人機工程學(xué)在工裝設(shè)計改進中的實際應(yīng)用

祁光威 邱夢娟 王成菲 李金龍 姜巍

摘要：現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計日益重視人與物和環(huán)境之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，企業(yè)在經(jīng)濟效益和社會效益得到大大提升的同時，對于一線操作者身心健康的關(guān)心和關(guān)注，成為了企業(yè)良性、健康、可持續(xù)發(fā)展的重要文化基礎(chǔ)，也成為了彰顯企業(yè)“以人為本”的重要載體。如何在不降低生產(chǎn)效率、不降低產(chǎn)品質(zhì)量的同時，實現(xiàn)最大限度的降低一線職工的勞動強度，成為了擺在工業(yè)化部全體工藝規(guī)劃人員的一項重要課題。

關(guān)鍵詞：人機工程學(xué)；工裝設(shè)計；人體尺寸

一、概述

人機工程學(xué)是本世紀40年代末、50年代初興起的新興學(xué)科，是研究人與系統(tǒng)中其他因素之間的相互作用的學(xué)科。以人機工程學(xué)理念為基礎(chǔ)的工裝設(shè)計不但要滿足人們生理上的需要還要滿足人們的心理需要，通過對人體尺寸、骨骼、肌肉、姿勢等方面的研究分析，提高作業(yè)工效、保證安全、維護勞動者的身心健康，人機工程學(xué)涉及我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€方面，是我們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦胁豢扇鄙俚囊婚T學(xué)科，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者、工程技術(shù)人員和企業(yè)管理人員應(yīng)重視人機工程學(xué)的研究，對完善企業(yè)的人機系統(tǒng)，提高企業(yè)勞動生產(chǎn)率、提高企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益大有裨益[1]。

二、工裝器具的人機工程設(shè)計方法

1、人體尺寸因素設(shè)計應(yīng)用

為使各種與人體尺度有關(guān)的設(shè)計對象能符合人的生理特點，讓人在使用時處于舒適的狀態(tài)和事宜的環(huán)境之中，必須在設(shè)計中充分考慮人體的各種尺度，人體尺寸為確定工裝器具活動空間、操作高度及活動范圍提供依據(jù)。現(xiàn)階段我國人體工程學(xué)中人體尺寸參考《GB/T 10000—1988》，它提供了我國成年人人體結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括體重、身高的平均值，以及站、坐、跪、臥、蹲等位置時的限制尺寸。典型人體尺寸的應(yīng)用原則有如下幾項[2]：

（1）人體身高：用于確定工裝器具的限高，其主要的功用是確定凈空高度，設(shè)計時應(yīng)考慮盡可能適應(yīng)100%的人；

（2）立姿/坐姿眼高：用于布置顯示器等展示品。其原則是允許大部分人都能看得到，故考慮應(yīng)用第5百分位數(shù)的數(shù)據(jù)；

（3）肘部高度：對于工作臺及其他站著使用的工作表面的舒適操作高度，依據(jù)人機工程學(xué)理論研究發(fā)現(xiàn)最舒適的操作高度是低于人的肘部高度7.6cm，具體參照活動性質(zhì)；

（4）坐姿垂直伸手高度：主要用于確定頭頂上的控制裝置和開關(guān)等等，應(yīng)滿足多數(shù)人的身材要求，選用第5百分位的數(shù)據(jù)是合理的；

（5）立姿垂直手握高度：可用以確定開關(guān)、控制器、拉桿、把手等等的最大高度，應(yīng)采用第5百分位數(shù)的數(shù)據(jù)。

2、人體關(guān)節(jié)活動限值

人體各關(guān)節(jié)的活動有一定的限度，超過限度，將會造成損傷。也只有關(guān)節(jié)處在一定的舒適調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，人體才會感到舒適。人機工程學(xué)給出了人體全身關(guān)節(jié)的最大活動范圍和能舒適調(diào)節(jié)的范圍[3]。

3、人的視野范圍

人的視野是指頭部和眼睛在規(guī)定的條件下，人眼可覺察到的水平面與鉛垂面內(nèi)的空間范圍。人體標準視野范圍是視覺顯示裝置和主要觀測范圍的布置依據(jù)。人的正常視線范圍為頭部前傾10～15°，頭部與眼睛軸線之間夾角在105～110°之間時。此時視線在水平視線之下約25～30°[4]。

