《人机工程学》课程教学大纲

1、人机工程学课程教学大纲课程名称：人机工程学课程代码：MCEN1006英文名称：Ergonomics and Human Factors课程性质：专业核心基础课学分/学时：1学分/18学时开课学期：第5学期适用专业：机械工程、工业工程、设计类专业先修课程：工程力学、机械设计基础后续课程：先进制造技术与系统、机械优化设计等开课单位：机电工程学院课程负责人：匡绍龙大纲执笔人：匡绍龙大纲审核人：郭开波一、课程性质和教学目标（在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明 学生需掌握知识与能力及其应达到的水平）课程性质：人机工程是工业工程、机械工程等专业的一门专业基础必修课程。 该课程基于工程力学、机械设计、

2、生理学、心理学、基础工业工程等先期课程基 础上，针对工业生产现场设备与设施、以及人机交互设备及工具，从人的能力及 限制条件出发，运用合理的方法，探讨其设计的合理性、可用性、健康性和舒适 性能问题。并为后续课程设施规划与物流分析、数控等先进制造技术、生产组织 和人力资源提供以人为中心的设计手段和方法。教学目标：通过本课程的学习，使学生从工程的角度掌握人的生理、心理特 征,对人及其与机具、环境相互关系有比较全面了解,发现并利用人的行为方式、 工作能力、作业限制等特点，并能从适合于人的生理与心理特征的角度出发，对 工程设计、工作安排、环境布置等提出必要的数据和要求，为人、机具、环境系 统建立一个合理

3、可行的实用方案，使作业者获得舒适，健康、安全、可靠的作业 环境，力求提高作业者的作业能力，以提高生产率、安全性、舒适性和有效性。 并为学习相关课程提供必要的基础知识。最终能使相关人员解决大系统、作业空 间、工作站、人机界面等人因问题及面向人因的设计与改善问题。本课程的具体教学目标如下：1 .掌握人机交互过程中人的信息处理结构和处理模型，掌握人的视觉、听 觉等感知特征和极限，掌握人的运动特征及运动能力限制，学会应用上述特征进 行显示器、控制器的设计与合理布局，实现人机交互的安全性、舒适性和效率, 解决人机界面设计中的人因问题；2 .掌握在生产、生活及使用工具作业中人的解剖学、肌肉骨骼系统业疲劳

4、等进行测量和评估的手段；并结合掌握人体测量学方法，以及理环境对人的生理、 心理及作些能力了的影响及控制策略，实现对工作空间布局、工作站设计进行指 导和改善，从而实现安全、健康的作业设计，解决空间布局等人因问题；教学目标与毕业要求的对应关系:毕业要求指标点课程目标对应关系说明毕业要求2： 问题分析2-2能够通过文献检索与 查询获取解决一个复杂工 程问题的多种解决方案教学目标1要求掌握人机界面的设计方 法。教学目标2要求掌握体能工作环境的设计 与评估方法。毕业要求2： 问题分析2-3能运用所学专业知识 与理论，分析复杂工程问题 的影响因素、关键环打，并 证实解决方案的合理性教学目标1要求掌握人机界

5、而设计过程的 人的因素及限制，从而为设计 合理的人机界面提供理论与方 法。教学目标2要求掌握人体测量学、物理环 境等对人的工效的影响，从而 能分析体能作业环境下的工效 问题。毕业要求3： 设计/开发解 决方案3-1能针对复杂问题进行 调研并明确工程实际要求， 完成机械工程问题的需求 分析教学目标1要求掌握人的认知及感知与运 动处理系统知识，完成工程设 备人机界面的需求分析。教学目标2要求能够针对复杂体能作业现 场和环境，提出设备设计、场 地布局等复杂工程问题的需求 分析。毕业要求6： 工程与社会6-1 了解机械工程领域相 关的技术标准、知识产权、 产业政策和法律法规教学目标1要求了解显示器、控

6、制器设计 的一些人机工程标准教学目标2要求了解人机工程中环境标 准、体能作业标准等。毕业要求7： 环境和可持续 发展7-2能针对实际机械工程项 目，评价效率，制订安全防 范措施，判断产品可能对人 类造成的损害，并能够表达 自己见解与认知教学目标1要求掌握人的反应及运动能 力，为设计安全产品或者系统 提供指导。教学目标2要求掌握体力工作极限及环境 影响，为设计安全的设备或者 物理作业场所提供知识。毕业要求11： 工程与社会11-1掌握机械工程企业管 理和机械工程项目管理方 而的基础知识和数学原理教学目标1掌握人机界而设计的系统工程 方法和企业安全行为分析方 法：了解人因对目视管理的直 接支撑作用

