人機工程學課程設(shè)計--教學用課桌椅的人機工程分析與改進

1、<p><b>　　人機工程學報告</b></p><p>　　教學用課桌椅的人機工程分析與改進</p><p>　　摘要：課桌椅是學生學習的重要工具之一，對學生的書寫習慣、坐姿有很大影響，同時又與學生不良姿勢的形成、近視的發(fā)生、脊柱彎曲、身體的發(fā)育有很大關(guān)系。當前我國學校課桌椅設(shè)計有些方面不符合人機工程學原理，不能充分適合不同地區(qū)、不同年齡、不同性別、不同

2、身高、不同體型的學生的身體情況。因此對課桌椅進行基于人機工程原理的設(shè)計改進十分必要。本文在了解當前問題，進行人機工程學分析并借鑒其他專家學者的研究成果，提出了相應的改進措施，并加入了本人的創(chuàng)新設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：人機工程，課桌椅，分析，改進，創(chuàng)新設(shè)計</p><p>　　On the Ergonomic Analysis and Improvement of teachin

3、g Desks and Chairs</p><p>　　Abstract: Desks and chairs not only play an important role on students’ studies, but also have a very important influence on students' writing habits, sitting gesture. What’s

4、more, desks and chairs also play a crucial role on the cultivation of bad posture, the occurrence of myopia, the curvature of the spine, and physical development of the students. Nowadays, the design of school desks and

5、chairs have some inconsistent with ergonomic principles at some aspects in our country, them can’t fully </p><p>　　Key words: ergonomics, desks and chairs, analysis, improvement, innovative design</p>

6、<p><b>　　1. 引言</b></p><p>　　課桌椅是學校的主要設(shè)備之一【1】，也是學生學習所需要的用具之一。它不僅對學生的書寫習慣有較大影響，而且與學生不良姿勢的形成、近視的發(fā)生、脊柱彎曲、身體的發(fā)育有很大關(guān)系。</p><p>　　課桌椅的設(shè)計，除了要考慮實用、經(jīng)濟、美觀等要求外，更要考慮適合學生的使用。于是必須要應用人機工程學原理，設(shè)計

7、課桌椅的外形尺寸符合不同年齡段、不同地區(qū)、不同性別、不同身高、不同體型的學生的人體動作尺度。給學生提供使用舒適，功能多樣，外形美觀的課桌椅，從而有利于減少疲勞和不舒適感，提高學生的學習效率，同時保證學生有一個健康良好的坐姿，促進身體的健康發(fā)育，預防和減少近視。</p><p>　　目前我國大、中、小學校很大程度上采用的是統(tǒng)一規(guī)格的課桌椅，沒用充分考慮到不同地區(qū)、不同年齡、不同性別、不同身高、不同體型學生的身體情況

8、；導致了許多方面的問題，比如影響視力，導致不良的坐姿，甚至影響了青少年的健康發(fā)育。</p><p>　　比如對合肥市中小學課桌椅與學生身高符合情況的調(diào)查【2】中發(fā)現(xiàn):課桌與身高符合率為12.19%，課椅符合率為26.66%，課桌椅符合率為7.26%；中學課桌平均符合率為32.18%，小學為17.92%；有學者對不合適的課桌椅與學生近視率之間的關(guān)系調(diào)查研究【3】發(fā)現(xiàn)：坐不合適的課桌椅的學生得近視眼的可能性是正常者的

9、1.87倍，坐不合適的課桌椅的時間越長，視力越差；又如上海某學校一個班級學生，對課桌椅不滿意的占52.5%，深圳某學校學生對課桌椅不滿意的為36.11%，北京某小學學生對課桌椅不滿意的占24%；江蘇海安縣某小學學生覺得課桌椅不合適的占57%，浙江開化縣的農(nóng)村學校統(tǒng)計中，對課桌椅不滿意的學生占60%等等。</p><p>　　基于現(xiàn)狀，課桌椅的人機工程改進設(shè)計顯得十分必要。本文即在了解當前我國學校課桌椅設(shè)計中存在的

