1、第八章 作业姿势与动作设计,第八章 导学,学习内容与目标：,了解作业姿势与人体机能的关系；了解人肢体的各种活动范围；了解人体在不同姿势下的施力状态以及人体不同姿势的能耗。,作业姿势与人体机能,1,人的肢体活动范围,作业姿势与人体机能的关系,人体的不同姿势的施力,人体的不同姿势的能耗,第八章 导学,了解确定作业姿势的因素以及立姿作业与坐姿作业的特点；理解动作经济与效率法则以及动作重构原则，并能在实践中加以运用。,作业姿势的设计原则,2,作业姿势的选择,动作经济与效率法则,动作重构原则,第八章 导学,了解有意识动作的分类；掌握动态施力和静态施力的特点以及避免静态施力的设计要点；了解直腰和弯腰两种姿
2、势提起重物时的脊柱受力情况。,3,作业姿势的设计要点,作业动作的类型,避免静态肌肉施力,避免弯腰提起重物,第八章 导学,4,作业姿势设计辅助手段,了解人体模板的特点和应用，了解一些常用人体仿真软件的特点和应用。,设计用人体模板,设计用人体仿真软件,第八章 导学,重点：,难点： 1.直腰和弯腰两种姿势提起重物时的脊柱受力情况。,1.立姿作业与坐姿作业的特点； 2.动作经济与效率法则以及动作重构原则的应用； 3.动态施力和静态施力的特点和避免静态施力的设计要点； 4.直腰和弯腰两种姿势提起重物时的脊柱受力情况。,8.1 作业姿势与人体机能,8.1.1 作业姿势与人体机能的关系1.与视觉的关系作业过
3、程中，需考虑最容易视物时的眼睛高度和物体离眼睛的距离。2.与循环的关系应避免妨碍血液循环的姿势。3.与手、上下肢、上半身等运动关系应考虑各种不同作业时的中心，见图8-1。4.与身体重心的关系为保持平衡稳定的姿势，不能忽视重心问题。,8.1.2 人的肢体活动范围,人体动态测量数据可为设计合理的操作姿势提供依据。人体动态测量数据是指人在活动状态下测取的人肢体的各种活动范围。见图8-2，图8-3，参阅表8.1。8.1.3 人体的不同姿势的施力，见图8-4，参阅表8.2，表8.3。8.1.4 人体的不同姿势的能耗，见图8-5，图8-6，图8-7。,8.2 作业姿势的设计原则,8.2.1 作业姿势的选择
4、 1. 确定作业姿势的因素工作空间大小与照明； 体力负荷大小与用力方向； 工作场所物品的安放位置； 工作台高度，有无合适容膝空间； 操作时起、坐频率； 尽量避免一些不良体位。,8.2.1 作业姿势的选择,2. 立姿作业与坐姿作业的分析 （1）立姿作业 下列情况下应采用立姿操作： 需经常改变体位的操作； 常用控制器分布在较大的区域； 没有容膝空间； 需要用力较大；立姿操作的缺点：不易进行精确而细致的工作；不易转换 操纵；肌肉要做更多的功以维持体重，易引起疲劳；长期站立易引起下肢静脉曲张。,8.2.1 作业姿势的选择,（2）坐姿作业 下列情况下应采用坐姿操作： 持续时间较长的工作； 精确而细致的操
5、作； 需要手足并用的操作；坐姿操作的缺点：作业过程中不易改变体位；施力受到 限制；工作范围有局限性；长期坐姿操作易引起脊柱弯 曲等职业损伤。,8.2.2 动作经济与效率法则,1.利用人体的原则 2.布置工作地点的原则 3.设计工具和设备的原则8.2.3 动作重构原则1.取消 2.合并 3.重排 4.简化,8.2 作业姿势的设计原则,在实践中应熟练运用以下主要原则： 双手的动作应同时而对称（图8-8 ，图8-9）。 人体动作应尽量应用最低等级（表8-1）。 动作过程中，应使用流畅而连续的曲线运动。 工具、物料等应放置于操作者近处，并按最佳工作顺序固定放置（图8-10）。 零件、物料应尽可能利用其
6、重力进行传送（图8-11）。 应有适当的照明，工作台和座椅式样及高度应使工作者保持良好姿势。,8.2 作业姿势的设计原则,尽量解除手的夹持工作，而以夹具或脚踏工具代替（图8-12） 。 有可能时，应将两种或多种工具或操纵器组合为一种（图8-13图8-15）。 应用手指操作时，应按各手指的自然能力分配负荷（图8-16，图8-17）。 手柄的设计，应尽量增大与手的接触面（图8-18，图8-19） 机器上的杠杆、手轮等的位置，尽可能使操作者少变动其姿势。 工具及物料尽可能事前定位。,8.3 作业姿势的设计要点,8.3.1 作业动作的类型人的运动行为，可分为有意识动作和下意识动作两大类。 有意识动作又
7、可分为以下几类：1. 定位动作根据某一目的把身体的某一部位移到一个特定的位置的 动作。根据有无视觉帮助又可分为视觉定位动作和盲目定位 动作。 2. 逐次动作一系列不同目标的定位动作加起来就是逐次动作。,3. 重复动作一段时间内连续做同一动作叫重复动作。 4. 连续动作对操纵对象进行连续控制的动作。 5. 调整动作动作调整是肌体的一种自我保护方式，通过不断地动作调整可改善某一部分的受力状态。,8.3.1 作业动作的类型,8.3.2 避免静态肌肉施力,动态施力和静态施力，见图8-20。 避免静态施力的设计要点如下：1.避免弯腰及其它不自然的姿势，见图8-21图8-23。 2.避免长时间抬手作业，见
