人机工程学(第三版)ppt

1、普通高等教育普通高等教育“九五九五”部级重点教材，部级重点教材，获获教育部教育部 “普通高等学校优秀教材二等普通高等学校优秀教材二等奖奖” 人机工程学多媒体教学课件多媒体教学课件北京理工大学出版社北京理工大学出版社 出版出版授课教师：薛授课教师：薛 果果工业设计系列教材工业设计系列教材1.1 1.1 人机工程学的命名与定义人机工程学的命名与定义 人机工程学（人机工程学（Man-Machine Engineering)Man-Machine Engineering)： 研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。1.1.1 1.1.1 学科的命名学科的

2、命名 1. 1. 人类工程学人类工程学Human EngineeringHuman Engineering 2. 2. 人因工程学人因工程学Human Factors EngineeringHuman Factors Engineering 3. 3. 工效学工效学 ErgonomicsErgonomicsergonergon（工作、劳动）（工作、劳动）nomosnomos（规律、规则）（规律、规则）1.1.2 1.1.2 学科的定义学科的定义研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学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；和心理学等方面的各种因素； 研究人和机器及环境的相

3、互作用；研究人和机器及环境的相互作用； 研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适性等问一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适性等问题的学科。题的学科。1.2 人机工程学的起源与发展人机工程学的起源与发展 1.2.1 经验人机工程学（经验人机工程学（20世纪初世纪初二次大战）二次大战） 特点：机械设计的的主要着眼点在于力学、特点：机械设计的的主要着眼点在于力学、电学、热力学等工程技术的原理设计上；在人机电学、热力学等工程技术的原理设计上；在人机关系上是以选择和培训操作者为主，关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应于使人适应于

4、机器。机器。由于设计不当和缺乏训练，导致了较多意外由于设计不当和缺乏训练，导致了较多意外事故的发生，这使人们意识到事故的发生，这使人们意识到“人的因素人的因素”的重的重要性，意识到只有工程技术知识是不够的，还必要性，意识到只有工程技术知识是不够的，还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。学科方面的知识。 这一阶段的发展特点是：重视工业与工程设这一阶段的发展特点是：重视工业与工程设计中计中“人的因素人的因素”，力求，力求使机器适应于人使机器适应于人。现代人机工程学有三个特点：现代人机工程学有三个特点： 1）着眼于机械设备的设计，使机

5、器的操作不超越人）着眼于机械设备的设计，使机器的操作不超越人的能力极限，而不是让人去适应机器。的能力极限，而不是让人去适应机器。 2）密切与实际应用相结合，通过严密计划设定的广）密切与实际应用相结合，通过严密计划设定的广泛实验性研究，进行具体的机械装备设计。泛实验性研究，进行具体的机械装备设计。 3）综合心理学、生理学、功能解剖学、物理学、数）综合心理学、生理学、功能解剖学、物理学、数学、工程学各方面的知识。学、工程学各方面的知识。 研究方向：把人研究方向：把人-机机-环境作为一个整体来研究，从而环境作为一个整体来研究，从而获得系统的最高综合效能。获得系统的最高综合效能。1.3.1 学科的研究

6、内容学科的研究内容 研究内容具有多样性、应用性和灵活性。主要研究内容具有多样性、应用性和灵活性。主要包括以下几个方面：包括以下几个方面： 1）人体特性的研究：主要研究在工业设计中）人体特性的研究：主要研究在工业设计中与人体有关的问题。如本书与人体有关的问题。如本书3、4、5章的内容。章的内容。 2）工作场所和信息传递装置的设计：主要研）工作场所和信息传递装置的设计：主要研究如何设计合适的环境及信息传递装置，使人可究如何设计合适的环境及信息传递装置，使人可以舒适高效的工作。如本书以舒适高效的工作。如本书2、6章的内容。章的内容。3）环境控制与安全保护：主要研究从长远利益出发，）环境控制与安全保护

7、：主要研究从长远利益出发，如何设计环境及进行安全保护以保证人在长期工作下健如何设计环境及进行安全保护以保证人在长期工作下健康不受影响，事故危险性最小。如本书康不受影响，事故危险性最小。如本书9、10章的内容。章的内容。 4）人机系统的总体设计：人机系统工作效能的高低）人机系统的总体设计：人机系统工作效能的高低主要取决于它的总体设计，即在整体上使主要取决于它的总体设计，即在整体上使“机机”与人体与人体相适应，解决好人与机器之间的分工和机器之间信息交相适应，解决好人与机器之间的分工和机器之间信息交流的问题可，使二者取长补短，各尽所长。如本书第流的问题可，使二者取长补短，各尽所长。如本书第11章的内

