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人机工程学分享Leon2018-03-021.什么是人机工程？2.人体因素3.机械因素4.环境因素主要内容5.人机系统设计6.AR人机工程思路什么是人机工程？人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用，用以设计使操作者能操作舒适、发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制和交互的各个仪表或按钮等最合适的位置。人机械环境人机工程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。因素：机械考虑人和机器及环境的相互作用，目标在工作中、家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。从人体测量学、生理学、心理学以及生物力学以及工程学的研究方法综合的进行人体结构、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，并研究控制和交互的各个仪表或按钮等最合适的位置。因素：人人和机械的工作环境，包括温度、湿度、光线亮度、色彩、噪声、振动等常见作业环境条件，合理设计和控制环境因素，有利于提高工作状态的舒适度、可持续性、提升工作效率、减小机械损耗、维护机械寿命等。因素：环境人机工程设计目标1.最大限度地减少人的精神负担和压力；2.尽可能使操作方便、快捷、准确、可靠；3.尽可能使人工作时舒适、安全、不易疲劳；人机工程应用----无处不在研究人机工程的方法观察分析法实测法实验法模拟和模型实验法计算机数值仿真法观察被研究对象的动作、姿势、运动、位置、表情、情绪、社会交往、人机交互等各种活动，得到分析报告，总结分析结果得出结论。借助仪器设备进行实际测量的方法。比如，对于人体静态与动态参数、系统参数、作业环境参数的测量。采用实验设备针对一定样本数量长时间多人次的进行实验观测获得数据。如1-3.比较复杂的机器系统，可以建立人体模型和机械模型来模拟，降低验证和获取数据的成本。如1-4.多变量的复杂人机系统，可以建立数据模型如函数关系等进行多变量数据模拟。2.人体因素2.1人体数据测量2.2人体感知2.3生物力学2.1人体数据测量人体测量数据主要分为两类：一类为静态测量数据，一类为动态测量数据。照实际使用来分类，可以分为如下三种：a.形态测量：以检查人体形态的方式进行测量，主要内容有：人体长度，人体体型，人体体积和重量，人体表面积。b.生理测量：测量人体的主要生理指标，主要内容包括：人体出力范围，人体感觉反应，人体疲劳。c.运动测量：在对人体静态形态测量的基础上，测量人体的活动过程和活动范围的大小，主要内容有：动作范围，动作过程，形体变化，皮肤变化。人体数据测量案例身高眼高及坐高肘高坐姿肩高及腰围最大肩宽及臀宽侧向手握距离人体数据部分设计比例值代号定义设备高与身高之比123456789101112121314151617171819202122232425举手达到的高度可随意取放东西的搁板高度（上限值）倾斜地面的顶棚高度（最小值，地面倾斜度为5~15°）楼梯的顶棚高度（最小值，地面倾斜度为25~35°）遮挡住直立姿势视线的隔板高度（下限值）直立姿势眼高抽屉高度（上限值）使用方便的搁板高度（上限值）斜坡大的楼梯的天棚高度（最小值，倾斜度为50°左右）能发挥最大拉力的高度人体重心高度采取直立姿势时工作面的高度坐高（坐姿）灶台高度洗脸盆高度办公桌高度（不包括鞋）垂直踏棍爬梯的空间尺寸（最小值，倾斜80~90°）手提物的长度（最大值）使用方便的搁板高度（下限值）桌下空间（高度的最小值）工作椅的高度轻度工作的工作椅高度轻度工作的工作椅高度*小憩用椅子高度*桌椅高差休息用的椅子高度*椅子扶手高度工作用椅子的椅面至靠背点的距离4/37/68/71/133/3411/1210/116/73/43/55/96/116/1110/194/97/172/53/83/81/33/133/141/63/171/62/133/20设备及用具的高度与身高的关系2.2人体感知感觉是人脑对直接作用感觉器官的客观事物的个别属性的反映。