攀枝花学院
学生课程设计（论文）
题 目：人因工程学应用与实践
--饮水机设计
学生姓名： 张璐 学 号：201110603044 所在院(系)： 机械工程学院 专 业： 工业工程 班 级： 工业工程班 指 导 教 师： 蒲光华 职称： 讲 师
2013年12月22日 攀枝花学院教务处制
课程设计（论文）指导教师成绩评定表 题目名称 评分项目 工作 表现 20% 01 02 03 04 05 06 07 08 学习态度 科学实践、调研 课题工作量 综合运用知识的能力 应用文献的能力 设计（实验）能力，方案的设计能力 计算及计算机应用能力 对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力） 插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度 设计说明书（论文）质量 创新 分值 6 7 7 10 5 5 5 10 得分 评价内涵 遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度。 通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。 能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。 能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。 具有较强的数据运算与处理能力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。 具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。 能力 水平 35% 成果 质量 45% 09 10 11 5 30 10 符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。 对前人工作有改进或突破，或有独特见解。 成绩 指导教师评语 指导教师签名： 年 月 日
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机械工程学院本科学生课程设计任务书
题 目 人因工程学应用与实践--饮水机设计 1、课程设计的目的 本课程设计的目的是通过引导学生运用本课程所学过的知识和方法对饮水机进行设计，从而使学生能够掌握人—机—环境系统分析与设计的方法，完成“知识+实践=技能”的整个学习过程。 2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等） 课程设计的内容： （1）饮水机设计包含的内容；（2）饮水机设计应该遵循的原则、要求以及需要达到的目标；（3）饮水机的具体设计方法；（4）设计一个新的饮水机，并说明该设计的优势；（5）编写设计说明书并答辩。 课程设计的要求： （1）要求1名学生独立完成； （2）整个课程设计的具体内容，由学生自行确定，最终编写基于人因工程学的饮水机设计说明书。 （3）课程设计的结果必须做成电子文档，并且要有说明书使用的POWERPOINT文档。每个课程设计小组必须向全体同学和老师报告自己课程设计的结果，而全体同学都可以对其提出异议并开展讨论。 3、主要参考文献 [1] 孙林岩，崔凯，孙林辉.人因工程[M].北京：科学出版社，2011：67，157-170. [2] 赵伟军.设计心理学.北京:机械工业出版社，2011.12：108，110-111，5 [3] 金宗哲.无机抗菌材料及应用.北京：化学工业出版社，2004.6：30-31 [4] 易树平，郭伏.基础工业工程.北京：机械工业出版社，2007.3：153 [5] 陈根.塑料之美.北京：电子工业出版社，2010.10：17 [6] 刘青.家具电器全接触.北京：中国轻工业出版社，2006.6：22 [7] 蒋祖华，赖朝安，王东勃，尹春建.人因工程 .北京：科学出版社，2011.1：25，19-20 [8] 奚同庚.无所不在的材料.上海：上海科学技术文献出版社，2011.1：172 4、课程设计工作进度计划 （1）现行饮水机设计及缺陷分析；（1天） （2）饮水机设计应该遵循的原则、要求以及需要达到的目标；（1天） （3）饮水机的具体设计方法；（1天） （4）为现行饮水机设计一个新的饮水机，并说明新饮水机的优势；（5天） （5）编写设计说明书并答辩。（2天） 总共10天 指导教师（签字） 教研室意见： 年 月 日 学生（签字）： 接受任务时间： 2013年 12 月 09 日 注：任务书由指导教师填写。
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日期 年 月 日 攀枝花学院课程设计 摘要 摘要
本次设计的对象是饮水机，目的是通过运用人因工程所学过的知识和方法对现行饮水机的外形进行调研和设计，利用掌握的人—机—环境系统分析与设计的方法，优化改进饮水机的外形、色彩、使用等等方面的不足，通过人因工程学的人体测量、作业环境、色彩环境以及材料选取等等专业学科知识针对现行饮水机外形的不足提出解决方案。
本次设计主要针对于现行饮水机的整体高度、开关、电源插头、水桶以及水龙头进行重新设计或改善。先通过现状分析了解现行饮水机在日常使用中的缺点与不足，然后通过分析和设计，对存在的不足进行改进，达到在生活中可以让人更轻松、更方便的使用饮水机。
关键词 人因工程学，饮水机设计，人机系统
