人機工程學產(chǎn)品設(shè)計第1頁/共71頁工業(yè)設(shè)計的主干課程之一新興學科20世紀40年代跨越不同學科的多種原理方法中國現(xiàn)狀：新中國成立前（少數(shù)人）60年代初期（中科院，軍事科學院，國防科委）國防和軍事領(lǐng)域十年動亂（停滯）70年代末（改革開放發(fā)展時期）工，農(nóng)，交通，醫(yī)療，教育等各經(jīng)濟部門1987年（中國工業(yè)設(shè)計協(xié)會成立）1989年（CES

中國人類工效學會成立）第2頁/共71頁人機工學的定義美國的伍德，克羅默，伍德森蘇聯(lián)的學者中國學者（賴維鐵）《中國企業(yè)管理百科全書》國際人機工程學會IEA研究對象：人，機，環(huán)境三者之間的相互關(guān)系研究目的：如何安全，健康，舒適，高效第3頁/共71頁人機工學的起源起源于歐洲（英國）形成于美國原始人機關(guān)系（人與工具）古代人機關(guān)系（經(jīng)驗人機工程學二戰(zhàn)前）近代人機關(guān)系（科學人機工程學二戰(zhàn)之間）現(xiàn)代人機關(guān)系（現(xiàn)代人機工程學20世紀60年代末）現(xiàn)代人機工學的研究方向人——機——環(huán)境第4頁/共71頁人機工學的核心機器適應于環(huán)境

適應與人（以人為中心的設(shè)計）環(huán)境適應于機器第5頁/共71頁人機工學的研究內(nèi)容人，機，環(huán)境系統(tǒng)的研究最佳狀態(tài)，舒適宜人，安全經(jīng)濟，高效幾個方面的單因素研究第6頁/共71頁人的研究特性研究人與機器之間的信息傳遞裝置和工作場所環(huán)境控制與人身安全行為特征與產(chǎn)品設(shè)計人機系統(tǒng)整體設(shè)計第7頁/共71頁人機工學的研究方法①觀察法②實測法③實驗法④模擬和實驗⑤計算機數(shù)值仿真⑥分析法⑦調(diào)查研究第8頁/共71頁人機工學的相關(guān)學科

人機工學人體科學環(huán)境科學生理學技術(shù)科學環(huán)境保護學心理學工業(yè)設(shè)計環(huán)境醫(yī)學勞動衛(wèi)生學工程設(shè)計環(huán)境衛(wèi)生學人體測量學安全工程環(huán)境心理學人體力學系統(tǒng)工程環(huán)境監(jiān)測學機械工程

管理工程第9頁/共71頁

人機工程學的應用領(lǐng)域第10頁/共71頁對象示例產(chǎn)品設(shè)計設(shè)備與設(shè)施設(shè)計生產(chǎn)設(shè)備，公共設(shè)施，無障礙設(shè)施，電動工具，儀器設(shè)計，生產(chǎn)機械，醫(yī)療機械，健身機械電子產(chǎn)品設(shè)計信息產(chǎn)品，生活家電產(chǎn)品家居設(shè)計工作臺，座椅，櫥柜生活用品設(shè)計衛(wèi)生用品，餐飲用品運輸工具設(shè)計自行車，汽車，飛行器，船舶，軌道交通，農(nóng)用運輸環(huán)境設(shè)計生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計作業(yè)空間設(shè)計，廠房車間設(shè)計公共環(huán)境設(shè)計劇院設(shè)計，運動場地設(shè)計，無障礙環(huán)境設(shè)計，展示設(shè)計室內(nèi)設(shè)計商用室內(nèi)設(shè)計，私用室內(nèi)設(shè)計，公用室內(nèi)設(shè)計界面設(shè)計軟件人機界面設(shè)計產(chǎn)品操作界面，產(chǎn)品功能板塊界面硬件人機界面設(shè)計屏幕展示界面設(shè)計，游戲界面，程序界面設(shè)計管理組織，信息，技術(shù)，智能，模式流程管理著制造，生產(chǎn)服務過程優(yōu)化，組織結(jié)構(gòu)與部門界面管理，決策行為模式，企業(yè)文化，管理信息系統(tǒng)，計算機集成制造系統(tǒng)，虛擬企業(yè)第11頁/共71頁人機工程學與工業(yè)設(shè)計為工業(yè)設(shè)計中的“人的因素”提供人體特征參數(shù)為工業(yè)設(shè)計中“物”的功能合理性提供科學依據(jù)為工業(yè)設(shè)計中的“環(huán)境因素”提供設(shè)計準則為進行人—機—環(huán)境系統(tǒng)提供理論依據(jù)為堅持“以人為中心”的設(shè)計思想提供工作程序第12頁/共71頁人機工學（人的因素）人的基本數(shù)據(jù)《人體測量學》達芬奇的人體比例圖歐美較早1919年

