1、。(一）基 本 要求：人体活动与空间、肢体的施力及人的作业效率等问题，并能合理运用常用的人体尺寸及人体活动的相关尺寸从事空间设计、家具设计。(二）重点与难点：重点：人体活动与空间，肢体的施力,人体作业效率难点：肢体的运动与肌肉施力 (三）教学内容：31 人体活动与动作空间 32 肢体的运动与肌肉施力33 人体作业效率3.4 提起重物 35 重心问题2 在室内空间中，那些与人们具体的活动有关的空间位置我们称之为行为或作业环境，如学习环境、会客环境等.31 人体活动与动作空间 人们在实际的工作,生活中,在一定的空间范围内处于一种运动的状态，人的动作空间主要分为两类:一类是人体处于静态时的肢体的动作
2、空间，就是肢体的活动范围。人们的肢体围绕着躯体做各种动作;这些由肢体的活动所划出的限定范围即是肢体的活动范围。它是由肢体活动的角度及肢体的长度相关组成的。肢体的活动范围实际上它也就是人在某种姿态下肢体所能触及的空间范围。因为这一概念也常常被用来解决人们在工作各种作业环境中的工作位置的空间问题。所以称为作业域。另一类是处于动态时全身的人体活动空间(作业空间)。3311肢体活动范围与作业域1肢体活动角度 有关关节动作的研究、测量和评价是一间复杂的尖端的科学，测量的技术还不十分完善。肢体活动角度在解决某些问题上有用，如视野、踏板行程的角度等。但很多情况下人的活动并非是单一关节的运动，而是协调的多个关
3、节的联合运动，所以单一的角度是不能解决所有的问题的，肢体活动的一些形式(图3-1)。4562肢体的活动范围 人的肢体围绕关节转动而划出的范围(图3-3)，也就是肢体活动所占用的空间范围，一般只考虑比较常见的情况。人在工作中有各种姿态，他们的动作空间不同。人在工作台、机器前操作时最经常使用的是上肢，此时的动作在某一限定范围内均呈弧形，而形成包括左右水平面和上下垂直面动作范围一定的领域，叫做人的作业域。作业空间：由作业域扩展到人-机系统的全体所需的最小空间。一般来说，作业域是包括在作业空间中的。作业域是二维的，作业空间是三维的(图 3-5)。人们工作时，由于姿态不同其作业域也不同。把人们经常采取的
4、姿态归纳起来基本上是四种:站、坐、跪和躺。从下面的图中可以看出常见的各种姿态的作业域。(图3-6)7图3-389图3-6103 手脚的作业域 人在日常工作和生活中，无论是在厨房还是在办公室，总是站或坐，手脚在一定的空间范围内做各种活动，而形成包括左右水平面和上下垂直面的动作区域(图3-8)。手脚的作业区若设计得不合理，不仅会引起躯体的弯曲扭动，还会降低人的操作精度。(1)水平作业域 水平作业域是人于台面前，在台面上左右运动手臂而形成的轨迹范围，手尽量外伸所形成的区域为最大作业域。而手臂自然放松运动所形成的区域为通常作业域(图3-9)。如写字板、键盘等手活动频繁的活动区应安排在此区域内。从属于这
5、些活动的器物则应安排在最大作业域内。由图可以看出，以通常的手臂活动范围，桌子的宽度有40cm就够了，由于需各种用具，所以实际的桌子要大得多。但水平作业域对于确定台面上的各种设备和物品的摆放位置还是很有用的。如收款台、计算机工作台、绘图桌等。1112图3-913(2)垂直作业域 指手臂伸直，以肩关节为轴作上下运动所形成的范围。图3-10对决定人在某一姿态时手臂触及的垂直范围有用，如阁板、挂件、门拉手等，带书架的桌子也常用到上述物体的高度。设计直臂抓握的作业区时，应以身材较小的人为依据，即以第5百分位的尺寸为准。摸高:是指手举起时达到的高度。垂直作业域与摸高是设计各种柜架、扶手和各种控制装置的主要
