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1工业设计专业人机工程课程设计指导书天津科技大学机械工程学院工业设计教研室2一、课程设计的目的人机工程学是工业设计专业方向的专业基础课，是应用性、实践性十分强的学科。本课程（设计）是人机工程学理论课程的实践环节，目的是使学生在具体案例设计中训练学生的人、机和环境系统的设计能力，能够在产品创新设计的过程中运用人机工程学原理使产品既方便使用又适合人的舒适性要求。学生通过课程设计能够深刻理解人机工程学的应用价值，锻炼综合运用人机工程学的能力，在今后的设计中能够充分考虑人的生理、心理、解剖等方面的因素，实现人-机-环境之间协调与产品使用过程中的安全、舒适、高效率。二、课程设计的基本要求：本课程（设计）要求学生在案例设计分析中，锻炼在产品创新设计中对人机工程学的理论知识的综合运用能力。首先，学生应该能分析市场现有产品中人机界面设计的宜人性，发现设计上存在的使用不舒适、影响使用者安全健康，影响工作效率的提升的缺陷，能够据此提出改良设计方案。其次，对于市场的潜在需求，学生能够确定产品的功能需求，自觉运用人机工程学原理提出创新设计方案。在课程设计过程中，应保持严谨求实的科学态度。对图纸质量应高标准严要求，不仅要整洁干净，而且不应出现原则性的错误；设计计算过程方法要合理，计算应准确；手写说明书应字迹工整，打印说明书排版要规范，严禁抄袭或大肆拷贝网络上的内容；此外，在设计过程中应具有创新意识，提倡独立完成设计任务，同时应发扬相互合作、取长补短的优良作风。三、设计题目说明本次课程设计要求完成一款儿童自行车的设计。儿童自行车（英文译为Children’sbicycle/bike，kidsbicycle/bike，国标中译为Bicyclesforyoungchildren），又称孩童脚踏车，是童车的一种，而童车又是儿童玩具中的一大门类。其中包括儿童自行车、儿童三轮车和婴儿学步车。国家标准GB14746-93《儿童自行车安全标准要求》中规定4-8岁儿童骑行自行车的安全要求，并指出适用于鞍座高度在435-635mm内的靠传动机构由后轮驱动的儿童自行车，这类自行车不能在公路上行驶（注意8岁以上的要求有所放宽）。与成人自行车相对而言，儿童自行车除了尺寸小以外，最主要的特征在于整体造型自由多样、色彩搭配、表面装饰上更具有儿童化。儿童自行车的功能主要有两点：1）娱乐功能、2）健身功能（锻炼肌肉、身体协调性与平衡能力锻炼）。其消费特点目前也发生变化，主要有健康发展性消费（考虑孩子健康成长的物质和精神需求）、攀比炫耀性消费（侧重象征性）、礼品性消费等。31、儿童自行车整车结构与设计点自行车的结构造型应有所突破，有较强的创新性。注意：上图仅是提供了一个整车感性参考，不是要求按照上图的样式进行改良设计，提出的方案要敢于打破常规，大胆想象。例如，在某个设计方案中可能没有工具箱、泥板或其他元素。2、一般规格与使用年龄目前市场上销售的儿童自行车的规格主要有：12、14、16、18、20寸五种规格（指自行车圈直径，1英寸=25.4mm）。使用年龄一般为从4岁到8岁左右，甚至8岁以上的儿童骑乘。四、设计要点与要求1）整体设计（主题、风格）儿童自行车的整体设计是指要对所有的造型要素的整合与融汇，展现出一种完整和谐的产品形态，另外还意味着创意思想的单纯性与同一性。例如，以动物豹子为主题的设计，从创意思想到装饰纹样、色彩、车架及配件的造型都要贯穿同一概念——豹子。对儿童自行车进行整体设计要深入了解各年龄段目标消费者的心理发展特征。让设计有的放矢、满足孩子的好奇心、让孩子愉悦身心、开发智力，激发孩子去了解未知的事物。2）形态与结构设计形态与结构设计主要包括车架、配件设计两大部分。车架形态是识别儿童自行车款式的首要因素，其设计要体现儿童产品的形态与结构特点，符合儿童的审美观，例如形态上的卡通化、夸张化、拟人化等。配件种类参见图1（可多可少），注意配件的造型与车架整体的协调性。