人机工程课程设计.docx
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人机工程课程设计
课程名称:
人机工程课程设计
大学生座椅的人机学评价和改进设计
学院:
工程学院
专业:
工业设计
姓名:
岳宝海
学号:
20124027128
指导教师:
王黎明
黑龙江八一农垦大学工程学院
目录
摘要-1-
1.座椅要求-1-
2.问卷调研-1-
2.1问卷调查的分析-3-
2.2问卷调查的总结-6-
3.系统改进-7-
3.1座椅腰靠设计-8-
3.1.1座椅腰靠要求-8-
3.1.2座椅腰靠分析说明-8-
3.2座椅座面设计-9-
3.2.1座椅座面要求-9-
3.2.2座椅座面分析说明-10-
4.改进设计-10-
大学生座椅的人机学评价和改进设计
摘要:
人们无论是在工作、在家中、在公共汽车或在其他地方,每人在他的一生中总会有很大一部分时间是花在坐上面的。
因此坐姿与作为与我们生活息息相关。
在现在人生活节奏快了很多,人们的生活、工作离不开座,特别是以座姿进行工作的人,每天都有三分之一以上的时间与座打着交道。
目前,“电脑族”在家办公、游戏的时间越来越长,刻板、方程式般套路的办公空间已经无法满足人们的需要。
因此,色彩多样、造型别致、使用方便等重视个性发展、关注人性化的办公桌椅也越来越多了,但仅有造型或仅有功能都是不够的。
很多人的办公椅高度等都没有达标,这样就使得长期坐着的人出现腰酸背疼。
对于大学生来说,每天三点一线的生活,教室-宿舍-食堂,所以,座椅在大学生活中占有重要的位置。
对于学生而言,在食堂里面,不仅仅是为了吃饭,会在里面加入一些感情的成分在,譬如跟同学聊天,三两好友一起谈笑风生,亦或者可以认识很多同学的地方,因为平时忙于上课,这个时候可以联络联络感情……自习室是我们学习的地方,一把坐着舒服的椅子能让我们摆脱长时间伏案出现的腰酸背痛。
宿舍是我们学习和玩耍的地方,而且在宿舍我们可能要长时间的对着电脑,很多情况下,都是在电脑旁一坐就是一天,工作和学习的强度较大,而坐姿势是人体较自然的姿势,能减少体能消耗,减少疲劳。
拥有一个设计合理的座椅椅,能够降低在电脑旁坐着工作人们的工作疲劳感,带来一份舒适和体贴。
1、座椅的要求
1.坐姿生理学:
必须考虑脊柱的结构、腰曲弧线、腰椎后突和前突的问题
2.坐姿生物力学:
必须考虑肌肉活动度、体压分布、股骨受力、椎间受力。
由人机工程学的要求,我们得出几条座椅设计原则:
1.座椅的设计应保证腰弧曲线正常,让腰部处于正常的姿势下,压力适当的分布在各椎间盘上,肌肉组织上承受均匀的静负荷,避免椎间盘内压力分布不正常,产生腰部酸痛,疲劳和不适感。
2.保证肢体免受异常力作用,避免椎间盘在间隙缩小的前端受推挤和摩擦的引起的腰部不适感。
二、问卷调研
大学寝室座椅调查问卷
访问地点______访问时间_______访问员______
您好,我们是黑龙江八一农垦大学工业设计系的学生,现在正在针对U盘的一些问题,向您调查咨询。
您的观点和意见会被严格保密,最终仅被用于汇总后的统计分析,请您放心填写,谢谢您的支持与配
1、您的性别是:
()
A、男B、女
2、您的年级:
()
A、大一B、大二C、大三D、大四E、研一F、研二G、研究生以上
3、您对寝室的椅子满意吗:
()
A、非常满意B、一般C、不满意
4、您目前使用的座椅是:
()
A、学校配备的椅子B、自己购买的座椅C、自己买的小板凳
5、您的身高在哪个范围:
()
A、160cm以下B、160cm~170cmC、170cm~180cmD、180cm以上
