人因工程与学生公寓家具设计.docx

本科毕业论文 机械电气工程学院本科毕业论文题目： 人因工程学在学生公寓家具设计中的应用分析院 （系）： 机械电气工程学院 专 业： 工业工程 33摘 要当代大学生的生活质量也得到了相应的提高，他们对于产品的需要已经不仅仅处在满足自身的生理需要的层面上，公寓家具所应具有的优良功能性已经是最低的要求。对大学生来说，宿舍不仅仅是提供休息的场所，同时还是他们进行学习、娱乐与交流的空间。而公寓家具在宿舍中除了它的使用功能外，还充当了对空间进行划分的角色，它设计的好坏与否，直接对居住在宿舍中的学生产生极大的影响。“以人为本”，即是任何人性化的产品都是以满足人的需要为目的的。同理，在学生公寓家具的设计上也应该以使用者的需要作为基本的出发点。基于人因工程学的公寓家具是指从使用者即学生的生理以及心理需求出发，对“人家具环境”系统进行详细的论证，同时考虑审美意识和文化诸多因素后进行设计制造的学生公寓家具。本文的目的就是通过一则基于人因工程学的学生公寓家具设计，阐述人因工程学中人性化产品的设计理念，将人的因素放在首要位置，重点是人、家具、环境和社会之间相互影响、相互依存的思想。以人设计的崇高理想和境界来指导学生公寓家具设计，让人文关怀充满设计。关键词：人因工程学，学生公寓家具，人性化设计，物理特征，心理功能ERGONOMICS IN STUDENT APARTMENTFURNITURE DESIGN AND RESEARCHABSTRACTContemporary college students standard of life has been improved, and the products material functionality can not satisfy them. And the need of great material functionality is the minimum requirement, which is the necessary condition of a apartment furniture. In college students views, their apartment is not only for their rest, but also where they do their works ,entertainment and communication. Besides its function for using, as a part to divide apartment space, apartment furniture affects students who live in apartment a lot.The purpose of this thesis is stating ergonomics design philosophy through a humanizing student apartment furniture design. It sees human as the first thing to consider, and its point is the influence interdependency and of the interaction between human, furniture and environment. Guiding the furniture design based on people oriented, making our design work full of human care.KEY WORDS: ergonomics, student apartment furniture, humanizing design, physical characteristics, psychological function摘 要2第一章 绪论51.1 研究背景51.1.1 人性化设计是社会发展的必然趋势51.2 学生公寓家具设计的发展与现状61.3 选题的目的和意义71.4 研究内容7第二章 