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宿舍组合床铺的人机工程学分析及改造

目 录
摘要 3
前言 3
1人机工程学概述 4
1.1人机工程学的建立 4
1.2人机工程学发展状况 4
1.3人机工程学的意义 4
2数据建立 4
3现有组合床人机系统分析 5
3.1床长的分析 5
3.2 桌面大小分析 5
3.3 书架的结构分析 8
3.4 作业光环境分析 9
3.5作业台高度分析 10
3.6衣柜分析 11
3.7椅子结构分析 11
4改进方案设计 11
4.1 床身大小设计 12
4.2 衣架分层设计 13
4.3宿舍光源的设计
4.4 座椅空间设计
4.5 衣柜的设计
4.6 扶梯设计
4.7宿舍面积设计
4.8 组合床功能设计
4.9 椅子设计
5 总结与展望 13
致谢 14
参考文献 15

宿舍组合床铺的人机工程学分析及改造
摘要：本文主要介绍了人机工程学的定义、概述以及简短历史，通过对人机工程学这门学科的了解，从而提高在对于产品的开发、使用时候能够按照人机工程学原理进行分析的能力，并且提出合理化建议，这次以南京理工大学泰州科技学院男生宿舍的组合床铺为例，根据人机工程学原理，对于床铺的高度、长度、宽度，书桌的高度，书架高度、宽度，以及衣橱设计做了符合人机工程学的分析，本着以人为本的原则，根据宿舍具体情况和同学们对于现在床铺设计的意见，对于现有床铺提出合理的改造意见，在保障学生的身体健康的前提下，提高学生的工作学习效率。

关键词 人机工程学 组合床铺分析 工作空间分析 组合床铺改造

前言
通过走访我发现，现在的大学宿舍的组合床铺为上面是床铺，下面是书桌、书架以及衣橱，并且配备相应的椅子。对于一般的组合床铺，学校根据自己宿舍大小和设计的不同，从而会选择不同的床铺，床铺的设计者没有根据每个实际环境进行具体的改进，对于学生生活习惯，工作方式没有具体了解，因此，在设计的时候，很多不符合人机工程学的设计理念，不符合学生习惯的设计方法会给同学在生活，学习以及工作中带来很大的不方便和困扰，从而大大降低了学生的工作学习效率，有些不合理的设计甚至会影响学生们的身体健康。
以机械交通学院的男生宿舍的组合式床铺作为研究对象，进行一系列的人机工程学研究、分析，并且在分析完成的基础上提出合理化改进意见。
1 人机工程学概述
1.1 人机工程学的建立
人机工程学是研究人，机械及其工作环境之间相互作用的学科。是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机器、人与环境以及机器与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、安全、舒适，人—机—环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的科学[3]。
1.2 人机工程学发展状况
人机工程学在各个国家的命名和定义的不同，有些国家称之为工效学。　
工效学在人—机—环境系统的研究中，经历了人适应机、机适应人、人机相互适应几个阶段，现在又已深入到人、机、环境三者协调的人—机—环境系统。在系统内，从单纯研究个人生理和心理特点，发展到研究怎样改善人的社会性因素。随着市场竞争的加剧和生产水平的提高，工效学在机械产品的设计和制造中的应用也更加广泛和深入。
工效学是根据人的心理、生理和身体结构等因素，研究人、机械、环境相互间的合理关系，以保证人们安全、健康、舒适地工作，并取得满意的工作效果的机械工程分支学科。
1.3 人机工程学的意义
人类工效学的目的有三个：第一，使人工作得更有效；第二，使人工作得更安全；第三，使人工作得更舒适。这三个目的有时是相一致的。例如一种新机器可能比旧机器的效率更高，更安全，更舒适。但是在许多情况下，这三个目标是相矛盾的。一种更安全，更舒适的操作方法可能比旧方法效率要低些。某一新机器可以使人工作的更舒适，但增加的效率可以不足以补偿增加的投资。这个矛盾的解决显然取决于人与机器的相对重要性，取决于人所处的时代，环境等[1]。
综上，人机工程学在工程历史上扮演重要的的角色，不仅仅在提高人们的工作效率方面起到了重大作用，还在人机系统安全舒适方面有了成熟的理论，为后来人们设计人机系统提供了巨大的帮助。
2 组合床数据建立
通过对现有宿舍组合型床铺进行的测量，得到了以下的具体数据：床高1750mm、长1950mm、宽870mm，衣橱高1750mm、宽600mm、内横杠距顶90mm，椅子高430mm、宽350mm、长380mm、靠背倾斜角度为25°、高距地730mm，长书架长860mm、距桌面450mm，桌子高750mm、宽550mm，短书架高280mm、长440mm，右边抽屉宽390mm、高100mm，左边抽屉宽320mm、高100mm，容腿空间高670mm、长610mm。
人体百分位数尺寸百分位数，见表1[3]。
表1 人体主要尺寸百分位数表
年龄分组

