人机工程学课件6作业器具与产品公用性设计原则

第六章作业器具与产品公用性设计原则1以手为中心的设计2手持式产品的设计参数与设计指导作业器具设计与产品公用性设计原则3便携式产品和可携带式产品的设计参数和设计指导4工作座椅设计5产品公用性设计原则以手为中心的设计一个人可能以这样的方式进行双手的作业：•1．熟练操作对象，几乎不必移动位置和只施很小的力；•2．迅速移动的目标对象，需要在准确到达目标的同时使用恰当的力量；•3．目标间的快速移动，通常需要准确性但几乎不用力气；•4．很少或有适度移动幅度的强力活动；•5．有较大动作幅度的强力活动。以手为中心的设计有三个主要参数：准确性，力量，动作幅度。•小距离，大目标，能够实现准确而且快速的运动。•对于接触类型的连接必须注意细节设计，手和手柄的接触面要合适。•对于用力类型的连接，要重视安全手动工具的使用”的规定。设计的目的要考虑安全地支撑手柄(避免引起肌肉疲劳和压力点)。识别对于作业对象的作用力和手与手间的作用力关系也十分重要。•前臂能产生较大的力矩，大的力量和转力矩矢量应尽量和肘部垂直。被用来控制或操作产品的握持力依赖于下列因素：把握的实际意图、力量和用户手的尺寸身体比例。•为安全和避免损伤，产品的使用应确保作用力施加在手的不易受伤害的部位上。•随身携带的工具和仪器应该被设计得更合适手的操作。手持式产品的设计参数和设计指导（1）产品的最大重量参数设计建议：•握持部分不应出现尖角和边棱。•手柄的表面质地应能增强表面摩擦力。•手柄不设沉沟槽，因其不可能与所有使用者的手指形状都匹配•使用时，手持产品手腕可以伸直、以减轻手腕疲劳。•当有外力作用于产品手柄时，应同时考虑推力、拉力和扭矩的同时作用。•根据外力作用要求，确定手柄直径。•应避免手持部位的抛光处理。成年人手持式产品的最大重量参数：在使用时，由手臂提起产品，并从身边不好使的位置上转换至合适位置的适宜重量不应超过2.3kg。如果过重，前臂肌肉与肩膀就容易疲劳和损伤；要求作用点位置精确的手持式工具，其重量不应超过0.4kg。手持式产品的设计参数和设计指导（2）手柄设计——产品与手之间的接触面，即人机交互作用面。设计参数：•最小手柄长度：100mm。•为了握紧手柄(如打井钻的手柄)，手柄直径应是30～50mm。•为了确定精确位置而设计的手柄(如小型螺丝钻的手柄)，其直径为8～16mm。•若使用者不戴手套，手柄距产品其他表面的间隙：30～50mm。设计指导：•断面呈椭圆形的手柄，通常更能适应大的直线作用力和扭矩。断面呈圆形或正方形的手柄就较差些。•手柄尺寸和手的大小匹配关系非常重要。圆柱形手柄：直径为30-40mm的手柄产生最大紧握力；直径为60mm的手柄则适合于大手掌的人使用。•人们在使用某些手持式产品时要求其具有两方面的功能，既要能适应强力把握，又要能被准确控制作用点。•遵照“便于使用的规则”，曲状手柄可减轻手腕的紧张。便携式和可携带式产品的设计参数和设计指导（1）产品的重量如果背带在产品上两个固定点间的距离为45cm，那么背带的最大可调节长度至少120cm。如果产品的重量超过6kg，推荐的背带最小宽度为40mm。对更重的产品建议在背带上加一垫肩，以便更均匀地分散重量。若不考虑产品重量，背带的宽度不应超过76mm。便携式和可携带式产品的设计参数和设计指导（2）尺寸单手提式产品的最大推荐值：•最大长度(手提时的前后距离)100cm.•最大宽度(两侧的距离)15cm.•最大高度(顶部到底部的距离)45cm.双手提式产品的最大推荐值：•最大长度(手提时两侧的距离)40cm.•最大宽度(前后的距离)30cm.•最大高度(顶部到底部的距离)40cm.产品的最大高度可以这样计算：身体最矮的使用者站立时手腕离地面的高度减去产品的离地高度(产品底部与地面的距离)。推荐的45cm的最大高度是基于第5个百分位数的手腕高度和25cm的离地高度。