7、。教学目标2掌握生产车间布局管理方法、 设备及车间安全生产的基础理 论与方法。二、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容 和要求，指明重点内容和难点内容。重点内容：;难点内容：） 1、人机工程学概述（2学时）（支撑教学目标1, 2）1.1 人机工程学定义1.2 人机工程学研究内容及研究方法1.3 人机工程学发展历程1.4 人机工程改善案例分析1.5 人机工程相关学科及人机工程职业简介目标及要求：1）掌握人机工程的不同角度定义及特征*;2）理解人机界面与人机交互；3）掌握人机工程的研究内容:4）掌握人机工程的研究方法；5） 了解人因发展历史；6） 了解人因用于现场改善的优势及

8、特征。讨论内容：人机工程关注的核心（目标）是什么？人机界面、人机交互与人因学目 标之间的关系问题。作业内容：针对切尔诺贝利核电、三里岛核电、波谱尔化工厂以及你所了解的人因 有关的重大事故，收集资料，运用所学知识进行分析、表达，撰写相关报告， 形成对人机工程研究内容、研究方法的理解和掌握。2、人的信息处理系统（1学时）（支撑教学目标D2.1 人的信息处理系统模型2.2 人的知觉原理及特征2.3 人的存储（记忆）模型及特征2.4 人的决策模型2.5 人的注意力及特征目标及要求：1）掌握人的信息处理模型*;2） 了解人信号检测理论解释人的感知模型；掌握知觉特征:3）掌握人的三种存储结构及特征；4）

9、了解经典决策、现代决策等理论模型, 了解非理性决策特征；5）掌握人的四种注意力模型及特征讨论内容：人的信息处理模型和计算机结构体系有何异同？未来的机器人处理模 型能否按这种结构来实现？作业内容：人的信息处理模型结构图表达。自学拓展：人的认知、思维、记忆、意识等方面内容。3、视觉及视觉显示器设计（2学时）（支撑教学目标1）3.1 视觉及其特征3.2 视觉信息显示3.3 静态信息显示设计3.4 动态信息显示设计目标及要求：1）掌握视觉器官结构;2）掌握视觉的调节性、灵敏度、对比敏感度、适应性、色彩分辨性、视野 范围等特征;3）掌握文本、图形、符号、编码等静态显示的特征及设计要求;4）掌握定性、定量

10、、状态、表达等动态显示器特征及设计要求讨论内容：结合电子地图、智能眼镜发展，谈谈如何应用本章内容进行设计。作业内容：试对汽车仪表盘、百度地图、某论文排版等用所学知识进行优化设计。自学拓展：仪表设计相关标准。4、运动技能与人机系统控制（1学时支撑教学目标1）4.1 人的运动速度4.2 人的运动精度4.3 人机结合方式与人机系统兼容性目标及要求：1）掌握反应时、运动时的概念、分类及影响因素*;2）掌握关于运动速度的几个典型实验及结论:3）掌握关于运动精度的儿个典型实验及结论:4）掌握人机系统运动兼容、空间兼容、概念兼容及特征兼容内容及应用自学拓展：运动时、反应时测试装置及实验。5、控制器及数据输入

11、设备（1学时）（支撑教学目标D5.1 常用控制器及类型5.2 控制器设计的影响因素5.3 特殊的手持控制器设计目标及要求：1） 了解常用控制器类型；2）掌握控制器设计的影响因素：易于辨识、尺寸、控制响应比、阻抗、延 迟、回隙、死区、定位;3） 了解曲柄、手轮等手持控制器特征及设计要求；4） 了解语音、遥操作、眼动、姿势控制等新型控制器。作业内容：控制器设计的影响因素？控制器辨识可通过哪几个方面进行设计实现? 什么是控制响应比？控制器设计原则（准则）是什么？自学拓展：查阅文献，了解人形机器人未来的数据输入交互设备发展情况。6、认知工效学综合应用（1学时（支撑教学目标1）6.1 显示控制的布局原则

12、6.2 显示控制布局的方法6.3 工作空间范围内的显示与控制的通用布局原则目标及要求：1）掌握显示、控制的布局原则：重要度、使用频率、功能、使用顺序*;2）掌握显示、控制布局的方法：连接表、连接图3） 了解视觉显示器布局的分布原则；4） 了解个体空间布局的使用顺序、分组、边界等设计要求。讨论内容：从人因角度，HCh HRI设计该考虑哪些内容。作业内容：运用认知工效学原则和方法，对汽车驾驶室、控制室、机器人控制器、 人机界面（包括浏览器、淘宝界面）等进行分析、评价或者设计。自学拓展：人机交互设计、人机界面设计。7、体能工效学基础（1学时）（支撑教学目标2）7.1 肌肉骨骼系统结构与功能7.2 生

