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1、女生寝室上下铺的人机优化设计 摘要： 安全人机工程学是从安全的角度出发，以安全科学、系统科学与行为科学为基础，运用安全原理以及系统工程的方法去研究在人——机——环境系统中人与机以及人与环境保持什么样的关系，才能保证人的安全。在系统中找出有关制约系统功能发挥的因素，查出有关问题，并根据相关人体参数，对机械、设备、产品进行改进设计，使产品更加趋于人性化，符合人的需求，创造高效的人机系统，发挥人机系统的最大优势功能。也就是说，在实现一定的生产效率的同时，如何最大限度地保障人的健康与舒适愉快。本次安全人机课设是运用安全人机工程学的知识和相关人体的测量数据，找出现在寝室上下铺中存在的不合理因素，提出
2、相应的改进意见，并在此基础上设计出一个适合大学生使用的安全舒适的寝室上下铺，在保障学生身体健康的前提下提高学生学习和睡眠的效率。 【关键词】：安全人机 寝室上下铺 人体参数 舒适方便 引言： 学生寝室是与大学生的学习生活息息相关的，安全舒适的居住环境对大学生的学习和身心健康的发展有着重要的影响，特别是用于休息和放松的床铺。一个产品并不是满足所有的使用者才是最好的，它有一个合理的限度，在充分考虑经济、使用群体、产品适用度等一些客观条件以后设计的产品才更加趋于合理，但是在产品的使用中，使用群体是不断变化的，产品适用度也会随之变化。上下铺是大学生寝室中最主要的生活设施，它的方
3、便舒适与否直接影响到学生生活的整体质量，而且随着时代的发展和科技的进步，现在使用的寝室上下铺已经不能完全满足大学生学习和生活的需要，因为现在大学生对床的需求已经不只是停留在睡觉的层次，而且需要它能满足娱乐和方便的需求。笔记本的普及，床上学习用品的出现，都在挑战着老式上下铺的可接受度。生活中的上下铺主要有两种，一种是两人用的，上下层都是用来睡觉的床铺，另一种是一人用的，上层是床铺，下层是用来学习的桌子或者放东西的柜子。这次课程设计主要针对前一种上下铺进行人机优化，使大学生居住的生活环境更加宜人宜居。 一 寝室上下铺简介 目前，通用的上下铺整体由金属制成，由使用部分和防护部分构成。 使用
4、部分可分为床体和床底的储物柜。在此，我们仅讨论床体，对于储物柜，只保留其空间。床体的使用部分大致可以分为：上下铺的两个床面——最主要的使用部分，用于固定蚊帐的部分——一般辅助使用部分，直梯——重要辅助使用部分。本次设计中，没有讨论固定蚊帐的部分，默认其为原始设计。 除去使用部分之外的床体其他部分均为防护部分，这里特殊强调，床的固定设施，同样属于该部分。对于不同部分，在人机优化和安全优化上侧重有所不同，与此同时，本文提出了在安全防护部分上添加额外功能的想法，力求满足床体理由的最大化，最优化，本质安全化。 此次人机课设需要优化的寝室上下铺样式如下图 图1.1 现有寝室上下铺
5、 基于我校寝室现有的女生上下铺测量数据 表1.1 女生寝室上下铺数据 项目 数据（cm） 项目 数据(cm) 项目 数据(cm) 床身有效长度 191.8 床身有效宽度 92.1 上铺净高 138.1 地面距上铺铺面 165.0 上下铺净高 114.8 地面距下铺铺面 45.3 地面距第一节踏棍 72.7 两节踏棍之间距离 31.3 第三节踏棍到上铺铺面 30.4 踏棍直径 2 上表中的测量数据均是指图式产品在正常使用状态下的可用数值。 二 基于人体学数据的寝室上下铺安全人机分析 下面几个表，列举了
6、本文可能用到的人体功能学尺寸，考虑到此数据表的测量时间，测量背景与本文研究背景的差距，数据选取时均选取最高百分位数。 在一个人机系统中为了发挥系统的整体功能，使人和机有效地结合，机的结构及功能尺寸是十分重要的。产品设计者在设计、制造和使用的工程中也应考虑有关的人机学参数，选择合适的人体尺寸和百分位数。本文是基于女大学生的人体尺寸对床体进行优化设计。大学生具有年龄分布集中，人体数据分布差距相对较小。随着时代发展，人体尺寸也有一定变化，基于以上两条原因，本文选取了最高百分位数作为参考数值，同时，将国标给出的数据作为修正参考。 表2.1女性18~55岁主要尺寸 百分位数
7、1 5 10 50 90 95 99 身高(mm) 1449 1484 1503 1570 1640 1659 1697 坐高(mm) 789 809 819 855 891 901 920 臀宽(mm) 295 310 318 344 374 382 400 前臂长(mm) 185 193 1
8、98 213 229 234 242 大腿长(mm) 387 402 410 438 467 476 494 小腿长(mm) 300 313 319 344 370 376 390 表2.2 跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸百分数（女） 年龄分组 女(18-55岁) 百分位数 1 5 10 50 90 95 99 跪姿体长 544 557 564 589 615 622 626
