７.１

控制臺設計由于工作崗位不同，工作臺種類繁多。在現(xiàn)代化生產系統(tǒng)中，常將有關的顯示器、控制器等器件集中布置在工作臺上，讓操作者方便而快速地監(jiān)控生產過程，具有這一功能的工作臺稱為控制臺。對于自動化生產系統(tǒng)，控制臺就是包含顯示器和控制器的作業(yè)單元，它小至像一臺便攜式打字機，大到可達一個房間。此處僅介紹一般常用控制臺的設計。７.１.１控制臺形式１.桌式控制臺桌式控制臺的結構簡單，臺面小巧，視野開闊，光線充足，操作方便，適用于顯示、控制器件數(shù)量較少的控制，如圖７-１（ａ）所示。下一頁返回７.１

控制臺設計２.直柜式控制臺直柜式控制臺構成簡單，臺面較大，視野效果較好。適用于顯示、控制器件數(shù)量較多的控制，一般多用于無須長時間連續(xù)監(jiān)控的控制系統(tǒng)，如圖７-１（ｂ）所示。３.組合式控制臺控制臺的組合方式千變萬化，有臺和臺、臺和箱、臺和柜以及控制臺與操作臺等組合方式，具體視控制室功能要求和平面布局要求而定。由于組合形式繁多、無法一一列舉。為適應市場需求，生產企業(yè)分工細化，有些控制臺殼體生產企業(yè)，將控制臺殼體設計成多種可組合的形式，而其內部和臺面布局可由控制室設計方提出具體要求，根據(jù)控制室控制功能的不同復雜程度，可選擇一只至六只的不同組合形式，圖７-１（ｃ）為六只單一控制臺的以人為中心的組合形式。上一頁下一頁返回７.１

控制臺設計７.１.２控制臺的設計要點控制臺的設計，最關鍵的是控制器與顯示器的布置必須位于作業(yè)者正常的作業(yè)空間范圍內。保證作業(yè)者能良好地觀察必要的顯示器，操作所有的控制器，以及為長時間作業(yè)提供舒適的作業(yè)姿勢?？刂婆_有時在操作者前側上方也有作業(yè)區(qū)，當然所有這些區(qū)域都必須在可視可及區(qū)內。因此，控制臺設計的主要工作是客觀地掌握人體尺度。７.１.３常用控制臺設計１.坐姿低臺式控制臺當操作者坐著監(jiān)視其前方固定的或移動的目標對象，而又必須根據(jù)對象物的變化觀察顯示器和操作控制器時，則滿足此功能要求的控制臺應按圖７-５所示進行設計。上一頁下一頁返回７.１

控制臺設計首先控制臺的高度應降到坐姿人體視水平線以下，以保證操作者的視線能達到控制臺前方；其次應把所需的顯示器、控制器設置在斜度為２０°的面板上；再根據(jù)這兩個要點確定控制臺其他尺寸。２.坐姿高臺式控制臺當操作者以坐姿進行操作，而顯示器數(shù)量又較多時，則設計成高臺式控制臺。與低臺式控制臺相比，其最大特點是顯示器、控制器分區(qū)域配置，見圖７-６。首先在操作者視水平線以上１０°至以下３０°的范圍內設置斜度為１０°的面板，在該面板上配置最重要的顯示器；其次，從視水平線以上１０°～４５°范圍內設置斜度為２０°的面板，這一面板上應設置次要的顯示器；上一頁下一頁返回７.１

控制臺設計另外，在視水平線以下３０°～５０°范圍內，設置斜度為３５°的面板，其上布置各種控制器。最后確定控制臺其他尺寸。３.坐立姿兩用控制臺操作者按照規(guī)定的操作內容，有時需要坐著、有時又需要立著進行操作時，則設計成坐立兩用控制臺。這一類型的控制臺除了能滿足規(guī)定操作內容的要求外，還可以調節(jié)操作者單調的操作姿勢，有助于延緩人體疲勞和提高工作效率。坐立兩用控制臺面板配置如圖７-７所示。從操作者視水平線以上１０°到向下４５°的區(qū)域，設置斜度為６０°的面板，其上配置最重要的顯示器和控制器；視水平線向上１０°～３０°區(qū)域設置斜度為１０°的面板，布置次要的顯示器。最后，確定控制臺其余尺寸。上一頁下一頁返回７.１

控制臺設計設計時應注意的是，必須兼顧兩種操作姿勢時的舒適性和方便性。由于控制臺的總體高度是以操作者的立姿人體尺度為依據(jù)的，因而當坐姿操作時，應在控制臺下方設有踏腳板，這樣才能滿足較高坐姿操作的要求。４.立姿控制臺其配置類似于坐立兩用控制臺，但在臺的下部不設容腿空間和踏腳板，故下部僅設容腳空間或封板垂直。上一頁返回７.２

