辦公桌椅的人機工程學(xué)分析與改進設(shè)計

任加祺，馮國紅

(東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱 150040)

1 引言

人們的日常辦公都離不開辦公桌椅，它們起到一個支撐人體的作用，供人背靠或是伏案工作，它們設(shè)計的好壞與人體健康有著非常密切的關(guān)系。我們每天至少需要花費8個小時時間在辦公桌椅上度過，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很多員工經(jīng)常抱怨頸椎疾病或是近視加深，這些都是由于辦公桌椅設(shè)計的不合理導(dǎo)致的[1]。

人機工程學(xué)是工程技術(shù)中的一門重要學(xué)科，它又被人們稱為人因?qū)W、工效學(xué)、人體工學(xué)、人類工效學(xué)等各種名稱。它是工業(yè)工程學(xué)科專業(yè)中一個非常重要的分支學(xué)科，它是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的各種因素，研究人和機器及環(huán)境相互作用的條件下，在工作、家庭中和休假時，怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等以達到最優(yōu)化的問題[2～3]。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，人機工程學(xué)在家具、座椅等的設(shè)計中應(yīng)用越來越廣泛[4～8]，本文將基于人機工程學(xué)理論對目前常用的辦公桌椅存在的主要問題進行分析，并提出相應(yīng)的改進設(shè)計方案。

2 辦公桌椅的人機工程學(xué)分析

目前辦公室工作人員常用的辦公桌形狀及尺寸如圖1所示，座椅如圖2所示，有些座椅的扶手形狀和靠背高度與圖2略有差別，但大體形狀及功能與其類似，本文以圖2中的座椅進行分析。

圖1 常用的辦公桌

圖2 常用的辦公座椅

由人機工程學(xué)可知，人坐著比較舒適的狀態(tài)為：后背靠在靠背上，上臂自然下垂，肘部及前臂有支撐[9～10]。下面分析一下人們在使用圖1和圖2中的辦公桌椅時人體的姿勢狀態(tài)。

(1)當(dāng)操作者只需要操作鼠標(biāo)、不需要操作鍵盤時，可將放鍵盤的抽屜關(guān)上，此時測量出鍵盤盒邊緣距離桌子的邊緣為10 cm，座椅面調(diào)至最低時，其扶手上表面距離地面的高度為59 cm，鍵盤盒下的高度為65 cm。由于扶手高度可低于鍵盤盒下的高度，則可以通過調(diào)整座椅到桌面的距離，使操作者身體盡量貼近鍵盤盒。由于操作者身體距離桌子較近，當(dāng)操作者靠在靠背上操作鼠標(biāo)時，可保持肘部及前臂有支撐，但上臂處于前伸狀態(tài)，如圖3所示。要想滿足上臂在不前伸的情況下肘部有支撐，就需要上身前伸，此時則無靠背支撐?？梢?，人在這種情況下工作時間較長時，主要會導(dǎo)致腰部和肩部的疲勞。

圖3 操作者僅操作鼠標(biāo)

(2)若操作者既需要操作鼠標(biāo)、又需要操作鍵盤時，就需要將放鍵盤的抽屜拉出，此時測量出鍵盤盒邊緣距離桌子邊緣的距離為28 cm，當(dāng)人操作鍵盤時，身體還會離開鍵盤一段距離，此時由于身體距離桌子較遠，操作鼠標(biāo)時，人的肘部和上臂幾乎處于懸空狀態(tài)，同時，為了能夠方便操作鼠標(biāo)，人的身體會自然前傾，后背沒有任何支撐，如圖4所示。這種姿勢保持時間比較長時，人的疲勞程度就會迅速增加。

圖4 操作者操作鼠標(biāo)和鍵盤

3 辦公座椅的改進設(shè)計

為了改善上述辦公桌椅給使用者帶來的不舒適，避免職業(yè)病，在基于經(jīng)濟的考慮下，本文對辦公座椅的扶手進行了改進設(shè)計，如圖5所示。由圖5可以看出，該扶手的設(shè)計類似一些會議室或禮堂用椅的設(shè)計，在扶手里設(shè)計了寫字板，與會議室等用椅不同的是該設(shè)計在兩個扶手里分別設(shè)計了寫字板，寫字板1用來放鍵盤，寫字板2用來放鼠標(biāo)。由于寫字板是安裝在座椅上的，當(dāng)把鼠標(biāo)和鍵盤放在寫字板上進行操作時，鼠標(biāo)和鍵盤到操作者的距離將較近，從而方便操作者將身體靠在靠背上進行操作，同時，當(dāng)扶手高度設(shè)計合理時，操作者操作鼠標(biāo)時，就可以將肘部和前臂放在扶手上，從而避免肘部懸空的不舒適感。當(dāng)操作者工作時，可以根據(jù)需要隨時打開或合上寫字板1和寫字板2。

圖5 改進后的座椅設(shè)計

4 改進后座椅中關(guān)鍵尺寸的設(shè)計

改進后座椅的設(shè)計主要是為了讓使用者能夠?qū)⒑蟊晨吭诳勘成?、上臂保持自然下垂、前臂及肘部有支撐的情況下操作鼠標(biāo)和鍵盤，為了實現(xiàn)這一功能，座椅扶手高度的設(shè)計和寫字板距靠背距離的設(shè)計尤為重要。

