《人机工程学讲义》PPT课件

1、人机工程学,学习这门课程的重要性,世间万物都是服务于“人”，人是社会的载体。 社会的每个功能和活动都是靠“人”来体现，要人来感受、体会、总结。再加以改进并完善。,室内,人,室外,衣柜、鞋柜、沙发,座登、台阶、盲道,目录,第一章 概论 第二章 人体测量学与人体尺寸 第三章 作业环境中的人体因素 第四章 家具设计中的人体因素 第五章 人的知觉、感觉与室内环境,第一章 人机工程学概论,建筑的内部空间主要为人所用，内部所有部分与人类的活动有关。人机工程学是上世纪50年代发展起来的一门学科，是研究产品设计中如何正确处理人、机器及其工作环境之间相互作用的学科。 该学科在美国称为人类工程学(Human En

2、gineering)或人的因素工程学(Human Factors Engineering)，西欧多称为工效学(Engonomics)，日本称为人间工学，在我国名称尚未统一，除常用的人机工程学和人机工程设计外，还有人体工程学、人类工程学、人类工效学、工效学、工程心理学等。,1.1人体工程的萌芽,旧石器时代的文物：,新石器时代的文物：,1.2人体工程学的发展的历史,人体工程学是从战争中诞生的，是在二次世界大战期间建立的。 美国军方为了争取战争的胜利，发展和投入了大量的威力强大的高性能武器，期望以技术的优势来决定战争的胜败。然而由于过分的注重武器的性能和威力，忽略了使用者的能力与极限，导致飞行驾驶员

3、误读高度表意外失事；座舱位置不当、导致操作不灵活；命中率降低等以外事故，这些主要都是控制设备配置不当导致操作失误所至。,例子:,随着工业生产向机械化和自动化的发展，使工业生产量增加。由于高度的机械化和自动化，人与机械间存在着高度的生理与心里摩擦，而直接或间接的影响工作效率与正确性，从而产生严重的后果。 因此，二战后人体工程学迅速参透到室内设计、工业生产、建筑设计以及生活用品等领域，专家们将人体工程的体制及各项研究成果广泛运用到产业界，以追求人与机械间的合理化。 以人体工程学的观点来看；机械为人服务，是机械适应人的要求。,过去的基点是机械，现在是人。,餐桌,沙发,其他,1.3什么是人机工程学,国

4、际人类工效学学会的定义为：人机工程学是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，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。 我国对人机工程学的定义为：人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段。综合地进行人体结构、功能，心理以及力学等问题研究的学科。用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。,定义中注意的几个问题,定义中值得注意的有: 设计的目的“安全、舒适、高效”，定义只讲应该“考虑”而

5、没有选用“确保”、“尽量达到”之类的词汇。因为设计总有多方面约束条件，又常有多种因时、因地而异的目标；好的设计，在于针对具体对象，在多种约束条件和多重目标之间恰当地把握住平衡。,定义中注意_目的(a),定义中注意_目的(b),人机工程学设计要求的“安全、舒适、高效”，常常是重要的，但肯定也要受到其他条件的约束、其他目标的制衡，不但不是惟一的，也未必总是优先的。,定义中注意_目的(举例),例如，把我国火车硬卧车厢的三层铺改为两层铺，或者把所有硬座都改为卧铺，安全、舒适方面就可大为改善，岂不简单?但是现在并没有这么做，因为还有其他种种条件的约束。,定义中注意_目的(c),所以实际课题中的人机工程设

6、计，目标往往并非达到最理想的“安全、舒适、高效”效果，而是在限定条件下提高“安全、舒适、高效”的程度。,定义中注意_ “机”,人机工程学里面所说的“机”、或“机器”是广义的，泛指一切人造器物：大到飞机、轮船、火车、生产设备，小到一把钳子、一支笔、一个水杯；也包括室内外人工建筑、环境及其中的设施，等等。,1.4人体工程学研究的主要内容,1、工作系统中的人 2、工作系统中直接由人的机械部分如何适应人的使用 3、环境控制如何适应于人的控制,人机学的研究内容，是人机环境的最佳匹配、人机环境系统的优化。 1. 人体特性的研究 人体特性研究的主要内容是：在工业产品造型设计中与人体有关的问题。例如，人体形态

