人机工程课程设计——电脑桌

中国计量学院现代科技学院《人机工程课程设计》报告中国计量学院现代科技学院课程设计报告课程设计名称新型电脑桌的人机工程学设计系（部）计测系专业班级姓名学号指导教师2014年6月18中国计量学院现代科技学院《人机工程课程设计》报告1.前言随着当今社会科技的发展，电脑逐渐得到了普及，越来越多的人使用电脑，并且时间过长导致一系列的身体不适的问题。常用电脑的人都有这样的经验：坐在电脑面前一段时间后，经常会腰酸背痛甚至眼睛发胀。引起这些问题的原因主要是由于不良坐姿引起的，同一坐姿保持太久，是脖子和肩膀周围的肌肉紧张，时间一长就导致酸痛感。腕关节的疼痛是由于长时间使用电脑，手部的神经受到压迫所致。从事电脑操作进行的是一项静力工作，伴随着头、眼、手的细小和频繁运动，往往会持续时间长，工作量大，会使操作者的肌肉，骨骼反复紧张，引起相应的病症。设计不合理的电脑桌椅会导致腰背疼、颈肌疲劳或劳损、手肌腱炎和视力下降。根据资料调查显示北京劳动卫生职业病防治研究所从1996年到1998年，连续三年对电信行业、电视台、报社激光照排车间电脑作业人员进行的调查显示，30%左右被调查不同程度的患有颈肩腕综合症，实力普遍下降。香港物理治疗学会曾调查290名中学生使用电脑的情况，结果发现约占40%的学生发生骨骼肌肉系统疼痛症，包括腰背疼，颈肌疲劳或劳损、手肌炎等。美国康奈尔大学的一项研究表明，由于学校的计算机工作站的设计很少或根本未考虑肌肉骨骼的发育，40%的小学生面临坐姿不正的危险。不合理的电脑桌是罪魁祸首，它会造成操作姿势不合理，使身体某些部位的肌肉长时间处于静态施力的紧张状态，造成骨骼肌肉系统的疲劳损伤，同时还引起视力下降。之所以会发生上述这些问题与现在大部分电脑桌设计不合理，没有充分考虑人机工程的原理有着莫大的关系。因此研究如何从人机工程学角度出发，分析设计合理的电脑桌，使其符合人体的生理、心理及解剖学特性，以提高人们在电脑作业时的舒适度和工作效率已成为当今家具设计领域的一个重大课题。为了更好的改进设计符合人机工程的适合人们的新型电脑桌，首先必须对市面上现有的电脑桌存在的问题进行总结分析，进而再针对这些问题进行改进，以设计出符合人体生理、心理及解剖学特性的电脑桌。中国计量学院现代科技学院《人机工程课程设计》报告2.电脑桌的现状调查及分析2.1电脑桌使用中的问题为了清楚的了解大学生在使用电脑时电脑桌所产生的影响，我特意以我们学校的学生为例，进行了一番调查．调查结果发现，电脑桌椅对用户在使用电脑有着非常大的影响．走进寝室，发现有许多同学都用手撑在电脑桌上看小说或是无精打采的玩游戏，问一下，行知道他们已经在电脑桌前奋战很久了，已经很疲惫了，但是没有扶手，他只能把手撑在桌上，但是时候间一久，手肘开始疼痛，跟电脑隔近了，辐射过大，眼睛视力也在慢慢下降，脸上也慢慢开始长痘。看来，电脑桌对我们大学生在使用电脑时有很大的影响．2.2电脑桌的分析2.2.1．当前市场上电脑桌的分析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，真正完全从人机工程学角度设计的却寥寥无几。一些进口的和仿国外品牌设计的电脑桌，虽有部分按人机工程学原理设计合理的地方，但设计的尺寸是按国外的人体尺寸照搬，也不符我国人体的尺寸模型，使用时同样会给健康带来不良影响。通过对以上内容的分析综合，我发现现在市场上电脑桌存在的一些不足之处大体可以分成以下几种：1.空间利用不合理，有许多浪费之处，放置主机箱的地方足够大了，但假若小主机箱放在那儿就会显得浪费很多空间，如果那个地方设计成可以调节的应该会更好。2.电脑桌的挪动不太方便，当空桌的情况下还好些，但放置了电脑以后再想移动就得先将电脑搬下来，挪动了桌子后再放上去，这样就需要拆装电脑的线连接，会很麻烦，尤其对不太熟悉拆装电脑的用户。中国计量学院现代科技学院《人机工程课程设计》报告3.作业面的高度不合理。