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Ergonomics 人机工程学 人机工程学 Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 概述 人机工程学的命名及定义 人机工程学的起源与发展 人机工程学的研究内容与方法 人机工程学体系及其应用领域 格雷夫斯为意大利阿勒西公司 设计了一系列具有后现代特色 的金属餐具，这是1985年设计 的水壶，实用、美观。 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 1.1 人机工程学的命名及定义 1、学科的命名 美国：Human Engineering; Human Factors Engineering人 类工程学或人类因素工程学。 欧洲：Ergonomics 人类工程学或工效学。已被国际标准化 组织正式采纳，本义：劳动的规律。 人机工程学 Ergonomics 其他：工程心理学（前苏联）；人间工学（日本）；人 体工程学；人机工程学；人类工效学；人机控制学；宜 人学等。 我国： 人机工程学，人机工程、人机工程设计，人-机 -环境系统工程，人体工程学、人类工效学，人类工程 学、工程心理学、宜人学、人的因素等。 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 2、人机工程学的定义 International Ergonomics Association：Ergonomics (or human factors) is the scientific discipline concerned with the understanding of interactions among humans and other elements of a system, and the profession that applies theory, principles, data and methods to design in order to optimize human well-being and overall system performance. Ergonomists contribute to the design and evaluation of tasks, jobs, products, environments and systems in order to make them compatible with the needs, abilities and limitations of people. 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics (一) 人机工程学 Ergonomics 国际人机工程学会（International Ergonomics Association，IEA）：研究人与系统中其他因素之间的相互作 用，以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化 人类和系统效能的学科。（2000.8） 人机工程学专家旨在设计和优化任务、工作、产品、环境和 系统，使之满足人们的需要、能力和限度。 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学 Ergonomics (二) 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 中国企业管理百科全书将人机工程学定义为： 研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设 计的机器与环境系统适合人的生理、心理等特点，达 到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics (三) 一般定义：人机工程学是以人的生理、心理 特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人 与产品、人与环境以及产品与环境之间的相互作 用，为设计操作简便省力、安全、舒适，人机 环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论 和方法的学科。 人机工程学：按照人的特性设计和改善 人机环境系统的科学。 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学研究的对象是产品设计中与人有关的 问题，将人的需求和能力置于设计技术体系的核心 位置。 目的为产品、系统和环境的设计提供与人相关的 科学数据。追求实现人类和技术完美和谐融合的目 标。 人机工程学是使技术人性化的科学。 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机环境系统 人机环境系统是指由共处于同一时间和空 间的人与其所使用的机以及他们周围的环境所构成 的系统，简称人机系统，在人机系统中，人、 机、环境相互依存、相互作用、相互制约完成某一 特定的工作或生活过程。 