人因工程論文

叮叮小文庫 山 東 工 商 學(xué) 院SHANDONG INSTITUTE OF BUSINESS AND TECHNOLOGY人因工程課程設(shè)計 論文題目基于人因工程學(xué)的自行車設(shè)計改進 院系班級 指導(dǎo)老師 姓 名 學(xué) 號 完成日期 2013年02月10日 目錄一、引言1二、問題及改進12.1 鞍座設(shè)計不合理12.2 鞍座太高42.3 缺少腰靠62.4 車把握起來費力62.5 手柄握起來舒適度較差7三、結(jié)語8參考文獻9-叮叮小文庫基于人因工程學(xué)的自行車設(shè)計改進摘 要：自行車設(shè)計在以往只是從滿足人的使用功能出發(fā)，而忽視了騎乘者是否感到舒適。本文從人因工程學(xué)角度，運用人體測量學(xué)、身體運動學(xué)的理論，對自行車設(shè)計上長期存在的一些不符合人體工效學(xué)要求的缺陷提出了改進建議。關(guān)鍵詞：人因工程學(xué) 設(shè)計 鞍座 腰靠一、引言 人 因 工 程 學(xué) （ Human Factors or Human Factor Engineering ） , 又 稱 工 效 學(xué)（Ergonomics） 是近幾十年發(fā)展起來的一門邊緣性應(yīng)用科學(xué)。它綜合應(yīng)用生理學(xué)、 心理學(xué)、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生學(xué)、人體測量學(xué)、勞動科學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)、社會學(xué)和管理學(xué)等學(xué)科的知識和技術(shù)，在對人、機器、技術(shù)和相關(guān)環(huán)境的深入研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)并利用人的行為方式、工作能力、作業(yè)限制等特點，以提高生產(chǎn)（包括日常生活中人的活動）的效率、安全性、健康性、舒適性和有效性?，F(xiàn)代人因工程學(xué)的落腳點不僅在于工廠生產(chǎn)現(xiàn)場的布置與設(shè)計，還在于人們?nèi)粘Ｉ铍S處可見、隨時接觸的日常用品當(dāng)中。 真正具有現(xiàn)代形式的自行車誕生于 1874 年。如今自行車在很多國家只是作為運動健身的工具，但是從上世紀(jì) 20 年代自行車傳入我國以來，由于經(jīng)濟、人口狀況與地理條件等方面的原因，自行車在一個很長時期內(nèi)一直作為中國百姓的主要交通工具。當(dāng)前我國自行車產(chǎn)量、出口量均占世界總量 60%以上，國內(nèi)消費量也居世界第一。自行車的歷史已經(jīng)超過了一百年，但是從人因工程學(xué)的角度進行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的自行車設(shè)計仍然存在缺陷，需要改進。二、問題及改進2.1 鞍座設(shè)計不合理鞍座太平坦，太窄，太硬 根據(jù)一家國外研究機構(gòu)的統(tǒng)計，在他們調(diào)查的人群中有 90%騎自行車男士的睪丸存在畸形。有一半的被調(diào)查人群會感到陰囊不適或存在勃起障礙。 