6.、您认为寝室座椅的高度合理吗:
()
A、非常合理B、比较合理C、不合理D、一般
7、当您回到寝室时看到寝室座椅的第一感觉是:
()
A、很舒服,想要坐下B、太冷硬了,不想坐C、美感强D、美感弱E、一般F、无所谓
8、您觉得寝室的座椅符合您的坐姿习惯吗:
()
A、符合B、不符合
9、您对寝室的座椅有什么不能满意的地方:
()
A、太硬B、太软C、冬凉夏暖D、拖动的时候声音很大E、不好看F、我很满意G、其他
10、您可能会将椅子用来做什么:
()
A、只用于坐着B、会用于踩着上床
C、会用来踩着挂衣物D、其他
11、您希望寝室的椅子是怎么样的:
()
A、有腰背的B、有扶手的C、配有软垫的
D、可折叠的E、结实的F、美观的
G、节省空间的H、其他
12、您希望寝室的座椅是什么材质的:
()
A、塑料B、金属C、木质D、其他
13、您认为寝室的座椅大小合适吗:
()
A、偏大,占地方B、正好合适
C、一般D、不合适,太小
14、您平时坐在椅子上突然起身或转身是会遇到什么困扰:
()
A、椅子会很大的阻碍我的动作
B、椅子会发出刺耳的声响
C、椅子不稳,容易摔倒
D、无困扰
15、您希望寝室的椅子做哪些方面的调整:
()
A、外形B、功能C、材质
16、您希望寝室的椅子颜色是相同的还是不同的:
()
A、相同颜色的B、不同颜色的
17、您平时坐在椅子上,脚会放在什么地方:
()
A、脚踩在椅子下面B、脚踩在椅子的横梁上面C、脚踩在椅子前面D、其他
18、您认为寝室的座椅是否有必要加一些储物装置:
()
A、非常有必要B、有了更好C、可有可无D、毫无必要
19、您认为寝室座椅是否有必要装一个扶手装置:
()
A、非常有必要B、有了更好C、可有可无D、毫无必要
20、您希望椅子腰背的设计上是否需要有挂钩:
()
A、需要,可以挂包包或小件衣物
B、不需要,太多余
C、无所谓
问卷分析:
关于大学生在寝室所用座椅存在的一些不便,我们提出了一些问题,并制作了调查问卷,在黑龙江八一农垦大学学生寝室发放了50份调查问卷,对于得出的数据结果,我进行了简要的分析,分析及图表如下:
1、您的性别是:
()
A、64%B、36%
2、您的年级:
()
A、0%B、52%C、48%D、0%
E、0%F、0%G、0%
分析:
根据1、2问题数据结果分析,在这50份问卷里,被访问者中64%是男生,36%是女生,并且都是大二大三学生,访问结果真实可靠。
3、您对寝室的椅子满意吗:
()
A、8%B、48%C、44%
4、您目前使用的座椅是:
()
B、60%B、40%C、0%
分析:
根据3、4题数据结果分析,对于寝室椅子,将近一半被访问者觉得一般,也将近一半不满意目前的椅子,同时60%仍使用学校配发的椅子,40%自己购买了座椅。
5、您的身高在哪个范围:
()
A、4%B、36%C、48%D、12%
6.、您认为寝室座椅的高度合理吗:
()
A、0%B、48%C、44%D、8%
分析:
根据5、6问题数据结果分析,大多数被访问者身高集中在160cm~180cm,其中觉得目前寝室椅子比较合理的与不合理的分别将近各占一半。
7、当您回到寝室时看到寝室座椅的第一感觉是:
()
A、4%B、44%C、16%
D、8%E、24%F、4%
分析:
很多被访问者觉得一回到寝室看到椅子会有很硬很冷的感觉,不太舒服,不想要坐下去,其余同学觉得很一般,没什么感觉。
8、您觉得寝室的座椅符合您的坐姿习惯吗:
()
A、40%B、60%
9、您对寝室的座椅有什么不能满意的地方:
()
A、40%B、5%C、19%D、19%