8、图8-24。 3.坐姿工作比立姿工作省力。 4.双手作业时，手的运动方向相反或对称。 5.作业位置与视距的关系，见图8-25。 6.常用工具、零件、材料应按使用频率安放在操作者附近。 7.手在较高位置作业时，应增设支承物。 8.利用重力作用，见图8-26。 9.通过产品设计减少静态施力（改善搬运工效的示例，见图8-27，图8-28，表8-2）。,8.3.3 避免弯腰提起重物,脊柱形态，如图8-29。脊柱承受的重量负荷由上至下逐渐增大，第5块腰椎处负荷最大。直腰弯膝和弯腰直膝两种不同姿势提起重物时，对腰部负荷的影响不同，如图8-30。,8.4 作业姿势设计辅助手段（自学）,8.4.1 设计用人体
9、模板人体工作姿势随作业对象和工作情况而不断变化，用作图计算等方式解决人机相关位置问题很困难（如图8-31）。利用人体结构尺度关系，制成标准人体外形模板，通过对人机相关位置的分析，可以直观得出有关设计参数，为合理布置人机系统提供条件。,8.4.1 设计用人体模板,1.坐姿人体模板的性别和视图方向坐姿人体模板按成年男性和女性制作，分别按3个视图方向制作：侧视图、俯视图、正视图（见图8-32图8-34） 2.坐姿人体模板的尺寸等级和尺寸比例坐姿人体模板男、女各3个尺寸等级，共6个尺寸类别，各取5、50、95百分位数人体尺寸。（注：GB/T 15759-1995人体模板设计和使用要求中规定了身高等级分
10、级的更新方法，分为4级。）人体模板的通用比例为1/10，也可采用1/5和1/1。,8.4.1 设计用人体模板,3.坐姿人体模板的基准线和关节角度调节范围人体模板肢体上标有基准线，可确定关节调节角度；标准眼轴线，表示正常视线方向；鞋上标出的基准线表示人的脚底平面。坐姿人体模板关节的调节角度范围见表8-3。 4.坐姿人体模板的应用人体模板主要用于人因工程辅助设计，如图8-358-37。,SAMMIE最早的商品化人机系统仿真软件，可进行工作范围测试、干涉检查、视域检测、姿态评估和平衡计算等。eM-HumanUG公司开发的一套大型人机系统仿真软件，可以在虚拟环境下进行工作分析、动作研究、时间研究等。
11、ClassicJack，VisJack美国EAI公司研制的用于数字化人体建模和人因工程分析的大型软件，可完成从虚拟人体、虚拟工作环境的建模到人体生物力学分析、任务分析、工作效率等工作。ManneQuinPROCATIA ,8.4.2 设计用人体仿真软件,本章思考题,1、在什么情况下适宜采用立姿操作？立姿作业的缺点是什么？在什么情况下适宜采用坐姿操作？坐姿作业的缺点又是什么？ 2、动态施力和静态施力的特点是什么？为什么要避免静态施力？,3、直腰和弯腰两种姿势提起重物时的脊柱受力情况是怎样的？应该采用哪种姿势？,本 章 结 束,本 章 所 附 插 图,图8-1 立位工作姿势的条件,返回,图8-2
12、肢体活动范围,图8-3 人体各部位活动范围,返回,图8-4 人体在不同姿势下的施力状态,返回,（a）操作姿态 （b）活动姿态,图8-5 不同姿势的相对氧耗量,(a)仰卧100 (b)坐姿103105 (c)立姿108110 (d)跪姿130140 (e)弯腰150160,图8-6 姿势与肢体活动程度,图8-7 各种作业姿势相对应的能耗（kcal/min）,返回,电路板,固定夹具,改善前,改善后,改善前,改善后,图8-9 带尾垫圈弯曲作业,返回,改善前,改善后,图8-10 物料按使用顺序放置,返回,操作台,操作台,部品箱,部品箱,60cm,10cm,改善前,改善后,图8-11 用滑槽缩短运送作业
13、距离,返回,工件,焊丝,电烙铁,电烙铁,工件,焊丝,固定操作台,改善前,改善后,图8-12 锡焊作业的改善,返回,图8-13 两种多功能操纵杆,图8-14 汽车转向盘多个操纵器的综合,盖印处,橡皮印章,改善前,改善后,图8-15 减少盖印次数,返回,图8-16 手指操作示例,图8-17 Qwerty键盘和Dvorak键盘,返回,图8-18 不同把手形状对应的旋拧力矩,图8-19 利用虎口增大旋拧力矩,返回,图8-20 不同施力状态下肌肉的需血量和供血量,返回,图8-21 不良的作业姿势（弯腰）,图8-22 两种播种姿势的对比,图8-23 中等身材成年男子施力点的适宜高度示例,返回,图8-24
14、不良的作业姿势（抬臂）,返回,图8-25 适应视觉的姿势,返回,图8-26 保持从高到低的方向装卸货物,返回,图8-27 两种单人搬运包装箱的情况对比,图8-28 便于四人搬运的大包装箱,表8-2 几种搬运方式的能量消耗及对比,（受试者体重 50 kg，负重30 kg，行走1000m）,返回,图8-29 脊柱的形状及组成,返回,图8-30 直腰与弯腰提起重物示意图,返回,图8-31 一种轿车驾驶室尺寸推荐设计,返回,图8-32 坐姿人体模板侧视图,图8-33 坐姿人体模板俯视图,图8-34 坐姿人体模板正视图,返回,表8-3 坐姿人体模板关节角度调节范围,返回,图8-35 人体模板用于小汽车和拖拉机驾驶室设计,图8-36 人体模板用于普通车床设计,图8-37 人体模板用于坐、立姿两用工作台设计,返回,表8-1 人体动作的级别,返回,
