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2019/8/6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2019/8/6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，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2019/8/6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2019/8/6第4页2、关于作业姿势•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2019/8/6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2019/8/6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2019/8/6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2019/8/6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2019/8/6第9页•应该尽量避免的姿势•①站着不动的姿势（特别对女性）；•②长期或经常重复地弯腰（指脊背弯曲角超过15°）；•③躯干扭曲并倾斜的姿势或半坐姿势；•④经常重复地单腿支撑的姿势；•⑤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2019/8/6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2019/8/6第11页三、工作空间的设计•1、工作空间设计的一般原则•（1）操作高度应适合于操作者的身体尺寸及工作类型，座位、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2019/8/6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、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2019/8/6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2019/8/6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958901958858908958809855901D坐姿眼高749695695749793847695739783F坐姿肩高557518518557598641518556594G胸厚245239245186212245170199239H坐姿肘间宽371348348371422489348404478I坐姿大腿厚151151151112130151113130151J前壁前展长323292292323351378292318345K上肢前展长612554554612664716554602653M坐姿肘高298284298228263298215251284N坐姿窝高448405448383413448342382405安全人机工程学︵第七章︶湖南工学院安全工程系2019/8/6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2019/8/6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2019/8/6第17页•a的台面高度为880±20毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离为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840±20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740±20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680±20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2019/8/6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2019/8/6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2019/8/6第20页符号尺度部位尺寸最小最大a容膝孔宽度5101000b容膝孔高度640680c容膝孔深度460660d大腿空隙200240e容腿孔深度6601000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2019/8/6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420±20毫米。•座椅放置的深度距离（工作台边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2019/8/6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2019/8/6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2019/8/6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250×250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2019/8/6第25页图7－5坐姿与立姿空间作业范围安全人机工程学︵