中國落后1962年中國建筑科學研究所《人體尺度的研究》第13頁/共71頁人體測量的數(shù)據(jù)與方法中國國家標準GB（數(shù)字）-（數(shù)字）基準面基準軸第14頁/共71頁人體測量的內(nèi)容【NO1】形態(tài)測量求百分位數(shù)P=M-（SK）1％-50％P=M+（SK）50％-99％求人體體積V=1.015W-4.937

人體表面積A=0.0235H^0.4226W^0.51456【NO2】生理測量（測量人的生理指標）人體出力測定觸覺反應測定疲勞測定第15頁/共71頁【NO3】動靜態(tài)測量

靜態(tài)測量（人體構(gòu)造尺寸）人體主要尺寸立姿人體尺寸坐姿人體尺寸人體水平尺寸人體手部足部尺寸差異性：年齡健康水平性別種族職業(yè)等

動態(tài)測量（功能尺寸）工作姿勢或操作活動狀態(tài)下的測量尺寸第16頁/共71頁人機工程設(shè)計的原則機械，機器，設(shè)備，工具必須適應與人。人體測量學的人體模板二維人體模板（1：1或1：5）

①基準線②關(guān)節(jié)③活動范圍三維人體模型（立體模擬人）數(shù)學模型（描述性模型）第17頁/共71頁人機工程學實驗室研究人機工程的原則，程序，提供的設(shè)計適合人類的使用以及有良好的環(huán)境基礎(chǔ)，并借助實驗室來理解和闡述人機的概念。設(shè)備包括：3D人體掃描儀呼吸生理訊號分析儀測力儀動作分析儀肌電生理儀

人體工程學軟件臺灣：雙子星BodyScanner英國：PeplesizeOesbody（尺寸測量）Poser（人體姿勢）第18頁/共71頁人體模板的應用輔助制圖輔助演示輔助設(shè)計模擬測試等作業(yè)空間近身作業(yè)空間（四肢所能及的動靜態(tài)范圍）影響因素①功能性臂長②衣著影響站姿近身作業(yè)空間坐姿近身作業(yè)空間腳作業(yè)空間受限作業(yè)空間個體作業(yè)場所總體作業(yè)空間第19頁/共71頁作業(yè)面設(shè)計水平作業(yè)面（坐姿坐站姿）作業(yè)面高度（站姿坐站姿）作業(yè)空間布置限定空間設(shè)計合適作業(yè)面顯示系統(tǒng)與控制系統(tǒng)定位與安排作業(yè)空間布置的原則P044圖2-24第20頁/共71頁控制臺設(shè)計

【形式】①桌式控制臺②直柜式控制臺③組合式控制臺④彎折式控制臺【設(shè)計要求】①控制臺作業(yè)面②顯示器面板型式③控制臺上干涉點高度

h=Dk+dH/D+d第21頁/共71頁常用控制臺設(shè)計①坐姿低臺式控制臺②坐姿高臺式控制臺③坐立姿兩用控制臺④立姿控制臺⑤標準控制臺座椅設(shè)計一般座椅工作椅的要點結(jié)構(gòu)形式P050主要參數(shù)P051座椅設(shè)計：動態(tài)座椅，前傾式座椅，膝靠式座椅其他工作凳：①作業(yè)用凳②其他支撐物第22頁/共71頁第三章人的感知與認識特征及顯示裝置設(shè)計第23頁/共71頁顯示裝置視覺顯示

