自行车设计中人机工程学分析

第一篇：自行车设计中人机工程学分析

自行车设计中人机工程学分析

一、人d自行车系统组成

自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分

是完全合理的。因此，人在骑车时组成了人d车系统，该人-车系统中的人t车界面关系可由图

12b13来进行分析。

1·人与支撑部件关系

支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。

从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着密切的联系。人坐的位置怎样更合适，车架多高使人脚蹬起来用力才方便，如何保证人的上身有正确姿势，手握车把的距离多长才合适等，都是决定于人体特性的设计参数。

2·人与动力接受部件关系

动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。

3·人与传动部件关系

传动部件主要是滚珠、链条和链轮。人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。

4·人与工作部件关系

工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触而向前运动的力;另一方面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。

二、影响自行车性能的人休因素

影响自行车性能的人体因素很多，如图12-14所示。现主要分析下述几点:

1·人的体格因素

以身高H为基本因素，其他身体的能力与H成比例，并有与H'、H'成比例的特性。如手臂、腿、气管等的长度与身高成比例，从而以骨关节为中心所产生的力矩、步幅等，都取决于H的大小。肌肉、大动脉、骨铬的截面积以及肺泡的表面积等都可看成与H'成比例。肺活量、血液量、心脏容量等都可看成与H'成比例。体格对出力性能的影响，从理论上讲，弹跳能力与H成比例，速度能力与H，成比例，作功能力和H'成比例。但实际上因每个人身体素质不同，常有20乃以上的偏差。

2·人的下肢肌力

自行车骑行的原动力，主要是骑车人的下肢肌力。人骑车时，骨铬肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的，一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。肌肉收缩时产生的力，一般与肌肉的截面积成比例，约为每平方厘米40~5ON，通过一定训练的人可提高到65N。

3·人的输出功率

"人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为0·7马力(0·5lkW)，能持续10，左右。如果持续时间长，其值要小得多，持续lh，大约只有0·1~0·2马力(0·07~0·1SkW)。

4·人的脚踏速度

自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为70次/min，一般脚踏以60r/min节奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。

5·人的平衡机能

骑车人本身的平衡机能是影响自行车性能的重要因素，如果缺少平衡机能，哪怕是运动性能很好的自行车也不能平稳行驶;若人有很好的平衡机能，却可掩盖自行车设计上的某些缺陷。

6·人的手和握力

影响刹车性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和儿童，手的大小和握力都不相同。据试验，为了长时间施闸而不致使手有疼痛的感觉，希望只用最大握力的10%左右便能得到必要的减速度。

7·人的疲劳

人体疲劳和疼痛是对骑车出力性能的不利因素，其产生原因有人体因素，也有自行车结构因素。疲劳和疼痛一般是由于部分肌肉负担过大，骑车姿势不合适，以及体重对鞍座的体压分体不合适等引起的。此外，影响出力因素还有人的最大摄氧量。

三、自行车设计结构要素分析

影响自行车性能的因素除了上述人的因素外，还有许多机械因素，如图12-15所示。为了获得自行车较佳的性能，必须把人的因素与机械因素有机地结合起来，以使人--车协调。为此，着重分析与人体相关的结构要素。

1·速比

大小链轮的齿数比，与链轮直径比相一致，一般控制在2·3~4·0的范围内。利用速比关系可取得骑行时所必要的功率和必要的速度。速比要合适，如果太小，无论人的肌力有多大，由于不能充分提高转速，所以就得不到大的输出功率。也由于速比小，在限定的曲柄转速下，得不到必要的骑行速度(后轮转速)。速比过大时，要求的踏力也大，容易使人疲劳。为了保持不疲倦的持续骑行，希望肌肉的负担约力最大肌力的10始，按此选择速比和曲柄转速，可得到比较好的效果。

2·曲柄长度

传统的自行车设计，一般从杠杆原理考虑比较多，对人研究少，认为曲柄越长越有力。曲柄过长后，为了不使脚蹬碰到前泥板，不得不加大中轴至前轴的距离(前心距)。这样势必加长车架，影响了正确的坐车姿势，使人感到臀部痛。若能按人的身长或下肢长来考虑曲柄长度，则可使人省力和舒适。通常曲柄长度的基准，取人体身长的1/10，也相当于大腿骨长的 1/2。

3·三接点位置

正确的骑车姿势，是由骑车人和自行车三个接点位置决定的，如图12-16(a)中所示的鞍座位置A、车把位置B、脚蹬位置C。按三点调整法，AB和AC约等，一般AB=(AC一 3)cm，A点略低于B点，约为5cm。

4·鞍座位置

鞍座装得过低，骑行时双脚始终呈弯曲状态，腿部肌肉得不到放松，时间长了就会感到疲软无力;鞍座装得过高，骑行时腿部的肌肉拉得过紧，脚趾部分用力过多，双脚也容易疲劳。骑车时适当的用力部位是脚掌。设计或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窝部位中心紧靠鞍座中部，使手的中指能触到装配链轮的中轴心为宜。人体各部尺寸都有一定的联系，只要腋窝中心至中指的长度确定下来，鞍座高度便可大致确定。行驶较快的车，鞍座位置要向前移动，行驶较慢的车，鞍座位置要向后移动，否则都不利于骑行，如图12-16(b)、(c)所示。

5·车闸

设计时，闸把开挡、力率和闸把力要与人手的大小和握力相适应。灵敏度高的车闸，随着闸把上力的增大，刹车力也按比例地增加。如果闸把力到达某一程度不发生刹车作用，继而又骤然生效，说明这种车闸设计不良。在紧急情况下操纵时，理想的施闸力和减速度见表12-4。

