第七章第一节工作空间设计.ppt=安全人机工程学=湖南工学院.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 工作空间设计,一 有关基本概念,二,坐姿作业空间设计,三,立,姿作业空间设计,四 工作岗位设计,一 有关基本概念,1,、作业空间,2,、作业姿势,3,、一般原则,1,、,关于作业空间,近身作业,个体作业场所,总体作业空间,受限作业空间,优良作业空间或作业场所，必须使得作业者能方便而迅速完成作业，同时工作安全可靠、舒适方便。,作业空间设计要以人为中心，充分考虑空间里人的需求，工作过程中所需要的工具，控制装置和显示器等的布置即要紧凑，又要容易区分，四肢分担的工作负荷合理，适合工作群体中不同个体的使用。,作业空间,工作状态时，人与机器设备、工作用具等所需的空间的总和叫做作业空间。,作业空间是在工作系统中，为了完成工作任务，分配给一个人或更多入的容积,传统的作业空间设计主要是指：作业场所布置（包括人体测量学要求和视野、视距等人体视觉机能的要求，以及人身空间和领域等心理要求）,在由多个子作业空间组成的整体作业空间中，传统意义上的作业空间设计往往局限于对各子作业空间内部的布置。,作业心理空间,作业空间中的心理空间是指人身空间和心理领域,实验证明,:,人的人身空间和领域被侵扰，可使人产生不安感、不舒适感和紧张感，难以保持良好的心理状态，进而影响工作效率，将这种心理空间称为作业心理空间。,心理作业空间是指对于某一作业，在整体作业空间中，符合大多数作业者心理认知的相应子作业空间，“心理作业空间”中的“心理”，其含义为“被作业者心理所认知的”,强调了子作业空间的设置需要符合作业者心理认知。要求在进行心理作业空间设计时注意人的空间认知习惯,案例：作业空间设计,齿轮测量设备进行齿轮测量作业,测量作业过程：,被测工件装夹；,测量系统初始化；,测量方案选择与设置；,测量结果分析与获取,分析：测量作业运动路径的长短与弯曲,视线转动的角度,获得最佳作业空间，改进测量设备的设计,型号,型号,型号,型号,型号,A,B,型号,A,B,C,用“,D”,区代替“,B”,区，,B,由于人的视觉认知特性作业,不易被认知，即“,D”,区的空间可认知性较差，不会在这个空间进行子作业,路径长短：,型号,B A C,型号,B A,型号,B A,路径弯曲：,优于,，,优于,视线转动的角度：,作业流程中子作业,(,测量方案选择与设置,),与子作业,(,测量结果分析与获取,),之间，设备自动执行测量过程操作者在等待自动测量过程完成的同时，不但需要观察显示屏上的测量过程完成进度，还需要观察工件与测头的工作状态，并在必要时执行应急操作在这个过程中，操作者的视线会在所测工件和显示屏之间往复频繁转动，形成了一个视线转动。,测量初始化操控面板和微机控制界面,(,键盘鼠标,),进行整合,可设计为集中式操控面板,考虑功能分区的规划和构建,且必须注意每个控制按钮、按键或旋钮等控制器的可识别性，以及误触发的防止,近身作业空间,作业者在某一位置时，考虑身体的静态和动态尺寸，在坐姿或站姿状态下，其所能完成作业的空间范围。,个体作业场所,操作者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域，如汽车驾驶室、计算机操作台（包括计算机、工作台与座椅等）。,总体作业空间,总体作业空间不是直接的作业场所，它反映的是多个作业者或使用者之间作业的相互关系，如一个办公室或计算机房。,第一种是人体在规定的位置上进行作业时（如操纵机器、维修设备等）,必须触及的空间，即作业范围，或称为,作业接触空间,。人们为完成劳动任务的大部分工时主要在这个范围内度过。