人机工程学讲义2

人机工程学讲义2一、人体测量数据及其应用（一）人体测量的基本概念人体测量是通过对人体各部位尺寸的测量，获取有关人体的基本数据，为各种设计提供基础资料。测量的内容包括身高、体重、肢体长度、围度、关节活动范围等。（二）人体测量数据的分类1.静态尺寸指人体在静止状态下测得的尺寸，如身高、坐高、肩宽、臀宽等。这些数据用于确定工作空间的大小、设备的外形尺寸等。2.动态尺寸是人体在进行各种活动时所测得的尺寸，如手臂的伸展长度、腿部的踢动范围等。动态尺寸对于设计需要人体操作的工具、设备和工作场所布局非常重要。（三）人体测量数据的应用1.产品设计根据目标用户群体的人体测量数据，设计出符合人体尺寸和操作习惯的产品。例如，汽车座椅的尺寸要根据人体坐姿的尺寸来确定，以提供舒适的乘坐体验；办公桌椅的高度要适合使用者的身高，避免长时间工作导致疲劳。2.工作场所设计合理规划工作空间，确保工作人员有足够的活动空间，避免碰撞和操作不便。例如，确定办公室的通道宽度、工作台之间的距离等，都需要参考人体测量数据。3.服装设计依据人体的尺寸和体型特征，设计出合身、美观的服装。不同款式的服装对人体尺寸的要求不同，准确的人体测量数据有助于提高服装的合身度和舒适度。（四）人体测量数据的获取方法1.直接测量法使用量具直接测量人体各部位的尺寸，如用卡尺测量手指的直径，用身高计测量身高。2.间接测量法通过测量与人体相关的其他物体或距离，间接推算出人体尺寸。例如，测量人坐在椅子上时椅面到地面的高度，再加上人体坐姿时的小腿长度，就可以得到合适的座椅高度。（五）人体测量数据的统计分析1.平均值反映了一组数据的集中趋势，是最常用的统计量之一。在人体测量中，平均值可作为设计的参考基准。2.标准差表示数据的离散程度，标准差越大，说明数据的分布越分散。在设计中，考虑到人体尺寸的个体差异，通常会根据标准差来确定合理的设计范围。3.百分位数用于描述人体尺寸在群体中的位置。例如，第5百分位数表示有5%的人尺寸小于此值，第95百分位数表示有95%的人尺寸小于此值。设计时，一般会根据产品的使用人群和功能要求，选择合适的百分位数作为设计依据。二、人体的感知与认知特性（一）视觉特性1.视觉的生理基础眼睛是视觉的感受器，由眼球、视网膜、晶状体等部分组成。光线通过眼球的折射作用在视网膜上成像，视网膜上的感光细胞将光信号转化为神经冲动，通过视神经传递到大脑视觉中枢，产生视觉。2.视觉的基本特性视力：指眼睛分辨物体细节的能力，通常用视力表来测量。正常视力为1.0及以上。视野：是指头部和眼球固定不动时，眼睛所能看到的空间范围。水平视野约为180°，垂直视野约为130°。色觉：人眼能分辨不同颜色，这是由于视网膜上的视锥细胞对不同波长的光敏感。常见的色觉异常有红绿色盲等。3.视觉的感知规律视觉适应：包括明适应和暗适应。从暗处到亮处时，眼睛需要一段时间来适应强光，这是明适应；从亮处到暗处时，眼睛需要一段时间来提高对弱光的敏感度，这是暗适应。视觉对比：当相邻区域的亮度、颜色等存在差异时，会产生视觉对比现象，使物体的轮廓更加清晰，易于分辨。视觉错觉：指人在观察物体时，由于生理或心理原因，产生的与实际情况不符的视觉现象。常见的视觉错觉有缪勒莱尔错觉、艾宾浩斯错觉等。（二）听觉特性1.听觉的生理基础耳朵是听觉的感受器，由外耳、中耳和内耳组成。声音通过外耳道传入中耳，引起鼓膜振动，再通过听小骨传递到内耳，内耳中的听觉感受器将声音信号转化为神经冲动，通过听神经传递到大脑听觉中枢，产生听觉。2.听觉的基本特性听力：指人耳对声音的感受能力，通常用听力阈值来表示。听力阈值越低，听力越好。声音的频率范围：人耳能听到的声音频率范围约为20Hz20kHz。不同频率的声音给人的感觉不同，低频声音通常给人低沉、厚重的感觉，高频声音则给人尖锐、清脆的感觉。声音的强度：用分贝（dB）来表示声音的强度。过高的声音强度可能会对人耳造成损伤，长期暴露在高强度噪声环境中会导致听力下降。3.听觉的感知规律声音的定位：人耳能够根据声音到达两耳的时间差、强度差等信息，判断声音的来源方向。