设计要适度考虑结构的合理性，特别是零部件之间的连接结构。与人体有关的结构设计要素主要分为动力接受部件与支撑部件两部分。动力接受部件主要包括脚蹬和曲柄。支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等。从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着密切的联系。3）色彩与贴花设计图1自行车结构示意图4儿童自行车色彩设计应具有鲜明的审美特征。例如可考虑色彩的装饰性、流行性与地域性等。色彩设计要考虑儿童的认知发展（特别是色彩）的特点。贴花是指的儿童自行车上的装饰图案，这些装饰图案通常以带背胶的粘纸形式贴在自行车的车身上。4）童车设计中的其他人机要素在儿童自行车设计中，需要考虑的其他人机要素有以下几方面：（1）安全性参见国标GB14746-93《儿童自行车安全标准要求》。要充分考虑不同年龄段的儿童认知、行为、运动能力的发展特点。设计中有较强的安全冗余度，考虑合理的滥用，包括儿童上车、骑行、下车，甚至搬运、生产组装中的安全性。自行车的安全装置（支撑轮或手闸等）设计。（2）零部件形态、结构与人体尺寸的协调性现行的国家标准没有儿童的人体尺寸，设计时可参照有关机构发表的研究数据，并在设计说明中注明，或者进行小样本测试。数据不够充分时，可依据身高尺寸，按照人体尺寸的比例关系进行推算。注意人体尺寸包括静态结构尺寸与动态尺寸。自行车设计时要考虑尽量使髋关节、膝关节、踝关节、肩关节、肘关节、腕关节的活动范围处于舒适范围内。（3）自行车的性能与儿童的运动能力儿童四肢的施力特性，不同于成年人，力量相对较小，设计时要有所考虑，但不是要求设计必须符合特定的数值标准，而是要意识到儿童的特点。在设计的细化阶段，要适度考虑心脏负荷（制约脚踏速度的确定）、输出功率、平衡能力等方面，设计时可查阅有关已发表的研究报告或进行调研，如缺乏数据，相关的设计至少要合理，不能有悖常识。五、设计流程1、市场调研与设计定位研究市场现有产品状况，同类产品的销售状况（消费者的接受程度），现阶段儿童（目标群体）的心理与消费状况，确定设计方针与车架规格（轮胎大小，如14寸），如风格特征、功能、材料应用等。2、创意构思与设计概念设计与草图表达（针对整车、车架与配件）；确定方案与效果图；产品三维建模；产品配色、贴花设计（视进度与复杂度而定）尺寸计算主要包括：1）鞍座距离地面高度H1与小腿长、足高、大腿长等下肢功能长度有关，加适当修正量。高度一般在435—635mm。小于435mm的童车，另外还要符合GB6675-2003《国家玩具安全技术规范》。2）鞍座与五同中心距离H2及曲柄长度L1五通中心是指曲柄在车架上的转动中心。这部分涉及的尺寸包括小腿长、足高、大腿长，要注意H2和L1之和要小于下肢长（大腿、小腿、足高之和）。曲柄长度确定方法可参照教材及国家标准，但要注意初始数据的不同。3)脚蹬与距离地面的安全距离H3该距离要适当，应要保证自行车倾斜20°时脚蹬不触及地面。另外需要考虑足尖间隙，即脚蹬和前轮胎或前泥板之间的间隙至少为89mm。（详见国标GB14746-2006）4）车座与车把的距离L25）车把宽度L35L2与L3的确定与上肢长度及骑行时上臂与前臂夹角、左右胳膊张开角度有关，影响到操纵的舒适性。以上尺寸必须算出。其他细节尺寸可视情况而定，包括鞍座的长、宽，把套的宽度、脚踏板宽度等尺寸。3、方案的人机分析与优化在方案较为成熟之后，从心理、心理，使用的安全性、舒适性等角度，以人机学的理论对设计进行评价分析，进行方案的优化。4、设计的完善完善设计，并撰写设计说明书六、成果形式与要求课程设计的成果以设计图纸和设计说明书的形式给出，完成2个设计方案。1、手绘图纸要求至少提交2张说明性设计手绘图（上色），能从各个角度反映设计形态，每张对应1个设计方案，如有必要可画多张，图副优先选A3，其次选A4。2．工程图基本设计图样采用三视图或透视图均可，形式不拘。作为人机工程设计，注意以下两点：第一，在技术可行的判断下，一般不需要做结构细节的详尽设计。