三、人機工程學(xué)在工裝設(shè)計中的研究實例

以中車某軌道客車企業(yè)裝配車間車下布線工序為例，基于人機工程學(xué)原理設(shè)計人機工程工作椅，有效消除操作者的作業(yè)疲勞，改善長期站立的作業(yè)姿勢。

1、原接線方案存在問題

在進行車下接線工序時，操作者長期站立在地面上，保持舉臂、仰頭姿勢，每天處于該種不良工作狀態(tài)約6小時，易造成手臂、腰部、頸部疲勞，存在引發(fā)頸椎病、關(guān)節(jié)勞損等疾病的風(fēng)險。

（1）操作者需站立仰頭舉臂作業(yè)，椎柱違背正常生理曲線，向反方向彎曲，對腰部產(chǎn)生極大的負擔(dān)。

（2）操作時坐骨處沒有支撐，上身體重作用于腳底的支承面上，使下肢產(chǎn)生疲勞。

（3）手臂的接線運動舉臂較高，肩關(guān)節(jié)運動上下擺動的最佳舒適度范圍在+15°～+35°之間，大部分的作業(yè)動作都在沒有支撐的不舒服的區(qū)域完成，屬靜態(tài)施力，阻礙血液新陳代謝，易引起酸痛疲勞。

（4）人體在直立無其它輔助支撐的情況下，作業(yè)要求頭部后仰25°～30°，視線達水平面之上約30°，在此情況下頸關(guān)節(jié)卻沒有支撐，導(dǎo)致頸部肌肉靜態(tài)施力，引起頸部酸痛疲勞。

2、人機工程改善分析

現(xiàn)場工作崗位較高，在（1500～1800）mm之間，工作椅無法達到此高度，必須維持立姿的作業(yè)方式，故針對現(xiàn)場環(huán)境設(shè)計制造立姿靠椅。設(shè)計要求如下：

（1）該立姿靠椅的靠背應(yīng)設(shè)計成向后傾斜的，且臀部位置設(shè)有弧形支撐座，不僅能承擔(dān)操作者上身的部分重量，還可維持髖關(guān)節(jié)的基本形態(tài)。大腿與上身有一定的夾角，緩解腰椎形態(tài)的變化及椎間盤的壓力異常。傾角不可過大，保證立姿靠椅的重心在底盤之中，避免傾翻。此時，該靠背符合人體脊柱的正常生理形態(tài)，腰靠舒適。

（2）根據(jù)工作情況的具體分析，該立姿靠椅為長時間的用椅，為緩解頸椎的負擔(dān)，應(yīng)提供頭枕，頭枕的支撐位置應(yīng)該在頸椎之上、后腦勺的下部。

（3）操作者手臂不得不放置在較高的位置進行作業(yè)，因此需在手臂下方做支撐，避免手臂處在長期靜態(tài)施力的狀態(tài)。

（4）由于腰靠與垂直方向存在一定的角度，且操作者作業(yè)使用時有向后的推力，因此在底盤處增設(shè)腳踏板，踏板下方有制動裝置，可防止操作者在作業(yè)過程中推力過大導(dǎo)致底盤小輪轉(zhuǎn)動，帶動椅子移動產(chǎn)生安全威脅。

3、人機工程改善前后對比

總結(jié) 減輕勞動強度約80%以上。

四、結(jié)語

人機工程學(xué)提供了適用于人的各種數(shù)據(jù)的最佳范圍，以人機工程學(xué)理論為依據(jù)的工裝設(shè)計可以降低操作者勞動強度，提高作業(yè)舒適性，提高廣大一線職工的工作熱情，為廣大一線員工營造健康、愉悅的工作環(huán)境，積極投身于提高一線操作者身心健康的工作，為企業(yè)良性、健康、可持續(xù)發(fā)展提供重要的文化基礎(chǔ)，彰顯現(xiàn)代企業(yè)的人文關(guān)懷。

參考文獻

[1]房長所.淺談人機工程學(xué)在企業(yè)中的應(yīng)用[J].宏觀經(jīng)濟管理，2013.

[2]丁玉蘭.人機工程學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2011.

[3]阮寶湘.工業(yè)設(shè)計人機工程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[4]呂杰鋒 陳建新、徐進波.人機工程學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司）