人因工程学的认知及其与设计的关系82.1 人因工程学的概念、内容与学科现状分析82.1.1人因工程学的概念82.1.2人因工程学的研究内容92.1.3人体各项特征的研究92.1.4人因系统的整体设计92.1.5人因信息交流装置、工作和生活场所的设计92.2 人因工程学研究问题的特征和方法102.3 人因工程学与设计的关系11第三章 学生公寓家具的物理特征分析133.1 桌椅类家具的物理特征分析133.1.1 学生电脑桌的物理特征分析133.1.2 桌面高度153.1.3 桌面宽度163.1.4 桌面深度163.1.5 桌面下容腿空间173.2 座椅的物理特征分析173.2.1 坐姿的生理形态183.2.2座椅座高193.2.3座椅座宽193.2.4座椅座深203.2.5座椅座面倾角203.2.6座椅腰部的支撑213.3 床榻类家具的物理特征分析223.3.1 床面的宽度223.3.2 床面的长度233.3.3 床面的硬度233.3.4 床面的高度243.4 橱柜类家具的物理特征分析243.4.1 书柜的分析253.4.2 衣柜的分析25第四章 学生公寓家具的心理功能分析264.1 心理功能的意义264.2 大学生的审美心理分析264.3 大学生居住私密性的分析27第五章 设计实例29参考文献32第一章 绪论1.1 研究背景1.1.1 人性化设计是社会发展的必然趋势“人性化设计”，作为现今设计者和生产者所追求的最高目标，是人类社会工业文明发展过程中的必然产物，并且明显地带有后工业时代的特点。现代家具从开始出现后，因其价格比较便宜、功能合理，20 世纪初便在全世界范围广泛流行起来。不过有些思想激进的现代主义的设计师，为了表现出自己对“新艺术运动”和“艺术装饰运动”的反抗，往往以圆型、方型、直角、直线等几何图形去指导家具设计的外型问题，以钢材、玻璃纤维、塑料等人工合成材料为主处理家具的材质问题。于是大量造型千篇一律、毫无生气、缺乏人性关怀的家具产品进入了人们的日常生活。这种造型单一乏味的家具令人厌恶，从而人们开始怀疑现代主义家具是否适合人的使用。在上个世纪初斯堪的纳维亚家具因其蜿蜒的曲线、自然的用材、淳朴友好的风格一出现，便作为人性化设计的先锋，得到了人们的追捧，从此人性化设计便得到人们的熟知。设计人性化思想的出现有整个社会的原因、个体的原因，也有设计自身的原因，可以说是多元决定的结果。总的来说，最主要的原因表现在以下的两个方面:1.随着物质文明发展，人民生活水平提高的必然结果。随着社会整体生产力的发展，社会平均生活水平是随之逐渐提高的。从马斯洛的需要层次理论可以得出，在物质文明和社会经济并不发达的地区和时代，人们会优先发展社会经济，比较单一的重视物质生产，对于产品设计的要求就是简单实用，价格便宜，这个时候并没有涉及到人性化设计的层次。 随着社会经济基础的积累和物质文明以及科技的发展，人们的生活质量不断提高，人们对于产品设计的要求，更加强调精神层面的需要，也不再仅仅停留在实用的阶段，而上升到强调追求美观和舒适的高度了。1当 18 世纪工业革命开始的时候，大量的机械制品几乎以迅雷不及掩耳的速度推向市场，尽管它们大多是粗织滥造的、造型是丑陋的，但是由于当时的经济和科技条件所决定，人们对于这些产品的出现还是感到了万分的欣喜。第二次世界大战之后，是世界经济的复苏期，这个时代的产品由于当时匮乏的物质资料，造型基本都遵循了实用，简单和耐用的原则，没什么装饰。通过 60、70 年代的经济快速发展，社会物质财富的急剧积累，让很多的国家进入了富裕的时期，这个时候，埋藏在人们心中那种对产品的精神层面需求的欲望在蠢蠢欲动，人们对产品设计的要求不仅仅是满足自己的生理需求，更重要的是要满足自己的心理需求，从实用上升到了适用的高度，产品设计不但要适用，更要表现出包括社会的、文化的、审美的和情感的等多种含义。设计不光包括审美、经济和技术这三维，更重要的是第四维，即人性。2.人类需要层次不断提高的内在要求。满足人自身的生理需求和心理需求是设计的目的，由此看来，设计的原动力便是人类的需要。人类的需要随着社会发展而不断产生，为了满足不断产生的新需要，设计也在不断地向前发展，可以说，人类的需要直接影响着设计的内容与方式。