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 机 环境 人 人机环境系统 汽 车 的 设 计 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人:是指操作者 或使用者。 机:泛指人可操作与可 使用的物，可以是机 器，也可以是用具或 生活用品、设施、计 算机软件等各种与人 发生关系的一切事物 。 环境:环境是人与机共处的环境，如作 业场所和作业空间，自然环境和社会环 境等。 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 1.2 人机工程学的起源与发展 经验人 机工程 学 科学人 机工程 学 现代人 机工程 学 早期历史20世纪前期 发展史 19451960年 1960年现在 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics H:D=8 : 1 历史早期案例 人机工程学 Ergonomics 石头打制工具 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 历史早期案例 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 16世纪 8世纪 历史早期案例 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 历史早期案例 人机工程学 Ergonomics 历史早期案例 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学 Ergonomics Frank,Lillian Gilbreth（人机学研究的先 躯）：动作研究和车间管理研究；熟练操作与疲 劳；工作时间的设计和残疾人使用设备的设计。 泰罗铁锹试验：5、10、17、30kg 吉尔伯勒斯的砌砖试验： 动作研究：18个减少为5个 效率：120块/h增加到 350块/h 学科名称：应用实验心理学 经验人机工程学萌芽阶段（人适应机器） 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 科学人机工程学形成阶段（机器适应人） 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 1945年美国军方成立工程心理实验室； 1949年人机工程研究会在英国成立，第一本有关人机的书 应用经验心理学：工程设计中的人因学出版； 1950年英国成立了世界上第一个人类工效学会； 1957年9月美国政府出版周刊人的因素学会； 1960年国际人机工程协会成立。 学科名称：工程心理学 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 现代人机工程学快速发展、科学系统研究阶段 到60年代，美国的人机工程学基本集中在复杂的 军事工业的应用上，随着航天技术的发展，人机工 程学迅速成为航天工业的一个重要部分。随后，人 机工程学迅速发展，开始在军事和航天工业以外的 领域得以应用，包括医药公司、计算机公司、汽车 公司和其他消费公司。工厂也开始意识到人机工程 学在工作场地和产品设计方面的重要性。 19601980年 （仍然不为普通人所了解） 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 1979年Three Mile岛上的核电站事故； 1984年12月4日Union Carbide杀虫剂工厂有毒物质 泄漏，4000人死亡，20000人受伤； 1986年苏联Chernobyl核电站事故,300人死亡； 1989年Phillips Petroleum塑料工厂在一场爆炸中 夷为平地。 19801990年 （人机工程学的重要性） 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 人类空间站的建立； 计算机和计算机工程的应用； 药物器械设计和老年人产品设计； 人的生活和工作质量设计。 1990年以后 （人机环境系统的建立） 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 我国人机发展进程 1961年在瑞典斯得哥尔摩举行首次国际人机工程会 议。 1982年在日本东京举行第八次国际人机工程会议， 我国第一次派人参加。 国际标准化组织（ISO）1975年成立了国际人机工 程标准委员会（TC159）。 1981年我国相应成立中国人类工效学标准技术委员 会。 