人机工程学在办公桌椅设计中的应用

《安全人机工程》课程设计

专业安全工程

姓名谭智聪

学号023412235

课程名称安全人机工程

指导教师杨豪万祥云姜忠峰

目录

人机工程学在办公桌椅设计中的应用 (3)

1前言 (4)

1.1人机工程学的概念 (4)

1.2 人机工程发展历史 (5)

1.1.1研究意义 (6)

2办公桌椅的人机学设计 (7)

2.1办公桌椅人机工程学的需求 (7)

2.2办公桌椅人机工程学的技术需求 (8)

2.3尺寸要求 (8)

2.3体压分布要求 (9)

2.4工作时状态分析 (10)

2.5坐姿状态下人体尺寸 (10)

2.6办公桌椅的设计及关键尺寸的确定 (13)

3结论 (15)

人机工程学在办公桌椅设计中的应用

摘要：合理设计办公桌椅的尺寸能较好的减轻办公室人员的颈椎腰椎等疾病，并提高工作效率。本文参考人们坐姿下的习惯及人体构尺寸等，结合人机工程学的相关原理进行分析，从而设计出合理的办公桌椅尺寸，并提出了办公桌椅关键尺寸设计的原则。

关键词:办公桌椅人机工程学人体尺寸

检索：WWW.art https://www.360docs.net/doc/385127246.html,.c

Abstract :If the office chair and desk are designed with the right size， which can alleviate the office workers’ cervical disposition and lumbar disposition，and improve the work efficiency. This article refers to the people’s Pitt habits and the body structure size by analyzing the principle of the ergonomics in order to design a reasonable size of the office chair and desk，and brings forward design principles of the critical dimensions of the office furniture.

Keywords :Office Chair and Desk, Ergonomics, Body Size Internet :WWW.art https://www.360docs.net/doc/385127246.html,.c

1前言

办公室一族包括机关工作人员、各种科研人员、白领阶层等，他们在我国社会、经济发展中起着重要作用，是建设社会主义的中坚力量。长期坐办公室的人员由于长期接触办公桌椅、电脑等保持一种姿势，如果办公桌椅设计不当，导致他们在使用过程中肌肉骨骼长期处于紧张状态，容易造成颈椎病、肩周炎、腰肌劳损、手腕病等，对他们的身体造成了极

大伤害。据统计，成年人颈椎病和腰椎病的发病率已达到60%左右，而办公室职员中的发病率更高达90%以上。因此，为这个特殊群体创造一个更适合他们的环境显得尤为重要。

1.1人机工程学的概念

人机工程学是研究人、机( 包括工业产品、建筑结构、环境规划、生活用品等) 及其环境之间相互作用的综合性学科。人机工程学运用人体测量学、生理学、心理学、生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题的研究，研究人机系统中人、机特性，人与机器以及人与环境的相互作用，人机界面设计，以及人在工作、生活中工作效率、人的舒适和安全健康等问题。其目的是实现人机系统的最大效率和追求人的安全舒适。在我国，人机工程学的应用范

围日益广泛，包括在生活领域和生产领域的方方面面都具有广阔的应用前景。随着科学技术的的快速发展，人机工程学带给人们的生产生活更多的需求。人机工程学是由多门不同领域的学科互相渗透、汇聚而成的边缘学科,是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素,研究人和机器及环境的相互作用,研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。通常人机工程学把人———机———环境系统作为一个统一的整体来研究,以创造出最适合于人操作的机械设备和作业环境,使人———机———环境系统相协调,从而获得系统的最高综合效能。从中我们可以看出人机工程学要求任何产品和环境的设计都要以人为中心,满足人的生理和心理的需求。

1.2 人机工程发展历史

人机工程学是20 世纪中期发展起来的交叉科学，它起源于欧洲，形成于美国，发展于日本，作为一门独立学科的历史已有50 余年。现在在世界上多个国家得到了广泛的推广和应用。中国的机工程学研究是从20 世纪30 年代开始的，但系统和深入的开以放后。1980 年4 月，国家标准局成立了全国人类工效学标准化技术委员会。1984 年，国防科工委成立了国家军用人机环境系统工程标准化技术委员会。北京航空航天大学设立了人机环境专业的教学和科研；北京医科大学公共卫生学院也开展了包括坐姿作业导致的肌肉骨骼劳损的研究，同时也就涉及到作业姿势，作