聽覺顯示人的感知（九類）中樞神經(jīng)起到支配作用觸覺顯示（感覺神經(jīng)運動）第24頁/共71頁人的視覺特征視覺機能：視角和視力，視野與視距幾種常見的視覺現(xiàn)象：明暗適應，色彩適應，眩光，視錯覺視覺運動規(guī)律：7種規(guī)律第25頁/共71頁視覺顯示器的設(shè)計儀表顯示的種類：認讀特征分類（數(shù)字顯示器，模擬顯示器）顯示功能分類：讀數(shù)用儀表檢查用儀表警戒用儀表追蹤用儀表調(diào)節(jié)用儀表儀表顯示設(shè)計的一般原則（5個原則）第26頁/共71頁指針式顯示器的設(shè)計刻度盤設(shè)計（開窗式，圓形，半圓形，水平直線，垂直直線）刻度盤的大小設(shè)計刻度設(shè)計（刻度大小，刻度線的類型，刻度方向，刻度與刻度線及單位值的關(guān)系，儀表文字符號設(shè)計，指針設(shè)計，指針儀表的顏色設(shè)計，儀表的總體布置）第27頁/共71頁數(shù)字顯示器的設(shè)計機械式，電子式，使用陰極射線管的計算機控制式信號顯示器設(shè)計信號燈設(shè)計（亮度，顏色，閃光信號，信號形象化）熒光屏顯示設(shè)計（亮度，呈現(xiàn)時間，聚焦和余暉，目標的運動速度，目標形體，目標與背景的關(guān)系）屏面設(shè)計（屏面的形狀，屏面的總體設(shè)計）第28頁/共71頁人的聽覺特征絕對閾值（聽覺）頻率閾值聲壓閾值聲強閾值人耳的可聽范圍就是聽閾和痛閾之間的所有聲音1000HZ純音作為測試標準，聽閾（0DB），痛閾（120DB）第29頁/共71頁聽覺傳示裝置設(shè)計音響報警裝置種類（蜂鳴器，鈴，角笛，汽笛，報警器）音響報警裝置設(shè)計要點（5個要點）言語傳示設(shè)計言語的清晰言語的強度噪音對言語傳示的影響噪聲環(huán)境中的言語通信第30頁/共71頁聽覺傳示設(shè)計的原則音響傳示裝置的選擇原則（4個原則）言語傳示裝置的選擇原則（4個原則）膚覺，嗅覺和味覺膚覺：觸壓覺，痛覺，溫度覺味覺：舌頭嗅覺：鼻子第31頁/共71頁人的信息傳遞與處理信息的概念人體接受信息的途徑及能力影響人體信息接受處理的主要因素無關(guān)信息的干擾

信號維量數(shù)的影響

分時的影響

刺激—反應之間的一致性影響

大腦意識水平第32頁/共71頁圖形符號設(shè)計圖形符號指示特征（高度概括，抽象處理）圖形符號知識的意義和作用圖形符號設(shè)計單個符號設(shè)計尺寸，圖形符號最小細節(jié)尺寸，符號的方向性組合符號設(shè)計符號間距符號正文的相互作用符號正文肩頭的相互作用各種邊框設(shè)計符號與邊框間距邊框?qū)挾确娇?/p>

棱框

圓框

等邊三角形第33頁/共71頁人的運動特征及操作裝置設(shè)計運動特征：通過肌肉，骨骼，神經(jīng)系統(tǒng)相互配合運動種類：平面內(nèi)轉(zhuǎn)動