1989年成立中国人类工效学学会 1991年1月成为国际人类工效学协会正式成员 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 1.3 人机工程学的研究内容与方法 1、人机工程学的研究内容 理论、应用：总体趋势在于应用 各国人机工程研究的基本状况由于各国学科和工业基础 不同,各国人机工程的研究方向和侧重点也有所不同，例如: 美国侧重工程和人际关系 ；法国侧重劳动生理学； 前苏联注重工程心理学； 保加利亚偏重人体测量； 捷克、印度等注重劳动卫生学 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics （1）人体特性的研究 自然人、社会人 （2）人机系统的总体设计(分工和信息交流） （3）工作场所和信息传递装置的设计 （4）环境控制和安全保护设计 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人 与 机 的 特 性 比 较 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 目前人机工程学的前沿领域研究包括： 人机关系； 人与环境关系； 人与生态； 人的特性模型； 人机系统的定量描述； 人际关系、直至团体行为、组织行为、 心理状态等方面的研究。 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 2、人机工程学的研究方法 研究方法 观察法 实测法 实验法 计算机数值仿法 调查研究法 分析法模拟和模型试验法 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 研究宇航员生理、心理能力测量装置框图 返回 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 驾驶员眼动规律实验装置 返回 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 研究车辆碰撞的人机系统的模拟与模型 返回 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 控制面板模拟器 波士顿爱迪生公 司 （Boston Edison Company）的”神 秘6号”（Mystic #6） 电厂的控制 板 MITRE开发 返回 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人体动作分析仿真图形输出 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 1.4 人机工程学体系及其应用领域 1、人机工程学的学科体系 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 人机工程学 人体科学 技术科学 环境科学 生理学 心理学 劳动卫生学 人体测量学 人体力学 环境卫生学 环境医学 环境心理学 环境保护学 环境检测学 工业设计 工程设计 安全工程 系统工程 机械工程管理工程 人机工程学 Ergonomics 第一章 人机工程学概论 Introduction To Ergonomics 2、人机工程学的应用 从铅笔到航天飞机 人机工程学 Ergonomics （1）、日常用品 （2）、家具 （3）、服装 （4）、各种手工工具 （5）、各种装备 （6）、建筑 （7）、交通工具 （8）、有人参与的太空设备 Ergonomics 人机工程学 人机工学（2） uAnthropometry and Application 人机工程学 Ergonomics 人体测量及数据应用1 人体感知与运动特征2 人的心理与行为特征3 工作台椅设计4 人机工程学 Ergonomics 人体测量的基本知识 人体测量学是人机工程学的重要组成部分。进行产品设计时，为使人与产品 相互协调，必须对产品同人相关的各种装置作适合于人体形态、生理以及心理特 点的设计，让人在使用过程中，处于舒适的状态以及方便地使用产品。因此设计 师应了解人体测量学，生物力学方面的基本知识，并熟悉有关设计所必需的人体 测量基本数据的性质、应用方法和使用条件。（图2-1） 一、概述一、概述 人体测量学(anthropometry)是人机工程学的一门分支学科，是一门 用测量方法研究人体的体格特征的科学。它是通过测量人体各部位尺寸来确定个 体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工 业设计和工程设计提供人体测量数据。 人机工程学 Ergonomics 图2-1机床与人体尺度的关系 返回 人机工程学 Ergonomics 形态测量 人体体形尺寸 体积 重量 表面积 人体测量 数据的种类 运动测量 人体的活动过程 和活动范围的大小 动作范围 动作过程 形体变化 皮肤变化 生理测量 人体出力范围 人体感觉反应 人体疲劳 人机工程学 Ergonomics 人体的功能尺寸 形态数据类型 静态尺寸 人体的构造尺寸 动态尺寸 人在工作姿势下或在某种操作 活动状态下测量的尺寸 人机工程学 Ergonomics 二、测量方法二、测量方法 u 1. 普通测量法 u 2.摄影法 u 3.