百分位数/%

男（18-60）

1 5 10 50 90 95 99

女(18-55)

1 5 10 50 90 95 99
数据
项目
坐高/mm
836 858 870 908 947 958 979
789 809 819 855 891 901 920
身高/mm
599 1583 1604 1678 1754 1775 1814
563 1484 1503 1570 1640 1659 1697
坐姿肘高/mm
214 228 235 263 291 298 312
201 215 223 251 277 284 299
坐姿大腿厚/mm
103 112 116 130 146 151 160
107 113 117 130 146 151 160
坐姿膝高/mm
441 456 461 493 523 532 549
410 424 431 458 485 493 507
小腿加足高/mm
372 383 389 413 439 448 463
331 342 350 382 399 405 417
续表1 人体主要尺寸百分位数表
坐深/mm
407421 429 457 486 494 510
388 401 408 433 461 469 485
坐姿下肢长/mm
892921 937 992 1046 1063 1069
826 851 865 912 960 975 1005
人体功能修正量，见表2[3]。
表2 人体尺寸修正量表
项目
尺寸修正量
修正原因
肩宽
100mm
被子厚度
坐姿高
3mm
裤厚
膝高
33mm
鞋高
大腿厚
13mm
裤厚
3 现有组合式床铺人机系统分析
对于现有的宿舍组合型床铺，在一定程度上设计符合了人机工程学的设计要求，但是在一些细节性的问题上面，只有在长期使用过程中才会暴露出来。
根据宿舍现状，见图1。

图1 现有宿舍组合床铺的现状照片

3.1 床长的问题分析
因为在Ⅱ型产品设计中只需要采用一个人体百分位作为尺寸的上限值和下限值的依据，对于床长设计应该使用大尺寸，由第三章数据以及表1数据可知，人体身高的第九十九百分位长度为1814mm，床的长度1950mm，现有床铺长度大于第九十九百分位数，即满足了百分之九十九的人使用，由于每件产品在使用设计时候不可能满足所有人的使用习惯以及喜好，也就没有必要为了极端少数的人群的要求进行一些不必要的设计，所以在床铺的长度的尺寸上，现有的组合式床铺满足人机工程学的设计。
3.2 桌面作业面积的问题分析
在测量的时候发现，桌子的长度为1350mm、宽550mm根据控制台的作业页面控制区域见图2[3]。

图2 推荐控制台作业面控制区域[3]
人的手眼协调区域宽度为59.7-19=40.7cm，长度在人体正中矢状面左右各7.6cm～53.5cm，所以现有组合式床铺的桌面设计长135cm、宽55cm远远超过了人眼协调区域，不符合人机工程学设计原理，这样设计让使用者在使用过程中由于各个物品摆放问题，使用起来会频繁出现的单手工作，眼睛注意力随工作的变化而左右上下移动，这样不仅会出现效率不高，还会引起使用者的操作疲劳。由此可见，课桌应该是对于组合式床铺改进设计的重点之一。
3.3 书架的问题分析
桌面上的小书架在设计制造时候产生了一些小偏差，高度分别为290mm、280mm、280mm，当在使用的时候发现，A4纸张试卷直立放置时候有些不方便，据此，根据国标GB/T1999可得知A4纸张的长度为297mm，这就导致了在放置A4纸张大小的试卷时候的出现的困难问题。
3.4 作业光环境的问题分析
由于是组合式床铺，在设计时候下层是书桌，但是横向，平行于床长的设计，桌子宽度为550mm小于床的宽度为870mm。所以在日常写作业时候，身体和床会挡住宿舍的光源，这样不仅十分不利于学生们的学习生活，也十分不利于学生的身体健康，长期在昏暗的光环境下看书会引起近视等生理疾病，是不良的工作光环境。这也成为了改进的重点。
3.5 作业台高度的问题分析
因为在Ⅱ型产品设计中只需要采用一个人体百分位作为尺寸的上限值和下限值的依据，对于书桌的高度设计，应该采用大尺寸设计。
最小功能尺寸=人体尺寸分位数+功能修正量(公式1）[3]
坐膝高的第九十九百分位数为549mm，根据第三章表2功能修正量可知，坐膝高功能修正量为33mm，根据公式1可以计算出，书桌最小功能尺寸为582mm，现有的书桌设计为750mm，根据人机工程学的坐姿工作台的设计，以及人体百分位数的选择，750mm大于人体坐姿的第九十九百分位数，即满足百分之九十九的人使用，还预留了一定的心理修正量。所以符合了人机工程学的设计原则。
3.6 衣橱的问题分析
整个衣橱一体设计，没有考虑到学生的衣服长度，在设计时候没有一个类似抽屉或者台面设计，让一些不容易挂起来的衣服没有放置的地方，一般衣服挂起来也没有完全占用整个衣橱，这样造成很大的空间浪费。在挂衣服的横杆设计方面，现在宿舍的横杆距离衣橱顶部90mm，这是产品的功能修正量加上心理修正量，但是这一尺寸过大，浪费了有效空间。
3.7 组合式床铺安全性问题分析
现在上床用的扶梯采用突出设计，由于很多突出的设计，导致现在床铺很不安全，很多时候不经意的就会撞上去，导致身体受伤，这样不顾人体安全的设计在改进方案中给予剔除。
3.8 宿舍面积和组合床的问题分析
学校在买床铺时候直接很据现有的床铺进行选择，而没有针对学校宿舍的具体环境进行合理的设计，导致在床铺和洗漱柜之间存在一定的空间，这样不仅浪费了对于宿舍的使用空间，由于清洁工作不到位，导致这个空间经常被堆放杂物，脏乱不堪。