空間轉(zhuǎn)動人體出力范圍：立姿時手臂的操控力坐姿時手臂的操控力雙臂的扭力坐姿時足的蹬力靈活性準確性：靈活性（動作速度，動作頻率）準確性（動作形式，速度，力量）第34頁/共71頁人的操作動作分析程序分析，動作分析動作元素：構(gòu)成操作動作的最小單位（必須動作，準備動作，無效動作）分析目的：是尋找并刪除無效動作，壓縮準備動作，使必須動作更精練更暢通，從而簡化動作過程及動作量。分析方法：觀察分析，攝影分析第35頁/共71頁操縱裝置的類型按照動力分類：手控，腳控，其他按操縱時的運動形式分類：旋轉(zhuǎn)運動，擺動運動，平移運動，牽拉運動按照功能分類：開關(guān)控制，轉(zhuǎn)換控制，調(diào)整控制，制動控制操縱裝置的用力特征操縱阻力避免使用靜態(tài)肌力其他應注意的問題第36頁/共71頁操縱---顯示相合性位置相合性運動方向相合性操縱—顯示相合性在汽車設(shè)計中的應用駕駛座椅的調(diào)整車窗的調(diào)控車輛的轉(zhuǎn)向燈控制顯示器與操縱裝置概念的相合性第37頁/共71頁操縱裝置的特征編碼與識別形狀編碼位置編碼顏色編碼符號編碼操縱裝置的空間位置設(shè)計（8個要求）第38頁/共71頁手動操作裝置設(shè)計在肢體運動中，唯有手的動作最靈敏，所以手的操作占的比例比較高。旋轉(zhuǎn)式操縱裝置設(shè)計旋鈕的設(shè)計（旋鈕的形態(tài)設(shè)計，旋鈕的尺寸）手輪和曲柄（回轉(zhuǎn)直徑，操縱力，安裝位置）鑰匙，旋塞旋塞式操縱裝置的操縱力移動式操縱裝置設(shè)計（切換開關(guān)設(shè)計，手閘設(shè)計，指撥滑鍵設(shè)計）按壓式操縱裝置設(shè)計（按鈕設(shè)計，按鍵設(shè)計）擺動式操縱裝置設(shè)計（操縱桿設(shè)計，擺動開關(guān)設(shè)計）第39頁/共71頁手握式工具設(shè)計手的解剖及與工具使用有關(guān)的疾患手握式工具設(shè)計的原則一般原則（4個）解剖學因素（避免靜肌負荷，保持手腕處于順直狀態(tài)，避免掌部組織受壓力，避免手指重復動作）把手設(shè)計（直徑，長度，形狀，彎角，雙把手工具，用手習慣與性別差異）第40頁/共71頁腳動操縱裝置設(shè)計首先要考慮其結(jié)構(gòu)與形式要充分適應人的生理特點和運動特點。腳動操縱裝置形式（腳踏板，腳踏鈕）操縱特點腳動操縱裝置設(shè)計（腳動操縱裝置形態(tài)，驕縱操縱裝置的布置）第41頁/共71頁操縱裝置設(shè)計與選擇的人機工學原則操縱裝置設(shè)計與動作節(jié)約原則（1）關(guān)于身體使用的原則（2）關(guān)于工作面安排原則（3）設(shè)備工具的設(shè)計原則操縱裝置的選擇原則操作要求，環(huán)境和造價有關(guān)第42頁/共71頁人的行為特征與設(shè)計人的行為習性人適應環(huán)境的行為習性抄近路性

識途性左側(cè)通行習性左轉(zhuǎn)彎習性從眾習性

聚集效應行動模型建立意圖制定計劃行動計劃轉(zhuǎn)換成計算機操作過程用戶設(shè)計時候開始操作，怎么操作，遇到問題時，用什么策略去解決完成行動后要把反饋信息與最終目的比較，檢驗評價行動結(jié)果第43頁/共71頁行動模型意圖新意圖計算機評價轉(zhuǎn)換計劃第44頁/共71頁以用戶為中心的設(shè)計中的行動模型OVID：objectInteractionViewDesign第45頁/共71頁人的錯誤人為錯誤：S—O—R（刺激—機體—反應）人的失誤率：F=1—R多個單元可靠度：R=R1·R2·R3····RX人為失誤的可能原因：信息感知信息處理操作實施第46頁/共71頁疲勞疲勞的特點及分類：肌肉疲勞精神疲勞（刺激疲勞）生物疲勞（周期性疲勞）引起疲勞的原因：超負荷工作單調(diào)環(huán)境不良精神因素身體狀況不好人機工程設(shè)計不合理第47頁/共71頁疲勞的某些規(guī)律:疲勞可以恢復疲勞有一定的積累效應人對疲勞有一定的適應能力生理周期的影響環(huán)境因素的影響降低疲勞的措施:

提高作業(yè)的自動化水平正確選擇作業(yè)姿勢和體位合理設(shè)計作業(yè)的用力方法改善作業(yè)內(nèi)容，避免單調(diào)重復性作業(yè)第48頁/共71頁基于用戶的設(shè)計原則合理運用內(nèi)部和外部知識簡化任務結(jié)構(gòu)注重可視性建立正確的匹配利用限制因素考慮人的差錯標準化第49頁/共71頁環(huán)境與設(shè)計第50頁/共71頁環(huán)境與作業(yè)環(huán)境因素人—環(huán)境系統(tǒng)：物理因素