6、依据，柜架的经常使用的部分应该设计在这个范围内，除此之外，用手拿东西和操作时通常需要眼睛的引导。拉手:在垂直作业域中，人要取东西，伸手就能拿到是最方便的。人要想伸手而毫不费力地抓到的东西之一就是拉手，拉手位置与身高有关，开门的人老少皆有。身高相差悬殊，往往找不到惟一适合的位置。欧洲有的门上装两个拉手以供成人和儿童使用。14153.1.2 人体活动与活动空间人体的活动空间生活中人们总是在变换着姿态，并且变换本身也随着活动的需而移动位置，这种姿态的变换和变换移动所占用的空间既构成了人体活动空间人体活动空间大于作业域，对工业生产，军事设施中的人的作业空间确定很有用，因此也叫作业空间人体的活动大体上可
7、分为：手足活动，姿态的变换，人体移动，与活动相关的物体162基本姿态 人体的活动时有不同的姿态，归纳的基本姿态有四种:立位、坐位、跪位和卧位。当人采取某种姿态时即占用一定的空间，通过对基本姿态的研究，我们可以了解人在一定的姿态的手足活动时占用的空间的大小。每个姿态对应一个尺寸群(图3-17)。3姿态变换 姿态的变换集中于正立姿势与其他的可能姿态之间的变换，姿态的变换所占用的空间并不一定等于变换前的姿态和变换后的姿态占用空间的重叠，因为人体在进行姿态的改变时，由于力的平衡司题，会有其他的肢体伴随运动。(图3-19)。4人体移动 人体移动占用的空间不应仅仅考虑人体本身占用的空间，还应考虑连续运动过
8、程中由于运动所必须的肢体摆动或身体回旋余地所需的空间。17181920215人与物的关系 很多的情况下人与一定的物体发生联系，这些物体大致可分三类:1.用具;2.家具:贮藏家具;3.建筑构件:门、阶梯等;人与物体相互作用产生的空间范围可能大于或小于人与物各自空间之和。所以人与物占用的空间的大小要视其活动方式及相互的影响方式决定。例如，人在使用家具和设备时，由于家具或设备在使用过程中的操作,移动都会产生额外的空间需求，见图3-23.另外有些生活产品必须以一定的空间位置来使用，如视听音响设备等，见图3-2。这些因素都会产生除了人体与家具设备之外的空间要求。22图3-232324313 影晌活动空间
9、的因素 人的工作空间可以有许多不同的身体位置。在此只能考虑比较常见的工作位置。活动空间受到下列因素的影响:1动作的方式:是静止的还是动态，是持续的还是间隔的;2在各种姿态下工作的时间:由于持续时间的不同，可能带来体力的变化会使人在动作姿态上产生变化;3.工作的过程和用具:额外的附加设备会占用空间;4服装:服装会随时间、地点、季节等很多因素变化，而服装的余量会有很大的不同;5民族习惯:如日本、朝鲜和阿拉伯民族都是席地而居，无论是空间的尺度和形态与我们的一般情况都不同。6须保持一定的活动行程;7并非任何地方都是能触及目标的最佳位置。253.1.4 人体活动空间与室内空间的关系1室内设计一般由于建筑
10、的空间高度是固定的，所以在考虑人体活动空间时更多的考虑平面的空间尺寸。2设计机械只考虑人体的尺寸和活动空间就可以了。而建筑与室内设计所考虑的不仅是这些。A空间是人体活动空间，是由人体活动的生理因素决定的，也称生理空间。它包括(1)人体空间;(2)家具空间;(3)人和物之活动空间。B空间是空余的空间，是由人的心理因素决定的，也称心理空间。A空间与B空间之和即为完整的室内空间。2632 肢体的运动与肌肉施力 人体的一切活动都是通过人体的运动系统实现的。运动系统由三个主要部分组成:骨骼、关节和肌肉，运动系统的运动作用实际是肌肉收缩牵动骨骼绕关节的转动，所以人体活动能力决定于肌肉。肌肉的机能是收缩和产