便携式和可携带式产品的设计参数和设计指导（3）重心与手柄位置如果产品设计为侧面单手提携的，它的手柄中心必须位于产品重心的正上方，这将减少手腕的受力，因为在这种情况下不需要手腕的反向力矩来平衡或稳定被携带的产品。物体产生的扭矩不应超过手腕最大同轴转动力矩的25%。手提式产品重心偏前和偏后而允许作用于手腕的最大扭矩(以不超过25%为标准)。从这些数据中可以看出，手腕所承受的最小扭矩不超过1.0N/m。对于置于身前的双手提携式产品，它的重心离身体越近越好。便携式和可携带式产品的设计参数和设计指导（4）惯性力矩使用者更喜欢提起物品时重心下移的感觉(如重心位于手柄的下侧)。（5）提手柄的设计下面提手柄的尺寸和表面特征适合于轻便产品：•最小长度115mm。•提手柄的最小空挡距离30-50mm。•戴手套可提的最小空挡距离55-85mm。•提手柄的直径20-40mm。•表面纹理无深槽、锐棱，能防滑。成年男性和女性会喜欢不同尺寸的手柄。女性往往更喜欢大直径的手柄。便携式和可携带式产品的设计参数和设计指导手提柄的类型和用途列举如下：•标准提手柄：常用于单手携带提手柄的最小空挡距离为30～50mm。•T形手柄提手柄：用于活塞型运动(如，打气筒)或用于双手拾举重物，提手柄的直径为20-40mm。•J形杆状提手柄：常用在拐杖上，由于偏心，载荷落在用户的手腕上，故不适合用于重或较重的产品上。•凸缘把手：适用于双手拾举或搬移。•内凹形提手：适用盘、盖类型的产品(或部件)，不宜用于较重的产品。•块状提手：适用于需要拾举并高于1m的产品上。•抽屉把手：常用在那些不需经常移动的产品上，允许用户在把手内滑动手指并施加一个向外的拉力。工作座椅设计手提柄的类型和用途列举如下：座椅按照用途的不同可分为3类：简易座椅——如板凳；工作座椅——如办公室或操作场所座椅；休息座椅——适用于客室、休息室及各种交通工具的乘客用椅。坐姿与工作座椅设计的生理学基础脊柱形态分析腰椎的变形，可以发现，当腰部支承在靠背上并使躯干与大腿间呈115°角时，腰椎的弯曲与自然形态最接近，是最舒适的姿势。为使坐姿下腰弧曲线变形最小，座椅应在腰椎部提供两点支承——第一支撑应位于5、6胸椎之间，相当于肩胛骨的高度，称为肩靠；第二支撑应位于第4、5节腰椎之间的高度上，称为腰靠。坐姿与工作座椅设计的生理学基础肌肉活动度脊椎骨依靠肌肉和肌腱连接，一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组织就会受到拉力或压力，使肌肉活动度增加，导致疲劳酸痛。根据研究，在挺直坐姿下，因为腰椎前向拉直使肌肉组织紧张受力，腰椎部位肌肉活动度高，提供靠背支承腰椎后活动度则明显减小；躯干前倾时，背上方和肩部肌肉活动度高，以桌面作为前倾时手臂的支承并不能降低活动度。坐姿与工作座椅设计的生理学基础体压分布座垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减少，至大腿时压力南至最低值。坐姿与工作座椅设计的生理学基础体态平衡人的坐姿包括通过改变坐姿来分布压力、缓解肌肉疲劳，同时根据坐姿的变化不断地保持身体的平衡。坐姿的调节和自发稳定坐姿的动作同属体态平衡，即就座者达到变化和稳定时的中间过程。座椅的设计必须能够满足这种平衡要求，使就座者能灵活、平稳地进行体态自动调节。工作座椅设计的基本原则(1)座椅的样式和尺寸应适宜人体尺度和坐姿；(2)座椅要适于就座者的体位并保持其稳定；(3)座椅要适于就座者保持不同姿势和调节坐姿的需要；(4)靠背的结构和形状要尽可能减少就座者背部和脊柱疲劳；(5)座椅上应配有适当质地的坐垫以改善臀部及背部的体压分布。工作座椅人机工程设计座高为了避免座面前缘压迫大腿导致血液循环不畅，座椅的高度一般不应超过小腿较短的人所适应的高度。