人机工程 车辆一班 张捷 31150326_汽车操纵装置人机工程
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学院名称论文提交日期
人机工程学论文
办公椅人机工程学研究
车辆一班 张捷
201131150326
指导教师
郑丁科老师
工程学院
专业名称
车辆工程
2014年12月20日
摘要
本世纪以来，随着打字机、电脑的产生发展，人们坐在办公桌旁的时间越来越长，长时间的伏案工作有很容易为人们带来腰背肌肉损伤、腰椎间盘突出等等病患困扰，而一把舒适的、依据人机工程学原理设计的办公座椅直接关系到使用者的舒适、健康以及工作效率。因此，研究如何减除使用中的疲劳是业内人士关注的课题，也是广大顾客急待解决的问题。但我国办公椅不仅产品滞后，其设计研究、理论与国外差距更大。国外办公家具企业关于人机工程学与坐姿舒适性的研究领先了我国几十年，目前在研究以及应用方面都已经发展的比较成熟。本文首次全面引介人机工程学研究方法、结论以及国外办公椅系列重要设计研究实例，对国外在人机工程学与座椅舒适性研究与应用方面的先进经验进行了较系统的论述，比较分析了我国办公家具企业的发展情况、现状以及存在的不足以及造成这些现象的原因，另外通过对国外设计趋势的研究，提出了国内办公座椅发展方向的全面探索，为我国家具企业开发办公座椅原创设计思路和促进我国办公家具产业的发展提供了参考。
关键词：办公座椅，设计，人机工程学，应用，现状，方向引言
1.1 研究背景
根据一项对办公族的调查表明，90%以上的人连续一小时以上不离开办公座椅；60%左右的人连续两小时不离开座椅；某些特定职业的人，例如银行出纳员、设计公司职员等等，每天大概连续工作三小时以上才离开岗位一次；而对于那些在工作中离不开电脑的办公职员、作家、网民等等来说，每天在座椅上度过的时间还要更长。瑞典的基尔邦职业伤害调查表（A.kilboms’tabulation of profeional disease）上也显示 50%的病症与人体工学有关（诸如背部及肩部的毛病）。这项由 P.Magnus 对瑞典的管理及作业人员所作的调查，其中进一步显示了“静态工作姿态”是造成目前职业伤害的主要原因。但是所有这些危害均可以通过符合人体工学的设计而得到大幅度的改善。因此追求更适合人体结构的造型形式、人性化的尺度和材料，给座椅使用者以人性化的关怀，是在办公座椅设计生产中必须考虑的问题。目前，国外的办公家具企业在产品设计中充分体现了已经发展成熟的人机工程学理论成果，将其应用于实践，产生了很多经久不衰的优秀设计，并使之系统化发展。但是我国对办公座椅的研究多数停留在伤害的探讨以及尺寸建议上，由于人机工程学在我国还处于发展阶段，理论研究与实际生产结合不够紧密，理论不能有效地指导实践，中国的办公家具行业的发展相对滞后，发展方向不明确，与目前世界水平存在着很大的差距。
1.2 研究意义及目的
家具的功能当然是为了满足人的需要，所以在设计上应该体现对人的关怀，“人性化”设计已经成为引人注目的亮点，并逐渐成为一种不可逆转的潮流，人体工程学也是一门“以人为本”的学科，以“人”为研究的起点——以人的生理、心理等方面为着眼点，开始与人器具、环境的探索；又以“服务于人”为最终目标 ——研究成果将用于提高人类的生产效，生活质量，越来越多的设计师和设计公司在设计中考虑并体现着以人为本的设计理念，这已成为办公座椅发展的一种必然趋势。尽管我国的办公家具行业这几年取得了很大的成绩和进步，然而，相比于发达国家，无论在产品质量、设计能力和对市场变化的反应速度等方面都差的很远，我们的出口基本上都处在低价格市场，附加值非常低。企业在技术进步和创新能力上较为欠缺，在培养人才以及与高校、研究机构的合作上投入不够等等，这些都造成了企业产品的设计科技含量不高，产品竞争力不强。本文对国内外人机工程学的产生、发展，以及办公座椅的发展过程进行了详细的分析，通过对国外人机工程学与办公座椅设计结合之后的发展现状以及趋势的预测，对比总结了我国办公座椅企业在应用人机工程学设计方面存在的不足，并提出了改进 办法以及未来的发展方向，为我国办公家具企业从人机工程学角度进行设计理清了方向，提供了依据。
