人机工程学-2简史-3基础知识-4心理

人机工程学浙江.学院.设计,人机工程学Part2-人机工程学简史,人,人的生理需求、心理需求、行为特点和技能限度,生理需求：饮食、呼吸、运动、居住等生理需要,心理需求：人都希望生活得愉快一点，工作的安全、舒适一点，劳动的轻巧方便一点，休息、消遣时得到美好的精神享受,行为特点和技能限度：人的行为特点受到人体自然形态的影响,人机工程学的源流,20世纪40年代后期跨越不同学科和领域，应用多种学科的原理、方法和数据发展起来的一门新兴的边缘学科。由于它的学科内容的综合性、涉及范围的广泛性以及学科侧重点的不同，学科的命名具有多样化的特点。,Ergonomics由希腊文ergon和nomos构成，本意为工作的自然法则,人机工程学的发展简史,原始时期原始的人机关系19世纪末至一战萌芽时期两次世界大战时期初兴时期二战至20世纪60年代迅猛发展20世纪70年代以后两大特点人机工程学在我国,早在石器时代，人类就学会选择石块打制成可供敲、砸、刮、割的各种工具，从而产生了原始的人机关系。,原始时期原始的人机关系,早期土陶的制造考虑到人与物之间的关系，在器物的设计上增加了提手、耳扣、瓶底、瓶身等。,古代战争多是近距离的，在战争中既要打败敌人，又要保护自己的安全尤为重要。如何提高兵器的安全性，使用的便捷性、舒适性，设计中“人”的因素是必不可少的。,19世纪末至一战萌芽时期,从19世纪末到20世纪30年代，从事武器研究制造的人们，开始采用科学的方法研究人的能力与其所使用的工具之间的关系，从而进入了有意识地研究人体关系的新阶段。,FWTaylor铁铣研究FBGilbreth&LMGilbreth砌砖研究HMunsterberg心理学与工作效率,FWTaylor铁铣研究,1898年，现代管理学的先驱泰勒（FWTaylor）进入伯里恒钢铁公司后，对铲煤和矿石的工具铁铣进行了研究，他用装煤重量分别为5kg、10kg、17kg、20kg的四种铁铣作实验，找到了铁铣的最佳设计和每次铲煤或矿石的最适重量，即10kg。同时，泰勒还进行操作方法的研究，剔除多余的不合理动作，指定最省力高效的操作方法和相应的工时定额，大大提高了工作效率,FBGilbreth&LMGilbreth砌砖研究,1911年，吉尔布雷斯夫妇（FBGilbreth&LMGilbreth）通过快速拍摄影片，详细记录工人的操作动作后，对其进行分析研究，将工人的砌砖动作进行简化，将全过程中的17个动作减少为4.5个，使砌砖的速度由原来的120块/h提高到350块/h，施工人员的疲劳度也大降低。,HMunsterberg心理学与工作效率,1912年，现代心理学家闵斯托伯格（HMunsterberg）出版了心理学与工作效率等书，将当时心理技术学的研究成果与泰勒的科学管理学从理论上有机的结合起来，运用心理学的原理和方法，通过选拔和培训，使工人适应于机器。,两次世界大战时期初兴时期,两次世界大战期间，由于战争的需要，军事工业得到了飞速发展，武器装备变得空前庞大和复杂。此时，完全依靠选拔和训练人员，已无法使人适应不断发展的新武器的性能要求，事故率大为增多。人们在屡屡失败中逐渐认识到，只有当武器装备符合使用者的生理、心理特性和能力限度时，才能发挥其高效能，避免事故的发生。,第二次世界大战期间，美国通过其“战争培训视觉教具部”生产工业培训电影457部，政府为军队购买了5.5万部电影放映机，花费在影片上的经费达10亿美元。在短短的6个月中，把1200名缺乏军事知识的普通老百姓，训练成海、陆、空各兵种作战部队，把800万名普通青年训练成为制造军火、船舶的技术工人。