人机工程学-工业设计PPT课件.ppt

人机工程学与产品设计 1 人机工程学鼠标 来自德国品牌Minicute的这款创意人体工程学鼠标EZmouse一改传统鼠标造型 在充分放松的姿势下握住它可以消除扭曲和伸展前臂时的紧绷 EZmouse在造型上将鼠标左键和右键设计在一个斜面上 这是根据研究人在握鼠标时的人机状态而得出的造型 因而在你在使用的时候手腕就会得到完全放松 2 目前该产品已经获得美国专利并以成功上市销售 得到了德国 日本 韩国 北美等地区消费者的一致好评 3 五 老年人的健康助手Aid 对于很多老年人或者受到外伤而失去部分活动能力的人而言 外出活动或者与他人交往的最大障碍是因为行动能力而导致的缺少自信 这款名为Aid的个人健康管理设备希望能够有所帮助 Aid的样子就是一个拐杖 它的一个主要功能也是拐杖的支撑 4 它在老年人迷路的时候能够提供及时的引导 或者向他人提出援助请求 它还可以随时监控使用者的血压和脉搏 紧急情况下按一下SOS按钮就会把使用者当前的健康状况和位置发送到指定的人员那里 有了这些帮助 老年人就会能够更加自信 更加独立地外出进行社会交往了 5 六 轻松端起烫手的碗 这款 轻松如意 碗 TakeEasy 的设计实际上非常简单 但是很有效 它的碗底不是常见的平的 而是有一些镂空 手指刚好伸进去 端碗的时候 大拇指抵住碗口 其它手指如食指或者中指伸到碗底 一只手即可稳稳把碗端起 这样就不怕碗烫手了 6 这款设计入围2011iF概念设计大奖 设计师 Cheng WeiWang JiuanMauTzeng这款 轻松如意 碗 TakeEasy 的设计实际上非常简单 但是很有效 它的碗底不是常见的平的 而是有一些镂空 手指刚好伸进去 端碗的时候 大拇指抵住碗口 其它手指如食指或者中指伸到碗底 一只手即可稳稳把碗端起 7 第一章人机工程学概论 现代的工业产品造型设计 不仅要求造型新颖 美观 大方 色彩符合现代人的欣赏习惯 以及使用新材料 新工艺 新结构 还应包括产品的造型设计必须符合人机工程学的要求 人机工程学是本世纪50年代发展起来的一门学科 是研究产品设计中如何正确处理人 机器及其工作环境之间相互作用的学科 好看又好用该学科在美国称为人类工程学 HumanEngineering 或人的因素工程学 HumanFactorsEngineering 西欧多称为工效学 Engonomics 日本称为人间工学 在我国名称尚未统一 除常用的人机工程学和人机工程设计外 还有人体工程学 人类工程学 人类工效学 工效学 工程心理学等 8 一 什么是人机工程学 国际人类工效学学会的定义为 人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学 生理学和心理学等方面的各种因素 研究人和机器及环境的相互作用 研究在工作 家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率 人的健康 安全和舒适等问题的学科 我国对人机工程学的定义为 人机工程学是一门新兴的边缘学科 它是运用人体测量学 生理学 心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段 综合地进行人体结构 功能 心理以及力学等问题研究的学科 用以设计使操作者能发挥最大效能的机械 仪器和控制装置 并研究控制台上各个仪表的最适位置 9 二 人机工程学研究的内容 1 人体特性的研究2 人机系统的整体设计3 研究人与机器间信息传递装置和工作场所的设计4 环境控制和人身安全装置的设计 10 11 人机产品设计实例 