人机工程学(第三版).ppt

普通高等教育“九五”部级重点教材，获教育部“普通高等学校优秀教材二等奖”人机工程学多媒体教学课件北京理工大学出版社出版授课教师：薛果工业设计系列教材写在课前的话：专业提示：A笔记本一个速写本B阅读设计类书籍网络C不断接触外界时尚事物D努力提高综合素质E谈谈就业威客网F如果要考研课程要求：A点名制度B课堂要求C课后作业微博：设计新航向第1章人机工程学绪论1.1人机工程学的命名与定义人机工程学（Man-MachineEngineering)：研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。1.1.1学科的命名1.人类工程学HumanEngineering2.人因工程学HumanFactorsEngineering3.工效学Ergonomics＝ergon（工作、劳动）＋nomos（规律、规则）1.1.2学科的定义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；研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适性等问题的学科。1.2人机工程学的起源与发展1.2.1经验人机工程学（20世纪初~二次大战）特点：机械设计的的主要着眼点在于力学、电学、热力学等工程技术的原理设计上；在人机关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应于机器。1.2.2科学人机工程学（二次大战~50年代末）由于设计不当和缺乏训练，导致了较多意外事故的发生，这使人们意识到“人的因素”的重要性，意识到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。这一阶段的发展特点是：重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。1.2.3现代人机工程学（60年代以来）现代人机工程学有三个特点：1）着眼于机械设备的设计，使机器的操作不超越人的能力极限，而不是让人去适应机器。2）密切与实际应用相结合，通过严密计划设定的广泛实验性研究，进行具体的机械装备设计。3）综合心理学、生理学、功能解剖学、物理学、数学、工程学各方面的知识。研究方向：把人-机-环境作为一个整体来研究，从而获得系统的最高综合效能。1.3人机工程学的研究内容与方法1.3.1学科的研究内容研究内容具有多样性、应用性和灵活性。主要包括以下几个方面：1）人体特性的研究：主要研究在工业设计中与人体有关的问题。如本书3、4、5章的内容。2）工作场所和信息传递装置的设计：主要研究如何设计合适的环境及信息传递装置，使人可以舒适高效的工作。如本书2、6章的内容。3）环境控制与安全保护：主要研究从长远利益出发，如何设计环境及进行安全保护以保证人在长期工作下健康不受影响，事故危险性最小。如本书9、10章的内容。4）人机系统的总体设计：人机系统工作效能的高低主要取决于它的总体设计，即在整体上使“机”与人体相适应，解决好人与机器之间的分工和机器之间信息交流的问题可，使二者取长补短，各尽所长。如本书第11章的内容。5）人机工程学发展动向的研究，如本书12章内容1.3.2研究方法1.观察法可借助摄影或录象2.实测法借助仪器进行实际测量，见图1-13.实验法在实验室或作业现场进行多次反复观测，见图1-24.模拟和模型试验法，见图1-3模拟：假人模型冲击/虚拟技术模型：输入—系统—输出5.计算机数值仿真法，见图1-46.分析法7.调查研究法：各种调查研究的方法（抽样/询问/问卷）注重测试方法的可靠性和有效性可靠性（一致性）：重复实验时，结果应一致.有效性：测试结果能真实反映所评价的内容.1.4人机工程学体系及其应用领域1.4.1学科的体系人机工程学是一门综合性边缘学科，主要是“人体科学”、“技术科学”和“环境科学”之间的有机融合，由图1-5加以描述。1.4.2学科的应用学科的应用领域可参阅表1-1、1-2。重点在下章介绍。