7、特征参数、人的感知特性、人的反应特性以及人在劳动中的心理特征和人为差错等。研究的目的是解决机器设备、工具、作业场所以从各种用具的设计如何适应人的生理和心理持点。为操作者(或使用者)创造安全、舒适、健康、高效的工作条件。,研究的内容,2人机系统的整体设计 人们设计人一机系统的目的，就是为了使整个系统工作性能最优化，即系统的工作效果要佳。这是指系统运行时实际达到的工作要求，如功率人、速度快、精度高、运行可靠，以及人的工作负荷要小，即指人完成任务所承受的工作负担或工作压力要小和不易疲劳等。 人与机器各有特点，在生产中应充分发挥各自的特长，合理地分配人机功能。这对系统效率的提高影响很大。显然，为提高整

8、个系统的效能，除了必须使机器的各部分(包括环境系统)都适合人的要求外，还必须解决机器与人体相适应问题，即如何合理地分配人机功能，二者如何相互配合，以及人与机器之间又如何有效地交流信息等。 值得指出的是，随着自动化的发展，人们必须解决更复杂的测量精度、快反应速度及信息量增大等有关问题，又必须控制生产过程和规定有限的时间间隔。自动化不是从多而复杂的系统所控制的过程中把人排挤出去，而是把人摆到新的条件上去。因此，在设计新的自动化系统时，就必须充分注意人的特性，使自动化条件能对人更有利。,研究的内容,3环境控制和人身安全装置的设计 生产现场有各种各样的环境条件，如高温、潮湿、振动、噪声、粉尘、光照、辐

9、射、有毒等。为了克服这些不利的环境因素，保证生产的顺利进行，就需要设计一系列的环境控制装置，以适合操作人员的要求和保障人身安全。 “安全”在生产中是放在第一位的，这也是人一机一环境系统的特点。为了确保安全，不仅要研究产生不安全的因素，并采取预防措施，而且要探索不安全的潜在危险，力争把事故消灭在设计阶段。安全保障技术包括机器的安全本质化、防护装置、保险装置、冗余性设计、防止人为失误装置、事故控制方法、救援方法、安全保护措施等。,1.5人体工程学的研究方法,人体测量的目的：就是为研究者和设计者提供依据 人体测量的内容： a、形态测量(长度尺寸、体形胖瘦、体积、体表面积等） b、运动测量（测定关节的

10、活动范围和肢体的活动空间，如动作范围、动作过程、形体变化、皮肤变化） c、生理测量（测定生理现象，如疲劳测定、触觉测定、出力范围大小的测定）,1.6人体工学与室内设计,从室内设计的角度来说，人体工学的主要功用在于通过对于生理和心理的正确认识，根据人的体能结构、心理形态和活动需要等综合因素，充分运用科学的方法，通过合理的室内空间和设施家具的设计，使室内环境因素适应人类生活活动的需要，进而达到提高室内环境质量，使人在室内的活动高效、安全和舒适的目的。,人体工学在室内设计中的作用体现,第一、为确定空间范围提供依据 第二、为设计家具提供依据 第三、为确定人的感觉器官对环境的适应能力提供依据,日常生活中

11、人机学问题,在我们的日常生活中，可以说时时处处都存在着人机学问题，包括合理的和不合理的事例。在全面学习本课程之前，环视、巡察、指点一番，使我们概略地了解到，原来有这么多属于人机工程设计应该关注和解决的问题，心中有数，对学习课程很有好处。下面只是随意列举一些，简单地把问题所在点出来，不多解说。因为进一步分析、研讨，将在以后各章各节中陆续展开。,例1腰疼沙发(a),城市里有的家庭买了大沙发，豪华气派，可是坐不多久腰部就难受酸疼了，不得不在腰后面垫上一个“腰靠”。为什么?,例1腰疼沙发(b),大沙发座面进深大，无论怎么后靠，腰椎后面总是空着，使脊柱腰椎段向后的弯曲度加大，形成了不正常的腰椎形态，不符