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攀枝花学院课程设计 目录
目录
绪论 .................................................................................................................................................. 1
1.1课题研究背景 .................................................................................................................... 1
1.2课题研究的目的与意义 .................................................................................................... 1 1.3课题研究的主要内容 ........................................................................................................ 1
2 立体式饮水机设计理论概述 .................................................................................................. 2
2.1人体测量 ............................................................................................................................ 2
2.1.1人体测量的姿势 .................................................................................................... 2 2.1.2人体测量数据统计描述 ........................................................................................ 2 2.1.3影响人体测量数据的因素 .................................................................................... 2 2.1.4人体测量方法 ........................................................................................................ 3 2.2色彩环境 ............................................................................................................................ 4 2.3设计心理学 ........................................................................................................................ 5 2.4抗菌材料 ............................................................................................................................ 5 2.5动作经济原则 .................................................................................................................... 6 2.6塑料的优势 ........................................................................................................................ 7
3 现行饮水机问题分析及设计改进 .......................................................................................... 8
3.1现行饮水机外形问题分析 ................................................................................................ 8
3.1.1整体高度不合理 .................................................................................................... 8 3.1.2开关设计不合理 .................................................................................................... 9 3.1.3电源插头设计不合理 .......................................................................................... 10 3.1.4水桶放置位置太高 .............................................................................................. 10 3.2 现行饮水机数据分析 ..................................................................................................... 10
3.2.1现行饮水机具体数据介绍 .................................................................................. 10 3.2.2现行饮水机数据分析 .......................................................................................... 11 3.3饮水机设计 ...................................................................................................................... 12
3.3.1饮水机整体外形设计 .......................................................................................... 12 3.3.2饮水机水龙头及上柜设计设计 .......................................................................... 14 3.3.3饮水机电源插头设计 .......................................................................................... 15 3.3.4饮水机下部储水柜设计 ...................................................................................... 16 3.3.5饮水机水桶设计 .................................................................................................. 17 3.4 新型饮水机的材料选取……………………………………………………………......19
3.4.1新型饮水机外壳的材料选取 .............................................................................. 19 3.4.2新型饮水机开关材料选取 .................................................................................. 20 3.4.3新型饮水机水桶材料选取 .................................................................................. 20 3.4.4新型饮水机出水桶内进水管材料选取 .............................................................. 20 3.5新型饮水机的色彩选取 .................................................................................................. 20
4 总结 .......................................................................................................................................... 22 参 考 文 献.................................................................................................................................. 23
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攀枝花学院课程设计 绪论
绪论
1.1课题研究背景
近年来在我国构建和谐社会主义的推动下，随着经济的发展、社会的进步，“以人
为本”的理念愈加受到人们的关注，人们对物质质量日益增长的要求，人们越来越懂得享受生活，越来越追求物质的极尽主义，因此人因工程被广泛用于产品设计和现场改进等领域。饮水机是一个与我们生活日益相关的物品，其设计改进的重要性和必要性可想而知。作为这个物品的使用人群，对每天的使用情况有着比较深入的了解，平时人们抱怨的问题或者是提出的问题，也成为了设计要针对的核心问题。“方便、快捷、舒适、效率”成为设计的核心。”