,第二次世界大战后20世纪60年代的发展情况,1949年，在默雷尔（Murrell）的倡导下，英国成立了第一个人体工程学科研究组，翌年2月16日在英国海军军部召开的会议上通过了人体工程学（Ergonomics）这一名称，正式宣告人体工程学作为一门独立学科的诞生,1949年，查帕尼斯（AChapanis）等人出版了应用实验心理学工程设计中人的因素一书，总结了二战时期的研究成果，系统论述了人体工程学的基本理论和方法，为人体工程学奠定了理论基础,1954年，伍德森发表了设备设计中的人类工程学导论,1957年，麦克考米克（EJMcCormick）出版了人类工程学一书，该书相继被美国、欧洲和日本等国广泛采用作为大学教科书,德国的马克思普朗克协会人类工程学研究所、英国的劳勃路技术学院、美国的哈佛大学等机构或组织开展了不少有关人体工程学的研究,20世纪60年代以后，科学技术飞速发展，电子计算机应用的普及，工程系统的进一步复杂及其自动化程度的不断提高，宇航事业的空前发展，一系列新科学的迅速崛起，不仅为人体工程学注入了新的研究理论、方法和手段，而且也为人体工程学提出了一系列新的研究课题。如核电站等重要系统的可靠性问题、计算机的人机界面设计问题、宇航系统的设计问题等等，拓宽了人体工程学的研究领域和应用范围，促进了人体工程学的发展和进步,国际人体工程学会(IEA)1960年成立至今，先后召开了10届国际性会议，英国、美国、德国、日本、法国等许多国家的人体工程学会均与IEA建立了联系。1975年成立国际人体工程学标准化技术委员会(ISO/CT一159)，至1986年共制订8个标准草案或建议，发布工作系统设计的人体工程学原则标准，作为人机系统设计的基本方针。此外，许多国家设立了专门的人体工程学研究机构。英、美、苏等国都相继制订了本国的人体工程学国家标准。目前，人体工程学已被广泛应用于国防、交通运输、工业、航天航空、农业、建筑等各个领域。,20世纪70年代以后两大特点,在20世纪70年代，人体工程学形成了两大特点：一是人体工程学渗透到人们工作和生活的各个领域；二是人体工程学在高科技领域中得到了应用，自动化系统中人的监控制作用、人机信息交互、人工智能等都于人体工程学有着密切的关系,人体工程学在我国,1935年，中国心理学家陈立出版了工业心理学概观，这是我国最早介绍工业心理学的专著。陈立和周先庚等在中央研究院和清华大学研究过疲劳、劳动环境等问题。10年动乱时期中断相关研究我国的人体工程学研究起步较晚，但发展较快。1984年，国家科工委成立了军用人机环境系统工程标准化技术委员会，1985年建立中国人类工效学标准化技术委员会，至1988年已制订有关国家标准22个。1989年成立中国人类工效学学会。中国科学院心理学研究所及一些高等院校分别建立了人体工程学研究机构，开设了人体工程学课程。有关人机工程学方面的出版物也日益增多。目前在我国人体工程学已应用于许多部门，如铁路、冶金、汽车运输、工程机械、机床设计、航天航空、医药等，并取得了不少可喜成绩。,人机工程学是一门技术学科。,从纵向看，人体工程学从基础科学、技术科学和工程技术这三个层面进行研究。,人机工程学定义,从横向看，人机工程学是一门交叉性的学科，涉及心理学、生理学、解剖学、生物力学和工程学等。,人机工程学定义,人机工程学的起源是由于人与物（工具）之间的关系变化。人机工程学产生的核心思想是“使机器适应于人”。人机工程学是研究系统中人与其他组成部分之间的交互关系的一门科学，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的功效和人的健康幸福之间的关系。人机工程学的特点是，它不是孤立地研究人、机和环境，而是从系统的高度，将人、机和环境看成是一个相互作用、相互依存的具有特定目标的系统。人机工程学与设计研究的关注点都是人与物的关系。以用户为中心的设计，就是把用户“知道的”和“需要的”变成设计的基础。,人机工程学定义,人机工程学Part3-人机工程学的基础知识及其科学技术性质,未来人机工程学将越来越多地研究智能机器或者智能系统中的人机关系问题，计算机科学与人机工程学的联系正日趋紧密。