12、合坐姿解剖学要求。这就是产品设计中的解剖学问题。,例2主枕头附枕头(a),一些“上档次”的宾馆里，单人床常配有两个同样的枕头。本意是让习惯低枕头的人用一个枕头，习惯高枕头的人两个枕头叠起来用。但这真是一个愚不可及的“高招”、“损招”!一般人们对枕头高度要求的差别，哪有一倍之多呢?其结果是：用一个枕头绝大多数人嫌低，而两个摞起来绝大多数人又嫌高，很少有人能获得“正常待遇”。,例2主枕头附枕头(b),其实只要采用一个稍许高一点的“主枕头”、再配一个较薄的“附枕头”，岂不就能满足多数人的需要了吗?并不难解决。问题出在哪里?缺乏“产品应与生理条件相适应”的考究。,例3车厢窗户(a),车厢外表面为墨绿色

13、的旧式旅客列车，其硬座车厢窗户的高度，正与坐着乘客的胸、肩、头部齐平。打开窗户，行驶中每小时风速达六、七十或七、八十千米，即使最闷热的夏季，迎风被吹的乘客也经不住多久，而背风一侧乘客却依然热不可挡.,例3车厢窗户(b),其实改进一点也不难，把窗户提升到比站立者身高略高一点即可，而且这样做也并不增加生产成本。现在的新式客车已经这么改了，即使多个窗户同时打开，风也不会直吹乘客，却能在车厢上部形成新鲜空气的“顺流”，效果甚佳。,例4脚踏钮(或脚踏杆)冲水,公共卫生间里水箱拉绳边上贴着醒目的提示“便后冲水”，但是不冲水的现象司空见惯。公众素质有待提高固然是一方面，但另一方面，水箱拉绳把手不干净是人人皆

14、知、也人人腻味的，可见拉绳水箱本身就存在宜人性的问题，应该从设计角度来寻求解决办法。现在大城市的公厕里脚踏钮(或脚踏杆)冲水正在推广，效果显然可见。,例5声光控延时开关 (a),“节约用电人走关灯”的条子随处可见，人走楼空后楼道里的照明灯还是彻夜长明。这种大家都熟悉的现象，也需要从设计的角度来寻找原因和改进措施。开关都安置在楼道照明灯的就近位置，关了灯，楼道一抹黑，怎么下楼、拐弯、出门呢?,例5声光控延时开关 (b),现在声光控延时开关价格已相当便宜，用声光控延时开关，人来灯亮，人走灯灭，可解决问题。另外，也可以从合理安排开关位置方面寻找解决办法。,例6双肩背书包和单肩背书包(a),双肩背书包

15、和单肩背书包从人机学看，双肩背书包在使用解剖学和心理学方面优势明显。,例6双肩背书包和单肩背书包(b),背双肩背书包，脊柱两侧受力均衡，能保持正直形态(图l-2a)；而单肩斜挎或手提书包，脊柱都因单侧受力而形成侧向弯曲(图1.2b、c)，使椎间盘受压均匀分布的生理状态不能正常维持，于是消耗的体能更多，这是解剖学、生理学方面。,例6双肩背书包和单肩背书包(c),用双肩背书包，两手无负担，行动自由灵便，也适合中小学生的活泼好动天性，这是心理学方面。,例6双肩背书包和单肩背书包(d),图1-1 书包提挎方式与脊柱形态,例7叫壶(a),用普通水壶烧水，若没人在炉子边上守着，水开了可能弄得满屋水气至因开

16、水噗出来浇灭了火，引起一阵忙乱。用壶盖上装了个小气哨的“叫壶”烧水，即可避免这种忙乱。,例7叫壶(b),两种水壶烧水的基本功能是相同的，但叫壶能把水烧开的信息“自动”传递给一定距离以外的人，在人机学里，叫做“人机界面”得到了改善，从而使得产品更为“宜人”。,例8图书馆长条形桌案,不少学校的图书馆阅览室里，座位安排在长条形桌案相对着的两侧。师生们低头阅读或伏案书写时倒也无事。但阅读中也难免要停下来略事思索，于是把头抬了起来，倘若正巧此时对座的那位也抬起了头，不经意间互相目光交接，双方都觉得尴尬。这就是设计心理学方面的问题。,例9不同颜色的药袋(a),银灰色或蓝色发亮的小塑料袋里装着药片，药片的服