人的感觉器官接受内、外环境的刺激，并将其转化为神经冲动，通过传入神经，将其传至大脑皮质感觉中枢，便产生了感觉。人的感觉包括视觉、听觉、味觉、嗅觉、触觉、运动觉、本体觉等，人体的这些感觉既能够接收外部环境的信息，又能感知身体所处的状态。人体感知在人机系统设计中重点关注感觉和知觉特征、视觉的功能及特征、听觉机能及其特征、其他感觉机能及特征、人的心理特征等因素。好的人机工程设计带来感官的舒适和美感。听觉视觉触觉感觉类型特征感觉类型感觉器官适宜刺激刺激起源识别外界的特征作用视觉眼可见光外部色彩、明暗、形状、大小、位置、远近、运动方向等鉴别听觉耳一定频率范围的声波外部声音的强弱和高低，声源的方向和位置等报警，联络嗅觉鼻腔顶部嗅细胞挥发的和飞散的物质外部香气、臭气、辣气等挥发物的性质报警，鉴别味觉舌面上的味蕾被睡液溶解的物质接触表面甜、酸、苦、咸、辣等鉴别皮肤感觉皮肤及皮下组织物理和化学物质对皮肤的作用直接和间接接触触觉、痛觉、温度觉和压力报警深部感觉机体神经和关节物质对机体的作用外部和内部撞击、重力和姿势等调整平衡感觉半规管运动刺激和位置变化内部和外部放置运动、直线运动和摆动等调整人体各主要感觉器官的适宜刺激及其识别外界的特征视觉视觉的功能是视觉器官对客观事物识别能力的总称；它包括视角、视力、视野、对比感度和视觉适应等。视角是被看目标物的两点光线投入眼球时的夹角，视力是眼睛分辨物体细节能力的一个生理尺度（视力=1/临界视角）。视野是当人的头部和眼球不动时，人眼能察觉到的空间范围，通常以角度表示。在水平面内最大固定双眼视野为180°，扩大的视野为190°，在标准视线左右各10°～20°视野内可以辨别字。在标准视线左右各5°～30°视野内可以辨别字母，在标准视线右30°～60°范围是颜色视野，人最敏锐的视力是在标准视线两侧各10°的视野内。操作者在进行作业时，除要注视操作对象外，还要求看到周围情况。如果视野很小或缺损，将会对工作效率产生影响，甚至造成工作事故。色视野是指颜色对眼的刺激能引起感觉的范围，如图2—12所示，白色的视野最大，其次黄、蓝、红、绿等。视距是人在工作过程中正常的观察距离。作业时，视距过远或过近都有会影响认读速度和准确性。一般应根据观察目标的大小和形状以及工作要求确定视距，普通操作的视距范围在38～76cm之间，在56cm处最为适宜。观察时头部转动角度，左右均不宜超过45°，上下均不宜超过30°，当视线移动时，在移动过程中97%的时间的视觉是不真实的，因此，应避免在移动视线过程中进行观察，表2—3为推荐采用的不同工作要求的视距值。表2—3不同工作任务视距的推荐值任务要求举例视距离（眼至视觉对象）单位：cm固定视野直径单位：cm备注最精细的工作安装最小部件（表、电子元件）12～2520～40完全坐着，部分地依靠视觉辅助手段（小型放大镜、显微镜）精细工作安装收音机、电视机25～3540～60坐着或站着中等粗活在印刷机、钻井机床旁工作50以下至80坐或站粗活包装、粗磨50～15030～250多为站着远看黑板、开汽车150以上250…坐或站其它主要视觉特点人要看清物体，习惯于从左到右，从上到下，顺时针进行，而且水平方向优于垂直方向，对水平方向的尺寸和比例的估计要比垂直方向更为准确，迅速和省劲。在偏离视中心时，在相同偏离条件下，观察的优先次序是左上、右上、左下、右下象限。双眼观察时，两眼同步协调动作；获得视觉印象的最短时间为0.07～0.3秒，平均0.17秒；对运动目标，仅在运动速度大于1～2分/秒时才能签别。眼睛对于表面与轮廓比形体更为注意；直线轮廓比曲线轮廓更易于接受；观察人时，视线集中于眼，其次为嘴，耳和轮廓。阅读时眼睛作单挛运动，一行文字约分3—7个视点，跳跃移动阅读，一视点约250毫秒，移动约10毫米。视觉的这些特点对于产品界面设计和作业任务的安排是十分重要的。