,第二种是人体在作业时或进行其他活动时（如进出工作岗位、在工作岗位进行短暂的放松与休息等），人体自由活动所需要的范围，即,作业活动空间,。,第三种是为了保障人体安全，避免人体与危险源（如机械转动部位等）直接触所需要的,安全防护空间,。在进行工作场地和器设备的设计与布局时，必须充分考虑作业空间的安全人机工程学设计问题。,作业空间包含了三种不同的空间范围,2,、,关于作业姿势,1),作业姿势分类,坐姿,立姿,坐、立姿交替,其他（如蹲、跪、卧等姿势）,坐姿,-,坐着的作业姿势常指身躯伸直或稍向前倾,10,o,15,o,角，上腿平放，下腿一般垂直地或稍向前倾斜着地，身体处于舒适的体位。,立姿,-,通常指人站立时上体前屈角小于,30,o,时所保持的姿势（前屈角大于,30,o,为前屈姿势）。,坐立交替姿势,卧姿,蹲姿,实际生产活动中的作业姿势,2,）坐姿作业的特点,人体最合理的作业姿势就是坐姿作业。下列作业宜采用坐姿作业。,持续时间较长的静态作业。此时需要支持身体的力较小，腿上消耗的能量和负荷较小，血液循环畅通，可以减少疲劳和人体能量的消耗。,精密度要求高而又要求仔细的作业。因坐姿情况下，当设备振动或移动时，人体具有较大的稳定度和较好的平衡度。,需要手足并用，并对一个以上踏板进行控制的作业。坐姿时，双脚容易移动，且可借助座椅支撑对脚控制器施以较大力量。,3,）立姿作业的特点,以下作业选用立姿作业优于坐姿作业,：,需要经常改变体位的作业。站着频繁的起坐消耗能最少些；,常用的控制器分布在较远区域、需要手足有较大运动幅度的作业。因站姿时作业者可以走动，可以看见或使用坐姿作业者够不到的部件；,需要用力较大的作业。立势时手臂力量较大，易于操作大操纵杆。此外，立姿作业时，还有作业者可变换位置，减少疲劳和厌烦；可利用平展的工作面而无需任何容膝空间等重要优点。,立姿作业的缺点在于,：不易进行精确而细致的工作；不易转换操作；立姿时肌肉要作出更多的功以支持体重，故易引起疲劳；下肢负担较重，长期站立易引起下肢静脉曲张等等。,4,）坐,立姿交替作业的特点,为了克服坐姿、立姿作业的缺点，在工作岗位上经常采用坐,立姿交替作业的方式。,这种作此方式的优点在于，能使作业者在工作中变换体位，从而避免由于身体长时间处于一种体位而引起的肌肉疲劳。例如，长时间的单调的坐姿作业会引起心理性疲劳，改成立姿适当走动，有助于维持工作能力，而长时间的立姿作业会产生肌肉疲劳，坐下来就可以得到消除。,因此，坐,立姿交替作业能吸收各自的长处，弥补各方面的短处，应尽可能用坐,立姿交替作业方式，代替单纯的立姿作业方式。,5,）坐姿工作岗位特点及适用范围,6,）立姿工作岗位特点及适用范围,7,）选择人体姿势和体位应该考虑下列各点,工作场地的大小、照明条件与视觉；,体力负荷的大小及用力方向；,工作场所各种物质（包括必需的工具、加工材料等）的安放位置；,操控或工作台的台面高度，有无合适的容膝空间；,作业时起坐的频率等。,8,）应该尽量避免的姿势,站着不动的姿势（特别对女性）；,长期或经常重复地弯腰（指脊背弯曲角超过,15,）；,躯干扭曲并倾斜的姿势或半坐姿势；,经常重复地单腿支撑的姿势；,手臂长时间向前伸直或伸开等。,3,、工作空间设计的一般原则,a.,最重要的显示器，控制器或其他重要装置，放置在空间最佳作业区域内。,b.,按设施或元件的使用频率和操作顺序进行布置,c.,按空间内设施或元件的功能进行布置，按功能相同或相互联系的设施和元件进行适当编排，便于操作和管理。,d.,整个空间的布置除方便操作外应按作业安全、人流、物流的组织来进行。,以上这些原则，在空间设计的实际应用中，要统一考虑，全面权衡，以其中某一原则为主，适当考虑其他原则。