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人机工程学

(2010-10-26 16:13:16)
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人机工程学

杂谈

分类: 天下杂谈
在一个工作区的三维范围内,对于工作区的各种特性需要做出各种设计决策,包括工作面所涉及的任何位置和设计,如凳子、桌子、办公桌和控制面板。我们这里无法提供现实世界中工作面设计的指导,但是一些例子有助于描述如何使用人体测量学和生物力学方面的数据。

水平工作面区域
总的来说,坐着和坐站相结合的工人所用的水平工作面区域应该使手工活动在手臂所能够方便触及的地方。Barnes(1963)以及早些时候的Farley(1955)提出了正常区域(normal area)和最大区域(maximum area)的概念,并且被广泛使用。图13-11显示了Barnes所定义的这些区域,并且描述如下:
1. 正常区域:在这个区域内,当上臂很自然地垂于一侧时,前臂能够很方便地挥动以触及物体。
2. 最大区域:这个区域是手臂从肩膀处伸展开来可以触及的区域。

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图13-11
Barnes所提议的水平工作面中正常的和最大的工作区域的尺寸[单位为英寸(in)和厘米(cm)],以及Squires所提议的正常工作区域以显示区别。(来源:Baines,1963;Squires,1956)。

然而,Squires(1956)所做的相关调查却提出了一个有些不同的工作面区域,这个工作面考虑了前臂和肘部都在活动时的动态相互影响。正是由于这个原因,与Farley或者Barnes的提议相比,Das和Grady(1983b)更推崇这一种提议。Squires所提出的区域与Barnes所提出的区域有所重叠,见图13-11。它比Barnes的提议相对浅一些,但是比Farley的提议覆盖得更多一些。另外一个支持Squire模型的说法是它所要求的前臂向前伸展得更少,因此,减少了肘关节的应力(Tichauer,1978)。

尽管大多数的办公室活动如阅读和书写都发生在水平平面(如办公桌和桌子上),但是Eastman和Kamon(1976)建议尽可能地使用一个倾斜的表面。在他们的研究中,他们发现使用倾斜的表面(12°和24°)的人姿势更好一些,躯体活动更少,并且觉得疲劳更少,不舒服也减少了。Bridger(1988)也发现了类似的结果,见图13-12中的描述。当使用倾斜的表面时(15°),研究对象坐着的时候颈部歪曲较少,躯体更直,弯曲更少。这个证据很明显说明使用倾斜的表面,与水平表面相比,更适合视觉作业,如阅读。现在我们不得不考虑如何防止我们阅读的材料滑落。

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图13-12
在水平桌面和倾斜(15˚)桌面上阅读时典型的姿势的比较。桌面倾斜时颈椎弯曲较少,躯干更直,躯干弯曲比水平桌面更少。(来源:根据Bridger,1988,图4而修改,经人因工程协会许可而重印。版权所有)。

工作表面的高度:坐姿
那些有过背痛、颈椎痛和肩痛的人可以证实工作面的高度实际上导致了这种疼痛。如果工作面太低,那么背部就会弯得很厉害;如果太高,肩膀要抬高到放松状态以上,从而引发颈椎不适。

在讨论工作面高度的时候,如果没有明确区分工作面高度和工作高度,就会引起一些混淆和误解。工作面高度(work-surface height)简单地讲就是桌面、办公桌、工作台、柜子等的上表面的高度,测量时从地面开始。当使用倾斜表面的时候,即使这样一个简单的定义也变得复杂起来。通常要说明前边缘和倾斜角度。然而,工作高度(working height)取决于人们所做的工作。当在纸上写字的时候,工作高度与工作面高度相同。当使用键盘时(打字员),工作高度是“回车”键那一行键的高度(在标准键盘上,“ASDFGHJKL”那一行)。当在水槽里洗蔬菜时,工作高度低于工作面高度。

坐姿工作面高度和手臂姿势 近些年来,一些调查人员建议降低工作面高度,总的来说让上臂在工作高度上有一个放松的姿势。上臂放松,并且肘部成90°会让人觉得很舒服,并有助于手腕保持平直,而这有助于一些重复性的作业如打字或者电器组装。根据一项欧洲的调查,Bex(1971)指出,最常用的桌面高度已经从1958年的30in(76cm)降到了1970年的28.5in(72cm)。根据他自己和其他的人体测量数据,他认为应该进一步把桌子高度降低到27in(68.6cm)。

