课 程 设 计
课程名称： 人因工程 设计题目： 概念型组合桌椅 学 院： 机电工程学院 专 业： 工业工程 年 级： 学生姓名： 学 号: 指导教师： 日 期： 20xx年7月7日至20xx年7月11日
教 务 处 制
摘要
现在的桌椅，主要用于学习和工作，使得桌椅设计的优劣对人体疲劳程度的影响非常大，所以针对桌椅尺度进行优化设计，得出合适的比例尺度，以最大程度的减少学习时其对人体产生的不舒适度就显得尤为关键。
针对人体脊椎与其间椎间盘结构图，运用简化了的物理模型得到椎间盘受力情况，然后根据这三个力，对不舒适度中所占权值大小的不同，综合考虑这三者的影响，并根据脊椎结构形状改进并设计靠背椅。 将潜望镜原理运用于产品的改进和设计，达到不用低头就能工作学习的效果，根据人体坐姿尺寸分析、桌椅尺寸分析改进并设计产品，提高产品实用性和舒适度，通过桌椅的配合，从而达到预防近视、颈椎病、脊椎变形等病症。
关键字：人机工程学 组合桌椅 概念型桌椅 潜望镜 颈椎 脊椎 近视 1
目录
1绪论 ...................................................................................................... 3
1.1人机工程学的概念 ...................................................................... 3
1.2 人机工程学的历史和发展 .......................................................... 3
1.2.1历史 .................................................................................. 3
1.2.2发展 .................................................................................. 3
1.3人机工程学研究状况 .................................................................. 4
1.3.1国内研究情况 ................................................................... 4
1.3.2国外研究情况 ................................................................... 4
1.4研究内容 ..................................................................................... 5
2 相关理论知识分析 ............................................................................... 5
2.1尺寸分析 ..................................................................................... 5
2.1.1人体坐姿尺寸 ................................................................... 5
2.1.2正确使用写字台时的尺寸分析 ......................................... 6
2.1.3桌椅尺寸分析 ................................................................... 7
2.1.4潜望镜原理分析 ............................................................... 9
2.2受力分析 ................................................................................... 10
3 产品改进与设计 ................................................................................. 10
3.1现有产品现状 ........................................................................... 10
3.2现有产品存在的问题 ................................................................ 11
3.3产品的改进和设计 .................................................................... 11
3.3.1产品改进分析 ................................................................. 11