,3,、工作空间设计的一般原则,1,）与身体尺寸有关的设计,坐位、工作面和工作台高度：,应适合于操作者的身体尺寸及所要完成的工作类型。,坐椅的物理结合面：,应适合于人体解剖生理特点。,工作范围：,各种操作器应布置在人的功能可及的范围内。,作业空间：,应为身体的活动，特别是头、手臂、腿的活动提供足够的空间。,4,、作业空间设计中的人体参数应用,确定设计对象的使用者群体及相关的人体尺度；,确定数据运用准则：一是人体设计准则，二是可调设计准则，三是平均设计原则）；,选择合适的设计定位群体的百分位（比如按第5百分位或按第95百分位设计）；,查找与定位群体特征相符合的人体测量数据表，选择有关的数据值；,对数据作适当的修正；,考虑人体测量学数据的静态和动态性质。,以上内容参考第二章第二节人体测量数据应用,2,）人体测量数据在作业空间设计中应用,二 坐姿作业空间设计,2,、容膝空间,3,、椅面高度及活动余隙,4,、坐姿工作空间布置,1,、坐姿工作面的设计,二 坐姿作业空间设计,坐姿作业空间主要包括,工作台,、,工作座椅,、人体,活动余隙,和,作业范围,等的尺寸和布局等，其设计用人体参量和选用原则。,作业空间设计的基本目的是使人机系统能以最合理的方式满足作业的要求，不仅要考虑到空间内个人的行为、舒适感和心理满足感，还要考虑空间里的人际交往的社会因素,1,坐姿工作面的设计,坐姿工作面的高度主要由人体参数和作业性质等因素决定,坐姿作业时，作业性质对工作面高度的要求。,工作面高度与身高和作业活动性质的关系,工作面宽度视作业功能要求而定。若单供肘靠之用，最小宽度为,100mm,，最佳宽度为,200mm,；仅当写字面用，最小宽度为,305mm,，最佳宽度为,405mm,；作办公桌用，最佳宽度为,910mm,；作试验台用，视需要而定。为保证大腿容隙，工作面板厚度一般不超过,50mm,。,图,5-1,坐姿工作面高度,a,的台面高度为,880,20,毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离为,120-250,毫米，能区分直径小于,0.5,毫米的零件。适合对视力强度、手臂活动的精度和灵巧性要求都很高的作业，如钟表组装；,b,的台面高度为,840,20,毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离为,250-350,毫米，能区分直径小于,l,毫米的零件，适合对视力强度要求较高的工作，如微型机械和仪表的组装，精确复制和画图等；,c,的台面高度为,740,20,毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离小于,500,毫米，能区分直径小于,10,毫米的零件，适合于一般的作业要求，如一般的钳工工作、坐着的办公工作等；,d,的台面高度为,680,20,毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离大于,500,毫米，适合于精度要求不高、需要较大力气才能完成的手工作业，如包装、大零件安装、打字机上打字等。,作业面设计：作业面高度,坐 姿,2,容膝空间,在设计坐姿用工作台时，必须根据脚可达到区在工作台下部布置容膝空间，以保证作业者在作业过程中，腿脚能有方便的姿势。,下图,1,和表,5-1,示出了腿脚的七种姿势（两腿伸直，脚在右角上，腿在座位下弯曲，一只脚在前、一只脚在后，两腿交叉，两脚交叉，脚放在脚控制器上）和最小最佳的容膝空间尺寸。,符号,尺度部位,尺寸,最小,最大,A,容膝孔宽度,510,1000,B,容膝孔高度,640,680,C,容膝孔深度,460,660,D,大腿空隙,200,240,E,容腿孔深度,660,1000,容膝空间,容膝空间尺寸（毫米,）,3,椅面高度及活动余隙,工作座椅空间不仅包括座椅本身几何尺寸，还包括人体活动需要改变座椅位置等余隙要求。