基于人機工程學的宿舍座椅改良設計

王麗，牛莎莎

（內蒙古工業大學機械工程學院，內蒙古 呼和浩特 010051）

人機工程學是一門綜合性學科，該學科主要為各設計領域提供人、機、環境三方面的設計原則，主旨設計思想是“以人為核心”。人機工程學學科提供了一套完整的系統化設計方法，實現了對設計對象全面而綜合的思考，能夠避免設計工作的片面性。本文利用人機工程學理論，對現有學校宿舍座椅展開分析，進而完成改良設計。

1 人機評析

1.1 靠背評析

靠背設計與人體脊柱結構（見圖1）密切相關，脊柱在正常狀態下有四個生理彎曲，對應著相應的彎曲弧度，與座椅靠背最基本的相關部位是腰椎?，F有座椅的靠背是一個長方形木板（見圖2），只有略小的弧線，其造型不能對腰椎起到較好的支承（見圖3），從而偏離正常的腰椎彎曲狀態，使得腰椎部位的椎間盤和它上面附著的肌肉組織、肌腱和韌帶等處于非正常受力中。

圖2 現有座椅的靠背

圖1 人體脊柱

圖3 現有座椅坐姿

1.2 座面評析

座面設計主要遵循壓力分布不均勻原則，即坐骨處壓力最大，向四周逐漸減小，至大腿部位壓力降到最低值，見圖4。現有座椅座面（見圖5）縱深明顯偏大，容易頂住腘窩部位，使其腘窩處受力，同時，使人體坐姿承受壓力違背壓力分布不均勻原則，壓力不會集中在坐骨處，大腿根部也會承受一定的壓力（見圖3）。

1.3 座椅尺寸評析

基于人機工程學中測量學理論依據和對現有座椅所做的實際測量，得到理論尺寸和實際尺寸的對比情況，見表1。

圖4 坐姿壓力分布

圖5 現有座椅的座面

表1 理論實際尺寸對比（單位：mm）

從表1可以看出，現有座椅尺寸與依據人機理論得到的尺寸相比，差異較大，有待改正相關尺寸。

1.4 材質評析

現有座椅靠背和座面采用膠合板，支架使用涂漆鐵管，椅腿足部有塑料防滑套，螺釘連接。所使用的材料偏于冰冷的強硬的工業風格，材料不環保，缺乏親和力和溫馨感，不能夠較好地滿足宿舍環境氛圍，也不能滿足學生的心理需求。

1.5 色彩評析

靠背和座面貼面色彩接近木質紋理，木紋雖然屬于自然色，但是，該色顯得陳舊，缺乏活力。支架表面涂漆為白灰色，椅腿配有黑色的防滑套。整體配色顯得過時、平淡而壓抑。

2 改良設計

2.1 靠背設計

人處在沒有靠背支承的坐姿狀態下，背部受腰椎和肩部受力較大。根據表2，一般休息座椅的靠背會對腰部和肩胛部的提供支撐，從而起到了緩解腰部、背部肌肉受力的作用。宿舍用座椅，有休息和學習兩種功能，所以靠背增加了合理的腰靠和肩靠。本次設計屬于男女共用Ⅲ型產品，肩靠高度根據坐姿人體尺寸數據，取男性、女性坐姿肩高第50百分位數+功能修正量(坐姿肩高)，得出肩靠高度為587mm。腰部支撐點的高度是腰部支撐點到座位基準點的垂直距離，在數值上等于髂嵴點到座位基準點的垂直距離。而髂嵴點的位置在實際的測量工作中比較難以確定，在長期的測量實驗中發現髂嵴點的高度大概相當于人體在坐姿狀態下的坐姿眼高的1/3，上下的實際誤差大概有5mm，由此我們可以得出，腰部支撐點的高度為261mm。

表2 四種座椅靠背形式及適用范圍

2.2 座面設計

座面高度尺寸是比人體的小腿加足高的數值低10～15mm。我國成年男女的小腿加足高的50百分位數分別是：H50男=413mm，H50女=382mm；分別加上各自的穿鞋修正量（男子為25mm，女子為20mm）和穿褲修正量（-6mm），就可以得出適合我國成年男女使用的座椅的座高的范圍在350～460mm，本次設計采用420mm。座面寬度尺寸取我國成年女子坐姿臀寬的95百分位數值作為設計依據，考慮修正量后，取400mm。座面縱深根據GB/T 14774-1993《工作座椅一般人類工效學要求》推薦值取380mm。

2.3 材料和色彩設計

本次設計靠背和椅面采用透氣性和環保性較好的棕灰色麻點布料，支架采用銀色亮面不銹鋼鋼管，布料給人溫馨、親和、舒適的感覺，色彩耐臟沉靜，白色不銹鋼鋼管給人現代感。效果如圖6。

3 結語

圖6

本次設計對象主要針對高校學生宿舍用座椅，其功能不局限于學習，因為大部分學生會在教室或實驗室完成學習任務，宿舍環境中更多用于休息放松，目前，宿舍所使用座椅難以滿足學生的需求。本文從人機工程學理論出發，分析了現有座椅存在的不足之處，展開改良設計，從而設計出符合人機特性、舒適、健康的座椅，滿足大學生在宿舍使用座椅時的生理和心理需求，使宿舍環境更加人性化。