3.3.2产品外观设计 ................................................................. 12
3.3.3产品尺寸设计 ................................................................. 17
3.4产品比较与评价 ....................................................................... 17
4总结 .................................................................................................... 18
参考文献 ................................................................................................ 19
2
1绪论
1.1人机工程学的概念
人机学是一门综合性的应用科学，它的研究对象是工作设计中与人体有关的问题，旨在解决工程设计包括机器系统和环境系统与人的生理心理要求相适应，从而创造整个人机系统最优化的工作效率，使人们高效、安全、健康和舒适地工作。通常机器直接由人操作或使用的部件，主要指各种显示器、操纵器、机具以及工作空间等。
所谓人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。
1.2 人机工程学的历史和发展
1.2.1历史
人机工程学历史发展过程如下：
（1）19世纪末:：人机工程萌芽，致力于熟练动作和作业疲劳的研究
（2）1945～1960：人因工程职业的出现
（3）1960～1980：迅速成长时期，用于军事和航天工业以及医药公司、汽车公司、计算机公司等领域
（4）1980～1990：计算机革命使得人机工程成为公众瞩目的焦点，对人机工程的需求激增
（5）19xx年以后：人机工程越来越多的应用与计算机、信息技术及空间技术之用，应用范围极其广泛
1.2.2发展
21世纪人机工程发展的整体特征主要表现在技术的人性化、人的技 3
术化以及人机工程学科边界的模糊化。人机工程学研究的主流领域越来越多的收到信息技术、经济一体化等大环境的影响。更加注重人机工程实践，研究的问题变得越发具体在传统研究方法基础上，吸收其他学科研究方法，特别注意定性研究与定量研究相结合。研究重点逐渐转向一些新领域，如IT技术与行业、认知过程、特殊行业的人机问题。
1.3人机工程学研究状况
1.3.1国内研究情况
在中国，人机工程的研究从20世纪30年代开始及有少量的开展，但系统和深入的开展则在80年代以后，虽然人机工程在中国已有所发展，但是和发达国家相比还是非常落后。随着我国科技和经济的发展，人们对工作条件、生活品质的要求逐步提高，对产品的人机工程特性也会日益重视。
我国人机工程研究领域可分为：人的职业和素质研究、工作环境研究、产品设计与评价、人误与安全、工作负荷与疲劳、工作方法与场所设计改善研究、认知工效、人机系统研究、组织和管理中人因问题研究、先进技术中的人因工程研究及人体研究等十一个方向。
1.3.2国外研究情况
国外设计人机工程研究的期刊较多，发表的论文旨在解决生产、生活中的实际问题，研究热点不断更新，适应社会经济发展，领导学术前沿。近年来，国外人机工程研究内容包括人体研究、工作负荷与职业健康、作业环境研究、作业场所改善与作业方法研究、特殊人群研究、产品设计与评价、人机系统整体研究、组织和管理中的人因工程研究，以及人因工程项目成本绩效分析。
4
1.4研究内容
当视轴是水平的时候，很难作什么，进行阅读和书写时，往往是弯背而坐，以便能使眼睛与桌面保持一个适当的距离。坐姿有各种各样，就是没有笔直的。有时人们会将椅子的前脚支地向前倾斜。利用本次课程设计，针对家用桌椅，研究的内容是人与桌椅之间的人机学问题，利用人体正确坐姿尺寸和标准桌椅尺寸，并结合潜望镜原理设计产品，满足人们需求，并达到不用弯腰低头就能工作的目的。
2 相关理论知识分析
2.1尺寸分析
2.1.1人体坐姿尺寸
（1）人体坐姿尺寸
人体坐姿尺寸包括坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高等因素，如下表所示：
表2.1 坐姿人体尺寸 （GB／T l0000--1988）
5
（2）人体坐姿尺寸图
图2.1 人体坐姿尺寸图
2.1.2正确使用写字台时的尺寸分析
读书写字是青少年时期的主要任务。有大量资料证明：读书写字时距离太近对近视的形成起决定作用。大家知道，人眼在看5米以外的目标时，不需要调节，看5米以内的目标则需要调节，目标愈近，使用的调节愈大。所以在读书写字时要保证：
①读书写字时眼与书本的距离要保持一尺(30-35厘米)。
②身体和课桌之间保持一拳的距离。 另外，读书写字时还应注意书本与视线的角度。当书本平面与视线成直角时，在视网膜上所形成的影像最清晰，眼睛也最舒服。如书本放在水平桌面上，看书时必须向前低头，才能形成接近直角，这样很容易引起颈部肌肉的紧后脊柱的疲劳，而不能保持合理的距离。因此桌面最好没计为有12°～15°的坡度。这样头正身直，既保持了正确姿势，也使影像更清晰。
下图为人眼在垂直面内和水平面内的视野范围：