1.5人机工程学与工业设计1.5.1为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数1.5.2为工业设计中考虑“物”的功能合理性提供科学依据1.5.3为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则1.5.4为进行人－机－环境系统设计提供理论依据1.5.5为坚持以“人”为核心的设计思路提供工作程序。参阅表1-3、1-4。附录本章所附插图图1-1返回图1-2返回图1-3返回图1-4返回图1-5返回第2章人体测量与空间设计第1章链接第3章链接2.1人体测量的基本知识2.1.1概述人体测量学：通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，使设计更适于人。测量数据：1、人体构造尺寸（静态尺寸）2、功能尺寸（动态尺寸）1、人体基本尺度人体基本尺度是人体工程学研究的最基本的数据之一。它主要以人体构造的基本尺寸（又称为人体结构尺寸，主要是指人体的静态尺寸。如：身高、坐高、肩宽、臀宽、手臂长度等）为依据，在于通过研究人体对环境中各种物理、化学因素的反应和适应力，分析环境因素生理、心理以及工作效率的影响程序，确定人在生活、生产和活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，所进行的系统数据比较与分析结果的反映。它也因国家、地域、民族、生活习惯等的不同而存在较大的差异（见表）。如：日本市民男性的身高平均值为1651mm,美国市民男性身高平均值为1755mm,英国市民男性身高平均值为1780mm。部位较高人体地区（冀、鲁、辽）中等人体地区（长江三角洲）较低人体地区（四川）男女男女男女人体高度169015801670156016301530肩宽度肩峰至头顶高度正立时眼的高度420293151338728514744152911547397282144341428515123852691420正坐时眼的高度胸廓前后径上臂长度前臂长度120320030823811402002912201181201310238111020329322011442053072451078220289220手长度肩峰高度上身高长196139760018412955611921379586178127854619013455651781261524臀部宽度肚脐高度指尖到地面高度上腿长度307992633415307948612395309983616409319925590379311980606403320920575378下腿长度脚高度坐高397688933736384639268877369678253916735036565793大腿水平长度450435445425443422文艺复兴时期创造的理想而完美的人体比例图，也正是人类对人体基本尺度的构想。2.1.2人体测量的主要方法1.普通测量法2.摄影法，见图2-23.三维数学测量法，见图2-32.1.3人体测量的基本术语1.被测者姿势2.测量基准面，见图2-43.测量方向4.支承面和衣着5.基本测点与测量项目参见国标GB3975－88中的规定2.1.3人体测量的常用仪器1.在普通测量法中常用的人体测量仪器有：2.人体测高仪，见图2-5；3.人体测量用直脚规，见图2-6；4.人体测量用弯脚规，见图2-7；此外，还有人体测量用三脚平行规，坐高椅，量足仪，软卷尺以及医用磅秤等。2.2常用的人体测量数据2.3.1我国成年人人体结构尺寸参阅GB10000－88我国成年人人体尺寸国家标准，主要包括：1.人体主要尺寸2.立姿人体尺寸，见图2-83.坐姿人体尺寸，见图2-94.人体水平尺寸，见图2-105.各大区域人体尺寸的均值和标准差6.我国香港地区成年人人体尺寸各类人体测量尺寸的数值参阅表2-2至2-7。2.2.2我国成年人人体尺寸1.人在工作位置上的活动空间尺度，人体立姿、坐姿、跪姿、卧姿的活动空间见图2-11，图2-12，图2-13，图2-142.常用的功能尺寸，GB/T13547-92国家标准提供的立、坐、跪、卧、爬等常取姿势的主要功能尺寸，参阅表2-82.4人体测量数据的应用2.4.1主要人体尺寸的应用原则设计中常用测量尺寸见图2-15，有关数据的定义、应用条件。