人机工程学教案

人机工程学第1章人机工程学概论本单重点学习目的1.1人机工程学人机工程学是一“I新宾的边线学科，它起劭i于欧洲，形成和发展F美国.人机工程学是柯I■究A,.机及其二柞环境之亘相互作用的学科“自Ml世出40年代年生以东，谈由打破丁各学科之间的界限，有机地融合了各相关学蚪的理免.从而形成了一门酰咒和应用范围都根为广泛的辨合性边母学科.今天.人机工程学已及称为工程技术人身必不可虢小的工具，成为实现工也段计目标利重要手段.Iki人机工程学的命名世界各国对人机工程学的肺名工层相同.诬学科在美回诧称为“Hum如小a团瓦目ixm/t人的围索工程学》或“HuminEci目e明”《人类工程学j.在欧洲被楙为"H.nomg。工人类工效学｝-，，：邛cmcmic/是希芾其，意为“匚作法则”.'Ersoncmics1'一词是由松背词眼々唁9i"C即工作、者动）和"ncma"1即规谕、既此）豆合而成，其本义为人的帝动视律：书广该词比较全面地反映了学科本值，词意比较中上■」不显露对纲成学科的亲密何球，因比，■前洋多日惠采闰'任相-时值"作为该学科的命名•见此这个学科乌班在世界上应用最广，口本句前寿衽鸵沿月业洲世宅琼，口.本果用该词的音库・奇为人间工.学.在我国.除普遍采用人机工程学外，常用的名成正百人-肌-环境.系竣工程、人体工程学.人类工效学、人襄工程学、苴入学等.1.1二人机工程学的定义在人机，电学发屐的不同由史酎期，不同的学者提出过塞种关于人机_L提学的定义，分别反映了巧时大机学学科思想的恻用点.美国人机工学专家（qH因网上加）则认为：人加工程学同究的是人与机聘桁亘关系的告理方案.亦RP对人的知觉显示、排室曲曲、人EI爰境的戊汁及其布置和作亚爰境的组合寻进行皆饯妁牌交.其I；的在「荻口最高的皴里及作h.对您利克全同卦适,善名的美囱人机T程学.及限用心理学家自百帕尼斯（AUhpaniQ说:“人就工程学是在机植没讦中.考虎加何使人获得操作前使而又代嘀的一「1学科、国氐人机工程学学芸CIEA.InlertuiliunalEi^numjcsAssocialian）对人机工程学所下的定义后嗅了人机工程学己经相对成翱叶期的学科界想.已力各国多金学者所汰同.诿定义如下：人机工程学是研究人在某林工作环境中的解副学、生理学和心理学等方面的因素；研究人巧也器及犯嶂的相互作用；研究在二作中，事旺生活中与闲赎时怎祥孝虑人的北法•■支会、前适和工作效率的学科.这个定义界别阐明了人机学的研究对象，斫究内容和研究目的.第句话指出人机学的斫克对雅，是丁俗小墟中的解洌学.唬理学、心理学等方面的因表，这残因素除了工业设i|•以外“汪与首晓工W,芳动科学.安全工阡.环境工忻等领域有关。第一河话指匕人机学的研究内容，品人厂机一环境胴最佳匹配，人一机-环境紧帔的优化.第二:可话指出大机学的册交目的；就是说讦一生器物都要收感人+T三生.工年的安全“舒适、同筋第2章系统中“人”的因素迸行产品设计时，为使人与产品相互协调,必须对产品作适合于人体形态、生理以及心理特点的设计,让人在使月过程中.处于舒适的状态和方使的使用产品,也就是进行人性化设计.因此，应了解人体测量学•生物力学和心理方面的基本知识.2.I人体测破2.1.1人体测母概述为了使各种与人休尺度有关的设计对象能符合人的生理特点，让人在使用时处于转适的状态和适宜的环境之中,就必然在设计中充分考虑人体的各种尺度，因而也就要求设计者能了解一些人体测量学方面的基本知识,并能熟悉有关设计所必需的人体测量基本数据的性质司使用条件。