,人机工程学的知识基础及其科学技术性质,人机工程学研究人机环境系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决系统中人的作业效能、安全、生理和心理健康问题提供理论和方法。,1.传统的人机工程学定义,2.新的人机工程学定义,人机工程学是研究系统中人与其他组成部分的交互关系的一门科学，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的工效和人的健康幸福之间的关系。,3人机工程学的基本理论模型,现有的人机工程学理论模型主要从三个角度出发：系统，人机界面以及人的作业效能。“系统”是人体工程学最重要的概念和思想。从系统优化的角度看，人体工程学研究可以分为安全、效率、舒适和审美四个层次。,3人机工程学的基本理论模型,人与机交互关系的接口被定义为人机界面（interface），人机界面的形式与内容是对人机关系的表征，是人机工程学研究的核心方面。,3人机工程学的基本理论模型,人的作业效能（HumanPerformance），即人按照一定要求完成某项任务时所表现出来的效率和成绩。,案例与研究：古希腊的人机工程学,古希腊人体工程学研究发表在1999年AppliedErgonomics杂志上，研究者是希腊学者马尔姆拉斯（NicolasMarmaras）等。他们的研究从两个方面出发：一是从文献资料研究古希腊人从“使工作适应于人”的角度，对可用性、生活条件、工作条件的改善和研究；二是研究古希腊的器物设计所达到的人体工程学水平。研究的重点是古希腊人在多大程度上了解人的特性的知识，并以人为中心设计了他们的器物和如何降低人的工作强度。,1.减少工作量的设计运载马车,案例与研究：古希腊的人机工程学,2.保证安全的设计刹车系统,案例与研究：古希腊的人机工程学,2.保证安全的设计刹车系统,案例与研究：古希腊的人机工程学,3.工具设计,案例与研究：古希腊的人机工程学,4.日常器物的人体工程设计,案例与研究：古希腊的人机工程学,4.日常器物的人体工程设计,案例与研究：古希腊的人机工程学,4.日常器物的人体工程设计,案例与研究：古希腊的人机工程学,5.剧场设计,案例与研究：古希腊的人机工程学,4显示设计,人机信息交换系统模型:人机信息界面包括环境信息、机器信息的显示与控制装置。,显示是有目的的信息传递。就显示的目的而言，显示分为自然显示和人工显示。人接受信息的主要通道是视觉、听觉和触觉。在这三个通道里，视觉显示运用最多，其次是听觉显示。,设计显示的方法,要设计好一个显示，设计师必须很仔细地考虑显示的每一个要素的作用、重要性、用户的特点和特殊要求（如用户的视力水平和技能水平）等。要考虑什么是正确的显示方式。设计师还应该考虑显示的内容、格式（是图形还是文字）、显示的形式（字体、背景、亮度等），以及显示的时间等方面的因素。,视觉显示是依靠光波作用向人提供信息的显示方式。可以分为机械显示和电子显示两大类。1.机械显示设计机械显示主要是显示数字或者某种状态。数字显示可以分为:指针移动式刻度标尺移动式直读式三种,1.机械显示设计指针移动式刻度标尺移动式直读式三种,危险,警告,正常,开窗式认读范围小、视线集中、动眼扫描路线短，误读率最低，因此优于其他四种形式。圆形式和半圆形式误读率虽高于开窗式，但它给出了两维空间的位置刺激，动眼扫描路线也比直线短，且符合人们长期以来所形成的观察仪表的习惯，因此，圆形式和半圆形式优于直线式。由于人眼睛的运动规律为水平运动比垂直运动速度快且准确，放水平直线式又优于垂直直线式。,1.机械显示设计指针移动式刻度标尺移动式直读式三种,1.机械显示设计指针移动式刻度标尺移动式直读式,1.机械显示设计状态指示灯来显示状态。,1CapsLock指示灯，2-静音指示灯，3-音量指示灯，4-numlock指示灯，5-触摸板开关指示灯。,1-无线设备指示灯，2-电源/等待指示灯，3-电池指示灯，4-IDE驱动器指示灯。