E、10%F、2%G、5%
分析:
数据分析得大多数被访问者对寝室座椅太硬、冬凉夏热、拖动声音极大感到不满,让他们在寝室不能够很舒服的学习生活。
10、您可能会将椅子用来做什么:
()
A、37%B、37%C、17%D、9%
分析:
寝室的凳子对于学生来说不仅用于休息落座,同时还会用于踩着上床、挂衣物等,这就要求我们的凳子得足够结实,使学生安全方便舒适。
11、您希望寝室的椅子是怎么样的:
()
A、30%B、17%C、25%D、11%
E、6%F、8%G、3%H、0%
分析:
大多数被访问者希望座椅有腰背,有扶手,配有软垫,这些都是同学舒适度的需求,对于现有的座椅有待改进。
12、您希望寝室的座椅是什么材质的:
()
A、15%B、36%C、44%D、8%
分析:
大多数被访问者椅子是金属或木质的,可能想要椅子更结实。
13、您认为寝室的座椅大小合适吗:
()
A、6%B、20%C、34%D、40%
14、您平时坐在椅子上突然起身或转身是会遇到什么困扰:
()
A、20%B、23%C、54%D、3%
分析:
椅子的稳定性不太好,容易摔倒,同时椅子有时会阻碍动作,移动时不方便还会发出很大的声音。
15、您希望寝室的椅子做哪些方面的调整:
()
A、30%B、50%C、20%
分析:
大多数同学希望椅子在功能上有所改进。
16、您希望寝室的椅子颜色是相同的还是不同的:
()
A、40%B、60%
17、您平时坐在椅子上,脚会放在什么地方:
()
A、8%B、56%C、16%D、20%
分析:
大多数同学在做椅子时会把脚放在椅子的横梁上,所以在今后的设计中要满足大家的需求,同时要提高舒适度。
18、您认为寝室的座椅是否有必要增加一些储物装置:
()
A、32%B、36%C、24%D、8%
19、您认为寝室座椅是否有必要装一个扶手装置:
()
A、16%B、56%C、24%D、4%
20、您希望椅子腰背的设计上是否需要有挂钩:
()
A、28%B、48%C、24%
分析:
根据18~20问题的数据结果分析,大多数被访问者希望寝室的座椅有一些储物装置。
可以增加空间利用率,也希望有一个扶手装置,提高舒适度,而对于座椅上的挂钩,28%觉得需要,48%认为不需要,多余,其余同学持可有可无的态度。
小结:
通过对大学寝室座椅的心理调查问卷数据分析,当前寝室的椅子不能够满足学生们的需求,椅子的材质外观都有待改进,而在其功能上得考虑也应该引起重视,而对于现存的椅子过硬,稳定性不好,声音太大;寝室的凳子对于学生来说不仅用于休息落座,同时还会用于踩着上床、挂衣物等;座椅有腰背,有扶手,配有软垫;材质要求是金属或木质的,希望寝室的座椅有一些储物装置。
可以增加空间利用率,也希望有一个扶手装置,提高舒适度,在今后的设计中要力求完善,使学生在寝室可以舒适的学习和生活。
但由于问卷数量较少,并且不够分散,很多方面还不完善,不能够更好地体现大学生的需求,在今后的问卷调查中,要注意访问者的随机性,广泛性,数量足够多,才能得到更好地调查效果。
对于寝室座椅今后的设计方向,要提高质量,美化外形,功能实用性要提高,要解决目前椅子存在的问题进行改善,可以使学生放心舒适的在寝室休息与学习,营造更好地校园环境。
3、实物调查
现就针对黑龙江八一农垦大学学生宿舍内座椅进行实物测量
我所住的二号楼524室内座椅如下图
测得如下数据
类型
尺寸
坐面角度
0°
靠背角度
98°
坐面高度
436mm
座位宽度
376mm
座位长度
389mm
靠背宽度
330mm
靠背高度
832mm
4、系统分析(从上至下)
