工业设计人机工程(第2版)课件

普通高等教育“十一五”国家级规划教材工业设计人机工程第2版阮宝湘等编著程能林孙苏榕主审（课件编制阮宝湘）机械工业出版社1第一章人机工程学概论第一节人机学的研究对象和目的第二节人机学的形成和发展学科思想的演进第三节人机系统与人机工程设计第四节人机学与工业设计第二章人体尺寸及其应用方法第一节人体尺寸概述第二节中国成年人的人体尺寸第三节其他国家的人体尺寸人体各部分尺寸的比例第四节产品设计中人体尺寸数据的应用方法第五节设施器物的人体尺寸适应性与动态人体尺寸目录2第三章桌椅设计第一节桌椅设计概述第二节坐姿生理解剖基础第三节座椅的功能尺寸第四节坐垫与靠垫第五节办公桌的功能尺寸第四章显示装置第一节人的视觉与听觉特性第二节显示装置的类型、设计与布置第三节信号显示3第五章操纵装置第一节手足尺寸与人体关节活动第二节人体的施力与运动输出特性第三节操纵器的人机学原则第四节操纵器的布置和控制台第五节常用操纵器的人机学要素第六节操纵与被操纵对象的互动协调关系第六章产品设计人机学的若干专题第一节手工具及其使用方式第二节床、柜等家具第三节安全性设计第四节维修性设计4第七章视觉传达设计与人机学第一节文字设计第二节图形符号及标志设计第三节展示设计第八章室内设计与人机学第一节生活空间与人体尺寸第二节光环境与采光照明设计第三节声音环境和噪声控制第四节室内热环境第五节振动环境第九章工作空间与工作岗位设计第一节工作空间人体尺寸第二节工作空间设计第三节工作岗位设计第四节工作姿势与肢体施力5第十章人机工程CAD软件及应用简介第一节人机工程CAD系统的组成和功能第二节CATIA人机工程模块简介第三节中国人人体模型的初步创建第四节人机工程CAD软件应用实例第十一章人机学的其他专题及未来展望第一节人机工程的设计心理学应用第二节人机学与新产品的创意开发第三节人机工程设计的未来展望附录附录A小作业：读书报告附录B大作业：课程设计与课程论文6第一章人机工程学概论第一节人机学的研究对象和目的一、引例——人机学的思想萌芽源远流长鲁智深的禅杖器物要和人（使用者）的各种因素相适宜。——人机工程学基本理论的简洁表述。原始人狩猎所用的棍棒、石块或投枪，……半坡遗址中的石桌、石凳、陶土餐饮具，……人机学基本思想的萌芽是人自发的思维倾向，本能的行为方式。工业设计人机工程（2版）阮宝湘等编著7“人的因素”：不限于人体尺寸、体能、肢力等人体生理方面，还涉及人的感知、认知、情感、精神、心理、社会等更深广方面。在产品、视觉传达、环境设计中都很重要。图1-1戏说张爷和他的蛇矛身高2.5倍的蛇矛，张爷耍得开吗？8想过感受过这些问题吗？太高啦！！左撇子、右撇子都合适！涂上黄色“警示条”多好？9想过感受过这些问题吗？从哪边开呀？开关和炉口如何对应？一目了然无所适从10二、人机工程学的基本概念和定义1.人机工程学的基本概念和定义国际人机工程学学会（IEA，InternationalErgonomicsAssociation）1960的定义：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因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、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。三句话，分别说明人机学的研究对象、内容与目的。IEA2008年8月的新定义：人机工程学是研究系统中人与其他部分交互关系的学科，运用其理论、数据和方法进行设计，应达系统工效优化及人的健康、舒适之目的。新定义概略、简洁，强调了系统中人与其他因素交互作用的观念。设计应在多种约束和多重目标之间恰当地把握住平衡。人机工程学要求的“安全、舒适、高效”，是重要的，但受到其他条件的约束、其他目标的制衡，不是唯一的，也未必总是优先的。人机学里的“机”或“机器”是广义的，指一切人造器物：大到飞机、轮船、火车，小到钳子、笔、水杯；也包括建筑、环境及其中的设施等。