,椅面高度据坐姿腘窝高和坐姿高的第,95,百分位数值设计，矮个子可以通过脚踏板（脚垫）调整。一般椅面高度比工作面高度低,270-290,毫米时，上半身操作姿势最方便。因此椅面高度宜取,42020,毫米。,座椅放置的深度距离（工作台边缘至固定壁面的距离），至少应在,810,毫米以上，以便容易向右移动椅子，方便作业者的起立与坐下等活动。,座椅扶手至侧面固定壁面距离最小为,610,毫米，以利作业者自由伸展胳膊等。,坐姿抓握尺度范围,坐姿近身作业空间,4,坐姿工作空间布置,坐姿作业的,垂直面作业范围,的设计,由水平面作业范围和垂直面作业范围构成的,坐姿空间作业范围，,其的舒适区域介于肩与肘之间，此时，手臂的活动路线最短最舒适，能迅速而准确地进行操作。,例如，当坐姿作业是小件组装，要把,8,个部件装配起来，则作业者面前至少需有,250250,平方毫米的操作面积。供料箱应分布在作业者前方大于,250,毫米处（即装配区的周围）和工作场所中心左方或右方,410,毫米之内，并且不得高于工作面,500,毫米（最好在工作面上方,250,毫米处，以减轻肩部肌肉疲劳）。经常取用的物件应置于操作面之前,150,300,毫米之内，使作业者无需向前弯曲身体就能拿到。大而重的物件需靠近场地前面，允许作业者有时（每小时几次）到场外取物,。,坐姿空间作业范围尺寸,脚作业空间,近身作业空间,三 立姿作业空间设计,2,、立姿水平工作面,3,、立姿近身作业空间,4,、立姿脚的工作空间,1,、立姿作业面高度,5,、坐立姿交替作业空间设计,a,的台面高度,为,1050,1150,毫米，适用于精密工作，靠肘支承的工作（如书写、画图等）；,b,的台面高度,为,1130,毫米，虎心钳固定在工作台上的高度；,c,的台面高度,为,950,1000,毫米，适用于要求灵巧的工作，轻手工工作（如包装、安装等）；,d,的,台面高度,为,800,950,毫米，适用于要求用劲大的工作（如刨床，重的钳工工作等）。,1,立姿作业面高度,立姿工作高度的安排布置,站姿作业面高度与作业性质的关系,1,立姿作业面高度,精细的工作对象离头部要近，以便能看仔细，重作业操作中要挥动手臂甚至借助腰力，工作对象位置宜低于肘高，一般较轻作业的工作高度介于两者之间，所以立姿下工作台面的高度，因作业类型不同而与立姿肘高有不同的相对关系。,作业面设计：作业面高度,一般作业面高度与身高关系,立 姿,2,立姿水平工作面,水平面内手臂活动及手操作的范围,立姿单臂作业近身空间 立姿双臂作业近身空间,3,、立姿近身作业空间,近身作业空间,受限作业空间之一,近身作业空间,受限作业空间之二,4,立姿脚的工作空间,立姿脚的工作空间范围,立姿侧视图,为使操作者能变换姿势，以消除局部疲劳或利子操作，有时采用坐姿站姿交替式作业。在这种情况下，作业面高度的设计应保持上臂处于自然松弛状态，椅子与踏板应便于变换姿势。因此，交替式作业面并不是单纯地提高坐姿作业面高度，而且必须考虑作业的性质与变换的频率。,5,、,坐立姿交替作业空间设计,四 工作岗位设计,1,、坐,姿工作岗位尺寸,2,、立姿工作岗位尺寸,3,、坐立姿交替工作岗位尺寸,4,、安全距离,1,、坐,姿工作岗位尺寸,坐姿工作岗位尺寸,a),侧视,b,）俯视,荧光屏观察作业岗位的人体尺寸见图,视觉信息作业岗位设计,视觉信息作业岗位设计,VDT(visual display terminal),作业姿势的影响因素,视觉信息作业岗位设计,2,、立姿工作岗位设计,1,）立姿工作岗位尺寸,2,）工作活动余隙,立姿作业人的活动性较大，为了保证作业者操作自由、动作舒展，必须使站立位置有一定的活动余隙。