四、人-车动态特性分析

1·动态稳定性

自行车的稳定是行驶过程中的稳定，是一种动态平衡的稳定性。动态稳定性影响到自行车骑行中的动作，包括直进稳定性和前后左右方向的稳定性，见图12-17(a)。显然，稳定性对安全行驶是必不可少的特性。

2·力学特性

自行车行驶在平地上转弯的条件是侧向力(与离心力平衡)与自行车总重量(人和车的重量)的合力作用线要通过轮胎与地面的接触点。这当然与骑车人有关，但更重要的是自行车的造型要有适合这种力学特征的结构形式。

3·转向特性

自行车转弯时可能有三种情况:

人体和车身向内倾的角度相等。即骑车人身体的中心线和车子的中心线一致时，自行车就可以转弯，即所谓中倾旋转，见图12-17(b);骑车人的倾斜角比车子的倾斜角大时，此时的转弯即所谓内倾旋转，见图12t17(c);骑车人的倾斜角比车子的倾斜角小时，此时的转弯即所谓外倾旋转，见图12-17(d)。

第二篇：作业岗位设计中人机工程学案例分析（范文模版）

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作业岗位设计中人机工程学案例分析

一、检验作业岗位设计原则

在工业生产中，涉及到控制产品质量水平的作业称之为检验。检验的方法有直观目视扫描，人工测量和自动测量。对于多品种、小批量产品的检验，一般采用目视扫描检验。产品通常在传送带上移动或自动送至检验作业岗位，而工艺过程控制是在时间限制的压力下检验产品。显然，检验作业的效能与产品质量控制水平密切相关。为了给检验人员创造一个方便、舒适的作业岗位，以保证检验效能，对检验作业岗位提出相应的设计原则。

① 使检验人员尽可能采用向下的观视角，而不用向前的和向上的观视角。

② 让被检产品向检查人员方向移动而不是离开检查人员方向移动，见图5-1。如果产品从右向左或从左向右横过检查人员的视野，不会出现很大差别。对每分钟移动18m 的产品至少应有30cm 观视范围，并排除观视范围内的所有障碍物。

图5-1 检验移动产品的观察方向

③ 工作面高度应由人体肘部高度确定。统计研究指出，人的肘部高度约为人体身高的63%，而工作面的高度在肘下25---76mm 是合适的。

④ 坐姿作业比站姿作业要好，因为心脏负担的静压力有所降低，而且坐姿时肌肉可承受部分体重负担。如选择坐姿作业，必须提供舒适的、且可调节的座椅。

⑤ 选用可调座椅时，可能会造成检验者脚不着地的情况，此时必须使用脚踏板支持下肢的重量。

⑥ 无论坐姿或站姿作业，都应给检查人员用辅助活动来中断检查周期的机会，以便调节视力和体力，减轻作业疲劳。通常一次连续监测时间不超过30min。

二、立姿检验作业岗位设计

1．纸张取样检验作业基本要求

在纸张生产系统中，纸幅以 0.6m / min 的速度运行，检验员在纸机尾端仔细检查宽度90cm--------------------------精品

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-------------各类专业好文档，值得你下载，教育，管理，论文，制度，方案手册，应有尽有------------------------------的整个纸幅。当纸幅速度暂时降到 0.15cm / min 时，即从纸幅上取样。检验员用小刀切取长50cm 纸样，然后将两端拼接起来，以保证纸幅继续运行。要求每隔15min 即切取纸样一张，取样时间约需3—4s。取样工作需在平台 面上进行，工作台置于靠近纸机尾端，使纸幅自左至右通过检验员的视野。纸幅从纸机出来时，方向可以改变；能升高至地上190cm 处，然后降至90cm 的卷取高度，在任何角度都能适于目测和取样抽查。

2．立姿检验员岗位设计特点

为保证检验效能和减轻检验员的疲劳，该岗位设计有以下特点：

① 在此项设计中，纸幅速度每分钟为0.3m，应有观察距离30cm或使总观察区为60cm。

② 眼高尺寸要求，在检验点的纸幅不应高于地面145cm。应使高度对较矮的检验员，在检验工作中也能向下观察。但最好保证检验员的向下视角，至少不小于450。

③ 在质量控制工作中，工作面须高出地面91cm。为此，检验员能用足够的力量切取纸样，纸幅宽度为90cm，以便检验员能弯腰突臀够到纸幅的另一边。切取纸样和拼接纸幅的工作面高度在91cm 处，这是一个适宜的高度。

④ 由图5-2(a）所示，纸幅（A）从高c m 的纸机中出来，直接引向高122cm 的检验岗位C，当纸幅以0.6m / min 速度运行至检验员身边时，取长度至少为50cm 的纸幅样品后，即将其领回至高91cm 的检验台和拼接台（D）。工作台面长度至少60cm，不同的台高是为了检验员能方便地完成不同的检验工序。

⑤ 假定检验员能站在离纸幅约50cm 处，用几何法或三角函数来分析目测工作的要求。以图5-2(b）中对视角计算法予以说明。假设在设计中对边为o，邻边为a，直三角形和斜边为 h，则可从三角形的各边之间的三角函数关系来计算视角。