业环境评价等方面的人机工程学的研究。这些研究成果的应用，有力地推动了我国人机工程学研究的发展。

1.1.1研究意义

人机工程学的基本理论是产品设计要适合人的生理、心理因素".现代设计是一个为了人们使用而创造新型和改进产品的过程,其核心是以"人"为中心,也就是说,任何工业产品的设计都必须充分考虑人

的因素.人机工程学在现代设计中的应用对于整个工业领域发展的影响及产品的优质程度起着关键性的作用

人机工程学因素往往是企业提高其竞争力的手法之一。若说“人性化产品”是与“人”合为一体的产品设计，“人机工程因素”则是设计工业产品时的人机界面所必须考虑的因素。在我国加入WTO所面临的冲击下，中国的制造业无不是严阵以待，企图在竞争中保持优势。管理大师麦克·波特(MICHAEL PORTER)曾说过，企业具备竞争优势的两个方式，一是扩大生产规模，走向规模经济，才能占有成本上的优势；另一个便是创造企业或产品的附加值，制造消费者趋之若鹜的心理。在现今产品和质量逐步提高，且消费者对商品品质要求越来越高的情况下，各产品制造商们无不力求突破，希望能出奇制胜，打动消费者的心。拿当今世界上提出的“健康”人机工程学的新要求为例，即是用某些考虑人机因素的辅助性产品，如：电动腰靠、紫外线阻隔(UV、CUT)等来提高产品人性化的层次，籍此创造其他品牌无法模仿的优势，而赢得消费者青睐的。因此，人机工程学就成了设计上最主要的条件之一。

2办公桌椅的人机学设计

2.1办公桌椅人机工程学的需求

人机工程学涉及的范围很广，就家具设计来说，其主要目的是设计出来的家具符合人体的生理、心理特性，让人感觉舒适，操作方便，易于使用，满足其工作、休闲等不同场合下的需求。家具产品设计时应以人类工效学原理和数据作为指导，使家具符合人体的基本尺寸和从事各种活动需要的尺寸。例如：坐卧得舒服、睡得安宁、减少疲劳，

提高工作效率。在设计坐卧类家具时，应考虑人体生理特点，使筋骨、肌肉结构保持合理状态，血液循环与神经组织不过分受压，尽量设法减少和消除产生疲劳的各种因素，令使用者保持最高的工作效率。床或床垫的软硬舒适程度与体压的分布直接相关，体压分布均匀的较好，反之则不好。凭倚类家具包括坐式用桌和站立用工作台，其基本功能是适应人在相对舒适的坐、立状态下进行各种操作活动时，获得方便的辅助条件，并兼作放置或贮存物品之用。因此，它的设计应依据人体结构尺寸和动态尺寸。贮藏类家具的设计应考虑人与物两方面的关系，一方面要求家具贮存方式合理，方便人们存取，有利于减少人体疲劳；另一方面又要求贮存空间划分合理，贮存数量充分，满足存放条件。办公桌椅是人们室内工作最常用的家具产品，其工效学性能对办公人员的安全、健康、舒适和工作效率有着重要影响。如果办公桌椅不符合人类工效学原理，会对办公人员的背部、脊椎、肌肉和手臂等部位产生不良影响或造成伤害。因此，有必要根据人

类工效学原理，规定符合人体生理和心理特点的办公桌椅的技术要求，提高办公桌椅的工效学性能，从而满足安全、健康、舒适、高效的工作要求。

2.2办公桌椅人机工程学的技术需求

为了推广人机工程的理念，即“以人为中心”的设计，促进人类工效学研究成果的应用，提高我国家具产品的综合竞争力，中国标准化研究院与方圆标志认证集团设计开发了“人类工效学产品”认证项目，制定了首批人类工效学产品认证标准《办公桌椅的人类工效学技术要求》和《课桌椅的人类工效学技术要求》。在人机工程学学产品标准中，办公椅的座高、座深、座宽、座面倾角、扶手高度、椅背特性等相关技术指标依据中国标准化研究院的“中国人体尺寸数据库”大量实测数据，并结合办公椅的国家、行业标准而制定，使得办公桌椅的设计更加符合中国人的体形特征，满足中国大多数人的需要。

2.3尺寸要求

办公桌主要尺寸依据GB/T3326－1997的要求制定，并充分考虑桌椅搭配的协调性。办公椅的舒适程度和功能效用与人体的结构及生物力学特性密切相关。办公椅的尺寸要求应参照人体测量学数据设计，图1所示主要参数包括座高、座深、座宽、座面倾角、扶手高度、靠背特性、椅垫弹性等，各参数的人类工效学要求

