人機工程學在工裝設計改進中的實際應用

祁光威 邱夢娟 王成菲 李金龍 姜巍

摘要：現代產品設計日益重視人與物和環境之間的協調關系，企業在經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心和關注，成為了企業良性、健康、可持續發展的重要文化基礎，也成為了彰顯企業“以人為本”的重要載體。如何在不降低生產效率、不降低產品質量的同時，實現最大限度的降低一線職工的勞動強度，成為了擺在工業化部全體工藝規劃人員的一項重要課題。

關鍵詞：人機工程學；工裝設計；人體尺寸

一、概述

人機工程學是本世紀40年代末、50年代初興起的新興學科，是研究人與系統中其他因素之間的相互作用的學科。以人機工程學理念為基礎的工裝設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，提高作業工效、保證安全、維護勞動者的身心健康，人機工程學涉及我們日常生活中的各個方面，是我們日常生活和工作中不可缺少的一門學科，企業領導者、工程技術人員和企業管理人員應重視人機工程學的研究，對完善企業的人機系統，提高企業勞動生產率、提高企業經濟效益和社會效益大有裨益[1]。

二、工裝器具的人機工程設計方法

1、人體尺寸因素設計應用

為使各種與人體尺度有關的設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和事宜的環境之中，必須在設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。現階段我國人體工程學中人體尺寸參考《GB/T 10000—1988》，它提供了我國成年人人體結構尺寸的基礎數據，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，設計時應考慮盡可能適應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，故考慮應用第5百分位數的數據；

（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，依據人機工程學理論研究發現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；

（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等等，應滿足多數人的身材要求，選用第5百分位的數據是合理的；

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

2、人體關節活動限值

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

3、人的視野范圍

人的視野是指頭部和眼睛在規定的條件下，人眼可覺察到的水平面與鉛垂面內的空間范圍。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。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、人機工程學在工裝設計中的研究實例

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

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約6小時，易造成手臂、腰部、頸部疲勞，存在引發頸椎病、關節勞損等疾病的風險。

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

（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，使下肢產生疲勞。

（3）手臂的接線運動舉臂較高，肩關節運動上下擺動的最佳舒適度范圍在+15°～+35°之間，大部分的作業動作都在沒有支撐的不舒服的區域完成，屬靜態施力，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°，在此情況下頸關節卻沒有支撐，導致頸部肌肉靜態施力，引起頸部酸痛疲勞。

2、人機工程改善分析

現場工作崗位較高，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方式，故針對現場環境設計制造立姿靠椅。設計要求如下：

（1）該立姿靠椅的靠背應設計成向后傾斜的，且臀部位置設有弧形支撐座，不僅能承擔操作者上身的部分重量，還可維持髖關節的基本形態。大腿與上身有一定的夾角，緩解腰椎形態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，腰靠舒適。

（2）根據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，應提供頭枕，頭枕的支撐位置應該在頸椎之上、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，因此需在手臂下方做支撐，避免手臂處在長期靜態施力的狀態。

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

3、人機工程改善前后對比

總結 減輕勞動強度約80%以上。

四、結語

人機工程學提供了適用于人的各種數據的最佳范圍，以人機工程學理論為依據的工裝設計可以降低操作者勞動強度，提高作業舒適性，提高廣大一線職工的工作熱情，為廣大一線員工營造健康、愉悅的工作環境，積極投身于提高一線操作者身心健康的工作，為企業良性、健康、可持續發展提供重要的文化基礎，彰顯現代企業的人文關懷。

參考文獻

[1]房長所.淺談人機工程學在企業中的應用[J].宏觀經濟管理，2013.

[2]丁玉蘭.人機工程學[M].北京：北京理工大學出版社，2011.

[3]阮寶湘.工業設計人機工程[M].北京：機械工業出版社，2005.

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

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司）