1.2课题研究的目的与意义
饮水机作为我们生活的必需品，研究的重要性不言而喻。此次课题研究的目的就是为使用者营造一个方便的，快捷的，高效的使用感觉，有助于提高使用者的工作效率。要想工作效率高，一方面必须有充分的休息，而保证工作时的精力；另一方面，水是每个人每天必须要饮用的，所以接水时的高效和快捷会带动人们工作的节奏。所以，一种“方便的、快捷的、高效的、舒适的”饮水机是必要的，也是必须的。
1.3课题研究的主要内容
本次课题主要强调对普通立体式饮水机的外形研究与设计，包括对整体外形、开关、电源插头以及水桶的研究与设计，通过人因工程学的人体测量、色彩环境、心理学以及动作经济原则等等专业学科知识对饮水机的不足进行改进与重新设计。
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攀枝花学院课程设计 立体式饮水机设计理论概述
2 立体式饮水机设计理论概述
人因工程学是一门新兴的正在迅速发展的交叉学科，涉及多种学科，如生理学、心理学、解剖学、管理学、工程学、系统科学、劳动科学、安全科学、环境科学等，应用领域十分广阔。目前，人因工程在世界制造业、信息技术（IT）业、服务业等各个领域都得到了广泛应用和飞速发展，在中国的发展也是方兴未艾。与此同时，它还与我们的日常生活息息相关。本次饮水机外形设计改进将大量用到人因工程学相关专业知识要点。
2.1人体测量
人体测量主要是研究人体的尺寸和特征，包括人的重心位置、身体各部分的尺寸、关节的运动范围和力量特性等。人体测量数据是工作分析和设计的基础，可以为工业设计个工程设计提供参考数值，它着重与人体的物理测量，运用合适的方法来满足工程设计的需要[1]。
2.1.1人体测量的姿势
对于一般测量要求，被测者姿势主要分为以下两种。
立姿。被测者挺胸直立，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体测，手指轻贴大腿侧面，膝部自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致成45度夹角，体重均匀分布于两足。
坐姿。被测者挺胸坐在被调节指腓骨头高度的平面上，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左右大腿大致平行，膝弯曲大致成直角，足平方在地面上，手放在大腿上。
立姿测量时站立的地面或平台以及坐姿测量时的椅平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。要求被测者脱鞋、裸体或穿着尽量少的内衣（如只穿内裤和汗背心）测量，在测量胸围时，男性应撩起汗背心，女性应松开胸罩后进行测量[1]。
2.1.2人体测量数据统计描述
人体测量所涉及的是一个特定的群体而非个人，但群体中的个体之间存在着差异，某一个体的测量尺寸显然不能作为设计的依据。因此通常选择测量群体中具有代表性的样本，并对其测量结果进行统计处理并获得所需的数据。
人体测量的数据常以百分位数来表示人体尺寸等级，最常用的是以第5%、第50%、第95%百分位数表示。其中第5百分位数是指有5%的人群身体尺寸小于此值，而有95%的人群身体尺寸均大于此值；其余以此类推。除了上述三种常用的百分位数外，有些场合会使用其他百分位数。
2.1.3影响人体测量数据的因素
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攀枝花学院课程设计 立体式饮水机设计理论概述 民族因素。每个民族都有自己的人体数据，不能套用其他民族的测量结果来设计本民族的设备。不同民族具有不同的人体尺寸，在进行设计时应参考使用者民族的统计数据。
性别、年龄因素。统计资料显示，男性的平均身高比女性高100mm。人的体型也随着年龄的增长而变化。
职业因素。由大量的劳动科学和医学调查中可知，不同职业的人在体型和人体尺寸上存在着较大的差异。
区域因素。不同地域生活的人在人体尺寸上有所差别，例如，我国北方人群身高平均值大于南部人群身高平均值。
2.1.4人体测量方法
人体测量可分为两类，静态测量和动态测量。静态测量和动态测量数据均包含人体构造尺寸和功能尺寸。人体构造尺寸研究人体在各种姿态下的参数，而功能尺寸则是任务导向的，研究任务状态下的人体特性[1]。
静态测量。静态测量在身体保持固定（静止）位置时进行，包括骨骼尺寸（关节之间，如肘部和腕部）或轮廓尺寸（如头围）。
人体尺寸的静态测量属于传统的测量方法，用途很广。静态测量数据是动态测量的基础，是设计人机系统不可缺少的参数。静态人体测量主要有立姿、坐姿、跪姿、卧姿。
动态测量。动态测量建立在静态测量的基础之上，是用来度量人体运动时的一些参数。动态测量的内容包括活动空间和伸展域的测量。
要完成移向非常简单的任务人体也需要某些部位运动，这就要求有足够的空间，即活动空间。人在劳动或运动时，人体的空间位置与尺寸时刻在变化，这种变化就是动态变化。动态测量就是测定人体动态变化的数值。
人在各种状况下工作时都需要有足够的活动空间，在工作中人常取站、坐、跪等作业姿势。立姿时人的活动空间不仅取决于身体的尺寸，而且也取决于保持身体平衡的微小平衡动作和肌肉。人在站立并保持脚的站立面不变时，手臂的活动空间用舒适伸展域来表示。伸展域可从立视图和平面图两个方面来看，主要有通过肩部关节的正中矢状面的垂直部分；通过关节横断面的水平部分；通过肩关节沿着冠状缝平面的垂直部分。