11、生肌力，肌力可以作用于骨，通过人体结构再作用于其他物体上，称为肌肉施力。321肌肉 肌肉占人体总重量的40%左右，分布于人体的各个部位，肌肉由肌纤维组成，每块的肌肉的两端形成肌健，肌健的强度极高，牢牢地附着在骨骼上。肌肉收缩的能力与长度有关，肌肉越长，收缩肌做功能力越强。人的肌力大小取决于肌肉的横截面积的大小。肌肉在收缩的过程中，消耗肌肉中的化学能而产生机械能，即肌肉的收缩是通过将化学能转换为机械能来实现的。27322 静态肌肉施力 肌肉施力有两种方式:(1)动态肌肉施力:(2)静态肌肉施力(图3-30)。血液输送动态和静态施力的基本区别之一在于它们对血液流动的影响。28323 静态施力举例
12、人站立时，从腿部、臀部、腰部到颈部，有许多块肌肉长时地静态施力。无论人的身体姿势怎样，都存在部分肌肉静态受力，只是程度不同而已。人坐下时，解除了腿部静态受力，躺下时，几乎可以解除所有的肌肉静态受力状况，所以躺下是最佳的休息姿势。还必须说明，并不是每项工作都可明确地划分静态施力与动态施力之间的界线的，通常某项作业既有静态施力又有动态施力。由于静态施力的作业方式比较“费力”，因此当两种作业方式同时存在时，首先要处理好静态作业。静态施力的划分可以参照下列标准:(1)持续10秒以上，肌肉施大力;(2)持续lmin以上，肌肉中等施力;(3)持续4min以上，肌肉施小力(约为个人最大肌力的1/8)。29
13、几乎所有的工业和职业劳动都包括不同程度的静态施力，例如:(1)工作时，向前弯腰或者向两侧;(2)用手臂夹持物体;(3)工作时，手臂水平抬起;(4)一只脚支撑体重，另一只脚控制机器;(5)长时间站立在一个位置上。病症静态肌肉施力一方面加速肌肉疲劳过程，引起难忍的酸痛。另一方面，长期受静态施力的影响，就会发生永久性疼痛的病症，不仅肌肉酸痛，而且扩散到关节、腿和其他组织，因而损伤关节、软骨和腿。静态负荷太大，可引起下列病症:(1)关节部位炎症;(2)健膜炎;(3)健端炎症;(4)关节慢性病变;(5)椎间盘病症。30324避免静态肌肉施力 无论是设计机器设备、仪器、工具还是进行作业设计和工作空间设计，
14、都应遵循避免静态肌肉施力这一人体工程学的基本设计原则。例如，应避免使操作者在控制机器时长时间地抓握物体。当静态施力无法避免时，肌肉施力的大小应低于该肌肉最大肌力的15%。在动态作业中，如果作业动作是简单的重复性动作，则肌肉施力的大小也不得超过该肌肉最大肌力的30%。避免静态肌肉施力的几个设计要点:l避免弯腰或其他不自然的身体姿势;2避免长时间地抬手作业。抬手过高不仅引起疲劳，而且降低操作精度和影响人的技能的发挥。3坐着工作比站着工作省力。工作椅的坐面高度应调到使操作者能十分容易地改变站和坐的姿势的高度，如图3-34。4双手同时操作时，手的运动方向应相反或者对称运动，单手作业本身就造成背部肌肉静
15、态施力。另外，双手作对称运动有利于神经控制。3132 5作业位置(作业的台面域作业的空间)高度应按工作者的眼睛和观察时所需的距离来设计。观察时所需要的距离越近，作业位置应越高。作业位置的高度应保证工作者的姿势自然，身体稍微前倾，眼睛正好处在观察时要求的距离。还可采用手臂支承，以避免手臂肌肉静态施力。6常用工具，如钳子、手柄、工具和其他零部件、材料等，都应按其使用的频率或操作频率安放在人的附近。7当手不得不在较高位置作业时，应使用支承物来托住肘关节、前臂或者手。支承物的表面应为毛布或其他较柔软而且不发凉的材料，支撑物应可调，以适合不同体格的人。脚的支撑物不仅应托住脚的重量，而且应允许脚做适当的移