按照人体工程学的理论，无论是写字台、课桌的高度，还是电脑桌上键盘与鼠标的高度，都应当与人在坐姿时的肘部等高或稍低，只有这样，才有利于人们保持正确的坐姿。以日本为例，1971年以前，日本办公桌的标准高度采用74cm。由于屡发种种职业病，日本于1971年全面修订了办公用具的标准，分别规定了70cm与60cm为男用与女用办公桌的标准高度，从而在很大程度上减少了疲劳的产生。也许有人认为，日本人比中国人矮（平均约2cm），不足为据。但是，据资料，英国男子平均身高约为1．78m，而英国推荐的桌面高度也仅为61cm。再来看看我们的电脑桌、写字台、课桌，一般的高度均为75－76cm，显然是太高了。4.显示器的高度、角度与视距不合理。显示器的上方应不高于坐姿的眼睛水平视线，显示器的下方应不低于水平视线向下40度角的方向，显示器的中心应在水平视线以下10度角－20度角上下。显示器表面应保持一定的斜度以与人的视线相垂直。由此看来，不应当把卧式主机垫在显示器的下面，这样显示器的位置就过高了。眼睛与显示器的距离一般应提倡在70cm左右，即为一臂距离。如果因电脑桌的不足或电脑放置的不当使电脑系统达不到以上参数，对人的视力健康就会产生不良影响。.5.缺乏合理的支撑。当人在操作电脑时，多是采取前倾的坐姿，这样人的腰背部就脱离了椅子的靠背，手臂离开了椅子扶手，只剩下椅面支撑人的臀部，造成一种不稳定的状态。人们一般采用手掌支撑的方式来保持身体稳定。但这种支撑不但稳定性不好，很容易形成过度前倾，产生弯腰驼背的不良后果，而且需要腰部和背部的肌肉处于静态施力的紧张状态，从而加重了肌肉的负担，容易造成腰背肌劳损。所以，许多计算机操作人员都承受着腰和背的疼痛。操作电脑时由于缺乏对肘部的支撑，肘部处于悬肘操作的姿势，而上臂与前臂又需要保持一定角度的固定姿势，肩背部、手臂、手腕处的肌肉都处于一种静态施力的紧张状态，这就容易引起疲劳。3.电脑桌的人机分析确定产品主要尺寸（单位：mm）如下：桌面高度不宜过高也不能太低，因中国计量学院现代科技学院《人机工程课程设计》报告此需要选用中身材百分位（50％）来计算桌面的高度。⑴.桌面高度：1678×7/17＋30（功能修正量）＋50（心理修正量），取774；⑵.桌面长度：450（键盘长度）＋80（修正量）＋180（主机箱宽度）＋40（修正量）＋150（桌腿空间），取900；⑶.桌面宽度：400（显示器厚度）＋100（功能修正量）＋100（心理修正量），取600；⑷.桌下空间的设计应选用大百分位来计算。因为如果桌下空间满足大个子也必然适合小个子人，假设选小百分位计算，空间太小，大个子就会感到空间不够，产生压抑感。⑸.桌下空间：1775×1/3＋50（修正量）,取640；⑹.上层小桌面距桌面距离：400（显示器高度）＋60（修正量），取466；⑺.放置主机箱板长：460（主机箱长度）＋100（修正量），取560。注：以上电脑主机箱、显示器、键盘的尺寸是通过到市场上进行了大量的调查后得到的数据，它们基本上都是比较大一点的尺寸，所以只要能满足这些尺寸的需要就必然适合其它小一点的电脑。中国计量学院现代科技学院《人机工程课程设计》报告4.一般电脑桌的设计原理一般电脑桌的设计属于人因工程学中作业空间设计的范畴，是近身作业空间，同时又是个体作业场所。因此设计的最基本内容，就是要依据电脑操作者在操作时四肢所及范围的静态尺寸和动态尺寸来确定，即按电脑操作者的操作范围、视觉范围以及作业姿势等一系列的生理因素、心理因素对设备进行合理的布置和安排，并找出最适合该操作者的人体最佳作业姿势、作业范围，以为电脑操作者创造一个最佳的作业条件。一个优良的电脑桌设计，不仅可以使电脑操作者工作舒适、安全，操作方便，而且有助于提高人机系统的作业效率。根据人因工程原理，合格的电脑桌设计应该满足以下几方面的要求：⑴、视觉要求①.正常人的视野大致相同，坐姿视平线以下15度是最佳视角，向下的最大视角是20度。坐姿水平方向视物在1.5～3度内辨认物体最清晰，为中心视力范围；3～18度内视物短暂，比较清晰，为片刻视范围；38度左右为最大视角或视力范围。