8、容。章的内容。 5） 人机工程学发展动向的研究，如本书人机工程学发展动向的研究，如本书12章内容章内容模拟：假人模型冲击模拟：假人模型冲击/虚拟技术虚拟技术模型：输入模型：输入系统系统输出输出5. 计算机数值仿真法，计算机数值仿真法，见图见图1-46. 分析法分析法7. 调查研究法：各种调查研究的方法（抽样调查研究法：各种调查研究的方法（抽样/询问询问/问卷）注重测试方法的可靠性和有效性问卷）注重测试方法的可靠性和有效性 可靠性（一致性）：重复实验时，结果应一致可靠性（一致性）：重复实验时，结果应一致. 有效性：测试结果能真实反映所评价的内容有效性：测试结果能真实反映所评价的内容.1.4人机工

9、程学体系及其应用领域人机工程学体系及其应用领域 1.4.1 学科的体系学科的体系 人机工程学是一门综合性边缘学科，主要是人机工程学是一门综合性边缘学科，主要是“人体科学人体科学”、“技术科学技术科学”和和“环境科学环境科学”之之间的有机融合，由间的有机融合，由图图1-5加以描述。加以描述。 1.4.2学科的应用学科的应用 学科的应用领域可参阅表学科的应用领域可参阅表1-1、1-2。重点。重点在下章介绍。在下章介绍。1.5 人机工程学与工业设计人机工程学与工业设计1.5.1 为工业设计中考虑为工业设计中考虑“人的因素人的因素”提供人体尺提供人体尺度参数度参数1.5.2 为工业设计中考虑为工业设计

10、中考虑“物物”的功能合理性提供的功能合理性提供科学依据科学依据1.5.3 为工业设计中考虑为工业设计中考虑“环境因素环境因素”提供设计准提供设计准则则1.5.4 为进行人机环境系统设计提供理论依据为进行人机环境系统设计提供理论依据1.5.5 为坚持以为坚持以“人人”为核心的设计思路提供工作为核心的设计思路提供工作程序。参阅表程序。参阅表1-3、1-4。返回返回返回返回返回第1章 链 接 第3章 链 接n1 1、人体基本尺度、人体基本尺度 人体基本尺度是人体工程学研究的最基本的数据之一。它主要以人体构造的基本尺寸（又称为人体结构尺寸，主要是指人体的静态尺寸。如：身高、坐高、肩宽、臀宽、手臂长度等

11、）为依据，在于通过研究人体对环境中各种物理、化学因素的反应和适应力，分析环境因素生理、心理以及工作效率的影响程序，确定人在生活、生产和活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，所进行的系统数据比较与分析结果的反映。它也因国家、地域、民族、生活习惯等的不同而存在较大的差异（见表）。如：日本市民男性的身高平均值为1651mm,美国市民男性身高平均值为1755mm,英国市民男性身高平均值为1780mm。部 位较高人体地区（冀、鲁、辽）中等人体地区（长江三角洲）较低人体地区（四川）男女男女男女人体高度169015801670156016301530肩宽度肩峰至头顶高度正立时眼的高度4202931513

12、38728514744152911547397282144341428515123852691420正坐时眼的高度胸廓前后径上臂长度前臂长度120320030823811402002912201181201310238111020329322011442053072451078220289220手长度肩峰高度上身高长196139760018412955611921379586178127854619013455651781261524臀部宽度肚脐高度指尖到地面高度上腿长度30799263341530794861239530998361640931992559037931198060640332

13、0920575378下腿长度脚高度坐高397688933736384639268877369678253916735036565793大腿水平长度450435445425443422文艺复兴时期创造的理想而完美的人体比例图，也正是人类对人体基本尺度的构想。1.被测者姿势被测者姿势参见国标参见国标GB397588中的规定中的规定2.2.2 2.2.2 我国成年人人体尺寸我国成年人人体尺寸1.1.人在工作位置上的活动空间尺度，人体立姿、坐人在工作位置上的活动空间尺度，人体立姿、坐姿、跪姿、卧姿的活动空间见姿、跪姿、卧姿的活动空间见图图2-112-11，图图2-122-12，图图2-132-13，图

14、图2-142-142.2.常用的功能尺寸，常用的功能尺寸，GB/T13547-92GB/T13547-92国家标准提供的国家标准提供的立、坐、跪、卧、爬等常取姿势的主要功能尺寸，立、坐、跪、卧、爬等常取姿势的主要功能尺寸，参阅表参阅表2-82-82.4 人体测量数据的应用人体测量数据的应用2.4.1 主要人体尺寸的应用原则主要人体尺寸的应用原则 设计中常用测量尺寸设计中常用测量尺寸见图见图2-15，有关数据的，有关数据的定义、应用条件。选择依据等参阅表定义、应用条件。选择依据等参阅表2-9。控制台设计n控制台的形式，见控制台的形式，见图图6-1n1. 桌式控制台桌式控制台n2. 直柜式控制台直

