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人机工程学1、人机工程学的定义：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，分析研究人与机械、人与环境以及机械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科学。因此，人机工程学可定义为：按照人的特性设计和改善人机环境系统的科学。2、发展史（阶段和时间）：第一阶段，经验人机工程学（20世纪初二战前，美国学者F.W.泰罗首创新管理方法和理论）；第二阶段，科学人机工程学（二战期间-20世纪50年代末）；第三阶段，现代人机工程学（20世纪60年代）3、人机工程学研究的内容：1）人的特性研究；2）机器特性研究；3）环境的特性研究；4）人机关系的研究；5）人环境的研究；6）机环境的研究；7）人机环境系统性能的研究；对于工业设计师：1）人体特性的研究（对象：在工业设计中与人体有关的问题）；2）工作场所和信息传递装置的设计（包括：工作空间设计、座位设计、工作台或操作台设计、作业场所的总体布置）；3）环境控制（照明、微小气候、噪声、振动）和安全保护设计；4）人机系统的总体设计；4、目前常用的研究方法有：1）观察分析法（瞬间操作分析法、知觉与运动信息、动作负荷、频率、危象、相关）；2）实测法 ；3）实验法 ；4）模拟和模型实验法；5）计算机数值仿真法；第二章 人体测量与数据应用 1、人体测量的基本术语：（1）、被测者姿势：1）立姿2）坐姿；（2）、测量基准面：1）矢状面；2）正中矢状面（将人体分成左、右对称两面）；3）冠状面（分成前、后两面）；4）横断面（分成上、下两面）；5）眼耳平面。（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）对于上肢，将挠骨侧称为挠侧（前臂大拇指一侧），将尺骨侧称为尺侧（前臂小指一侧）。5）对于下肢，将胫骨侧称为胫侧（小腿内侧一面），将腓骨侧称为腓侧（小腿外侧一面）。（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；（5）基本测点及测量项目：头部测点16个和测量项目12项；躯干和四肢22个69项（立姿40项，坐姿22项，手和足部6项，体重1项）；2、适应域： 一个设计只能取一定的人体尺寸范围，只考虑整个分布的一部分“面积”，称为“适应域”；适应域可分为：对称适应域、偏适应域。对称适应域对称于均值，偏适应域通常是整个分布的某一边3、百分位：由百分比表示，称为“第几百分位”。例如，50%称为第50百分位；百分位数：是百分位对应的数值。百分位数是一个界值，K百分位数Pk将群体或样本的全部观测值分为两部分：有K%的观测值等于和小于它，有（100-K）%的观测值大于它。 4、主要人体尺寸的应用原则：1）、极限设计原则：主要内容包括设计的最大尺寸参考人体尺寸的低百分位；设计的最小尺寸参考人体的高百分位。2）、可调原则：设计优先采用可调式结构。一般调节范围应从第5百分位到第95百分位。3）、平均尺寸原则：设计中采用平均尺寸计算。（多数专家不主张按平均尺寸设计）5、主要人体尺寸应用原则（见小抄）p28、6、产品尺寸设计分类：1)I型产品尺寸设计又称“双限值设计”：需要两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据；2).II型产品尺寸设计又称“单限值设计”：只需要一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值或下限值的依据；3)IIA型产品尺寸设计（又称“大尺寸设计”）只需要一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值的依据。4)IIB型产品尺寸设计（又称“小尺寸设计”）只需要一个人体尺寸百分位数作为尺寸下限值的依据。5）.III型产品尺寸设计（又称“平均尺寸设计”）只需要第50百分位数的人体尺寸（P50）作为产品尺寸设计的依据。、7、人体尺寸百分位选择：（1）满足度：产品尺寸所适合的使用人群占总使用人群的百分比。、（2）选择人体尺寸百分位数的一般原则是：1）.一般产品，大、小百分位数常分别选P95和P5，或酌情选P90和P10； 2.）涉及人的健康、安全的产品，大、小百分位数常分别选P99和P1，或酌情选P95和P5； 3.）成年男女通用的产品，大百分位数选用男性的P90、P95、P99；小百分位数选用女性的P10 、P5 、P1； 4）.III型产品设计选用男、女50百分位数人体尺寸的平均值（P50男+P50女）/2。（3）常见设计和人体尺寸百分位选择归纳如下：1）.