正常区域是指将上肢轻松地垂直于体侧，曲肘，以肘关节为中心，前臂和手能自由到达的区域。最大区域是指完全伸展整个胳膊所能涉及的区域。由于脚的生理特征，脚的作业范围不可能很大。脚的作业范围是以脚在水平方向可能移动的尺寸来确定的，脚的舒适作业范围要由脚的出力、动作频率、操作姿势、机械形式、作业内容等综合分析的结果来确定[1]。
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攀枝花学院课程设计 立体式饮水机设计理论概述 2.2色彩环境
色彩只是一种物理现象，本身是没有灵魂的，但人们却能感受到色彩的情感，这是因为人们长期生活在一个色彩的世界中，积累这许多视觉经验，一旦这种视觉经验与外来色彩刺激发生一定的呼应时，人们就会从心理上引出某种情感或情绪。
每一种色彩都有自己的独特的表情特征。当色彩的纯度和明度发生变化，或者与不同的颜色搭配时，色彩的表情也随之变化。因此，研究各种颜色的表情特征，就如同说出世界上每个人的性格特征那样苦难，但还是可以从经典的色彩性格特征中寻找有趣的意味[2]。
表2.1 克拉因色彩感情价值表 颜色 客观感觉 生理感觉 联想 心理感觉 [2]
红 辉煌、激烈、热、兴奋、刺豪华、跳跃 激、极端 战争、血、大火、仪式、威胁、警惕、热情、勇圆号、长号、小号、罂粟花 最高仪式、小号 敢、庸俗、气势、愤怒、野蛮、革命 暴躁、诱惑、生命、气势 向阳、高兴、气势、愉快、欢乐 橙红 辉煌、豪华、烦恼、热、兴跳跃 辉煌、豪华、跳跃 闪耀、豪华 奋 橙 兴奋（轻度） 日落、秋、落叶、橙子 橙黄 温暖、灼热 日出、日落、夏、路灯、高兴、幸福、生命、保金子 东方、硫磺、柠檬、水仙 春、新苗、腐败 护、营养 光明、希望、嫉妒、欺骗 希望、不愉快、衰弱 和平、理想、平静、悠闲、道德、健全 黄 闪耀、高尚 灼热 黄绿 闪耀 稍暖 绿 不稳定 凉快（轻度） 植物、草原、海 蓝绿 不稳定、呼应 凉快 湖、海、水池、玉石、异国情调、迷惑、神秘、玻璃、铜、埃及 蓝天、远山、滑稽戏、静静的池水、眼睛、小提琴 茫然 灵魂、天堂、真实、高尚、优美、透明、忧郁、悲哀、流畅、回忆、冷淡 天堂、庄严、高尚、公正、无情 蓝 静、退缩 寒冷、安静、镇静 紫蓝 静、退缩、阴湿 寒冷（轻度）、液、教堂窗户、海、竖镇静 4
琴
攀枝花学院课程设计 立体式饮水机设计理论概述 (续) 颜色 客观感觉 阴湿、退缩、离散 生理感觉 联想 葬礼、死、仪式、地丁花、大提琴、低音号 东方、牡丹、三色地丁花 心理感觉 华美、尊严、高尚、庄重、宗教、帝王、幽灵、豪绅、哀悼、神秘 安逸、肉欲、浓艳、绚丽、华丽、傲慢、隐瞒 安逸、虚荣、好色、喜兴奋、苦恼 深红礼服、蔷薇、法衣 悦、庸俗、粗野、轻率、热闹、爱好、华丽、唯物的 紫 稍暖、屈服 紫红 阴湿、沉重 暖、跳动的、抑制、屈服 豪华、突出、玫瑰 激烈、耀眼、跳跃
2.3设计心理学
随着经济全球化的发展和各国经济贸易活动的增加，产品在世界市场上的
竞争愈演愈烈。产品的性能、质量与价格，产品的附加值，产品的低能耗、低污染和可持续发展的程度等，都向产品的设计者提出了严峻的挑战。设计者究竟以怎样的设计心理素质，设计专业的学生怎样面对未来，求得知识、能力与素质的和谐与强化，设计心理学虽然无法提供解决这些问题的答案，但是可以提供获取答案的方法[2]。
2.4抗菌材料
抗菌材料分为有机抗菌材料、无机抗菌材料和天然抗菌材料。有机抗菌材料对环境和人体有害且作用寿命短，使用温度低于300oC;无机抗菌剂克服了上述缺点。无机抗菌剂的抗菌效果没有有机抗菌剂快；但是，就生活环境中使用的抗菌材料来论，不一定强调快效，而要求长效和对人身安全是更为主要的指标。
使用抗菌剂的抗菌技术近年来发展很快。在适宜细菌繁殖的条件下，使用抗菌剂可以抑制细菌的生长发育。抗菌剂分为天然抗菌剂、有机抗菌剂和无机抗菌剂三大类。抗菌材料因种类不同而各有利弊，就环保和对人体健康来说，无机系列抗菌剂具有无污染、安全等优点，三种系列抗菌剂特性比列于下表[3]:
表2.2 抗菌剂的特性 特性 有机系列 天然系列 无机系列 抗菌力 抗菌范围 持久性 5
攀枝花学院课程设计 立体式饮水机设计理论概述 特性 有机系列 耐热性 耐药性 气味颜色等 污染等 价格 安全性 注： 优良， 可以， 很差 天然系列 （续） 无机系列 参考西野敦等的著作及1990—1997年公开的140多项无机抗菌剂的专利和1800多篇文献的分析，作者把无机抗菌材料又进一步细分为光催化材料、含金属离子的材料、金属氧化物以及稀土激活保健抗菌材料等。现把无机抗菌材料分类如下[3]：
光催化材料TiO2,ZrO2 等
磷酸锆 磷酸盐
磷酸钙
沸石 含金属离子材料 硅酸盐 黏土矿物 SiO2
络合物
无机抗菌材料 碳素载体
AgO,CuO 金属氧化物
ZnO,MgO,CaO
天然矿石，贝壳类
稀土激活材料
活性炭纤维
2.5动作经济原则
按吉尔布雷斯的定义，动作经济原则，就是人为了以最低限的疲劳获得最高的效率，寻求最合理的作业动作时应遵循的原则。根据这些原则，任何人都能检查作业动作是否合理。
动作经济原则是更好改善动作的原则，不尽要改善操作方法以便轻松工作，还要改善相关物料、工夹具与机器的功能、布置和形状以便于工作[4]。
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攀枝花学院课程设计 立体式饮水机设计理论概述 2.6塑料的优势
塑料在电子电器领域的应用日益广泛，其塑料消费量为仅次于包装和建筑位列第3位，在一些发达国家，用于制造电子电器产品所消耗的塑料甚至占塑料总耗量的25%。