手持式产品设计 12 手持式产品的设计参数和设计指导 重量参数 轻量产品1 把持部分不应出现尖角和边棱2 手柄的表面增加摩擦力3 不设沉沟槽 不可能与所有人的手指匹配4 使用状态手腕可以伸直 减轻手腕疲劳5 外力作用于手柄时 应同时考虑推力 拉力和扭矩力6 根据外力要求 确定手柄直径7 避免手持部分的抛光处理 13 14 15 16 17 第一节 手持式产品的设计参数和设计指导 重量参数 重量产品手臂提起产品 重量不超过2 3公斤 避免前臂肌肉和间旁的疲劳和损伤要求作用点精确的手持式工具 重量不应超过0 4公斤 18 19 20 21 第一节 手持式产品的设计参数和设计指导 手柄设计 简单的情况下 交互面采取了手柄的形式 在复杂的装置中 手柄演化为控制面板 输入复杂的情况下 演变为人机交互面 22 第一节 手持式产品的设计参数和设计指导 手柄设计 手柄的设计参数最小手柄长度100mm为了握紧的手柄 直径应为30 50mm 如打井钻 为了确定精确位置的手柄 直径应为8 16mm 如小型螺丝钻手柄若使用者不戴手套 手柄产品距产品其它表面的间隙 30 50mm 23 24 25 26 人们使用某些手持式产品是要求具有两方面的功能 既要适应强力把握 又要能被准确控制作用点 27 1 需要有外力作用于手柄时 手柄表面质地应设计成树皮状花纹 以防止与手柄的相对滑动 2 设计优秀的手柄能让使用者在使用工具 产品 时保持手腕伸直 避免组织的超负荷 3 使用工具需产生不断变化和持久的扭矩时 应采用直手柄 如拧螺丝时需要紧握螺丝起子的手柄 28 29 30 三 人机工程学的研究方法 1 实测法2 实验法3 模拟与模型实验法4 系统分析评价法5 调查研究法 31 第二章人体测量 32 第一节人体静态测量参数 我国成年人人体尺寸的国家标准GB10000一为人机上的设计提供了基础数据 该标准提供了七个类别共47项人体尺寸基础数据 包括人体主要尺寸 立姿人体尺寸 坐姿人体尺寸 人体水平尺寸 人体手部和足部尺寸 并分别按性别列表 我们主要研究工业生产中法定成年人年龄范围内的人体尺寸 百分位数表示人体尺寸的等级 即表示在某一身体尺寸范围内 使用者中有百分之几大于或小于给定位 例如 我国成年人身高的百分位数为1583mm 它表示该年龄组男性中身高等于或小于1583mm者占5 大于此数者占95 设计范围越大 制成设备和工具的适用度就越高 可使用的人数就越多 33 人体主要尺寸 34 人体立姿尺寸 35 坐姿人体尺寸 36 人体水平尺寸 37 用身高推算身体尺寸 38 用身高推算人体尺寸 39 第二节人体测量应用 40 人体尺寸在设计中的应用 41 人体活动范围 42 43 当人站立时 人体的足裸 腰部 臀部和脊椎等关节部位受到静肌力作用 以维持直立状态 而坐时 可免除这些肌力 减少人体能耗 消除疲劳 坐姿态比站立更有利于血液循环 而且有利于保持身体的稳定 目前 大多数办公室人员 脑力劳动者 部分体力劳动者都采用坐姿工作 随着技术的进步 愈来愈多的体力劳动者也将采取坐姿工作 因而工作坐椅设计和相关的坐姿分析日益成为人机工程学工作者和设计师们关注的研究课题 工作椅设计主要依据坐姿的优点 44 坐姿的优点 消除静肌压力 减少体能消耗 利于血液循环 保持身体稳定 是最常采用的工作姿势 一 坐姿生理学 支持人体的主要结构 脊柱 骨盆 腿和脚等 脊柱由33块短圆柱状椎骨 相互间由肌腱和软骨连接 腰椎 骶骨和椎间盘及软组织承受坐姿大部分的作用 腰椎部分前凸 骶骨部分后凹 坐姿良好状态时 压力适当地分布在椎间盘上 肌肉组织承受均匀静载荷 坐姿时脊柱的状态 