间距类设计，一般取较高百分位数，常取P95；2.）净空高度类设计，一般取高百分位数，常取P99；3.）可及距离类设计，一般取低百分位数； 4.）座面高度类设计，一般取低百分位数，常取P5 ；5）.隔断类设计，若设计目的是为了保证隔断后面人的秘密性，应取高百分位数，如取P95或更高；若是为了监视隔断后的情况，则应取低百分位数，如取P5或更低； 6.）公共场所工作台面高度类设计，若无特别作业要求，一般以肘部高度数据为依据，常取P5 。8、人体尺寸的应用方法：1）确定所设计产品类型；2）选择人体尺寸百分位数；3）确定功能修正量（考虑有关人体尺寸时，必须给衣服、鞋、帽留下适当的余量，）；4）确定心理修正量；5）产品功能尺寸的设定（最小功能尺寸人体尺寸百分数功能修正量；最佳功能尺寸最小功能尺寸心理修正量）9、座椅的设计原则：1）要把人的坐姿与座椅的样式和尺寸联系起来；2）座椅的尺寸应适宜于就坐者的人体尺寸；3）座椅要适于就坐者保持不同姿势的需要和调节坐姿的需要；4）靠背的结构和形状要尽量减少就坐者背部和脊柱疲劳；5）座椅上应配有适当质地的坐垫以改善臀部及背部的体压分布。第三章1、 视觉术语：1）视角：被看目标物的两点光线投入眼球的交角。2）眼睛能分辨被看目标物最近两点光线投入眼球时的交角，称为临界视角；3）视力：力是眼睛分辨物体细节能力的一个生理尺度，用临界视角的倒数来表示，4）认清物体形状的视力为中心视力；5）在暗环境中辨别物体形状的视力为夜视力。6）两只眼睛中所形成的物象，融合为双眼单视后，可用以辨别物体高低、深浅、远近、大小，这种辨别物体立体位置的视力为立体视力或深度觉。2、视野：1）一般视野：视野是当人的头部和眼球不动时，人眼能觉察到的空间范围，通常以角度表示；2）色觉视野：不同的颜色对人眼的刺激不同，所以视野也不同。白色的视野最大，白、黄、蓝、红、绿色的视野依次渐小。垂直最佳视区：上、下1。5度；最佳视野范围：水平视线以下30度；有效视野范围：水平视线以上25度、以下35度；最大固定视野：115度；扩大的视野：150度；3、视觉特征：（p42）1）眼睛运动速度及疲劳程度：水平优于垂直。2）视线变化习惯：左右，上下，顺时针。3）.准确性：水平尺寸和比例的估计更准确。4）.观察优先性：左上右上左下右下（图3-9）。视区内的仪表布置必须考虑这一点。5.）设计依据：应以双眼视野为设计依据。6.）接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓。7.）颜色的易辨认顺序：红、绿、黄、白；颜色相配时的易辨认顺序：黄底黑字、黑底白字、蓝底 白字、白底黑字。4、方向敏感度（双耳效应）：1) 双耳效应产生的原因：声音到达两耳的微小时间差、强度差和由于头部对声音阻挡而使声音频谱发生改变。 2)声音的频率越高，辨别声音方向越容易，即：听觉的方向敏感性随频率增大而增大.3) 右耳的方向敏感性与声音频率的关系 。5、掩蔽效应： 掩蔽：一个声音（主体声）被另一个声音（掩蔽声）所掩盖的现象； 掩蔽效应：主体声的听阈因掩蔽声的掩蔽作用而提高的效应；听觉残留：掩蔽声去掉后，掩蔽效应并不立即消除的现象。、6、反应时间：（RT）又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间距。RT=tz+td 【RT 反应时间；tz 反应知觉时间（自出现刺激到开始执行操纵的时间）；td 动作时间（执行操纵的延续时间）】；分类及特点：简单反应时（呈现的刺激只有一个，要求人做出的反应也是一个）；析取（辨别）反应时（呈现的刺激多于一个，要求人只对其中某种刺激作出预定反应，而对其余刺激不作反应）；选择反应时（呈现的刺激多于一个，要求人对不同刺激作出一一对应的不同反应）；7、听觉区域与听力损失 ：1）听阈和痛阈之间就是人的听觉可以正常感受的范围， 人能感受的频率范围：2020000Hz；人最敏感的频率范围：10003000Hz；2）随着年龄增大，人对高频声波的感受能力逐渐减弱，但对1000Hz以下低频声波的感受能力变化不大。 第四章 人的心理与行为特征1、感觉的基本特性：1）适宜刺激；2）感受性和感觉阈限（刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为绝对感觉阈下限，感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性；绝对感受性与绝对感觉阈限值成反比，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；能产生正常感觉的最大刺激量称为绝对感觉阈上限。刺激量在上、下阈限之间才能引起感觉；3）适应： 感觉器官经持续刺激一段时间后，在刺激不变的情况下，感觉会逐渐减少以致消失的现象；4）相互作用5) 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。