人机工程学-工业设计

人机工程学与产品设计人机工程学鼠标•来自德国品牌Minicute的这款创意人体工程学鼠标EZmouse一改传统鼠标造型，在充分放松的姿势下握住它可以消除扭曲和伸展前臂时的紧绷。EZmouse在造型上将鼠标左键和右键设计在一个斜面上，这是根据研究人在握鼠标时的人机状态而得出的造型，因而在你在使用的时候手腕就会得到完全放松.目前该产品已经获得美国专利并以成功上市销售，得到了德国，日本,韩国，北美等地区消费者的一致好评。对于很多老年人或者受到外伤而失去部分活动能力的人而言，外出活动或者与他人交往的最大障碍是因为行动能力而导致的缺少自信。这款名为Aid的个人健康管理设备希望能够有所帮助。Aid的样子就是一个拐杖–它的一个主要功能也是拐杖的支撑。它在老年人迷路的时候能够提供及时的引导，或者向他人提出援助请求。它还可以随时监控使用者的血压和脉搏。紧急情况下按一下SOS按钮就会把使用者当前的健康状况和位置发送到指定的人员那里。有了这些帮助，老年人就会能够更加自信、更加独立地外出进行社会交往了。这款“轻松如意”碗（TakeEasy）的设计实际上非常简单，但是很有效。它的碗底不是常见的平的，而是有一些镂空，手指刚好伸进去。端碗的时候，大拇指抵住碗口，其它手指如食指或者中指伸到碗底，一只手即可稳稳把碗端起。这样就不怕碗烫手了这款设计入围2011iF概念设计大奖。设计师：Cheng-WeiWang&JiuanMauTzeng这款“轻松如意”碗（TakeEasy）的设计实际上非常简单，但是很有效。它的碗底不是常见的平的，而是有一些镂空，手指刚好伸进去。端碗的时候，大拇指抵住碗口，其它手指如食指或者中指伸到碗底，一只手即可稳稳把碗端起。第一章人机工程学概论•现代的工业产品造型设计，不仅要求造型新颖、美观、大方，色彩符合现代人的欣赏习惯，以及使用新材料、新工艺、新结构，还应包括产品的造型设计必须符合人机工程学的要求。人机工程学是本世纪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。————好看又好用•该学科在美国称为人类工程学(HumanEngineering)或人的因素工程学(HumanFactorsEngineering)，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。一、什么是人机工程学•国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。二、人机工程学研究的内容1.人体特性的研究2.人机系统的整体设计3.研究人与机器间信息传递装置和工作场所的设计4.环境控制和人身安全装置的设计人机产品设计实例•手持式产品设计手持式产品的设计参数和设计指导1.重量参数轻量产品1）、把持部分不应出现尖角和边棱2）、手柄的表面增加摩擦力3）、不设沉沟槽，不可能与所有人的手指匹配4）使用状态手腕可以伸直，减轻手腕疲劳5）外力作用于手柄时，应同时考虑推力、拉力和扭矩力6）根据外力要求，确定手柄直径7）避免手持部分的抛光处理第一节：手持式产品的设计参数和设计指导1.重量参数重量产品手臂提起产品，重量不超过2.3公斤，避免前臂肌肉和间旁的疲劳和损伤要求作用点精确的手持式工具，重量不应超过0.4公斤第一节：手持式产品的设计参数和设计指导2.手柄设计简单的情况下，交互面采取了手柄的形式，在复杂的装置中，手柄演化为控制面板，输入复杂的情况下，演变为人机交互面。第一节：手持式产品的设计参数和设计指导2.手柄设计手柄的设计参数最小手柄长度100mm为了握紧的手柄，直径应为30-50mm（如打井钻）为了确定精确位置的手柄，直径应为8-16mm，如小型螺丝钻手柄若使用者不戴手套，手柄产品距产品其它表面的间隙：30-50mm人们使用某些手持式产品是要求具有两方面的功能：既要适应强力把握，又要能被准确控制作用点。1.需要有外力作用于手柄时，手柄表面质地应设计成树皮状花纹，以防止与手柄的相对滑动。2.设计优秀的手柄能让使用者在使用工具（产品）时保持手腕伸直，避免组织的超负荷。3.使用工具需产生不断变化和持久的扭矩时，应采用直手柄，如拧螺丝时需要紧握螺丝起子的手柄。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、调查研究法第二章人体测量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当人站立时，人体的足裸、腰部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力作用，以维持直立状态，而坐时，可免除这些肌力，减少人体能耗，消除疲劳，坐姿态比站立更有利于血液循环，而且有利于保持身体的稳定。