塑料有良好的电气绝缘性，用作电气绝缘介质材料可能是塑料在这一领域最早的应用，并且也是至今最大的用途之一，可以列举的例子包括电线电缆绝缘材料、电容器介质、封装材料、电气设备的绝缘部件、产品外壳、电气开关、插座、印刷制电板、接线板、骨架、绕线轴、接插件等[5]。
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计 3 现行饮水机问题分析及设计
3.1现行饮水机问题分析
3.1.1整体高度不合理
根据调查显示，现行饮水机的高度不合理，立体式饮水机应考虑人体站姿时手的活动区域。现行饮水机的水龙头距地高度太低，大部分人接水时要弯腰去按开关。如下图：
图3.1 开关距地高度图
经测量，开关距地高度为76.4cm，不符合人体双手活动的最佳范围，使人接水时感到疲劳。
3.1.2开关设计不合理
每个人喝水的时候都要按开关，但是现行的饮水机开关无非就是两种，一种是按键式，另外一种是按压式。这两种开关使人们在使用饮水机的同时，要费不可忽略的力气去按动开关，接水时间长了会造成疲劳，不符合动作经济原则。具体情况如下图：
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计
图3.2现行饮水机开关图 从图3.1和图3. 2中可以看出，这两种开关都是很费力气的。而且图3.1.2的开关容易损坏，导致水龙头漏水。
3.1.3电源插头设计不合理
电源插头虽小，但关系到生命财产的安全。选购电源插头
时，外观、质量和使用的便利性都要考虑[6]。现行的饮水机插头主要存在两个缺点：1.不是很美观；2.使用起来不便利。具体情况如下图：
图3.3现行饮水机电源插头图
3.1.4水桶更换不方便
现行立式饮水机水桶位置太高，水桶最低处距地面具体129cm，每桶水重约18kg。这样的高度，在换水的时候要把桶抱到150cm的高度才能放上去，对人来说是很费力气的。具体情况如下图所示：
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计
图3.4饮水机水桶高度图
3.2 现行饮水机数据分析
3.2.1现行饮水机具体数据介绍
图3.5机整体数据测量图
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计
图3.6饮水机各方面数据测量
根据我对现行饮水机尺寸的测量，得出以下数据：
1、饮水机整体高93cm，长33cm，宽29cm。 2、下柜高32cm，长23cm，深15cm。
3、上方门高39cm，下方门高46cm，门厚3.7cm。
4、开关距地高76cm，整个开关整体高6.5cm，两开关间隔5.3cm。 5、指示灯距离顶部高度为8cm。
3.2.2现行饮水机数据分析
图3.7人体尺寸分析图
[7]
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计 表3.1中国成年人人体主要尺寸（单位：mm）
测量项目 5% 身高 上臂长 前臂长 站姿肘高 1583 289 216 954 男性（18-60岁） 50% 1678 313 237 1024 95% 1775 338 258 1096 5% 1484 262 193 899 女性（18-55岁） 50% 1570 284 213 960 95% 1659 302 234 1023 [7]
由上述图3.7和表3.1可知，现行饮水机整体高为93cm，而开关在顶部后方，这样的设计不符合人体尺寸。应该按照人体站姿肘高的50%，也就是在96cm—102.4cm之间。由测量数据知现行饮水机的开关距地高位73cm，而人站立时的最佳活动高度应该是站姿肘高，所以开关也应该在96cm—102.4cm之间。而后方总开关的活动区域应该是上臂长的范围内，所以应该在28.4cm—31.3cm之间，即饮水机宽度应该在这个范围内。
3.3饮水机改善
3.3.1饮水机整体外形设计
现行饮水机的外形有以下缺点：
1、 尺寸不太合适，不符合最佳人体尺寸活动区域； 2、 指示灯位置不是最优；
3、 下部的消毒柜位置太低，使用时不方便； 4、 换水时要把水桶抬得很高，会造成疲劳。 针对于这些缺点，我提出的改善意见是：
1、 高度应该在96cm—102.4cm之间，参照的标准是成年人站姿肘高。宽度应该在28.4cm—31.3cm之间，参照的标准是成年人站姿上臂长。这样设计，使人们在使用饮水机时不会因为按开关或者是接水而感到疲劳；
2、 指示灯的位置可以在饮水机的正面和顶部弄一个倒角过度，这样的话不管是面对饮水机还是正在接水，都可以清楚的看到饮水机的状态；
3、 下部的消毒柜使用率很高，放在最底下的话，每次都要蹲下拿杯子，所以我建议把消毒柜位置提高；
4、 每次换水都要把一个18kg左右的水桶抬到1.5m高的位置，会让人感到很累，所以我建议把水桶下置，让人们很轻松就可以把水桶换上。 具体改善方案如下图所示：
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计
图3.8改善后饮水机整体图
改善后的饮水机的具体尺寸为：
表3.2 长（cm） 宽(cm) 饮水机 33 30 指示灯区 33 30 上柜 33 30 中柜 33 30 下柜 33 30 门把手外缘 6 2 门把手内缘 5 1