⑥ 为寻求目测工作的最佳设计方案，可规定检验员俯视角45。如图5-2(b）所示，作为三角形对边与邻边之间的最大比值，tg45等于1。

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图5-2 立姿检验作业岗位

三、坐姿检验作业岗位设计

图5-3 坐姿检验作业岗位

1．瓶子包装检验作业岗位的原设计

在检验瓶子和包装瓶子的工作中，检验员可站在或坐在工作台旁。瓶子沿着运输带从右边送入，从左边送出，以每分钟6个的速度经过检验员。要求检验员从中取出产品进行检验，剔除不合格产品，将其余的放入包装箱中。在图5-3所示的原设计方案中，工作台高85cm(A）、宽30cm、台面厚5cm，在其下方留有80cm 立腿空隙，腿部前伸方向空隙为35cm。椅子可调--------------------------精品

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至地面高63cm。一般检验者能向前取到瓶子的距离是51cm。工作台与输送带的间距为15cm(B)，输送带固定于输送机上，离地高100cm，输送带嵌于一个高为5cm(C）的护轨中，以保证瓶子排列整齐成行，并不致从输送带中掉出。对原设计方案进行调查分析，对于坐姿和立姿两用的工作岗位，多数检验员喜欢采取坐姿，因坐姿比立姿工作舒适得多。当然，有时还得站起来拿取瓶子或搬移装满合格品的箱子。但对这样的检验岗位，却有许多检验员抱怨肩臂酸痛。从人体劳动生物力学分析可知，手臂和肩膀出现酸痛，认为是肌肉组织产生静负载。此种静负载主要是和检验员需过度抬臂并臂伸在18cm 以上，从输送带上取出每个瓶子有关。

2．瓶子包装检验工作岗位改进设计

通过对原设计方案的参数和存在间题的分析，认为改进检验及包装瓶子的作业岗位设计从而减轻全日工作人员的肩臂酸痛则成为改进设计的主要目的。为此目的，按照坐姿和立姿工作岗位的设计原则，来寻求改进设计的思路。首先发现在原方案中没有脚踏板，对坐姿的作业岗位台面高度在85cm 时，是太高些；而对于坐、立姿工作岗位则嫌太低；同时由于检验员在作业岗位容腿及伸腿的空隙受到限制。为减轻检验员在工作过程中肩臂肌肉静负荷，可采取两种基本方法之一，即升高检验员或降低输送带。

因为输送带不能降低，那就只有把检验员工作面升高，然而工作面又不能简单地采用提高座椅高度的方法来实现。显然，改进设计比新设计要受到更多的限制。由于原设计方案的限制，只能采取较为特殊的改进设计方案，其要点如下：

① 设置一木制平台，置于输送机的任一边，以将工作面升高到100cm 处。由于检验作业岗位也可能要处理一些应急事件，故设置的木制平台不宜过小，并须备有低的护轨，以防人们不小心从边缘滑下。这一改进措施可解决检验员过度抬臂而产生静负荷。

② 在椅子或工作凳前设置一踏脚板，以减轻腿部悬空的不适，从而减轻全身疲劳。

③ 如检验员工作台有足够的空间，可将在检验员正前方的工作台部位剖成半圆开口，使检验员更接近伸展部位，以减少手臂向前伸展所引起的肩臂负荷。此外，这一开口的另一优点是当检验员将座椅推向工作台时，其身后的通道空间加大，有利于进行相关的辅助工作。

通过对原设计方案的改进，解决了原方案存在的关键间题，使检验员在工作时感到舒适并不易疲劳。最后需要说明的是，以上所介绍的几个产品设计中人机工程学分析范例，目的在于说明人机工程学分析的一般思路和方法。由于工业设计的对象千变万化，不同的设计对象，所涉及的人机工程学因素差异很大。

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第三篇：电脑桌的人机工程学设计

《人机工程学》课程论文

新疆工程学院

论文题目：大学生电脑桌的人机设计 专 业：矿山机电 班 级：12-9 姓 名：柴苑 学 号：2011252946 指导教师：金 葵 日 期：2014年5月 日

大学生电脑桌的人机设计 摘要：通过对大学生电脑桌使用过程中存在问题的分析，根据学生的生理、心理特点，提出基于人机工程学的设计方法。分别对电脑桌桌面相关尺寸，键盘托盘相关尺寸，以及电脑桌造型与色彩等方面进行人性化分析。结合人机工程学的相关设计，设计出属于我们大学生自己宿舍用电脑桌。

关键词：人机工程学

大学生

人体尺寸

电脑桌

设计

人机工程学是研究人与系统中其他因素之间的相互作用，以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的科学。它以人的生理、心理特征为依据，以提高人的工作、生活质量为目的，运用系统工程、信息理论和工程技术的观点和方法，研究人、机器、环境之间的相互关系，把人的因素作为系统设计的重要条件和原则，以达到确保人一机一环境系统总体性能的最优化。

现在大学生使用电脑上网已经特别普遍，大学生几乎是人手一部电脑。的确，作为当代大学生，电脑已经是一个不可缺少的工具。大学生特别是高年级学生，需要完成编程，网络作业，查阅各种电子文献，娱乐等，这些可能需要大学生长期使用电脑。电脑桌的设计变得尤为重要。一般来说，大学生使用的电脑桌是由学校统一提供的，而学校的家具特点是结构简单，功能单一，易于批量生产，从人机工程学的角度来看，这样的电脑桌与使用者的实际需求相去甚远，实现在电脑桌存在的问题有（根据调查）：

(1)79％的调查者对现在所使用的电脑桌不太满意，有52％的人认为桌面高度偏高，这让使用者不得不仰视显示器，易产生颈部肌肉疲劳。84％的人认为桌面设计得过窄，一方面保证不了操作者看视屏的视距，使眼睛过于疲劳，时间一长容易引起近视，另一方面对于经常要使用电脑桌来学习的大学生来说，过窄的桌面，造成他们的使用空间不够。