21943 年出版的人类动机理论一书中，美国心理学家马斯洛提出的需要层次论，解释了人性化设计的实质。马斯洛从生理需要、安全需要、归属与爱的需要、尊重需要和自我实现需要，将人类需要从低到高分成五个层次，上述的五个需要层次是逐级升高的，只有在前一个需要得到了满足之后，高一级的需要才会产生，再要求得到满足产品设计中由最初的简单实用发展到包含多种精神文化因素的人性化设计正是这种需要层次从低到高逐步上升的反映。尽管人类的高级心理需求并不一定要通过产品的设计来实现，但是产品最为日常生活的主要载体，它作为满足人类高级心理需求和平衡人类情感的工具产生了很重要的作用。作为人类自我需要的特点的内在要求，人性化设计并不是一时的心血来潮，而是发展的必然结果。1.2 学生公寓家具设计的发展与现状根据 2002 年 1 月国务院印发的关于大学生公寓建设标准问题的若干意见，其中提出关于大学生公寓的建设标准是：本科生公寓 4 人 1 间，生均建筑面积 8m。但是由于学生公寓的建设不再依靠国家的拨款，更多的是学校自己筹集资金以及社会集资建设，目前的情况是本科生公寓存在 4 人至 8 人同住的现象，所以，学生公寓的面积可谓是寸土寸金，如何在有限的空间内同时满足大学生的生活、学习、交流需要，是一项非常富有挑战性的工作。（以北校区5号楼为例，生均使用宿舍面积3m）学生公寓家具基本都是双层结构： 沿用了老式的上下铺结构，只是在房间的某个角落放置衣柜，在窗口过道中间放置书桌，通过实际的使用状况看，不能满足全体宿舍学生的需求，学习娱乐空间较少。情感和审美等精神因素，又需要通过一定的产品和设计，即一定的物质形态来变现出来，这就是人类精神的“造物”以及人的“造物”。物的“人性化”和人的“造物”的统一就是设计，他们构成了人与产品二者之间的互动关系，两者相互依存、相互影响。没有完全脱离设计的人，也没有完全脱离人的设计。从这个观点看来，人性化设计并不是什么设计师的“新把戏”或者昙花一现，而是设计本身所应具有的特点，设计师的工作只不过是使物的“人性化”和人的“造物”这两者的结合和转化更加顺畅、和谐，中国自古以来“天人合一”的思想正是反映了这种思想的辩证认识。1.3 选题的目的和意义“以人为本”，即是任何人性化的产品都是以满足人的需要为目的的。同理，在学生公寓家具的设计上也应该以使用者的需要作为基本的出发点。基于人机工程学的公寓家具是指从使用者即学生的生理以及心理需求出发，对“人一家具一环境”系统进行详细的论证，同时考虑审美意识和社会文化诸多因素后，进行设计制造的学生公寓家具。人性化的设计的重点不仅在于产品的外型设计，更是强调以人为本，以及如何利用设计提高产品质量以及人的生活、工作质量。人性化产品的设计理念将人的因素放在首要位置，重点是人、家具、环境和社会之间相互影响、相互依存的思想。以为人本而设计的崇高理想和境界来指导学生公寓家具设计，让人文关怀充满设计。学生公寓家具设计中的人机工程学因素通过揭示人、家具、环境三者之间的相互关系，从而确保优化“人一机一环境”系统的总体效能，充分体现人机工程学在人性化学生公寓家具的设计中的重要性。1.4 研究内容在本课题研究中需要解决的问题是: 简要说明什么是人因工程学;为什么需要人因工程学的学生公寓家具;人机工程学研究问题的特征与方法;人因工程学与设计的关系;运用人因工程学对家具的造型、材质、尺寸等方面系统全面地进行设计分析。并通过自己的设计的学生公寓家具实例来详细的阐述这些观点。第二章 人因工程学的认知及其与设计的关系2.1 人因工程学的概念、内容与学科现状分析2.1.1人因工程学的概念人因工程学，最早是在 1857 年由波兰教授亚斯特赖堡夫斯基提出的，它的来源是希腊文的 ERGO（动作，工作）和 NOMOS（习惯，规律）的组合，它的原意是研究劳动规律和工作习惯的科学。人因工程学是一门研究人、机器和环境之间相互关系及影响的的科学。在它的发展过程中吸收并结合了解剖学、人体测量学、生理学和心理学等多种学科原理和研究方法，成为了一门应用和研究范围都非常广泛的边缘性综合科学。就像其他各门新兴的边缘性综合科学一样，人因工程学也具有多种命名方式、多种定义、学科无明显界限、综合性较高的内容和应用范围比较广泛等特点。