可分为同时对比和继时对比。6)余觉： 刺激取消后，感觉可存在一极短时间的现象2、知觉的基本特性：整体性、选择性、理解性、恒常性、错觉。3、记忆的过程： 记忆可划分为识记、保持、再认、再现等阶段，4、记忆的种类：1）有意记忆与无意记忆；2）机械记忆与意义记忆；3）瞬时记忆、短时记忆与长时记忆；4）形象记忆、听觉记忆与动作记忆）；5影响遗忘的因素及分类 遗忘：保持在头脑中的信息随着时间的推移和后来经验的影响，不论在质量上，还是在数量上都发生一定的变化，在数量上变化的一个重要表现，即为识记的保持量逐渐减少，致使识记过的信息不能再认和回忆，或者发生错误的再认和回忆，这就是遗忘；1）识记材料的性质2）识记材料的数量3）学习程度4）主观状态；暂时性遗忘和永久性遗忘、选择性遗忘6、气质：气质是表现在人们心理活动和行为方面的典型的、稳定的动力特征；气质类型的体液说将人的气质分为胆汁质、多血质、粘液质、抑郁质四种。7、动机与需要：1）需要是有机体内部的一种不平衡状态，它表现为有机体对内部环境或外部环境条件的一种稳定的需求，并成为机体活动的源泉。人的某种需要得到满足后，不平衡会暂时得到解除，当出现新的不平衡时，新的需要又会产生。 2）人的动机是在需要的基础上产生的。当某种需要没有得到满足时，就会推动人们去寻找满足需要的对象，从而产生活动动机。当需要推动人们去活动引向一个目标时，需要就成为人的动机。 第五章 人体生物力学与施力特征1、能量代谢：人体能量的产生、转移和消耗称为能量代谢；分类：1）基础代谢量（基础代谢量 = BSt ；B基础代谢率平均值（kJ(mh) ）；S人体表面积（m) ；t持续时间（h)；体表面积（m）0.0061*身高(cm)+0.0128*体重（kg）0.1529 ）；2）安静代谢量（常温下基础代谢量的120%作为安静代谢量R）；3）能量代谢量M（能量代谢量 = MSt ；t测定时间）2、相对代谢率记为RMR =（能量代谢量M安静代谢量R）基础代谢量B2、食物的热价和氧的热价：每1g食物完全氧化时所产生的热能称为该食物的热价；在氧化过程中每消耗1L氧所产生的热量，称为氧的热价。氧化不同的食物，氧的热价不同3、体力劳动分级的依据：劳动强度是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度。劳动强度可以用作业过程中人体的能耗量、氧耗量、心率、直肠温度、排汗率或相对代谢率等作为指标进行分级。、4、疲劳的类型：1）生理疲劳以肌肉疲劳为主要形式；2）心理疲劳 肌肉工作强度不大，但由于工作紧张或单调而产生的疲劳。5、按疲劳分工作过程阶段：1）.工作适应期2）最佳工作期3）.疲劳期4）.疲劳过度积累期6.、疲劳测定方法：1）生化法；2）工作绩效测定法 ；3）生理心理测试法【闪光融合频率；反应时测定 ；皮肤敏感距离法（两点阈法）；膝跳反射阈限法 ；皮肤划痕消退时间测定法；皮肤电流反应测定法；色名呼叫时间测定法；勾消符号数目测定法】4） 疲劳症状调查法7、动静态施力： 1）动态肌肉施力：动态肌肉施力就是肌肉运动时收缩和舒张交替改变；2）静态肌肉施力：静态肌肉施力则是持续保持收缩状态的肌肉运动形式 。8、脊柱形态：脊柱承受的重量负荷由上至下逐渐增大，第5块腰椎处负荷最大。第六章 人机的信息界面设计1、仪表标数原则：1）最小的刻度不标数，最大的刻度必须标数； 2）指针运动式仪表标数的数码应该垂直，表面运动的仪表数码应该按圆形排列；3）为了避免指针对标数的遮挡，在条件允许时，数码应放在刻度标记的外侧，若条件不允许才放在刻度标记的内侧，但刻度间距应适当增大。对于指针在表面外侧的仪表，数码应一律设置在刻度的内侧。 4）圆形仪表的零位一般设在时钟12时或9时位置上；5）开窗式仪表窗口的大小，应能显示被指示数字及其两侧的两个数，以便观察运动方向；6）对于表面运动的小开窗仪表，其数码应按顺时针排列，并使字头向上；7）对于圆形仪表，应使数码按顺时针方向依次增大；对于长条形仪表，应使数码按向上或向右顺序增大；8）不做多圈使用的圆形仪表，最好在刻度全程的头和尾之间断开，其首尾间距以相当于一个大刻度间距为宜；9）每一个小刻度一般最好代表1，其次是代表2或5，或者代表以上这三个数乘10n的数(n为整数) 。 2、指示信号灯颜色及其含义：3,、触觉特性：不太敏感、适应迅速、有立体感4、操纵手把的设计：设计合理的手把，应考虑下述几点：（1）手把的形状应与手的生理特点相适应，见图6-20；（2）手把的形状便于触觉对其进行识别，见图6-21；（3）尺寸应符合人手尺度的需要、5、操纵显示比就是操纵器和显示器移动量之比；、6、操纵显示的编码和编排相合的目的主要是减少信息加工的复杂性，从而提高工作效率。