改善后的饮水机采用三柜模式，上边的用于接水，离地高度为66cm，中间的作为消毒柜使用，离地高度为40cm，下面的是储水柜，可以把水桶放在里面，然后用一个小型引水装置，把水引到上方的水龙头处。开关采用触控开关，离地高度为96cm，开关位置范围在96cm-104cm之间，这样可以很大程度的节省体力，而且，水龙头开关的高度得以提升，使人们站着就可以接水，避免了弯腰引起的疲劳。另外，指示灯区和开关区采用倒角设计，这样不管人们是面对它看还是接水时看，都可以很清楚的看到饮水机的状态，既方便又美观。柜子上的把手是根据人体手掌的宽度和厚度设计的，使人更轻松的开关门。
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高(cm) 104 8 30 26 40 8.5 6.5 攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计 3.3.2饮水机水龙头及上柜设计设计
现行的饮水机的水龙头和机体的连接不紧密，时间长了以后，会造成连接处漏水，而且水龙头上的开关在使用时太费力气，不符合动作经济原则。所以，我建议把水龙头和机体一体化，把开关装在显示灯的右边，这样的即避免了水龙头和机体的连接处漏水的情况还避免了在接水时人们要弯腰的动作。改善后的效果图如下所示：
图3.9改善后饮水机上柜设计图
改善后的饮水机上柜采用方形模块设计，把一些矩形拼接在一起，水龙头下方设置有小的蓄水槽，防止滴在杯子台面上的水流在地上，使地面变滑，影响过路人。
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计
图3.10改善后饮水机水龙头设计图
改善后的水龙头采用一个水龙头的设计，这样设计的原因是有的时候，人们要接热水，但是两个水龙头除了开关的颜色外，其他都一样，这样就造成了有些精神不太好的人误把冷水的开关当作热水的，不但接不到热水还浪费了水资源。设置成一个水龙头的话，就不用关心接错的问题了，因为上面的开关是在人的最佳视野内，造成操作错误的概率比较小。
3.3.3饮水机电源插头设计
现行的插座不美观，而且不符合人因学，所以要进行重新设计，改善后的设计图如下图所示：
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计
图3.11饮水机电源插头设计图
改善后的电源插头不但节省了材料，而且看上去美观。三个面上的半圆形凹槽是按照人体手指尺寸设计的，使用时三个手指刚好贴近凹槽，使用起来更方便。
3.3.4饮水机下部储水柜设计
在上述改善中，把饮水机的水桶下置，这样可以省去好多力气，可以让送水的员工工作更加轻松。为了使饮水机能正常工作，所以要对下柜进行重新设计，具体设计方案如下图所示：
图3.12饮水机储水柜设计图
改善后的储水柜的尺寸是参照改善后的水桶设计的，后壁上有一个六边形凹槽，起到固定饮水机水桶的作用，中间一根是入水口，使用时是伸到桶里面。下
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计 方是一个锲形的斜坡，外部厚度为1cm，内部为0，这样的设计可以让水桶里面的水流干净，不造成浪费。
3.3.5饮水机水桶设计
为了适应改善后的饮水机，对现行的水桶也要重新设计，具体设计方法如下图所示：
图3.13饮水机水桶整体设计图
改善后的水桶为圆筒形，与改善前相比，在运输的时候节约了很多空间。具体尺寸为：
水桶 表3.3 直径（cm） 25 高度（cm） 30 17
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图3.14改善后水桶上部提手设计图
改善后的水桶上部设置有可以左右活动的提手，不用的时候可以折到凹槽里面，在避免了空间资源的浪费的同时也使得人们在搬运水桶时更加轻松、方便。
图3.15改善后水桶出水口设计图
改善后的饮水机水桶下方有一个圆筒形出水口，外边的六边形不仅能保护露在外面的出水口，还能与饮水机储水柜里的进水口外缘的六边形凹槽完美结合。
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图3.16改善后水桶底部设计图
改善后的饮水机水桶的底部有一条和出水口平行的凹槽，能与饮水机储水柜底部的凸槽结合，使送水员很方便就把水桶放进储水柜中。
3.4改善后饮水机的材料选取
现行饮水机选取的材料一般分为两种：1、塑料，也就是所谓的聚乙烯；2金属合金。这两种材料各有各的好处，用塑料制造饮水机外壳的话，成本比较低，而且重量比较轻，搬运方便，但是质量不是很好。塑料用了时间长了之后会老化，甚至是可以挥发出有毒物质。饮水机作为日常饮用水的容器，用塑料制造的话，得不偿失。而且塑料时间长了会变脆，很容易就破碎，所以不赞成使用塑料制造饮水机。用金属合金制造饮水机克服了塑料的缺点，但是制造成本太高，而且重量很大，不利于搬运。所以，本课题认为不同的部位用不同的材料，这样可以最大限度地节省成本而不失质量。
3.4.1改善后饮水机外壳的材料选取
现行的饮水机外壳使用的塑料是不能回收的，也就是说等到报废后只能当作白色垃圾进行焚烧处理，不尽污染环境还影响气候。
改善后，本课题建议使用可降解塑料。由于降解塑料在一定的条件下最终会转化成对环境无害的产物，因此我们又称其为“绿色塑料”。这些塑料有的可
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计 以通过吸收太阳光、通过光化学反应而分解，人们称其为“光降解塑料”；有的可以通过微生物作用而分解，人们称其为“生物降解塑料”；有的则可以通过空气中的光和氧气的作用而分解，人们称其为“化学降解塑料”。[8]