在不同的研究领域和应用范围中，由于各自的重点和方向不一样，人因工程学（HUMAN FACTOR ENGINEERING）也有很多种叫法，在美国经常称其为人类工程学（HUMAN ENGINEERING）和人机工程学（ERGONOMICS），而西欧国家则多采用人因工程学的称法，这也是目前比较多采用的一种称呼。在我国，也同时存在着很多种叫法，比如人体工程学，人因工效学等。3对于人因工程学的定义随着这门科学的不断发展也随之不断发生着变化。美国的Charles C·Wood 曾对其下定义为：产品的设计必须符合人的各个方面的因素，以便在操作中以最小的付出得到最高的工作效率。W·B·Woodson 则认为，人因工程学所研究的是人与机器相互作用的最佳方案，为了获得最高的作业效率及在工作时的安全性和舒适度，对人的感觉显示、控制操作、人因系统的设计及设置和工作环境的布置等进行的研究。而另一位应用心理学专家 A·Chapanis 认为，人因工程学是在机械设计中，研究如何让人得到既简单又准确的操作的一门应用科学。国际人类工效学学会（International ErgonomicsAssociation，简称 IEA）为本学科所下的定义是最全面的，也是最权威的：人因工程学是研究现有情况下的人类解剖学、生理学和心理学的各种特点与功能，从而进行最适合人类的机械装置的设计制造，作业场所设置的合理化，作业条件最佳化的实用科学。后来经过修改为：研究各种作业环境中的人的因素，研究人、机器和环境之间的相互关系，研究在工作中、生活中及休假中如何统一考虑人的作业效率、人的健康和安全以及舒适性等问题的科学。目前，国内对人因工程学给出的定义是：通过解剖学、生理学、心理学以及其他学科综合研究工作场所的与人、机器及环境之间的关系，为工作和生活设计安全、舒适的环境，提高作业效率,以最低的能耗来得到最大的作业效果。2.1.2人因工程学的研究内容人因工程学是一门应用和实践都很广泛的科学。各个国家由于他们的工业和科技发展不同，所以他们的研究重点也不尽一样。美国着重人因关系和工程，法国着重于作业生理学，前苏联着重于工程心理学，日本则介于欧美之间。人因工程学实际上是人体生理学、心理学、技术与环境科学等结合的产物，并且不断地向科学工程学科交叉和渗透，所以，它的研究内容具有灵活多变性和实际应用性。2.1.3人体各项特征的研究包括人体的尺寸参数、人体的感知特点、人体受刺激的反应以及人的心理特点等。研究的目的是为了解决在应用设计中如何与人的生理、心理特点相适合，为人类的工作和生活创造出安全、舒适、高效和健康的环境，比如工业设计、环艺设计、装潢设计、服装设计、展台设计等中对人体特征的研究。2.1.4人因系统的整体设计人因系统的整体设计直接决定了它的能效的高低，即解决好人与机器的具体分工和人与机器之间的交流问题，从而总体上使人体与机器相适合，让二者相互补充。所以，人因系统的设计的基本问题是人与机器的分工和人与机器之间如何进行有效的信息交流等问题。2.1.5人因信息交流装置、工作和生活场所的设计这个方面主要的研究内容是如何设计合适的人因信息交流装置和环境，以便使人能够高效舒适的工作和生活。工作场所的设计主要包括作业空间的设计、座椅、作业台和操作台的设置，以及工作场所的总体布局等；生活场所的设计主要包括生活空间的设计、家具设计和生活场所的总体布局等，这些都需要人体测量学和生物力学的原理和数据支持。研究的基本目的是如何创造合适人体特征的环境，使人能够健康舒适的工作和生活。人与机器以及环境之间的交流主要包括两个方面，即向人输出信息的显示器和接受人指令的操作信息的控制器。显示器设计包括视觉显示器、听觉显示器和触觉显示器的设计，并且还包括研究显示器的具体布局与组合的问题。控制器设计主要研究控制装置的大小、形状、布局位置以及作用力等在人的生理、心理等方面的反应，以及人的动作习惯和行为习惯的问题。42.2 人因工程学研究问题的特征和方法人因工程学发展出了本学科所特有的一系列新方法，主要是运用人体生理科学及相关学科的研究方法和手段，用来讨论人、机器和环境之间的相互作用和相互关系。