2办公椅的研究
2.1办公座椅不同于其它座椅的特点
建筑环境分类是按不同的建筑环境和使用地点进行分类，根据人类活动的不同建筑空间类型可分为住宅建筑家具和公共建筑家具、户外庭园家具三大类。住宅建筑家具也就是指民用家具，是人类日常基本生活离不开的家具，包括客厅与起居室、厨房与餐厅家具等等,例如休闲椅、餐桌椅等等，主要用于家庭生活中，以装饰、休闲为主，满足特定的需要；5室外家具的主要类型有：躺椅、靠背椅、长条椅、桌、几台、架等。在材料上多用耐腐蚀、防水、防锈、防晒、质地牢固的不锈钢、铝材、铸铁、硬木、竹藤、石材、陶瓷、FRP 成型塑料等。在造型注重艺术设计与环境的协调，在色彩上多用鲜明的颜色，尤其是许多优秀的室外家具设计几乎就是一件抽象的户外雕塑，具有观赏和实用的两大功能；相对于住宅建筑的公共建筑是一个系统的建筑空间与环境空间，公共建筑的家具设计根据建筑的功能和社会活动内容而定具有专业性强，类型较少，数量较大的特点。公共建筑家具在类型上主要有办公家具、酒店家具、商业展示家、学校家具等。我们说的办公座椅通常指用在办公场所，办公人员在工作中使用的与办公桌 配套的座椅。与民用和公共座椅相比，办公座椅有以下特点：
2.1.1 使用时间长
座椅从开始进入人们的日常生活一直到十八世纪工业革命之前，其功能主要是为了满足人们休息的需求，缓解因站立或走动时间过长而引起的脚部、膝关节、髋关节的紧张以及大腿、小腿的肌肉疲劳。之后，脑力劳动得到普及，逐渐取代了体力劳动成为社会中主要的劳动方式，由此，人们在办公桌和电脑桌前度过的时间越来越长。根据一项对办公族的调查表明，90%以上的人连续一小时以上不离开办公座椅；60%左右的人连续两小时不离开座椅；某些特定职业的人，例如银行出纳员、设计公司职员等等，每天大概连续工作三小时以上才离开岗位一次；而对于那些在工作中离不开电脑的办公职员、作家、网民等等来说，每天在座椅上度过的时间还要更长。休闲、休息用椅是为了满足人们在劳累、疲倦的时候放松以及短暂休息使用，相对来说比较重视娱乐、休闲、装饰的功能，在设计上也多以这些方面的考虑为主；而对于每天至少八小时工作在办公室的人群来说，需要办公座椅每天至少提供五六个小时的支撑，对办公座椅舒适性有着更迫切的要求，这也是在设计上需要特别着重考虑的因素之一。现在我们一直提倡的创建良好的工作环境来保持身心健康，与之关系最为密切的首先是一把舒适的、有助于缓解长时间坐姿疲劳的办公座椅。
2.1.2 常用坐姿有所区别
人们在工作过程中与平时休息、休闲所采用的坐姿是有区别的。瑞士 Giroflex 公司曾经对 4290 名男女职员的“坐的行为”进行定时摄影调查（图2-1），测定各种姿势在一般日常工作中所占的比例，结果如右图所示，位于座椅中部以及前倾的坐姿是工作中最常采用的两种姿势，持续时间分别占整个实验过程的 52%和 49%；其次，长时间的工作会给人体带来劳累的感觉，为了缓解这种紧张状态，放松疲惫的身心，工作人员会不时的向后倾斜靠向椅背，这种姿势占整个过程的 42%；另外，由于处理文件等的需要，手臂置于桌面上的姿势也经常出现，占整个过程的 40%。
图 2-1 瑞士 Giroflex 公司对男女职员的各种工作姿态所做的调查结果
