人机工程学在工装设计改进中的实际应用

祁光威 邱梦娟 王成菲 李金龙 姜巍

摘要：现代产品设计日益重视人与物和环境之间的协调关系，企业在经济效益和社会效益得到大大提升的同时，对于一线操作者身心健康的关心和关注，成为了企业良性、健康、可持续发展的重要文化基础，也成为了彰显企业“以人为本”的重要载体。如何在不降低生产效率、不降低产品质量的同时，实现最大限度的降低一线职工的劳动强度，成为了摆在工业化部全体工艺规划人员的一项重要课题。

关键词：人机工程学；工装设计；人体尺寸

一、概述

人机工程学是本世纪40年代末、50年代初兴起的新兴学科，是研究人与系统中其他因素之间的相互作用的学科。以人机工程学理念为基础的工装设计不但要满足人们生理上的需要还要满足人们的心理需要，通过对人体尺寸、骨骼、肌肉、姿势等方面的研究分析，提高作业工效、保证安全、维护劳动者的身心健康，人机工程学涉及我们日常生活中的各个方面，是我们日常生活和工作中不可缺少的一门学科，企业领导者、工程技术人员和企业管理人员应重视人机工程学的研究，对完善企业的人机系统，提高企业劳动生产率、提高企业经济效益和社会效益大有裨益[1]。

二、工装器具的人机工程设计方法

1、人体尺寸因素设计应用

为使各种与人体尺度有关的设计对象能符合人的生理特点，让人在使用时处于舒适的状态和事宜的环境之中，必须在设计中充分考虑人体的各种尺度，人体尺寸为确定工装器具活动空间、操作高度及活动范围提供依据。现阶段我国人体工程学中人体尺寸参考《GB/T 10000—1988》，它提供了我国成年人人体结构尺寸的基础数据，包括体重、身高的平均值，以及站、坐、跪、卧、蹲等位置时的限制尺寸。典型人体尺寸的应用原则有如下几项[2]：

（1）人体身高：用于确定工装器具的限高，其主要的功用是确定净空高度，设计时应考虑尽可能适应100%的人；

（2）立姿/坐姿眼高：用于布置显示器等展示品。其原则是允许大部分人都能看得到，故考虑应用第5百分位数的数据；

（3）肘部高度：对于工作台及其他站着使用的工作表面的舒适操作高度，依据人机工程学理论研究发现最舒适的操作高度是低于人的肘部高度7.6cm，具体参照活动性质；

（4）坐姿垂直伸手高度：主要用于确定头顶上的控制装置和开关等等，应满足多数人的身材要求，选用第5百分位的数据是合理的；

（5）立姿垂直手握高度：可用以确定开关、控制器、拉杆、把手等等的最大高度，应采用第5百分位数的数据。

2、人体关节活动限值

人体各关节的活动有一定的限度，超过限度，将会造成损伤。也只有关节处在一定的舒适调节范围内，人体才会感到舒适。人机工程學给出了人体全身关节的最大活动范围和能舒适调节的范围[3]。

3、人的视野范围

人的视野是指头部和眼睛在规定的条件下，人眼可觉察到的水平面与铅垂面内的空间范围。人体标准视野范围是视觉显示装置和主要观测范围的布置依据。人的正常视线范围为头部前倾10～15°，头部与眼睛轴线之间夹角在105～110°之间时。此时视线在水平视线之下约25～30°[4]。

三、人机工程学在工装设计中的研究实例

以中车某轨道客车企业装配车间车下布线工序为例，基于人机工程学原理设计人机工程工作椅，有效消除操作者的作业疲劳，改善长期站立的作业姿势。

1、原接线方案存在问题

在进行车下接线工序时，操作者长期站立在地面上，保持举臂、仰头姿势，每天处于该种不良工作状态约6小时，易造成手臂、腰部、颈部疲劳，存在引发颈椎病、关节劳损等疾病的风险。

（1）操作者需站立仰头举臂作业，椎柱违背正常生理曲线，向反方向弯曲，对腰部产生极大的负担。

（2）操作时坐骨处没有支撑，上身体重作用于脚底的支承面上，使下肢产生疲劳。

（3）手臂的接线运动举臂较高，肩关节运动上下摆动的最佳舒适度范围在+15°～+35°之间，大部分的作业动作都在没有支撑的不舒服的区域完成，属静态施力，阻碍血液新陈代谢，易引起酸痛疲劳。

（4）人体在直立无其它辅助支撑的情况下，作业要求头部后仰25°～30°，视线达水平面之上约30°，在此情况下颈关节却没有支撑，导致颈部肌肉静态施力，引起颈部酸痛疲劳。

2、人机工程改善分析

现场工作岗位较高，在（1500～1800）mm之间，工作椅无法达到此高度，必须维持立姿的作业方式，故针对现场环境设计制造立姿靠椅。设计要求如下：

（1）该立姿靠椅的靠背应设计成向后倾斜的，且臀部位置设有弧形支撑座，不仅能承担操作者上身的部分重量，还可维持髋关节的基本形态。大腿与上身有一定的夹角，缓解腰椎形态的变化及椎间盘的压力异常。倾角不可过大，保证立姿靠椅的重心在底盘之中，避免倾翻。此时，该靠背符合人体脊柱的正常生理形态，腰靠舒适。

（2）根据工作情况的具体分析，该立姿靠椅为长时间的用椅，为缓解颈椎的负担，应提供头枕，头枕的支撑位置应该在颈椎之上、后脑勺的下部。

（3）操作者手臂不得不放置在较高的位置进行作业，因此需在手臂下方做支撑，避免手臂处在长期静态施力的状态。

（4）由于腰靠与垂直方向存在一定的角度，且操作者作业使用时有向后的推力，因此在底盘处增设脚踏板，踏板下方有制动装置，可防止操作者在作业过程中推力过大导致底盘小轮转动，带动椅子移动产生安全威胁。

3、人机工程改善前后对比

总结 减轻劳动强度约80%以上。

四、结语

人机工程学提供了适用于人的各种数据的最佳范围，以人机工程学理论为依据的工装设计可以降低操作者劳动强度，提高作业舒适性，提高广大一线职工的工作热情，为广大一线员工营造健康、愉悦的工作环境，积极投身于提高一线操作者身心健康的工作，为企业良性、健康、可持续发展提供重要的文化基础，彰显现代企业的人文关怀。

参考文献

[1]房长所.浅谈人机工程学在企业中的应用[J].宏观经济管理，2013.

[2]丁玉兰.人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2011.

[3]阮宝湘.工业设计人机工程[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]吕杰锋 陈建新、徐进波.人机工程学[M].北京：清华大学出版社，2009.

（作者单位：中车长春轨道客车股份有限公司）