听觉可听声主要取决于声音的频率，具有正常听力的青少年（年龄在12—25岁之间）能够觉察到的频率范围大约是16～20000Hz。一般人的最佳听闻频率范围是20～20000Hz。对于1000Hz～4000Hz频率的声波，人的感受性最高。人耳对声音频率的感觉很灵敏，对于500～4000Hz的声波，频率相差3%就能分辨出来。人对声强的辨别能力不如对频率灵敏，只有当一声音比另一声音增加26%或声压增加12%时，才能辨别出来。一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应，称为掩蔽效应。其它感觉肤觉肤觉是靠皮肤表面的感受器接受外来刺激而产生的感觉。事实上，肤觉并非单一感觉，而是包括触觉、痛觉、温觉、冷觉等感觉。下面分别简略说明。触觉触觉也称压觉或触压觉，是皮肤表面承受物体压力或触及物体时，所产生的一种感觉。因此，触觉的产生，因情形不同而又分为两种：一为被动触觉，由外界物体置于皮肤上所产生的压力引起的感觉；另一种为主动触觉，它是人以肢体主动接触物体时产生的感受。以同一物体对人的接触对象来看，主动触觉比被动触觉更为灵敏。平衡觉是人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉，平衡觉感受器是内耳中的半规管与前庭。2.3生物力学人机工程中的生物力学重点关注人体在各个受力状态下身体各部分能承受的力度、肢体最佳工作角度、工作效率及舒适度等问题。运动系统是人体完成各种动作和从事生产劳动的器官，主要由骨骼、关节和肌肉三部分组成。人体的运动是以关节为支点，通过附着于骨面的肌肉的收缩，牵动骨骼改变位置而产生的。在运动过程中，骨是运动的杠杆，关节是运动的枢纽，肌肉是运动的动力。三者在神经系统的支配和调节下协调一致，随着人的意志，共同完成各种动作。身体主要部位肌肉所产生的力（N）肌肉的部位手臂肌肉上臂肌中的肌肉手臂弯曲时的肌肉手臂伸直肌肉姆指肌肉背部肌肉（取于屈伸肌）力的数值男右3822842842251181196左36327422420698女右21612720617688696左19612719616778角度与受力图2—26所示在直立姿势下弯臂时，不同角度时的力量分布，以图中可了解到在70°处可达到最大值，即产生相当于体重的力量。是许多操纵机构（例如方向盘）置于人体正前上方的原因。人机工程中的生物力学设计原则：避免弯腰或不自然的身体姿势。容易疲倦，低效。避免长时间抬手作业。尽量坐着工作，坐着工作比站立工作省力。作业位置（高度或空间）应按照工作者的眼睛和观察距离设计。考虑到常用工具的放置，如螺丝刀、酒精、剪刀。考虑重力作用，移物尽量平移，避免克服重力做功。3.机械因素3.1人机界面设计3.2工具设计3.3工作台与空间设计3.1人机界面设计每一件产品都以一定的方式，向外界传递自身的信息，人通过这些信息来了解产品的状态，并根据这些信息作出决策和反应，因而，产品的信息显示设计，必须符合人的感觉通道的传输特点，以保证人能够迅速而准确地获得这些信息。显示器设计除要完整、准确反映产品的状况外，还应适合人的感觉器官生理特征，使人与显示器能够充分协调，既要考虑显示器的形状、位置、色彩、环境等因素，还要考虑到人的生理、心理、社会等因素。界面设计要点：1.在设计指针式仪表时，主要是设计和选择好刻度盘指针、字符和色彩匹配并使它们之间相协调以符合人对于信息的感受、辨别和理解等生理和心理特征，从而使人能迅速而又准确地接受信息。2.选项或仪表类型分布合适，美观。3.使用者与显示装置之间的观察距离合适，信息清晰容易捕捉，便于识别和记忆。4.选择有利于显示与认读的型式，以及考虑颜色和照明条件。5.设计符合国际设计规范，有利于国际化。3.2工具设计在工作喝生活过程中，长久使用设计不良的工具和设备，会造成使用者操作不舒适、损伤与疾患、降低生产效率、增加使用者的工作负担。设计原则首先必须有效的实现预定的功能。必须与操作者身体成适当比例，使操作者发挥最大效率。必须按照作业者的力度和作业能力设计，适当考虑性别、训练程度、身体素质差异。设计工具时应考虑作业姿势不能引起过度疲