13、物力学模型目标及要求：1）掌握体力作业可能面临的伤害及工效学解决方法:2）掌握肌肉骨骼系统的结构及各部分功能:3） 了解人体各部分运动范围及名词定义；4） 了解肌肉力量、功率等基本的形式；5） 了解人体生物力学建模的基本力学模型；6）掌握呼吸、循环等与人体工作运动之间的联系；7）掌握应用生理学测量体力工作压力的手段，如耗氧量、最大有氧能力、 心律等与工作强度的联系。讨论内容：氧债及如何补偿问题。作业内容：体力作业可能面临的伤害及工效学解决方法。自学拓展：人体生物力学建模及分析。8、体力工作负荷评估（1学时）（支撑教学目标2）8.1 体力作业负荷及作业强度等级8.2 疲劳及消除8.3 体力作业管

14、理8.4 体力作业的常用主观评估方法目标及要求：1） 了解体力作业工作效率及不同作业能量消耗；2）掌握能量代谢的几个基本概念：基础代谢、安静代谢、总能量代谢及相 对能量代谢率;3）掌握劳动强度指数的表达形式及影响因素:4）掌握从生理学、行为学、生理心律学角度的疲劳定义；5）掌握疲劳的效应及恢复方式；6）掌握作业能量消耗限定极限的基本原则及如何合理安排作业一休息率, 并提出合理的锻炼方法*;7） 了解体力作业常用评估方法：WMSDs, OWS, RULA*Ao讨论内容：企业如何制定合理的作业-休息时间。体力作业主观评估工具的有效性和实用性问题。作业内容：疲劳的几种定义，消除疲劳的方法。自学拓展：

15、收集WISHA （Washington State's）相关体力作业评估的工具。9、手工工具设计（1学时）（支撑教学目标2）9.1 手及手臂的人体解剖学9.2 手工工具的人体测量学9.3 手工工具需要考虑的工效学因素9.4 案例：非动力手工工具选择指南目标及要求：1） 了解手及手臂的解剖学结构及功能；2）掌握手工工具设计所关注的人体测量学尺寸；3）掌握影响手工工具的工效学因素：手柄、静态力和负载、动态响应力、 震动;4） 了解震动对人体影响及震动暴露量的计算方法；5） 了解非动力手工工具选择的指南。自学拓展：尝试编制手工作业震动暴露量计算程序。10、人体测量学（1学时）（支撑教学目标2

16、）10.1 人体测量学的基本术语10.2 人体测量学10.3 人体测量数据的使用原则10.4 人体测量学应用目标及要求：1）掌握人体测量学常用统计术语的含义及适用条件;2） 了解工效学关注的人体测量尺寸；3）掌握影响人体静态尺寸的因素支；4） 了解人体动态测量（功能）尺寸问题；5）掌握人体测量尺寸的使用原则：极大原则、极小原则、平均原则6） 了解人体测量尺寸可应用的场合；作业内容：根据人体测量学方法，试设计适合中国90%男性适用的产品。自学拓展：查阅文献，了解CATIA设计软件具备的人机工程学功能及使用方法。11、作业空间和座椅设计（1学时）（支撑教学目标2）6.1 1 可达作业空间6.2 2

17、 工作台面设计6.3 3工效学座椅设计目标及要求：1）掌握作业空间分类及特征:2）掌握坐姿作业可达空间影响因素及范围；3）掌握可达空间、安全空间、不可达空间设计要求；4）掌握工作台面设计考虑的工效学尺寸和影响因素；5） 了解各种姿势作业下工作台面高度设计的要素；6）掌握工效学座椅的设计原则；7） 了解工效学座椅设计所考虑的各种要素及标准设定；讨论内容：人体动态尺寸对工作空间设计的影响。作业内容：试设计大学生教室的作业空间。12、物理环境工效学（3学时）（支撑教学目标2）7.1 1微气候7.2 2照明7.3 3色彩目标及要求：1）掌握微气候要素及相互关系;2）掌握温度、湿度、气流速度、辐射定义及

