人机工程学结课设计：基于人机工程学的大学生电脑桌优化设计

人机工程学结课设计题目：基于人机工程学的大学生电脑桌优化设计2015年12月1日院系：矿业工程系班级：机械电子工程学号：134388031050学生姓名：张涛涛任课教师：朱广勇人机工程学结课设计1基于人机工程学的大学生电脑桌优化设计摘要通过对大学生电脑桌调查分析，当前市场上电脑桌在结构、尺寸、色彩等方面存在问题。运用生理学和解剖学方面的一些知识的，同时考虑心理学方面的一些因素，分别对电脑桌的结构尺寸，键盘托盘的尺寸、造型和色彩进行优化设计。使其更加符合人机工程学的设计，使用起来更加方便舒适。关键词：人机工程学，电脑学习桌，优化设计引言随着社会科技的迅速发展，现代人的生活变得越来越离不开电脑、无论是工作、生活还是娱乐，电脑都成了不可或缺的工具。电脑现代的的生活、学习和工作中也得到了越来越广泛的应用。然而在电脑带给人们方便的快捷讯息和高科技体验的同时，它所带来的许多负面影响也在人们的关注中越来越凸显。比如，长时间进行电脑操作的人群会感到手腕、手臂、肩、背、腰和颈等处的肌肉酸麻疼痛，从而导致这些肌肉群疲劳过度或造成损伤等综合症状。另外还会引发近视和精神上的疲劳等病症。在大学生人群中的电脑使用普及率更是高于其他方面，不少大学生用户在购买自己的电脑时，会很认真挑选。但却往往忽视了电脑桌在整个使用过程中的重要性。不少大学的寝室中的电脑桌结构简单、功能单调，长时间使用会造成人机不协调。所以在大学生寝室配置一个合适的学习电脑桌是很有必要的。因此，本文研究开发如何从人机工程学角度出发，分析设计出合理的电脑桌，使其符合人体的生理、心理的特性及实际使用时的体验，以提高大学生在电脑操作时的舒适度和作业效率。1基于人机工程电脑桌分析1.1当前电脑桌分析现有电脑桌设计中普遍存在的问题和缺陷。虽然当前市场上电脑桌品种繁多，款式和颜色不乏新颖丰富。然而仔细分析这些产品，真正完全基于人机工程学角度设计的却人机工程学结课设计2很少。一些进口的和仿国外的山寨品牌设计的电脑桌，虽有部分基于人机工程学原理设计合理的地方，但设计的尺寸却是按国外的人体尺寸照搬照抄，实际并不符合国人身体的尺寸模型。在应用到大学生寝室中的电脑桌也存在这同样的问题和缺陷，用普通的书桌作为电脑桌更不需要加以评论，在使用时都会体验不佳，以至于给健康带来不良影响。1.2优化设计构想本课题的优化设计是定位于全国普通大学生宿舍使用，当前市场上的电脑桌，产品种类虽然有很多，而且应用到学生宿舍的电脑桌基本功能都能满足学生日常的需要。但随着笔记本电脑的更新换代，以及人们对体验要求的不断升级，在使用过程中，需要和学习功能及衣柜功能相互联系起来是十分重要的，同时得满足结构尺寸、功能整合是很有必要的。针对以上一系列问题和发展趋势，以人机工程学和产品设计的两个学科的最佳平衡点坚持“以人为本”的主导思想进行优化设计。着力于提高人机交互体验、进行人性化设计、解决用户使用电脑桌时产生的各种人机问题。2电脑桌优化设计初步分析2.1选用人体尺寸表2.1是我国男女坐姿时人体尺寸，取功能修正值，着装修正取为3mm，放松坐姿时眼高修正值取为40mm。其尺寸选择既可以基于均匀原则，适合于大多数人，在电脑桌设计时，也可以采用可调原则，使键盘高度、桌面高度都可在一定范围内调节，以适应不同身高的需求。表2.1我国男女坐姿时人眼的高度体尺寸项目百分位数（P）男（尺寸）女（尺寸）坐高50908855坐姿眼高50798739坐姿肘高50263251小腿加足高50413382前臂长50237213胸厚95245239肩宽50375351人机工程学结课设计33电脑桌各参数分析及优化设计3.1桌面深度桌面要保证一定的深度，以保证最小视距，避免视距过短引起近视，过长不协调。