另據(jù)我國的男性學(xué)醫(yī)學(xué)報告，騎行自行車在我國前列腺炎的發(fā)病誘因中占很大比重。 鞍座設(shè)計要素分析： 尺寸 決定鞍座寬度的因素主要是人體的生理結(jié)構(gòu)，如坐骨結(jié)節(jié)的距離、骨盆的大小等等。其中起關(guān)鍵作用的是坐骨結(jié)節(jié)間的距離。這段距離基本上決定了鞍座后部的寬度，它的寬度保證人體坐骨結(jié)節(jié)在鞍座上時的距離位置：過小容易使結(jié)節(jié)間軟組織受到擠壓，過大容易影響鞍座的的平衡。坐骨結(jié)節(jié)一般 912 厘米。因為女性的髖骨要寬于男性，在設(shè)計時鞍座寬度要比男性的寬一些。 弧度 弧度是指從鞍座后部過渡到鞍座鼻部弧線的彎曲程度。由鞍座的寬度、長度以及騎乘者大腿內(nèi)側(cè)的脂肪厚度、髖臼窩的深淺和鞍座的用途等決定。 墊料 墊料是自行車鞍座舒適與否的一個重要因素。它決定了鞍座的變形程度。如果墊料過軟，坐骨結(jié)節(jié)就會陷入到鞍座中，導(dǎo)致人體組織的麻木和缺血：如果墊料太硬，將會導(dǎo)致人體組織的疼痛。所以，墊料的柔軟程度和大小是設(shè)計中一個非常重要的因素。另外，包覆材料的透氣性、防水性、防變形性等也是應(yīng)該考慮的因素。 當(dāng)人騎在鞍座上時坐骨生殖區(qū)（位于坐骨結(jié)節(jié)和恥骨聯(lián)合部之間，分布有大量的血管、神經(jīng)和軟組織）靠在平坦的座面上（如圖 1），鞍座會壓迫到坐骨神經(jīng)區(qū)的組織和脂肪；坐骨神經(jīng)區(qū)的組織里含有豐富的血管、軟組織和大量的神經(jīng)及神經(jīng)末梢，在騎行時，上軀體的部分重量壓迫到這些血管和神經(jīng)，造成人體會陰區(qū)的疼痛和麻木；而且會陰區(qū)深層中含有泌尿組織、血管及生殖動脈和傳導(dǎo)神經(jīng)，如圖 2 所示，這樣也會造成生殖區(qū)域的麻木和缺血，嚴(yán)重的會導(dǎo)致生殖系統(tǒng)障礙。 根據(jù)工作座椅一般人類工效學(xué)要求 座椅的坐面有帶座墊的柔性坐面和不帶座墊的，剛性坐面兩種形式。座墊應(yīng)為由彈性材料及蒙面材料組成的柔性座墊，且覆蓋物必須具有彈性和透氣性。在選擇座墊材料時，還應(yīng)考慮其散熱和吸潮的能力，以及防止滑動的能力等。 基于人因工程學(xué)的改進設(shè)計如圖 3，鞍座的中部嵌入了比兩側(cè)更加柔軟的墊料；從正視圖看，這一區(qū)域下陷，很好的減輕了對坐骨生殖區(qū)的擠壓。開有 4 個圓孔，有利于散熱、散潮；鞍座前部比后部稍低，減輕了對恥骨聯(lián)合部的壓迫；鞍座頭部比一般自行車鞍座稍窄，減輕了對大腿內(nèi)側(cè)的摩擦；前后連接的弧度比一般自行車鞍座要小一些，使鞍座增加了表面受力面積，減輕了對臀部的擠壓，如圖 4 所示。2.2 鞍座太高公路賽車運動員騎乘的自行車，鞍座的高度和把手一樣高，甚至超過把手（如圖 5 所示），運動員騎行時上軀體與地面的傾斜角小于 30 度（如圖 6 所示）。那是為了減小身體對空氣的阻力，加快騎行的速度。但是如果日常生活中騎這種自行車，是不符合人體工效學(xué)要求的。根據(jù)人體坐姿的生物力學(xué)分析得知，人體上身越前傾，脊柱的彎曲程度越大，背部肌肉受力越大，當(dāng)人騎座位太高的自行車時，幾乎完全伏在車把上，背部與水平面幾乎平行，腰部椎間盤壓力分布不當(dāng)，腰椎變形。