不知道由于长时间处于一种姿势会带给脊柱以及肌肉带来不正当的压力分布，为了抵消这种影响，人们便需要经常改变坐姿，所以我们可以看到，办公职员的坐姿包括几种不同的细节，但是总的来说，工作坐姿可以归纳为以下的特点：办公活动以前倾或直立的坐姿为主，需要偶尔向后倾仰以缓解疲劳；由于需要不时接近前方工作区，座面应适当前倾约 5°并且软硬应该适当；主要由臀部支撑，承担身体重量，偶尔需要腰部、背部甚至颈部获得依靠来分担积累的压力；经常变换姿势。一般来说，人们在使用休闲椅时常采取后倾的姿势，倾角在 105°左右；座面适当后倾一定角度，范围可在 23-26°之间；椅面材料较办公椅可稍厚 2-4 毫米；完整的靠背支撑以及腿部支撑。
2.1.3 座椅调节应便于实现
由于满足不同使用者的需要以及实现针对各种坐姿的动态可调，办公座椅应该可调节。过高的座高会使腿悬着，使大腿底面受到过大的负荷，压迫此部分的血管，会导致血液循环及坐姿不良。过低的座高，相对桌面的话就显得太高，就会产生肩膀和手臂的疼痛。所以座面的高度必须调整得非常恰当。除此之外，座椅扶手、靠背高度、倾角等等也应该可以适应不同的人、不同坐姿使用。但这并不是说可调因素越多越好，调节装置越多越好。相反，调节装置应该简洁明了，使调节易于实现，甚至利用液压、同步倾仰等装置，根据人体重心变化自动调节，无需手动。这是因为办公活动中姿势变化较为频繁，如果操作装置过于繁琐复杂，既浪费时间、影响办公效率，又容易产生误差、得不到最舒适的使用效果。
2.1.4 轻便灵活、牢固耐用
办公座椅轻便灵活的特点主要是由办公空间限制以及收取文件、电脑操作等办公活动决定的，一把轻便灵活的座椅可以在有限的空间中游刃有余。另外，由于需要经常变换姿势，办公座椅还必须牢固耐用以保证使用安全。为了增进办公椅的工作效率，椅脚上大多装有椅轮，以便灵巧地工作区域内变换位置，同时从实际使用和经济上的考虑，一般椅脚均设计成多爪式，而非圆盘式。4 爪式椅脚由于触地面积小，稳定性差，极易翻覆；而 5 爪式脚底面积比 4 爪式大 20%，而安全性则大大地提高了；6 爪式椅脚底面积虽然可以增加 5%的面积，但经常会绊住使用者的脚，使用不太方便。所以从机能和经济的角度出发，最合适的椅脚是 5 爪式。
图 2-2 座椅的脚爪数与底面积的比较
2.1.5 材料选择适当
办公座椅的材料应该至少满足透气、防滑，以保证长时间使用的舒适性。表面材料多以纤维为主，例如碳纤维的使用可在保证结构强度的情况下减轻座椅的重量。座椅靠背中透气的弹性网布非常普遍。椅垫应采用采用高密度、弹性优异、密度均一的材料，因为椅垫的适当与否，是影响肌肉疲劳的主要原因。椅垫过于柔软，密度太低或不均匀无法稳定身体，均衡支撑身体，使坐姿变形，从而产生肌肉疲劳现象。如下图左所示，由于座面密度不均，使脊椎扭曲、身体左右两侧负荷不平衡；右图所示为太软的椅垫会使坐姿变形：
图 2-3 不适当的座椅材料对坐姿的影响
2.2 人机工程学与办公座椅设计结合的必要性
人机工程学座椅得以产生和发展主要是从保护劳动者和提高工作效率的角度考量。首先其产生背景是由于生产的发展，脑力劳动的增加，办公室成为人们主要的社会活动场所，而由于这种环境在空间、时间以及活动内容上的限制，又产生了很多新的问题，促使人们想方设法的协调、解决。瑞典医生在其所著的《坐着的人》一书中提到：“现在，背痛的问题正在世界各地普遍地增加，最合理的解释就是采取了不正确的工作姿势，这是因为目前许多现代办公家具，都是在不了解坐着办公的人其生理需要的情况下制造出来的。”根据美国学者的调查显示，美国每年有超过四十万人因为长时间坐着工作而患上了“椅子病”。造成的伤害主要包括两个方面：血栓和脊椎下半部的病痛。长时间的坐行为，尤其是设计不良的座椅，会抑制血液循环，压迫血管系统，促使静脉中生成血凝块，造成血栓。