17、用量、服用方法都用小字印在包装袋上，包装袋闪闪有光，文字和底色的对比又弱，也许年轻人还行，中老年人想看清上面的说明确实费劲。,例9不同颜色的药袋(b),一家全国性的大银行，近几年的存款单居然是白纸上印着橙黄色(注意，是橙黄而不是橙红)的字，真是跟人们的眼睛找别扭、过不去!这些都是对视觉特性掌握失当的问题，也属于人机学的研究范围。,例10形形色色的剪刀(a),被剪对象有大有小、有硬有软、有的要剪复杂的形状且要求特别精细、有的要伸入孔洞或拐进尖角去施剪，所以除了剪纸、剪布的普通剪刀外，还有理发剪等专用剪刀，以及形形色色的外科手术剪。,例10形形色色的剪刀(b),要适应上述各种不同的使用条件，达到人

18、机学使用 “安全、舒适、高效”的目标，剪刀前面刃片的形状和尺寸、后面把手的形状和尺寸，有很多的解剖学、生理学问题需要考究，就绝非简单的事情。图1-1展示了部分不同类型的剪刀。,例10形形色色的剪刀(c),图11功能形态各异的剪刀,例11带“耳朵”的垃圾箱(a),北京市推出了一种“带耳朵的垃圾箱”(图1-2)，一个“耳朵”里装有卷纸，供欲吐痰者取用。另一个“耳朵”是投放烟蒂的烟蒂缸；里面装有沙子，供人用来抿灭烟头。这项设计涉及人机工程的多个方面：使用者行为方式和使用者心理的调查和研究、产品(垃圾箱)与人体尺寸的适应性、产品与环境因素、产品与环卫工人、等等，,例11带“耳朵”的垃圾箱(b),图1-

19、2带“耳朵”的垃圾箱,小结,大学生活环境中的人机学问题比比皆是:床柜转椅、寝室书房、电脑手机 、超市网吧、实习工厂、银行邮局、实验市、图书馆、运动场. 总之日常生活中的人机学问题无处不在。,三、人机工程学的研究方法,1、实测法 2、实验法 3、模拟与模型实验法 4、系统分析评价法 5、调查研究法,四、人机系统,在现代生产和生活中，所有的机器设备(这里是泛指。也括各种工具和用具)都是由人进行操纵或使用的。因此，在生产和生活中人和机器联系在起形成个不可分割的整体，脱离了人或机器任要素，就无法实现生产的目的或使用价值。这个系统就称为人一机系统。 任何一个系统都离不开所在的工作环境。作为一个完整的概念

20、，人机系统就是指人一机环境组成的系统。人机工程设计研究的中心问题是人与机器的相互关系，即二者相互作用、相互配合、相互制约的关系，但起主导作用的始终是人。,人机比较,在人一机系统中，人和机器各有自己的特点。要使人和机器的要素取长补短，使整个系统达到最佳效率和最佳的总体功就需要掌握入相机器有哪些特性，有哪些方面人优于机器，在哪些方面机器优于人。人机功能的合理分配必须建立在对人和机器的要素特性进行分析与比较的基础上。,第二章人体测量与人体尺寸,第一节 人体静态测量参数,我国成年人人体尺寸的国家标准GB10000一为人机上的设计提供了基础数据。该标准提供了七个类别共47项人体尺寸基础数据包括人体主要尺

