搜索
第六章产品人因设计原理6.1人因工学概述6.1.1人机工程学人机工程学是20世纪40年代后期跨越不同学科领域，应用多种学科的原理、方法和数据发展起来的一门新兴的边缘学科。人机工程学是以人的生理、心理特性为依据，运用系统工程的观点分析研究人与机械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、安全舒适、人—机—环境的配合达到最佳状态的工程系统，提供理论和方法的科学。因此，人机工程学可定义为：按照人的特性设计和改善人—机—环境系统的科学。第六章产品人因设计原理6.1.2人机工程学历史和起源有设计就有人机关系。早在石器时代，人类就逐渐学会了选择石块，打制成可供砍、砸、刮、割的各种工具，从而产生了原始的人机关系。此后，在漫长的历史岁月里，人类为了扩大自己的工作能力和提高自己的生活水平，便不断地创造发明、研究制造各种机器、设备、工具、用具、用品等等。旧石器时代工具第六章产品人因设计原理从19世纪末期到20世纪20年代，美国处于南北战争结束不久的资本主义蓬勃发展时期。当时工厂规模越来越大，使用的机器越来越多，生产技术日趋复杂，市场竞争更为激烈，资本家迫切要求提高企业的管理水平，其中首当其冲的是提高生产效率。这一时期，美国学者F．W．泰勒(Frederick．W．Taylor)在传统的管理基础上，首创了新的管理方法和理论，并据此制订了一整套以提高工作效率为目的的操作方法，并考虑了人使用的机器、工具、材料及作业环境的标准化问题。第六章产品人因设计原理第二次世界大战期间，由于战争的需要，许多国家大力发展效能高、威力大的新式武器和装备。但由于片面注重新式武器和装备的功能研究，而忽视了其中“人的因素”，因而由于操作失误而导致失败的教训屡见不鲜。例如，由于战斗机中座舱及仪表位置设计不当，造成飞行员误读仪表和误用操纵器而导致意外事故；或由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理尺寸而造成战斗命中率低等现象经常发生。失败的教训引起决策者和设计者的高度重视。通过分析研究逐步认识到，在人和武器的关系中，主要的限制因素不是武器而是人，并深深感到“人的因素”在设计中是不能忽视的一个重要条件；同时还认识到，要设计好一个高效能的装备只有工程技术知识是不够的，还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。战斗机坐舱第六章产品人因设计原理1949年2月16日在英国海军部召开的会议上通过了人类工程（Ergonomics）这一名称，正式宣告人机工程学作为一门独立学科的诞生。进入60年代以后，欧美各国进入了大规模的经济发展时期。科学技术的飞速发展，电子计算机应用的普及，工程系统的进一步复杂及其自动化程度的不断提高，宇航事业的空前繁荣，一系列新学科的迅速崛起，不仅为人机工程学注入了新的研究理论、方法和手段，而且也为人机工程学提出了一系列新的研究课题，如核电站等重要系统的可靠性问题、计算机的人机界面设计问题、宇航系统的设计问题等等，所涉及的专业和学科也愈来愈多，主要有解剖学、生理学、心理学、工业卫生学、工业与工程设计、工作研究、建筑与照明工程、管理工程等专业领域，从而拓宽了人机工程学的研究范围和应用范围，促进了人机工程学的发展和进步。第六章产品人因设计原理从60年代至今，可以称其为现代人机工程学发展阶段。60年代人机工程学研究的指导思想是，将人、机、环境作为一个完整系统，使系统中人、机、环境获得最佳配合，以保证系统整体最优。70年代以后，在指导思想上有人主张应特别强调人类的基本价值，特别强调在系统、工具、环境设计中考虑操作者的个体差异，让科学技术不仅在产品上能满足人类要求，而且使人类在操作机械的过程中也能获得满足。第六章产品人因设计原理随着人机工程学所涉及的研究和应用领域的不断扩大，从事本学科研究的专业机构IEA在其会刊中指出，现代人机工程学发展有三个特点：1)不同于传统人机工程学研究中着眼于选择和训练特定的人，使之适应工作要求；现代人机工程学着眼于机械装备的设计，使机器的操作不越出人类能力界限之外。