10、一些問題，運用人機工程學原理進行分析，提出改進設(shè)計措施。</p><p>　　2.基于人機工程的分析</p><p>　　人機工程學主要研究人、機器、環(huán)境之間的聯(lián)系【4】，基于對人的身體測量和心理研究，對機器和環(huán)境進行符合人的特性的設(shè)計，以提高人的舒適感，減少疲勞，提高工作效率。在提高工作的效率的方法中，基于人的因素（Human Factors）而設(shè)計的工具是重要部分【5】。因此要運用人機

11、工程學原理分析學生的身體情況，課桌椅的設(shè)計尺寸必須要符合學生的身體情況，并執(zhí)行一定的標準。唯此才能設(shè)計出適合不同學生的使用需求。</p><p>　　2.1課桌椅的設(shè)計原理</p><p>　　學生課桌椅的尺寸設(shè)計要對學生身體的主要尺寸、立姿尺寸及坐姿尺寸進行測量。這些測量數(shù)據(jù)提供了人體各部分的基本尺寸、人體各部分在活動時的相互關(guān)系以及肢體可觸及的范圍。同時還要分析在使用過程中學生的視覺（

12、課桌椅的互相遮擋對視野的影響）、聽覺（課桌椅的互相碰撞、摩擦對聽覺的影響)、觸覺(桌椅的材質(zhì)選擇對觸覺的影響)、嗅覺(桌椅材質(zhì)散發(fā)的氣味對嗅覺的影響)的機能特征; 分析在學習過程中學生的生理、心理變化對學習效率的影響, 以及在學習過程中學生的能量消耗、疲勞程度、對各種學習負荷的適應能力。因此, 人體測量學為學生桌椅設(shè)計全面考慮/ 人的因素0提供了人體的結(jié)構(gòu)尺度、人體的生理尺度和人的心理尺度等數(shù)據(jù), 是學生桌椅的設(shè)計的重要組成部分。<

13、;/p><p>　　三大設(shè)計原則【6】：（1）極限設(shè)計原則: 即是最大尺寸和最小尺寸的設(shè)計原則。設(shè)計的最大尺寸參考人體尺寸的低百分位, 設(shè)計的最小尺寸參考人體尺寸的高百分位。前者適用于控制器最大間距一類的設(shè)計; 后者適用于安全出口最小高度一類的設(shè)計。（2）可調(diào)原則: 調(diào)節(jié)范圍從第5百分位到第95 百分位。設(shè)計優(yōu)先采用可調(diào)式結(jié)構(gòu)。（3）平均尺寸原則: 設(shè)計中采用平均尺寸計算。</p><p>　

14、　2.2 課桌椅的設(shè)計要素</p><p>　　（1）造型要素。造型設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵。桌椅的構(gòu)成最主要的是桌椅面、桌椅腿和椅背。對于桌椅的設(shè)計, 穩(wěn)固、牢靠是最重要的。桌子、椅子其支撐腿受力必須均勻, 無論是點支撐還是面支撐, 平穩(wěn)安全是最重要的。因此, 首先我們在設(shè)計桌椅的過程中, 應該圍繞這兩個面展開造型設(shè)計。其次, 椅腿與基座的夾角以及人坐下去后椅腿和座面的角度是否使坐者的脊椎與身體保持平衡及處于自然狀

15、態(tài), 較好地適應人體的生理結(jié)構(gòu)和特性,進行造型設(shè)計的要點。</p><p>　?。?）材料要素。同樣造型的產(chǎn)品采用不同的材質(zhì), 能帶給人視覺上不同的感受, 從而引發(fā)人們不同的心理感覺。如金屬材料, 廣泛用于諸如桌腿、椅腿、支撐腳等需要較大支撐強度的地方。它的強度和硬度大, 不易變形, 焊接彎曲都較容易, 不僅可滿足實際需要而且可隨意變換形狀和結(jié)構(gòu); 塑料材料, 給人的感覺輕便、靈巧、加工容易; 木質(zhì)材料給人的感覺