人休洌最学（Anthro|x>nictry）是通过测景人体各漏位尺寸来确定个体之间到群体之阍在人体尺寸上的差别，用以所允人的形态特征。从而为各种工业设计和工程设计提供人体测散数据。人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类•即人体构造尺寸和功能尺寸的测量数据.人体构造上的尺寸是指静态尺寸，它是人体处于固定的标准状态下测量的，人体功能上的尺寸是指动态尺寸,是人在进行某种功能活动时肢体所能达到的空位范羽,它是动态的人体状态卜测得的，是由关节的活动,转动所产生的角度与肢体的长度力调产生的尺寸范困.用以解决许多带育空何范围、位置的问题,如空内空叵'作业空问的设计。2.L2常用的人体尺寸测丘数据一、人体测破的基本术语国标GBTT5703-1999或定了人机工程学使月的成年人和吉少年的人体测St术语,该标准规定，只仔在被测音姿势、测员基准向、测盘方向、测点等符合下列要求的前提下,测量数据才是有效的。1.被测者姿势1）立姿宿被测者挺胸直立，头部以眼耳平面定位，眼防平视朝方，府部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体侧，手指立贴大腿网面•自然伸直膝部,左、右足后血并珑，的流分开.使两足大致呈46夹角，体里:均匀分布于两足。2）坐姿指被测者挺胸坐在被调节到林骨头鹿度的平面上.头部以眼耳平面定位.眼睛平视前方，左、右大圈大致平行，膝弯屈大致成立角，足平放在地面上，手燮放在大腿上，2.测量基卷面人体测量基准面的定位是由三个互为垂直的轴（垂直轴、纵轴、横柚）来决定的。人体测量中设定的轴畿和轮准面如图2T所示。第3章显示装置的设计在人机系虢中•机器和设备中专门用品向人茬达机器和设圣的性能等数、运转状态、工室也金.以及其它俏总的装儿.林内片总显示拢置“它的特征是能锁把机翳奥卷的有美倬息以及能接收的彩式显示给人.按人接受伯息洎感觉通道丁同•可糊显示装置分为视觉显示.所觉显示总触觉显东-其中以双觉和听觉显示应用最为广泛，触觉显示是和目人的皮肤受到触压或运动刺激后产生的感宣而向人伐逋信息的一种方式，除恃锦环境外.一能较少使用,三41■显承方式传递的信£特征如表）1所示口本章显不装置的法il£娶介蛇在觉显示没日，听觉信息传示设计.S3I三种显示方式转递的信息理怔显示方苴传遢的佶息先打显示f苴帏述的信息特怔1,比我复杂，忙条的信息或智布冏学物本大笔的听觉L较短或无痛显退的信息馅府.、文字、由表.公式存显羽t,商中口要求忸建隹逆的信鼻提・显示(60S)，传递的信息根长安而要建达者3.需用方位、距宙等空间状杏漫明的信息仁5外a现党13道翦荷过重的场合心所处环境不话含视尬国道传递的但总■1一以后有标引用的汇能的信息k.所虻耳境不道令听党传建的信息R足音听觉侍速-也听宛员而已很里的外於又不需茎然造传选的信里民传通的信县常嘉同时员示、苴英触觉显云L粗、听就通道走有过南的场合工使用权、斫竞通道肥逋借且有1国差扣岐合，符单并要求快速隹递的脩息XI视觉显示设计也舞觉显示装置中，显不装置的形状,大小分度、标记、空间布同、崎色、照明等因索・第必须性人能沮好的接受谓息并送行处理,使人能迅速接受星云的信息-信息的升州率要高，股巨可喜。