坐姿工作面高度和大腿空间 只是根据手臂的姿势来确定坐姿的工作面高度会引发一些问题。工作面高度也受座位高度(后面会讨论)以及工作面的厚度和腿的厚度的影响。座位和工作面下面的净区应该能够容得下最大的使用者的大腿。ANSI(人因工程学会,1988)建议,对于不可调整的工作面,下面的最低高度应该为26.2in(66.5cm)。这种工作表面对身材矮的人是个问题。他们不得不升高座位的高度以使肘部与工作面高度相当。这样做的时候,通常脚无法触及地面。这时,需要一个脚垫来支撑双脚。对于高度可调整的工作表面,身材小的使用者可以调整高度就可以使肘部的高度与工作面的高度相平齐,并且脚也可以放在地面上。ANSI(人因工程学会,1988)建议,工作面下面的可调整高度范围在20.2~26.2in(51.3~66.5cm)之间。这个范围还算好,除非工作面出奇地厚,或者所工作的物体的垂直尺寸比较大,工作面无法充分降低以提供正确的手臂姿势和大腿的净区 - 甚至对身材小的使用者也是如此。在这种情况下,应该考虑使用薄一些的工作面。

坐姿工作面的一般原则 根据上面的讨论,我们可以总结出与工作面高度有关的一些一般原则:
1. 如果可能的话,工作面高度应该可以调整以适应每一个人的物理尺寸和偏好。例如,市场上有几种电脑桌可以很容易地电子调节,或者用一个曲柄做手工调节。
2. 工作表面应该使工作高度与肘部高度相当。
3. 工作面应该为大腿在工作面以下提供足够的净区。

坐姿工作面的高度和作业的性质 表13-2显示的是工作面高度的一些建议,来源于各种人体测量数据。对于精确和精细的工作,其建议(Ayoub,1973)与第二条原则,即工作面与肘部高度相当,有些背离。建议是让从事精细和精确工作的工作面分别高于肘部6in和2in(15cm和5cm)。建议高一点的工作面,这样工作就会在更近一点的视觉范围内,这对于这种工作非常重要。
工作面高度:站立
确定站立工人的工作面高度的关键特性部分与坐姿相同,即肘高和所做工作的类型。图13-13显示了精确工作、轻体力工作和重体力劳动时与肘高相关的建议高度(Grandjean,1988)。对于轻体力和重体力劳动,建议的工作面高度低于肘高,而精确工作要稍高于肘高(通常为精确手工控制器提供肘部支撑)。然而,我们建议坐下来执行精确工作。

即使工作面高度部分受到作业性质的影响,但是每个人的偏好对于工作面的高度也有影响。这个在Ward和Kirk(1970)的一项调查结果中有所反映。这项调查是关于英国家庭主妇在做三种类型作业时对工作面高度的偏好的。表13-3显示了进行这些工作时工作面在一定高度(相对于肘部)的偏好的比例。请注意,对于重体力劳动,图13-3中所建议的工作面高度在肘部以下,但是在表13-3中,50%的研究对象喜欢工作面在肘部以上来施加压力。在人体测量考虑和用户偏好之间做出平衡需要相互妥协,但是很明显可调整高度的工作面是最好的。

人机工程学
图13-13
对三种类型的工作,当站着工作时,肘部高度(距离地面)与定义的工作面高度之间的关系。零水平参考线是肘部的高度,其它的线代表的是之上或者之下的水平。Grandjean指出欧洲人的平均肘高是男性105cm(41.3in),女性98cm(38.6in)。(根据Grandjean,1988,图32,而修改)。

总的来说,用于站立工作的固定高度工作面应该为大多数使用者而设计。对于身材小的使用者可以提供平台以把它们提高到恰当的高度。当然,最好是使用可调节高度的工作面,可以用电子的、液压的,或者手动的方法来升高或者降低工作面。

这些年里,关于站立工作面高度的建议已经有很多了,但是这些建议是根据人的肘高的分布而定的。表13-4显示了固定的和可调整的工作面的建议高度。这些建议建立在表13-1中的数据和图13-13的建议的基础上的。固定高度工作面建议假定有平台可以使用,以帮助身材小的人提高到恰当的高度。

可站可坐工作的工作面
有的时候在做一项工作的时候,或者站着,或者坐着,或者两者交替进行,都是受欢迎的。在这种情况下,工作面高度应该允许上臂有一个放松的位置,并且椅子和脚垫应该允许这样的一个姿势,见图13-14中的描述。