三维数学测量法 人机工程学 Ergonomics 图2-2 摄影测量法 返回 人机工程学 Ergonomics 图2-3 3D全身人体扫描系统 返回 人机工程学 Ergonomics 人体测量的基本术语（人体测量的基本术语（Terminology of Anthropometry） （1）直立姿势（简称立姿）：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 朝向体侧，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夹角，体重均匀分布于两足 。为确保直立姿势正确，被测者 应使足后跟、臀部和后背部与同 一铅垂面相接触。 1. 测量姿势（参见国标GB397588中的规定） 图2-4 立姿 人机工程学 Ergonomics （2）坐姿： 被测者挺胸坐 在被调节到腓骨头高度的平面 上，头部以眼耳平面定位，眼 睛平视前方，左、右大腿大致 平行，膝弯屈大致成直角，足 平放在地面上，手轻放在大腿 上。为确保坐姿正确，被测者 的臀部、后背部应同时靠在同 一铅垂面上。 图2-5 坐姿 人机工程学 Ergonomics 2.测量基准面 （1）矢状面 人体测量基准面的定位是由三个互相 垂直的轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定的。通过铅垂 轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。 （2）正中矢状面 在矢状面中，把通过人体正中 线的矢状面称为正中矢状平面。正中矢状平面将人体分 成左、右对称的两个部分。 （3）冠状面 通过铅垂轴和横轴的平面及与其平 行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前、后 两个部分。 （4）水平面 与矢状面及冠状面同时垂直的所有平 面都称为水平面。水平面将人体分成上、下两个部分。 （5）眼耳平面 通过左、右耳屏点及右眼眶下点的 水平面称为眼耳平面或法兰克福平面（OAE）。 图2-6 基准面 人机工程学 Ergonomics 3.测量方向 （1）在人体上、下方向上，将上方称 为头侧端，将下方称为足侧端。 （2）在人体左、右方向上，将靠近正 中矢状面的方向称为内侧，将远离正 中矢状面的方向称为外侧。 （3）在四肢上，将靠近四肢附着部位 的称为近位，将远离四肢附着部位的 称为远位。 （4）在上肢上，将挠骨侧称为挠侧， 将尺骨侧称为尺侧。 （5）在下肢上，将胫骨侧称为胫侧， 将腓骨侧称为腓侧。 人机工程学 Ergonomics 3.测量方向 4.支承面和衣着 立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应是水平的、稳固的、 不可压缩的。 5.基本测点及测量项目 测点 头部测点 （16个） 躯干和四肢部位测点 （22个） 测量项目 头部测量项目 （12项） 躯干和四肢部位 测量项目（69项 ） 国际GB397583 测点、测量项目 国际GB570385 测量方法 人机工程学 Ergonomics 测量项目-立姿（一） 人机工程学 Ergonomics 测量项目-立姿（二） 人机工程学 Ergonomics 测量项目-立姿（四） 人机工程学 Ergonomics 测量项目-立姿（五） 人机工程学 Ergonomics 测量项目-坐姿（一） 人机工程学 Ergonomics 测量项目-坐姿（二） 人机工程学 Ergonomics 测量项目-坐姿（三） 人机工程学 Ergonomics 测量项目-坐姿（四） 人机工程学 Ergonomics 测量项目-坐姿（五） 人机工程学 Ergonomics 人体感知与运动特征 人是系统中的重要人是系统中的重要“环节环节” 把操作者作为人机系统中的一个“环节”来研究，人 与外界发生联系的主要是三个子系统，即感觉系统、神经 系统、运动系统见图3-1。 感知响应系统 感知响应过程 人机工程学 Ergonomics 图3-1 人机系统示意图 人机工程学 Ergonomics 人的感知与反应机能（感知响应） 1. 1. 反射弧（反射的生理结构基础）反射弧（反射的生理结构基础） 反射是神经系统调节肌体活动的一种基本形成. 反射活动的全部结构组成反射弧；反射弧具有五个基 本环节，即感受器 传入神经元 中间神经元 传出神经元 放应器。见图3-2（a）。 人机工程学 Ergonomics 反 射 弧 人机工程学 Ergonomics 图3-2反射弧和信息链 人机工程学 Ergonomics 2. 2. 信息链信息链 人机系统的信息在人的神经系统中的循环过程形成信息 链。 人机工程学 Ergonomics 感觉通道与适用的信息感觉通道与适用的信息 人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道（80%）、 听觉通道（14%）和触觉和其他通道（6%）。其适用场合参 阅表3-1。 人机工程学 Ergonomics 返回 人机工程学 Ergonomics 视觉机能及其特征 视觉刺激视觉刺激 视觉的适宜刺激是光。人的两眼可以感受到的 光波只占整个电磁光谱的一小部分，其波长为380 780nm. 人机工程学 Ergonomics 视觉系统视觉系统 视觉系统由眼睛、视神经和视觉中枢的共同活动 组成。 眼睛是视觉的感受器官，人眼是直径为21 25mm的球体，其基本构造与照相机类似。 