1、第五章第五章 安全人机系统中的作业安全人机系统中的作业岗位与空间设计岗位与空间设计2学习目标：学习目标：具备根据不同工作确定作业姿势的能力具备根据不同工作确定作业姿势的能力 具有对作业岗位的初步设计能力具有对作业岗位的初步设计能力 具有作业场所布置能力具有作业场所布置能力 具有典型作业岗位的空间设计能力具有典型作业岗位的空间设计能力 具有安全作业空间的设计能力具有安全作业空间的设计能力 第五章第五章 安全人机系统中人的安全人机系统中人的 作业岗位与空间设计作业岗位与空间设计 化学工业出版社31 作业岗位作业岗位 2 作业空间分析作业空间分析 第五章第五章 安全人机系统中人的安全人机系统中人的
2、作业岗位与空间设计作业岗位与空间设计 4一、作业岗位的分类一、作业岗位的分类确定姿势原则：确定姿势原则：最高作业效率最高作业效率 人人-机之间最协调机之间最协调 工作者轻松、舒适、自然、持久地进工作者轻松、舒适、自然、持久地进行作业行作业 第一节第一节 作业岗位作业岗位 5第一节第一节 作业岗位作业岗位 作业岗位作业岗位（按其作业时的姿势）（按其作业时的姿势）立姿岗位、坐姿岗位、坐立姿交立姿岗位、坐姿岗位、坐立姿交替岗位、跪姿岗位和卧姿岗位替岗位、跪姿岗位和卧姿岗位 6(a)仰卧100(b)坐姿103105(c)立姿108110(d)跪姿130140(e)弯腰1501607确定作业姿势因素：确
3、定作业姿势因素：Y 工作空间的大小及照明条件等工作空间的大小及照明条件等 Y 体力负荷大小、频度、用力方向、作业要求的体力负荷大小、频度、用力方向、作业要求的准确性与速度等准确性与速度等 Y 作业场所各种仪器、机具和加工件的摆放位置，作业场所各种仪器、机具和加工件的摆放位置，取用、操作的方法等取用、操作的方法等 Y 工作台面与座椅的高度，有无足够容膝空间工作台面与座椅的高度，有无足够容膝空间 Y 作业方式、方法，特别是操作时起坐频率，变作业方式、方法，特别是操作时起坐频率，变换姿势的可能性换姿势的可能性 Y 作业者主动采取的体位等作业者主动采取的体位等 第一节第一节 作业岗位作业岗位 8不良姿
4、势：不良姿势：静止不动的立姿静止不动的立姿 长期或反复弯腰，特别是弯度超过长期或反复弯腰，特别是弯度超过1515 弯腰并伴有躯干扭曲或半坐姿弯腰并伴有躯干扭曲或半坐姿 负荷不平衡，单侧肢体承重负荷不平衡，单侧肢体承重 长时间双手平举或前伸长时间双手平举或前伸 长时间或高频率地使用一组肌肉长时间或高频率地使用一组肌肉 第一节第一节 作业岗位作业岗位 9二、典型作业岗位二、典型作业岗位 坐姿作业岗位坐姿作业岗位 立姿作业岗位立姿作业岗位 坐立姿交替作业岗位坐立姿交替作业岗位 跪姿作业岗位跪姿作业岗位 卧姿作业岗位卧姿作业岗位 第一节第一节 作业岗位作业岗位 101.坐姿作业岗位坐姿作业岗位坐姿作业
5、的特点o 优点o 宜采用坐姿的作业最合理的作业姿势是坐姿作业。因此，必须坐着工作的，就一定要保证坐着工作。可以坐着工作的，就应该争取坐着工作。111.坐姿作业岗位坐姿作业岗位坐姿作业的特点o 优点o 宜采用坐姿的作业1）持续时间较长的静态作业。坐姿时，支持身体的力较小，腿上消耗的能量和负荷较小，血液循环畅通，可减少疲劳和人体能量的消耗。2）精密度要求高而又要求仔细的作业。坐姿时，当设备振动或移动，人体有较大的稳定度和平衡度。3）需要手足并用，并对一个以上踏板进行控制的作业。坐姿时，双脚容易移动，且可借助座椅支撑对脚控制器施以较大力量。122.立姿作业空间立姿作业空间 立姿作业的特点o 优点o
6、宜采用立姿的作业o 缺点立姿作业时，作业者可变换位置，减少疲劳和厌烦；无需任何容膝空间等重要优点。132.立姿作业空间立姿作业空间 o 优点o 宜采用立姿的作业o 缺点1）需要经常改变体位的作业。立姿时消耗能最少些；2）常用的控制器分布在较远区域、需要手足有较大运动幅度的作业。立姿时作业者可以走动，可以看见或使用坐姿作业者够不到的部件；3）需要用力较大的作业。立势时手臂力量较大，易于操作大操纵杆。142.立姿作业空间立姿作业空间 o 优点o 宜采用立姿的作业o 缺点不易进行精确而细致的工作；不易转换操作；立姿时支持体重，易引起疲劳；下肢负担较重，长期站立易引起下肢静脉曲张等。153.坐坐立姿交