这些方法包括测量人体各部分的静态尺寸数据；研究动作的空间范围和时间；观察和研究人的行为特征和反应特性；测量人体在活动中的生理与心理指标及变化；分析错误和事故出现的原因；利用统计学和数学建模的方法找出各个动态指标当中的关系，并由此得出相应正确的结论。目前人因工程学的研究方法主要有以下几种：（1） 测量法是指利用测量仪器对人体的各项生理特征参数进行数据采集的方法，包括对人体的静态和动态参数的测量，对系统和作业环境各项参数的测量。（2） 观测法是指借助仪器与设备，通过观察、测定和记录人在环境中的表现、行为、活动规律，然后根据所得到的数据来分析和研究的一种方法。（3） 实验法是指在人为设计的环境之中，测试实验对象的反应和行为，一般都是在实验室中或者作业现场中进行，例如为了得到可靠、高效的操作装置，观察实验对象对仪表的误读率与仪表的亮度、位置分布、对比度、仪表的形状和观察距离等因素之间的关系。（4） 调查研究法是指利用简单的访谈、专门调查，抽样分析操作者和使用者的意见和建议，并通过对调查结果的分析与研究，利用统计学、生理学和心理学等相关原理，对人因系统进行定义和评价。（5） 分析法分析法是指在获得一定的数据和资料之后的一种研究方法，目前主要采用以下几种分析法：瞬间操作分析法；动作负荷分析法；知觉与动作信息分析法；相关分析法，以及频率分析法和危害分实际的数据。（7） 计算机仿真辅助研究随着计算机和数字技术的发展，让利用计算机和数字环境建立仿真人体与环境成为可能，相对于传统的物理模拟和模型模拟的方法，计算机仿真不仅成本低，而且可以研究更为复杂的人因交互系统析法等。（6） 模拟和模型试验法是指利用各种技术和装置的模拟，通过这些模拟方法对操作系统进行逼真的试验，从而从实验室外围得到所需要的更符合。现在计算机仿真辅助已经成为了人因工程学中一种主要的研究方法。52.3 人因工程学与设计的关系人因工程学与设计其实存在着很多的共同点，人因工程学是为了“设计更适合人的生理、心理因素”的产品，而设计的观点则是“为了创造可以同时满足人物质和文化需求的”产品，二者的基本观点相同，但是它们的侧重点有所不同；人因工程学与设计都是研究物与人之间的交互关系，都是研究人、机和环境之间的相互关系。设计由于受到设计者的历史文化背景，个人的审美情趣等主观因素的影响，带有一定的主观性，而人因工程学则是更多的强调客观的科学研究作业和管理配置。在设计学科中，由于人因工程学研究的是人、机和环境这三者所组成的系统之间的关系，而这个关系很大的程度上影响了设计出的产品的效能，所以人因工程学更多的是作为一个设计需要考虑的因素来指导设计工作的进行。它对设计学科的指导作用主要体现在以下几点：（1） 为设计学科中“人的因素”提供人体测量数据运用生理学、人体测量学、心理学、生物力学等相关学科的基本原理，对人体的构造特征、运动能力特征进行研究，采集人体各部分的尺寸、体重、体表面积、比重、重心，人体各部位在活动时的相互作用和动作中可触及的范围、动作速率、频率的变化及作业时的惯性等动态参数，研究人的视觉、听觉、触觉、嗅觉以及四肢感官的功能特点，分析人在作业时的身体机能变化、体能的消耗、疲劳的程度以及对作业负荷的适应能力，以及人在作业中影响心理状态的因素。人因工程学为设计学科全面考虑“人的因素”提供了人体物理特征和人的心理特征等参数。（2） 为设计出的产品的功能合理性提供科学依据现代设计中，如果完全不考虑人因工程学的需求，而盲目的从纯粹的功能主义出发，那么最终的设计恐怕会走上形而上学的歧路。因此，如何解决好人与“物”之间的相互关系，如何创造出满足人的生理需要和心理需要的产品，是当今设计学科所要考虑的问题。因此，人因工程学的原理和因素也就成为了设计的开始阶段就应该考虑的问题。（3） 为设计学科中涉及环境的因素提供设计准则分析环境当中的噪声、光源、粉尘、振动、温度和有害气体等物理因素对人体的生理、心理及工作效率的影响，分析人处在各种不同的环境因素当中所做的反应和适应性，确定人所处的工作和生活环境的舒适和安全的范围，以保证人在工作和生活中的健康、舒适和高效，为设计学科中对环境因素的设计提供了设计准则和设计方法，并通过不断的修改和完善人、机和环境的关系，最终实现该系统组合的最优化方案。