辦公臺設計采用信息處理機、電子計算機、復印機、傳真機、視頻會議系統(tǒng)等電子設備處理辦公室的日常事務，已成為現(xiàn)代化辦公室的重要手段。隨著現(xiàn)代化辦公室內電子設備的更新和完善，逐漸形成電子化辦公室。與電子化辦公室中電子設備相適的辦公家具設計，已顯得非常重要。７.２.１電子化辦公臺人體尺度圖７-８是電子化辦公臺布置圖，由圖可見，現(xiàn)代電子化辦公室內大多數(shù)人員是長時間面對顯示屏進行工作，因而要求辦公臺應像控制臺一樣具有合理的形狀和尺寸，以避免工作人員肌肉、頸、背、腕關節(jié)疼痛等職業(yè)病。下一頁返回７.２

辦公臺設計按照人機工程學原理，電子辦公臺尺寸應符合人體各部位尺寸。圖７-９是依據(jù)人體尺寸確定的電子化辦公臺主要尺寸，該設計所依據(jù)的人體尺寸是從大量調查資料獲得的平均值。７.２.２電子化辦公臺可調設計由于實際上并不存在符合平均值尺寸的人，即使身高和體重完全相同的人，其各部位的尺寸也有出入，因此，在電子化辦公臺按人體尺寸平均值設計的情況下，必須給予可調節(jié)的尺寸范圍，如圖７-９下部三個高度尺寸范圍和座椅靠背調節(jié)范圍等。電子化辦公臺的調節(jié)方式有垂直方向的高低調節(jié)、水平方向的臺面調節(jié)以及臺面的傾角調節(jié)等，如圖７-１０（ａ）、（ｂ）所示。上一頁下一頁返回７.２

辦公臺設計國外電子化辦公臺使用實踐證明，采用可調節(jié)尺寸和位置的電子化辦公臺，可大大提高舒適程度和工作效率。長時間保持一種坐姿會造成操作者身體的局部壓力積累和靜肌疲勞，所以為操作者提供隨時方便改變坐姿的可能，對減輕長時間計算機使用者的疲勞大有益處。最好能使操作者后傾１５°，而鍵盤、鼠標和顯示器的高度和傾角能隨之變化。上一頁下一頁返回７.２

辦公臺設計７.２.３電子化辦公臺組合設計采用現(xiàn)代辦公設備和辦公家具，即意味著辦公室內部的重新布置，因而要求辦公室隔斷、辦公單元系列化、辦公臺易于拆裝、變動靈活等特點。為適應這些要求，電子化辦公臺大多設計成拆裝靈活方便的組合式。圖７-１１所示分別為二位、三位和四位辦公臺組合設計示意圖和布置圖。上一頁返回７.３

工作座椅設計主要依據(jù)坐姿是人體較自然的姿勢，它有很多優(yōu)點。當站立時，人體的足踝、膝部、臀部和脊椎等關節(jié)部位受到靜肌力作用，以維持直立狀態(tài)；而坐著時，可免除這些肌力，減少人體能耗，消除疲勞。坐姿比站立更有利于血液循環(huán)，站立時，血液和體液會向下肢積蓄；而坐著時，肌肉組織松弛，使腿部血管內血流靜壓降低，血液流回心臟的阻力也就減少。坐姿還有利于保持身體的穩(wěn)定，這對精細作業(yè)更合適。在腳操作場合，坐姿保持身體處在穩(wěn)定的姿勢，有利于作業(yè)，因而坐姿是最常采用的工作姿勢。目前，大多數(shù)辦公室工作人員、腦力勞動者、部分體力勞動者都采用坐姿工作。隨著技術的進步，愈來愈多的體力勞動者也將采取坐姿工作。在工業(yè)化國家，三分之二以上是坐姿工作。下一頁返回７.３

工作座椅設計主要依據(jù)可以設想，坐姿也將是我國未來勞動者主要的工作姿勢。因而工作座椅設計和相關的坐姿分析日益成為人機工程學工作者和設計師們關注的研究課題。７.３.１坐姿生理學１.脊柱結構在坐姿狀態(tài)下，支持人體的主要結構是脊柱、骨盆、腿和腳等。脊柱位于人體背部中線處，由３３塊短圓柱狀椎骨組成，包括７塊頸椎、１２塊胸椎、５塊腰椎和下方的５塊骶骨及４塊尾骨，相互間由肌腱和軟骨連接，見圖７-１２。腰椎、骶骨和椎間盤及軟組織承受坐姿時上身大部分負荷，還要實現(xiàn)彎腰扭轉等動作。對設計而言，這兩部分最為重要。上一頁下一頁返回７.３