7、替作业岗位立姿交替作业岗位 坐立姿交替作业的特点o 为了克服坐姿、立姿作业的缺点，在工作岗位上经常采用坐立姿交替作业的方式。这种作业方式的优点是能使作业者在工作中变换体位，从而避免由于身体长时间处于一种体位而引起的疲劳。例如，长时间的坐姿作业会引起心理性疲劳，改成立姿适当走动，有助于维持工作能力，而长时间的立姿作业会产生肌肉疲劳，坐下来就可以消除。164.跪姿作业岗位跪姿作业岗位 o 宜采用跪姿的作业o 缺点如在需要拆装设备低部零件、擦洗设备、擦地板、取物等，则需采用跪姿。174.跪姿作业岗位跪姿作业岗位 o 宜采用跪姿的作业o 缺点消耗能量较大、可能引起腿部麻木，肿胀等。18o 在修理汽车等
8、场合常采用卧姿。o 常见的卧姿为俯卧、侧卧、仰卧等。5.卧姿作业岗位卧姿作业岗位 19图图5-1 5-1 以静卧为基础，坐、立、弯腰、跪以静卧为基础，坐、立、弯腰、跪四种姿势的能耗百分比四种姿势的能耗百分比20三、作业岗位设计要求和原则三、作业岗位设计要求和原则设计要求：设计要求：保证作业者在上肢活动所能达到的区域内完保证作业者在上肢活动所能达到的区域内完成各项操作，并应考虑下肢的舒适活动空间成各项操作，并应考虑下肢的舒适活动空间 考虑操作动作的频繁程度。很频繁（考虑操作动作的频繁程度。很频繁（22次次/分钟）；频繁（分钟）；频繁（2 2次次/分钟，且分钟，且22次次/小小时）；不频繁（时）；
9、不频繁（2 2次次/小时）小时）考虑作业者的群体，全部为男性；全部为女考虑作业者的群体，全部为男性；全部为女性；男性和女性共同使用性；男性和女性共同使用 第一节第一节 作业岗位作业岗位 21设计原则：设计原则：必须考虑作业者动作的习惯性、同时性、对必须考虑作业者动作的习惯性、同时性、对称性、节奏性、规律性等生理特点，以及动称性、节奏性、规律性等生理特点，以及动作经济性原则作经济性原则 各组成部分（座椅、工具、显示器、操纵器各组成部分（座椅、工具、显示器、操纵器及其他辅助设施）的设计，均应符合工作特及其他辅助设施）的设计，均应符合工作特点及人机工程学要求点及人机工程学要求 在作业岗位上不允许有与
10、作业岗位结构组成在作业岗位上不允许有与作业岗位结构组成无关的物体存在无关的物体存在 第一节第一节 作业岗位作业岗位 22合适的作业空间设计需要考虑的因素：合适的作业空间设计需要考虑的因素：元件布置的造型与样式元件布置的造型与样式 操作者的舒适性和安全性操作者的舒适性和安全性 便于使用、避免误差、提高效率便于使用、避免误差、提高效率 控制与显示既紧凑又可分区控制与显示既紧凑又可分区 四肢分担均衡，避免局部超负荷作业四肢分担均衡，避免局部超负荷作业 作业者身材的大小作业者身材的大小第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 23o一、作业空间类型1.作业空间 人、机器设备、工装以及被加工物所占的空间。
11、（1）近身作业空间（2）个体作业场所（3）总体作业空间第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 24第二节第二节 作业空间分析作业空间分析&一、作业空间类型一、作业空间类型 p 近身作业空间近身作业空间 定义定义：作业者在某一位置时，考虑身体的：作业者在某一位置时，考虑身体的静态和动态尺寸，在坐姿或站姿状态下，静态和动态尺寸，在坐姿或站姿状态下，其所能完成作业的空间范围其所能完成作业的空间范围 25第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 o作业场所作业场所指操作者周围与作业有关指操作者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域的、包含设备因素在内的作业区域 o不同个体作业场所的布置构成不同个体