（4） 为人、机和环境的系统设计提供理论依据在研究人、机和环境这三个要素各自的特征中，人因工程学要求不仅仅着眼于它们各自单独的优劣与否，而是将使用者人、被使用的物和人与物所处的环境作为一个系统来进行研究，在这个系统中，人、机和环境的因素相互作用、相互影响的关系直接决定着整个系统的优劣。人因工程学为设计学科提供了一个崭新的设计思路和设计方法，即站在系统的高度进行设计工作。（5） 以坚持以人为设计的核心要素指导设计程序人、环境、文化、经济和技术等诸多因素都可以影响一项设计，这些因素互相制约，只有找到了这些因素当中的一个最佳的平衡点，产品才是优良的。从人因工程学15和设计学科出发，坚持以人为核心作为设计的指导思想才能判断出这个最佳的平衡点，也就是要求将人因工程学的思想贯穿于设计工作的始终。6第三章 学生公寓家具的物理特征分析3.1 桌椅类家具的物理特征分析3.1.1 学生电脑桌的物理特征分析桌案类家具主要是提供一个可供使用者和使用的物品工作的平台，让使用者可以在平台之上进行作业活动。人在坐姿状态下主要依靠脊椎、盆骨、双腿和双脚等部位支撑自己的身体。在作业的条件下，人的上半身微微向前倾，此时为人的双肘提供支撑的就是台面，虽然台面的主要用途是用来摆放使用的物品，支撑作用并不是它的主要任务，但是桌面的高度依然直接影响着人的身体前倾程度和双肘的摆放姿势，如果姿势不当的话，长时间的作业必然会造成对使用者身体的伤害。桌案类家具的桌面面积和桌面高度主要是根据人体不同工作状态下的作业区域来确定的。作业区域也叫做作业范围和工作区域如图3.1，是作业空间的一个重要的组成部分，它可以分为水平作业区、垂直作业区和空间作业区。依照操作研究和动作研究专家巴恩斯的理论，上肢的最大作业区域是上肢水平前举或者垂直上举的时候手指中指所能到达的区域，从而确定上肢所能到达的最大范围。即以肩关节为轴心，上肢在空间活动时手指中指指尖在空间中的运动轨迹。7 图 3.1人体上肢水平工作区域图中深颜色的部分就是依照巴恩斯的理论所绘制的最大活动范围，浅颜色的部分则是根据美国人机工程学专家斯夸尔斯的理论绘制的正常活动范围。斯夸尔斯提出的计算方法是，设定被测者肩关节点的位置是 E，AC 为人体肩宽的一半，运动时肘的起始位置是 C 点，肘达到的终点位置是 D 点，肘运动的轨迹是1/4 的圆弧 CD。圆弧 CD 的切线与前臂 CP 的夹角为 42º。手移动的轨迹PQ 曲线， 手臂在运动过程中的任意瞬间，手臂在台面上的水平投影与台面前缘之间的夹角，在图中， =DEG，手移动时肘移动到达终点 D 向桌台边缘作65°线的范围为人手能达到的界限，工作中所需各种工具等物品必须放置在这个范围内。8根据我们的走访调查如图3.2图3.2 5号楼宿舍桌子使用情况发现目前学生宿舍中配置的电脑桌存在的使用上的不便主要集中在以下几个方面：（1） 桌面的幅面不够，6台电脑根本不可能摆下，不能满足学生的使用要求，而有些则是因为功能区域的划分（电脑使用区和读写区域）不明确造成的。（2） 在进行电脑的操作和读写作业时，只能同时两个人进行作业，虽然人的上身得到了支撑和放松，但学生的双脚放置的位置基本都没有得到重视。（3） 很多“一”字造型的电脑桌虽然将储物功能的抽屉集成到了桌体中，但是忽视了学生双腿的放置，导致一部分桌面的浪费。要全面的解决上述提出的问题，设计出适合大学生使用的电脑桌，首先就要考虑桌案类家具的物理特征，包括：桌面高度、桌面宽度、桌面深度、容腿空间的划分。下面我们就分别从这4个方面考察桌案类家具的物理特征。3.1.2 桌面高度由于在坐姿状态下双手有桌面的支撑，桌面高度主要受到了人体视觉因素和人体坐姿高度的影响，同时它还受到了与桌体有联系的其他家具尺寸的影响，例如在本课题中，桌面高度还受到了床、衣柜等尺寸的影响。因为电脑桌是配合座椅一起进行使用的，在坐姿的状态下，人的自然视线是在平方向向下倾斜 15°，相应的人的视野和视距也发生了变化。桌面的高度应该使人的视距范围处于在人的最佳作业范围所能达到的视角中。人在读写的情况下，桌面高度的要求是基本手臂与水平面有 10 到 15 度的夹角；而在操作电脑键盘的时候，则要求桌面的高度基本与坐姿肘高基本相同。