减少疲劳和厌烦；可利用平展的工作面而无需任何容膝空间等重要优点。 立姿作业的缺
5、点在于 ：不易进行精确而细致的工作；不易转换操作；立姿时肌肉要作出更多的功以支持体重，故易引起疲劳；下肢负担较重，长期站立易引起下肢静脉曲张等等。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 7 页 坐 立姿交替作业的特点为了克服坐姿、立姿作业的缺点，在工作岗位上经常采用坐 立姿交替作业的方式。 这种作此方式的优点在于，能使作业者在工作中变换体位，从而避免由于身体长时间处于一种体位而引起的肌肉疲劳。例如，长时间的单调的坐姿作业会引起心理性疲劳，改成立姿适当走动，有助于维持工作能力，而长时间的立姿作业会产生肌肉疲劳，坐下来就可以得到消除。 因此，坐 立姿交替作业能吸收各自的长处，弥补各方面的短
6、处，应尽可能用坐 立姿交替作业方式，代替单纯的立姿作业方式。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 8 页选择人体姿势和体位应该考虑下列各点 工作场地的大小、照明条件与视觉； 体力负荷的大小及用力方向； 工作场所各种物质 （包括必需的工具、加工材料等）的安放位置； 控作台或工作台的台面高度，有无合适的容膝空间； 作业时起坐的频率等。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 9 页 应该 尽量 避免 的 姿 势 站着不 动 的姿 势 （特 别对 女性）； 长 期或 经 常重复地弯腰（指脊背弯曲角超 过 15 ）； 躯干扭曲并 倾 斜的姿 势 或半坐姿势 ； 经 常重复地 单 腿支撑
7、的姿 势 ； 手臂 长时间 向前伸直或伸开等。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 10 页二、工作空间人体尺寸 工作空间人体尺寸 （ GB/T13547-1992）给出的 3组、 17项与工作空间有关的中国成年人人体尺寸的数据，在工作空间的设计时需要遵循 （ 1）工作空间立姿人体尺寸GB/T13547-1992给出了 6项 （ 2）工作空间坐姿人体尺寸GB/T13547-1992给出了 5项 （ 3）工作空间跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸GB/T13547-1992给出了 6项安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 11 页三、工作空间的设计 1、工作空间设计的一般原则 （ 1
8、）操作高度应适合于操作者的身体尺寸及工作类型，座位、工作面（工作台）应保证适宜的身体姿势，即身体躯干自然直立，身体重量能得到适当支撑，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）为身体的活动，特别是头、手臂、手、腿、脚的活动提供足够的空间。 （ 4）操纵装置设置在肌体功能易达或可及的空间范围内，显示装置按功能重要性和使用频度依次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 。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 12 页 工作空间设计应遵守的安全人机工程学原则 （ 1）操作高度应适合于操作者的身体尺寸及工作类型，座位
9、、工作面（工作台）应保证适宜的身体姿势，即身体躯干自然直立，身体重量能得到适当支撑，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）为身体的活动，特别是头、手臂、手、腿、脚的活动提供足够的空间。 （ 4）操纵装置设置在肌体功能易达或可及的空间范围内，显示装置按功能重要性和使用频度依次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 。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 13 页 1、不同作业姿势下的活动空间布局设计 （ 1）坐姿作业空间布局设计坐姿作业空间主要包括工作台、工作座椅、人体活动余隙和作业范围等的尺寸和布局等，其
10、设计用人体参量和选用原则如表 1所示。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 14 页表 1 坐姿作业空间设计参数（毫米） 符号 人体测量项目 男 女 男女混合男子百分位数 女子百分位数第 5 第 50 第 95 第 5 第 50 第 95B 坐姿身高 958 901 958 858 908 958 809 855 901D 坐姿眼高 749 695 695 749 793 847 695 739 783F 坐姿肩高 557 518 518 557 598 641 518 556 594G 胸厚 245 239 245 186 212 245 170 199 239H 坐姿肘间宽 37
11、1 348 348 371 422 489 348 404 478I 坐姿大腿厚 151 151 151 112 130 151 113 130 151J 前壁前展长 323 292 292 323 351 378 292 318 345K 上肢前展长 612 554 554 612 664 716 554 602 653M 坐姿肘高 298 284 298 228 263 298 215 251 284N 坐姿窝高 448 405 448 383 413 448 342 382 405安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 15 页1）坐姿工作面的设计 坐姿工作面的高度主要由人体参数
12、和作业性质等因素决定 图 7 1给出了坐姿作业时，作业性质对工作面高度的要求。 图 7 2给出了工作面高度与身高和作业活动性质的关系 工作面宽度视作业功能要求而定。若单供肘靠之用，最小宽度为 100mm，最佳宽度为200mm；仅当写字面用，最小宽度为 305mm，最佳宽度为 405mm；作办公桌用，最佳宽度为 910mm；作试验台用，视需要而定。为保证大腿容隙，工作面板厚度一般不超过 50mm。 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 16 页图 7-1 坐姿工作面高度 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 17 页 a的台面高度为 88020毫米，作业者眼睛到被观察物体的距