6
图2.2垂直视野和水平视野
2.1.3桌椅尺寸分析
本产品用单柜桌和靠背椅配合使用，标准尺寸如下： （1）桌面高、座高、配合高差
表2.2 桌面高、座高、配合高差 mm
7
图2.3 桌面高、座高、配合高差示意图
（2）单层桌标准尺寸
表2.3单柜桌尺寸mm
图2.4 单层桌尺寸示意图
（3）靠背椅标准尺寸
8
表2.4 靠背椅尺寸 mm
图2.5 靠背椅尺寸示意图
2.1.4潜望镜原理分析
潜望镜是通过在镜筒的两端各安装一块平面镜，两块平面镜互相平行，切都与水平方向成45度角，应将通过两次放射使下面的一方就可以看到上面的一方，本设计利用潜望镜原理从上面通过镜面反射看到下面的东西。
图2.6 潜望镜原理图
9
2.2受力分析
靠背椅的靠背需设计成可与正确坐姿时的脊椎形状相配合，当使用者放松时不会出现弯曲脊椎的情况，脊椎形状示意图如下，根据示意图可设计出座椅靠背的形状。
图2.7脊椎形状、受力示意图
3 产品改进与设计
3.1现有产品现状
现有产品指的是普通搭配的桌椅，现有产品除了在制作上符合国标标准之外，有些产品在材料和外观上进行改进，还有些产品在实用性上加以改进，在桌子的周围设置凹槽和挂钩方便存放各种用品等，通过柔 10
和的线条、精美的外观和较高的实用性来吸引消费者的眼球。
3.2现有产品存在的问题
（1）现有的产品不能纠正使用者的错误坐姿，会导致使用者出现颈椎病、腰间盘突出等症状
（2）不正确的坐姿和长时间低头写字会导致近视
（3）桌椅的高度不可改变，所以导致一组配套的桌椅只能为适合的人群服务，有些椅子可以改变高度，但一旦改变了椅子的高度有可能会限制使用者腿部的活动范围
3.3产品的改进和设计
3.3.1产品改进分析
根据上述现有产品存在的问题，所以本产品针对这些问题进行改进与设计。
（1）利用潜望镜原理，通过镜面反射将写字台上的文字反射至与水平线相平的镜面，达到不用低头就可以写字的效果，可以解决错误坐姿导致的近视和颈椎病等症状
（2）可调节的桌和椅，调节范围更宽广，更人性化的设计，使使用者更加方便舒适
（3）靠背椅的造型设计按照坐姿势脊椎的标准形状，更贴合使用者的脊椎，可预防驼背和由脊椎弯曲造成的多种病状
（4）可调角度的桌面、镜面，90°调节范围，用于调节视角，方便使用者通过改变视角更清晰更方便工作
（5）脊椎中包括颈椎、胸椎、腰椎、骶椎和尾椎，在自然坐姿下脊椎的形状如下图所示，本产品在改进上在脊椎处于自然坐姿的形状下，针对颈椎和第一胸椎交界处、胸椎和腰椎几处容易变形处，应作出相应的改进。
11
图3.1脊椎全息图
颈椎处为?，第一胸椎为?，胸椎为?，第一腰椎为④，腰椎为⑤，骶椎和尾椎为⑥
3.3.2产品外观设计
根据上述产品改进分析，运用3DS MAX软件画出产品外观图如下：
12
图3.2靠背椅立体示意图
由于颈椎和腰椎是发病率很高的部位，所以本产品在改进上针对这两个部位，在产品的形状上设计与脊椎形状相互补的造型，使脊椎紧贴靠背，从受力分析上看，能使脊椎有支撑点，有预防颈椎病、防止驼背的功能。对于有颈椎病的患者，颈椎部的支撑能减轻工作学习中的病痛，并利用镜面反射的原理达到学习工作的效果。
13
图3.3单层桌示意
图
图3.4单层桌示意图
图3.5概念组合桌椅整体立体图
14
图3.6概念组合桌椅整体立体图
产品三视图如下： ～
470mm 330
560mm
500mm
图3.7左视图 480mm
15
560
～
660mm
图3.8正视图
600mm
600mm 1200mm
图3.9俯视图
16 350mm
3.3.3产品尺寸设计
根据第二部分的人体坐姿尺寸和桌椅标准尺寸分析得知，本产品的尺寸设计如下：
（1）靠背椅尺寸设计（mm）
靠背椅调节范围：330～470
座深：480
背高：660
座前宽：450
靠背支架长：300
（2）单层桌尺寸设计（mm）
单层桌调节范围：560～660
宽：1200
深：600
可活动桌面尺寸 长×宽：600×350
（3）镜面尺寸
单层桌上镜面 长×宽：20×15
镜面安装在距离桌边100mm处
靠背椅镜面 长×宽：25×20
3.4产品比较与评价
本产品与现有产品比较，现有产品大多数在外观和使用材料上进行改进，但本产品针对使用者使用的舒适程度和实用性做出改进和设计，具有预防近视、颈椎病等病症的功能，对有严重颈椎病的患者，在工作学习上有很大的帮助。
17
4总结
本产品在改进上运用了潜望镜的原理，达到了能不低头就可以工作学习的效果，在桌子和椅子上都做了改进。为了预防使用者脊椎变形，靠背造型设计按照人的脊椎形状的互补进行设计，按照适用人群坐姿的背高相对应的设计座椅靠背的背高，具有预防脊椎变形、颈椎病等病症的功能；在座椅靠背上设计了适合调整和安装的镜面。针对书桌，本产品改进了桌面设计，设计了可抬升的桌面，在可抬升的桌面前100mm处安装另一个镜面，在镜面背面安装可调整的支撑架并配有可活动凹槽，可360°旋转，可调整角度在0°～90°之间，方便调整与可活动桌面之间的角度达到最佳视角。可调整高度的桌椅能更好的方便使用者的使用。
但本产品目前属于概念产品，并不能使所有人都适应此产品，很多人会因为不适应使用方法而放弃该产品的使用。
18
参考文献
【1】 孙林岩 崔凯 孙林辉编制.人因工程.北京.科学出版社，2011.8
【2】 郭伏 孙永丽 叶秋红.国内外人因工程学研究的比较分析.20xx年
第6期
19