TITLE: 人類工效學-第六章 工作地設計 AUTHOR: QUENCY DATE: 07/09/2013 09:58:56 PM CATEGORY: 人因工程設計 STATUS: publish ---- BODY:
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第六章 工作地設計
人在工作中所需要的活動空間, 加上機器, 設備, 工具及被加工件所占的空間統稱為工作地. 工作地設計的任務就是使機器, 設備, 工具及被加工物根據人的操作要求進行空間佈置, 達到舒適, 方便, 提高工效的目的. 工作地設計是生產管理, 生產組織和工藝設計人員的一個重要任務. 工作地的設計包括工作高度的設計, 坐椅的設計, 達到空間等多方面的內容. 工作地設計與人體測量學是密切相關的.
第一節 工作高度
工作高度通常是指人的手在工作時相對於地面的高度. 工作高度太低時, 人的視力受到影響, 進而影響人的工作效果. 為了改善視力, 人也許不得不彎著身子或低著頭, 這又會產生腰疼或脖子疼. 相反, 若工作高度太高了, 人在工作中不得不抬高手臂, 這又會使肩膀疼. 因此, 設計合理的工作高度是十分必要的. 唯一最優的工作高度是不存在的, 因為最優的工作高度不僅隨著人的實際尺寸的不同而變化, 而且也與人的姿式, 工作性質有關.
一. 站立時的工作高度
一般而言, 人站立工作時較舒適的工作高度是比站立時的肘高低5-10釐米. 我國男性站立時的平均肘高為102釐米, 女性為96釐米, 所以對男性較合適的站立時的工作高度應為92--97釐米, 女性為86--91釐米. 但是人們站立工作時工作臺的高度與工作的性質有關. 精密的工作要求較高的工作高度以改善視力, 重體力勞動要求較低的工作面以便於手部使勁. 表6-1給出了西方國家推薦的對不同的工作站立時的工作高度.
表6-1. 站立工作時推薦的工作高度 (單位:cm)
工作類型 對男性的推薦高度 對女性的推薦高度
精密工作 100-110 95-105
輕度工作 90-95 85-90
重工作 75-90 70-85
由於我國人的平均身高比西方國家人的平均身高要低5釐米左右, 所以我們在採用上面的資料時應考慮到這一差異, 否則採用的值可能偏高.
從理論上來講在設計站立時的工作高度時, 稍高一點比稍低一點為好. 因為如果工作面太高了, 可以通過放一塊腳踏板來解決. 而如果工作面太低了, 則只有通過人彎腰來解決. 但在實際工作中也許會遇到問題. 我們有的企業進口的設備, 工人工作時感到太高了, 想加腳踏板, 可是管理人員卻不讓, 理由是這樣破壞了"文明生產".
二. 坐著時的工作高度
表6-2給出了西方國家推薦的坐著工作時桌面的高度. 我國目前採用的寫字臺的高度與表6-2中給出的值是相乎的. 例如作者現在使用的桌面高度為79釐米, 電腦桌面的高度為68釐米.
表6-2. 坐著工作時推薦的工作高度 (單位:cm)
工作類型 對男性的推薦高度 對女性的推薦高度
精密工作 90-110 80-100
讀書或寫字 74-78 70-74
手工勞動(包括打字) 68 65
就當指出,在人們坐著工作時, 最重要的設計尺寸是工作桌面與椅子坐面之間的距離. 當桌面太高或太矮時, 人們可以通過調整椅子的高度使自己上部保持較適合的姿式(當然以腿有地方休息為前提). 格郎金在一項研究中發現一般的辦公室工作人員比較喜歡的桌椅之間的距離是27-30cm. 即對應于75釐米高的辦公室桌, 椅子的合適高度為45釐米左右.
現在電子電腦在我國正在逐漸普及. 許多人在買回電腦後, 就簡單地把它放在自己的辦公桌上, 這樣做是不好的. 以桌子高75釐米為例, 加上鍵盤高, 實際工作高度近80釐米. 由於鍵盤操作需要手指的不斷運動, 工作高度應比讀書或寫字時低. 從表6-2中我們可以看出, 電腦桌面的高度以65-68釐米較適宜. 把電腦把在辦公桌上, 會使手臂抬高, 增加了不必要的疲勞.
