设计专业《人机工学》理论 人体工程学

1、复习重点说明：人机工学考试分为A.B试卷，时间为2个小时，题型有辨析题、选择题、 简答题、论述题。以下为复习重点，请大家好好准备，只有认真复习，才会取得好成 绩，反之亦反。（为使大家复习更有效率，请针对题型复习，标明“理解”部分无需 记忆，理解知识点即可，懂得灵活运用；标明“*”为大题，重点记忆部分，需 重视）（*）人机工学一般定义：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，分析研究人与产品、人与环境以及产品与环境之间的相互作用，为设 计操作简便省力、安全、舒适，人一机一环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理 论和方法的学科。（*）人:是指操作者，或使用者。机:泛指人可操作

2、与可使用的物，可以是机器，也可以是用具或生活用品、设施、计 算机软件等各种与人发生关系的一切事物。环境:环境是人与机共处的环境，如作业场所和作业空间，自然环境和社会环境等。每一件为人设计的工业产品都离不开人机工程学。（*）人机工程学研究的内容对工业设计的作用（简答）A、为工业设计中考虑人的因素“提供人体尺度B、为工业设计中”物“的功能合理性提供科学依据C、为设计中考虑环境因素“提供设计准则D、为进行人-机-环境系统设计提供理论依据E、为坚持以”人“为核心的设计思想提供工作程序（理解即可）人机工程学与工业设计的关系（1）为设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数应用人体测量学、人体力学、劳动生理学

3、、劳动心理学等学科的研究方法，对人 体结构特征和机能特征进行研究，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感受器官的 机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动 负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影 响等。（2）为设计中“物”的功能合理性提供科学依据如搞纯物质功能的创作活动，不考虑人机工程学的原理与方法，那将是创作活动 的失效。因此，如何解决“物与人相关的各种功能的最优化，创造出与人的生理、 心理机能相协调的物”，这将是当今工业设计中在功能问题上的新课题。通常，在 考虑“物中直接由人使用或操作部件的功能问题时，如信息显示装置、操纵

4、控制装 置、工作台和控制室等部件的形状、大小、色彩及其布置方面的设计基准，都是以人 体工程学提供的参数和要求为设计依据。（3）为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则通过研究人体对环境中各种物理、化学因素的反应和适应能力，分析声、光、热、 振动、粉尘和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程度，确 定了人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，从保证人体的健 康、安全、舒适和高效出发，为工业设计中考虑“环境因素”提供了分析评价方法和 设计准则。（4）为进行人一机一环境系统设计提供理论依据人机工程学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上， 不单

5、纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人 与“物”所共处的环境作为一个系统来研究在人机工程学中将这个系统称为“人一机 一环境”系统。在这个系统中人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系 决定着系统总体的性能。本学科的人机系统设计理论，就是科学地利用三个要素之间 的有机联系来寻求系统的最佳参数。（5）为“以人为本”的设计思想提供工作程序一项优良设计必然是人、环境、技术、经济、文化等因素巧妙平衡的产物。为此， 要求设计师有能力在各种制约因素中，找到一个最佳平衡点。从人机工程学和工业设 计两学科的共同目标来评价，判断最佳平衡点的标准，就是在设计中坚持“以人为本”

6、 的主导思想。“以人为本”的主导思想具体表现在各项设计均应以人为主线，将人机工程学理论贯 穿于设计的全过程。人机工程学研究指出，在产品设计全过程的各个阶段，都必须进 行人机工程学设计，以保证产品使用功能得以充分发挥。（理解）百分位数是一种位置指标、一个界值，K百分位Pk将群体或样本的全部观测 值分为两部分，有K%的观测值等于或小于它，有（100-K）%的观测值大于它。在人机工程学设计中常用的是第5、第50、第95百分位。（理解即可）产品人体尺寸设计分类产品类型产品类型定义说 明I型产品尺寸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又称双限值设计I型产品尺寸设计只需要一个人体尺寸百

7、分位数作为尺寸上限值或下限值的依据又称单限值设计KA型产品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又称大尺寸设计1 B型产品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又称小尺寸设计11型产品尺寸设计只需要第50百分位数（尸即）作为产品尺寸设计的依据又称平均尺寸设计二、人体尺寸百分位数的选择解决上述第二个问题的方法是：先确定产品尺寸设计的 类型，再选择采用的百分位数（-）产品尺寸设计的类型依产品功能与人体尺寸的关系，分为以下3类4种。I型产品尺寸设计需要大个子和，卜个子两个人体尺寸作为产品尺寸设计 的依据者.若产品的尺寸需要调节才能适合不同身材者使用，属于1型产品尺寸设