选择依据等参阅表2-9。2.4.2人体尺寸的应用方法1.确定所设计产品的类型，参阅表2-102.选择人体尺寸的分位数，参阅表2-113.确定功能修正量，参阅表2-124.确定心理修正量5.产品功能尺寸的确定最小功能尺寸＝人体尺寸的分位数＋功能修正量最佳功能尺寸＝人体尺寸的分位数＋功能修正量＋心理修正量2.4.3人体身高在设计中的应用以身高为基准的设备和用具尺寸推算方法见图2-16，图中有关尺寸定义参阅表2-13。控制台设计控制台的形式，见图6-11.桌式控制台2.直柜式控制台3.组合式控制台4.弯折式控制台控制台设计要点1.控制台作业面，见图6-22.显示器面板形式，见图6-33.控制台上方干涉点高度，见图6-4式中h－干涉点高度k－操作者眼高H－显示面板下端高度d－操作者眼点与干涉点的投影距离D－干涉点与显示面板的投影距离DkdHhDd常用控制台设计1.坐姿低台式控制台，见图6-5（a）2.坐姿高台式控制台，见图6-5（b）3.坐立两用控制台，见图6-64.立姿控制台，见图6-65.标准控制台，见图6-7，尺寸参阅表6-1办公台设计电子化办公台人体尺度，见图6-8，图6-9电子化办公台可调设计，见图6-10电子化办公台组合设计，见图6-11工作座椅设计的主要依据坐姿生理学1.脊柱结构，见图6-122.腰曲弧线，见图6-133.腰椎后突和前突，见图6-14坐姿生物力学1.肌肉的活动度2.体压分布，见图6-153.股骨受力分析，见图6-164.椎间盘受力分析，见图6-17坐姿人体测量尺寸，见图6-18工作座椅设计一般工作场所座椅1.座椅设计要点2.座椅结构形式，见图6-193.座椅主要参数，参阅表6-2办公室工作座椅，见图6-20座椅设计的新概念1.动态座椅，见图6-212.前倾式座椅，见图6-223.膝靠式座椅，见图6-23其它工作座椅1.作业用凳，见图6-242.其它支撑物，见图6-25图2-2返回图2-3返回图2-4返回图2-5返回图2-6返回图2-7返回图2-8返回图2-9返回图2-10返回图2-11返回图2-12返回图2-13返回图2-14返回图2-15返回图2-16返回人的心理与行为特征引子A:不考虑价格、地域因素。你会选择在哪等待你的约会伙伴？咖啡厅还是麦当劳、肯德基？A:回忆一下超市或者其他公共场所的安全出口，一般都设置在什么位置？为什么？A：能尝试着分析下多媒体教室陈设和心理的关系么？4.1.1心理现象4.1.1心理现象概念心理是人的感觉、知觉、注意、记忆、思维、情感、意志、性格、意识倾向等心理现象的总称。心理活动的组成.4.1.2行为的构成心理学家列文（K.Lewin）认为行为取决于个体本身与其所处的环境。即()BfPE式中，B－行为P－人E－环境人的个体本身又受到“遗传”、“成熟”、“学习”等因素的影响，上式可概括为：式中，B－行为H－遗传M－成熟L－学习E－环境B=H×M×L×E4.1.3行为反应心理学家将行为分解为刺激、生物体、反应三项因素研究，即SORS－外在、内在的刺激O－人体R－行为反应4.1.4心理和行为特征在工业设计中的应用人类常见行为习性：1.抄近路习性2.识途性3.左侧通行、左转弯习性4.从众习性5.聚集效应6.人的保持距离课后作业：根据儿童的某种心理或者行为特征，设计一款产品。3.1.2人的感知与反应机能1.反射弧反射是神经系统调节肌体活动的一种基本形成。反射活动的全部结构组成反射弧；反射弧具有五个基本环节，即感受器传入神经元中间神经元传出神经元放应器，见图3-2（a）。3.1.2.信息链人机系统的信息在人的神经系统中的循环过程形成信息链，见图3-2（b）。3.1.3感觉通道与信息的协调人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道、听觉通道和触觉通道。其适用场合参阅表3-1。3.2视觉机能及其特征3.2.1视觉刺激视觉的适宜刺激是光。人的两眼可以感受到的光波只占整个电磁光谱的一小部分，其波长为380~780nm，见图3-3。3.2.2视觉