目前，大多数办公室人员、脑力劳动者、部分体力劳动者都采用坐姿工作。随着技术的进步，愈来愈多的体力劳动者也将采取坐姿工作，因而工作坐椅设计和相关的坐姿分析日益成为人机工程学工作者和设计师们关注的研究课题。工作椅设计主要依据坐姿的优点坐姿的优点：消除静肌压力，减少体能消耗，利于血液循环，保持身体稳定。是最常采用的工作姿势。一、坐姿生理学支持人体的主要结构：脊柱、骨盆、腿和脚等脊柱由33块短圆柱状椎骨，相互间由肌腱和软骨连接。腰椎、骶骨和椎间盘及软组织承受坐姿大部分的作用。腰椎部分前凸；骶骨部分后凹。坐姿良好状态时，压力适当地分布在椎间盘上。肌肉组织承受均匀静载荷。坐姿时脊柱的状态：第三节工作座椅设计设计主要依据腰曲弧线四个生理弧线：颈曲、胸曲、腰曲和骶曲。其中与坐姿直接相关的是腰曲。正常的腰曲弧线：躯干与大腿之间必须有大于900的角度，且在腰部有所支承。二、坐姿生物力学肌肉活动度挺直坐姿：腰椎部分肌肉活动度高；靠背支承：腰椎活动力度明显减少。躯干前倾：背上方和肩肌肉活动度高。体压分布人体坐骨：能承受很大的压力；大腿底部：压力过大，会影响腿部的血液循环和神经传导不适。肩椎盘受力分析腰弧曲线正常：椎间盘上秋收的压力均匀而轻微；韧带上几乎无推力作用；韧带不拉伸；腰部无不舒适人处于前弯坐姿：相邻两椎骨前端间距缩小，后端间距增大；缩小引起的前端受推挤和摩擦，向韧带作用一推力。长期会引起椎间盘的病变。结论保证肢体免受异常力的作用。保证腰弧曲线正常；三、坐姿人体尺寸测量测量项目男（18~60）女（18~55）坐高908855坐姿膝高493458小腿加足高413382坐姿肘高263251大腿净高130130臀膝距554529坐深457433两肘间宽422404臀宽321344单位：mm百分位：50%设计要点第四节工作座椅设计1.与座姿工作的各种操作活动要求相适应；使操作者在工作中保持身体舒适、稳定并能进行准确的控制和操作。2.座高和腰靠必须是可调节的，并且是易于调节和可靠的；3.各部分结构不得存在积压、剪钳和伤人的部位；4.座面和背靠结构应使人感觉安全、舒适；5.腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性；6.腰靠应可存受250N水平力，腰靠倾角倾角不得超过150；7.工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒；座垫、腰靠和扶手的覆盖材料必须是柔软、防滑、透气、吸汗的不导点的材料；8.工作坐椅一般不设扶手，需设扶手的必须保证操作人员作业活动的安全。座椅的主要参数主要构件：坐面、腰靠、支架。辅助构件：扶手。参数代号数值(mm)测量要点座高a360~480在坐面上压以60kg，直径350mm半球重物。座宽b370~420(400)在座椅转动轴与坐面的交点处或坐面深度1/2处。座深c360~390(380)在腰靠高g=210mm处，非受力状态。腰靠长d320~340(330)腰靠宽e200~300(250)腰靠厚f35~50(40)腰靠上放直径400mm半球状物，施以250N的力。腰靠深g165~210(190)腰靠圆弧半径R400~700(550)倾覆半径r195座面倾角0°~5°(3°~4°)腰靠倾角95°~115°(110°)办公用座椅原型坐椅样品为研究使用参数而制的木椅模型坐椅的重要研究参数（男女身材综合考虑）男子身材大些女子身材小些坐椅成品扶手上的调节按钮模拟实验扶手细节设计草图五、坐椅的人机研究（以列车乘客坐椅为例）背椅可调节动态“座椅”的设计1）动态座椅3.座椅设计的新概念座面前倾的写字、绘图椅2）前倾式座椅膝靠式座椅3）膝靠式座椅坐椅产品欣赏一会议椅具有人机曲线的薄壳椅形，即节省了空间又十分舒适，同时还保持了传统会议椅的特点。六、坐椅设计举例靠背可调式坐椅坐椅产品欣赏二坐椅产品欣赏三坐椅产品欣赏四工作椅简约的工作椅既美观又轻便，更重要的是优美的人机曲线让人坐的舒适。坐椅产品欣赏五可以叠放，减小占地空间，叠放起来还很漂亮。坐椅产品欣赏六轻便椅第三章显示与操作设计第一节仪表显示设计•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