(2)有39％的人认为键盘托盘长度刚好只够放键盘，使鼠标只能放在桌面上进行操作，此时如果键盘高度使用起来是合理的，那使用鼠标的高度就太高，同时，有67％的人认为他们在操作键盘和鼠标时肘部缺少必要的支撑，使手腕和手臂处于悬空状态，极易造成肌肉群疲劳。

(3)62％的调查者认为电脑主机箱位置过低，每次进行各种操作时总要弯下腰去，使用极不方便，此外，放主机箱的位置太闭塞，不利于空气流通及主机散热。

(4)78％的调查者会把常用物品放在电脑桌上，而现有的电脑桌功能过于单一，缺少必要的收纳功能，而对于有电脑配件多的用户来说，电脑桌显得“小”，放不下其它设备，比如音箱、打印机等配件就没有专门的放置地点。

(5)调查显示，对于电脑桌的色彩，72％的女性调查者喜爱暖色调，而90％男性调查者喜欢冷色涮或无色调；材质方面，大部分调查者偏向环保材质，造型风格偏向时尚风格。(6)此外，还有82％的调查者认为电脑桌的走线位置设计不合理；而随着笔记本电脑越来越走向平民化，更多的大学生开始使用笔记本电脑，现有的电脑桌根本不能满足他们的需求，这些都是需要设计者解决的问题。

（7）我校几乎所有同学同学认为：在学生身体能够接触到的部分应该着重处理，进行抛光打磨，或者倒角光滑处理，避免磕碰等不必要的伤害。

（8）电脑桌是批量化生产的，没有考虑到由于性别差异造成的设计差异。

基于以上的问题，我们现在利用人机工程学设计电脑桌——适于大多数的。

大学生电脑桌设计分析

世界上没有两个完全一样的人，所以每个人的人体尺寸各不相同。人体的测量数据常以百分位数PK作为一指标。一个百分位数将群体或样本的全部测量值分为两部分，由K%的测量值小于它，有（100-K）%的测量值大于它。最常用的是P5，P50，P95三个。我们这里的电脑桌设计采用P50，是指大于和小于此人体尺寸的人各为50%。

大学生取下表的18-25岁的P50。（GB10000-88）

1.1电脑桌的高度设计

电脑桌的高度不当是引起电脑综合症的主要原因，太低则造成背部向前倾屈；太高则必须抬高肩部，引起颈肩的不适，理想的作业面高度应使上臂自然下垂，前臂接近水平或向下咯斜，避免小臂上举状况的发生。同时,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，它的中心应在水平视线以下l0o～20o,比较合适。考虑人在屏幕时，一般视线与屏幕相垂直时比较舒服，还可以减少反光对眼睛的伤害，所以显示器一般后倾10o～15o。

现在大学生主要用的是14寸的笔记本电脑，它的高度大约是276mm，一般为了散热都装有散热器大约50mm，显示屏边缘高度共40mm。

计算公式: 桌面的高度+底座高度+(显示器面板高度／2)×cosl5o=坐姿眼高+小腿加足高+着装修正量一姿势修正量一视距×tanl5o 视距取710mm，显示器后倾的角度和眼睛观察显示器的角度均取l5o 经过计算得：男人桌高735mm，女人桌高645mm。

此可见，男性与女性电脑桌高度相差90mm学校提供的电脑桌为通用尺寸，这

是很不合理的。所以设计高度因性别而异。

1.2键盘托盘设计

1.21高度设计

操作键盘时的高度(即作业面的高度)是影响人体坐姿的重要因素。作业面高度不当是引起电脑综合症的主要原因，如太低，则背部过分前屈；如果太高，则必须抬高肩部，超过其松弛位置，引起肩部和颈部的不适。因此，一般情况下，使用键盘和鼠标时，小臂接近水平或略下斜。

计算公式

键盘托盘高度+键盘高度=坐姿肘高+小腿加足高+着装修正量一姿势修正量

键盘高度取25mm，坐姿时的坐高修正量为44mm，着装修正量为3mm。

男性适用

键盘托盘高度=261+417+3-44-25=612mm 女性适用

键盘托盘高度=249+384+3-44-25=567mm 此外，由国家标准GB／T 3326—97规定容膝空间高度应不小于580mm，净高应大于520mm。为了满足人体下肢活动的需要，桌下空间深度应不小于600mm，宽度应不小于520mm。因此，可取女性适用键盘高度为580mm，取男性适用键盘托盘高度为620mm。1.22键盘托盘进深

因为键盘托盘都是拖出来操作，当操作者使用键盘时，托盘被拉出的进深近似等于手腕休息区+键盘宽度=100mm+180mm=280mm，而在腕关节和键盘问应该留有100mm左右的手腕休息区.。考虑未拉出的部分为50mm，这样整个键盘托盘进深为280mm+50mm=330mm。1.23键盘托盘宽度

取目前市场上键盘宽度的大尺寸为480mm，鼠标挚的宽度一般为200mm，同时还应考虑到键盘和鼠标挚都不可能紧挨着托盘边缘放置，因此两边各自留出50mm的空余距离。所以托盘宽度=键盘宽度+鼠标垫宽度+空余出距离=480mm+200+100mm=780mm。