112.人机工程学的多种学科名称人机工程学简称人机学，常见的其他名称有：﹡人类工效学，或工效学，英文Ergonomics。出现最早，欧洲各国和世界其他地区通用。﹡人的因素（学），英文HumanFactors。美国、东南亚、我国台湾采用。派生名称：人因工程（学），英文HumanFactorsEngineering。﹡人类工程学，英文HumanEngineering。类似的名称有人体工程学。﹡其他名称：工程心理学、人-机-环境系统工程学、宜人性设计等。在日本，该学科的日文汉字是“人間工学”。人机工程学这名称在国内流传日广，本教材随俗从众。12三、日常生活中人机学问题的巡视例1大沙发豪华气派，坐着却腰疼。例2宾馆单人床配两个同样大小的枕头，愚不可及。例3旧式旅客列车的窗户。例4公共卫生间为什么总有人做不到“便后冲水”？例5楼道里“人走关灯”的标语与彻夜长明的灯互相嘲笑。例6升级换代产品——双肩背书包（图1-2）。图1-2书包提挎方式与脊柱形态13例7“叫壶”，改善了传递信息的“人机界面”。图1-3功能形态各异的剪刀例8阅览室里，学生们坐在长条形桌案两侧专心致志地看书学习，…抬起头来略事思索，正巧对坐那位也抬起了头，…倒霉，是陌生的异性同学！——设计心理学问题。例9深色发亮的小药片塑料袋，说明文字很小，颜色与塑料袋颜色的对比又弱；存款单居然是白纸上印着橙黄色的字。例10形形色色的剪刀，里面学问可不少（图1-3）。14例11老年人手机图1-4老年人手机15例12生产设备的正反两例反适合高1.37m、肩宽0.64m、手臂平展2m之畸形人使用的车床。图1-5畸形人适用的车床图1-6弹性悬挂的螺丝刀正把带电机的旋具弹性吊挂着使用。例13北京一些大医院里的“电热开水机”，水龙头上有红、绿两个指示灯，想喝热开水者很困惑：绿色表示“通行”，但也表示凉（温度低）；红色表示热，但又表示“禁止”。到底哪个灯亮表示是热开水呢？16例14“同学，引路标牌这么写更好”图1-7同学，引路标牌这么写更好人机学问题比比皆是：床柜、桌椅、寝室、水房、浴室、餐厅、超市、网吧、实习工厂、银行、邮局、学习文具、计算机、手机、实验室、图书馆、运动场、公交车……无处不在。发现和思考人机学问题的深广度，是检验学习效果的标准之一。17第二节人机学的形成和发展学科思想的演进一、中国古籍中的卓越论述《考工记》和《天工开物》。图1-8《考工记》中兵器宜人性的论述要根据弓箭手的性格来配备弓箭，性情温和、行动迟缓者：强劲急疾的硬弓；暴躁性急、行动快猛者：柔韧的软弓。………用于劈杀大刀、剑戟，使用有方向性，握柄截面应为椭圆，凭手握柄杆的感知，无须眼看可掌握刀刃、钩头的方向。用于刺杀的枪矛，使用没有方向性，柄杆的截面应该做成圆形。……设计心理学应用的经典范例，令人叫绝！（译文）18a）分金炉清锈清底b）铸钟、铸鼎c）扎桕子黑粒去壳取仁d）琢玉图1-9《天工开物》插图选工作、劳动姿态都那么自然、舒展，很好地把握了工具、设备与人体尺寸的适应性问题！19二、人机学的形成、发展和学科思想的演进古代文明中科学思想萌芽，不等同于现代科学理论。人机学发展简史和学科思想的演进，可分4个阶段。1．对劳动工效的苛刻追求——人机学的孕育F.W.泰勒（1856-1915）的“时间与动作研究”（TimeandMotionStudy），吉尔布雷斯夫妇的“砌砖作业实验”等多项研究。图1-10F.W.泰勒1914年，教授闵斯特伯格的《心理学与工业效率》出版。1919年布氏夫妇合著的《疲劳研究》出版。1919年英国“工业保健研究部”，展开工效问题的广泛研究，包括作业姿势、负担限度、体能、工间休息、工作场所光照、环境温湿度，以及工作中播放音乐的效果等等。至此，提高工效的方法开始建立在科学实验的基础上，有了现代科学的形态。20但这一时期研究的核心，是最大限度地开挖人的操作效率。从人机关系方面考察，总体看是要求人适应于机器，即以机器为中心进行设计；研究的主要目的是选拔与培训操作人员。在学术理论上，与现代人机学是南辕北辙、存在对立的。