人机工程学 图13-14
一个工作台,允许工人站着或者坐着,但是仍然能够保持与工作面的恰当关系。(根据Das和Grady,1983a,图4而修改)。

坐的科学
无论是在工作场所,还是在家中、在赛马场、在汽车上,或者在其他的地方,人们都会把其生活中主要的一部分用于坐着。正如我们从经验而知,我们所用的椅子和座位涵盖了舒适和不舒适的整个范围。不恰当的椅子和座位设计会影响人们的工作绩效,也会造成背疼和背部问题。本章我们讨论一些座位设计的重要原则,以及一些具体的建议。最后描述一些特殊用途的座位设计。

座位设计的一般原则
最近关于座位的设计,设计人员有许多新奇的想法。我们的目的不是探索座位设计的前沿,而是讲述一些基本原则和基本信息,而它们是构成未来设计的坚实基础。不幸的是,有些看起来是坚实的基础,但也许可能是不稳定的。常常有人问市场上最好的椅子是什么样子。答案是坐上几个小时后你觉得舒服的那些。问题是不同的人所感觉的最舒适是不同的。没有一个椅子是适合所有人的。最好的办法是提供两三个最好的设计,人们可以从中选择。下面是一些座位设计的原则。

促进腰椎前凸 当笔直站立时,脊椎的腰椎(后面的一小部分,恰好在屁股以上)通常是很自然地向内弯曲(凹曲线)的,也就是说,前凸(lordotic)。自然状态的腰椎前凸与脊柱的腰椎几乎在同一条垂直轴线上,这条轴线也经过大腿和骨盆,如图13-15所示。然而,当坐着的时候,大腿成90°,背后的腰椎区变得平坦,甚至向外弯曲(凸状的),也就是说变得后凸(kyphotic),如图13-15所示。这是因为髋关节只扭转60°,迫使骨盆向后扭转30°以达到大腿的90°。腰椎后凸导致脊柱的腰椎间的椎盘上的压力增加。

人机工程学 图13-15
当(a)站立和(b)坐着时脊柱的姿势。当站立时,脊柱的腰椎部分是向前凸起,而坐着的时候是向后凸的。阴影的椎骨部分是脊柱的腰椎。(来源:Grandjean,1988,图47)。

Andersson等人(1979)发现,使用2in(4cm)厚的腰椎支撑对于座位靠背角度为90°时保持腰椎前凸有很大的影响。当靠背的角度增大到110°(使用腰椎支撑)时,腰椎非常接近站立时的曲线。有意思的是,支撑在腰椎区的确切位置并不能够明显地影响腰椎区所测的任何角度。因此,腰椎支撑不一定要精确地与下背的内曲弧形相匹配。

预防腰椎平坦或者后凸的另外一个办法是提供一个前倾的座位(Mandal,1985)。前倾的座位打开了臀部和上躯干之间的角度,因此,人体姿势更放松。例如,Keegan(1953)通过使用X射线发现,当人们侧躺睡觉的时候,最放松、最自然的姿势是与脊柱成135°角。这与人们在太空失重条件下的姿势非常相似(第19章)。

Bendix(1986)确实发现了前倾座位的脊柱前凸效应。但是这个效应非常小,并且也取决于其他的因素,如座位的高度和桌子的顶部倾斜角度。Bridge(1988)也发现了一些证据可以支持前倾座位的价值,但是也注意到有些人即使使用倾斜的椅子,也会采用前倾的姿势。图13-16显示了Bridger所观察到的对象在使用前倾座位时典型的直立和前倾姿势。当使用水平座位时,可以用图13-12的水平座位和图13-16作对比。如果同时使用倾斜的工作面,那么前倾椅子的价值似乎有所提升。

人机工程学
图13-16
当人们坐在前倾的座位,倾斜的桌面前时,两种常见的姿势:(a)直立的姿势;(b)垂头弯腰姿势。(来源:Bridger,1988,图4d和5。经人因工程协会许可重印。版权所有)。


    减少椎盘压力 腰椎间椎盘可能会因为过多的压力而受到损伤。无支撑坐姿,即没有后背,会极大地增加椎盘压力。例如,Nachemson和Elfstrom(1970)发现,笔直向上的姿势时,无支撑的坐姿与站立时相比压力增加了40%。采用前倾的姿势无支撑地坐着的时候,与站立相比压力增加90%。