其中比较重要的一个原则就是应使操纵器编码尽可能与显示器编码一致。第七章 工作台椅与工具设计1、保证腰弧曲线的正常形状是获得舒适坐姿的关键。2、脊柱的形态机组成：颈椎、胸椎、腰椎、骶骨、尾骨；四个生理弯曲：颈曲、胸曲、腰曲、骶曲；3、工作坐椅的设计要点 工作坐椅的结构形式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应，应能使操作者在工作过程中保持身体舒适、稳定并能进行准确的控制和操作。 工作坐椅的座高和腰靠高必须是可调节的。座高调节范围在GB 10000中“小腿加足高”，即360480mm；工作坐椅座面高度的调节方式可以是无级的或间隔20mm为一挡的有级调节。工作坐椅腰靠高度的调节方式为165210mm的无级调节。 工作坐椅可调节部分的结构构造，必须易于调节，必须保证在椅子使用过程中不会改变已调节好的位置，并不能松动。 工作坐椅各零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边，各部结构不得存在可能造成挤压、剪钳伤人的部位。 无论操作者坐在坐椅前部、中部还是往后靠，工作坐椅座面和腰靠结构均应使其感到安全舒适。 工作坐椅腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性。在坐椅固定不动的情况下，腰靠承受250N的水平方向作用力时，腰靠倾角不得超过115。 工作坐椅一般不设扶手。需设扶手的坐椅必须保证操作人员作业活动的安全性。 工作坐椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。坐垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的不导电材料制造。第八章 作业岗位与空间设计、1、近身作业空间：指作业者在某一位置时，考虑身体的静态和动态尺寸，在坐姿或站姿状态下所能完成作业的空间范围。2、个体作业场所：指操作者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域，如：汽车驾驶室，计算机操作台。3、总体作业空间：多个相互联系的个体作业场所布置在一起构成总体作业空间，如计算机房、办公室、车间。4、水平作业面设计原则：1）按照95%的人满意原则；2）将常使用的控制器、工具、加工件放在正常作业范围之内；3）将不常使用的控制器、工具放在正常范围和最大范围之间；4）将特殊的、易引起危害的装置，布置在最大范围之外5、双手动作关联的正常区域：1）对于正常作业区域（上臂自然下垂，以肘关节为中心，前臂作回旋运动时手指触及范围），作业者应能在小臂正常放置而上臂处于自然悬垂状态下舒适的工作；2）对最大作业区域（躯干前侧靠近工作面边缘时，以肩峰点为中心，上肢伸直做回旋运动时手指触及范围），应使在臂部伸展状态下能够操作，且这种作业状态不能持续很久。6、作业场所布置总则：1）重要性原则 ：优先考虑实现系统作业的目标或达到其它性能最为重要的元件。2）使用频率原则：经常使用的元件应布置于作业者易见易及的地方。3）功能原则：把具有相关功能的元件编组排列。4）使用顺序原则：按使用顺序排列布置各元件。第九章 人与环境的界面设计1、相对湿度：空气有吸收水分的特征，湿度的概念是空气中含有水蒸气的多少。它有三种表示方法：第一是绝对湿度，它表示每立方米空气中所含的水蒸气的量，单位是克/立方米；第二是含湿量，它表示每千克干空气所含有的水蒸气量，单位是千克/千克干空气;第三是相对湿度，表示空气中的绝对湿度与同温度下的饱和绝对湿度的比值，得数是一个百分比。(也就是指在一定时间内，某处空气中所含水汽量与该气温下饱和水汽量的百分比)2人体的热平衡：M C R - E - W = S ； M代谢产热量；C为人体与周围环境通过对流交换的热量，人体从周围环境吸热为正值，散热为负值；R为人体与周围环境通过辐射交换的热量，人体从外环境吸收辐射热为正值，散出辐射热为负值；E为人体通过皮肤表面汗液的蒸发散热量，均为负值；W为人体对外做功所消耗的热量，均为负值；S为人体的蓄热状态。 当人体产热和散热相等时，即S=0，人体处于动态热平衡状态；当产热散热时，即S0，热平衡破坏，体温身高；当散热产热，即S0，体温下降。3、噪声对听觉的影响：1）暂时性听力下降；2）听力疲劳；3）持久性听力损失；4）爆炸性耳聋；4、影响噪声对机体作用的因素：1）噪声的强度；2）接触时间；3）噪声的频谱；4）噪声类型和接触方式；5）个体差异；、例2-1 设计适用于90东南区男性使用的产品(对称适应域)，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸? 解：查表2-2 中国各地区体重、身高、胸围的平均值与标准差， 可得东南区男性