9如表3.3我们可以得到公式H = H1 + H2其中，H 为桌面高度；H1 为坐姿下人体的肘高；H2 为浮动的变化值，比如衣物的修正量等。大量的测量研究表明，桌面的高度也可以由人体的坐高和座高来确定，即：桌面高度=座高+（坐高/3）20mm表3.1人体各部位尺寸与身高的比例图3.3人体部位尺寸标示5号楼男生H（平均身高）175.0182cm；S3=43.607cm ； S4=23.64282cm；桌面高度=67.205cm加上鞋与衣物的厚度桌面高度为70cm。3.1.3 桌面宽度桌面的宽度由两部分构成，一部分是使用者的活动所决定的，一部分是由桌的外观、结构所决定的。在这里，我们只讨论由使用者的活动决定的桌面宽度，也就是桌面最小的适宜尺寸。根据本章开始时对人体上肢水平活动范围的分析，桌面的有效宽度是水平作业区域中的最宽部分，而最佳宽度则是水平作业区域中的正常作业最宽部分。具体的计算方法是有效宽度为 L2 两倍的距离，最佳宽度是两倍的L1。桌面的有效宽度 L= L1+L2×2其中的 L 为桌面的有效宽度，L1为人体的肩宽，L2为人体的手臂功能长。 L1=0.224H=39.203cm坐姿肘水平L2=（双手平展宽-2×前臂手功能长-肩宽）/2=31.5cm肘与水平夹角为65°有效水平宽度=31.5Cos65°=13.312cmL=39.201cm+13.312×2=65.825cm3.1.4 桌面深度和桌面宽度一样，桌面深度也可以分为最大深度（有效深度）和最佳深度，如图3.5，坐姿状态下的最大深度和最佳深度的确定也遵守对人体上肢水平工作区域的分析和研究，最大深度是在上肢活动范围内距离桌面前缘最大点，而最佳深度则是正常作业范围距离桌面前缘最大点。10图3.4平面正常范围和最大范围，以及斯夸尔斯提出对的正常范围坐姿手前臂前伸长0.29H=50.8桌面深度取最大范围50.8cm3.1.5 桌面下容腿空间为了使人在坐姿状态下合理的摆放双腿和双脚，桌面以下到地面应该有一个合适的空间，这个空间的大小与坐姿人体的小腿加足高、坐姿大腿厚度有关系。根据5号楼男生平均身高为175.0182cm，小腿加足高为0.249H。坐姿大腿厚度为0.086H，桌面下容腿空间为0.335H=58.63cm，外加衣物修正量取整为60cm3.2 座椅的物理特征分析坐姿解除了人的整个上身重量对两腿的压力，减轻了人体的下肢各个关节的受力，也减轻了全身的肌肉，尤其是人下肢肌肉的符合，减少了人体能量的消耗；由于站立的情况下人体内的血液向双腿汇集，而坐姿下人的双腿肌肉放松，血管内的压力减小，有利于血液的回流，能缓解人的疲劳感；坐姿不但可以稳定人的身体，还能安定人的情绪，因此坐姿不但适合脑力劳动，同样也适合精细的体力劳动，视觉性的劳动。113.2.1 坐姿的生理形态脊柱处于人体背部中线位置，由 33 段圆柱状椎骨构成，包括 7 块颈椎、12 块胸椎、5 块腰椎和下方的 5 块骶骨及 4 块尾骨，它们之间由椎间盘与韧带连接构成。椎间盘位于两块脊椎骨之间，承受着上下脊椎骨的负荷，它像一块充满弹性的软垫，同时也让整个脊柱可以进行弯曲。12韧带、椎间盘和肌肉共同协调维持了脊柱的稳定性， 对椎体强度的测量是最早关于人类椎骨（椎体、椎弓、关节突）的生物力学的研究，如图3.6所示，为脊柱各段的抗压强度：图3.5脊椎各段的抗压强度脊柱的四个自然生理弯曲，包括颈曲、胸曲、腰曲和骶曲，在这四个弯曲中，与坐姿的舒适性直接相关的是腰曲。坐姿与立姿的脊柱变形情况如3.7图所示，站立时，脊柱的腰椎部分非常自然地向内弯曲，即脊椎前凸，椎间盘上受到微小的均匀压力，几乎没有横向力作用于韧带，韧带不产生拉伸，腰部没有不适感。当采取坐姿时，骨盆向后转动，带动背下端的骶骨也随之倾斜转动，使脊柱由自然的 S 形向拱形变化，脊柱的椎间盘在这种情况下受到挤压与摩擦，从而让它向韧带作用一个横向的推力，引起腰部德不适感，长期处于不适的状况下，极有可能造成椎间盘部位发生病变。所以座椅设计要保证椎间盘受到的压力最小。图3.6站立和坐姿两种情况脊柱的变形研究统计表明,第 3 和第 4 腰椎间所受的压力最大，设人体站立时第 3 和第 4腰椎之间所承受的压力定为 100，那么它在平躺状态下的压力为 24，在直腰坐状态下为 140，在弯腰坐状态下为 190。