视网膜最外层细胞包括视杆细胞和视锥细胞，它 们是接受信息的主要细胞。 人机工程学 Ergonomics 图3-3 全部电磁波中的光谱可见 返回 人机工程学 Ergonomics 图3-4 人的视觉系统 右视野左视野 处理文字的能力较强 处理数字的能力较强 数字文字 返回 人机工程学 Ergonomics 图3-5 眼睛结构示意图 返回 人机工程学 Ergonomics 表B1 视网膜的视杆细胞和视锥细胞的不同性质 返回 人机工程学 Ergonomics 视觉机能 1.1.视角与视力视角与视力 视角：由瞳孔中心到观察对象两端所张开的角度。 =2arctg(D/2L) 视角； D被看物体上两端点的直线距离； L眼睛到被看物体的距离。 在工业设计中，视角是 确定设计可视对象尺寸大 小的依据。 人机工程学 Ergonomics 临界视角：眼睛能分辨被看物体最近两点的视角。 （按标准规定，人站在离视力检查表5m远处观看表中第十行“E”字， 若能分辨清楚，视力为1.0即视力正常，此时的临界视角=1。） 视力：眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度，以 临界视角的倒数来表示。 视力=1/能够分辨的最小物体的视角 人机工程学 Ergonomics 2. 2. 视野与视距视野与视距 视野：眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围,常 以角度来表示。(静视野、注视视野、动视野 ) 水平视野（单视野/双视野）: 1.53.0特优视区；（物象落在黄斑上） 10以内最优视区； 1020瞬息视区；（能在很短的时间内看清 物体） 2030有效视区；（需集中注意力看） 其余：良好视区。 人机工程学 Ergonomics 垂直视野:（如图3-6） 水平视线上下1.5 为特优视区； 水平视线以下10为最优视区； 水平视线以上10，以下1030内为有效 视区； 其余：良好视区。 视距：指人在操作系统中正常的观察距离，几种 工作视距推荐值参阅表3-2。 舒适视线： 直立：水平视线以下15度； 放松立：水平视线以下30度； 放松坐：水平视线以下40度。 一般应根据观察目 标的大小和形状以 及工作要求确定视 距，普通操作的视 距范围在3876cm 之间，在56cm处最 为适宜。 人机工程学 Ergonomics 在垂直面内，标准视线为水平 视线，最大固定视野为115 ，标准视线上方50，下方 70，扩大的视野为150， 站立时的自然视线低于水平线 10，坐着时自然视线代于水 平视线15；人在很低松驰的 状态中，站着和坐着时的自然 视线偏离标准视线分别是30 和38。因此，人在轻松的时 刻观看展览时，展示物的位置 在低于标准视线30的区域里 。 图3-6 人的垂直视野 返回 人机工程学 Ergonomics 返回 任务要 求 举例 视距离（眼至 视觉对象）单 位：cm 固定视野 直径单位 ：cm 备注 最精细 的工作 安装最小部件 （表、电子元件 ） 12252040 完全坐着，部分地依 靠视觉辅助手段（小 型放大镜、显微镜） 精细工 作 安装收音机、 电视机 25354060坐着或站着 中等粗 活 在印刷机、钻井 机床旁工作 50以下至80坐或站 粗活包装、粗磨50150 30 250 多为站着 远看黑板、开汽车150以上250坐或站 表表3-23-2不同工作任务视距的推荐值不同工作任务视距的推荐值 人机工程学 Ergonomics 图3-6 人的水平视野 返回 在水平面内最大 固定双眼视野为 180，扩大的视野 为190，在标准视 线左右各10 20视野内可以辨 别字。在标准视线 左右各530视 野内可以辨别字母 ，在标准视线右 3060范围是 颜色视野，人最敏 锐的视力是在标准 视线两侧各10的 视野内。 人机工程学 Ergonomics 3. 3. 中央视觉和周围视觉中央视觉和周围视觉 中央视觉（明视觉）视维细胞（感色能力强、能清晰分 辨物体）。 周围视觉（暗视觉）视杆细胞（观察空间范围和正在运 动的物体）。 操作者在进行作业时，除要注视操作对象外，还要求 看到周围情况。如果视野很小或缺损，将会对工作效率产 生影响，甚至造成工作事故。因而，在选择车、船驾驶员 时，必须检查其正常视野范围。如果各方面的视野都缩小 10以内者称为工业盲。 人机工程学 Ergonomics 4. 4. 双眼视觉和立体视觉双眼视觉和立体视觉 双眼视物：视野范围较大；具有分辨物体深浅、远近等相 对位置的能力；能形成立体视觉。 5. 5. 色觉和色视野色觉和色视野 色视野是指颜色对眼的刺激能引起感觉的范围。(见图3- 7) 人机工程学 Ergonomics 6. 6. 暗适应和明适应暗适应和明适应( (视觉的适应视觉的适应) ) 人眼随视觉环境中光亮度的变化而感受性发生变化 的过程，有暗适应和明适应两种。 见图3-8 根据视觉的明暗适应特征，要求在设计工作面照明时 ，需使其亮度均匀而且不产生阴影，否则，眼睛的频繁 明暗调节，不仅会增加眼睛的疲劳，而且会引起错误操 作。 7 7、眩光、眩光 物体表面产生的刺眼和耀眼的强烈光线，称为眩光。 