工作座椅設計主要依據(jù)正常的姿勢下，脊柱的腰椎部分前凸，而至骶骨時則后凹。在良好的坐姿狀態(tài)下，壓力適當?shù)胤植加诟髯甸g盤上，肌肉組織上承受均勻的靜負荷。當處于非自然姿勢時，椎間盤內壓力分布不正常，產生腰部酸痛、疲勞等不適感。２.弧線從圖７-１２所示的脊柱側面可看到有四個生理彎曲，即頸曲、胸曲、腰曲骶曲。其中與坐姿舒適性直接相關的是腰曲。圖７-１３為各種不同姿下所產生的腰曲弧線，人體正常腰曲弧線是松弛狀態(tài)下側臥的曲線，如圖中曲線B所示；軀干挺直坐姿和前彎時的腰弧曲線會使腰椎嚴重變形，如圖中曲線犉和犌所示；上一頁下一頁返回７.３

工作座椅設計主要依據(jù)欲使坐姿能形成幾乎正常的腰曲弧線，軀干與大腿之間必須有大于９０°的角度，且在腰部有所支承，如圖中曲線犆所示。可見，保證腰弧曲線的正常形狀是獲得舒適坐姿的關鍵。３.腰椎后凸和前凸正常的腰弧曲線是微微前凸。為使坐姿下的腰弧曲線變形最小，座椅應在腰椎部提供所謂兩點支承。由于第５、６胸椎高度相當于肩胛骨的高度，肩胛骨面積大，可承受較大壓力，所以第一支承應位于第５、６胸椎之間，稱其為肩靠。第二支承設置在第４、５腰椎之間的高度上，稱其為腰靠，和肩靠一起組成座椅的靠背。無腰靠或腰靠不明顯將會使正常的腰椎呈圖７-１４（ａ）中的后凸形狀。而腰靠過分凸出將使腰椎呈圖７-１４（ｂ）中的前凸形狀。上一頁下一頁返回７.３

工作座椅設計主要依據(jù)腰椎后凸和過分前凸都是非正常狀態(tài)，合理的腰靠應該是使腰弧曲線處于正常的生理曲線。７.３.２坐姿生物力學１.肌肉活動度脊椎骨依靠其附近的肌肉和腱連接，椎骨的定位正是借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏離自然狀態(tài)，肌腱組織就會受到相互壓力（拉或壓）的作用，使肌肉活動度增加，招致疲勞酸痛。肌腱組織受力時，產生一種活動電勢。根肌電圖記錄結果可知，在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活動度高，因為腰椎前向拉直使肌肉組織緊張受力。提供靠背支承腰椎后，活動力則明顯減?。划斳|前傾時，背上方和肩部肌肉活動度高，以桌面作為前傾時手臂的支承并不能降低活動度。上一頁下一頁返回７.３

工作座椅設計主要依據(jù)這些結果與坐姿生理學是相符合的。２.體壓分布由人體解剖學可知，人體坐骨粗壯，與其周圍的肌肉相比，能承受更大的壓力。而大腿底部有大量血管和神經系統(tǒng)，壓力過大會影響血液循環(huán)和神經傳導而感到不適。所以座墊上的壓力應按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來設計，即在坐骨處壓力最大，向四周逐漸減小，至大腿部位時壓力降至最低值，這是坐墊設計的壓力分布不均勻原則。圖７-１５是較為理想的坐墊體壓分布曲線，圖中各條曲線為等壓力線，所標數(shù)字的壓力單位為１０２Ｐａ。上一頁下一頁返回７.３

工作座椅設計主要依據(jù)研究結果指出，坐骨處的壓力值以８～１５ｋＰａ為宜，在接觸邊界處壓力降至２～８ｋＰａ為宜。３.股骨受力分析如圖７-１６（ａ）所示，人體結構在骨盆下面有兩塊圓骨，稱為坐骨結節(jié)。坐姿時這兩塊面積很小的坐骨結節(jié)能支承上身的大部分重量。坐骨結節(jié)下面的座面呈近似水平時，可使兩坐骨結節(jié)外側的股骨處于正常的位置而不受過分的壓迫，因而人體感到舒適。如圖７-１６（ｂ）所示，當坐面呈斗形時，會使股骨向上轉動，見圖中箭頭指向。這種狀態(tài)除了使股骨處于受壓迫位置而承受載荷外，還造成髖部肌肉承受反常壓迫，并使肘部和肩部受力，從而引起不舒適感。所以在座椅設計中，斗形座面是應該避免的。上一頁下一頁返回７.３