有条件可适当大些，场地较小也应按有关人体参量的第,95,百分位数加上着装时的修正值进行设计，一般应满足以下要求：,站立用空间,（作业者身前工作台边缘至身后墙壁之间的距离）：不得小于,760,毫米，最好能达到,910,毫米以上；,身体通过的宽度,（身体左右两侧间距）：不得小于,510,毫米，最好能保证在,810,毫米以上；,身体通过的深度,（在局部位置侧身通过的前后间距）：不得小于,330,毫米，最好能满足,380,毫米；,行走空间宽度,：不得小于,305,毫米，一般须在,380,毫米以上；,容膝容足空间,：立姿作业提供了容膝容足空间，可使作业者站在工作台前能够曲膝和向前伸脚,既站着舒适，又使身体靠近工作台，扩大了上肢在工作台上的可及深度。容膝空间最好有,200,毫米以上，容足空间最好达到,150150mm,以上；,过头顶余隙,（地面至顶板的距离）：共顶余隙过小，心理上就产生压迫感，影响作业的耐久性和正确性。过头顶余隙最小应大于,2030mm,，最好在,2100mm,以上，在此高度下不应有任何构件通过。,2,）工作活动余隙,3,）,临时座位,立姿工作易疲劳，条件允许时，应提供临时座位供作业者工间短时休息。临时座位不应影响立姿作业自由走动和操作。图,5-6,分别是摇动旋转式和回跳式临时座位。,3,、,坐立姿交替工作岗位尺寸,1,）坐立姿交替工作岗位尺寸,2005.3.1,2,）坐,立姿交替,坐,-,立姿作业空间设计用人体参量与选用原则，是在设计立姿作业空间的人体测量项目参数的基础上，增加了坐姿腘窝高,n,和大腿厚,i,这两个坐姿作业的设计参数，其布局设计方法如图所示。,坐,-,立姿交替作业的工作面高度及水平面和垂直面的最大作业范围和舒适作业范围，均与单独采用立姿作业的设计结果相同。但坐,-,立姿交替作业的工作座椅的坐面高与坐姿作业时的坐面高是不同的。它是由立姿时的工作面高度减去工作台面板厚度和大腿厚度,i,的第,95,百分位数所确定的。,坐,-,立姿交替作业垂直面布局设计,椅子可以移动，以便在立姿操作时可将它移开；椅子高度可调，以适应不同身高者的需要；坐姿作业时应提供脚踏板（脚垫），否则，会因工作座椅坐面过高，人的双脚下垂，造成座面前缘压迫大腿，使血液循环受阻。踏板中心位置高度应为座面高度减去坐姿腘窝高,n,的第,95,百分位数，以保证容膝空间适应,90%,以上的人群众。若踏板高度可调，可调范围取,20-230,毫米。,3,）其它姿势,在工厂里，除了在固定工作岗位上通过操纵机器直接生产制造产品之外，还有大量的工人则是从事机器设备安装维修工作。当进入设备和管路布置区域或进入设备和容器的内部时，由于空间的限制，作业人员往往既不能坐着作业，也不能站着作业，而只能采取蹲姿、跪姿和卧姿等。因此，必须在设备的设计和布局时就事先留出以其它可以预见到的姿势，进行作业的所需空间。具体包括二个方面，一是到达各检修点的可达性问题；二是在各检修点的可操作性问题。,（,a,）,检修通道的布局与最小尺寸,解决可达性问题，就是根据可能的通行姿势设计合理的检修通道。检修通道应针对一切可能的检修项目，采用最容易使所需的零部件、人的身体、工具等顺利通过的形状。在确定具体尺寸时，应考虑人体携带零部件和工具的方式所需的工作余隙，还应考虑操作人员在通道内的视觉要求。否则遇到紧急检修时，人、工具和更换的零部件进不去，就得拆除或破坏其它的设施，造成更大的减产、停产。,一般情况下，设置一个大的检修通道，比设置两个或更多个小的检修通道要好，检修通道应位于正常安装时易于接近的设备表面或直接进入最便于维修的地方。同时应处于远离高压或危险转动部件的安全区。