三. 站坐交替工作面的設計
從生理學的角度來講, 我們推薦能夠交替站著或坐著進行的工作, 這是因為若老是站著, 人的腿部的負荷過重, 使人感到勞累, 而總是坐著, 人的運動量太小, 正如我們馬上就要看到的, 也會產生一些職業病. 人在站著和坐著時對身體內部的產生的壓力是不同的, 輪流站著和坐著工作, 人體內的某些肌肉就像是輪流工作和休息一樣. 另外許多學者相信, 每次變換姿勢都可以改善骨髓內營養的供應, 這對人的身體也是有好處的.
在設計站-坐可交替的工作面時, 工作面的高度以站立時的工作高度為准, 為坐著工作時提供較高的椅子, 椅子高以75-95釐米為宜, 同時一定要提供較高的腳踏板, 使人坐著工作時腳有休息的地方, 否則人們很難工作持久. 圖6-1給出了一個站-坐交替工作的例子.
第二節 活動空間
活動空間在這裡是指在人的身軀基本不動的情況下手或腳可達到的區間. 瞭解人的活動區間對於控制器的設計, 加工部件在桌面上的佈置, 及工具置放的位置是十分有用的. 在設計達到空間時, 一般是以小個子的尺寸為設計準則的, 因為顯然, 小個子能達到的地方大個子也能達到.
一. 伸手能達到的高度
人的手能達到的最大高度與人的身高是成比例的. 泰柏格(Thiberg)用回歸的方法計算出人手伸出能達到的最大範圍與身高有下列線性關係:
最大靜止摸高=1.24*身高
若身高為170釐米, 則最大靜止摸高為2.11釐米. 應該指出, 這只是一個一般結論, 不能排除有的人手相對於他的身高特別長或特別短的情形.
把伸手最大摸高減去手指的長度, 我們就可以得到人手的最大抓握高度. 最大抓握高度是一個較重要的指標, 因為這決定東西最多可以放多高. 但這只是人手能達到的最大範圍, 而不是最舒適的範圍. 最舒適的範圍比上面所得的值要小30-40釐米. 人在垂直方向的作業空間可以劃為五個區間, 每個區間適應于不同的工作.
1. 在0-50釐米高度之間適宜于腳控制, 若用手操作, 身體必須蹲下或彎腰, 這樣會使身體彎曲, 消耗體力, 增加不舒適感. 因此在此位置只能設計腳踏板,腳踏鈕. 把工具或要裝配的東西放在地下顯然是違反了這一原則. 我們有時也看到這樣的現象, 工人用腳去踏手動控制器或用腳把工具或零件鉤上來, 就是因為這些東西的放置位置太低的緣故.
2. 在50-70釐米之間, 手與腳的操作都不方便, 所以不宜在此高度之間設計控制器.
3. 在70-160釐米高度之間, 最適宜于物的操作和觀察, 各種重要的常用的控制器, 顯示器, 工作臺面都設置在這段高度之間, 特別是90-140釐米區間是人最舒適的作業範圍.
4. 在160-180釐米之間, 手的操作已不太方便, 但視覺條件還可以, 所以在這一區段內較適宜于放置顯示器.
5. 在180釐米以上高度, 手的操作極不方便, 視覺條件也下降. 在這個區間只宜設置報警信號或極少使用的控制器, 工具等. 由於人在觀察這一區間的顯示器時有仰角, 容易誤讀, 所以顯示器也要向下傾15-30度為宜.
二. 平面空間
人在坐著工作時, 常常是身體伸直或稍向前傾10-15度, 大腿平放, 小腿垂直或稍向前伸, 這時人的手的運動範圍被限制在工作臺面以上的空間範圍內. 雖然人手這時的最大伸及範圍是一個立體空間, 但一般來說, 人手在工作面上所能達到的範圍對我們來說才是最有用的. 下圖給出了人坐著時桌面高度手的水準工作範圍. 理想的工作範圍是以兩個肩膀為支點, 以35-45釐米為半徑的兩個半圓之內, 其次是以55-65釐米為半徑的兩個半圓. 人在工作時所需要的所有東西都應放在這個區間, 當然人的手偶爾超出這個範圍也不會有什麼負作用.