8、计，为大个子和小个子均能适用，分别需要 一个大百分位数和小百分位数的人体尺寸作设计的依据.例如汽车驾驶室的座椅，亍车座曲位置，U 腰带和手表表带的长短落地式或台式麦克风口筒的高度等。I懊产*尺寸设计这-美产品又可分为以下两种.（1）iia枣产斋尺寸设计）- 戏球泌刊人林寸作为旖R寸丈捌依据 o-若这种制的尺寸只要能适合射槁大者的需要，就肯 定也麒合身材斜者的需要,就属刊A野品尺寸淋t 础只骚爵-个大百分颐的人缺寸,作为产品尺寸 设计的依蹶行了。iffi天上册也榆敲，芯能拓如壬II假的+人（2）【IB型产品尺寸设计（又称“小尺寸设计”）只需要按小个子的人体尺寸作为产品尺寸设计的依据 者。若这种产

9、品的尺寸只要能适合身材矮小者需要，就肯定 也能适合身材高大者需要的，就属于IIB型产品尺寸设计. 因此只需要选择一个小百分位数的人体尺寸，作为产品尺寸 右t的依据就行了例如 过街天桥上防护栏杆的闾距，电风扇罩子（防止手指进入受伤害）的间距，浴室里上层衣柜的高度，阅览室上屋书架的高度， 读报栏高度的上限、公共汽车上踏步的高度等。HI型产品尺寸设计（又称“平均尺寸设计）可以按适合中等身豺者的需要，即采用第50百分位款 的人体尺寸（刖）作为产孟尺寸设计的根据者若产品尺寸与使用者的身材大小关系不大或虽有-些 关系，但要分别予以适应却有其他方面的种种不适宜，就按 中等身材者的需要、采用50百分位数的人体

10、尺寸作为产品 尺寸设计的依虬这种情况属于DI型产品尺寸设此例如-股门上的手牡门上锁孔离地面的高度，产品功能尺寸的确定（客观量：.；（*）1）确定功能修正量（1）八修（3）姿势SSta麒的高度搴“高度恐惧感”，2）（*）确定心理修正量（主观量）：为了消除“空间压抑感”、 或为了美观等心理需求，在产品最小功能尺寸上附加一项增量，称为心理修正量。如： 栏杆的高度略高于人体重心即可，但在一定高度工作容易有恐高心理，因此栏杆需要 进一步提高。（理解即可）着装修正量：（由于人体尺寸的测量是在裸体或单薄衣着的条件下测的，而在实际工 作中人要穿上衣服鞋子帽子，因此在应用人体测量数据时要考虑着装修正量。（ 姿势

11、修正量：（由于人体测量姿势与实际作业姿势的不同导致的尺寸差别，在应用人 体测量数据时要考虑姿势修正量。（如放松立姿下的身高、眼高、肩高、肘高要减10mm， 放松坐姿下的坐高、眼高、肩高、肘高要减44mm。）操作功能修正量：（由于机器操作性质的差别引起的尺寸差别要考虑操作功能修正量。 如上肢前展长在用按钮开关时要减12mm，用扳动开关时减25mm。人与外界发生联系的主要是三个子系统，即感觉系统、神经系统、运动系统。人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道（80%）、听觉通道（14%）和触觉和其他 通道（6%）感觉通道适用场合视觉通道传递比较夏杂的或抽象的信息传递比较长的或需要延退的信息传递信息以后

12、还要引用传递的信息与空间方技、空间位置有关+传递不要求立即作出快速响应的信息所处环境不适合使用听觉通道的场合个虽适合听觉传递，但听觉通道已过载的场合个作业情况允许操作者固定保持在一个位置上听觉 通道触觉通道传递比较简单的信息传递比较短的或无需延迟的信息传递的信息以后不再需要引用传递的信息与时间有关 传递非常简明的.要求快速传递的信 息经常要用手接触机器或其装置的场合传递要求立即作出快速相应的信息所处环境不适合使用视觉通道的场合X虽适合视觉传递,但视觉通道已经过载的*作业情况要求操作者不断走动的场合其他感觉通道已过载的场合使用其他感觉通道有困难的场合（理解即可）在垂直面内，标准视线为水平视线，最