,2.电子显示设计对于电子显示来说，关键是要满足人的视觉要求，除了一般的视觉显示都需要注意的显示大小、观察角度、观察距离和图形的数量外，分辨率、目标和背景亮度、色彩、闪烁情况等，都是电子显示要考虑的。电子显示有很多种类型，如CRT、LED、LCD。,3.信息编码（1）颜色编码颜色编码指用颜色的色调、明度和饱和度等基本属性作为代码的视觉编码。它根据色彩的心理效应设计的规定指示某种情景的色彩编码。,3.信息编码（2）形状编码形状编码指利用几何形状特征作代码的信息编码。在设计形状编码时应尽量使所设计的代码与其所代表的对象在形状上相似，并使各形状之间清晰可辨。,3.信息编码（3）数字与字母编码指利用数字和字母作代码的信息编码。数字字母编码就识别性而言，不如色彩和形状编码明显，但是可编码数量很大。在进行编码的时候，要注意两点，第一，不要产生多余的编码。第二，在设计中要注意编码的数量不能过多。,4.刻度盘设计（1）选择刻度盘刻度盘的设计首先是选择合适的刻度盘。主要从人的任务的角度考虑，包括显示的精度、显示范围以及刻度划分等。,车床刻度盘精度为1mm,铣床刻度盘精度为0.1mm,磨床刻度盘精度为0.01mm,4.刻度盘设计（1）选择刻度盘刻度盘的设计首先是选择合适的刻度盘。主要从人的任务的角度考虑，包括显示的精度、显示范围以及刻度划分等。,汽车发动机转速表和速度表,4.刻度盘设计（1）选择刻度盘刻度盘的设计首先是选择合适的刻度盘。主要从人的任务的角度考虑，包括显示的精度、显示范围以及刻度划分等。,汽车发动机转速表和速度表,4.刻度盘设计（2）刻度盘的大小在此基础上，选择刻度盘的大小。研究表明，在视距750mm左右时，直径小于35mm的圆形表盘的判读效绩随表盘直径增大而提高；直径为35-70mm的表盘，判读效绩差别不大；表盘直径超过70mm，其认读效绩随表盘增大而降低。,4.刻度盘设计,（3）刻度标记（或刻度线）,刻度标记的宽度：一般以小刻度标记作为基准，其宽度以占刻度间距的1/51/20为宜。,刻度标记的形式,视距为710mm时普通刻度标记的宽度,4.刻度盘设计,（3）刻度标记（或刻度线）,对于刻度盘运动或瞬间观察的刻度，其刻度标记不能采用窄线刻度标记。近年来发展了一种宽线标记的刻度，特点是标记的宽度等于两刻度标记间距，这个宽度是按人观察时的最佳视角设计的。,4.刻度盘设计（4）刻度线间距刻度设计中，首先要保证在两条刻度线之间有足够的间距。其次，刻度线应该通过长短和宽度的不同表达出刻度之间的主次关系。刻度设计还依赖于照明的情况。,4.刻度盘设计（5）标数和指针一个基本的原则是要尽量避免指针挡住标数。,指针的形状要简洁、明快、不加任何装饰，具有明显的指示性形状。一般以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形为好。,4.刻度盘设计,仪表指针零位一般在时钟12点或9点的位置上。追踪用仪表有时置于9点位置。当许多检查用仪表排列在一起时，指针的正常位置应处于同一方向，以9点位置为优。如果超过6个仪表，则应排成2行，以免观察时眼睛和身体有较大的移动。如果需要排成一竖列时，以同向12点位置为优。,指针的零位,无论哪种指针式仪表，由于仪表面和指针间有相对运动，指针与仪表刻度面间必须有一定间隙，这个间隙要尽可能小，以减少不垂直观察所形成的投影误差,指针的颜色应与刻度盘的颜色有明显的区别和对比，但指针与刻度标记、数码的颜色应尽可能协调。,4.刻度盘设计设计图例。,4.刻度盘设计设计图例。,5.字母和数字设计字母和数字的设计主要包括字母数字的笔画宽度、高宽比、字体、大小等方面的因素。设计字母和数字时最重要的是要设法避免不同字母之间或不同数字之间发生混淆。,6.图符设计（1）图符和背景清楚和粗笔画的图形、背景对比是十分必要的。,6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界对比强烈的图符边界（常用实心符号）比细的图符边界识别性更强。