Andersson(1987)指出了几种减少椎盘压力的因素。使用后躺的靠背将其角度由90°增加到100°和110°,可以显著地减少压力。使用腰椎支撑也可以降低椎盘压力,与提供手扶是一样的。但是在使用后躺的靠背时,手扶的作用可以忽略不计了。

    减少背部肌肉的静载 Andersson(1987)指出,用肌动电流描记术(EMQ)测量到的肌肉活动在站立或者坐着的时候是相似的。实际上,当以前倾的姿势坐着的时候,肌动电流描记术(EMQ)活动是下降的,虽然如此,正如上面所讨论的,这个姿势在椎盘上面产生了最大的压力。然而,有许多方法可以放松肌肉而不用让椎盘受罪。Andersson和Ortengren(1974)发现,当靠背后仰角度增加到110°时,背部肌肉活性是下降的,大于这个角度,几乎没有额外的放松。腰椎支撑对肌动电流描记术(EMQ)活动的影响已经被混合在一起了(Andersson,1987)。

    减少姿势固定 Grieco(1986)讨论了姿势固定(Postural fixity)的问题,也就是说,坐在某个位置很长时间而没有明显的姿势移动。这在使用电脑时更为普遍。这时手在键盘上,而眼睛盯着屏幕。人的身体天生不适合在一个位置上坐很长时间。腰椎间盘依靠压力的变化来吸收营养,去除废物。以一种姿势坐着-无论多好-都会减少营养交换。并且,长期来讲,会导致椎盘退化过程(degeneration process)。

姿势固定也会导致背部和肩部肌肉的静态负载,从而引发疼痛和抽筋。姿势固定还会限制血液向腿部的流动,从而导致肿瘤(浮肿)和不适。

椅子的设计可以通过让使用者在椅子里摇动和采取多种姿势,而减少姿势固定。然而,预防姿势固定的最好的办法是时常站立。Dainoff和Dainoff(1986)甚至建议在办公室的每一个椅子上都贴一个标签:注意,长时间坐着会损害你的健康。

    提供可调整性 可调整的家具是好的人因学设计的基本要求。研究表明,提供可调整的座位会提高效率(Springer,1982),并且会减少肩部和背部疼痛的抱怨(Shute和Starr,1984)。问题是,人们可能不会意识到他们的椅子是可调整的,并且也很少使用。在对2000名飞行交通控制员的调查中,Kleeman和Prunier(1980)发现,只有10%的人在工作时调整了他们的座位,有近一半的人不知道这些可调整的功能。作者的个人经验也在报纸工人中证实了这一点。一个人在向其他人显示如何调整其靠背角度,或者靠背高度,以实现比较舒服的姿势时,表现得就像是一个英雄。

人们不愿意调整其家具的一个原因是调整工作不太容易。Lueder(1986a)提供了下列指导以使调整更加容易。
1. 控制器能够很容易地从标准的坐姿工作位置处触及和调整。
2. 家具上面的标签和指示容易理解。
3. 容易找到和解释说明控制器。
4. 不一定要用工具。
5. 控制器能够提供即时反馈(例如,通过旋转椅座来调整高度会延缓反馈,因为使用者必须重复地站起来和坐下以确定正确的位置)。
6. 控制器操作的方向符合逻辑且一致。
7. 使用控制器时尽量少动。
8. 只使用一只手来调整。

即使遵循以上的指导也是不够的。必须为员工提供培训(如何调整椅子,为什么是很重要的,调整的原则,正确的姿势)。仅仅把一本使用手册放在桌子上并不能够解决问题(McLeod,Mandel,和Malven,1980)。个人和小组培训,并有手把手指导也是有必要的。

具体的设计建议
我们的目的不是为所有类型的椅子都提供一个详细的设计指南。我们根据前面所讨论的座位设计和ANSI关于电脑终端所用的椅子的标准,提出了一些基本建议(人因工程协会,1988)。