如下。座高是影响坐姿舒适程度的主要因素之一，过高的座高会使腿悬着，使大腿底面受到过大的负荷，压迫大腿血管，妨碍血液循环，容易产生疲劳。过低的座高，使膝盖拱起，体压过于集中在坐骨上，时间久了会产生疼痛感。另外，重心过低也会造成起身时的不便，尤其对老年人来说更为明显。合适的座高应使就坐者大腿近似呈水平状态，小腿自然垂直，脚掌平放在地上。座深对人体舒适的影响很大，如果座面过深，则背部支撑点悬空，使靠背失去作用，同时膝窝处会受到压迫，易使小腿产生麻木感；如果座深过浅，大腿前部悬空，重量将全部压在小腿上，易使小腿疲劳。坐面深度要适度，通常坐深小于人坐姿时大腿水平长

度，使坐面前沿离开小腿有一定的距离，以保证小腿的活动自由。椅座的宽度应当能使臀部得到全部的支撑，并且有适当的活动余地，便于人能随时调整其坐姿。座宽应由人体臀部尺寸加适当的活动范围而定。办公椅的座面倾角决定使用者在使用时的身体姿势，从而影响使用者的身体疲劳度，因而不同类型的椅凳类家具的座面角度不同，办公椅的座面倾角应在1°~ 5°范围内。座面倾角最好在一定范围内可调，满足后仰或者前倾时，座面前端可以很灵活的自动调节，以减轻对大腿部的压力。扶手的功能是使人坐在椅子上时手臂自然放在其上，减轻两臂负担，有助于上肢肌肉休息，增加舒适感；在就坐、起身或变换姿势时，可利用扶手支撑身体。扶手高度不合适时，易引起上臂疲劳。扶手高度设计时应依据坐姿肘高确定。椅靠背的作用就是要使躯干得到充分的支撑，通常靠背略向后倾斜，能使人体腰椎获得舒适的支撑面，同时，靠背的基部最好有一段空隙，利于人坐下时，臀肌不致受到挤压。座椅靠背的曲线应根据人体的生理特点设计。在靠背高度上应有肩靠、腰靠和颈靠三个支撑点。研究表明，第3和第4腰椎间所受的压力最大，若将人体直立时第3和第4腰椎之间所承受的压力定为100，坐姿时，第3腰椎和第4腰椎之间的压力为最大，是立姿的140%。为了解决这一问题，人机工程提出了靠腰设计的解决方案，即在腰部提供一个支撑，以减少脊柱向后凸的变形，从而减轻椎间盘的压力。

2.3体压分布要求

人在坐姿状态下，体重作用在座面和靠背上的压力分布称为座态体压分布。它与坐姿及座椅的结构密切相关，是设计座椅时需要掌握的重要参数。在坐姿状态下，支持人体的主要结构是脊柱、骨盆、腿和脚等，其中臀部和大腿与座面相接触。由于坐骨结构粗壮，与其周围的肌肉相比，能承受更大的压力，而大腿底部有大量血管和神经系统，压力过大会影响血液循环和神经传导而感到不适，所以座垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计。座面体压主要分布在臀部，并在坐骨部分产生最大的压力，由坐骨向外，压力逐渐减少。办公椅设计应能够为坐在其上的人体提供足够的支撑与稳定作用。人坐着时，体重的75％左右由约25平方厘米的坐骨周围部位来支撑，久坐会产生压力疲劳，导致

臀部痛楚麻木。办公椅座垫应有充分的衬垫和适当的硬度，使之有助于将人体重量的压力分布于坐骨结节区域，所以座垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，图1所示的是不同坐姿下，人体坐骨结节处的压力峰值.

2.4工作时状态分析

办公室工作人员在使用办公桌椅时通常要进行以下活动：读、写、操作电脑。坐姿不正确或劳累过度容易引发颈椎、腰椎病等。在读写时，人们通常身体向前倾斜，低头伏案工作，颈部、背部和肩部肌肉处于紧张状态。操作电脑时，人们通常保持上身直立或者靠在椅子的靠背上，肩部自然放松下垂。因此，根据不同情况下人们办公姿势的不同，我们需要合理的设计办公桌椅，让它更符合人体需求，让人们的工作环境更加舒适，提高工作效率。

2.5坐姿状态下人体尺寸

根据人们办公时坐姿状态下人体尺寸，可制定出办公桌椅的关键尺寸。因此我们需要首先了解坐姿状态下人体尺寸，再根据不同工作状态下人们的姿势有针对性的进行办公桌椅的设计。处于坐姿状态下时，被测者挺胸端坐在调节到腓骨头高度的平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左右大腿接近平行，膝弯曲大约成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿上。为确保坐姿正确，应使被测者臀部和后背部靠在同一铅垂面上。此状态下测得人体尺寸见表1 不同测量项目所对应人体尺寸见图2图3。