12、作业场所的布置构成总体总体作业空间作业空间 26作业空间设计作业空间设计从广义上讲：按照作业者的操作范围、视觉范围以及作业姿势等一系列生理、心理因素对作业对象、机器、设备、工具进行合理的空间布局，给人、物等确定最佳的流通路线和占有区域，提高系统总体可靠性和经济性。从狭义上讲：合理设计工作岗位，以保证作业者安全、舒适、高效工作。第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 27作业空间设计28作业空间设计29作业空间设计30 在集体办公条件下，应在集体办公条件下，应尽量避免桌子的面对面排列尽量避免桌子的面对面排列或顺序排列。或顺序排列。31&二、作业空间设计总则二、作业空间设计总则 总体作业空间设计的
13、依据总体作业空间设计的依据作业场所布置总则作业场所布置总则 作业场所布置考虑顺序作业场所布置考虑顺序 第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 32总体作业空间设计的依据总体作业空间设计的依据 企业的生产方式、工艺特点决定了总体作企业的生产方式、工艺特点决定了总体作业空间内的设备布局，在此基础上，再根业空间内的设备布局，在此基础上，再根据人机关系，按照作业者的操作要求进行据人机关系，按照作业者的操作要求进行作业场所设计及其他设计作业场所设计及其他设计 第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 33作业场所布置总则作业场所布置总则v 重要性原则重要性原则将最重要的设施布置在离操作者最近将最重要的设施
14、布置在离操作者最近或最方便的位置或最方便的位置v 使用频率原则使用频率原则将信息交换频率高的设施布置在操将信息交换频率高的设施布置在操作者易见、易及的位置，便于观察和操作作者易见、易及的位置，便于观察和操作 v 功能原则功能原则按功能性相关关系对显示器、控制器以按功能性相关关系对显示器、控制器以至于机器进行适当的编组排列，把具有相同功能的至于机器进行适当的编组排列，把具有相同功能的机器设施布置在一起，以便于操作者记忆和管理机器设施布置在一起，以便于操作者记忆和管理 v 使用顺序原则使用顺序原则根据人操作机器或观察显示器的顺根据人操作机器或观察显示器的顺序规律布置机器序规律布置机器 第二节第二节
15、 作业空间分析作业空间分析 34图图5-2 5-2 面板布置原则与作业执行时间的关系面板布置原则与作业执行时间的关系 35三、典型作业岗位的空间设计三、典型作业岗位的空间设计坐姿作业岗位的空间设计坐姿作业岗位的空间设计 立姿作业岗位的空间设计立姿作业岗位的空间设计 坐立交替作业岗位的空间设计坐立交替作业岗位的空间设计 受限作业岗位的空间设计受限作业岗位的空间设计 第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 361 1 坐姿作业岗位的空间设计坐姿作业岗位的空间设计工作面高度：工作面高度：略低于肘部略低于肘部(坐面高度加坐姿肘高坐面高度加坐姿肘高)50)50100mm 100mm 当精细的或需较大视力
16、的工作，高于肘当精细的或需较大视力的工作，高于肘部部5050150mm 150mm 当从事需要较大用力的重工作，低于肘当从事需要较大用力的重工作，低于肘部部150150300mm 300mm 第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 37图图5-3 5-3 坐姿作业工位的工作面高度、坐姿作业工位的工作面高度、坐椅高度的关系示意图坐椅高度的关系示意图 38表表5-1 5-1 坐姿工作的工作面尺寸范围坐姿工作的工作面尺寸范围 39作业范围作业范围定义：定义：操作者以站姿或坐姿进行作业时，操作者以站姿或坐姿进行作业时，手和脚在水平面和垂直面内所能触及的手和脚在水平面和垂直面内所能触及的最大轨迹范围最大