1.3电脑桌桌面深度设计

为了有合适的视距，电脑桌还应该有合理的深度。视距为710mm一760mm可以保护眼睛不受电子射线伤害。计算公式

桌面进深一显示器进深+托盘拉出进深+对手腕起支撑作用的前臂长=人眼与屏幕之问距离

计算得 男性

450mm 女性 474mm 1.4色彩设计

对于电脑桌的颜色，除了与使用者的喜好有关，还要保持与室内环境相协调，不但要满足人的生理需要，还要满足人的审美需要。但总的来说，电脑桌桌面的颜色不宜太过于鲜艳，这样容易让人产生视觉疲劳。以暗色调（如木质黄）为好。这个的设计还应和大学生宿舍环境相适宜。

1.5其他细节设计

在学生身体能够接触到的部分应该着重处理，进行抛光打磨，或者倒角光滑处理，避免磕碰等不必要的伤害。

另外，在使用键盘或鼠标时，手在进行运动时，最好给予支撑，在进行文字输入时最好有肘部的支撑，否则肘部悬空，需要耸肩用力，时间长了会使颈、肩、背、腰、手臂、手腕、手的肌肉疲劳与疼捅。所以应有支撑肘部托板，让双臂放置在身体两侧的支肘板上，可以使上身自然放松、缓解疲劳、减少疼痛。

增加书架等设施。

在设计是还要环保与经济综合考虑。

结语

大学生是祖国的未来设计师，他们的身心健康很重要。基于他们的人性化设计可以使他们事半功倍。我们现在使用的电脑桌是学校统一提供的，而适应性较差。

我们设计一个真正适合大学生使用的电脑桌很需要。

参考文献

陈漪;叶喜基于人体工程学的电脑桌设计

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 国家标准GB10000-88 曹云飞等基予人机工程学学生电脑桌设计

罗碧娟；张飞飞基于人机工程学的大学生电脑桌设计 楚杰；楚良海；邱晓利多媒体演示仪的人机安全设计 苏垣以人为本设计健康的桌面工作状态 李文彬建筑室内与家具设计人体工程学

第四篇：键盘的人机工程学设计[范文]

《人机工程学》课程论文

新疆工程学院

论文题目：计算机键盘的人机工程学分析 专 业：矿山机电 班 级：12-9 姓 名：成永虎 学 号：2011252951 指导教师：金 葵

日 期：2014年5月 22 日

计算机键盘的人机工程学分析

摘要：本论文运用人机工程学原理展开对计算机键盘的分析。从键盘存在的问题及解决方案、键盘的的平面布局和键盘的整体规划对键盘进行了全面分析。是人们进一步了解键盘，既将大大提高用户的操作效率并保证他们的健康、舒适。

关键词：人机工程学；键盘；解决方案；整体规划

前言

电脑已经成为人类不可或缺的工具,它带来了快速的运算、精确的计算以及方便的管理模式。伴随着IT技术的飞速发展,电脑的更新换代速度非常之快,键盘作为人机交互的输入设备也在不断地推陈出新。然而目前市面上多数台式电脑键盘却未能满足良好的宜人性。在人类越来越依赖于电脑的今天,许多电脑症候群也随之而来。长时间地使用键盘容易造成双手肌肉的紧张,严重的甚至造成使用者肌体上的劳累损伤,其症状包含因使用键盘造成的手腕神经压迫、坐姿不良引起的脊椎神经伤害以及颈部和腰部、累积性骨骼肌肉损伤，重复某一动作而形成强迫性体位,以致身体相应部位处于持续的紧张状态而导致的局部神经。在键盘的中运用人机学原理,结合手的解剖学特点、坐姿生理学等学科知识以及视觉显示终端作业岗位的人机界面设计原则,使人机环境系统相协调,为使用者创造安全、舒适、健康、高效的工作条件。目前键盘存在的问题和解决方案

根据图1键盘在生活中的使用及实验研究发现目前标准键盘的缺点主要表现以下几点

图1 1.1 两手距离偏近及其解决方式

当双手放置在基准键位时, 食指间距约45mm, 与自然姿态相比, 容易导致前臂内旋、两肘两肩内收、屈前臂肌紧张, 短时间内就可造成肩颈部酸痛, 以至影响整个输入过程的正常进行。

手—键盘界面最自然的姿势为上臂从肩关节自然下垂,与前臂之间夹角70～90°,以保证作业时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°,腕外展不超过15;双手向内相向交叉成60～70°, 两手掌间距约100～280mm。

目前键盘的理论和实践上的改进设计绝大多数都没有很好地重视这个问题多带来的负面影响。要想真正设计出符合人因工程学的键盘, 必须在这一点上作出突破,将键盘做成左右分离式的,将键盘左右手所操作的部分分离,使用户在操作的时候上肢保持为自然的态。使用分离键盘且键盘与水平面成20°夹角时,有助于减少肌张力;即使夹角为13°,仍能显著降低肌肉负荷。1990 年,Thompson 等人的实验表明18°夹角是最舒适的角度。因此分离式键盘与水平面之间的夹角应该控制在18°左右, 如图2 所示,同时应该做成可调式的,用户 可以根据自己的喜好自由的进行调节。用户双手置于这种跟水平面成一定夹角的键盘上时, 手处于最自然的状态,避免了手腕的屈伸以及手的桡偏和尺偏,同时大拇指的动作不再是按压动作, 而是侧向的划拨动作,大大提高了大拇指的动作效率。而且因为前四指的长度不同, 键盘的水平方向可以设计成内凹圆弧面, 使之与手指摆放时的自然位置相适应。