21、寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部和足部尺寸，并分别按性别列表。我们主要研究工业生产中法定成年人年龄范围内的人体尺寸。 百分位数表示人体尺寸的等级，即表示在某一身体尺寸范围内，使用者中有百分之几大于或小于给定位。例如，我国成年人身高的百分位数为1583mm它表示该年龄组男性中身高等于或小于1583mm者占5，大于此数者占95。设计范围越大，制成设备和工具的适用度就越高，可使用的人数就越多。,人体主要尺寸,人体立姿尺寸,坐姿人体尺寸,人体水平尺寸,用身高推算身体尺寸,用身高推算人体尺寸,第二节人体测量应用,人体尺寸在设计中的应用,人体活动范围,第三章显示与操作设计,第一节 仪

22、表显示设计,按仪表的显示功能可分为五种，即读数用仪表、检查用仪表、警戒用仪表、追踪用仪表和调节用仪表。 按显示形式可分为数字式和模拟式显示仪表两类。,一、人接受信息的特征,操作者应能根据任何显示仪表显示的信息迅速准确地得出结论。所以，仪表设计应把人接受信息时的视觉特性作为必要的因素考虑。与仪表显示有关的视觉特性有下列几方面： 人们视觉的水平运动比垂直运动快，而且眼睛沿垂直方向运动比沿水平方向运动容易引起疲劳。所以，水平式和垂直式显示仪表相比，水平式的认读效率高，认读差错字低。 人们的视线习惯从左到右或从上往下运动，环形观察时以沿顺时针方向较反时针方向快。所以，各种形式的显示仪表和多个仪表的排列

23、顺序，一般应遵循这一特点进行设计。 在偏离视觉中心相同距离的情况下，人眼对左上角的观察效率优于右上角，其次左下角，最差的为右下角。这是显示仪表板面合理布局的依据。 人对视野最佳范围内的目标，认读迅速而准确；对视野有效范围内的目标，不易引起视觉疲劳。因此，重要的显示仪表应布置在最佳视野范围之内，而视野最大范围内不应布置显示仪表，或只布置不经常认读的仪表。,视野与视距,视野指头部、眼球固定不动时所能看到的空间范围，可分为动视野、静视野和注视野。动视野是头部固定不动，自由转动眼球时的可见范围；静视野是头部固定不动时在眼球静止不动状态下的自然可见范围；而注视野是头部固定不动，转动眼球而只盯视某中心时的

24、可见范围。 正常人在各种工作时的视力范围比视野要小。因为视力范围是要求能迅速、清晰地看清目标细节的范围，只能是视野的一部分。例如，在垂直方向的视野中，立姿时视线方向在视轴以下10。；坐姿时视线方向在视轴以下15。；而当视角为30。一40。时，可以迅速而有效地扫视，称其为有效视力范围。所以，该范围是布置机器装置最适宜的范围。 视力范围与目标距离有关。经测试，目标在560mm处最为适宜，低于380mm时会发生目眩，而超过760mm时细节看不清。通常人观察显示器的视距为380一760mm。,视野,二、仪表显示设计的原则,仪表显示设计应以人接受气息的视觉特性为根据，以保证操作者迅速准确的获得需要的信息

25、。显示的精确程度应与人的视觉辨认特性和系统要求相适应，不宜过低，也不宜过高。 仪表显示信息的种类和数目不能过多，同样的参数应尽量采用同一种显示方式。显示的信息数量应限制在人的视觉通道容量所允许的范围内，使之处于最佳信息条件下。显示的格式应简单明了，显示的意义明确易懂，以利于操作者迅速接受信息，正确理解和判断信息。 仪表的指针、刻度、标记、字符等与刻度盘之间、在形状、颜色、亮度等方面要保持合适的对比关系，以使目标清晰可辨。一般的目标应有确定的形状、较强的亮度和鲜明的颜色。相对于目标而言，背景的亮度应低些，颜色应暗些。同时，也要考虑到与其它感觉器官配合。 仪表显示应在空间关系、运动关系和概念上与系