座位高度和斜度 一个基本被接受的设计原则是座位的高度应该足够低以避免对大腿下侧造成压力。这种压力会减少向小腿的血液循环(尽管姿势固定与因为座位太高而引起的压力相比,是造成血液循环减少的更大因素)。总体而言,为了减少过度压力,座位应该低于当人坐下时,从地板到大腿下侧的距离(即膝后窝高度)。一个相当普遍的做法是按照膝后窝高度的第5百分位设计座位,对男性和女性分别是15.4in和14in(39cm和36cm)。考虑到鞋跟会增加1in,许多一般类型的椅子的座高大约在17in或者18in(45或者46cm)。然而,这种设计建议也受到质疑(Lueder,1986b;Mandal,1982)。低的座位比高的座位导致更多的腰椎弯曲(一个不受欢迎的情况)。这是因为在高的座位时,大腿是倾斜向下的,因此增加了大腿和上躯的角度。实际上,人们倾向于把座位调整到比后膝窝高度高出约1.5~2in(4~5cm),这个高度考虑了如果穿鞋或者使用脚垫时的后跟高度(Sauter和Arndt,1984;DeGroot和Vellinga,1984)。这个额外的高度不足以将过度的压力置于大腿下侧。因此,固定高度的一般类型椅子的座高应该在18~19in(46~48cm)之间,边角为圆的,瀑布式,并且在座位的外层边缘配有一块软垫。

座位高度可调整时,它应该可以容纳第5百分位的女性至第95百分位男性。ANSI根据压缩了的座位[例如加上负载100磅(45.4公斤)]建议范围至少在16~20.5in(40.6~52cm)。工作座位常常不能够让长腿之人调到足够高。为了容纳短腿之人,很明显可调整的上限被舍弃了。

根据前面所谈及的几个一般原则,已经讨论了座椅的倾斜。毫无疑问使用前倾座椅可以增加生物力学优势。然而,这种优势并非针对每一个人。这种座位很明显在与倾斜的工作面共同使用时最有效。倾斜的座位也应该比标准座位要高一些。习惯于有些前倾的座位需要时间,特别是倾斜角度超过6°(Lueder,1991)时。可调整座位应该允许一定程度的前倾和后倾。ANSI建议座椅后倾的角度在0°~10°。Mandal(1982)建议在使用阅读、书写和数据输入的桌面时,座位应该前倾10°~15°。为了在这些建议之间做出平衡和妥协,Lueder(1986a)建议前倾5°~15°,后倾5°。

    座深和座宽 很明显这些特性部分取决于所考虑的座位的特性。然而,设计公共多用途的座位时,应该遵循几个指南:(1)座位的深度应该适合身材小的人(为小腿提供净区以减少压力);(2)座位宽度的设计应该适合身材高大的人。根据椅子的各种设计舒适等级,Grandjean等人(1973)建议,多用途椅子的深度不超过16.8in(43cm),座位表面的宽度不少于15.7in(40cm)。虽然这样的宽度[或许更宽一点,如17in(43cm)]对于单个座位会达到预期目的,但是如果人们排成一行,座位一个挨着一个,那么肘与肘之间的间隙要考虑进去。第95百分位数值在约19in和20in(48cm和51cm)产生适度的沙丁鱼效应(对于拥挤在一起的足球观众来说,沙丁鱼效应进一步放大)。在任何情况下,这些数值对于手放在上面的椅子来说大概是最低的值了(对于很好的朋友,你应该有更宽的长椅)。ANSI建议下列椅子适用于电脑工作区:
    座位深度:15~17in(38~43cm)
    座位宽度:18.20in(45cm)

轮廓与坐姿 当人的身体坐下来的时候,身体的主要重量由坐骨结节(Ischial Tuberosities)[有时称为坐骨(sitting bones)]来支撑。尽管主要的体重由这些骨头来支撑,但是Rebiffe(1969)认为,座位的设计应该使体重在整个屁股上分布,从而降低对这些骨头的压力。这种体重分布可以通过使用有轮廓的椅子来辅助实现。虽然这种有轮廓的椅子可以帮助分散体重,但是它的缺点是限制了移动,容易产生姿势固定。具体的轮廓需要在支撑姿势、分布压力,以及提供移动自由之间做出平衡。

坐垫的密度和厚度会影响压力的分布,就像轮廓一样。那些柔软的、开始坐的时候觉得很舒服的椅子可能不会持续很长时间。人们陷在座位上,姿势受到限制,血液循环减少,皮肤温度升高,并且会导致疼痛。总的来说,坐垫厚度范围应该在1.5~2.0in(4~5cm)之间(Lueder,1986a)