在进行丘示装置的评型设•:卜刖.还必须从系统蹩体出发..!.更考虑捌儿的生理、心理特亚-又要考虑到系跳整年的需要和美观，怪表是显示装H是用得最多的一类视觉显示器.&1,1校表显示设计i、便表显示的至型与格征C-＞按显示功能分奘I-读效月仪表室用7要求提供准萌的测员怕、计员值和芟比世的场告，此种仪表利度的具库熬值显示设备晌状也和参数，供撵作看苴泊题值之用..如:汽车晌眸透表、飞机的空度去和朦瑟的水表、电度表、域气强等.工楂食用便衰这种杖表用;显示设备或系统状意参戴伯禹正窄他的情况。它们大部分行率手指示一般无需读出确切数植.只是为了检查仪表指计的指示是杳*寓正常位置.当发现偏离正常位置F，L应消整设备的运行状况.使出去推数回到lE常位国.丸磐应用仅表第4章操纵装置设计人机系统中.操双装置（又称控制装置，控制器、操双器）是指诩过人的动作夹使机器起动、停车或改变运行状态的装舐,其基本功能是把憔作者的响应输出转换成机器设法的输入信息，边而控洌机器设备的运行状态。搅级装置是人一机系统的理要殂成部分，也是人机界面设计的一项布要内咨，怏纵装置的设计是否得当，直接关系到整个冢统的工作效率、安全位行以及使用者性作的舒适性慢纵笠置的设计必须符合人因工程的要求，也就是说,必须考虑人的心理、生理、人体解剖和人体机能等方面的珞性。换纵装就设计的主要内容包括：换纵装置外形、大小、位置、运动方向、运动范围、操纵力以及掾生过程的宜人性等.操纵装置的类型和选择接纵装置的类型操纵摘纵装置的类型很多（见图41）,一般常用下列方法分类..按操纵方式划分1）手动擦纵装置,如各种手柄、按钮、旋包、选择器、杠杆、手轮等。2）脚动操纵装置.如却踏板、脚胭绍、膝操纵奘置等.这些耀纵装置与人的肢体有关.其外形、大小、位置、运动方向、运动？5国和操作力等.都要适合于人的生理特征，便于手和脚的操纵。.按操纵装置的功能总分I）开关抵纵装置.用于筒羊的开或美.启动或停止的探纵控制,常用的有按钮、结板、手柄等。2）转换换纵装置・适用于系统当中不同状态之间的转换拱纵控制.如手柄、选择开关、转换开关、操纵盘等，3）调整慢双装2L用于调整系统中工作参数定量书加或收少的悻纵控耨，如旋钮、手轮、性纵盘等.4）制动操纵装置，用于紧急状态下启动或停止的探旗控制。要求灵敢度高、可喜性强，如制动硼、操纵杆、手柄、按钮等.图4・1常见的换织装置（a）独柄；（b）手机；（0&*；（d）交即；（e）用匙；（0开关杆：（K）调节后；6）杠杆电健；G）按动式开关；Q）摆动式开关；（k）阳踏板；①钢丝脱扣第；（m）按钮；00按键；（o）谑希；（p）手沏；（q）指按滑块（形状决定）；（r）指投溃决（摩摞决定）：（5）拉环；⑺拉手：（u）Sffl：（v）拉铉的先和改进手提工具和京椅设计.SM及5*195-1人体手郃的掌侧爬模型图5-2的先和改进手提工具和京椅设计.SM及5*195-1人体手郃的掌侧爬模型图5-2腕关节活动状态第5章手握工具和工作桌椅设计工具是人类囚肢的扩展，传统的工具rnT•多已不能满足现代生产和生活的辞要。人们在作业中长期使用设计不良的工具,容易造成身体不适、损纥或疾去。降低了生产率.甚至他人致残.目前.大多数办公室人员、脑力劳动者、纪分体力劳动者都采用坐姿工作.随着技术的迸步，念来愈多的体力劳动者也将采取坐姿工作，因而工作桌椅设计日益成为人机工程学工作者和设计财们关注的研究课题.