4.1 扶手高度的設(shè)計

為了保證就坐者靠在靠背上時，肘部有支撐，扶手高度(這里指座椅面上表面到扶手上表面的距離)的設(shè)計不能過低，可參照人體的坐姿肘高(圖6中的3.5)尺寸進行設(shè)計。為了滿足99%的人群就坐時肘部有支撐，扶手高度可參照男性坐姿肘高的第99百分位數(shù)進行設(shè)計。由GB10000-1988我國成年人人體尺寸國家標(biāo)準(zhǔn)可知，男性坐姿肘高的第99百分位數(shù)為31.2 cm[11]。因此，可將扶手高度設(shè)計為31.2 cm左右。

圖6 坐姿人體尺寸

4.2 寫字板的尺寸設(shè)計

(1)寫字板1的尺寸設(shè)計。寫字板1的長度和寬度可根據(jù)鍵盤的尺寸進行設(shè)計，關(guān)鍵的是寫字板1內(nèi)側(cè)邊緣距靠背的距離設(shè)計。人體操作鍵盤時正確的姿勢為：肩部放松，上臂自然下垂，肘部輕輕靠近身體，胸部與鍵盤的距離約為20 cm，以兩手剛好放在基本建上為準(zhǔn)。因此，寫字板1內(nèi)側(cè)邊緣距靠背距離的設(shè)計將主要由身體的胸部厚度尺寸決定。這里按照女性的平均胸厚進行設(shè)計，以方便大尺寸和小尺寸的人群根據(jù)需要調(diào)整姿勢。由GB10000-1988我國成年人人體尺寸國家標(biāo)準(zhǔn)可知，女性的平均胸厚為19.9 cm[12-13]。由此設(shè)計出的寫字板1內(nèi)側(cè)邊緣距靠背的距離為：20 cm +19.9 cm=39.9 cm。

(2)寫字板2的尺寸設(shè)計。寫字板2的長度和寬度可根據(jù)鼠標(biāo)的移動范圍、外觀美觀等方面進行設(shè)計，這里不做討論，關(guān)鍵的尺寸為寫字板2內(nèi)側(cè)邊緣距離靠背的距離。為了保證操作者能在肩部放松，上臂自然下垂的狀態(tài)下操作鼠標(biāo)，由圖6可知，該尺寸將主要由圖6中的3.12決定。由人體的主要尺寸可知，3.12對應(yīng)的人體尺寸為前臂長(圖7中的1.4)，為滿足99%的人群能在上臂自然下垂的狀態(tài)下操作鼠標(biāo)，這里可按照女性前臂長的第1百分位數(shù)進行設(shè)計。由GB10000-1988我國成年人人體尺寸國家標(biāo)準(zhǔn)可知，女性前臂長的第1百分位數(shù)為18.5 cm，由此可將寫字板2內(nèi)側(cè)邊緣距離靠背的距離設(shè)計為18.5 cm左右。

圖7 人體的主要尺寸

5 討論

從優(yōu)化方案中可以看出，該方案主要針對尺寸設(shè)計部分進行優(yōu)化。根據(jù)驗證結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的辦公桌椅能夠充分滿足使用者的生理需求，達到了辦公桌椅尺寸優(yōu)化設(shè)計的目的。本文在優(yōu)化設(shè)計過程中，從GB10000-1988我國成年人人體尺寸國家標(biāo)準(zhǔn)中獲取對應(yīng)的人體尺寸數(shù)據(jù)，并用于優(yōu)化設(shè)計中。由于這些數(shù)據(jù)都是經(jīng)過科學(xué)認證的，因此它們能夠真實反映人體各項平均尺寸。市場上的辦公桌椅設(shè)計主要考慮經(jīng)濟成本和材質(zhì)而低估了使用者的生理體驗因素，從而對長期工作者的身體有一定負面影響。本研究采用人體工學(xué)的理論將用戶的生理需求轉(zhuǎn)化為辦公桌椅的具體設(shè)計要素，從而設(shè)計出以用戶為導(dǎo)向的產(chǎn)品，滿足了用戶的需求。

6 結(jié)語

辦公桌椅是人們工作中不可或缺的東西，它設(shè)計的好壞直接影響著人們工作時的舒適性，不良的設(shè)計可能會帶來一定的負面影響，諸如頸部、肩部、背部、腿部等身體各部位肌肉的不適或疼痛，優(yōu)良的設(shè)計能減少操作者工作時肌肉和骨骼的不適感，而且能降低工作疲勞程度和體能的消耗。本文分析了常用的辦公桌椅在使用中存在的主要問題，提出了改進設(shè)計方案，給出了改進后座椅中關(guān)鍵尺寸的設(shè)計。需要說明的是，文中給出的關(guān)鍵尺寸的設(shè)計所使用的數(shù)據(jù)是1988年獲得的，考慮到數(shù)據(jù)的年份和測量數(shù)據(jù)時人的著裝情況，以及操作者實際就坐時姿勢的調(diào)整等，實際設(shè)計中可在文中尺寸的基礎(chǔ)上略作調(diào)整。