现代的办公人员由于长时间地坐着工作，下半身的肌肉缺少运动，再加以不良的坐椅阻碍了血液由上半身流向脚部，使得血栓病成为现代办公人员的一种职业性危机。另一个长时间坐着工作会产生的问题就是脊椎下半部的病痛。椅子若不能很适当地支撑骶骨及腰椎的部位，会导致“滑脱症”的产生，虽然短时间的滑脱能给人以舒适的感觉，但时间一长，则会感到严重的不舒服，甚至会引起背部的疼痛。瑞典的基尔邦职业伤害调查表上也显示 50%的病症与人体工学有关（诸如背部及肩部的毛病）。对瑞典的管理及作业人员所作的调查，其中进一步显示了“静态工作姿态”是造成目前职业伤害的主要原因。
人机工程学座椅通过缓解劳动者的疲劳程度，减少职业病的发生概率，保护劳动者的健康，这种改进直接反映在工作中就是进而提高了工作效率。国外某办公座椅公司曾花了一年的时间，对 200 名志愿者进行了追踪调查。把志愿者分为三组，分别是第一组，使用人机工程学椅子、并加以训练使掌握人机工程学中降低疲劳度的显著方法；第二组，只培训方法，不使用人机工程学椅子；第三组，不做任何培训，并且使用一般普通的椅子。结果表明：使用人机工程学座椅可以明显的降低疲劳症状的发生。并且，一年中，在这项试验中接受人机工程学培训并使用人机工程学座椅的志愿者，平均工作效率提高了 17.8%。
2.3 小结
要研究办公座椅的设计首先要清楚办公座椅的特性，它具有不同于其它座椅的一些特征，包括：使用时间长；人们工作时常用的坐姿与平时状态有所区别；办公座椅的调节功能应当易于实现；轻便灵活、牢固耐用以及材料的选择应考虑透气、防滑，以保证长时间使用的舒适性。随着时代、科技的发展，人们越来越认识到办公座椅是否舒适直接关系到使用者的健康、安全以及工作效率，因此，从人机工程学的研究角度出发设计办公座椅成为一种必然结果以及持续的发展趋势。
3办公座椅设计
3.1办公座椅设计的结构分析
办公座椅必须具有的主要构件为: 座面、扶手、腰靠、肩靠、坐垫、支架． 其主要结构形式如图3
图3 一般工作座椅的结构形式
ɑ － 座高，b － 座宽，c － 座深，d － 腰靠长，e － 腰靠宽，f － 腰考厚，g － 腰靠高，R － 腰靠圆弧半径，r － 倾覆半径，а － 坐面倾角，β － 腰靠倾角
3.2 办公椅的设计分析
1)座高．
座高即座椅的高度，是座前沿中至地面的垂直距离． 座高是影响坐姿舒适程度的主要因素之一，座高不合理会导致坐姿的不正确，而且容易使人体腰部产生疲劳． 座面过高，则两腿悬空碰不到地面，体压有一部分分散在大腿部分，使大腿血管受到压迫，妨碍血液循环． 座面过低，膝盖拱起，体压过于集中在坐骨上，时间久了会产生疼痛感． 人体工程学研究表明，合理的座高应等于小腿加足高再加上 25 ～30 mm 的鞋跟厚再减去 10 ～20 mm的活动余地，即:椅子高度 = 小腿加足高 + 鞋跟厚 － 适当空间．其中小腿加足高一般应适合所有第 5 百分位以上的人． 就办公座椅而言，其座高应比休息座椅稍高，且宜设计为可调节的以适应多数人使用，一般取 400 ～ 440 mm，如果是可调节的，可取 380 ～480 mm。2)座面
人体的骨盆下面有两块坐骨结节，在坐姿状态下，当座面呈近似水平时，可使两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置而不受过分的压迫，人体会感到舒适． 当坐面呈斗形时，会使股骨向上转动，这种状态除了使股骨处于受压迫位置而承受载荷外，还造成髋部肌肉承受反常压迫，并使肘部和肩部受力，从而引起不舒适感． 因此，座面的设计应该呈近似水平，避免斗形设计。3)座面宽度