声音的掩蔽效应：当一个声音的强度比另一个声音大时，较强的声音会掩盖较弱的声音，使其不容易被听到。（三）触觉特性1.触觉的生理基础皮肤是触觉的感受器，皮肤上分布着大量的触觉感受器，如触觉小体、环层小体等。当外界物体接触皮肤时，触觉感受器受到刺激，产生神经冲动，传递到大脑触觉中枢，产生触觉。2.触觉的基本特性触觉感受性：指皮肤对不同刺激的敏感程度。不同部位的皮肤触觉感受性不同，手指尖、嘴唇等部位的触觉最为敏感。触觉阈限：指引起触觉感觉的最小刺激强度。触觉阈限会受到多种因素的影响，如皮肤的状态、刺激的类型等。3.触觉的感知规律两点辨别阈：指能够分辨皮肤上两点刺激的最小距离。两点辨别阈越小，触觉分辨能力越强。触觉适应：当皮肤持续受到某种刺激时，触觉感受性会逐渐下降，这就是触觉适应。（四）认知特性1.注意注意是心理活动对一定对象的指向和集中。注意具有选择性、集中性和转移性等特点。在人机交互中，合理设计界面和信息呈现方式，能够吸引用户的注意，提高操作效率。2.记忆记忆是过去经验在人脑中的反映。包括感觉记忆、短时记忆和长时记忆。在设计产品时，要考虑用户的记忆特点，例如，采用简洁明了的操作流程和易于识别的标识，帮助用户记忆。3.思维思维是人类认识活动的高级形式，包括逻辑思维、形象思维和创造性思维等。在产品设计中，要鼓励用户进行创造性思维，同时提供符合逻辑的操作方式，便于用户理解和使用。三、人机界面设计（一）人机界面的概念人机界面是人与机器之间进行信息交互的接口，它包括显示器、控制器、操作面板等部分。良好的人机界面设计能够提高人机交互的效率和舒适性，减少人为错误。（二）显示器设计1.显示器的类型视觉显示器：如计算机屏幕、手机屏幕、仪表盘等，用于向用户呈现视觉信息。听觉显示器：如报警器、语音提示等，用于向用户传递听觉信息。2.视觉显示器设计原则显示内容清晰可读：选择合适的字体、字号和颜色对比度，确保用户能够轻松读取显示信息。显示信息简洁明了：避免过多的信息堆积，突出关键信息，使用户能够快速理解。符合用户视觉习惯：例如，将重要信息放在屏幕的左上角或中心位置，符合用户从左到右、从上到下的视觉浏览习惯。3.听觉显示器设计原则声音清晰可辨：选择合适的语音频率和强度，确保用户能够清楚听到声音内容。声音信号具有特异性：不同的声音信号代表不同的含义，避免混淆。避免声音干扰：在安静的环境中，声音显示器的音量要适中，避免对用户造成干扰。（三）控制器设计1.控制器的类型手动控制器：如按钮、旋钮、操纵杆等，用户通过手动操作来控制机器的运行。脚动控制器：如脚踏板等，用于一些需要脚部操作的场合。2.手动控制器设计原则操作方便舒适：控制器的形状、大小要适合人手的握持和操作，操作力要适中。易于识别和区分：不同功能的控制器要有明显的区别，例如，采用不同的颜色、形状或标识。操作反馈明确：当用户操作控制器时，要有明显的反馈，如按钮按下时有触感反馈，指示灯亮起等。3.脚动控制器设计原则位置合理：脚动控制器的位置要便于脚部操作，且不会影响身体的平衡和其他活动。操作力度合适：脚踏板的行程和阻力要适中，避免用户过度用力或操作不便。（四）人机界面布局设计1.整体布局原则功能分区明确：将人机界面按照功能进行合理分区，使各个功能区域易于识别和操作。操作流程顺畅：设计操作流程时，要考虑用户的操作习惯，使操作步骤简洁明了，避免用户在操作过程中产生困惑。2.信息布局原则重要信息优先显示：将最重要的信息放在显眼的位置，以便用户能够快速获取。信息层次分明：通过字体大小、颜色、排版等方式，区分不同层次的信息，使信息呈现更加清晰。（五）人机界面的安全性设计1.防止误操作通过设计合理的操作流程和设置必要的确认环节，避免用户因误操作而导致事故。例如，重要操作设置密码确认或二次确认提示。2.紧急情况处理设置紧急停止按钮或其他紧急处理机制，以便在突发情况下用户能够迅速采取措施，保障安全。3.故障提示与报警当机器出现故障时，及时向用户发出明确的提示和报警信息，帮助用户了解故障情况并采取相应的措施。