第二，设计不同于方案构思，设计图上应标注必要的三度空间尺寸，表达量化的人机工程设计结果，而且人机学分析的主要构型要素、物质要素等也应表达出来。基本图样上克服必要的、简略的文字说明。图纸数量以表达清楚设计结果为准，图纸图幅大小以清楚表达零部件外形、结构、相互关系为主，不得过大。图纸比例要恰当、准确。图量要求：A3图副的图纸1张，画自行车整体，要求有主视图、左视图、俯视图；A4图副图纸2张，画2个零件，可选链罩、车把、泥板、车筐等，不建议画鞍座。2、三维建模与效果图进行三维建模并生成效果图，注意渲染效果的真实感，并排版。效果图中要突出体现设计所考虑的人机要素。每个方案完成六视图（6张）与立体效果图（轴测图、1张），均为A4图幅彩色打印。电子版建模源文件及效果图片统一刻盘上交。3．设计说明书3.1设计说明书一般包含以下几部分内容，总页数25-30页，字体大小为小四号（手写时可参照），行间距约1.25倍，不得采用超大行间距及超大号字体打印或手写。（1）设计题目的提出与确定（2）儿童自行车设计调研与分析包括该产品设计、生产与销售现状、实物调研、发展趋势、消费心理及儿童身心特点等。要通过文献数据库（如中国知网Cnki、维普等数据库）、搜索引擎、设计论坛等途径搜集资料，对引用的文献要在设计说明书中标注出来。（3）儿童自行车设计方案构思包括构思过程中的：设计创意来源、自行车功能设计、整车设计风格与定位描述、设计创新点等内容。说明书中要兼有简图与文字，建议补充思维导图。有多个设计方案时，要作比较分析。（4）设计计算与形态结构设计计算的目的在于从结构、比例、尺寸等角度对上述方案进行合理优化与规范。主要计算上述提到的5个共性尺寸。说明书中要有简图，见图上标出尺寸代号以便于读者阅读，然后在正文中写出计算过程及结果（对自选配件的尺寸的确定过程，说明书中也应该有所说明）。6这部分要完成车架结构与形态设计、配件形态与结构设计，并加以说明其功能、结构设计的依据。（5）童车设计的人机分析与优化童车设计中的人机分析与设计在方案构思、尺寸参数计算阶段即应有所考虑，在计算后要再次进行分析，包括安全性设计、情感化设计等方面。（6）色彩与贴花设计色彩设计要注意符合儿童的身心发展特点，并与设计主题协调。贴花设计包括车架、车筐、链罩等区域（视设计方案而定），可依据设计风格选择。（7）设计小结包括优缺点、得失与收获等。（8）参考文献3.2明书应纲目清楚、文字简练、表意准确，并注意版式。3.3明书统一用A4纸打印或书写，要有简朴大方的封面设计，并装订成册。七、进度安排：（一）明确课程设计任务教师依据人机工程课程设计指导书布置课程设计，学生应明确目的、要求和工作步骤。（二）制定设计进度计划为如期完成设计，设计者应于正式设计之前，根据课程设计任务和各部分熟悉的程度，拟定出进度计划，课程设计各部分所需时间，随具体题目及个人情况而异，一般为：理论分析、计算0.5w设计、绘图1w撰写设计说明书及答辩0.5w总计2w（三）调研搜集资料完成资料检索和调研，包括现况、实物调研、文献资料收集及其分析归纳。（四）理论分析、计算探索可能的改进和最佳的解决方案，细节分析计算，细化方案。要注意方案的创新性。（五）设计、绘图用三视图或透视图的方式表达量化的人机工程设计结果，用效果图体现最终设计方案的视觉效果。应该深刻理解设计的严谨性，掌握相关设计手册的查阅方法，熟悉工程设计的全过程。（六）撰写设计说明书及答辩整理设计资料，撰写设计说明书，参加答辩，答辩于课程设计两周的最后一天进行。八、考核方式图纸及说明书70%答辩30%九、课程的主要参考书1、《人机工程学与设计应用》张峻霞，王新亭，国防工业出版社，2010.12、《人机工程学教程》，赵江洪谭浩，高等教育出版社，2001年第一版3、《普通人机工程学》，赵江洪，湖南科技出版社，1988年第一版。4、《人机工程学》，丁玉兰，北京理工大学出版社，2000年第二版。5、《工业设计人机工程》，阮宝湘、邵祥华编著，机械工业出版社，2005年5