1.2 双手小指均负担过重及其解决方式

小指力度最弱, 空间方位的判断能力差, 按标准操作法使用现行标准键盘, 左手小指负担10 个键的操作, 右手小指负担的键达15 个之多,是十个手指中负担键数最多的。由于小指作业往往造成整个手的外展角增大, 特别是敲击下缘或边缘键时, 外展角最大, 手向外运腕达到极限甚需要移动前臂, 如图1 所示。这就造成击键速度慢, 出错率高, 难以盲目定位, 易于疲劳等不良后果。特别是很多使用频率和重要性都很高的键例如Back Space 键被设计在远离J 键的角落, 使用者在进行文本输入时经常误按成其邻近的键。在击键时右手被迫腾起,食指离开基准键位。而在实际的作业过程中,Back Space 键的使用频率比回车键要高4 倍以上, 这导致了敲击速度和正确率大大下降。同样, Enter 键的敲击也需要右手食指离开J 键, 否则敲击成功率极低。Delete 键的设计偏离J 键更远。与此同时拇指的作用被忽视了。实际上拇指的力度、空问方位的判断能力、活动速度都是可 以信赖的, 而且位置居中, 动作范围大, 单独动作能力强, 发挥拇指的作用是减少小指压力的重要思路。此外, 空格键的键长太大, 浪费了键盘上宝贵的空间。

改进方式，分离之后的键盘Space 键保持在原来位置, 使用频率极高的Back Space键和Delete 键根据其使用频率差异分别放置到Space 键的旁边, Enter 键则放置到左右手大拇指很容易控制到的Space 键的下方区域。Insert 键则调整到右手小指比较容易控制的地方。这样就很好的解决了以上的问题。此外右手所控制的Shift 键使用频率较高而且需要与其它键同时按压, 但是它偏离小指较远, 改进设计之后将其与“/”进行了调换。同样的道理, 将Ctrl 键调换到离小指较近的地方。

1.3 左右手的分工不合理及其解决方式

一般情况下右手基本上需要包揽主键盘区中线以右的敲击任务,约占整个键盘的2/3。编辑与定位键盘区占据了宝贵的键盘空间, 迫使右手需要频繁的离开基准键位对这个区域进行操作。当需要在主键盘区和数字辅助键盘区之间进行切换时, 右手需要跨过此区域, 跨越距离加长。

以上种种原因导致右手操作效率低下。可以通过取消这个编辑与定位键盘区, 将这个区域的按键分散到其它区域的方法很好地解决这个问题。因为左手控制的按键相对较少, 离开基准键位的机率相对 较少。所以可以将PageUp、PageDown、Home 和End 这四个键放置到左手食指控制区域, 如图1 所示。因为在数字键盘区当NumLock 灯为熄灭状态时同样可以实现上下左右四个方向键的功能, 所以可以将上下左右四个方向键调整到右手主键盘区的下方。这样右手在控制这几个键时只需要在纵向方向上移动即可。整个右手在水平方向上的移动频率和距离也会大大减少, 提高了操作的准确度和效率。

1.4 操作键盘易疲劳及其解决方式

现行标准键盘的设计, 没有考虑到手的支撑点问题, 使人手在操作时常常处于悬腕状态, 整个手臂都处于紧张状态, 这是产生疲劳和误操作等现象的主要原因。如果长期或者频繁操作这种键盘, 就会造成腕腱组织劳损, 甚至导致忍受丧失感觉能力等严重的电脑职业病。

图2 为了解决这个问题, 腕托的配置是必不可少的(如图2所示), 虽然市场上有一部分键盘已经配置了腕托, 但是还有很多键盘并没有配置。而且, 市场上的腕托大多数都是塑料制品, 柔软程度不够。在腕部有2～3cm长的腕部通道, 丰富的血管、肌腱和神经都要从腕部通道穿过, 坚硬的支撑物与手腕的压迫和摩擦以及手腕在敲击键盘时的频繁动作容易导致手腕神经损伤从而产生腕部通道症候群以及肌腱炎等病症。因此腕托的材料最好采用较为柔软的材料。键盘的平面布局分析

现在普遍使用的台式计算机键盘为1971年国际标准化组织认证的国际标准键盘QWERTY键盘,由主键盘区、F键功能键盘区、编辑与定位键盘区和数字辅助键盘区组成。普通QWERTY键盘的主键盘区、编辑与定位键盘区和数字辅助键盘区的布局。许多键盘加大回车键的尺寸来方便敲击,却忽略了BackSpace键,将其放置在键盘主键区最右上角,该键键帽大小也只有12mm×14mm。由于Back Space键被设计在远离J 键的角落,使用者在进行文本输入时经常误按成其邻近的键。在击键时右手被迫腾起,食指离开基准键位。这导致了敲击速度和正确率大大下降。而在实际的作业过程中,Back Space键的使用频率比回车键要高4倍以上。所以此键的改进设计是一个重点。传统键盘的编辑与定位键区设计在键盘中部偏右位置。右手在操作鼠标时若要按这些键,要么右手放下鼠标操作后又返回点击鼠标,要么左手伸到键盘右部来进行此操作。这使得操作起来极不方便。左右手的分工也不尽合理,一般情况下右手基本上需要“包揽”主键盘区中线以右的敲击任务,约占整个键盘的2/3。而且此键区也没有一个起定位作用的基准键位, 操作时几乎无法实现盲打。另外键位排列不够科学,定位键与编辑键的配合脱节,定位键与定位键之间的配合也不方便。

数字辅助键盘区提供给专门数字录入人员极大的操作方便性,却忽视了“ = ”键。用户在编写程序或进行计算时,习惯将“ = ”键与“ + ”、“”键,在原来“25 [2] 严扬.人机工程学设计应用[M ].北京: 中国轻工业出版社,2000 [3] 丁玉兰.人机工程学[M ].修订版.北京:北京理工大学出版社,2002 [4] 赵英新,陈淑,景璟.人机工程键盘的设计与研究[ J ].山东工业大学学报, 2001, 31(5):433–440 [5] 吴小勇.键盘操作板的人机工程学设计和分析[J ].人类工效学,1998 ,4(1):58260.[6] 杨明朗,袁桃.基于人机工程学的键盘设计[J].包装工程,2005,5.[7] 赵英新,陈淑,景璟.人机工程键盘的设计与研究[J].山东工业大学学报,2001,5.[8] 宿芳,张智君.键盘操作的工效学研究回顾[J].应用心理学,2003,3.[9] 郝玉哲.人机工程型键盘[J].中国安全科学学报,1995,6.