2)密切与实际应用相结合，通过严密计划规定的广泛的实验性研究，尽可能利用所掌握的基本原理，进行具体的机械装备设计。3)力求使实验心理学、生理学、功能解剖学等学科的专家与物理学、数学、工程学方面的研究人员共同努力、密切合作。第六章产品人因设计原理6.1.3人机工程学的研究范畴与研究方法本学科的根本研究方向是通过揭示和运用人、机、环境之间相互关系的规律，以达到确保人一机一环境系统总体性能的最优化。(一)研究人的生理、心理特性和能力限度(二)研究人机功能的合理分配(三)研究人机相互作用及人机界面的设计(四)研究作业场所设计和改善(五)研究作业环境及其改善(六)研究作业及其改善(七)研究系统的安全和可靠性(八)研究组织与管理的效率第六章产品人因设计原理研究方法包括：（一）实测法是一种借助于仪器设备进行实际测量的方法。（二）观察法观察法是研究者通过观察、测定和记录自然情境下发生的现象来认识研究对象的一种方法。（三）实验法实验法是在人为控制条件下，系统地改变一定变量因素，以引起研究对象相应变化来作出因果推论和变化预测的—种研究方法。（四）模拟和模型试验法由于机器系统一般比较复杂，因而在进行人机系统研究时常采用模拟的方法。模拟方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器、机械的模型以及各种人体模型等。第六章产品人因设计原理（五）分析法分析法是在上述各种方法中获得了一定的资料和数据后采用的一种研究方法。目前，人机工程学研究常采用如下几种分析法：(1)瞬间操作分析法(2)知觉与运动信息分析法(3)动作负荷分析法(4)频率分析法(5)危象分析法(6)相关分析法第六章产品人因设计原理（六）调查法调查法是获取有关研究对象材料的一种基本方法。它具体包括访谈法、考察法和问卷法。（1）访谈法是研究者通过询问交谈来搜集有关资料的方法。（2）考察法是研究实际问题时常用的方法。通过实地考察，发现现实的人一机一环境系统中存在的问题，为进一步开展分析、实验和模拟提供背景资料。（3）问卷法是研究者根据研究目的编制一系列的问题和项目，以问卷或量表的形式收集被调查者的答案并进行分析的一种方法。第六章产品人因设计原理（七）感觉评价法感觉评价法是运用人的主观感受对系统的质量、性质等进行评价和判定的一种方法，即人对事物客观量作出的主观感觉度量。感觉评价对象可分为两类：(1)是对产品或系统的特定质量、性质进行评价；(2)是对产品或系统的整体进行综合评价。现在前者可借助计测仪器或部分借助计测仪器进行评价；而后者只能由人来评价。感觉评价的主要目的有：按一定标准将各个对象分成不同的类别初等级；评定各对象的大小和优劣；按某种标准度量对象大小和优劣的顺序等。第六章产品人因设计原理第六章产品人因设计原理（八）心理测验法心理测验法是以心理学中个体差异理论为基础，对被试个体在某种心理测验中的成绩与常模作比较，用以分析被试心理素质的—种方法。这种方法广泛应用于人员素质测试、人员选拔和培训等方面。心理测验按测试方式分为团体测验和个体测验。前者可以同时由许多人参加测验，比较节省时间和费用；后者则个别地进行，能获得更全面和更具体的信息。心理测验按测试内容可分为能力测验、智力测验和个性测验。6.1.4设计与人体工程学一、为设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、体重、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数，还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数；分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感受器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。第六章产品人因设计原理二、为设计中“物”的功能合理性提供科学依据如搞纯物质功能的创作活动，不考虑人机工程学的原理与方法，那将是创作活动的失效。