3.9 椅子的问题分析
椅面设计太平，会产生身体向前滑动，椅面设计也不符合人机工程学臀部受力的分析，导致在使用过程中对于身体健康影响较大。靠背设计也不符合人机工程学，不能完全贴合人的脊椎，让使用时候造成不舒适感觉。
综上所述，现有的宿舍组合式床铺在日常生活中，基本保证了正常使用的同时还存在很多小的细节性的问题，改进方案针对以上问题进行改进设计。
4 改进方案的设计分析
根据人机工程学的设计理念以及考虑到实际问题，改进设计主要针对在工作台面的问题，光环境等问题，在此次设计中，还主要增加了一些让学生们更好的进行学习、生活的改进。
在改进设计的同时，大幅度增加了组合床铺的安全性和易用性，在满足各种需求以后，提高了使用效率。
4.1 床的大小的改进
由于针对学院的宿舍设计，在宿舍面积条件的允许下，增加了床的长度。因为在Ⅱ型产品设计中只需要采用一个人体百分位作为尺寸的上限值和下限值的依据，所以依据人体大尺寸设计。
最佳功能尺寸=人体尺寸分位数+功能修正量+心理修正量(公式2)[1]
选择了人体身高的第九十九百分位数，长度为1800mm，加上加上睡觉的功能修正量100mm，依据第4章公式1可以算出最小功能尺寸为1900mm，加上人体心理修正量100mm，由公式2可以计算出最佳床长度设计尺寸为2000mm。改进设计的尺寸为2000mm大于最小功能尺寸，等于最佳功能尺寸，满足百分之九十九的人使用，符合设计要求。
床的宽度选择人体肩宽的第九十九百分位数，长度为480mm，睡觉的功能修正量由表2功能修正量表可得为100mm，依据第4章公式1可以算出最小功能尺寸为580mm，加上人的心理修正量380mm，由公式2可以计算出最佳床宽设计尺寸为960mm。改进设计的尺寸为960mm大于最小功能尺寸，等于最佳功能尺寸，满足百分之九十九的人使用，符合设计要求。
这样的设计可以在满足使用者工作需求的同时尽量给使用者创造一个舒适的环境，使使用者舒适度尽可能达到最大满足。
4.2 书架的分层设计
在改进设计的时候采用了分层设计的原理，不同层次放置不同的书籍，设计的尺寸也不同。由于改变了书架和书桌的整体设计，根据国标GB/T1999书本长度数据：32开书籍长度为203mm，16开书籍长度为26mm，A4纸张试卷长度为297mm，根据第四章公式1可以计算出书架的最小功能尺寸分别为300mm、270mm、220mm，根据5.1节公式2可以计算出最佳的书架设计高度尺寸分别为350mm、320mm、250mm、250mm、230mm、230mm，大于最小功能尺寸，这样的设计，使得在放书时候更加方便，由于根据不同大小的书进行摆放，在找书时候也能迅速找到，这样可以大大提高对于书架的使用效率。
4.3 光源设计
新的设计改变了宿舍课桌的设计，侧向的设计让使用者在工作时候没有挡住宿舍总体光源，还在书桌上方的书架底部设计一个20W日光灯，这样在保障了学生的安全，也保障了学习光环境，良好的光环境能保障学习效率。
4.4 容腿空间
根据普通人坐姿的习惯，可以知道人体坐姿膝高第九十九百分位数为549mm，根据表2可以知道坐姿功能修正量为33mm，根据公式1可以计算出容腿空间的最小设计尺寸为582mm，加上人体心理修正量，根据5.1节公式2可以计算出最佳的容腿空间长为640mm，这样的设计尺寸大于最小功能尺寸，能保证人腿在一般坐姿时候有足够的空间进行活动。
4.5 衣橱设计
在改进时候采取在衣橱下面采用上部分为挂衣设计，下部分为抽屉设计，这样，一些不方便挂起来的衣服，可以很方便放置，整体看来显得会很整洁。在改进的设计中，这一个距离被缩短为50mm，由于改进设计的衣橱的宽度变成960mm，还额外增加了一个横杆，这样可以方便同学们分别挂不同季节的衣服或者分开挂一些不同类的衣服。
对于衣橱的设计如图3。
挂衣服的横杆