第三节工作座椅设计设计主要依据 45 四个生理弧线 颈曲 胸曲 腰曲和骶曲 其中与坐姿直接相关的是腰曲 正常的腰曲弧线 躯干与大腿之间必须有大于900的角度 且在腰部有所支承 46 二 坐姿生物力学 挺直坐姿 腰椎部分肌肉活动度高 靠背支承 腰椎活动力度明显减少 躯干前倾 背上方和肩肌肉活动度高 人体坐骨 能承受很大的压力 大腿底部 压力过大 会影响腿部的血液循环和神经传导不适 47 腰弧曲线正常 椎间盘上秋收的压力均匀而轻微 韧带上几乎无推力作用 韧带不拉伸 腰部无不舒适 人处于前弯坐姿 相邻两椎骨前端间距缩小 后端间距增大 缩小引起的前端受推挤和摩擦 向韧带作用一推力 长期会引起椎间盘的病变 保证肢体免受异常力的作用 保证腰弧曲线正常 48 三 坐姿人体尺寸测量 49 第四节工作座椅设计 1 与座姿工作的各种操作活动要求相适应 使操作者在工作中保持身体舒适 稳定并能进行准确的控制和操作 2 座高和腰靠必须是可调节的 并且是易于调节和可靠的 3 各部分结构不得存在积压 剪钳和伤人的部位 4 座面和背靠结构应使人感觉安全 舒适 50 5 腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性 6 腰靠应可存受250N水平力 腰靠倾角倾角 不得超过150 7 工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用 阻燃 无毒 座垫 腰靠和扶手的覆盖材料必须是柔软 防滑 透气 吸汗的不导点的材料 8 工作坐椅一般不设扶手 需设扶手的必须保证操作人员作业活动的安全 51 52 53 坐椅样品 为研究使用参数而制的木椅模型 坐椅的重要研究参数 男女身材综合考虑 坐椅成品 扶手上的调节按钮 模拟实验 扶手细节设计草图 五 坐椅的人机研究 以列车乘客坐椅为例 背椅可调节 54 动态 座椅 的设计 1 动态座椅 3 座椅设计的新概念 55 座面前倾的写字 绘图椅 2 前倾式座椅 56 膝靠式座椅 3 膝靠式座椅 57 坐椅产品欣赏一 会议椅具有人机曲线的薄壳椅形 即节省了空间又十分舒适 同时还保持了传统会议椅的特点 六 坐椅设计举例 58 靠背可调式坐椅 坐椅产品欣赏二 59 坐椅产品欣赏三 60 坐椅产品欣赏四 工作椅 61 简约的工作椅 既美观又轻便 更重要的是优美的人机曲线让人坐的舒适 坐椅产品欣赏五 62 可以叠放 减小占地空间 叠放起来还很漂亮 坐椅产品欣赏六 轻便椅 63 第三章显示与操作设计 64 第一节仪表显示设计 按仪表的显示功能可分为五种 即读数用仪表 检查用仪表 警戒用仪表 追踪用仪表和调节用仪表 按显示形式可分为数字式和模拟式显示仪表两类 65 一 人接受信息的特征 操作者应能根据任何显示仪表显示的信息迅速准确地得出结论 所以 仪表设计应把人接受信息时的视觉特性作为必要的因素考虑 与仪表显示有关的视觉特性有下列几方面 人们视觉的水平运动比垂直运动快 而且眼睛沿垂直方向运动比沿水平方向运动容易引起疲劳 所以 水平式和垂直式显示仪表相比 水平式的认读效率高 认读差错字低 人们的视线习惯从左到右或从上往下运动 环形观察时以沿顺时针方向较反时针方向快 所以 各种形式的显示仪表和多个仪表的排列顺序 一般应遵循这一特点进行设计 在偏离视觉中心相同距离的情况下 人眼对左上角的观察效率优于右上角 其次左下角 最差的为右下角 这是显示仪表板面合理布局的依据 人对视野最佳范围内的目标 认读迅速而准确 对视野有效范围内的目标 不易引起视觉疲劳 因此 重要的显示仪表应布置在最佳视野范围之内 而视野最大范围内不应布置显示仪表 