这三种可降解塑料经过对比，本课题建议使用“光降解塑料”，因为这种可降解塑料不会因为和氧气接触而提前发生降解反应，也不会因为和微生物接触而发生降解。
3.4.2改善后饮水机开关材料选取
现行饮水机的开关是塑料制作出来的按压式开关，用起来很费力气，经过改善，采用触摸控制开关，也就是安装一个小型的触摸屏，内部是电子线路控制水龙头的开关。触摸屏可以采用现在手机上使用的小型触摸屏，成本不是很高，这样就可以使人很轻松的接水饮用。
3.4.3改善后饮水机水桶材料选取
改善后的饮水机水桶的出水口是在下方的，所以，对材料选取就有一定的要求。桶的整体可以采用现在使用的材料，但是，下方的出水口的封口处，需要用无毒橡胶密封，在使用时，直接可以把饮水机储水柜上的进水管插入到桶内，拔出来时，橡胶塞会再次闭合，就像医院用的输液瓶一样，不会导致漏水，解决了发生意外时需要把桶取下修理而桶内还有水的问题。
3.4.4改善后饮水机出水桶内进水管材料选取
改善后的进水管是直接插入到水桶中的，也就是说水管和我们喝的水是时刻接触的，这样的话，对于水管的取材就不能随便选用了。这就用到了无机抗菌材料。正如前面所讲，抗菌材料分为很多，各有利弊，针对于饮水机的情况，本课题建议使用不锈钢加表面镀银。银作为一种抗菌材料，不但抗菌而且还有杀菌的作用，但是，如果全部都用银的话，成本太高，而不锈钢的成本就很低，而且不会造成污染水源。所以用不锈钢造进水管，表面镀银不但可以节省成本，还能起到抗菌的作用。
3.5改善后饮水机的色彩选取
正如前文所讲，每一种色彩都能给人内心中一种联想，饮水机作为休息时使用的物品，色彩的选取方面应该考虑到人体心理学的知识，要让人看到饮水机有一种放松的感觉，所以饮水机的整体外壳应选取绿色。绿色能给人一种平静、悠闲的心理感觉，会让人觉得很凉快，是人们感到放松。而水桶的颜色自然而然就选取蓝绿色，因为是用来装水的，所以让人在很远的地方看到这个颜色后就知道这是装水的东西。水龙头的触控开关背景灯和指示灯应结合水的情况，热水的指示灯和背景灯应使用橙黄色，让人有温暖的感觉，正在加热时的指示灯应该为红
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攀枝花学院课程设计 现行饮水机问题分析及设计 色。冷温水的背景灯和指示灯应该为蓝色，让人看到后有一种镇静的感觉，用寒冷去中和体内的热，而水在降温时也应该采用红色，这样不至于颜色太多，让人眼花缭乱。对于整体外壳的花纹设计，应结合人体对图形的认知心理，在外壳上喷一些象征水的画或者象形文字，这样可以让人们在使用时，看着心情很放松，可以缓解工作的紧张情绪。
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攀枝花学院课程设计 总结
4 总结
在这次研究性学习中，能够运用人因工程学的相关理论知识对饮水机进行设
计，整个过程加深了对理论知识的理解和掌握，培养了综合应用所学理论知识进行分析解决实际问题的能力，锻炼了全面考虑问题的思想方法、工作方法以及计算、绘图和编写设计文件的能力，并对人因工程学的设计标准有了一定的了解。在可以研究过程中存在着许多不足，比如说：采用皮尺测量，数据不是很精确；而且研究的对象也比较少，仅仅是针对于普通立式饮水机进行研究，不具有大众性；查阅的书籍有限，个别地方不是很全面等等。
本次课题研究主要从以下几个方面入手：
一、现行饮水机的现状分析，包括外形和材料等；
二、饮水机设计应该遵循的原则、要求以及需要达到的目标； 三、现行饮水机设计存在的问题分析； 四、现行饮水机的优化设计；
五、改进后的分析与设计优势，重点从人—机—环境系统角度进行分析和评价；
六、编写设计说明书。
本次课题研究仅仅是针对于一般的立式饮水机来展开的，设计饮水机外形、布局、水桶外形以及材料等方面，通过人因工程学的人体测量、作业环境、色彩环境以及材料使用设计等专业学科知识针对饮水机进行设计。
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。课程设计的过程是辛苦的，为了交出好的设计作品，查阅各种文献资料，学习绘图软件，虽然很累，但是我很享受这个过程。这次人因工程学的课程设计将我带入了一个新的领域。对于现行饮水机的优化改进，让我认识到，各种产品的设计均要考虑到宜人的原则，其立足点在于保证人在工作过程中既能安全又能舒适地工作，这些都是人因工程学所要研究的内容，同时我还知道了课堂上的人因工程学知识是如何应用到实际的设计当中，如何理论联系实际，为人们的日常生活服务。
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攀枝花学院课程设计 参考文献
参 考 文 献
[1] 孙林岩，崔凯，孙林辉.人因工程[M].北京：科学出版社，2011：67，157-170. [2] 赵伟军.设计心理学.北京:机械工业出版社，2011.12：108，110-111，5 [3] 金宗哲.无机抗菌材料及应用.北京：化学工业出版社，2004.6：30-31 [4] 易树平，郭伏.基础工业工程.北京：机械工业出版社，2007.3：153 [5] 陈根.塑料之美.北京：电子工业出版社，2010.10：17 [6] 刘青.家具电器全接触.北京：中国轻工业出版社，2006.6：22
[7] 蒋祖华，赖朝安，王东勃，尹春建.人因工程 .北京：科学出版社，2011.1：25，19-20 [8] 奚同庚.无所不在的材料.上海：上海科学技术文献出版社，2011.1：172
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