16、动。3333 人体作业效率 根据人的体能特点，最大效率地发挥人的肌体能力，减少体能的消耗，是作业环境设计的一个重要问题。331肌肉的施力 从能量的角度分析，肌肉收缩时产生的能量的总量包括机械能和热能两部分。机械能可转换为有用的功，而热能对作业无用。所谓肌肉收缩的机械效率，是指肌力做功与肌肉收缩产能总量之比。人体肌肉作业的效率通常只有20%25%，它与作业的方式、人的性别、训练等因素有关系。一般法则对于任何形式的人体活动，只要用力较大，则人体活动的方式应尽量与肌肉产生尽可能大的肌力所需要的活动方式相一致，即哪种方式产生的肌力最大，就以哪种方式进行施力活动。这样，当外来负荷一定时肌肉的实际负荷得到
17、减轻。肌肉在其刚开始收缩时，即当肌肉没有缩短时，产生的肌力最大。因此，在施力时，尤其在负荷很大的情况下，应使肌肉处于其自然状态的长度，这也是合理使用肌力的一条法则。34 332肢体出力 肌肉收缩产生的力是作用于骨骼上，骨骼以关节的形式互相连接。人体运动系统是杠杆系统，外力与肌力之间的力平衡符合杠杆定律，图3-36。肢体运动出力主要是手足的出力，还有全身的协调用力。人的出力特征主要有三个:方向、时间和大小限度。人在不同的方向上肢体的出力大小是不同的，手在身体中心线前30cm处内收缩产生的力最大。手在左右移动时推力大于拉力，最大约40kg。出力的大小还与时间相关，瞬时发力大约 110kg，持续拉力
18、最大可达30kg。人体每个部位所能承受的力量大小是一定的，握力右手为35kg，左手为24kg。一般来说，施力过程中收缩的肌肉越多，产生的肌力越大。最大肌力决定于如下因素:年龄、性别、体格、训练和施力的动机。35363.3.3避免不必要的加速和减速 避免不必要的加速度和减速度。手臂、腿和身体的加速以及减速需要消耗时间和能量。对于手臂和腿，适宜于回转运动，应该尽量减少往复运动。一般说来，手臂作回转运动效率较高。图3-42表示了使用抹布和拖车时的不同的工作方式。第一 种和第二种都有加速和减速情况，第三种速度比较均匀。37 3.3.4 使用惯用手 使用惯用手拿东西比非惯用手快约10%的时间,且精确,从
19、力量大5%10%.3.3.5 利用重力作用 当一个重物被举起时,肌肉必须举起手和臂本身的重量,所以,应当尽量在水平方向上移动物体,有时身体重量能够用于增加杠杆或脚踏器的力量.3.4 提起重物 人的脊柱为”S”曲线形,弯腰改变了腰脊柱的自然S曲线形态,不尽加重了椎间盘的负荷,而且改变了压力分布,使椎间盘受压不均,前缘压力大,向后缘方向压力逐渐减小(图 3-46)这就进一步恶化了纤维环的受力情况,损伤椎间盘.提起重物必须保持直腰姿势。人们经过长期的劳动实践和科学研究总结了一套正确的提重方法。3839404135 重心问题 重心是全部重量集中的作用点，重心一般在人的肚脐后。在设计中应考虑重心问题，如
20、栏杆的设计，栏杆的高度应该高于人的重心。如果栏杆低于这一点，就会产生恐俱感。一般来说每个人的重心位置不同，主要是受身高、体重和体格的不同的影响。通常躯干低的人重心偏向下方，反之则偏上。此外重心还随人体位置和姿态的变化而不同。比如椅子的设计，现在家具的设计形式丰富多样，尤其是椅子，四条腿的一般稳定性较好，但是三条腿、一条腿的就有个重心问题。42第3章 小结作业环境中的人体因素31 人体活动与动作空间 1.肢体活动范围与作业域:肢体活动角度，肢体的活动范围，手脚的作业域 2.人体活动与活动空间:人体的活动空间，2基本姿态，3姿态变换，4人体移动，5人与物的关系 3.影晌活动空间的因素;3.1.4 人体活动空间与室内空间的关系32 肢体的运动与肌肉施力 1.肌肉,2 静态肌肉施力,3 静态施力举例,4避免静态肌肉施力33 人体作业效率 1.肌肉的施力,2肢体出力,3避免不必要的加速和减速,4 使用惯用手,5 利用重力作用3.4 提起重物35 重心问题 287962160(李昌洣)