表1坐姿人体尺寸

图2 坐姿状态下人体尺寸

图3 可调尺寸办公桌椅的尺寸

2.6办公桌椅的设计及关键尺寸的确定

在计算机日益普及的今天，电脑成了办公室必不可少的一个办公设备，而且每天办公室人员花费大量时间和精力操作电脑。因此现在的办公桌椅除了要满足读写的需要还必须满足操作电脑的需要。人们在坐姿状态下进行读写和操作电脑时肩部需处于自然下垂的状态。办公桌面过高，小臂在桌面工作时上臂和肩部都被托起，肩部耸起的肌肉和骨骼长时间处于紧张不自然的状态太容易引起肩周炎、颈椎病等。合适的桌面高度可放松肩部和颈部的骨骼及肌肉。办公桌面和键盘托的位置应分开上下放置，以便写字及阅读文件等有充足的空间。合适的桌面高度应等于座高加桌椅高度差。办公椅座面高度的确定应属于“双限值设计”，即办公椅座面高度的尺寸需要进行调节才能满足不同身材人的使用。办公桌面高度的确定应属于“平均尺寸设计”。因身材矮小者可根据自身身高调高办公椅座面高度，从而达到合适的桌椅高度差。为了办公桌更加适合身材矮小者的需要应在桌面下小腿可活动的空间内设计一块垫脚板，身材矮小者调高座面后脚部悬空时可作为

脚部的支撑。身材高大者操作时由于肩部是处于自然下垂的状态所以不会出现耸肩办公等问题。

国家规定的办公桌的桌面高度为680-760mm，桌椅高度差250mm～

320mm。合理的办公桌椅高度差=桌子面板的厚度+键盘托的深度+键盘托底板的厚度+人体大腿的活动空间+坐姿大腿厚+穿衣修正量。其中键盘托深度为手微曲的高度加手部的活动空间，大约80mm，通常桌面承重较大，厚度设取30mm；键盘托底板厚度20mm；人体大腿的小幅度活动空间取30mm；坐姿大腿厚取平均人群尺寸，根据表1可知为130mm，穿衣修正量12mm。根据以上数值得知桌椅高度差为302mm。因此合理舒适的桌椅高度差应为300～320mm。因此办公座椅的座面高度为440～460mm，而我们设计的办公椅希望能满足尽可能多的人群使用，根据表中“小腿加足高”1%的女性及99%的男性尺寸可扩大办公椅座面调节范围。合理的办公椅座面高度可调节调节范围为330～460mm。因此合适的桌面高度应760mm。

图4为根据上述分析得出的可调尺寸办公桌椅的尺寸设计。其中，工作椅靠背主要是维持脊柱的良好形态，避免腰椎的严重后凸，而不是支撑后倚时的上部身体重量。因此工作椅的靠背主要是腰靠，即在第三、四腰椎的位置上有个形态、尺寸等合适的支撑。根据人体尺寸可得工作椅靠背高度为480～500较为合适。脚垫倾斜角度主要根据图4坐姿状态下人体外形轮廓及运动功能特点的模板侧视图得知数值为15°

图4坐姿人体模板侧视图

3结论

办公桌椅是人在工作中最常接触的设备，服务对象是人本身。其尺寸不符合人体生理尺寸的要求易造成颈椎腰椎等疾病的发生。办公桌椅设计应充分考虑人的需求，应建立在对人体的尺寸、构造、动作、习惯、心理等充分研究与理解的基础上，而这些都在人机工程学研究的范围内。因此将人机工程学充分融入到办公桌椅设计中来显得尤为重要。本文提出的办公桌椅关键尺寸设计及结构设计可供办公家具设计者参考。

注释

[1] 阮宝湘：《工业设计人机工程》，25～67页，北京，机械工业出版社，2010。

[2] 丁玉兰：《人机工程学》，5～6页，北京，北京理工大学出版社，2005。

[3] 轻工业标准化编辑出版委员会.中华人民共和国轻工行业标准木质写字桌

QB2384-2010

[4]，2～3页，北京，中国轻工业出版社，2010。

[5] 中华人民共和国国家经济贸易委员会.中华任命共和国电力行业标准DL／T 575.1—1999 控制

中心人及工程设计导则第1部分：术语及定义，1196～1197页，北京，中国电力出版社，2000。