考虑到需要摆放液晶显示器，在桌面后方开圆形线孔（不使用时，可将盖子关闭），方便走线。以大学生大部分使用屏幕大小（14英寸、15英寸）分析：14英寸显示屏屏幕边长约为305mm，此时的视距最小为310/(2tan15°)=578mm15英寸显示屏屏幕边长约为345mm，此时的视距最小为345/(2tan15°)=644mm，视距随着显示器的增大而增大，加上适当余量，桌面深度设计为700mm。3.2桌面高度电脑桌桌面的高度影响到显示器的摆放高度，进而影响到人眼的观察角度，从人机工程学角度分析，显示器的最佳摆放高度应是它的上沿不高于人坐姿时眼睛的水平视线，它的中心线应在水平视线以下10高～20高合适，考虑人在看屏幕时为减少反光对眼睛的伤害，显示器倾斜角后倾10，～15°为佳，由视觉显示终端作业岗位尺寸图2.1可看出。图3.1视觉显示终端作业岗位尺寸人机工程学结课设计4则桌面高度=坐姿眼高+小腿加足高＋着装修正－姿势修正－屏幕边长－屏幕下部边框厚度。以14英寸为例，带入相应数值（百分位数为50）计算：桌面高度=798+413+3-40-310-100=765mm（男）桌面高度=739+382+3-40-310-100=674mm（女）电脑桌的高度应该适中，根据安全人机工程学的知识可知，电脑桌的高度应以第5百分位至第95百分位的人体尺寸范围作为高度范围适用的人体尺寸。坐姿作业面高度范围如下表1.2所示。表3.1坐姿作业面高度范围作业类型男性女性精细作业（如钟表装配）99～10589～95较精密作业（如机械装配）89～9482～87写字或轻型装配74～7870～75重荷作业69～7266～70综合数据和坐姿作业面高度优化设计为桌面高度750mm（男），700mm（女）。3.3桌面长度坐姿工作的水平面工作范围的设计如图2.2所示。图3.2水平作业面工作范围人机工程学结课设计5这是人坐在工作台前，以肩峰点为轴心，在水平面上运动手臂所形成的轨迹范围。为适应至少90%的人群，肩峰点位置由1/2胸厚（取第95百分位数）和1/2肩宽（取第5百分位数）的交点确定。综合分析优化设计为1000mm。3.4键盘托盘高度操作键盘时的高度是影响人体坐姿的重要因素，作业面高度高度不当是引起电脑综合症的主要原因。要求上臂从肩关节自然下垂，上臂与前臂的最适宜的角度为70°～90°，以保证肘关节受力而不是上臂肌肉受力；还应保持手和前臂呈一直线，腕部向上不得超过20°。从图1.1中的适用于第1百分位的男性高度635mm。优化设计键盘托盘高度为710mm（男）、660mm（女）。3.5键盘托盘深度因为键盘托盘都是托出来操作，当操作者适用键盘时，托盘被拉出的进深应考虑预留空间。则键盘托盘深度=手腕休息区+键盘宽度+余量。优化设计为键盘托盘深度=100+180+50=330mm。3.6键盘托盘长度目前市场上键盘宽度尺寸约为460mm，鼠标垫宽度一般为200mm，考虑到需要预留左右两边空余的距离40mm，则托盘宽度=键盘长度+鼠标垫长度+空余距离。优化设计为：托盘宽度=460+200+80=740mm。3.7放主机箱空间设计台式主机箱大型的高宽长分别为430mm、200mm、400mm，设计在桌子右侧下方，考虑散热，应预留多余空间，并在后面开圆形线孔（不使用时，可将盖子关闭），方面走线。在右侧设计收缩平板，考虑到部分同学使用的是笔记本，无主机箱，可摆放需3要摆放的物品。