或只布置不经常认读的仪表 66 视野与视距 视野指头部 眼球固定不动时所能看到的空间范围 可分为动视野 静视野和注视野 动视野是头部固定不动 自由转动眼球时的可见范围 静视野是头部固定不动时在眼球静止不动状态下的自然可见范围 而注视野是头部固定不动 转动眼球而只盯视某中心时的可见范围 正常人在各种工作时的视力范围比视野要小 因为视力范围是要求能迅速 清晰地看清目标细节的范围 只能是视野的一部分 例如 在垂直方向的视野中 立姿时视线方向在视轴以下10 坐姿时视线方向在视轴以下15 而当视角为30 一40 时 可以迅速而有效地扫视 称其为有效视力范围 所以 该范围是布置机器装置最适宜的范围 视力范围与目标距离有关 经测试 目标在560mm处最为适宜 低于380mm时会发生目眩 而超过760mm时细节看不清 通常人观察显示器的视距为380一760mm 67 视野 68 二 仪表显示设计的原则 仪表显示设计应以人接受气息的视觉特性为根据 以保证操作者迅速准确的获得需要的信息 显示的精确程度应与人的视觉辨认特性和系统要求相适应 不宜过低 也不宜过高 仪表显示信息的种类和数目不能过多 同样的参数应尽量采用同一种显示方式 显示的信息数量应限制在人的视觉通道容量所允许的范围内 使之处于最佳信息条件下 显示的格式应简单明了 显示的意义明确易懂 以利于操作者迅速接受信息 正确理解和判断信息 仪表的指针 刻度 标记 字符等与刻度盘之间 在形状 颜色 亮度等方面要保持合适的对比关系 以使目标清晰可辨 一般的目标应有确定的形状 较强的亮度和鲜明的颜色 相对于目标而言 背景的亮度应低些 颜色应暗些 同时 也要考虑到与其它感觉器官配合 仪表显示应在空间关系 运动关系和概念上与系统中其它显示装置 操纵装置兼容 显示装置的编码应与相关操纵装置的编码一致 69 第二节操作装置设计 为了采取最合理 最少疲劳和最高效率的动作 必须考虑操作动作与人体机能的关系 1 避免不必要的加速和减速避免于密 腿和身体的加速及减速可降低消耗的时间和能员 对于手臂和服 适宜于回转运动 手臂作回转运动的效率较高 应尽量减少往复运动的操作动作 2 使用两只手动作使用两只手动作可以减少工作时间和节省每个单位工作量的人体能景消耗 3 考虑运动习惯和运动速度一般说来 手的上下运动速度比左右运动速度快 准确度也高 从上往下比从下往上快 水平面内的前后运动比左右运动快 旋转运动较直线运动快 另外 右手动作比左手动作快10 时间 失误率低5 出力强5 一10 右手向右运动较向左运动快 手朝向身体的运动比离开身体的运动快 但后者准确度高 70 一 操作器的功能 71 二 操作器的选择 72 三 按键的设计 按键的颜色应根据其功能决定 表示 停止 断电 或发生事故的按键应为红色 起动 或 通电 的 应优先用绿色 不能用绿色时 允许用白灰或黑色键 按下为开 抬起为停或进级的 优先用黑色键 忌用红色键 73 四 手控制器的形态语义 74 手控操作器的尺寸 75 76 控制器间距 77 五 操作与显示的结合 1 操纵器右移或右旋时 水平式代表的指针应右移 垂直式仪表的指针朝上移动 2 操纵器朝上或朝前移动时 显示器指针必须朝上或向右移动 3 操纵器右移或顺时计转动时 表示被控量增加 显示器应显示出增加 4 如果采用指针固定式定式显示器 则操纵器右移时 表盘应左移 而显示刻度应从左至右表示数值增加 以保让操纵器右移时读数增加的相应关系 5 操纵器朝上 朝前和向右移动时 显示器应显示读数增加 或者开关进入 开 的位置 反之亦然 78 控制与显示的运动方向 79 显示与控制 80 第四章作业空间设计 