   靠背参数 下面是一些电脑工作区的椅子靠背的建议:
   靠背角度 ANSI建议与坐垫的角度至少为90°~105°。但是考虑到前面所讨论的一般原则,最好达到120°。
   靠背宽度 ANSI建议腰椎区至少12in(30.5cm)。
   靠背高度 Lueder(1982)建议至少19.5in(50cm)。后仰时,腰椎支撑相对于腰椎骨上移(Andersson,1987)。那么理想状况是,后仰时靠背下降,这样腰椎支撑相对于脊椎保持在同一个位置(实际上,市场上有一些椅子实际上就是这样子的)。
   腰椎支撑 ANSI建议支撑高6~9in(15.2~22.9cm),宽12in(30.5cm),位置在座位参考点以上6~10in(15.2~25.4cm)。腰椎支撑应该从座位后面向前突出2in(5cm)。

特殊用途的座位设计
特殊用途的座位设计结合了科学和艺术。我们已经强调了科学(人体测量学,生物力学,和舒适)。但是艺术(外观和款式)也不容忽视,它也是判断一个设计的总体价值的一个很关键的标准。作者之一对艺术和科学做了很明显的区分。他曾经为华特•迪士尼幻想工程开发人因学总体设计指南,用于迪士尼乐园里游戏和吸引眼球的东西的设计。指南的一部分与游戏操作员的工作区有关,包括座位设计。审察了座位设计规范后,华特•迪士尼幻想工程的设计工程师称信息非常有用,但是问道:“让它看起来像一个蘑菇如何?”你看,迪士尼的游戏操作员工作区的主题也常常与吸引力相协调。例如,绿野仙踪的游戏操作员坐在一个看起来像是一个蘑菇的座位上。人因学只能深入到这种程度。然而,座位的舒适、生物力学和效用(科学)不应该因为外观而妥协。

我们提供一些座位的具体用途的例子来说明用途对于座位设计的影响(蘑菇座位就不讨论了)。

电脑工作区的椅子 电脑的大量使用引发了很多有关电脑工作区所用的椅子的设计的研究和考虑。我们在前面的章节已经浏览了这种座位的基本设计建议。我们这里的目的是提供一些市场上出现的新的想法。

正如前面所提到的,人们觉得调整椅子很困难,并且对于椅子所含有的许多可能的调整,普通的使用者会因为这样众多的选择而伤脑筋(见图13-17)。许多制造商已经开发出了所谓的动态座位设计(dynamic seat design),要求使用者做出的调整减少了。Lueder(1991)列出了三种方法以提供动态设计。第一种涉及到座位运动自动协调一致的设计。例如,当靠背角度调整时,座椅角度会自动重新定位。第二种方法涉及一个“浮动”的靠背。它会随着使用者在椅子里的移动而跟随和支持。当使用者向前或者向后靠时,靠背也随着人的移动而移动。第三种方法使用新的、柔和的座位材料,可以随着使用者而弯曲。靠背和座板也许是一个单个的模压单元,但是每一个都可以独立地弯曲、扭转和弯折,以配合使用者的移动。这些椅子的效率尚未有文字记录(Dainoff和Dainoff,1986),但是它们在市场上似乎反应良好(但是,呼啦圈也是如此)。

人机工程学
图13-17
因为有许多可能的调整加入到椅子上,普通人可能会因为过多的选择而不堪负荷。(来源:Duffy,版权©1988,Universal Press Syndicate。经许可重印。版权所有)。

有一个很有趣的设计是试图通过让使用者在座位上移动来减少姿势固定(Rudd国际公司的Cyborg)。通过使用座板内的一个液压气缸,当使用者持续坐在座位上时,座板慢慢地向后下方下沉。座位在1.5分钟内移动经过一个仅有4°的弧度。当重量从座板上抬起的时候,即使是很轻微的,如伸手过桌面去购某些东西,气缸再次循环,座位后面升起,这个过程又从新开始。图13-18显示了座位的机械构造和范围。根据生产商的说法,这个移动“迫使”使用者改变位置以补偿不断变化的座板角度,因此减少了姿势固定。这种方法的益处还未得到科学证实(但是它确实减少了姿势固定)。

人机工程学 图13-18
一个Cyborg椅子的坐垫的剖视图,显示了当坐着的时候,在转移身体重量过程中坐垫角度动态变化的机制和范围。制造商称,这个椅子通过迫使使用者对不断变化的坐垫角度做出反应而改变姿势,从而减少了姿势固定。(来源:Rudd 国际公司,华盛顿,D.C)。