,6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界（3）封闭图符一个封闭图符可以增强认知效率，特别是对于那些局部图符而言。,6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界（3）封闭图符（4）简单化图符在确保意义表达的基础上，图符应该尽量简单，明确。,6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界（3）封闭图符（4）简单化（5）整体化图符应该尽量整体。,6.图符设计图符设计案例：安全出口的设计。,结论：实心图形、对比强烈、图形简单。,1.声音信号具有以下一些特点：（1）声音向四周等能传播，人不必转移头部位置就能接收全方位的声音信息。（2）声音具有强迫性，容易使人注意力集中。（3）声音具有绕道和穿透烟雾的性能，可在很多条件下传播信息。（4）声音信号可以传递得较远。,5听觉显示设计,2.听觉显示与视觉显示分别有不同的优先使用条件。,3.听觉显示设计中的注意事项（1）听觉显示设计首先应该满足显示的兼容性。任何听觉显示器的有效性都取决于对显示器工作的声环境的适宜考虑。（2）听觉显示是具有时效性的。一般显示传递的信息不能太长。,4.按显示信息的特点，听觉显示可分为音响显示和言语显示。（1）音响显示呈现的是音调信号。例如：下课的钟声。（2）言语显示则用言语方式传递信息。例如：A.“请输入密码”；B.“如需人工服务请拨1”。,手持工具设计的重要意义手持工具设计的人机工程学原则设计注意事项案例分析OXOGoodGrips削皮器,5.手持工具的设计,手持工具设计的重要意义,提高使用效率减少意外事故减少职业病,设计不当引起的职业病：,腱鞘炎,狭窄性腱鞘炎（扳机指）,手持工具设计的人机工程学原则,1.有效地实现预期的功能2.与操作者身体及手成适当的比例3.按照操作者的力度和作业能力设计4.尽量符合手的运动速度与习惯,1.有效地实现预期的功能,截面图,1.有效地实现预期的功能,2.与操作者身体及手成适当的比例,3.按照操作者的力度和作业能力设计,立姿直臂的拉力与推力,坐姿时手臂的力度,3.按照操作者的力度和作业能力设计,3.按照操作者的力度和作业能力设计,3.按照操作者的力度和作业能力设计,3.按照操作者的力度和作业能力设计,坐姿时人的作业区域,3.按照操作者的力度和作业能力设计,手动作的最佳方向,一般右手较左手运动快，同时右手向右比向左运动快,手朝向身体的运动比离开身体动作快，但后者准确度高顺时针方向的操作动作比逆时针方向快单手操作较双手操作，其精确度和速度都更佳,设计注意事项,保持手腕处于顺直状态避免掌部组织受压力避免手指重复动作,腕关节动作状态,保持手腕处于顺直状态,保持手腕处于顺直状态,保持手腕处于顺直状态,人数比较使用不同尖嘴钳前后患腱鞘炎病人,保持手腕处于顺直状态,手柄形式和着力方式比较,避免掌部组织受压力,避免掌部组织受压力,避免手指重复动作,拇指操作,指压板操作,案例分析：OXOGoodGrips削皮器,普通削皮器,OXOGoodGrips,案例分析：OXOGoodGrips削皮器,案例分析：OXOGoodGrips削皮器,案例分析GyrusDiego动力解剖刀,案例总结,以人为中心,遵守人机工程学原则,避免问题,成功的手持工具,有效地实现预期的功能与操作者身体及手成适当的比例按照操作者的力度和作业能力设计尽量符合手的运动速度与习惯,保持手腕处于顺直状态避免掌部组织受压力避免手指重复动作,+,+,舒适好用快捷高效安全健康,手工具的大小、形状、表面状况应与人手的尺寸和解剖条件适应。使用时能保持手腕顺直，避免掌心受压过大，尽量由手部的大小鱼际肌、虎口等部位分担压力。