工作座椅設計主要依據(jù)４.椎間盤受力分析當坐姿腰弧曲線正常時，椎間盤上受的壓力均勻而輕微，幾乎無推力作用于韌帶，韌帶不拉伸，腰部無不舒適感，見圖７-１７（ａ）。但是，當人體處于前彎坐姿時，椎骨之間的間距發(fā)生改變，相鄰兩椎骨前端間隙縮小，后端間隙增大，見圖７-１７（ｂ）。椎間盤在間隙縮小的前端受推擠和摩擦，迫使它向韌帶作用一推力，從而引起腰部不適感，長期累積作用，可造成椎間盤病變。綜合來看，從坐姿生理學角度，應保證腰弧曲線正常；從坐姿生物力學角度，應保證肢體免受異常力作用。依據(jù)兩方面的要求，研究了人體作業(yè)的舒適坐姿。圖７-１７（ｃ）是汽車駕駛員舒適駕駛姿勢。上一頁返回７.４

工作座椅設計７.４.１辦公室工作座椅圖７-１８為根據(jù)日本人體測量數(shù)據(jù)所設計的辦公用座椅原型，從該圖可以看出座椅設計基本尺寸的概況。其設計數(shù)據(jù)是：座面高３７０～４００ｍｍ，座面傾角２°～５°，上身支撐角約１１０°；工作時以靠背為中心，與一般作業(yè)場所座椅最顯著的不同之處是，靠背點以上的靠背彎曲圓弧在人體后傾稍事休息時，能起支撐的作用。該類座椅也可作為會議室用椅。下一頁返回７.４

工作座椅設計７.４.２座椅的創(chuàng)意設計近年來，人機工程學專家與設計師對于座椅設計有新的發(fā)展。一般的座椅設計僅是從座椅的固有形狀與尺寸關系上進行調整性設計，而近期的座椅設計則從座椅最根本的功能要求的角度著手，從設計觀念上已有所突破與創(chuàng)新。上一頁返回７.５

手握式工具設計工具是人類四肢的擴展。使用工具使人類增加了動作范圍、力度，提高了工作效率。工具的發(fā)展過程與人類歷史幾乎一樣悠久。為了適合精密性作業(yè)，在人手的解剖學機能及工具的構造方面都進行過大量研究。人們在工作、生活中一刻也缺少不了工具，使用的工具大部分還沒有達到最優(yōu)的形態(tài)，其形狀與尺寸等因素也并不符合人機工程學原則，很難使人有效并安全地操作。實際上，傳統(tǒng)的工具有許多已不能滿足現(xiàn)代生產的需要與現(xiàn)代生活的要求。人們在作業(yè)或日常生活中長久使用設計不良的手握式工具和設備，造成很多身體不適、損傷與疾患，降低了生產率，甚至使人致殘，增加了人們的心理痛苦與醫(yī)療負擔。因此，工具的適當設計、選擇、評價和使用是一項重要的人機工程學內容。下一頁返回７.５

手握式工具設計７.５.１手的解剖及其與工具使用有關的疾患人手是由骨、動脈、神經、韌帶和肌腱等組成的復雜結構，見圖７-２３。手指由小臂的腕骨伸肌和屈肌控制，這些肌肉由跨過腕道的腱連到手指，而腕道由手背骨和相對的橫向腕韌帶形成，通過腕道的還有各種動脈和神經。腕骨與小臂上的橈骨及尺骨相連，橈骨連向拇指一側，而尺骨連向小指一側。腕關節(jié)的構造與定位使其只能在兩個面動作，這兩個面各成９０°。一個面產生掌屈與背屈，另一個面產生尺偏和橈偏，見圖７-２４。人手具有極大的靈活性。從抓握動作來看，可分為著力抓握和精確抓握。上一頁下一頁返回７.５

手握式工具設計著力抓握時，抓握軸線和小臂幾乎垂直，稍屈的手指與手掌形成夾握，拇指施力。根據(jù)力的作用線不同，可分為力與小臂平行（如鋸），與小臂成夾角（如錘擊）及扭力（如使用螺絲起子）。精確抓握時，工具由手指和拇指的屈肌夾住。精確抓握一般用于控制性作業(yè)（如小刀、鉛筆）。操作工具時，動作不應同時具有著力與控制兩種性質，因為在著力狀態(tài)讓肌肉也起控制作用會加速疲勞，降低效率。使用設計不當?shù)氖治帐焦ぞ邥е露喾N上肢職業(yè)病甚至全身性傷害，這些病癥如腱鞘炎、腕道綜合征、腱炎、滑囊炎、滑膜炎、痛性腱鞘炎、狹窄性腱鞘炎和網球肘等，一般統(tǒng)稱為重復性積累損傷病癥。腱鞘炎是由初次使用或過久使用設計不良的工具引起的，在作業(yè)訓練工人中常會出現(xiàn)。上一頁下一頁返回７.５