9、 跪姿体高 1112 1127 1150 1196 1244 1258 1284 俯卧姿体长 1820 1867 1892 1982 2076 2102 2152 俯卧姿体高 255 259 261 269 281 284 292 爬姿体长 1161 1182 1195 1229 1284 1296 1221 爬姿体高 677 694 704 728 772 782 802 表 2.3 立姿人体尺寸百分数（女） 年龄 百分位数 测量项目
10、 18～25岁 1 5 10 50 90 95 99 中指指尖点上举高 1812 1852 1882 1981 2070 2098 2154 双臂功能上举高 1711 1751 1779 1874 1960 1986 2041 两臂展开宽 1422 1460 1482 1562 1639 1663 1709 两臂功能展开宽 1216 1254 1274 1348 1420 1441 1486 两肘展开宽 739 760 772 815 859 87
11、3 899 立姿腹厚 135 145 151 175 204 211 230 依据表1.1所测数据，床身有效长度是1918mm，对比表2.1中身高第99位百分位数（18--55岁）女性1697mm，适合99%以上的人；地面距上铺铺面的高度是1650mm，对比表2.3中双臂功能上举高第1百分位数（18--25岁）女性为1711mm。所以上铺高度适合99%以上的人；上下铺净高为1148mm，对比表2.2中跪姿体高第99位百分位数（18--25岁）女性1112mm，适合99%以上的人；地面距下铺铺面的距离是453mm，对比表2.1中坐高第1百分位数（18--2
12、5岁）女性为789mm，所以适合99%以上的人。根据测量数据与标准数据的对比，目前上下铺的功用性能良好，能满足使用要求。 三 基于安全心理学及其在人机设计中的应用对上下铺的分析及优化 3.1床体颜色调整 颜色在安全心理学中充当着重要角色，在安全警示等方面也有很重要的应用，属于视觉告警的一种方式。 表3.1 不同颜色的含义及效果 颜色 含义及效果 黑色 象征权威、高雅、低调、创意；也意味着执着、冷漠、防御 灰色 象征诚恳、沉稳、考究 白色 象征纯洁、神圣、善良、信任与开放 深蓝色 象征权威、保守、中规中矩与务实 褐色、棕色、咖啡色系 典雅中蕴含安定、沉静、平和
13、亲切等意象 红色 象征热情、性感、权威、自信 粉红色 象征温柔、甜美、浪漫、没有压力，可以软化攻击、安抚浮躁 橙色 给人亲切、坦率、开朗、健康的感觉 黄色 明度极高的颜色，能刺激大脑中与焦虑有关的区域，具有警告的效果 绿色 象征自由和平、新鲜舒适 蓝色 是灵性知性兼具的色彩 紫色 是优雅、浪漫 目前，寝室的床（不局限于上下铺），多数采用灰色。虽然这种颜色的普适性良好，但是，作为生活区的主导颜色并不是十分合适。尤其是在部分使用者心情糟糕时，其负面作用会被放大。对于床体的颜色，结合女生的心理和颜色的心理作用分析，发现粉红色是比较适合而且为绝大部分女生所接受。粉红色
14、的温柔甜美以及软化攻击、安抚浮躁的心理暗示，可以使女生更好的进行集体生活。本文要强调床体中梯子的颜色，由于其特殊作用及特殊风险，不应与主床体相同颜色，应更换其他具有警告作用的颜色。同时，由于寝室中是多个上下铺联合使用，不同颜色的搭配，不只可以丰富感官，改善生活质量，同时，有虚拟划分的作用，可以满足个人的隐私需求。 3.2 基于人机安全学对梯子的改进： 女生寝室上下铺床所用梯子的脚踏部分是无防滑措施的踏棍式设计。在室外设计中，踏棍的优势是非常明显的：体积小，使用方便。但是，应用与床铺之间，其弊端就要大于它的优势了。首先其接触面积小，钢棍的直径是2cm，最大有效接触面积小，人踩上去感觉
15、很不舒服，而且一旦人穿着较滑的袜子或者脚上有水，就容易引起失足滑落。应将原踏棍优化为扁椭圆型脚踏板，并在其上固定有凹凸的橡胶防滑垫板。 优化以后能有效防止多种原因引起的人从梯子上失足滑落的事故，从而加强其安全性和可靠性，而且梯子使用上的舒适性得到很大程度上得改善。如图3.1为市面上普遍使用的几种直梯。我们可以提取其中优秀的设计思想和元素来满足对现有产品的改造。 在对梯子改善设计时，一定要考虑到其整体结构的稳定性，使用上的稳定性和安全性。由于部分改造可能对整体造成的影响要做好分析和对策。具体设计细节本文不做研究。只在假设的特性上继续研究。 图 3.1
16、几种直梯 改进后的梯子突出一块，人在行走时有可能碰到，如果在床体设计时能够克服这一弊端是最好的，本文假设这一弊端无法在设计时克服。则需要采用告警的方式来提示使用者。显然，安全色提示是性价比最高的手段。我们需在梯子突出的位置用安全色标记。我国已制订了安全色国家标准，规定用红、黄、蓝、绿四种颜色作为全国通用的安全色。四种安全色的含义和用途如下： 表 3.2 安全色及其含义 安全色 含义 红色 表示禁止、停止、消防和危险的意思 黄色 表示注意、警告的意思 蓝色 表示指令、必须遵守的规定 绿色 表示通行、安全和提供信息的意思 其他 黑、白两种颜色一般作安全色的对比色，主