空间优化设计为：高宽长分别为460mm、300mm、700mm。3.8放行李箱空间设计大部分大学生都有行李箱需要摆放，而现在大学生宿舍桌子很少考虑到这点，放在其他地方占位置并且不美观，因此设计一个空间（横放）行李箱是非常有必要的。设计在桌子左侧下方，若无需放行李箱，也加入了可收缩平板摆放物品。市面上大型行李箱的长宽高（横放）尺寸分别为650mm、250mm、450mm。人机工程学结课设计6空间优化设计为（横放）：700mm、300mm、480mm。3.9衣柜左侧设计现在的电脑桌侧面的利用率很小，在此基础上加入了等高等宽的三个阶梯型空间设计，可放上一些小型物品等装饰。3.10颜色分析颜色可以引起人的情绪性反应,也影响人的行为.每种颜色都具有特殊的心理作用,虽然个体之间的感觉存在差异,但是某些感觉特征确实一致的.单就引起视觉疲劳而言,蓝、紫最甚，红、橙次之，黄绿、绿蓝、绿、淡青等色引起视觉疲劳最小。使用亮度过强的颜色，瞳孔收缩与扩大的差距过大，眼睛易疲劳。所以颜色上定位在暖色调，充满激情，有温暖感，且感觉不到压抑感。3.11优化设计成品图图3.3平面三视图人机工程学结课设计7图3.4三维设计图1图3.5三维设计图2人机工程学结课设计84结论本设计作品实现了对大学生电脑桌的改进设计，基于人机工程学对电脑桌功能以及结构进行更优化性的研究和改进。结构上结合传统、设计创新。我们考虑到了实用性和舒适性，使更多的使用者有良好的使用体验。设计了一层键盘托盘由下往上拖出结构对使用鼠标键盘更加舒适，不再是传统的由上往下抽拉的托盘，不但创新实用而且美观大方。功能上基于普通，添加元素。桌面开线孔，方便走线，整洁美观；在普通抽屉下方分别加入放置行李箱和主机箱位置，方便有行李箱的同学和台式电脑者使用；衣柜左侧加入放置小物品位置，非常实用美观。整体上安全人机，优化改进。使用者的使用环境，使用方式、生理、心里等因素进行了合理的设想和科学的设计，并且通过安全人机工程学中的各项静态动态的人体尺寸将电脑桌各项尺寸规范化，使大学生电脑桌更趋近于实用性和人性化，使使用者用的舒适安心，缓解疲劳，能减少更多传统电脑桌给使用者带来的不便。我们这次采用了一整套以人为设计中心结合物与环境相融合的设计理念，应用安全人机工程学把电脑桌设计的更完美，更实用。对于本次设计，也有考虑不足的地方，比如设计时线条的流畅程度，款式过于简单，颜色搭配上需要加以优化，还有不同地区房间大小不一使得整体大小有相应改变。通过此次学习安全人机，以及关于电脑桌的各种数据，结合人机环三个方面，更全面的学习了课本上的知识，以及在测量评价方面更加了解自己生活的环境。参考文献[1]丁玉兰.人机工程学[M]第4版.北京:北京理工大学出版社.2011[2]李达,姜勇,徐淑芳.人机工程学.北京:电子工业出版社,2014[3]陈漪,叶喜.基于人机工程学的电脑桌设计[J].家具与室内装饰.2008.3(4)[4]邬琦珠.产品设计.北京:中国水利水电出版社.2012[5]罗盛,胡素贞,文渝.人体工程学.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.2009[6]张建平.人体工程学.南京:南京大学出版社.2010[7]殷陈君.人体工程学.北京:化学工业出版社.2014[8]罗碧娟,张飞飞.基于人机工程学的大学生电脑桌设计.人类工效学.2010.16(4)[9]余肖红,费海玲,张亚池.人体工程学与全方位电脑桌椅的设计[J].木材加工机械.2002.5(2)[10]阮宝湘,邵祥华.工业设计人机工程学[M].北京:机械工业出版社.2005