所以，应用人机工程学的方法,综合工程技术、解剖学、生理学、心理学、人体力学多功能多种学科的知识.是值得关注的问题.5.1手握工具设“•£1.1手握工具设计的生理学基础手工具的人机学因素很大程度上取决于人手蚪解制•手是由骨、动脉、神经、韧带和肌腱等组成的复杂结构（R15-1K手指的仲屁、抓捏，手部的偏屈、转动邓是由肌肉力8：带动的.手部以腕关节为中心的各方向的偏转活动.也同样是赧肌肉的拉动实现的.手部的活动并非单靠近旁的肌肉所能实现，而是从手郃连同到前臂、上皙、时关节的多束肌内.肌梃群全动实现的；这些肌肉更叠交错，如吴手臂史曲、手碗傕屈，使个肌肉束互相干扰.将影响这些肌肉顺利发杆我正常功能.椀部是一个多自由度的关节，很多条桥柔、矶唯以及血管和神经帮经过这里，腕骨与小件上的残骨及尺骨相连，懦骨连向拇指一例，而尺骨连向小指一则，腕关节的构造与定位使其只能在两人面动作，这两个面各成9便.一面产生学屈与背屈,第二个面产生尺值和浇信（图5・2）。因此，如果腕关节处于比较大的偏屈、偏转状态，期间的肌肉、肌腱、血管和神经就会收到压迫.影响手部、手指活动.时间长了.便会导致顶伤间疾患，如腱鞘炎、断道嬷合症等。微新炎是手服尺偏、掌曲和脱外转.使腕部肌原弯曲导致牌鞘处发炎：肿道综合症是由于魏道内正中神经损饬所引起的不适.表现为手部疼痛、沟热、刺痛及麻木感：网球肘（肱骨外裸炎、主妇时）是一种肘部组织炎症，由手腕的过度假偏引起，尤其是当挠偏与学内转和背密状态同时出现时,肘部挠骨头与股骨小头之间的压力增加.导致网球肘：狭窄性呦载炎（俗称扳机指），是由手指反复弯曲动作引起的.在类似扳机动作的拯作中,食指或其它手指的顶部指骨须克服阻力弯曲・而中都或根部指骨这时还没有弯曲,导致手指前端弯曲.第6章工作岗位和工作空间的设计根据人工作时的姿势，工作岗位分为坐姿同位、立姿岗位和坐立姿交替闵位三类。在人机系统设计眄选珏喝一类工作岗位,必须依概工作任务的性质来考虑.人在工作状态时.人与机器设备、工作用具等所淘的空间总和叫做工作空间.工作空同我计要隹眼于人.在充分考虑操作考需要的卷砒上，为操作身暂I造戌安全、舒适又经济、高效的工作条件。工作岗位设计工作岗位类型与选择I.坐姿工作岗位坐姿是指身躯伸直或梢向胸陋角为10-15%上质平放,下腿一般垂直地面或梢向相颈斜若地,身体处于舒适状态的体位.适于从事经、中工作且不要求工作者在工作过程中走动的工作.对劳动效果的分析研究表明，人体最合理的工作姿势就是坐姿工作。因此，必须坐着工作的,就一定要保证坐着工作.可以坐着工作的•就应该争取坐着工作.下列工作宜采用坐姿工作.1）持续时间较长的静仓工作。此时需要支持身体的力较小，胭上消耗的能量和负荷较小，血液循环畅通，可以减少疲劳和人体旎fit的消耗•2）精玄度要求高而又要求仔细的工作.因坐姿情况下，当设招振动或移动时，人体具有较大的稳定度和及好的平空度。3）需要手足并用.并对一个以上踏板迸行控制的工作.坐姿时.双脚容易移动，且可借助座椅支撑对脚控制器便以较大力量。2,立姿工作岗位立姿通常指人站立时上体前屈用小于30。时所保持的姿势。适用于中工作、重工作以及坐姿工作岗位的设计多数和工作区域受到限制的情况。以下工作选用立姿工作优于坐姿工作，（1）需要经常改变体位的工作。站着频擎的起空消耗能最少些；（2）常用的控网器分布在较远区域、需要手足仃较大运动幅度的工作。