1、腰背部分腰背部分是由椅子的靠管和背靠面板组成,是人机接触,保证腰弧曲线正常的部分,直接影响背部和腰部的舒适度,腰背和背部相接触的接触面(包括材料的选择和接触面弧线的设计)的改良是座椅不断改进的方向。
大学生座椅的第一步工作是分析腰背的宜人性人体尺寸,即它的宽和高与人体的背部是否相适宜,是否是在人体感到舒适的范围之内。
备注:
该款椅子较学校发的塑料凳更舒适,满足了大学生座椅的基本要求,且价格便宜能够被大学生接受,所以对其进行人机分析。
1)座椅腰靠设计:
要求:
1、腰靠长度、腰靠宽和腰靠高1)因为人体背部处于自然形态时最舒适,此时腰椎部分前凸,因此用靠背角度和适当的腰椎支持来尽力保证。
2)靠背的尺寸主要由臀部底面到肩部的高度(决定靠背高)和肩宽(决定靠背宽)有关,确定高度时还必须计入座椅的有效厚度。
3)为了使背部下方臀后骨和腰下部有适当的后凸空间,座面上方与靠背下部之间应有凹入或留一开口部分
2、腰靠的倾角:
1)指座面与靠背的夹角,其目的与座面角度相似2)从脊柱正常形态来看,该角为115度较为合适。
实际应用中,建议取:
阅读用椅101—l04度,休息椅105—108度
分析说明
座椅在使用的过程中保持坐姿,真的坐姿操作,腰靠长应选择尺寸的下限值,男性的第95百分位作为尺寸的上限;腰靠宽和腰靠高应选择尺寸的中间值,即为第50百分位,还应适当的考虑功能修正量,按照这种方法,查表得如下数据:
男性的95百分位的腰围
男性的5百分位的肩宽
男性的50百分位的坐姿肩高
男性的50百分位的坐姿肘高
d腰靠长
944
330
e腰靠宽
558
263
g腰靠高
而,腰靠的倾角β为(95-115度),腰靠圆弧半径R为(400--800)mm
按照这种方法分析计算得:
中国男性的9男性的95百分位的腰围中国男性的944mm,
男性的5百分位的肩宽330mm,
座椅的腰靠长为:
(330--944/2)mm;
男性的50百分位的坐姿肩高558mm,
男性的50百分位的坐姿肘高263mm,两肘之间的宽度尺寸修正量为20mm
腰靠宽=人体尺寸百分位+功能修正量=(558-263)+(0-20)=(295--325)mm,
男性的50百分位的坐姿肩高558mm,
男性的50百分位的坐姿肘高263mm,两肘之间的宽度尺寸修正量为20mm
腰靠高为(558+263)/2=410mm
腰靠的倾角β为(95-115度)腰靠圆弧半径R为(400--800)mm,
因此,座椅的腰靠长为:
(330--472)mm;腰靠宽=(295--325)mm,腰靠高为(558+263)/2=410mm,腰靠的倾角β为(95--115度)腰靠圆弧半径R为(400--800)mm,实践测量的数据;腰靠长为382mm腰靠宽330mm腰靠高为340倾角β为105度R=200mm,发现现有腰靠宽和腰靠高尺寸设计较大,设计不太合理。
2)座椅座面设计:
要求1、座面高度要求:
1)适当的坐面高度应使大腿保持水平,小腿垂直,双脚平与地面。
2)坐面不能太高,否则小腿悬空,则大腿受到座椅边缘压迫,使得坐着感觉不适,长时间坐着也阻止血液循环,引起腿麻,最好边缘设计一个过渡圆弧3)座面也不能太低,否则腿长的人盆骨后倾,要不感觉不适
2、座面宽度:
1)座宽必须能容纳身材粗壮的人。
对单人使用的座椅,参考尺寸是臀宽。
2)座宽也不能太大,如长时间坐姿作业,双臂应得到应有的支承,如座宽太大,则肘部必须向两侧伸展以寻求支承,这样会引起肩部疲劳。
3、座深:
1)指椅面前缘至后缘的距离,该尺寸不能太大。