13、离为 120-250毫米，能区分直径小于 0.5毫米的零件。适合对视力强度、手臂活动的精度和灵巧性要求都很高的作业，如钟表组装； b的台面高度为 84020毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离为 250-350毫米，能区分直径小于 l毫米的零件，适合对视力强度要求较高的工作，如微型机械和仪表的组装，精确复制和画图等； c的台面高度为 74020毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离小于 500毫米，能区分直径小于 10毫米的零件，适合于一般的作业要求，如一般的钳工工作、坐着的办公工作等； d的台面高度为 68020毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离大于 500毫米，适合于精度要求不高、需要较大力气才
14、能完成的手工作业，如包装、大零件安装、打字机上打字等。 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 18 页图 7-2 工作台和座位高度与工作性质和人身高的关系 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 19 页 2） 容膝空间 在设计坐姿用工作台时，必须根据脚可达到区在工作台下部布置容膝空间，以保证作业者在作业过程中，腿脚能有方便的姿势。 下图 1和表 7-1示出了腿脚的七种姿势（两腿伸直，脚在右角上，腿在座位下弯曲，一只脚在前、一只脚在后，两腿交叉，两脚交叉，脚放在脚控制器上）和最小最佳的容膝空间尺寸。 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 20 页符号 尺度部位尺寸最
15、小 最大a 容膝孔宽度 510 1000b 容膝孔高度 640 680c 容膝孔深度 460 660d 大腿空隙 200 240e 容腿孔深度 660 1000容膝空间容膝空间尺寸（毫米）安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 21 页3）椅面高度及活动余隙 工作座椅需占用的空间，不仅包括座椅本身的几何尺寸，还包括了人体活动需要改变座椅位置等余隙要求。 椅面高度应根据坐姿腘窝高和坐姿时高的第 95百分位数值设计，矮身材的人可以通过脚踏板（脚垫）调整。一般椅面高度比工作面高度低 270-290毫米时，上半身操作姿势最方便。因此，椅面高度宜取42020毫米。 座椅放置的深度距离 （工作台边
16、缘至固定壁面的距离），至少应在 810毫米以上，以便容易向右移动椅子，方便作业者的起立与坐下等活动。 工作座椅的扶手至侧面固定臂面的距离最小为 610毫米，以利作业者自由伸展胳膊等。 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 22 页 4）坐姿作业范围 坐姿作业的 水平面作业范围 的设计如图 7 4（ a） 所示。 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 23 页 坐姿作业的 垂直面作业范围 的设计如图 7 4（ b） 所示。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 24 页 由水平面作业范围和垂直面作业范围构成的 坐姿空间作业范围 的舒适区域介于肩与肘之间，此时，手臂的活
17、动路线最短最舒适，能迅速而准确地进行操作。 见 图 7 5A 例如，当坐姿作业是小件组装，要把 8个部件装配起来，则作业者面前至少需有 250250平方毫米的操作面积。供料箱应分布在作业者前方大于 250毫米处（即装配区的周围）和工作场所中心左方或右方 410毫米之内，并且不得高于工作面 500毫米（最好在工作面上方 250毫米处，以减轻肩部肌肉疲劳）。经常取用的物件应置于操作面之前 150 300毫米之内，使作业者无需向前弯曲身体就能拿到。大而重的物件需靠近场地前面，允许作业者有时（每小时几次）到场外取物。安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 25 页图75 坐姿与立姿空间作业范围
18、安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 26 页（ 2 ） 立姿作业空间布局设计 立姿作业空间主要包括工作台、作业范围和工作活动余隙等的尺寸和布局。 其设计用人体参量和选用原则如下表所示。 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 27 页符号 人体测量项 目 男 女 男女混合男子百分位数 女子百分位数第 5 第 50 第 95 第 5 第 50 第 95A 身高 1775 1659 1775 1583 1678 1775 1484 1570 1659C 眼高 1486 1371 1371 1474 1568 1664 1371 1454 1541E 肩高 1281 1195 1
19、195 1381 1367 1455 1195 1271 1350G 胸厚 245 239 245 186 212 245 170 199 239H 肘间宽 371 348 348 371 422 489 348 404 478J 前壁前展长 323 292 292 323 351 378 292 313 345K 上肢前展长 612 554 554 612 664 716 554 602 653L 肘高 1096 1023 1096 954 1024 1096 899 960 1023立姿作业空间设计参数 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 28 页对上表的说明： （ 1） j.
20、 k为推算值，其余为实测值。 （ 2）差鞋时的修正值：身高、眼高、肩高、肘高加 30mm。 （ 3）身体放松站立修正值：身高、眼高等减 19mm。 （ 4）着装时的修正值：胸厚加 10mm，以工代臀膝距加 20mm。 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 29 页 1）立姿工作面的高度 立姿工作面的高度不仅跟身高有关，还与作业时施力的大小，视力要求和操作范围等很多因素有关。 在考虑不同身高的工作者对工作面高度的要求时，虽然可以设计出高度可调的工作台，但事实上，可以通过调整脚垫的高度来调整作业者的身高和肘高。 因此，立姿工作面高度应按身高和肘高的第95百分位数设计。对男女共用的工作面高度按男性的数值设计。 图 75B 及图 1按男性身高的第 95百分数给出了立姿情况下不同作业性质对工作面高度的要求。 安全人机工程学第七章湖南工学院安全工程系* 第 30 页图75B立姿工作面高度（mm）