化學因素生理因素心理因素生物因素

其他機器環(huán)境系統(tǒng)：減少機器對環(huán)境的污染

機器適應環(huán)境作業(yè)環(huán)境區(qū)域：最舒適區(qū)舒適區(qū)不舒適區(qū)能忍受區(qū)第51頁/共71頁微氣候決定微氣候的因素：氣溫濕度氣流速度熱輻射有效溫度有關(guān)人體的熱平衡微氣候條件對人體和工作以及設(shè)備的影響舒適的氣候條件：舒適溫度舒適濕度，氣流速度高低溫環(huán)境對人體的影響：高溫環(huán)境對人體的影響

低溫環(huán)境對人體的影響高低溫環(huán)境對工作的影響：高溫環(huán)境對工作的影響

低溫環(huán)境對工作的影響第52頁/共71頁微氣候?qū)Σ牧系挠绊懀?）溫度對于材料的影響（2）濕度，溫度對腐蝕的影響微氣候的主觀評價標準（1）主觀評價的依據(jù)（2）工作效率不受影響的溫度范圍（3）我國《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》第53頁/共71頁照明環(huán)境光的度量：光通量發(fā)光強度照度照明環(huán)境對工作的影響：（1）照明對工作效率的影響（2）照明對安全的影響對照明環(huán)境的要求：適宜的光照度

光的質(zhì)量（穩(wěn)定性均勻性亮度分布避免眩光選擇光源）第54頁/共71頁噪聲環(huán)境凡是使人感到煩惱或者不需要的聲音成為噪音。噪聲的基本概念噪聲的物理量度：聲壓與聲壓級

聲強與聲強級

聲功率與聲功率級

噪聲頻譜噪聲的主觀量度：響度級與響度

計權(quán)聲級

等效連續(xù)A聲級第55頁/共71頁噪聲的危害聲音單位（dB）

人耳聲級單位（dB）A噪聲可以使人耳聾噪聲引起多種疾?。簩ι窠?jīng)系統(tǒng)的影響

心血管系統(tǒng)的影響

對消化系統(tǒng)的影響

內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響對心理狀態(tài)的影響：“噪聲煩惱”對人信息交流影響：噪聲對語言通信的影響

噪聲對聲信號的干擾噪聲對工作的影響

噪聲對建筑物影響

噪聲評價標準第56頁/共71頁噪聲控制概述從聲音源上根治噪聲：改進機器結(jié)構(gòu)設(shè)計改進工藝和操作方法提高加工精度和裝配質(zhì)量傳播途徑上降低噪聲：利用吸聲，隔聲材料降噪采用隔振與減振降噪個人防護第57頁/共71頁建筑環(huán)境設(shè)計所謂建筑環(huán)境是指包括市區(qū)，社區(qū)，鄰居，住宅和自然環(huán)境的一個大生活空間。人機工程研究人與建筑環(huán)境的關(guān)系，特別是人與建筑和建筑設(shè)置的關(guān)系。人與空間：密度和眾度個人空間個人地域防御空間隱私性建筑環(huán)境的研究：研究的自變量人機工程的可參考信息建筑環(huán)境的心理研究第58頁/共71頁辦公環(huán)境設(shè)計辦公室的規(guī)模和社會行為辦公室規(guī)模和主觀選擇性全景辦公室有窗和無窗家具和布置其他家具設(shè)計室內(nèi)空間要適應人的基本生理特性室內(nèi)空間要適應人的基本心理特性：室內(nèi)色彩室內(nèi)照明室內(nèi)尺度第59頁/共71頁人機系統(tǒng)的設(shè)計與可靠性分析第60頁/共71頁人機系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)科學的設(shè)計方法可概括為①明確系統(tǒng)的目的②明確系統(tǒng)分配制約的條件③建立系統(tǒng)的數(shù)學模型④研究和分析數(shù)學模型⑤提出新系統(tǒng)的方案⑥對新系統(tǒng)進行分析評價第61頁/共71頁人機系統(tǒng)人機系統(tǒng)設(shè)計程序系統(tǒng)中人是主要研究對象定義系統(tǒng)目標和參數(shù)階段①人機系統(tǒng)的組成（人和機兩部分）系統(tǒng)定義階段②人機界面（顯示和控制系統(tǒng)）初步設(shè)計階段③系統(tǒng)中人和機的不同特點人機界面設(shè)計階段④

作業(yè)輔助設(shè)計階段⑤