第三節 坐椅的設計
隨著科學技術的飛躍發展, 許多傳統的體力勞動工作正在被腦力勞動工作所代替, 其結果是坐著工作的白領工人的數量的急驟增加, 現在在西方發達國家坐著工作的人數已大大超過站著工作的人數, 因此有人把二十世紀稱為是人從站立動物變成坐著動物的世紀. 坐椅成了人們在工作中使用最多, 最久的一個"工具". 為作業者提供舒適的椅子, 可以大大減輕人們的疲勞程度, 提高勞動生產率. 因此人們對坐椅的設計進行了大量的研究.
一. 坐著工作的優點
在日常生活中, 我們對坐椅是十分熟悉的. 坐椅是如何起源的? 考古學家發現坐椅最早是以一種身份的象徵出現的. 在部落開會時酋長坐在椅子上, 而其他人則坐在地上. 後來發展到國王坐在龍椅上, 大臣們站著或坐在側面的椅子上聽候聖旨. 既使現在, 坐椅的這種象徵地位的作用仍然是存在的. 我們走進一個工廠或一個公司, 從一個人的坐椅就可以看出他在那時的地位, 一般工人是坐在木椅上的, 年長的職員坐在有點海綿的折疊椅上, 只有廠長或經理坐在舒適的沙發椅上. 如果一個女秘書坐椅特別好, 很可能她對廠長或總經理有影響力等.
從人類工效學的觀點來看, 椅子的主要作用不應是它的象徵意義, 而是它的減少疲勞的功能. 相對於站著工作, 坐著工作有下面幾個好處:
1. 減輕人的腿部的負荷. 人在站著時, 人的全身的重量是由大腿承受的, 而在坐著時, 人的上半部的重量直接由臀部承受的. 人身體在兩種姿式下所承受的壓力如下圖所示. 顯然在站立時, 人腿承受的重量要大得多.
2. 人在坐著時, 能量的消耗也減少. 這是由於人身體所承受的重量也減少, 靜負荷減少, 因而能量消耗自然減少. 由於能量消耗的減少, 對血液的需求量也隨之減少.
3. 人在坐著工作時, 能更好是完成比較精確和精細的工作.
總之, 人坐著工作一天不象站著一天那樣累了.
二. 坐著工作產生的問題
坐著工作使人一天的運動量大大地減少, 這既是一個優點, 也是一個缺點. 如長期坐著使人的腹肌鬆馳, 不僅使人行動變得遲緩, 也影響到人的消化和呼吸功能. 但最常見的問題是由於長期坐著不動而帶來的肌骨疼痛. 表6-3給出了在瑞典對246個辦公人員進行的一項問卷調查的結果. 從表中可以看出坐著工作帶來的疼痛區域是廣泛的, 涉及到人體從頭到腳幾乎各個部位, 其中以腰疼最為嚴重. 56%的人抱怨他們曾感到過腰疼.
表6-3. 坐著辦公人員的抱怨
部位 百分比(%)
頭疼 14
脖子疼或肩膀疼 24
腰疼 56
大腿疼 19
膝蓋和小腿疼 29
為什麼坐著工作看起來舒服, 而又有這樣高的比例的抱怨呢? 這是因為坐著工作時, 人的脊椎的壓力發生了根本的轉變.
下圖給出了在站立時和坐下時人的脊椎的形狀. 在站立時, 人的脊椎相對的直一些. 在坐下時, 人的脊椎是彎曲的, 而且在腰椎以下要承受較大的扭力.
圖6-4給出了納切森(Nachemson)測出的在四種不同姿式下人的第三根腰椎與第四根腰椎之間的壓力, 以站立時的壓力為100%, 直著坐著時, 壓力為140, 彎著身子坐下時, 壓力為190%, 增加了近一倍.
人的脊椎在短時間內是能夠承受高於空手直立時所產生的壓力的. 問題是坐著工作的人長所累月地使脊椎超負荷運行. 由於尚不知道的原因, 脊椎之間的脊椎盤慢慢地失去了彈性, 功能開始下降, 在嚴重的情況下, 脊椎盤之內的液汁甚至被擠出脊椎盤, 使脊椎的功能徹底喪失. 而不正確的坐姿, 不合適的椅子更加快了這種速度, 這使得許多科學家投身于坐椅的研究了.