因立姿时工作者可以走动.可以看见或使用坐姿工作者够不到的部件：（3）需要用力校大的工作。立姿时手臂力量较大，易于探室大快纵杆。此外,立姿工作时,还有工作者可变模位置,减少疲劳和厌烦：可利用平展的工作而而无需任何容膝空间等重要优点.立姿工作的缺点在于：不易进行精确而细致的工作：不易转换悚作；立姿时肌肉要作出更多的功以支持体嵬，故易引起疲劳；下肢负担较负，长期站立易引起下肢静脓曲张等等.3.坐立姿交替工作岗位为了克服坐姿、立姿工作的缺点。在工作岗位上经学采用坐一立姿交替工作的方式.这种作此方式的优点在于，能使工作者在工作中交抵体位・从而避免由于身体长时间处于一种体位而引起的肌肉疲分.例如,长时何的单词的殳姿工作会引起心理性疲劳・改成立姿适当走动,有助于维持工作能力•而长时回的立姿工作会产生肌肉疲劳，坐下来就可以得到消除.因此,坐一立姿交替工作能吸收各自的长处,弥补各方面的短处.应尽可能用坐一立姿交替工作方式，代售单纯的立姿工作方式。当工作需要坐姿与立姿交替使用时，为消除疲劳.可采取坐•立姿操作.对这种体位交替变换的工作面高度设计•应以保持上臂处于自然松弛状态为准.第7章工作环境人一机一环境系统中的环境主要是指人与机共处的工作环境,在人机系统中,环境因素可以被石成一种干扰的因素•一个适宜的工作环境不仅可以提高工作效能,而且能扬保持良好的工作情绪、减经工作负荷.对系统产生影响的工作环境主要有,：热切境、照明、噪声、振动、粉尘以及有宙物质等C如果在系统设计的各个阶段.尽可能排除各种环境因素对人体的不良影响，使人具有“舒适”的工作仄境，不仅有利于保护劳动者的健枭与安全，还有利于跟大限度达提高系统的嫁合效能.因此，工作际境对系统的影呜就成为人机工对学研究中的一个更要方面.7.1热环境Ml热环境与人体热平衡热环境是指由太阳秘射、气温.周困物体麦向温度、相对湿度与气流速度等物理因素组成的作用于人，影响人的冷热衲和健康的环境。人所处的然环境主要包括空气的泡度、湿度、气流速度（风速）和热辐射等四种物虔因素，一股又称微小气幔.在作业过程中.不适当的气帔条件会直接影洞人的工作情绪、疲劳程度与健成，从而使工作效率降低，造成工作失误和发生事孜。热环境的因素之间是互相影响和补修的，即使某一因素变化对人体造成的影府常可由另一因素的相应变化所补信.例如.人体经程射所荻得的热量可以改由气温升高来获得，湿竣地褥所带来的影响可由风速的增大来抵消，I、1度工作环境中的气温除取决于大气温度外，还受太阳镉射和作业场所的热源,如各种冶炼炉、化学反应锅、被加热的物体、机器运转发热和人体散然等影响，热源通过传导、对流使作业环境的空气加速，并通过幅射加热四周物体，形成第二热源，寸大了直接力热空气的面积,使气温升高。2、湿度工作切境的气温以空气相对湿度表示。相对漫度在80%以上称为高气湿。低于30%称为低气湿.高气湿主要由于水份蒸发与释放蒸气所致.如纺织、印染、造纸、制革、缎丝以及潮湿的旷井、陂道等作业场所常为而气湿,任冬季的高溟车间可出现低气湿。3、气流速度工作炉境中的气流除受外界风力为影响外,主要与作业场所中的热源有关。热源使空气加热而上升.室外的冷空气从门窗和下部空隙进入室内，造成空气内流.室内外温差愈大.产生的气流愈大，4、热辐射热羯射里要指红外线及一部分可觇线而言。太阳及作业环境中的各种潘护、开放火焰、熔化的金属等热源均能产生大6：热辐射.红外线不能直接使空气加