否则应采取有效的安全措施，以防作业人员进出时受到伤害。下表是人体形态尺寸对各种通行方式的最小空间尺寸要求。,序号,通行方式,尺 度,尺 寸,最 小,最 好,着防寒服,1,单人正面通过,宽,高,560 1600,610 1860,810 1910,2,双人并行通过,宽,高,1220 1600,1370 1860,1530 1910,3,双人侧身通过,宽,高,760 1600,910 1860,910 1910,4,方形垂直入口,边长,边长,459 159,560 560,810 810,5,圆形垂直入口,直径,560,610,6,矩形水平入口,宽,高,535 380,610 510,810 810,7,圆形爬行管道,直径,635,760,810,8,方形爬行管道,边长,边长,635 635,760 760,810 810,表,7,2,最小通道尺寸,（,b,）其它姿势最小作业空间尺寸,安装与维修机器设备时，若检修点的作业空间过小，人的肢体施展不开，就会以不合理的方式用力而损伤肌肉骨骼组织。或者会因把持不住工具、零部件等而造成物体失落，既影响工作效率，又容易砸伤人体。,全身进入的各种姿势所需的最小作业空间尺寸，应根据有关人体测量项目的第,95,百分位数进行设计，具体尺寸如图,5,10,和表,5,3,所示。,4,、安全距离,1),最佳作业空间的选择,充分考虑作业者的心理特性,充分考虑作业者的行动空间,对于多人集体作业应考虑协同作业空间,考虑设备本身的特点（功能、形状、数量和使用情况等）进行设计，尽量把功能相同和相互联系的部件组合在一起，以利于操作、监视和管理。,考虑控制装置的合理布局，将使用频率高的控制装置布置在最适于作业的区域，并按操作的先后顺序，把它们相互之间尽量安排得近一些，形成一个流畅的作业线路。,根据人体测量学、解剖学和生物力学特征来布置机器、控制器和工具，做到使操作者既能高效操作，又能减少疲劳。,把设备、控制器和显示器等尤其是重要设备仪器布置在操作者的手或脚的可及范围与视野的有效位置。,2,）,安全距离设计,由于种种原因，许多设备要实现无任何危险之处是很难的，因此就必须考虑与其保持一定的安全距离。安全距离有二：,一是防止人体触及机械部位的间隔；称为机械防护安全距离的确定，主要取决于人体测量参数。,二是使人体免受非触及机械性有害因素影响的间隔，如超声波危害、电离辐射和非电离辐射危害，冷冻危害、以及尘毒危害等）安全距离的确定，主要取决于危害源的强度和人体的生理耐受阈限。,机械防护安全距离设计,Sd =,（,1,K,）,L,或,:Sd=,（,1,K,）,Rm,式中，,Sd,为安全距离（,mm,）；,L,为人体尺寸（,mm,）；,Rm,为最大可及范围（,mm,）；,K,为附加量系数。,身 体 有 关 部 位,K,身高等大尺寸,上、下肢等中等尺寸；大腿围度,手、指、足面高、脚宽等小尺寸；头胸等重要部位,0.03,0.05,0.10,人体与带电导体的安全距离,由于向设备提供动力和工作照明的需要，在厂区、车间和工作岗位上，常常有配电设施、电线电缆和电气开关等。这些带电的物体虽然都有绝缘的外表层或其它安全保护措施，但仍存在对人体的潜在威胁。因此人体与带电导体应保持一定的安全距离，以避免各种电气伤害。,安全距离视电压的高低和操作条件而定。在低压操作下，人体与带电体至少应保持,100 mm,的距离。在高压无遮拦操作中，人体及所携带工具与带电体之间的最小距离：,10KV,以下者不应小于,700mm,，,20,35KV,者不应小于,1000mm,。用绝缘杆操作时，应装临近时遮拦。在线路上工作时，人体与临近带电体的最小距离：,10KV,以下者不应小于,1000mm,，,35KV,者不应小于,2500mm,。,