因此电脑显示器应该放置在人的最佳视觉范围内，最好与水平面呈30度，而且最好设计成角度可调的。②.人在作业时，视距的远近直接影响着认读的速度和准确性。在正常作业中，通常采用38～56cm的视距范围。因此电脑的显示器通常距眼睛45～61cm，其中在56cm处为最佳。③．电脑桌的颜色应该采取暖色调，比如黄色和橙色，以减少由于对眼睛的刺激而导致的疲劳。⑵.坐姿要求①.操作时正确的坐姿应是身躯上部伸直稍向前倾10～15度，保持眼睛到工作面的距离在30cm以上，大腿放平，小腿自然垂直着地成稍向前伸展着地，使整个身体处于自然舒适状态。因此电脑桌的设计保证有足够的空间容纳双腿，使人能够处于最佳的坐姿状态。②.坐姿工作空间的范围是由进行工作的上肢伸展的范围来决定。人体上肢操作水平范围的最佳区域为左右30度范围内，容易到达的区域为左右60度范中国计量学院现代科技学院《人机工程课程设计》报告围内，限制越少，可达范围越远。因此电脑的显示器和键盘、鼠标要放置在该范围内，同时应减少对上肢的限制，以保证上肢有足够的自由活动空间。⑶.工作面要求①.工作中如果工作面太矮，后背就需过度弯曲；如果工作面太高，肩部就不能保持正常的姿势，必须要抬高从而引发肩部和颈部的不舒适。工作面高度处在肘部位置为最佳。使用键盘时的工作高度就是键盘上的主行。设计时要降低工作面的高度，同时允许大臂在工作中保持自然放松的姿势，并保持腕部处于中立的姿势，以防止手腕疲劳。②.工作面的高度同时也要受到座椅的高度、桌面的厚度和大腿厚度的影响，其下部的高度应该提供足够的大腿空间。对于不可调整的坐姿工作面下部的最小尺寸应该是66.5cm，但这样的工作面对于个子矮小的使用者可能就不方便了，因此应可能把工作面设计成可调的。腿伸展开的宽度最小为59cm。③.使用倾斜桌面比使用水平面的操作姿势具有躯干移动减少，颈部弯曲减少，疲劳降低，不舒适感减轻的优点。但在这种情况下要防止桌面东西滑落。⑷.键盘位置要求①.键盘应该正对操作者的中部摆放。键盘的高度不应低于肘部的高度，应该能使操作者的肩部保持放松，上臂放松并近似垂直，前臂水平并与手腕成一条直线。在使用普通键盘时，要求使用者的手掌面与键盘面平行。如果低于的话，会使键盘面与前臂成一个角度，从而增加了手指或腕部的伸展，引起不必要的静态肌肉收缩。②.标准键盘的一般厚度是30mm，使用键盘时，用户一般需要一个腕部支撑。手腕托架一般放置在键盘前面，应该有一个约5cm宽的面（至少3.8cm），并且有一个圆形、光滑的边缘以防止对腕部和手部增加压力，再加上一个衬垫可以进一步减少皮肤的压力和刺激。但是应该避免使用过分柔软易变形的托架，这样会增加腕部的扭转运动。⑸.鼠标位置要求要有专门放的地方，鼠标应该放置在键盘旁边并处于同一高度；操作肘部应靠近身体，前臂水平并很容易触到鼠标，保持身体各冲部处于放松状态；调整桌子或椅子的高度，使鼠标与肘部同高；使用鼠标时，要避免腕部直接接触桌面；中国计量学院现代科技学院《人机工程课程设计》报告操鼠标时，始终保持肘部姿势，保持腕部的正直，不要向上、下、左、右弯曲腕部；对鼠标保持适当的压力，以便于操作与运动。5.新型电脑桌的设计5.1电脑桌的设计方案1.方案一：这个方案是目前市场上最基本的方案，电脑摆放在桌上，鼠标跟键盘放在桌下面的可以伸缩的小桌面，在使用电脑时就可以把小桌面拉开，不使用时就缩回去。电脑主机放在左下方的板子上。总的来说，这种放案满足了大学生使用电脑的基本要求，但是如果电脑配件一多，其他东西只能放在其他地方了。图12.方案二:中国计量学院现代科技学院《人机工程课程设计》报告图2这种方案也有抽屉式的，在左边增加了几他小板板，可以用来放很多电脑配件，但是没有主机箱的位置，只能把主机箱放在地上或其他地方。该方案有一个改良之处就是电脑桌底部采用滑轮设计，方便挪动。3.方案三:图3中国计量学院现代科技学院《人机工程课程设计》报告这个方案将桌面设计成有弧度的，更加符合