图3 衣橱的设计图
4.6 扶梯设计
原始扶梯设计采用突出式，这样不仅不够美观，也不够安全，改进方案中，采用内嵌式的设计，再采用储存功能的抽屉设计，在不改变其功能的前提下，增加了置物空间。各层的高度为人体在设计时候按照小尺寸设计，用人体大腿第一百分位数410mm，人在抬腿时候功能修正量为30mm，依据公式1可以计算出楼梯设计最大尺寸为380mm，给予30mm的心理修正量，根据5.1节公式2可以计算出最佳的台阶高度时候为350mm，小于最大设计尺寸，能保证大多数人在很轻松的情况下使用楼梯。
4.7 针对宿舍的面积设计
改进方案中完全根据宿舍面积进行设计，设计了完全符合宿舍的组合式床铺。配合宿舍现有的洗漱柜，可以在保证安装的前提下，留下尽量少的空间，这样可以大大减少了脏乱差的问题出现。
4.8 人性化设计
在床上设计出了一个可以支撑的板，这个板可以支撑起来，也可以收起来，主要的目的是为同学们提供一个放置睡前读物或者其他非床上用品的地方，这样就不会因为东西放在床上而影响睡觉空间，从而影响睡眠质量。在这点设计上，还特别安全性设计了，支撑板角度斜向上9°左右，这样，能保证放在上面的物品不会应为重力而滑落，砸伤学生。
根据分析和重新设计的到得新尺寸，做出设计如图4。

图4 改进后的床铺整体设计
4.9 椅子的设计
椅子的设计，采用斯塔克1990年设计的glob椅[2]见图5。在尺寸方面做了修改，椅面高度根据人体坐姿臀高第五百分位数383mm，加上功能修正量3mm，根据公式1可以计算出最小功能尺寸为386mm，给予44mm心理修正量，由公式2可以算出最佳功能尺寸为430mm，大于最小设计尺寸，能满足大部分人的使用，也使得更加符合学校宿舍，以及桌子的设计，选择glob椅，因为椅面的弧线设计符合人体臀部受力面分析，背靠的弧线设计完全符合人体脊椎曲线，使得人在长时间使用时候不会出现疲劳以及身体损伤.整体设计简洁大方，适合宿舍这种集体环境，放置在公共场所，维修简单。

图5 斯塔克设计的glob椅子[4]
5 总结与展望
通过综合讨论分析，以及论文的撰写，在人机工程学的知识体系方面有了更加全面更加深刻的体会，知道了该怎么从人机工程学的角度分析产品设计，从人机工程的角度进行改造分析，提出符合人机工程学的论点看法。
这次的改造设计过程中，感受到了，一件好的产品，不仅仅要在理论上符合人机工程学，还要在实际使用的时候根据使用者的实际情况进行改进，这也说明了人机工程学时一门以实验为基础，关系到人们日常生活各个方面，是一门实用性非常强的学科。
此次改造设计还存在很多不足，只有在这种不断认识，不断改进设计过程中，产品设计才会更加符合人的使用，更好体现人机工程学思想，在保证人工作效率的同时，提供给人一个安全舒适的工作环境。

参 考 文 献
[1] 王恒毅. 工效学[M]. 北京：机械工业出版社.
[2] 范胜玺. 坐+座，椅子与艺术设计[M]. 北京：机械工业出版社.
[3] 丁玉兰. 人机工程学（第三版）[M]. 北京：北京理工大学出版社.