15、柜式控制台n3. 组合式控制台组合式控制台n4. 弯折式控制台弯折式控制台1. 控制台作业面，见控制台作业面，见图图6-22. 显示器面板形式，见显示器面板形式，见图图6-33. 控制台上方干涉点高度，见控制台上方干涉点高度，见图图6-4式中式中 h干涉点高度干涉点高度k操作者眼高操作者眼高H显示面板下端高度显示面板下端高度d操作者眼点与干涉点的投影距离操作者眼点与干涉点的投影距离D干涉点与显示面板的投影距离干涉点与显示面板的投影距离DkdHhDd1. 坐姿低台式控制台，见坐姿低台式控制台，见图图6-5（a）2. 坐姿高台式控制台，见坐姿高台式控制台，见图图6-5（b）3. 坐立两用控制台，见

16、坐立两用控制台，见图图6-64. 立姿控制台，见立姿控制台，见图图6-65. 标准控制台，见标准控制台，见图图6-7，尺寸参阅表，尺寸参阅表6-1办公台设计电子化办公台人体尺度，见电子化办公台人体尺度，见图图6-8，图图6-9电子化办公台可调设计，见电子化办公台可调设计，见图图6-10电子化办公台组合设计，见电子化办公台组合设计，见图图6-11工作座椅设计的主要依据坐姿生理学坐姿生理学 1. 脊柱结构，见脊柱结构，见图图6-12 2. 腰曲弧线，见腰曲弧线，见图图6-13 3. 腰椎后突和前突，见腰椎后突和前突，见图图6-14坐姿生物力学 1. 肌肉的活动度肌肉的活动度 2. 体压分布，见体压

17、分布，见图图6-15 3. 股骨受力分析，见股骨受力分析，见图图6-16 4. 椎间盘受力分析，见椎间盘受力分析，见图图6-17 坐姿人体测量尺寸，见坐姿人体测量尺寸，见图图6-18工作座椅设计一般工作场所座椅一般工作场所座椅n1. 座椅设计要点座椅设计要点n2. 座椅结构形式，见座椅结构形式，见图图6-19n3. 座椅主要参数，参阅表座椅主要参数，参阅表6-2办公室工作座椅，见办公室工作座椅，见图图6-20座椅设计的新概念n1. 动态座椅，见动态座椅，见图图6-21 n2. 前倾式座椅，见前倾式座椅，见图图6-22n3. 膝靠式座椅，见图膝靠式座椅，见图6-23其它工作座椅其它工作座椅 1.

18、 作业用凳，见作业用凳，见图图6-24 2. 其它支撑物，见其它支撑物，见图图6-25返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回n引子nA:不考虑价格、地域因素。你会选择在哪等待你的约会伙伴？咖啡厅还是麦当劳、肯德基？nA:回忆一下超市或者其他公共场所的安全出口，一般都设置在什么位置？为什么？nA：能尝试着分析下多媒体教室陈设和心理的关系么？()Bf P E式中，式中， B B行为行为 P P人人 E E环境环境式中，式中，B B行为行为 H H遗传遗传 M M成熟成熟 L L学习学习 E E环境环境B=HMLE4.1.4 心理和行心理和行为为特征在工特征在工业设计业设计中的

19、中的应应用用课后作业：2. 2. 视野与视距视野与视距 视野：指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛视野：指人的头部和眼球固定不动的情况下，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。分水平视野（单视野示。分水平视野（单视野/ /双视野）和垂直视野，见双视野）和垂直视野，见图图3-63-6。 视距：指人在操作系统中正常的观察距离，几种工作视距：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视距推荐值参阅表3-23-2。3. 3. 中央视觉和周围视觉中央视觉和周围视觉 中央视觉中央视觉视维细胞（感色能力强、能清晰分辨物视维

20、细胞（感色能力强、能清晰分辨物体）。体）。 周围视觉周围视觉视杆细胞（观察空间范围和正在运动的物视杆细胞（观察空间范围和正在运动的物体）。体）。4. 4. 双眼视觉和立体视觉，双眼视物时，具有分辨物双眼视觉和立体视觉，双眼视物时，具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力，形成立体视觉。体深浅、远近等相对位置的能力，形成立体视觉。5. 5. 色觉和色视野，见色觉和色视野，见图图3-73-7。6. 6. 暗适应和明适应，见暗适应和明适应，见图图3-83-8。2. 2. 动态范围（声音的强度）动态范围（声音的强度）本章所附插图本章所附插图返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回n人的视知觉活动决非是单一性的，除了起到主导作用的视觉感官以外，还有其他的因素共同参与完成1.主观性：人的视知觉有把各种符号刺激组合为图形和背景关系的倾向2.接近性：人的视知觉有组合信息的能力,把视觉中相关联的成分组合成有意义图形记忆过程：识记保持再认回忆增加设计记忆的策略.减少识记材料的数量.增加刺激的视维组合.充分利用形象记忆的优势.通过理解增加记忆.考虑不同观者的记忆特点创意的思维基础1.逻辑思维：遇到特定事情后对待事情的态度及其处理的方法（数学、推理）2.形象思维：通过对形象信息材料的理解，达到认识事物本质的目的 文心雕龙