根据中国成年人人体尺寸，我国的工作座椅座面高a取360～480mm为宜。为适应不同人体尺寸的需要座宽座宽一般依据女性中第95百分位的臀宽尺寸设计。无扶手的工作座椅座宽b应为370～420mm，推荐值为400mm。扶手座椅的座宽应不小于500mm。，工作座椅可以设计为座高可调的结构。工作座椅人机工程设计座深座深应保证就座者在各种坐姿下靠背能够支撑腰部，避免座深太大导致弓腰才能靠到椅背，或座深太小导致大腿失去支承。我国的工作座椅座深c应取360～390mm为宜，推荐值为380mm.座面倾角座面向后倾斜的座椅会使就座者自然地后倚，通过靠背的支承减少背部肌肉承受的静负荷，还可以防止就座者从座面上滑落。工作座椅的后倾座角α取0°～5°为宜，推荐值为3°~4°。工作座椅人机工程设计腰靠腰靠长d应为320～340mm(推荐值330mm)，腰靠宽e应为200～300mm(推荐值250mm)，腰靠厚f应为35--50mm（推荐值40mm)，腰靠高g应为165～210nrm，腰靠圆弧半径R应为400～700mm(推荐值550mm)，倾覆半径r应为195mm，腰靠倾角β应为95°~115°(推荐值110°)图：一般工作座椅结构形式典型的工作座椅设计古代的工作座椅设计古埃及的三足小凳与腰架古希腊的Klismos靠椅典型的工作座椅设计适合人体尺度的工作座椅设计座椅设计方法的核心思想是依据作业者的基本人体尺度和生理特性，要求工作座椅的设计与之相适应。400典型的工作座椅设计引导人体坐姿的工作座椅设计膝靠式座椅设计有两个与人体接触的面，其中坐面与竖直方向成60°~70°角前倾，而臀部承受的压力则有一部分被分散到支撑胫骨的承托面上。通过降低膝盖对于骨盆的相对位置，迫使人采用上身前倾的坐姿，从而使脊椎保持自然曲度，减轻腰椎间盘的压力，放松背部肌肉。巴兰斯椅及其坐姿比较图典型的工作座椅设计人机互动的工作座椅设计“脊椎”扶手椅无需手工调节就能自动感应并响应用户变化着的需要，因而更适合频繁的、往复的、特别是无意识的坐姿调整：当身体挺直时，座椅就保持适应垂直坐姿的形态；当身体前倾完成书写等作业时，椅面前方就自动向低处倾斜6°，使人的膝盖略低于骨盆，以保证脊椎呈现自然曲度；身体在放松后仰时，椅面会往前滑动，而椅背向后倾斜，再推一下，它的倾斜度能继续增加12°，使坐姿更加舒适。“脊椎”扶手椅示意图产品共用性设计原则共用性设计七大原则和附则产品共用性设计原则人的因素与共用性设计七原则共用性设计中应满足的人的因素可包括：基本需求、社会需求和综合需求。“平等使用”原则是最根本的。其余六项原则主要立足于基本需求，因为它们就是处理解决功能问题。社会需求是在满足了“基本需求”的基础上进一步的需求，包括经济、环境保护、交流等需求。还必须满足综合需求，也就是将心理因素与这些需求相联系。满足这三项需求就构成了最基本的共用性设计。产品共用性设计原则实现共用性的优先顺序从共用性角度来看，产品的不同特征(或功能)其重要程度也不同。要做到利用有限的资源，最大限度地提高产品的共用性，必须有主次地提高产品不同特征(或功能)的共用性，即首先确保提高产品基本特征(或功能)的共用性，在资源允许的条件下，按重要程度逐步提高各特征(或功能)的共用性程度。Normal系列手表Fossil系列手表(PH1085.PH5000)URWERK201手表Tokyoflash手表汽车信号灯设计ARTZero人机工程学鼠标设计NaturalWirelessLaserMouse6000人机工程学鼠标设计WOW-PEN人机工程学鼠标设计WOW-PENEco/Traveler人机工程学鼠标设计阿埃隆椅（AeronChair）自由椅（FreedomChair）本章思考题•以手为中心的设计都有哪些?它们的参考准则有哪些?•工作座椅设计的基本原则有哪些?•简述几件产品设计，并说出设计参数和应用原则。