四、作业空间设计（一）作业空间的概念作业空间是指人在进行作业时所需要的活动空间，包括工作区域、通道、休息区域等。合理的作业空间设计能够提高工作效率，减少疲劳和事故的发生。（二）作业空间的分类1.近身作业空间指人在进行手工作业时，手、手臂等肢体能够触及的空间范围。近身作业空间的大小和形状会影响手工作业的效率和舒适度。2.个体作业场所是指供单个人员进行作业的独立空间，如办公室的单人工位、工厂的单人操作岗位等。个体作业场所的设计要考虑人体尺寸、工作设备和操作要求等因素。3.群体作业空间是指供多个人员同时进行作业的空间，如办公室的开放式办公区域、工厂的车间等。群体作业空间的设计要考虑人员之间的相互关系、活动空间和信息交流等因素。（三）作业空间设计原则1.满足人体活动需求根据人体测量数据和人体活动范围，确定合理的作业空间尺寸，确保人员能够舒适地进行各种操作。2.便于操作和观察合理布置工作设备和显示器，使操作人员能够方便地操作控制器和观察显示信息，减少操作失误和疲劳。3.保证安全与健康设置必要的安全防护设施，如防护栏、安全网等，避免人员受到意外伤害。同时，要保证作业空间有良好的通风、照明等环境条件，保障人员的身体健康。4.提高空间利用率在有限的空间内，合理规划工作区域、通道和储存空间等，提高空间的利用率，减少空间浪费。（四）通道设计1.通道宽度通道宽度要根据人员和设备的通行需求来确定。一般来说，单人通道宽度不宜小于0.8m，双人通道宽度不宜小于1.2m。对于有设备运输的通道，宽度要根据设备的尺寸和运输要求适当增加。2.通道形状通道形状应尽量简单、直线，避免过多的弯曲和分支，以便人员和设备能够顺畅通行。3.通道地面状况通道地面要平整、防滑，避免有障碍物和坑洼，以确保人员和设备行走安全。（五）储存空间设计1.储存空间的类型包括工具柜、货架、储物柜等。储存空间的设计要根据存放物品的类型、尺寸和数量来确定。2.储存空间设计原则便于存取：将常用物品存放在易于取用的位置，按照物品的使用频率和重要性进行分类存放。空间利用最大化：采用合适的货架结构和存储方式，充分利用空间，提高存储空间的利用率。保证物品安全：储存空间要具备一定的防护功能，如防火、防潮、防虫等，保护物品不受损坏。五、工作环境设计（一）工作环境的概念工作环境是指人在工作过程中所处的物理、化学和社会心理环境。良好的工作环境能够提高工作效率，保障人员的身体健康和心理健康。（二）物理环境设计1.温度适宜的工作温度一般在18℃24℃之间。温度过高或过低都会影响人员的工作效率和舒适度，导致疲劳和工作失误增加。2.湿度相对湿度一般控制在40%60%为宜。湿度过高会使人感到闷热、潮湿，容易滋生细菌；湿度过低会使人感到干燥、不适，可能引发静电等问题。3.照明良好的照明条件能够提高视觉工作效率，减少视觉疲劳。工作场所的照明应满足足够的亮度、均匀度和显色性要求。一般办公室的照度应不低于300lx，精细作业场所的照度应更高。4.噪声噪声会干扰人员的工作和休息，长期暴露在高强度噪声环境中会对听力造成损害。工作场所的噪声应控制在国家规定的标准范围内，一般工业企业的噪声限值为85dB(A)。（三）化学环境设计1.空气质量工作场所应保持良好的空气质量，避免有害气体和粉尘的污染。要保证通风良好，及时排出室内产生的废气和异味。2.有害物质控制对于存在有害物质的工作场所，如化工企业、电子厂等，要采取有效的措施控制有害物质的浓度，防止人员中毒和职业病的发生。例如，提供个人防护用品、安装通风净化设备等。（四）社会心理环境设计1.工作氛围营造积极向上、和谐融洽的工作氛围，能够提高员工的工作积极性和团队合作精神。例如，通过组织团队活动、建立良好的沟通机制等方式，增强员工之间的凝聚力。2.工作压力管理合理安排工作任务，避免员工过度劳累和压力过大。提供必要的培训和支持，帮助员工提高工作能力，应对工作挑战。同时，建立有效的压力释放渠道，如心理咨询服务、休闲娱乐设施等。六、人机系统的可靠性与安全性（一）人机系统的可靠性1.可靠性的概念人机系统的可靠性是指系统在