13、大固定视野为115，标准视线上方50,下 方70，扩大的视野为150，站立时的自然视线低于水平线10，坐着时自然视线 代于水平视线15；人在很低松驰的状态中，站着和坐着时的自然视线偏离标准视线 分别是30和38。因此，人在轻松的时刻观看展览时，展示物的位置在低于标准 视线30的区域里。白黄蓝绿红眼睛的色视野由于各种颜色对人眼的刺激不同，人眼的色觉视野也就不同。图中角度系数值是在正 常亮度条件下对人眼的实验结果，表明人眼对白色的视野最大，对黄色、蓝色、红色 的视野依此减小，而对绿色的视野最小。人的视觉特征(*)眼睛沿着水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不易疲劳；一般先看到水平方向的 物体，后看到

14、垂直方向的物体。视线变化习惯：从左到右，从上到下，顺时针方向。准确性：水平尺寸和比例的估计更准确。观察情况的优先性：左上一右上一左下一右下视区，仪表的布置必须考虑这一点。接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓。眩光：物体表面产生的刺眼和耀眼的强烈光线，称为眩光(理解即可)为防止和减轻眩光对作业的不利影响，有一些措施:限制光源亮度。当光源亮度大于16X104坎德拉/米2时，无论亮度对比如何， 都会产生严重眩光现象。对眩光光源应考虑用半透明或不透明材料减少其亮度或遮住 直射光线；合理分布光源。应尽可能将眩光光源布置在视线外微弱刺激区，采用适当的悬挂 高度和必要的保护角；光线转为反射。光线经灯罩或天花板及墙

15、壁漫射到工作场所；对于反射眩光，则通过变换光源的位置或工作面位置，使反射光不处于视线内。 此外还可以通过选择材质或涂色来降低反射系数，避免反射眩光；适当提高环境亮度以减少亮度对比。按普通人的听觉(理解)0 -2 0分贝很静、几乎感觉不到；2 0 -4 0分贝安静、犹如轻声絮语；4 0 -6 0分贝一般。普通室内谈话；0 -7 0分贝吵闹、有损神经；0 -9 0分贝很吵、神经细胞受到破坏。9 0 -1 0 0分贝吵闹加剧、听力受损；1 0 0 -1 2 0分贝难以忍受、呆一分钟即暂时致聋。120分贝以上：极度聋或全聋(理解)骨的功能支撑人体保护内脏运动的杠杆造血储备矿物盐：主要是磷 和钙等。（理

16、解）肢体的动作速度与频率动作频率取决于动作部位和动作方式。人体动作的灵活性：是指操作时动作速度和频率，由人体的生物力学特性所决定。人 体重量轻的部位比重的部位、短的部位比长的部位、肢体末端比主十部位的动作更灵 活。（理解）不同的感觉器官（不同性质的刺激）（1）不同的感觉器官简单反应的时间不同；以触觉与听觉最优，视觉次之（*）（2）同一感觉器官接受的刺激不同，反应时间不同；（3）相同感觉器官接受相同的刺激，不同部位反应时间不同。不同区域内手指敲击运动速度差异（*）（理解）人体躯干和肢体在水平面的运动比在垂直面的运动速度快。垂直方向的操纵动作，从上往下的运动速度比从下往上的运动速度快。水平方向的操

17、纵动作，前后运动速度比左右运动速度快，旋转运动比直线运动更灵活。顺时针方向的操作动作比逆时针方向的操作动作，速度更快，更加习惯一般人的手操纵动作，右手比左手快，而右手的动作，向右运动比向左运动快。向身体方向的运动比离开身体方向的运动，速度更快，但后者的准确性高。正前方盲目定位准确性最高；右方优于左方；同一方位，下中方优于上方。（理解）仪表模拟式显示仪表用模拟量（刻度和指针）来显示机器的有关参数和状态。特点：显示的信息形象化、直观，使人对模拟值在全量程范围内所处的位置一 目了然，并能给出偏差量，对于监控作业效果很好。应用：钟表、汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表。数字式显示仪表直接用数码来显示机器

18、有关的参数或工作状态。特点：认读过程简单、直观，只要对单一数字或符号辨认识别就可以了。认读速 度快，精度高，且不易产生视觉疲劳。应用：计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕。3、混合显示仪表按仪表结构形式分：指针活动仪表、指针固定式仪表和数字式仪表。（*）仪表形式（形状）常用的有圆形、半圆形、直线形（水平直线形、垂直直线形）、扇形、开窗等。开 窗式仪表显露的刻度少，认读范围小，视线集中，认读时眼睛移动的距离短，因而认 读迅速准确，效果好。圆形和半圆形刻度盘的认读效果优于直线形刻度盘；水平直线 形优于竖直直线形。仪表形式与误读率的关系（*）指示信号灯的颜色及含义：对于远视距下，为保证在日光亮度和