人机工程学 Ergonomics u 目标与背景有一定的对比度时，人 眼才能看清其形状。这种对比可以 用颜色（背景与物体具有不同的颜 色），也可以用亮度（背景与物体 在亮度上有一定的差别）。 u 人眼刚刚能看辨别到物体时，背景 与物体之间的最小亮度差称为临界 亮度差。临界亮度差与背景亮度之 比称为临界对比度；临界对比的倒 数称为对比感度。 8 8、对比感度、对比感度 式中：CP 临界对比度 Lp临界亮度差 Lp背景亮度 Lo 物体的亮度 SC对比感度 人机工程学 Ergonomics v对比感度与照度、物体尺寸、视距、和眼的适 应情况等因素有关。在理想情况下，视力好的人 ，其临界对比度约为0.01，也就是其对比感度达 到100。 人机工程学 Ergonomics 图3-7 人的色视野 眼睛的色视野 返回 人机工程学 Ergonomics 图3-8 明适应与暗适应 人机工程学 Ergonomics u 1. 疲劳程度：水平优于垂直。 u 2. 视线变化习惯：左右，上下，顺时针。 u 3. 准确性：水平尺寸和比例的估计更准确。 u 4. 观察情况的优先性：左上右上左下右下视区 ,仪表的布置必须考虑这一点。 u 5. 设计依据：以双眼视野为设计依据。 u 6 .接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓。 视觉特征 视觉的运动规律视觉的运动规律 人机工程学 Ergonomics 关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节必然处 在一定的舒适调节范围内，参阅表3-5。 主要关节的活动范围主要关节的活动范围 人机工程学 Ergonomics 表表3-5 3-5 重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围 10.下摆、上摆 人机工程学 Ergonomics 表表3-53-5（续）（续） 重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围 人机工程学 Ergonomics 人体各部分的活动范围 人机工程学 Ergonomics 人体上部及上肢固定姿势活动角度范围人体上部及上肢固定姿势活动角度范围 人机工程学 Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 肢体的出力范围 uu 1 1、肌力、肌力：肌肉的力量来自肌肉收缩，肌肉 收缩时产生的力称为肌肉力。人的一条肌纤 维所发挥的力量约为0.010.02N，肌力是 多条肌纤维的收缩力总和。人体肌肉的生理 特征。见表3-6 uu 2 2、操作力、操作力：在作业中，为了达到操作效果 ，操作者有关部位（手、脚、躯干等）所施 出的一定大小的力。 u 决定因素：肌力、施力的姿势、部位、方式 和方向。 人机工程学 Ergonomics 表36 身体主要部位肌肉所产生的力（单位：N，2030岁 ） 返回 结论：女性的肌力比男性底20%30%，右手比左手强 10%，而习惯有左手的人，其左手的肌力比右手强 6%7%。 人机工程学 Ergonomics 图3-21 立姿弯臂时的力量分布 180 图T2 返回 在直立姿势下弯臂时，不同角度时的力量分布； 人机工程学 Ergonomics 图图3-22 3-22 立姿直臂时拉力和推力分布立姿直臂时拉力和推力分布 拉力 推力 返回 人机工程学 Ergonomics 图图T1 T1 坐姿时手臂的操纵力的测试方位坐姿时手臂的操纵力的测试方位 返回 人机工程学 Ergonomics 表表37 37 手臂在坐姿下对不同角度和方向的操纵力（单位：N） 返回 人机工程学 Ergonomics 心理现 象与行 为构成 感觉与 知觉特 征 注意与 记忆的 特征 想象与 思维特 征 创造性 心理特 征 1 2345 人的心理与行为特征 人机工程学 Ergonomics 心理想象与行为构成心理想象与行为构成 心 理现象 心理学心理学：研究 人的心理现象 的产生、发展 变化规律的科 学。 心理心理：是人的感觉 、知觉、注意、记忆 、思维、情感、意志 、性格、意识倾向等 心理现象的总称。心 理活动的组成。参阅 图4-1。 心理行为 人机工程学 Ergonomics 返回 人机工程学 Ergonomics 行为构成（行为模式） 式中 B行为(Behavior) f函数(Function) P人(Person) E环境(Environment，广义) u 心理学家列文（K.Lewin）认为：人与环境密不可分，行为取决于 个体本身与其所处的环境。即 人机工程学 Ergonomics 公式包含两个方面的内容： l人行为的目的是为实现一定目标、满足一定的需求；行 为是人自身动机或需要作出的反映。 l行为受客观环境的影响，是对外在环境刺激作出的反应 ，客观环境可能支持行为，也可能阻碍行为。 人个体本身，“遗传”、“成熟”、“学习”等构成行 为的基础因素，行为的基本模式可概括为： B=HM E L H遗传（Heredity） M成熟（Maturation） L学习（Learn） E环境（ Environment ） 人机工程学 Ergonomics 行为反应(感知响应、反射） u 心理学家将行为的产生分解为刺激、生物体、反应三项因 素研究，即 S O R 式中，S外在、内在的刺激（stimulator） O人体（organism） R行为反应（reaction） 刺激、人体、反应三项因素间的存在相互作用关系。 