多用途椅 在Grandjean等人(1973)的一项研究中,大约25名男性和25名女性测试12种不同设计的多用途椅,并指出身体11处不同部分的舒适度。此外,每一个人与其他人比较每一把椅子,并且用成对比较(paired-comparison)的方法对椅子进行评分。图13-19显示了两种最受欢迎椅子的轮廓,以及根据所有的数据结果而制定的设计建议。建议包括整个座位上面2~4cm(0.75~1.5in)厚的泡沫橡胶。

人机工程学
图13-19
被50名实验对象评价为最舒适的两个多功能椅子(共12款)的轮廓线,以及根据研究为多功能椅子推荐的设计特性。(来源:Grandjean,等人,1973,图2,6,13)。

休息和阅读用的椅子 当然,用于放松和阅读的椅子的特性不同于那些更积极活动使用的椅子。在Grandjean,Boni和Krestzschmer(1969)所做的一项研究中,使用了一个“座位机器”来引导研究对象对各种座位设计的舒适性进行判断。这种座位机器的特性是能够调整成任何的轮廓。无需汇总所有的数据,他们发现,表13-5显示的角度和尺寸比其他的更加受欢迎(用于休息和阅读时)。图13-20显示了两个这样的椅子的轮廓。注意,这两种椅子与众不同的靠背和座板之间的角度,提供整个靠背支撑,特别是脊柱的下部分(腰椎)。

人机工程学 图13-20
为阅读和休息而推荐的椅子的外形。虚线指的是扶手和一个可能的外部轮廓。阴影区显示的是座位的表面,包括把垫子增加6cm(2.5in)厚。(来源:Grandjean,Boni,和Krestzschmer,1969,图2,第310页)。
视频显示终端(VDT)工作区
我们本章最后讨论视频显示终端(Video Display Terminal)的工作区。这样我们就有机会展示前面所没有涉及到的指南。然而,更重要的是,我们讨论一些应用当前VDT工作区指南和标准的困难之处。

设计一个VDT工作区所要求的不仅仅是把电脑放在一个标准的办公桌上,并提供一个可调整的椅子。生产商已经认识到了电脑用户的特殊要求,并且已经设计出高度可以调整的桌子,有些甚至有分别可调整的键盘与终端表面。图13-21显示了这样一个桌子的例子。除了桌子和椅子,一个VDT工作区也许还要包括脚垫、工作灯和文件夹。

人机工程学 图13-21
一个可调式VDT桌子的例子,键盘的高度和终端可以分别调整。终端的平面能够倾斜,键盘表面也能够向前拉并倾斜。(来源:Steelcase公司,Grand Rapids,ML)。

工作区设计必须还考虑存储、桌子表面区域和私密需要。这些和其他工作区设计因素的重要性在Dressel和Francis(1987)所做的一项研究中有阐述。他们比较了图13-22中的三个工作区的效率和工作满意度。研究对象来自于政府部门,被分成三组。研究了实验工作区安装之前10个月和之后11个月的状况(E1和E2)。控制组(C)在整个21个月中保持其最初的状态。E1工作区包括所有的新家具和一把符合人因学的椅子。E2工作区只是在控制工作区基础上增加了一些政府事务的钢家具。E1家具产生了很明显的效率和满意度的改进。Dressel和Francis通过计算认为,提高效率所节约的人工成本在1年中可以买一套E1家具了。

人机工程学
图13-22
当人们坐在前倾的座位,倾斜的桌面前时,两种常见的姿势:(a)直立的姿势;(b)垂头弯腰姿势。(来源:Bridger,1988,图4d和5。经人因工程协会许可重印。版权所有)。

指南和标准的应用
设计VDT工作区有许多标准和指南可以使用。在美国,有ANSI标准(人因工程协会,1988)。但是,在德国、瑞典和其他的国家,也有标准(Helander和Rupp,1984;Abernethy,1988)。此外,在电脑工业中,有一些公司如AT&T和IBM也开发出了一些指南。并且几乎每一本有关于此的书都提供了一套指南(如Grandjean,1987;Lueder,1986a)。

Dainoff和Dainoff(1986)讨论了标准和指南的一些缺点。首先,各种指南和标准在覆盖面、结构和详细程度上有许多主要的不同点。标准是在科学家、生产商、雇主和劳工代表之间一致同意的基础上建立起来的,也正因为如此,它们在满足各方面利益的过程中有所削弱。