18、测量方法;3）掌握人体热交换平衡公式:4） 了解人对温度的主观感觉及舒适温度的概念：5）掌握微气候对人体影响的综合评价及有效温度；6）掌握高、低温对人体作业影响；7）掌握改善微气候环境的措施;8）掌握光的物理性质及度量:9） 了解照明与工作效率：10）掌握工作场所照明设计的基本原则和标准:11）掌握眩光及防治措施:12）掌握色彩的三个基本特征及色彩混合规律:13）掌握色彩对人体心理影响:14）掌握色彩调节原则及安全色应用:讨论内容：色彩与工厂安全作业内容：调研学校实习车间，试从工效学角度，对其环境设计进行评估和改善。自学拓展：查阅文献，了解物理环境对建筑影响。13、体能工效学综合（1学时）（支

19、撑教学目标2）9.1 1作业空间设计的基本要求9.2 2作业空间设计中的人体因素9.3 3工作场所性质与作业空间设计9.4 4作业姿势与作业空间布局9.5 5工作站设计9.6 6案例1：博世七步工效学检查表9.7 7案例2： VDT工作站设计检查表目标及要求：1）掌握近身作业空间设计需要考虑的工效学因素;2）掌握作业空间设计时人体测量学应用的原则十；3）掌握工作体位、人体视野、人的行为特征对工作空间设计的影响*；4） 了解主要工作岗位空间尺寸设计要求；5） 了解辅助性工作场地的工作空间设计要求；6）掌握作业姿势设计的原则:7）掌握工作站设计需要考虑的工效学因素:8） 了解七步工效学检查流程和内

20、容；9） 了解VDT工效学工作站设计内容；试运用体能工效学方法，对你熟悉的车间、食堂、教室等空间进行全面 设计或评估。14、综合应用：人因评估及改善流程（1学时）（支撑教学目标1, 2）14.1 人机工程研究内容回顾14.2 实施工效学改善的流程14.3 案例：VDT作业之人机工程分析目标及要求：14.4 人机工程改善的一般步骤和内容*;14.5 了解VDT工作站改善的一半步骤和内容；14.6 了解人因在常见物品上设计的要求和内容。三、教学方法人机工程是一门研究人与系统之间能力相互匹配的科学，涉及到人与系统交 互过程中的能力和限制问题（人的因素），以及将这些因素运用于设计所要考虑 的问题（人机

21、工程）等，知识庞杂，应用领域广泛，因此构建人因的课程体系和 应用场景是人机工程教学要解决的首要问题。所以，在教学方式上，采用以应川 提炼技术，以技术引入科学的思路。即整体上采用以案例应用导入，以人因的目 标（效率、安全、健康、舒适）为着眼点，启发并推演出相应的人机匹配过程中 的系统特性及对人因的需求，提炼人因问题，以此构建人因体系，并逐步引入人 因的基础研究内容。主要思路和体系构建如下图。系统特性及需求出与人的能力人的因素显示器特性（内容、速 度、分辨性）控制器特性（灵敏度、 精度、速度）昆示控制布局与兼容性 认知与信息处理能力 知觉能力（视觉、听 觉、） 运动能力（手,脚肢 体、） 生理、心

22、理表现认知物体尺寸特性力量需求叛率需求重任性需求环境特性（气候、照明 色彩.震动、）人体尺寸生物力学生理、生理心理体能负 荷表现环境适应能力任务特征环境特征组织沟通模式技术/工具特征体力能力认知能力环境适应能力社交与沟通能力组织制度保证1 鼠织/管理其次，在教学过程中，针对人因的各个部分和相关关键名词，采用图示方法 进行表达和理解.，让学生从对图的记忆过程中理解和提炼人因问题，从而通过图 片记住人因课程体系和相关内容的目的。比如针对人机交互和人机界面，用以下 图表达，进行记忆和理解。MachineHuman- Machine InteractionHuman BeingHuman-Machin

23、e Interface剧针对认知工效学部分，采用如下体系和现场图片贯穿整个内容。体能工效学部分，采用如下体系和作业现场图贯穿整个内容。工效学手段体力作业可能会产生 以下三种有古结果：用力过度性损伤嶙时产生疲劳局部疲劳全身痍劳过度使用性按情（累积性损伤）特定肌肉群 心肺功能不足长期枳素肌力和生物力学分析再次，针对人因复杂体系在生活中的应用问题，除每个部分都有小的设计和 改善的案例分析和作业提高之外，最后有几个贯穿整个课程体系的案例来指导如 何应用问题。如针对人因在现场的开展流程和方法，给出一个人因学研究的过程 案例，包括问题提出，数据收集，数据分析，评估，改善等整个基于人因手段的 分析过程，提高学生应用能力。What is an Ergonomics Review? Assessment of job tasks Follow