第五篇：机车驾驶室的人机工程学设计

人机工程学小组论文

题 目： 机车驾驶室的人机工程学设计 班 级： 铁车二班 学 号: 20097836 姓 名： 陈 明 指导教师： 李怀仙 人机工程学是近几十年才发展起来的一门新兴边缘科学。它主要研究工程技术设计如何与人体尺寸、生理和心理特性相适应的问题, 其目的在于获得最高效率及作业时的安全和舒适。机车驾驶室是机车乘务员的作业场所,在机车驾驶室的设计中,应用人机工程学,其目的就是使所设计的机车驾驶室不仅能满足机车乘务员的作业要求,而且能使机车乘务员操作方便、舒适、安全,减少体力疲劳和精神负担。笔者主要从人-机关系和人-环境关系两个方面来分析机车驾驶室的设计,使其更适宜于人的操作,有效地发挥机车乘务员和设备的作用,从而使人-机-环境系统总体性能达到最优。从人-机关系方面考虑机车驾驶室的设计 1.1 操纵台面板的设计

机车操纵台是列车运行的人机界面,是机车乃至列车设备系统的集中反映,操纵台上器件设置是否科学合理,对乘务员能否全面准确地完成驾驶职能有很大影响。(1)GB,U IC有关操纵台布置的几项原则[ 1, 2 ] GB /T67696 OR7.2 等同):“正常运行时使用的操纵装置均应靠近司机,尽可能集中在司机操纵台上。”U IC6172000中3规定(与U IC617-6 OR2.1等同):“司机驾驶室的所有装置可由单人操作(司机室的布置应做到所有装置可单人操作)。”(2)操纵台面板的人机工程学设计在头部保持静止,而眼睛正常活动的状态下,根据人眼对视觉信号的觉察效果的优劣可以将视野分为3个区域:良好

视区(A)、有效视区(B)和不适宜视区(C),如图1 所示[ 3 ]。一般将最重要的和需要频繁视察的信号置于A区,而实践证明,视距为800mm远时,操纵台面板最优尺寸范围如图2所示,其中O为视野中心[ 4 ]。

对于操纵台面板上控制系统,手的功能可及范围是将肘关节伸直,即呈180°状态,以肩关节为轴心旋转时, 3个手指(拇指、食指、中指)所能抓握操纵器的区域。这个区域一般用第五百分位数的男子人体活动模板来确定,也可使用作图法。手臂可视为二杆系统,如图3所示[ 3 ]。

国内于1997年曾分别对DF11内燃机车和SS4型电力机车的机车乘务员就仪表、显示器的链值进行过问卷调查,得出的基本结论是:第一链值层为与制动有关的压力表,第二链值层为与速度控制有关的仪表和显示屏,第三链值层为与功率、力有关的仪表,第四链值层为与机车设备状态有关的仪表和显示屏。根据人机工程学,在布置控制器或显示器时,还应考虑功能性,即将功能上相关的控制器或显示器,布置在邻近位置上,对在操作程序上彼此有联系的几个控制器,按使用顺序予以合理布置,一般是由左至右(推荐采用)或由上到下2种方法兼用排列。幅控制系统设计还要考虑各种操作件的造型、色彩和运动方向。操作手柄的外型一般要根据手幅的长度、手握的粗度、手掌肌肉和手柄接触位置来设计。按钮接通/断开要有灯光色彩的显示。按钮、旋钮和手柄三者的运动方向应符合外力的方向。显示装置设计还要考虑选择显示器和仪表的易读性和准确性。对于定量读数的显示,选择电子式数字显示。对于定性读数的显示,由于它不要求具体的数字,且模拟显示更为灵敏、方便,因此选用指针式显示。

1.2 座椅的设计

在机车驾驶中,乘务员主要采用坐姿工作,人与机器的一个重要接口即为座椅。座椅的设计与布置直接影响到乘务员的乘座舒适性和室内其它相关设施的布置。合理安置座椅,改善人与座椅之间的关系,对于给乘务员创造一个舒适安全的工作环境,起至关重要的作用。

考虑座椅应有良好的静态特性、动态特性及足够的结构强度、刚度,并能进行适当的调节,还要符合乘务员的了望要求,根据人机工程学设计理念,对座椅进行如下设计要求: ①乘务员坐定在座椅上,在最佳视角范围内对侧窗几何中心进行了望时,其头部转动的角度不得超过60°,透过侧窗观察后视镜时,应能看见站台的发车信号。②座椅高度可以调节,其可调范围应该满足不同身高使用者的要求,使用者的脚和腿能保持在舒适位置。③座椅有背靠,背靠应该大小合适,设计成弯曲形,以适合人的腰椎形体,工作中根据需要加以调节,使其能分担部分体重及工作受力。④为支撑上肢,座椅两边应有扶手,尺寸和角度均应符合人体尺寸要求。⑤具有旋转调节功能,有充足的旋转范围,满足使用者工作的需要。⑥质地。椅面的质地应柔软并具有一定弹性和透气性,以缓冲局部压力,提高舒适度。