將自行車車座向前放低 10 至 15 度，脊柱的彎曲程度就會降低，脊柱的形狀接近自然狀態(tài)，腰椎間盤的壓力分布較均勻，有效減輕不合理的座位設(shè)計給人帶來的傷害。2.3 缺少腰靠 改良過座位高度的自行車，雖然車座的高度已經(jīng)降低，但是騎車者長時間騎車，卻沒有腰靠，其背部負(fù)荷仍然很大。腰靠的作用是為腰部提供支撐，保持脊柱處于自然形態(tài)的輕松姿勢。 腰靠長應(yīng)為腰靠左右邊緣間的最大水平距離，腰靠寬應(yīng)為腰靠上下邊緣間的最大直線距離。腰靠厚應(yīng)為腰靠在受力狀態(tài)下，在其左右對稱面內(nèi)、腰靠寬中點處，前后緣間的垂直距離。腰靠高應(yīng)為腰靠寬中點處到座椅轉(zhuǎn)動軸與坐面交點處所在水平面的垂直距離。腰靠圓弧半徑應(yīng)為腰靠在受力被壓縮且腰靠傾角等于 90 度的情況下，過其左右對稱面上腰靠寬中點的水平面與腰靠前緣圓弧面相交曲線的曲率半徑。 另外，腰靠在設(shè)計時應(yīng)注意其靠面彎曲與人體腰部生理彎曲相符，以增加腰部受力緩沖，減小脊柱受力。增加腰靠后的自行車改進設(shè)計如圖 9 所示。2.4 車把握起來費力應(yīng)盡量保持手腕伸直，在騎車時，盡量使車把彎曲而不要使手腕彎曲，避免手腕的偏差（徑向偏差和尺骨偏差），同時也應(yīng)盡量避免大臂過度伸直，因為那樣會使整個手臂肌肉始終處于緊張狀態(tài)。因此，應(yīng)采用能滿足理想的車把高度的車把，即保證肘部成 90 度角，小臂與手在一條直線上。所以改進后的車把與鞍座要保證一定的高度落差，以避免騎乘時整個手臂處于伸直狀態(tài)，使肌肉緊張。并且，車把應(yīng)設(shè)計成平把，因為手握彎把會使手腕彎曲，產(chǎn)生手腕偏差。圖 10 所示為不符合人體工效學(xué)的設(shè)計，圖 11 所示是改進后的設(shè)計。2.5 手柄握起來舒適度較差 現(xiàn)在的自行車手柄上都有防滑花紋或條紋，但手柄材料卻參差不齊，大多數(shù)自行車手柄由硬塑料或硬橡膠制成，硬度高，彈性差，而且其形狀并不符合人手的生理曲線，在振動時也不能起到緩沖減震的作用。建議手柄由更加柔軟，彈性好的材料制成，并且設(shè)計又符合人后形狀的突起，增加握起來的舒適感，如圖 12 所示。三、結(jié)語 雖然擁有百多年歷史的自行車設(shè)計已經(jīng)相當(dāng)成熟，現(xiàn)代自行車的造型也更加時尚。但是除了考慮造型新穎性之外，從人因工程學(xué)的角度考慮，自行車的設(shè)計仍然有很多值得改進的地方。綜合起來有以下幾點：1、設(shè)計合理造型的鞍座，減輕鞍座對會陰區(qū)的壓迫。增加腰靠，減輕人腰部負(fù)荷。2、將座位放低，使車座低于車把。保持人脊柱接近自然狀態(tài)，減輕背部肌肉張力，使腰椎間盤受力均勻。3、設(shè)計平直式車把的自行車，在滿足人坐姿接近自然狀態(tài)的條件下，肘部成 90 度，小臂與手成一條直線，避免人手腕部處于尺偏或過度屈伸狀態(tài)，也避免大臂過度伸直。4、改進手柄的設(shè)計，使用彈性更好的材料，使其握起來更舒適。 參考文獻1 孫林巖.人因工程(第二版)M.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社.20052 楊勤.人機系統(tǒng)適配設(shè)計的預(yù)測模型研究M.北京：萬國學(xué)術(shù)出版社.20003 黃海波，丁玉