19、恶劣气候条件下清晰可辨，可选用红光的信号灯。 图形符号设计根据人的视觉特性和视觉运动规律，图形符号的设计应当遵循以下原则：（a）图形符号要反映出客体的特征；图形符号的辨认速度和准确性，与图形符号的特征数量有关。（b）图形标志应明显突出于背景之中，使图形标志与背景形成较大的反差。（c）图形边界应明确、稳定。（d）应尽量采用封闭轮廓的图形，以加强其视觉效果。（e）应和其他显示部分结合成为统一的整体。（f）标志是一种形象语言，为便于识别，其颜色有特定意义。（* ）设计中使用图形符号的好处与不足：图形符号以直观、精练、简明、易懂的形象表达一定的涵义，传达信息，可使不同年 龄、不同文化水平和不同国家、使

20、用不同语言的人群都能较快的理解。不足的是有时 候传达的信息量有限，易产生误解或者难以辨别其涵义。（理解即可）显示功能及显示性能的要求各种显示器所显示的是规定的状态、数字和颜色等符号。大致可分为以下三种：1）定量显示的功能：这种仪表的用途是准确显示数值。例如温度计、速度计、液位 计等均属于这类显示。2）定性显示的功能：这种显示是表明机器的某种大致状态、变化倾向或描述事物的 性质等。定性显示常注重情况的比较，而较少注重精确的程度。这类显示器对于检查、 追踪较为适宜，或变化趋势使操作者一眼即可看出上否正常或状态之间的差距。例如 机器循环水表的显示，只有“过冷”、“正常”、“过热”三个区域，分别表示机

21、器的三 种运行状态。3）警告性显示：当量变积累达到某一临界点时，就会发生质的突变，这时常需设置 警告性显示，警告性显示一般分为两级：第一级是危险警告，预告已接近临界状态； 第二级是非常警报，报告已进入质变过程。音响和报警装置的类型及特点1）峰鸣器2）电铃3）角笛和气笛。4）警报器。（理解）音响和报警装置的类型及特点1）峰鸣器是音响装置中声压级最低、频率也较低的装置（*）。峰鸣器发出的声音柔 和，不会使人紧张或惊恐，适用于较宁静的环境。它常配合信号灯一起使用，作为提 示性听觉显示装置，提请操作者注意，或指示操作者去完成某种操作，也可用作指示 某种操作正在进行。例如，汽车驾驶员在操纵汽车转弯时，架

22、驶室的显示仪表板上就 有信号灯闪亮和蜂鸣器鸣笛，显示汽车正在转弯，直至转弯结束。2）电铃。其用途不同，其声压级和频率也有较大差别。例如，电话铃声的声压级和 频率只稍大于蜂鸣器，主要是在宁静的环境下让人注意；而用作指示上下班的铃声和 报警的铃声，其声压级和频率就较高，因而可用于具有强度噪声的环境中。3）角笛和气笛。角笛的声音有吼声（声压级90100dB、低频）和尖叫声（高声强、 高频）两种。常用作高噪声环境中的报警装置。气笛声频率高，声强也高，较适合于 紧急状态的音响报警装置（*）4）警报器。警报器的声音强度大，可传播很远，频率由低到高，发出的声调富有上 升和下降的变化，可以抵抗其它噪声的干扰，

23、特别能引起人们的注意，并强调性地使 人们接受。它主要用作危急事态的报警，如防空警报、救火警报等。（理解即可）设计要点1、音响信号必须保证使位于信号接受范围内的人能够识别并按规定的方式作出反应。 音响信号的声级必须超过听阈，最好能在一个或多个倍频程范围内超过听阈10dB以 上.2、使用多个声音信号，不同信号之间应有明显的差别。3、为引起人注意，可采用时间上均匀变化的脉冲信号，其脉冲重复频率不低于0.2Hz 和不高于5Hz，避免使用连续稳态信号。4、远距离和绕过障碍物的声音信号，应选用强度大，频率低的信号。（*）5、报警装置最好采用变频的方法，使音调有上升和下降的变化。（*）例如紧急信号， 其频率

24、应在1秒内有高频（1200Hz）降至最低频（500Hz），然后听不见，再突然上升， 以便再次从最高频降至最低频。这种变频声可使信号变的特别刺耳，可明显地与环境 噪声和其他信号加以区别。6、显示重要信息的音响装置或报警装置，最好与光信号同时作用，组成“视听”双 重信号，以防信号脱漏。（*）（理解即可）控制器的类型按控制器的功能划分1）开关控制器，（用于简单的开或关，启动或停止的操纵控制。常用的有按钮、踏板、 手柄等。）2）转换控制器，（适用于系统当中不同状态之间的转换操纵控制。如手柄、选择开关、 转换开关、操纵盘等。）3）调整控制器，（用于调整系统中工作参数定量增加或减少的操纵控制。如旋钮、手