16、自然、厚重。因此, 我們可以根據(jù)需要選用不同材質(zhì)進行桌椅設(shè)計。</p><p>　?。?）色彩要素。色彩能夠表達人的情感, 啟發(fā)人的思想, 具有重要的心理功能。人們對色彩的心理感受有一定的相似性, 如紅色給人的感覺是熱烈、活潑、充滿激情; 綠色能讓人感受到自然的氣息, 充滿生機; 而黃色讓人想起碩果累累的大豐收, 具有刺激神經(jīng)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的功用, 有助于提高邏輯思維能力; 藍色讓人聯(lián)想到浩瀚的大海, 使人感到幽

17、雅、寧靜, 有緩解緊張情緒、失眠的功用, 有助于調(diào)節(jié)體內(nèi)平衡。因此根據(jù)色彩的心理功能進行色彩的選用也是桌椅設(shè)計的要素之一。</p><p>　?。?）工藝要素。桌椅設(shè)計的加工工藝也是不容忽視的要素。不同的加工技術(shù)會在視覺上、觸覺上和心理上給人不同的感受。利用現(xiàn)代工業(yè)技術(shù), 可以增加桌椅造型的自由度、完整性, 給桌椅設(shè)計帶來多樣化的風格與情趣。</p><p>　　2.3 課桌椅的設(shè)計標準&

18、lt;/p><p>　　國家對學校的課桌椅尺寸有一定的規(guī)定，在《學校課桌椅功能尺寸》標準（GB/T 3976-2002）【7】 中做出了有關(guān)規(guī)定：（見表-1，表-2）</p><p>　　表-1中小學課桌椅尺寸</p><p>　　表-2高校固定式座椅的主要尺寸</p><p>　　經(jīng)過人機工程原理的分析，掌握了人體尺寸與課桌椅設(shè)計的關(guān)系，了解了

19、課桌椅的設(shè)計原理、設(shè)計要素、和國家標準，接著便可以進行對課桌椅的人機工程設(shè)計與改進了。</p><p>　　3.基于人機工程的改進</p><p>　　前文已分析過當前我國學校課桌椅設(shè)計中存在的一些問題，并且經(jīng)過了一定的人機工程原理的分析，由此提出了基于人機工程學原理的改進措施。</p><p>　　圖-1現(xiàn)有的課桌椅類型：</p><p>

20、<b>　　。</b></p><p>　　3.1 桌子設(shè)計改進</p><p>　　當前問題：傳統(tǒng)的課桌桌面一般都是矩形的【8】，然而在矩形桌面上讀書寫字時, 桌面對上肢的支撐多是把雙肘支持在桌面上。按照人類工效學的原理, 合理的桌面高度應當與坐姿時處于自然狀態(tài)的肘部等高或稍低, 即當上臂處于人體兩側(cè)的自然下垂位置肘, 肘部可以與桌面相接。而矩形桌面容易導致過度前傾

21、。</p><p>　　過度前傾的不良讀寫坐姿還會使頭部重心前移于脖頸的范圍之外, 頭頸段的重力力臂過長, 頸部肌肉負荷加重, 頸部肌肉要挺直來支持頭部, 這種頸肌靜態(tài)施力會造成頸肌疲勞與勞損, 以及頸椎病。此外傳統(tǒng)的課桌高度不可調(diào)節(jié)，或者調(diào)節(jié)很麻煩。</p><p>　　改進措施：將桌面設(shè)計改為有一定弧度，并且在桌腿上進行改進，安裝可調(diào)旋鈕，方便調(diào)節(jié)課桌的高度，以適合不同學生使用。另外在

22、課桌底下增加可調(diào)節(jié)角度、高度的腳踏板，起到放松腿腳的作用。此外在桌子旁邊增加掛鉤，用于掛雨傘等物品；在桌子底下設(shè)計一個可放飲料瓶的部位。（見設(shè)計圖）</p><p>　　3.2 座椅設(shè)計改進</p><p>　　當前問題：現(xiàn)有的桌椅高度不可調(diào)或調(diào)節(jié)不方便；坐墊過硬，而且不符合臀部受力情況，坐的時間長了臀部極不舒適，硬板坐墊冬天冰冷不舒服；靠背固定不可動，容易導致脖子酸痛，脊柱彎曲；座椅下面