手握式工具設計如果工具設計不恰當，引起尺偏和腕外轉動作，會增加其出現(xiàn)的機會，重復性動作和沖擊震動使之加劇。當手腕處于尺偏、掌屈和腕外轉狀態(tài)時，腕肌腱受彎曲，如時間長，則肌腱及鞘處發(fā)炎。腕道綜合征是一種由于腕道內正中神經損傷所引起的不適。手腕的過度屈曲或伸展造成腕道內腱鞘發(fā)炎、腫大，從而壓迫正中神經，使正中神經受損。它表征為手指局部神經功能損傷或喪失，引起麻木、刺痛、無抓握感覺，肌肉萎縮失去靈活性。其發(fā)病率女性是男性的３到１０倍。因此，工具必須設計適當，避免非順直的手腕狀態(tài)。上一頁下一頁返回７.５

手握式工具設計網球肘（肱骨外踝炎）是一種肘部組織炎癥，由手腕的過度橈偏引起。尤其是當橈偏與掌內轉和背屈狀態(tài)同時出現(xiàn)時，肘部橈骨頭與肱骨小頭之間的壓力增加，導致網球肘。狹窄性腱鞘炎（俗稱扳機指），是由手指反復彎曲動作引起的。在類似扳機動作的操作中，食指或其他手指的頂部指骨須克服阻力彎曲，而中部或根部指骨這時還沒有彎曲。腱在鞘中滑動進入彎曲狀態(tài)的位置時，施加的過量力在腱上壓出一溝槽。當欲伸直手指時，伸肌不能起作用，而必須向外將它扳直，此時一般會發(fā)出響聲。為了避免扳機指，應使用拇指或采用指壓板控制。上一頁下一頁返回７.５

手握式工具設計７.５.２手握式工具設計原則１.一般原則工具必須滿足以下基本要求，才能保證使用效率：①必須有效地實現(xiàn)預定的功能；②必須與操作者身體成適當比例，使操作者發(fā)揮最大效率；③必須按照作業(yè)者的力度和作業(yè)能力設計，所以要適當?shù)乜紤]到性別、訓練程度和身體素質上的差異；④工具要求的作業(yè)姿勢不能引起過度疲勞。上一頁下一頁返回７.５

手握式工具設計２.解剖學因素（１）避免靜肌負荷當使用工具時，臂部必須上舉或長時間抓握，會使肩、臂及手部肌肉承受靜負荷，導致疲勞，降低作業(yè)效率。如在水平作業(yè)面上使用直桿式工具，則必須肩部外展，臂部抬高，因此應對這種工具設計做出修改。在工具的工作部分與把手部分做成彎曲式過渡，可以使手臂自然下垂。例如，傳統(tǒng)的烙鐵是直桿式的，當在工作臺上操作時，如果被焊物體平放于臺面，則手臂必須抬起才能施焊。改進的設計是將烙鐵做成彎把式，操作時手臂就可能處于較自然的水平狀態(tài)，減少了抬臂產生的靜肌負荷，見圖７-２５。上一頁下一頁返回７.５

手握式工具設計（２）保持手腕處于順直狀態(tài)手腕順直操作時，腕關節(jié)處于正中的放松狀態(tài)，但當手腕處于掌屈、背屈、尺偏等別扭的狀態(tài)時，就會產生腕部酸痛、握力減小，如長時間這樣操作，會引起腕道綜合征、腱鞘炎等癥狀。圖７-２６是鋼絲鉗傳統(tǒng)設計與改進設計的比較，傳統(tǒng)設計的鋼絲鉗造成掌側偏，改良設計使握把彎曲，操作時可以維持手腕的順直狀態(tài)，而不必采取尺偏的姿勢。圖７-２７為使用這兩種鉗操作后，患腱鞘炎人數(shù)的比較?？梢?，在傳統(tǒng)鉗用后第１０到１２周內，患者顯著增加，而改進鉗使用者中沒有此現(xiàn)象。上一頁下一頁返回７.５

手握式工具設計一般認為，將工具的把手與工作部分彎曲１０°左右，效果最好。彎曲式工具可以降低疲勞，較易操作，對于腕部有損傷者特別有利。圖７