因此，如何解决“物”与人相关的各种功能的最优化，创造出与人的生理、心理机能相协调的‘物”，这将是当今工业设计中在功能问题上的新课题。通常，在考虑“物”中直接由人使用或操作部件的功能问题时，如信息显示装置、操纵控制装置、工作台和控制室等部件的形状、大小、色彩及其布置方面的设计基准，都是以人体工程学提供的参数和要求为设计依据。第六章产品人因设计原理三、为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则通过研究人体对环境中各种物理、化学因素的反应和适应能力，分析声、光、热、振动、粉尘和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程度，确定了人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，从保证人体的健康、安全、舒适和高效出发，为工业设计中考虑“环境因素”提供了分析评价方法和设计准则。第六章产品人因设计原理四、为进行人一机一环境系统设计提供理论依据人机工程学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究在人机工程学中将这个系统称为“人一机一环境”系统。在这个系统中人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。本学科的人机系统设计理论，就是科学地利用三个要素之间的有机联系来寻求系统的最佳参数。第六章产品人因设计原理五、为“以人为本”的设计思想提供工作程序一项优良设计必然是人、环境、技术、经济、文化等因素巧妙平衡的产物。为此，要求设计师有能力在各种制约因素中，找到一个最佳平衡点。从人机工程学和工业设计两学科的共同目标来评价，判断最佳平衡点的标准，就是在设计中坚持“以人为本”的主导思想。第六章产品人因设计原理6.2系统中的人因人是人机系统中的核心和基础，人因工程设计的首先因考虑系统中人的因素。第六章产品人因设计原理6.2.1人的生理基础人由若干生理系统构成，包括：（一）呼吸系统（二）消化系统（三）循环系统（四）神经系统（五）肌肉、骨胳系统第六章产品人因设计原理感觉器官包括：（1）视觉（2）听觉（3）味觉（4）嗅觉（5）肤觉运动器官包括：（1）上肢（2）下肢第六章产品人因设计原理6.2.2人体尺度（一）数学模型为了研究和分析人体动作范围、作业姿势、作业区域等，用数学方法对人体各部分尺寸与相对位置进行描述的模型，称为人体数学模型。（二）人体模板人体模板是根据标准人体尺寸(对人体测量数据进行处理和选择后得到)，按1：1、1：5或其他实际需要的比例，用塑料板或纤维板等材料制成的各关节均可活动的探体穿鞋二维人体模型。目前在美国、德国、日本等国家，人体模板作为一种有效的辅助设计手段，已被广泛应用于人机系统设计中。成套的标准人体模板也已作为一种设计的辅助工具出售。第六章产品人因设计原理（三）模拟人试验用人体模型都是三维的，所以又称模拟人，或假人。根据试验要求的不同，有模拟人体全身的模拟人，以及模拟人体一部分的头部模型、胸部模型。模拟人按人体尺寸不同，有相当于95％、50％和5％人体的模型，分别称为AM95％模拟人、AM50％和AM5％控拟人。第六章产品人因设计原理6.2.3人的个体作业行为作业是具体的行为动作，是为完成一定目的而做出的一系列动作的联合。工业设计师对动作的研究，带有较强的目的性，通常着重研究处于作业状态下人的物理量输出的能力和极限，如力、位移、速度、加速度和频率等。工业设计师还需要研究人的作业姿态，包括肢体的活动范围、人的肌力、作业姿态与持续施力等。第六章产品人因设计原理6.2.4人的心理基础作为人—机—环境系统中起主导作用的人，其心理现象可概括为心理过程和个性心理两大方面。了解人的心理特征，对人—机—环境系统的设计、分析和评价都有重要意义。人的行为内部交织着各种复杂的心理因素。出此，在分析某个行为的时候，应分别对各种心理因素进行分析，在分析集团的行为的时候，应尽可能收集各种因素所具