26、统中其它显示装置、操纵装置兼容。显示装置的编码应与相关操纵装置的编码一致,模拟式显示仪表,仪表刻度盘的大小对仪表的认读速度和准确性有很大影响，并直接影响认读效果。它与刻度盘上刻度标记的数量和观察距离有密切关系。一般认为仪表的尺寸越大，认读的速度和准确性越高，但事实并非如此。有关专家对圆形刻度盘的可读性进行了研究。结果表明，当刻度盘的直径为2535mm时，认读效果脯直径增大而提高；当刻度盘直径为3570mm时，认读效果趋于稳定；当刻度盘直径超过70mm时，认读效果反而下降。 读数设计 仪表指针 仪表色彩 信号灯设计,第二节 操作装置设计,为了采取最合理、最少疲劳和最高效率的动作，必须考虑操作动作

27、与人体机能的关系。 (1)避免不必要的加速和减速 避免于密、腿和身体的加速及减速可降低消耗的时间和能员。对于手臂和服，适宜于回转运动，手臂作回转运动的效率较高，应尽量减少往复运动的操作动作。 (2)使用两只手动作 使用两只手动作可以减少工作时间和节省每个单位工作量的人体能景消耗。 (3)考虑运动习惯和运动速度 一般说来，手的上下运动速度比左右运动速度快，准确度也高；从上往下比从下往上快，水平面内的前后运动比左右运动快，旋转运动较直线运动快。另外，右手动作比左手动作快10时间，失误率低5，出力强5一10。右手向右运动较向左运动快，手朝向身体的运动比离开身体的运动快，但后者准确度高。,一、操作器的

28、功能,二、操作器的选择,三、按键的设计,按键的颜色应根据其功能决定：表示“停止”、“断电”或发生事故的按键应为红色；“起动”或“通电”的，应优先用绿色，不能用绿色时，允许用白灰或黑色键；按下为开，抬起为停或进级的，优先用黑色键，忌用红色键。,四、手控制器的形态语义,手控操作器的尺寸,第四章 作业空间设计,人在操作机械时所需的操作活动空间，加上机器、设备及工具等所占空间的总和称为作业空间。对于一个大范围的作业场所来说，作业空间设计就是解决如何把机器、设备和工具等操作和使用对象按人的操作要求进行空间布置的问题。而针对人所操作的机械而言，作业空间设计就是解决合理地布置操纵器、显示器以及控制台、工作座

29、椅的设计中人体尺度问题。,一、坐姿操作范围及作业面布置,图中2、5曲线为左、右手最大操作范围；1、6曲线为左、右手正常操作范围。,二、立姿操作范围,图中范围1为最适合的抓握区，范围2为最有利的手动范围；范围3为最大抓握范围；范围4为最大可触及范围。,三、垂直作业面操纵器布置与操作特征,四、控制台尺寸及视野设计,控制台尺寸及视野设计,五、工作环境,作业者首先是在一定环境中进行作业的，保持工作环境中的物理、化学、生物学的条件对人体无害，同时保证其工作能力、是工作环境设计的要求。光环境是一切人机作业的前提，温度环境与噪声环境是所处环境中对作业效率影响最突出的两个因素。 (1)工作场所的大小(总体布局

30、、工作空间和与通行有关的工作空间)应适当。 (2)照明应为所需的活动提供最佳的视觉感受，应特别注意照明的亮度、颜色、光的分布、眩光、颜色和亮度的对比度及操作者的年龄。 (3)对环境和工作设备选择团色叭应考感到它们对亮度分布、视野的结构及质量以及对安全色的感受等因素的影响。,1、扩音器, 扩音器是1915年发明的。 扩音器的问世使得人们不仅在乘坐地铁或去郊外远足时能够欣赏自己喜爱的音乐和广播节目，而且还能聆听以电子手段保存下来的早已与世长辞的人的声音以及大自然中根本不存在的种种奇妙声音。, 在电影院里，扩音器所营造的声的世界将观众们带入一个想象的世界。 扩音器亦是本世纪所有具有个性魅力的公众人物与大众沟通的重要工具。, 按键式电话业务是美国电话电报公司在1963年11月正式开通的。 几乎所有初次接触按键式电话的人都认为它远胜于转盘式电话。贝尔实验室的研究人员为使这种新产品为人们所接纳，真可谓绞尽脑汁。他们实验了16种按键排列方式