如座深大于身材矮小者的大腿长,座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位,这样若要得到靠背的支持,则必须改变腰部正常曲线;否则,坐者必须向座缘处移动以避免压迫膝窝,却得不到靠背的支持2)为适应绝大多数使用者,座深应按较小百分位的群体设计,这样身材矮小者坐着舒适,身体高大的人只要小腿能得到稳定的支持,也不会在大腿部位引起压力疲劳。
4、坐面倾角:
1)一是由于重力,躯干后移,使背部抵靠椅背,获得支持,可以降低背肌静压。
2)二是防止坐者从座缘滑出座面。
3)倾角大,有利于身心松弛,倾角小,有利于上半身的发力。
尺寸设计说明
座椅的座面设计必须符合绝大多数人的尺寸,应当选大尺寸作为尺寸的上限,因此,座宽选取男性的95百分位的坐姿臀宽,座深选取男性的95百分位的座深,而座高的选择应考虑坐的时候研究观看时,眼镜具有良好的视角,应选取男性的95百分位的座高,还应考虑尺寸修正量;坐面倾角α为(0--5度)应选择测量范围以内的值,按照这种方法,查表得如下数据:
男性的95百分位的小腿加足高
男性的95百分位的坐姿臀宽
男性的95百分位的座深
a座高
448
b座宽
355
c座深
494
而,坐面倾角α为(0--5度)
按照这种方法分析计算得:
按照正常用电脑工作时,视线低于正常视线(0--35度)应选
男性的95百分位的小腿加足高448mm,小腿加足高的尺寸修正量为36mm
座高为448+36=484mm
男性的95百分位的坐姿臀宽355mm
座宽为355mm
男性的95百分位的座深494mm
座深为494mm
坐面倾角α为(0--5度)
因此,座高为448+36=484mm座宽为355mm座深为494mm坐面倾角α为(0--5度)
实际测量的座高为436mm,座宽为376mm,座深为420mm,坐面的倾角为0,
经过对比发现坐面的倾角存在设计不足。
座高不能调节,不符合实际情况。
四、部分改进设计
1、腰靠的改进
腰靠宽的范围应控制在200--300mm之间
腰靠长的范围应控制在320--340mm之间
腰靠高的范围应控制在165--210mm之间
座椅的结构形式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应,应能是操作者在工作中保持身体舒适、稳定并能进行准确的控制和操作。
2、座面的改进
座高的范围应控制在360--480mm
座宽的范围应控制在370--420mm
座深的范围应控制在360--39mm
坐面倾角应控制在0--5度
座椅的座高和要靠高必须是可调节的,座高的调节范围在360--480mm之间;座椅的腰靠高度的调节方式为165--210mm间的无级调节,座椅可调节部分的结构构造,必须易于调节,必须保证在椅子使用的工程中不会改变已调节好的位置并不得松动。
3、修改后和修改前对比
实物
差值
新设计
靠背角度
98
2
100
坐面高度
436
-16
420
座位长度
389
-4
385
座位宽度
376
24
400
靠背宽度
330
60
390
靠背高度
832
18
850
单位:
mm;°
4、设计效果图
渲染模型图渲染效果图
主视图左视图
俯视图
5、三视图的尺寸图
6、设计总结
该座椅主要考虑靠背角度与座面前段加圆弧过渡,较大面积的圆弧靠背,和做面高度的调整,以提高坐的舒适度,和减小对长时间坐着学习或上网产生的疲劳。
虑到耐用性与成本,未添加坐垫,使用者可以加铺垫和饰面,加大靠背与座面的柔软度,从而提高舒适度,减小疲劳。
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