人机工程学 Ergonomics 1、刺激 刺激是人体的所能接受的信息，是源于 人体 内部和外界的各种环境因素。 刺激的来源，见图4-2。 2、人体 人体的神经系统是心理现象的物质基础，人的一切心 理和意识活动也是通过神经系统的活动来实现的。刺激 与行为的关系，见图4-3。 3、反应 是行为的表现形式。行为的基本模式，见图4-4 人机工程学 Ergonomics 图4-2 刺激分析示意 人机工程学 Ergonomics 图4-3 刺激与行为关系示意 人机工程学 Ergonomics 图4-4 行为的基本模式 人机工程学 Ergonomics 人的需要得到满足以后，又会进入新的循环，因为又将有新的刺激作用于 人。故满足人的需要是相对，暂时的。行为和需要的共同作用将进一步推动 社会的发展、环境的改变，行为的基本模式： 刺激作用 需要欲望 反 应 环境个体目标 作用行为 人机工程学 Ergonomics 感觉和知觉（Perception and Consciousness） u 感觉定义：感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物个别属性 的反映，感觉是人们了解外部世界的渠道，也是一切复杂心理 活动的基础和前提。 u 感觉类型：视觉、听觉、化学感觉（嗅觉和味觉）、皮肤感觉 、本体感觉等。本体感觉能告知操作者躯体正在进行的动作及 其相对于环境和机器的位置；而其他感觉能将外部环境的信息 传递给操作者。 u 感觉的过程：人的感觉器官接受内外环境的刺激，将其转化为 神经冲动，通过传入神经，将其传至大脑皮质感觉中枢，便产 生了感觉。 感觉 感觉和知觉的特征感觉和知觉的特征 人机工程学 Ergonomics 知觉的定义：知觉是在人脑对直接作用于感觉器官的客观事物 和主观状况整体的反映。 知觉的过程知觉的过程：客观事物的各种属性分别作用于人的不同感觉器官 ，引起人的各种不同感觉，经大脑皮质联合区对来自不同感觉器 官的各种信息进行综合加工，于是在人的大脑中产生了对各种客 观事物的各种属性、各个部分及其相互关系的综合的整体的印象 ，这便是知觉。 知觉 人机工程学 Ergonomics 感觉和知觉的关系和区别 u 从知觉的过程得知，客观事物是首先被感觉，然后才能进一步被知觉， 所以知觉是在感觉的基础上产生的，感觉的事物个别属性越丰富、越精 确，对事物的知觉也就越完整、越正确。感觉和知觉都是客观事物直接 作用于感觉器官而在大脑中产生对所作用的反映。在生活和生产活动中 ，人都是以知觉的形式直接反映事物，而感觉只作为知觉的组成部分而 存在于知觉之中，很少有孤立的感觉存在，在心理学中称为“感知觉”。 u 感觉反映的是客观事物的个别属性，而知觉反映的是客观事物的整体。 感觉的性质较多取决于刺激物的性质，而知觉过程带有意志成分，人的 知识、经验、需要、动机、兴趣等因素直接影响知觉的过程。 人机工程学 Ergonomics 感觉的基本特性 2 2、感受性和感觉（感受）阈限、感受性和感觉（感受）阈限 类型：绝对感受性和绝对感受阈限； 差别感受性和差别感受阈限。 1 1、适宜刺激、适宜刺激 u 外部环境中有许多物质的能量形式，人体的一种感觉器官只对 一种能量形式的刺激特别敏感，能引起感觉器官有效反应的刺 激称为该感觉器官的适宜刺激。（如眼的适宜刺激为可见光； 而耳的适宜刺激则为一定频率范围的声波）如表4-1。 人机工程学 Ergonomics 感觉类 型 感觉器官适宜刺激刺激起 源 识别外界的特征作用 视觉眼可见光外部 色彩、明暗、形状 、大小、位置、远 近、运动方向等 鉴别 听觉耳一定频率范围的 声波 外部 声音的强弱和高低 ，声源的方向和位 置等 报警， 联络 嗅觉鼻腔顶部嗅 细胞 挥发的和飞散的 物质 外部 香气、臭气、辣气 等挥发物的性质 报警， 鉴别 味觉舌面上的味 蕾 被睡液溶解的物 质 接触表 面 甜、酸、苦、咸 、辣等 鉴别 皮肤感 觉 皮肤及皮下 组织 物理和化学物质 对皮肤的作用 直接和间 接接触 触觉、痛觉、温 度觉和压力等 报警 深部感 觉 机体神经和 关节 物质对机体的作 用 外部和 内部 撞击、重力和姿 势等 调整 平衡感 觉 半规管运动刺激和位置 变化 内部和 外部 放置运动、直线运 动和摆动等 调整 表表4-1 4-1 适宜刺激和识别特征适宜刺激和识别特征 返回 人机工程学 Ergonomics u （1）、产生感觉需要有达到一定强度的适宜刺激。刚刚能引起感觉的 最小刺激量，称为绝对感觉阈限的下限，感觉出最小刺激量的能力称为 绝对感受性。 u （2）、绝对感受性与绝对感觉阈限值成反比，即引起感觉所需要的刺 激量越小即绝对感觉阈限的下限值越低，绝对感受性就越高，感觉越敏 锐。 绝对感受性和绝对感受阈限 人机工程学 Ergonomics u （3）、若刺激量过大，超过了正常限度，将使感觉消失而引起痛觉 ，甚至造成感官的损伤。刚刚能产生正常感觉的最大刺激量称为绝 对感觉阈限的上限。