25、轮、操纵盘等。）4）制动控制器，（用于紧急状态下启动或停止的操纵控制。要求灵敏度高、可靠性强， 如制动闸、操纵杆、手柄、按钮等。）（理解即可）控制器的选择原则正确地选择控制器的类型对于安全生产、提高功效极为重要，一般原则：1）快速而精确度高的操作一般采用：手控或指控装置，用力的操作则采用手臂及下 肢控制；2）手控制器应安排在肘和肩高度之间且容易接触到的位置，并且易于看见；3）紧急制动的控制器要尽量与其他控制器有明显区分，避免混淆；4）控制器的类型及方式应尽可能适合人的操作特性，避免操作失误。控制器的编码形式有以下几种：对控制器进行编码有两个目的：一是为了说明控制器的位置或状态，以便确认操作的

26、准确性；二是使不同的控制器各具特点，便于记忆、寻找和感受信息，保证操作的正 确性。主要有以下5种：（*） 1.形状编码根据控制器的用途，将控制器设计成不同的形状，以使视觉上和触觉上易于区分。通常在设计形状编码时要注意以下几点。1）形状编码要尽量简单易识别。实验证明，简单的形状要比复杂形状识别的准确性 高，易记忆，识别速度快。2）形状编码的形态设计要尽量与其使用功能的特点相吻合，以使人容易识别控制器 的功能和用途。3）控制器的形状编码的手感要好，不会引起人的不舒适；当戴手套操作时，也应能 较好地分辨和使用。（理解即可）2.大小编码（以相同形状而不同大小来区别控制器的功能和用途，这种 形式的编码应

27、用范围较小，通常在同一系统中只能设计大、中、小三种规格。由于大 小编码的视觉和触觉感知度小的原因，常与其他形式编码一起使用。）（理解即可）3 .位置编码（在人机操纵系统中，利用控制器相对于人的不同位置进行编码。汽车上的离合器、 制动器和加速器的踏板，就是以位置编码的。通常，位置编码的控制器数量不多，并 须与人的操作顺序和操作习惯相一致，这样可以使人不用眼看，就可能正确地进行操 作。）（理解即可）4 .色彩编码（利用不同颜色来区别控制器的功能。色彩编码一般不单独使用，常与形状编码、大 小编码等合并使用）（理解即可）5 .符号编码（在控制器上标以不同的文字或图形符号以区别不同的控制器。这种编码的优

28、点是， 可以用示意性符号对每个控制器的作用给以直观性指示，不需要事先去记忆每个控制 器的功能和用途，减少了大脑译码的过程，因此效率和准确度都较高。在设计符号码 时，这些符号应力求简单、达意、明显、易认）（理解）GB 2893-2001安全色中的主要规定有：红色表示禁止、停止和防火；蓝色表示指令；黄色表示警告、注意；绿色为提示或表示安全状态与可通行；红色和白的间隔条纹表示禁止越过；黄色和黑色的斜向间隔条纹表示警告危险。（* ）手工具设计的一般要求有哪些？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。握持部分不应出现尖角和边棱；手柄的表面质地应能增强表面摩擦力，避免手持 部位的抛光处理

29、。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”。使用于工具时的 姿势、体位应自然、舒适，符合手和手臂的施力特征。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分开。当有外力作用于产品手柄时，应同时考虑推力、拉力和扭矩的同时作用；根据外 力作用要求，确定手柄直径。注意照顾女性、左手优势者等群体的特性和需要。以下图（理解）布、对坐姿舒适性产生不利影响,这种不利影响因靠背形式不同而明显不同，见图3-乙推间盘压力图3-7靠背仰角、支承对第三腰椎椎间盘压力的影响可见坐姿脊柱形态的解剖学分析对于座椅设计的重要。（*）图中画出了 a、b、c、d、e、f等6种手柄的形状。从操作的舒适便利来说，图a、b两种形状好，而图d、e、f三种形状都不好。为什 么?请看图所示的手掌肌肉分布：因为于掌上肌肉最厚的是大、小鱼际肌，其次是指骨 间肌和指球肌。手部丰富的肌肉可说是“天然的减振器”，此处受压力或受击打，对 于手（