17、轨迹范围 水平作业范围水平作业范围 澳大利亚学者海蒂提出的澳大利亚学者海蒂提出的“MODAPTSMODAPTS记记号号”第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 40图图5-4 5-4 上肢动作一般记号上肢动作一般记号 41图图5-5 5-5 平面作业范围平面作业范围(cm)(cm)421 坐姿作业空间设计垂直作业范围垂直作业范围431 坐姿作业空间设计立体作业范围 立体作业范围立体作业范围指的是将水平和垂直作业范围结合在一起的三维空间，实际上，坐姿作业时，操作者的动作被限制在工作台面以上的空间范围，其作业范为一立体空间。441 坐姿作业空间设计o（3）容膝、容脚空间在坐姿工作台设计过程中，在工
18、作台下部就要有足够的容纳腿脚的区域，就叫容膝、容脚空间。符号符号尺度部位尺度部位尺寸尺寸最小最小最大最大a容膝孔宽度容膝孔宽度5101000b容膝孔高度容膝孔高度640680c容膝孔深度容膝孔深度460660d大腿空隙大腿空隙200240e容腿孔深度容腿孔深度6601000单位：mm45第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 脚作业空间脚作业空间图图5-6 5-6 脚作业区域脚作业区域461 坐姿作业空间设计对脚作业空间的研究主要在于脚踏板的设计，脚与踏板应成90，对于蹬力较大的脚踏板，大、小腿间的夹角应在105135，以120为最佳，对瞪力较小的，应在105110范围内。夹角472.2.立姿
19、作业岗位的空间设计立姿作业岗位的空间设计工作面工作面高度：高度：不仅与身高有关，还与作业时施力的不仅与身高有关，还与作业时施力的大小、视力要求和操作范围等很多因素有大小、视力要求和操作范围等很多因素有关，可为固定值，也可随需要调整关，可为固定值，也可随需要调整宽度：宽度：视需要而定视需要而定 第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 48图图5-7 5-7 立姿作业的工作台高度推荐值立姿作业的工作台高度推荐值(cm)(cm)0 0参照线是地面至肘的高度线，其平均值男性为参照线是地面至肘的高度线，其平均值男性为105cm105cm，女性为，女性为98cm98cm49作业范围作业范围水平面作业范围：
20、水平面作业范围：与坐姿时相同与坐姿时相同垂直作业范围：垂直作业范围：正常作业范围、最大作业范围正常作业范围、最大作业范围（设计控制台、配电板、驾驶盘和确定控（设计控制台、配电板、驾驶盘和确定控制位置的基础）制位置的基础）第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 50图图5-8 5-8 立姿作业的垂直作业空间立姿作业的垂直作业空间(a)单臂单臂(b)双臂双臂51第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 立姿作业岗位的空间设计立姿作业岗位的空间设计临时座位临时座位 临时座位摇动旋转式 回跳式 52第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 表表5-3 5-3 立姿作业空间垂直方向布局设计立姿作业空间垂直方
21、向布局设计 垂直方向高垂直方向高度度(mm)(mm)区域特点区域特点作业空间设计内容作业空间设计内容0 0500500适宜于脚控制适宜于脚控制只能设计脚踏板、脚踏钮等常用的只能设计脚踏板、脚踏钮等常用的脚控制器脚控制器500500700700手、脚操作不方便手、脚操作不方便不宜在此区域设计控制器不宜在此区域设计控制器70070016001600最适宜于人的操作最适宜于人的操作和观察和观察设置各种重要的、常用的手控制器、设置各种重要的、常用的手控制器、显示器和工作台面；特别是人最舒显示器和工作台面；特别是人最舒适的作业范围适的作业范围9009001400mm1400mm高度之间高度之间16001
