基于人因學的坐姿作業空間設計評價研究初探

曹詠 韓方珍 余平祥

摘 要：文章從人因角度出發，探討了良好的作業空間設計應滿足人因要求，并針對坐姿的具體情況進行了分析，確定了坐姿作業空間設計的評價指標。在此基礎上，提出了基于模糊層次分析法的評價方法，以期為坐姿作業空間設計方案的評估提供思路，從而能夠有助于選擇和應用更符合人因要求的設計方案。

關鍵詞：人因要求;作業空間;設計;評價

0 引言

作業空間包括作業者操作所需的空間以及作業所需的機器設備、工具和操作對象等所占的空間范圍總和。在工業化程度日漸提高的當今，坐姿正在成為最主要的工作姿勢。確保作業者在坐姿狀態下的作業空間設計符合人因要求，從而使作業者在作業過程中便利、安全、舒適，有良好的作業體驗并最終提高作業效率，是人因研究與應用的重要課題。因此，基于人因考慮確定坐姿作業空間設計的評價指標，從而建立起規范的分析與評估體系，為坐姿作業空間的設計及評價提供依據，具有重要意義。

1 作業空間設計的基本要求

基于人因學的作業空間設計，是指考慮作業者的操作范圍、視覺范圍、作業姿勢等一系列生理、心理因素對作業對象、設備設施等空間要素進行合理布置和安排，從而為作業者提供最佳作業條件。良好的作業空間設計可以降低作業疲勞和危險性，提高作業的有序性、效率和作業者的滿意度。基于此，進行作業空間設計應考慮以下幾個方面的要求：

1.1 可達性要求

可達性要求主要指依據人體尺寸，首先應保證作業者操作的機具、設備設施及作業對象等在其操作范圍內，同時在此基礎上，考慮人的最大作業范圍和正常作業范圍，在相應操作范圍內按照頻率原則、重要性原則、順序原則等將操作的機具、設備設施及作業對象等進行合理布置。如果采用的工作姿勢為坐姿，不僅應基于人的臂長（包括上臂長、前臂長等）考慮上肢的操作范圍，還應視人的下肢尺寸考慮下肢的具體操作范圍。

1.2 可視性要求

作業區域內的空間布置應充分考慮人的視覺特性，滿足人的可視性要求，將操作的機具、設備設施及作業對象等布置在人的視野范圍內，同時，按照頻率原則、重要性原則、順序原則等空間布置原則結合人的最大視區和最佳視區進行合理布置。另外，眼高、視距及光照條件也是在滿足人的可視性要求時需要考慮的因素。

1.3 舒適性要求

坐姿狀態下的舒適性包括座椅的舒適性和工作臺的舒適性。座椅的舒適性主要考慮椅面高度、寬度、傾角等是否與人體尺寸相適應，如椅面高度應以人的小腿加足高尺寸作為設計依據。工作臺的舒適性主要考慮工作面高度，一般以人體肘部高度作為基準，再結合工作任務性質即考慮作業過程中的施力大小及視距因素進行適當調整后作為工作面設計高度，旨在盡量使大臂和肘部在工作中保持自然放松的狀態，提高舒適性。另外，在坐姿工作姿勢下，工作臺下方還應為下肢留出足夠的容膝空間。

1.4 心理空間要求

作業空間設計應考慮人的心理空間要求，主要包括距離要求及私密性要求。不同的作業空間有不同的作業空間要素及作業用途，因此作業者對于作業空間的具體心理要求也不同，如距離要求可表現為作業者希望與門窗、頂棚等之間需要大于一定的距離，也可表現為因為交流交接需要，工位之間要小于一定的距離。私密性要求相對于作業空間的不同會有所不同，在設計時應分別進行考慮。

2 作業空間設計的模糊綜合評價

2.1 評價指標層次結構模型

根據上述對于坐姿作業空間設計應滿足的人因要求的分析，歸納出相應的作業空間設計的評價指標，并構建相應的層次模型，分為以下三個層次：

2.1.1 目標層

即評價總目標，對坐姿作業空間設計進行評價。

2.1.2 準則層

包括可達性要求Z1、可視性要求Z2、舒適性要求Z3和心理空間要求Z4。

2.1.3 指標層

基于空間設計的要求和評價準則，相應給出具體的指標。如基于可達性要求，對應的指標包括坐姿作業空間在人的上肢操作范圍之內P1，坐姿作業空間在人的下肢操作范圍之內P2，機具設備設施布置的合理性P3。類似的，基于其他要求也都有相應指標。

2.2 基于F-AHP 方法的評價方法

2.2.1 確定指標權重

模糊判斷矩陣是將若干個評價對象兩兩比較后所建立的矩陣，可借此來對評價指標進行重要度比較從而確定指標權重。

首先，對準則層的四個方面的要求兩兩進行重要性比較，根據比較結果確定模糊矩陣A=（aij）4×4，即：

由判斷矩陣可得到權向量Z=（Z1，Z2，Z3，Z4 ）T，所求權向量就是準則層各個要求的權重數值，反映了各個要求的重要性。

然后，基于準則層的各個要求，分別對要求中的具體指標進行兩兩重要性比較，得到模糊矩陣B1，B2，B3和B4，即（bij）n×n。例如基于可達性要求，對其中的三個指標P1，P2和P3進行比較，可得到

由該判斷矩陣可得到權向量PB1=（P1，P2，P3）T，

所求權向量就是在準則Z1 要求下的各指標權重數值，即為各個指標的重要性。類似可分別基于其他各準則要求下的各指標判斷矩陣得到權向量PB2=（P4，P5，P6 ）T，PB3=（P7，P8） T，和PB4=（P9，P10）T。因此，可得到各指標權重見表1。

2.2.2 建立評價矩陣

建立評價矩陣，需要分別基于上述評價指標，對n個作業空間設計方案兩兩進行比較。具體步驟如下：

首先，針對P1指標，兩兩比較各設計方案的優劣，獲得判斷矩陣R1。

之后，與計算權重矢量方法類似，計算矩陣R1的優先級矢量r1。

然后，依次分別在評價指標P2～P10下，對各個設計方案重復上述步驟，相應得到優先級矢量r2～r10。

最后可建立評價矩陣為：R =（r1，r2，…，r10）。

2.2.3 確定評價結果

評價結果通過對評價矩陣的各個元素進行加權而獲得的，即W =Rω=（W1，W2，…，Wn）T。

其中，R為評價矩陣，ω為根據各級權重計算得到的實際評價指標的權重矢量。從W中，可以看出評價對象集合中各元素的優先級順序，如果最大值為Wj，則對應于Wj的第j個設計方案得分最高，j方案就是所有方案中的最佳作業空間設計方案，相對而言最大程度滿足了各項人因要求。

3 結語

本文基于人在使用作業空間時的可達性要求、可視性要求、舒適性要求和心理空間要求，提出了對坐姿作業空間設計方案進行評價的指標，以及確定指標權重和對于設計方案進行評估選優的方法，旨在有助于使更多符合人因要求的設計優良的作業空間設計方案能夠得到應用，從而提升作業者的作業效率、作業體驗和工作能動性。

參考文獻：

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