比较站立、平躺、弯腰坐与直腰坐这四种姿势椎间盘受到的压力情况可以看到，人在采取坐姿时，第 3 腰椎和第 4 腰椎之间的椎间盘所受的压力最大，是站立时的 140190%。因此，人机工程学强调在设计座椅时，为腰部提供一个支撑，为了减轻椎间盘的压力，减少脊柱向后凸的变形。213.2.2座椅座高座高指的是人体处在座面上时，座面中轴线前段最高点与地面之间的垂直距离。座高的设计要点可以总结为以下三点： 保持大腿基本水平，小腿自然下垂置在地面上，使小腿的重量获得支撑； 保证膝腘窝不受压力； 臀部及膝腘窝后面的大腿肌肉获得来自座面的弹性支撑。坐面高度应比小腿加足高略低一点，避免就坐者的大腿紧压在椅面边缘，椅面前缘以低于小腿加足高5cm左右，分别加上各自的穿鞋修正量（男子为 25mm）和穿裤修正量（6mm），13就可以得出男生适合的座高：小腿加足高为0.249H=43.58cm座高为43.25+2.5-5cm=40.75cm3.2.3座椅座宽座椅的座宽，顾名思义，指的是座面上最宽部分的尺寸，有扶手的座椅则是两个扶手之间的距离。座椅的座宽不但要为臀部提供可靠的支撑保证，而且还应该有一定的宽裕程度，以便使用者方便的调整坐姿。所以在设计时，应适当的为臀部两侧留有一定的活动余量。根据5号楼男生身高，其坐姿尺寸为坐姿臀宽0.203H=35.53cm坐宽为35.53+2.5（衣物修正量）=38cm3.2.4座椅座深座深即座面深度，是指座面最前端中点与靠背之间的距离。座深对座椅使用者的舒适度影响非常之大，如果座深过大，则会使背部无法倚靠座椅靠背，膝腘窝也会受到座面前段的压迫；如果座深过小，则座面前端会对人体的大腿产生压迫，如图3.9所示。图3.7座深对人体舒适度的影响座深的设计应考虑的三个条件是：应使人体的臀部等到足够的支撑；使人体的背部得到座椅靠背的支撑；应使座面前端与小腿之间留有适当的空间，以便小腿活动自如，同时大腿肌肉不受压迫。14座深数值的确定应以人体大腿的长度为基础，座深应略小于它，用公式来表示，为：B=B1B2其中，B 为座深的数值；B1为人体臀膝距；B2为预留的间隙，一般为 60mm。臀膝距0.25H=44cm座深B=44cm-6cm=38cm3.2.5座椅座面倾角通常把座面与水平面之间的夹角称为座面倾角，一般的座椅设计中，座面的倾角都是正值，这是为了避免在长时间的坐姿后，臀部可能向前滑动造成身体的稳定性差，而且正值的座面倾角可以使人体的背部更贴近靠背，从而减轻坐骨节点处的压力，改善了下肢承担整个上身重量的局面，下肢肌肉受力负荷减少，减轻疲劳感。但是如果座面倾角过大，则会产生一些幅面影响，比如倾角过大，人在坐姿下进行活动的时候，则需要将上半身向前弯曲幅度增大，脊柱弯曲程度增大，长时间操作会造成肌肉劳损，并引发脊柱疾病。另外，过大的倾角还会对人的腹部长时间处于受挤压的情况，对人体的内脏器官产生不良的影响。所以倾角取3°。153.2.6座椅腰部的支撑腰部的支撑是座椅靠背设计中必需的座椅的靠背起着缓解人体全身体重对臀部的压迫，同时也是最重要的一个支撑点设计，它为使用者提供对腰椎部位的支撑，5号楼宿舍所摆放的座椅没有靠背缺乏人性化的设计如图3.10。本次设计考虑作业者的腰部支撑设计。图3.8 5号楼宿舍配备椅子腰部支撑通常是一个在使用者腰部位置凸起的面，用来减轻使用者由于上身姿势变化引起腰椎部位的弯曲变化，减轻该部位的应力状况。髂嵴点，是指髂嵴突出的那个点，大概的位置位于人体脊椎骨从下数第三至第七根之间，而座椅靠背的腰部支撑点的高度应该就是髂嵴点的高度。16在座椅的设计中髂嵴点的位置在实际的测量工作中比较难以确定，在长期的测量实验中发现髂嵴点的高度大概相当于人体在坐姿状态下的坐姿眼高的 1/3，上下的实际误差大概有 5mm，由此我们可以得出腰部支撑点的高度L=L1/3±L2其中，L 为腰部支撑点的高度；L1是人体在坐姿状态下的坐姿眼高；L2是误差的修正量，大小为 5mm。本课题中的座椅，主要是供大学生使用的，用来休息、娱乐和操作电脑的座椅，根据5号楼男生活动量较大，双手运动范围也较大，而且选择低靠背椅易于搬放最为合适。L=0.454H/3=26.49±L2=26cm3.3