22、60018001800手操纵不方便，视手操纵不方便，视力条件也略有下降力条件也略有下降布置极少操纵的手控制器和不太重布置极少操纵的手控制器和不太重要的显示器要的显示器18001800以上以上布置报警装置布置报警装置533.3.坐立交替作业岗位的空间设计坐立交替作业岗位的空间设计Y 工作台高度既适宜于立姿作业又适合于坐姿作业，工作台高度既适宜于立姿作业又适合于坐姿作业，这时工作台高度应按立姿作业设计这时工作台高度应按立姿作业设计 Y 为使工作台高度适合于坐姿操作，需要提高坐椅高为使工作台高度适合于坐姿操作，需要提高坐椅高度度 Y 坐椅应设计得高度可调坐椅应设计得高度可调+可移动，椅面设计略小些可
23、移动，椅面设计略小些 Y 为防止坐姿操作时两腿悬空而压迫静脉血管，一般为防止坐姿操作时两腿悬空而压迫静脉血管，一般在坐椅前设置搁脚板在坐椅前设置搁脚板 第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 54第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 表表5-4 5-4 坐立交替作业岗位操作的控制台尺寸坐立交替作业岗位操作的控制台尺寸 5556574.受限作业岗位的空间设计n受限作业受限作业是指作业者被限定在一定的空间内进行操作。58图图5-10 5-10 几种通道空间尺度几种通道空间尺度5959湖南科技大学工业工程系图图 8-17 8-17 由上肢和零件尺寸限定的维修空间由上肢和零件尺寸限定的维修空间/mm
24、/mm4.4 4.4 其它作业姿势的作业空间设计其它作业姿势的作业空间设计60第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 作业空间 安全空间 潜在危险空间危险空间&四、安全作业空间的设计四、安全作业空间的设计 61 安全作业空间要考虑一定的富裕空间，即安全作业空间要考虑一定的富裕空间，即安安全作业空间作业的物理空间操作者心理全作业空间作业的物理空间操作者心理要求的富裕空间要求的富裕空间 实例实例 作业空间周围如有危险源作业空间周围如有危险源(如高压电如高压电)及危险区及危险区(转动的大型设备等转动的大型设备等)，应加护网、栏等设施加，应加护网、栏等设施加以隔绝以隔绝 第二节第二节 作业空间分析作业
25、空间分析 62 作业空间附近如有弹射出物体、溅射液体可作业空间附近如有弹射出物体、溅射液体可能性时，应设栏板、栏网加以防护能性时，应设栏板、栏网加以防护 实例实例 作业空间上方不得有坠物的危险性作业和设作业空间上方不得有坠物的危险性作业和设施施 作业空间的作业环境要符合相应标准和作业作业空间的作业环境要符合相应标准和作业要求要求 第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 63心理空间o 个人心理空间个人心理空间个人心理空间是指围绕一个人并按其心理尺寸要求的空间。接触类型心理距离亲密距离（紧身区）=450个人距离（近身区）4501200社交距离（社交区）12003500公共距离（公共区）35009
26、000人际交往心理距离表 单位：mm6464湖南科技大学工业工程系个人心理空间个人心理空间 人们对正面要求较大，而侧面要求较少人们对正面要求较大，而侧面要求较少。因此，有必要。因此，有必要通过工作场所的布局设计，使工作岗位具有足够的、相对独通过工作场所的布局设计，使工作岗位具有足够的、相对独立的个人空间，并预先对外来参观人员的通行区域做出恰当立的个人空间，并预先对外来参观人员的通行区域做出恰当的规划。的规划。6565湖南科技大学工业工程系个人心理空间个人心理空间 有些座椅设计的虽然考虑了人的舒适性和使用效率，但有些座椅设计的虽然考虑了人的舒适性和使用效率，但由于放置的位置和排列不当，总体使用效