17、要用作上述各种安全色的背景色 根据上表，以及前文对颜色的安全心理学作用，综合提出，应在梯子突出部位涂上黄色。 3.3基于安全人机学数据的寝室上下铺功能优化设计 3.3.1 置物架 随着当代大学生寝室生活时间的延长以及寝室设施的完善，对于寝室上下铺的功能性要求也越来越高。通过观察可知，很多人会选择把常用的东西放在床上。这就给使用者个人及他人带来了安全隐患。如，放在床上的眼镜，镜子等易碎物品被无意压碎，其碎片会伤及本人；如床上物品跌落，可能对他人造成伤害甚至是致命的损伤。而床头置物架可以很好的解决这一问题。对于置物架，优化设计为全尺寸配合床头，这除了方便之外，还能起到防止上铺物品掉
18、落的风险 图 3.2 置物架示意图 这种设计的优势是不占用现有的使用空间，即，可以在原有的产品上进行加装，仍能保证原产品的功用特性。但是这种分体组合的方式，也带来了其他问题。 1） 外加的置物架改变了原来上下铺的外尺寸，对于有限空间的布局明显不合适。 2） 由于成本限制，其材料往往相对单薄。称重能力差。 3） 若设计不合理，仍有物品跌落的可能性，仍旧难以避免对他人伤害的可能性。 4） 误操作可能性加大。若无明确警告，使用者可能会将身体或一部分置于其上，增大人身伤害的可能性。 5） 若外置部分可由他人触及，要考虑碰头风险。 因此，对于置物架，建议选购或者定制。实际应用时，
19、需要考虑的问题是其设计高度和配置是否会对行走的人头部造成伤害。选材及结构设计时要充分考虑其承重特性，功用范围。要单独明确制定声明，并在产品明显位置进行声明和警告。 3.3.2床头架 床头架的设计初衷与置物架一致，同样满足置放物品的功能拓展，针对外置物架的缺陷，床头架是位于床体内侧，并且是一体化设计的。本次设计将两边床头采用不同设计，一边是床头架，一边是床头棍，床头棍可以用来搭晾一些小衣物，这样一方面可以满足使用的需要，另一方面可以节省空间。因为此次课程设计篇幅有限，所以对床头架和床头棍的具体尺寸不做分析，符合安全人机工程学和国标中的要求即可。 这种设计基本弥补了外置物架的不足，但是同样引
20、进了其他安全问题需要注意 1) 占用了又有产品的使用空间，对产品有效使用尺寸需要重新评估；产品需要重新设计。增加成本 2) 若设计不合理，仍有物品掉落伤及使用者自身的可能性 3) 增加了使用者受伤害的可能性。如果产品设计不合理，使用者可能会被卡或者被碰伤。 由于一体化的设计增加了拓展配件自身的强度和稳定性，所以在设计时主要考虑的问题是新产品的有效使用空间的安全性。 设计示意图如图3.3所示。 图3.3 床头架和床头棍示意图 四 总结 这次课程设计主要是以人机工程学主，综合考虑到身边实际需要而提出。从查阅相关书籍及有关网站，通过对女生寝室上下铺的分
21、析和实际测量可以得出，其存在的弊端主要集中在连接上下铺的梯子和空间利用上，而改进的地方也主要集中在此，再结合安全人机工程的原理与相关知识，评价和分析了女生寝室上下铺的部分组件的不合理的地方，并在分析和评价的基础上提出了能力范围内的符合人机关系的满足当代学生需求的更安全、舒适的该进措施，改进后上下铺的安全性和舒适性都得到了很大的提升，更有利于使用者休息并有助于提高其睡眠质量。同时通过本次的人机课程设计，在人机工程的知识体系方面有了更加全面和深刻的体会，知道了怎样从人机工程学的角度分析产品、改进产品，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和看法。在这次课程设计中感受到了，一个好的产
22、品不仅要在理论上符合人能机工程学，还要在实际使用过程的时候根据使用者得实际情况进行改进。这次课设虽然提出了许多改进措施，但还存在许多不足之处，有一些该进措施受到寝室空间的限制而不能有效的实施，但总体上能够满足使用者的基本要求并兼顾安全性和舒适性的增强。在以后的学习中我会更加用心的学好相关的专业知识，争取能在以后的设计中提出更有效、舒适、安全的符合人机关系的方案。 参考文献 【1】 工作空间人体尺寸 GB/T 13547---1992 【2】 张力 廖可兵主编 《安全人机工程学》 中国劳动保障社会出版社，2007 【3】 倪少清编著 《色彩心理学》 中国广播电视出版社，2013 【4】 家用双层床 GB 24430.1-----2009 【5】 固定式钢直梯安全技术条件 GB 4.53.1--93 【6】 在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则 GB/T12985-1991 【7】 图片来源于互联网
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