23、空間沒有有效利用。</p><p>　　改進措施：設(shè)計可調(diào)旋鈕，方便調(diào)節(jié)座椅的高度；坐墊設(shè)計為有一定弧度，且可根據(jù)坐姿自動調(diào)節(jié)角度，適應臀部受力，坐墊設(shè)計為兩面可轉(zhuǎn)換的，一面硬面夏天用，一面為柔軟暖和坐墊冬天用；靠背同樣是弧線，兩面可調(diào)式，安裝彈簧，增加舒適感；座椅下面設(shè)計一個抽屜，可存放書籍等物品。</p><p>　　3.3 整體設(shè)計改進</p><p>　　整

24、體上采用合適的材質(zhì)制造課桌椅的不同部位，尺寸在符合標準的情況下，增加高度調(diào)節(jié)功能，滿足不同學生使用；桌面，和椅子的顏色還可以相應選擇，比如用白色顯得更安靜嚴肅，有利于思考；用淡黃色暖色調(diào)心理上會感覺更柔和舒適。</p><p><b>　　3.4 創(chuàng)新設(shè)計</b></p><p>　　本文提出的創(chuàng)新設(shè)計在于：桌椅高度可方便調(diào)節(jié)（運用調(diào)節(jié)旋鈕），桌面角度可調(diào)，桌面非矩形

25、（有一定弧度，往里凹），坐墊兩面可換（夏天用和冬天用），靠背兩面可換，角度可調(diào)，貼合后背。座椅下設(shè)計一個抽屜可存放一定物品。還設(shè)計了一個掛鉤和一個放飲料瓶的圓筒。（見圖-2，圖-3）</p><p><b>　　3.5 設(shè)計圖</b></p><p>　　在傳統(tǒng)的課桌椅的基礎(chǔ)上進行了改進，設(shè)計了一款使用舒適、功能多樣、外形美觀的“人機工程課桌椅”：（見圖-2，圖-3）

26、</p><p>　　圖-2 人機工程課桌椅（主視圖）</p><p>　　圖-3 人機工程課桌椅 （立體圖）</p><p>　　基于人機工程原理的分析，改進課桌椅的設(shè)計，使之符合學生的身體情況，給學生提供使用舒適，功能多樣，外形美觀的課桌椅，從而有利于減少疲勞和不舒適感，提高學生的學習效率，同時保證學生有一個健康良好的坐姿，促進身體的健康發(fā)育，預防和減少近視。

27、</p><p><b>　　4.結(jié)論</b></p><p>　　課桌椅對于學生的讀寫習慣，坐姿，視力，身體發(fā)育等方面有著重大的影響。課桌椅的設(shè)計必須符合人機工程學原理，充分考慮不同地區(qū)、不同年齡、不同身高、不同體型的學生的身體情況，基于人機工程原理進行設(shè)計。本文提出的改進措施和創(chuàng)新設(shè)計，考慮了實際的情況，符合人機工程原理。為學生設(shè)計了一款使用舒適，功能多樣，外形美

28、觀的“人機工程課桌椅”，從而有利于減少疲勞和不舒適感，提高學生的學習效率，同時保證學生有一個健康良好的坐姿，促進身體的健康發(fā)育，預防和減少近視。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 課桌椅的人機工程學研究.百度文庫</p><p>　　[2] 張金霞，高茗，沈慶鳳，賈法芝.中小學課桌椅與學生身高符合情況

29、的調(diào)查.安徽預防醫(yī)學雜志.</p><p>　　[3] 胡曉東.初中階段不符合衛(wèi)生要求的課桌椅與近視眼的關(guān)系.安徽衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學院學報.2002年第1卷第2期</p><p>　　[4] 丁玉蘭.人機工程學.北京理工大學出版社,2011.4, 5-6頁。</p><p>　　[5] The Thematic paper of the EXIRA project.

30、Human Factors. The European Community’s Transport RTD Program, page 7, 2001.8</p><p>　　[6] 楊君順，姜娜.學生桌椅設(shè)計中的要素.鄭州航空工業(yè)管理學院學報.2005年6月第24卷第3期</p><p>　　[7] 學校課桌椅功能尺寸標準（GB/T 3976-2002）.中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