27、率并不高。例如长由于放置的位置和排列不当，总体使用效率并不高。例如长排放置的多人座椅，中间不加分隔，即使落座者旁边有空位排放置的多人座椅，中间不加分隔，即使落座者旁边有空位人们通常也不愿意坐上去，如果加上扶手或隔开座椅，就可人们通常也不愿意坐上去，如果加上扶手或隔开座椅，就可以提高座椅利用率。以提高座椅利用率。6667 在集体办公条件下，应在集体办公条件下，应尽量避免桌子的面对面排列尽量避免桌子的面对面排列或顺序排列。或顺序排列。6868湖南科技大学工业工程系出入口 出口形状尺 寸最小最佳矩形405610 510710正方形460560圆形560710表表8-10 8-10 应急出口的尺寸应急
28、出口的尺寸/mm/mm6969湖南科技大学工业工程系图图8-20 8-20 通道和走廊的最小空隙通道和走廊的最小空隙图图 8-19 8-19 各种情况下通道的尺寸各种情况下通道的尺寸/通道和走廊通道和走廊7070湖南科技大学工业工程系 楼梯、梯子和斜坡道 1）楼梯。楼梯的斜度应设计为3035角左右，坡度在20以下应设计为坡道，50以上应该使用梯子。2）梯子 3）斜坡道 表表 8-11 8-11 楼梯的设计参数楼梯的设计参数 坡度抬步高度/mm踏脚板深度/mm30160280351802604020024045220220502402007171湖南科技大学工业工程系2）梯子。常用的梯子有移动式
29、和固定式两种，固定的梯子一般设计有扶手，称为扶梯，其坡度为5075之间。移动的梯子一般可折叠，使用时应使其坡度大于70，以免出现滑移。梯子的坡度决定其抬步高度和踏板深度，坡度越大，踏板越浅，而抬步高度也越大，具体尺寸可参考楼梯设计参数。7272湖南科技大学工业工程系 3）斜坡道。坡道是在作业区域连接两个不同高度作业面的地面通道，经常用于装卸货物、运输重物等。斜坡道的设计要考虑的是人的力量和安全性，一般对于手推车和运货车，斜度在7 -15最佳，无动力时设计坡道要缓一些。坡道也要设计防滑表面，并在两边安装扶手，搬运设备还要设计刹车装置。7373湖南科技大学工业工程系 平台和护栏 1）平台 在生产中
30、，经常需要将作业人员升至一定高度进行作业，这时就需要建立围绕工作区域或在工作区域的相关部分建立连续工作面，这种工作面叫平台。平台的设计要求负荷要大于实际负荷，并与相邻工作设备表面的高度差小于50mm，平台的尺寸应大于910700mm，空间高度大于1800mm，此外，还要在平台面板四周装踢脚板，高度应大于150mm。7474湖南科技大学工业工程系 平台和护栏 2）护栏 当作业者的工作平台高于地面200mm时，或为保证作业者远离危险部位时，都应该设计合理的护栏以保证作业者的安全。图图8-21 8-21 护栏的合理设计护栏的合理设计 75第二节第二节 作业空间分析作业空间分析 不仅要设计作业域及富裕
31、空间的大小，工具的放置，物料、半成品的堆放，邻区防护等，还应包括作业区内人员组成和配置等内容 设计设计761.1.作业岗位如何分类？作业岗位如何分类？2.2.哪些体位是不良姿势？哪些体位是不良姿势？3.3.确定作业姿势时主要考虑哪些情况？确定作业姿势时主要考虑哪些情况？4.4.什么情况下采用立姿和坐姿操作？什么情况下采用立姿和坐姿操作？5.5.作业空间有哪些类型？作业空间有哪些类型？习题及思考题习题及思考题 776.6.作业场所布置总则是什么？考虑顺序怎样？作业场所布置总则是什么？考虑顺序怎样？7.7.“MODAPTSMODAPTS记号记号”的含义是什么？的含义是什么？8.8.如何确定坐姿作业岗位的作业面高度？如何确定坐姿作业岗位的作业面高度？9.9.如何进行立姿作业空间垂直方向布局设计？如何进行立姿作业空间垂直方向布局设计？10.10.安全作业空间的设计要点是什么？安全作业空间的设计要点是什么？习题及思考题习题及思考题