1.3 驾驶室前窗的设计

驾驶室前窗上缘离木地板的高度不得低于1.7m[ 2 ] ,而95%的人眼高不高于1.7m,因此机车乘务员站立操纵时符合了望条件。

设计机车乘务员了望条件时应注意:乘务员以松弛坐姿坐定在座椅上,在水平视线左右各35°范围内了望前方时,前窗结构应无视觉干扰;乘务员坐定在座椅上,在最佳视角范围内对侧窗几何中心进行了望时,其头部转动的角度不得超过60°;透过侧窗观察后视镜时,应能看见站台的发车信号[ 5 ]。因此,前窗玻璃采用整体式的,另外必须根据机车乘务员的眼椭圆范围确定风动刮雨器刮扫前窗玻璃的面积和部位,并在满足前窗振动抑制要求的前提下,以最细的支柱来减小视野死角。为防止霜冻结冰,前窗玻璃应设有加热器,如电阻加热元件。为避免刺眼阳光对机车乘务员的直射,前窗玻璃应设有遮阳板。从人-环境关系方面考虑驾驶室的设计

环境是影响安全、工效、健康和舒适性的因素,噪声、热环境、色彩和照明等环境因素均会影响机车乘务员的操作质量。因此,机车驾驶室的设计也要从人-环境关系方面加以考虑。

2.1 噪 声

噪声是一种有害身体健康的刺激因素,可以对操作者产生干扰,影响重要的语言信息传递。担当铁路运输的机车车辆产生的噪声对机车乘务员的影响表现为乘务员的听力下降、易于疲劳,影响对线路的了望以及接受音响信号的能力,因而可危及列车的安全。因此,要控制和减弱机车噪音。机车噪音的控制和减弱,一般是指使机车驾驶室内的声强在不超过80～83Pb(A)的状态下,乘务员能持续工作,听力不受损伤,能接受音响信号。经过调查可知影响驾驶室噪音的因素为:机器间噪声的强弱;柴油机、辅助机组减振消声状况;驾驶室围护结构的隔振特性;驾驶室内的吸声程度等。使驾驶室隔绝或减弱噪音是一项综合性问题,须全面考虑隔声、隔振和吸声等各项措施。

在机车驾驶室设计中,主要采用以下措施来控制和减弱噪音: ①驾驶室的地板采用双层浮筑型结构,其特点为用弹性垫将地板与支承架、四周墙壁完全隔开,严格避免刚性连接,起到显著的隔声效果。另外驾驶室的后壁、侧壁和车顶也都用组合式阻尼材料层覆盖。②在驾驶室和机器间设置四道隔墙,对四道隔墙的门窗均采用了双层玻璃,很大程度上将噪声封闭在机器间内。③隔墙上的小孔、缝隙都加以密封。如传动轴通过孔四周的缝隙用钢板和密封橡胶加以密封。④在驾驶室围护结构的墙面上,均敷设软质聚胺酯泡沫塑料作为吸声材料。

2.2 热环境

驾驶室的温热环境也是决定乘务员的作业效能和健康的重要影响因素。乘务员所处的环境条件主要包括空气的温度、湿度和风速这3种物理因素。高温易使乘务员的注意力涣散,动作准确性下降,协调能力减弱;低温易使肢体麻木,特别是影响手的精细运动灵巧度和双手的协调动作。据研究,在夏季18～24℃,冬季17～22℃的条件下,乘务员的工作效率高、质量好。人机工程学称它为温度的“快感带”。在机车驾驶室设计中,改善热环境方面主要是设置取暖、通风和补充新鲜空气的电气空调设备,如在驾驶室顶部安装加热和通风的联合装置。当驾驶室内气温发生变化时,它可使新鲜空气在控制好的温度下进入驾驶室,通过驾驶室下部和上部设置进风口和排风口,形成气流来控制室内温度。

2.3 色彩和照明

色彩是人体视觉的生理特性以及人的心理属性的综合反映。好的色彩环境有助于提高工作效率,减少或避免差错,提高人对信号、标志的辨别速度,且可加快恢复人的视觉能力,减少疲劳等;而坏的色彩环境将影响人的心理情绪和视觉功能,影响工作效率。驾驶室的色彩配置一般以较低明度的偏冷色,使机车乘务员在视觉和心理上产生柔和安静的感觉,以愉快的情绪、饱满的精神投入工作。照明环境应根据驾驶室的布局及窗户的方位情况来设计,既要满足工作照明,又要避免眩光。合适的照明能够提高近视力和远视力,有助于提高工作效率。当照明不良时,因反复努力辨认,易使视觉疲劳,引起视力下降、眼球发胀、头痛及其它疾病而影响健康,并引起工作失误和产生事故。为此,用日光灯照明,采用透明灯罩来提高光的漫射性能,使灯光柔和;将光源布置在视线外微弱刺激区;选用合适的材质或涂色降低反射系数,避免反射眩光。结束语

将人机工程学原理应运于机车驾驶室的设计中,可以在完成机车乘务员驾驶作业的前提下,提高机车乘务员的作业效率,有效发挥乘务员和设备的作用,减少乘务员的体力疲劳和精神负担,从而使列车的运行更为安全可靠。结 论

综上所述,这些降低噪声的措施和途径是在实践中摸索出来的,其实降低机床噪声的途径还有很多,这就要求工程技术人员进一步研究、探索。