座面宽度是由人体臀部尺寸加适当的活动范围而定的． 办公座椅的座面宽度要尽可能宽，因为必须要适合于身材高大的人，其相对应的人体测量尺寸是臀宽． 因此，座宽的设计通常以女性臀宽尺寸的第 95 百分位为依据进行设计． 座宽一般不小于 380 mm，国标 GB/T3326 规定: 靠背椅座位前沿宽≥380 mm。4)座面深度
座面深度是指椅子座面前沿至后沿的距离．在办公座椅设计过程中，座面不可过深，否则背部支撑点悬空，靠背失去作用，同时膝窝处会受到压迫，使小腿产生麻木感;座面也不可过浅，否则大腿前部悬空，重量会全部压在小腿上，会很快产生疲劳． 人体工程学研究表明，座深以略小于座姿时大腿水平长度为宜，即:座深 = 坐深 －60 mm(间隙)．国标 GB/T3326 规定靠背椅座深为: 靠背椅座深 =340 ～420 mm。5)座面倾角
通常椅子座面稍向后倾，首先防止臀部逐渐滑出座面而造成坐姿稳定性差;其次使背部能有所支撑，减轻坐骨结节点处的压力，使整个上身重量由下肢承担的局面得到改善，减小疲劳度人体工程学研究表明，工作用座椅座面倾角0 ° ～5°，推荐工作用座椅的座面倾角为 3°。6)扶手
扶手的功能是减轻两臂负担，有助于上肢肌肉的休息，增加舒适感，在起身站立或变换姿势时也可以支撑身体和帮助身体稳定． 扶手的高度应设计合理，过高或者过低都容易引起上臂的疲劳．设计时应依据第50 百分位的坐姿肘高来确定椅子扶手的高度，一般扶手与座面的距离以 200 ～ 250mm 为宜，同时扶手前端略高，随着坐面倾角和靠背斜度而倾斜。7)腰靠
腰靠是在第 4 ～5 腰椎之间的高度上，腰靠是由人体脊柱腰椎部分构成的生理曲线即腰曲组成的，也是与坐姿舒适性直接相关的曲线． 正常的腰弧曲线是微微前凸的，办公座椅如果无腰靠或者腰靠不明显将会使正常的腰椎呈后凸形状，导致腰椎变形． 而腰靠过分突出也会使腰椎明显前凸，时间长了也会发生腰椎变形． 所以，腰椎后凸和过分前凸都是非正常状态，合理的腰靠应该是使腰弧曲线处于正常的生理曲线，这样可以降低椎间盘压力，减轻肌肉负荷． 因此，腰靠的设计成为办公座椅设计的必要组成部分。8)肩靠
肩靠是在第 5 ～ 6 胸椎之间高度上，由于第 5～ 6 胸椎高度相当于肩胛骨的高度，肩胛骨面积大，可承受较大压力，当人体长期处于坐姿工作时，肩部会感觉不适或酸痛，因此，办公座椅必须设计肩靠，让肩靠来分解肩部压力，缓解人体疲劳。9)靠背倾角．
靠背倾角是指靠背与座位之间的夹角． 靠背倾角可以影响椎间盘压力和背部肌肉，靠背倾角的增加能增强人体的舒适感，因为身体后仰时，身体的负载移向背部的下半部和大腿部分。人体工程学研究表明，当座面与靠背夹角在 110°以上时，倾斜的靠背支承着身体上部分的重量，从而减少椎间盘内压力． 所以人体上身向后倾 110° ～ 120°为佳。10)坐垫
坐垫也是办公座椅设计的重要组成部分． 根据人体工程学可知，人体坐骨粗壮，与周围肌肉相比能承受更大压力，而大腿底部有大量血管和神经系统，压力过大会影响血液循环和神经传导而感到不适． 所以坐垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来设计，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减小，至大腿部位时压力降至最低． 此外，坐垫的材料应透气而且不打滑，以增加座面的舒适感。
结语
总之，理想的办公座椅，应该以人体测量尺寸的测量数据为依据，严格按照人体工程学原理进行设计，使人在工作过程中能够最大化的感到舒适，减少工作的疲劳和长期坐姿带来的疾病，这也是设计中所提到的人性化的重要体现。
参考文献
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