其次,存在过时的问题。新的技术(如平板显示器)可能不符合基于旧的技术的标准(如阴极射线管),或者标准阻碍了新技术的发展,因为它们与既有的标准相冲突。

第三,最令人烦恼的是许多标准和指南的具体内容不一致,并且不一致的程度可能非常大。例如,Helander和Rupp(1984)指出,各种标准和指南中关于键盘设定高度的可接受范围的建议甚至没有交集。

最后,许多建议和标准是建立在对某一个单个因素的调查基础之上的(如键盘角度),并没有考虑与其他因素的相互影响。可接受的键盘角度可能与键盘设定高度和座位高度有关。单独应用每一个建议而没有考虑相互影响可能会导致具体特性不必要的、较大范围的调整。

使用偏好
我们可以把这个列入上面所讨论的标准的缺点之中。这些建议与用户实际上如何设定其工作区内的部件常常不相一致。已经有许多关于用户偏好的实验室研究(如Cushman,1984;Rubin和Marshall,1982)。然而,数据还是有些不可信的,因为所执行的作业常常非常简单。比较好的研究是在实际的办公室环境中进行的长期VDT使用的研究(如Grandjean,Hunting,和Piderman,1983;Cornell和Kokot,1988)。这些研究的结果很清楚。当给VDT用户提供完全可调的家具时,他们并没有遵循建议。总的来说,他们把所有的事情都设置得比标准中所规定的高。标准中所建议的调整范围常常不能完全容纳用户偏好的范围。

Grandjean,Hunting,和Piderman(1983)提供了典型的VDT用户的姿势,见图13-23。VDT使用者倾向于向后靠在椅子上,手臂向上和向前伸展,键盘放置得很高,角度也比多数标准中的建议高。向后靠也增加了眼睛到屏幕的距离,并且对于给定的屏幕字符尺寸,使用者到屏幕的距离也比建议的要远。一个仍存争议的问题是,到底是根据使用者偏好来设计,还是根据人体测量学或者生物力学来设计。赞成使用者偏好的假定使用者知道他们在做什么。有些证据表明的确如此(Grandjean,1987)。但是,抱怨骨骼肌肉疼痛的使用者又表明并非如此。

人机工程学
图13-23
典型的VDT用户的姿势:(a)VDT用户的相关身体角度(平均值);(b)典型姿势的艺术演示 – 向后靠在椅子上。(来源:Grandjean,1987,图83和85)。

另外一个有趣的发现是,在人体测量和偏好的工作区之间没有太多的相关性(Grandjean,Hunting,和Piderman,1983;Cornell和Kokot,1988)。很明显,使用者尚未掌握工作区尺寸与膝后窝高度、肘高、坐时眼睛高度等之间的关系。

建议
我们觉得没有必要为VDT工作区设计提供另外一套建议。因此,我们在表13-6中提供了ANSI标准(人因工程学会,1988)和另外一个最近的指南(Lueder,1986a)。表13-6侧重于键盘和终端的高度和角度,并且假设采用完全可调的设备。

有一件事情很明显就是为或多或少使用VDT的人提供可调的家具。我们要区分的是使用者可以很容易调整的工作区和那些需要工具或者还要拆掉一些螺丝和螺栓才能够调整的工作区。后者对于仅有一个人使用的特定工作区可能是可以接受的。如果是几个人共用一个工作区,或者是不同班次的人使用同一工作区,那么最好提供很容易调节的那种家具。

讨论
工作区的设计包括工作范围、工作表面(如桌子、办公桌等)、座位(如果使用),以及所用设备的设计和位置。(下一章讨论设备部件的具体布置)。很明显,工作区的设计取决于人体测量数据的应用。设计得不好的工作状况很容易找到。图13-24显示了几个极端的例子(你也许也遇到过设计得很差的工作区)。

人机工程学
图13-24
在一个核电站的一些人因学问题。在左边的图中,控制台的布置在伸手去够最远的控制器时,很容易被膝盖或者支持操作人员的手所触发。在右边的图中,有些显示器的高度使得阅读或者灯泡的更换成为一个问题。这时需要特殊的梯子。(版权1979,电力研究院,EPRI报告NP-1118,"核控制室设计的人因学方法",经许可重印)。

 

 

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