因此，应该看作是人机学的孕育期。卓别林（1889-1977）与《摩登时代》图1-11卓别林212．二战中尖锐的军械问题——人机学的诞生一战到二战，飞机大幅度技术升级，但事故、伤亡频发。投巨资研制的“先进”飞机未必能打胜仗，使人惊愕，进而醒悟：飞机的技术性能必须与使用人的生理机能相适配。图1-12飞机驾驶舱的仪表和操纵器二战中入侵前苏联德军的枪械问题，…有的国家聘请生理医学、心理学家参与设计，经费增加有限，却事半功倍，效果显著。正反的现实，使各国科技界终于认识到：器物设计必须与人的解剖学、生理学、心理学条件相适应。1947年，英国海军部成立交叉学科研究组。次年默雷尔建议构建一个新的科技词汇“Ergonomics”，新学科名称及其涵盖的研究内容为各国学者所认同，现代人机学诞生。22当时美国人伍德说：“设备设计必须适合人的各方面因素，使操作的付出最小，而获得的效率最高。”反映了这一时期人机学的学科思想。3．向民用品等广阔领域延伸——人机学的发展和成20世纪五、六十年代后，人机学的研究和应用，从军工迅速延伸到民用品等广阔领域，主要有家具、家电、室内设计、医疗器械、汽车与民航客机、飞船宇航员生活舱、计算机设备与软件、生产设备与工具、事故与灾害分析等。人机学的学科思想至此完成了重大的转变：从以机器为中心转变为以人为中心，强调机器的设计应适合人的因素。美国阿波罗登月舱设计中一个小插曲——发人深省：过于强调“机器适应人”也是不全面的。加之系统论的渗入，人机学学科思想又有新发展，IEA的定义明确：人机（及环境）系统的优化，人与机器应互相适应、人机之间应合理分工。人机学的理论至此趋于成熟。234．反思工业文明与可持续发展：人机学的更高阶段反思工业文明的负面后果，以可持续发展理论为统领，人机学正经历着新的学科思想演进。绿色设计、生态设计、节能设计、再生设计等理念，立足于人与自然保持持久和谐，回归到中国古代“天人合一”的设计伦理。数字技术、信息技术、基因技术急剧地改变着人类的文明进程，带给人们空前福祉的同时，必须警觉其危及人们体魄和精神健康的负面影响，人机学今后将任重而道远。人机学此前的观念是：要求人、机、环境三者和谐统一。以可持续发展理念为指导，则由人、机、环境三维加上一维（未来），演进为人、机、环境、未来四者和谐统一。人机学的应用，以下方面可能形成今后热点：计算机人机界面、永久太空站的生活工作环境、弱势群体（残疾人、老年人）的医疗和便利设施、海陆空交通安全保障、生理与心理保健产品与设施等等。24以设计体现对弱势群体的关爱！万能拐杖（获第十届全球工业设计比赛金杯奖）25三、人机学的学术团体和教育1．国际的和各国的学术团体及其主要活动（1）各主要工业国的学术团体及其活动英国最早建立人机工程学会，成立于1950年。随后建立国家人机学学会的有：联邦德国（1953），美国（1957），前苏联（1962），法国（1963），日本（1964）等。英国人机工程学会从1957年起发行会刊《ERGONOMICS》，坚持几十年一直至今，贡献卓著。美国人机工程学会发行会刊，出版书刊、发布专利，是提供人机学研究成果、数据资料最多的国家。在20世纪漫长的冷战年代，为了军备竞赛，美国对人机工程研究投入巨大，1970年代有4400人从事人因工程研究，其中属于军事部门者850名。美国陆海空三军制定了很多军事人机工程技术标准。（2）国际人机工程学学会国际人机工程学学会（IEA）成立于1960年。1961年举行了第一届国际人机工程学会议。此后，每三年举行一次，至今未曾间断。（3）国际人机工程学标准化技术委员会代号ISO/TC-159，成立于1957年。262．我国的学术团体及其主要活动（1）中国人类工效学学会英文：ChineseErgonomicsSociety，简称CES，1989年6月成立。已协同国家技术监督局制定了百十个人机工程的国家标准。（2）中国人类工效学标准化技术委员会（3）其他的人机学学术组织机械、冶金工业等系统在1980年代成立了本行业的工效学学会；中国工业设计协会下属的人机