刺激量在上、下阈限之间才能引起感觉。 u （例如：人眼只对波长380-780mm的光波刺激产生反应，380mm和 780mm即为视觉的下、上阈限，波长在380mm以下和780mm以上的光波 都不能引起视觉。） 绝对感受性和绝对感觉阈限 人机工程学 Ergonomics u 当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时， 它们在强度上的差别必须达到一定程度，才能引起人的差别感觉。 u 差别感觉阈限：为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量， 对最小差别量的感受能力则为差别感受性，两者成反比关系。 差别感受性和差别感觉阈限 人机工程学 Ergonomics u 人的各种感觉器官的感受能力的发展是不平衡的，而不同的职业又有各 自不同方面的感受能力，如对音乐工作者，要求具有较高的听觉分辨能力， 对美术工作者及其某些行业的检验人员要求有较高的视觉颜色分辨能力，而 对自动化系统的监控人员，则要求视觉和听觉都有较高的感受性。 u 感受性对于职业的选择和工种的分配具有实际的价值和意义。 u 人的感觉能力又具有很大的发展潜力，经过训练后，某些方面的感受性 可以获得极大的提高。 感受性应用 人机工程学 Ergonomics u 在同一刺激物的持续作用下，人的感受性发生变化的过程，称为“感 觉的适应”。 u 这种适应现象，除痛觉外，几乎在所有感觉中都存在，但适应的表现 和速度是不同的。除暗适应外，其余各种感觉适应大都表现为感受性 逐渐下降乃至消失。 u 视觉适应中的暗适应约需45分钟以上；明适应约需1-2分钟；听觉适 应约需15分钟；味觉和嗅觉适应分别适应约需30S和2S。 3 3、感觉的适应、感觉的适应 人机工程学 Ergonomics 4.4.相互作用相互作用 在一定的条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力 都将受到其他刺激的干扰影响而降低，由此使感受性发生变化 的现象。 5.5.对比对比 同一感受器官接受两种完全不同但属于同一类的刺激物的 作用，而使感受性发生变化的现象。 同时对比（彩色对比、无彩色对比）、继时对比。 6.6.余觉余觉 刺激取消后，感觉可存在一极短时间的现象。 人机工程学 Ergonomics 知觉的整体性 知觉的理解性 知觉的选择性 知觉的恒常性 知觉的基本特性 1234 不同的人对同一事物可能产生不同的知觉，在产品设计的过程中， 设计师应当考虑人在知觉上的共性，又要考虑到人的知觉的差异性。 人机工程学 Ergonomics 把知觉对象的各种属性、各个部分认识成为一个具有一定结构的有机 整体，这种特性称为知觉的整体性。 u 知觉的整体性可使人们在 感知自己熟悉的对象时， 只根据其主要特征可将其 作为一个整体而被知觉。 如，见到建筑群中的冷水 塔，电力工程师立即会将 该建筑群知觉为一个热电 厂。 1 1、知觉的整体性、知觉的整体性 人机工程学 Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 影响知觉整体性的因素： （1）接近 （2）相似 （3）封闭 （4）连续 （5）美的形态 见图4-5，图4-6 接近 相似 连续、封闭 人机工程学 Ergonomics 图4-5 知觉的整体性 返回 人机工程学 Ergonomics 返回 图图4-64-6 （a）接近 （b）相似 （c）封闭 （d）连续 （e）美的形态 人机工程学 Ergonomics 2、知觉的选择性 作用于感官的事物是很多的，但人不能同时感知作用于感官的所有事 物或清楚地认识事物的全部。人们总是按照某种需要或目的主动地有意识 地选择其中少数事物作为认识对象，对它产生突出清晰的知觉映象，而对 同时作用于感官的周围其他事物则呈现隐退模糊的知觉映象，从而成为烘 托知觉（认识）对象的背景，这种特性称为知觉的选择性。 人机工程学 Ergonomics 影响知觉选择性的因素： （1）、对象和背景的差别 知觉对象与背景之间的差 别越 大，对象越容易从背景中区分出来。 （2）、运动的对象 在固定不变或相对静止的背景上， 运动着的对象最容易成为知觉对象，如在荧光屏上显示 的变化着的曲线。 人机工程学 Ergonomics (3)、人的主观因素 如任务、目的、知识、兴趣、情绪不同，则选择的知觉对象也不同。如 图4-7 图图4-7 4-7 双关图双关图 人机工程学 Ergonomics 人机工程学 Ergonomics 3、知觉的理解性 根据已有的知识经验去理解当前的感知对象，这种特性称为知觉的理解性 。 由于人们的知识经验不同，所以对知觉对象的理解也会有不同，与知觉对 象有关的知识经验越丰富，对知觉对象的理解也就越深刻。在复杂的环境中 ，知觉对象隐蔽、外部标志不鲜明、提供的信息不充分时，语言的提示或思 维的推论，可唤起过去的经验，帮助人们去立即理解当前的知觉对象，使之 完整化。此外，人的情绪状态也影响人对知觉对象的理解。如图4-8。 人机工程学 Ergonomics 返回 图图4-8 4-8 语言对知觉理解性的影响语言对知觉理解性的影响