避免手指反复的弯曲扳动操作，避免或减少肌肉的“静态施力”。使用手工具时的姿势、体位应自然、舒适，符合手和手臂的施力特性。工具使用中不能让同一束肌肉既进行精确控制，又出很大的力量，即负担准确控制的肌肉，和负担出力较大的肌肉应该互相分开。注意照顾女性、左手优势者等群体的特性和需要。,手工具的一般人机学要求:,市场调研作业,1.调查分析儿童玩具人机界面的特点及其是否合理性。2.调查分析手持式儿童玩具的结构特点及其功能是否合理性。,人机工程学Part4-人的行为与坏境,人离不开环境，不论是工作，家庭事务还是休息，都需要个适宜的环境，否则将会影响工作和休息效率与质量，影响身心健康。因此人体工程学的任务之一就是要使人与环境协调。,人的行为与环境,人与环境的交互作用主要表现为环境刺激和相应的人体效应。人体外部感觉器官受到外部环境因素刺激后会出现相应的反应。,环境的刺激会引起人的生理和心理效应，而这种人体效应会以外在行为表现出来，我们称这种行为表现为环境行为。,环境刺激,需求愿望,行为反应,环境行为的基本模式,人类的环境行为是由于客观环境的刺激作用，或是出于自身的生理和心理需求所产生的。这种作用促使人类适应、改造成创造新的环境。,环境行为的特征,1.客观环境。客观环境作用导致人类的各种行为，这种行为就是适应、改造和创造新环境的活动。,2.自我需求。人类的自我需求是推进环境的改变和社会发展的动力,3.环境制约。环境因素也会制约人类的行为。往往不能完全满足人类的需求。因而行为就要受到一定程度的环境制约。,4.综合作用。环境、行为和需求施加给人的往往是一种综合作用。人的行为受人的需求和环境的影响。即，人的行为是需求和环境的函数。这就是著名心理学家库尔待列文(KLewin)提出的人类行为公式：,B=f（PE）,B行为，f函数，P人，E环境,人类有许多适应环境的本能行为。它们是在长期的人类活动中，由于环境与人类的交互作用而形成的，这种本能被称为人的行为习性。,抄近路习性识途性左侧通行习性左转弯习性从众习性聚集效应人的距离保持,为了达到预定的目的地，人们总是趋向于选择最短路径，这是因为人类具有妙近路的行为习性。出此在设计建筑、公园和空内环境时，要充分考虑这一习性。,抄近路习性,人们在进入某场所后如遇到危险(如火灾等)时，会寻找原路返回，这种习性称为识途性。因此在设计室内安全出口时要尽量设在入口附近，并且要有明显的位置和方向指示标记。,识途性,在人群密度较大（0.3人M2以上）的室内和广场上行走的人，一般会无意识地趋向于选择左侧通行。这可能与人类右侧优势而保护左侧有关。这种习性对于展览厅展览陈列顺序有重要指导意义。案例：日本的行车方向,左侧通行习性,人类有趋向于左转弯的行为习性，在公园散步、游览的人群的行走轨迹可以显示这一习性。并有学者研究发现向左转弯的所要时间比同样条件下的右向转弯的时间短。很多运动场(如跑道、棒球、滑冰等)都是左向回转(逆时针方向)的，有学者认为左侧通行可使人体主要器官心脏靠向建筑物，有力的右手向外，在生理上、心理上比较稳妥的解释。这种习性对于建筑和室内通道、避难通道设计具有指导作用。,左转弯习性,静立时躲避方向的特点,人体重心偏右，站立时略向左倾，而且右手右脚比较有力，容易向左侧移动,假如在室内出现紧急危险情况时，总是有一部分人会首先采取避难行动，这时周围的人往往会跟着这些人朝个方向行动，这就是大众作用。因此室内避难疏散口的设计、诱导非常重要。,从众习性,许多学科研究了人群密度和步行速度的关系，发现当人群密度超过1.2人/M2时，步行速度会出现明显厂降趋势。当空间人群密度分布不均时，则出现人群滞留现象，如果滞留时间过长，就会逐渐结集人群，这种现象称为聚集效应。在设计室内通道时，一定要预测人群密度。设计合理的通道空间，尽量防止滞留现象发生。,聚集效应,人的距离保持,人类的个人空间动物的领地,1.可以随身携带2.有肉眼看不见的界限3.以身体为中心4.对侵入行为进行躲避或抗议,1.地点