三. 坐椅的設計
根據大量的研究結果, 人們為座椅設計提出了以下原則:
1. 座面高度
座面高度應合適. 若太高, 兩腳被懸空, 使下肢和背部肌肉緊張, 同時大腿的下表面受坐椅前緣的壓迫而血流不暢, 感到酸麻. 但座面太低, 則為了使人體重心落在支援面內, 軀幹勢必前傾, 這樣就不能保證脊椎的關節處於合適的夾角, 而且增加了背, 腰部肌肉的負荷. 合適的座面高度應取略低於小腿高度, 一般在40-45釐米之間. 設計通常滿足較高的95%, 而對餘下的5%只要採用腳墊也會感到合適. 如有可能, 座椅的高度應能夠調整最好.
2. 座面縱長
座面縱向太長, 椅面的前緣會妨礙小腿活動, 也無法有效地利用靠背, 但太短顯然也不好, 座面應能保證臀部全部得到支撐, 一般以臀膝距的3/4為設計依據, 通常取45釐米左右.
3. 座寬
一般來說座寬寬些, 人坐著要舒服些, 但座椅的成本和佔有的空間增加, 顯然座寬要滿足臀部的寬度, 對於有扶手的座椅更是如此, 否則人便坐不下去. 設計座寬時, 要以臀部最寬的5%為依據, 一般為40釐米左右, 當然在成本和空間允許的情況下, 座寬是高於這個最低要求的.
4.座面
研究表明, 當座面向後傾時, 人的腰椎受力要合理些. 但傾多大最好呢? 當座椅是休息用的椅子時, 這個角度為與水平面成14-24度為最好, 但當座椅是工作用椅時, 座面傾斜的角度應小些, 以與水平面成5度左右為宜.
5. 座椅的靠背.
大量的研究表明, 靠背是減少由於坐著工作帶來的腰疼的最好方法. 所以對於常年坐著工作的人, 座椅一定要有靠背. 靠背的高度應有48--52釐米, 這樣不僅腰可以得到休息, 肩也可以得到休息, 靠背的寬度以32--36釐米為宜, 並應有弧形. 靠背應向後傾斜15--20度(與垂直面), 靠背應用較柔軟的材料做成.
下圖是一個現代化的椅子.
. 人的資訊處理系統的基本結構
以上我們介紹了幾個關於人的資訊處理系統的基本模型, 從這些模型中我們對人的資訊處理系統有一個初步的瞭解, 我們把這些模型中的主要觀點綜合起來,可以得到以下關于人的資訊處理系統的基本組成部分的結構圖. 圖中的每一個方框分別代表資訊處理的各個階段, 箭頭表示資訊流通方向. 下面先對圖中的各個元素給一個簡單的說明:
人的資訊處理的第一個階段感覺. 在這一階段, 人通過各種感覺器官接受外界的資訊, 然後把這些資訊傳遞給中樞資訊處理系統. 感覺內部有存貯器, 以便在中樞資訊處理系統未接受感覺資訊之前, 把這些資訊先暫時存貯一段時間, 通常在1-2秒鐘之內, 若在這段時間內, 資訊還無法進行中樞資訊處理系統, 則資訊就在這裡消失掉. 在感覺之後是人的中樞資訊處理系統, 也被稱作認知系統, 或決策系統, 在這裡, 人對獲得的資訊進行編譯, 整理, 選擇, 決定採取什麼, 這期間, 要不斷地與人的記憶發生聯繫, 從記憶中取決相關的資訊, 把有用的資訊貯存到大腦中. 在中樞資訊處理系統之後, 是人的反應系統, 它執行中樞資訊系統發出的命令, 產生人的資訊處理系統的輸出. 在資訊經過感覺, 決策, 反應的三個階段時, 幾乎都離不開注意. 人的注意資源量是有限的, 假如有些階段的資訊處理佔用了較多的資訊資源, 那麼其他階段能分配到的就比較少, 它們處理資訊的效率就會因此而降低. 人的注意能力可以隨著努力程度的提高而有一定的提高, 通過學習和訓練,資訊處理過程對注意的要求也可以降低. 例如我們能夠一過走路一邊聊天, 這兩種活動之所以能順利進行, 就是因為我們對走路已經相當熟練, 只要給予少量注意資源就可以了.
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