人在操作机械时所需的操作活动空间 加上机器 设备及工具等所占空间的总和称为作业空间 对于一个大范围的作业场所来说 作业空间设计就是解决如何把机器 设备和工具等操作和使用对象按人的操作要求进行空间布置的问题 而针对人所操作的机械而言 作业空间设计就是解决合理地布置操纵器 显示器以及控制台 工作座椅的设计中人体尺度问题 81 一 坐姿操作范围及作业面布置 图中2 5曲线为左 右手最大操作范围 1 6曲线为左 右手正常操作范围 82 二 立姿操作范围 图中范围1为最适合的抓握区 范围2为最有利的手动范围 范围3为最大抓握范围 范围4为最大可触及范围 83 三 垂直作业面操纵器布置与操作特征 84 四 控制台尺寸及视野设计 85 控制台尺寸及视野设计 86 一 控制台的形式 第一节控制工作台设计 87 h 二 设计要点 控制器与显示器的布置必须位于作业者正常的作业空间范围内 作业者能 1 良好地观察必要的显示器 2 操作所有的控制器 3 舒适的作业姿势 88 控制台作业面 使操作者有良好的手 眼配合协调性 显示器面板型式 对于大型控制室 设计成显式 控制分体式 控制台上方干涉点的高度 对于分体式控制台 应注意显式面板的盲点 即需计算干涉点的高度 89 坐姿低台式控制台 坐姿高台式控制台 坐立姿两用控制台 立姿控制台 三 常用的控制台设计 控制台在视线以下 控制面板斜角200 显示面板较多 应分主次布置 必须兼顾两种操作姿势的舒适性和方便性 在坐姿时应在操作台下设有踏脚板 在操作台下 不应设有踏脚板 90 标准控制台的尺寸 91 电子化办公台的人体尺度 工作特点 长时间地面对显示屏进行工作 设计要求 应符合人体各部位的尺寸 以避免工作人员肌肉 颈 背 腕关节疼痛等疾病 飞船控制室 高显示控制台 高速公路控制台 第二节电子化办公台设计 92 电子化办公台的可调设计 在按人体平均尺寸值设计的情况下 必须给予可调节的尺寸范围 调节方式 高低 水平 倾角 电子化办公台的组合设计 单元系列 易于拆卸 便于装配 变动灵活 组合形式 93 演播厅 监测中心 广电系统控制室 台 制作机房 94 高速公路总监控室 交警指挥中心 公安局指挥中心 其他组合控制室 台 95 96 顺便放些经常用的东西可以随时找到 97 98 99 一 鹅卵石辅助开瓶器 设计的灵感来自一条河里的鹅卵石 外形也是如此 对我们成人来说拧瓶盖不算什么费力事 对儿童和老年人来说这玩意可以帮助他们更容易开启瓶盖 使用很简单 直接套在瓶盖上 毫不费力地就能开启瓶盖 放在桌面上也是一个不错的小玩意 100 使用方便 贴合手掌 不会割伤皮肤 不用时还可以放着做摆设品 鹅卵石的造型也能让人感受到自然的感觉 富有诗意 101 三 人机工程学的登山斧Condor 对于很多热爱登山 雪山 的人而言 好的工具如冰斧也许就决定了生死之间 考虑到目前的很多工具都缺少使用上的舒适性以及一些技术上的困难 设计师KatrinaEpperson开发了这款易于使用的 符合人机工程学的冰斧 Condor 102 曲面握柄让手握住的时候呈自然的姿势 减少疲劳 浅黄色与周围的白雪明显区分开来 包覆的橡胶一方面增加了与金属之间的绝缘 表面手直接握在冰冷的金属上 另外一方面也起到减震的作用 103 四 人机工程学的Sharko大厨刀 EMAMIDESIGN所设计的这款Sharko大厨刀具外形靓丽 而且考虑了人机工程学的设计要素 宽宽的锻造刀片从尖部到底部的曲线构造得非常完美 使得切割起来非常轻松 厚重的耐丽 Corian 刀柄握起来极为舒适 给人以结实 耐用的感觉 贴合手型 使用方便 104 七 公交车扶