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1、第一讲 人机工程学的概述1、人机工程学的综合定义人机工程学（Ergonomics）是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，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。2、人机工程学的发展史世界上开展人机工程学最早的国家是英国，但是本学科的奠基性工作实际上是在美国完成的。所以，人机工学有“起源于欧洲，形成于美国”之说。（1）萌芽阶段人机思想的萌芽以人为中心设计理念的萌芽、基于对人的因素良好知识的设计迹象、人机工程设计建议、使劳动负荷最小化的设计、安全性设计、日常器皿的人机学设计（2）经
2、验人机工程学（19世纪末20世纪30年代）让人去适应机器“科学管理之父”泰勒、美国心理学家闵斯特伯格特点：机器设计的主要着眼点在于力学、电学、热力学等工程技术方面的优选上，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。（3）科学人机工程学（第二次世界大战20世纪50年代）重视人的因素特点是：重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。（4）现代人机工程学（20世纪60年代至今）人机工程学得到迅速发展，主要包含三个阶段l 19601980年快速发展阶段应用到其他领域l 19801990年重新认识阶段人机工程学在系统中的重要性l 1990年以后科学发展阶段人机环境系统的建立3、人
3、机工程学的研究内容l 人机学研究的主要内容就是“人机环境”系统，简称人机系统(Man-machine system)。包括四个方面:“人的因素”研究 、“机的因素”研究 、“环境因素”研究、“综合因素”研究。因此，研究人机工程学应该做到既研究人、机、环境每个子系统的属性，又研究人机系统的整体结构及其属性。l 构成人机系统“三大要素”的人、机、环境，可看成是人机系统中三个相对独立的子系统，分别属于行为科学、技术科学和环境科学的研究范畴。4、人机工程学学科体系在工业设计中的作用？（1）为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数（2）为工业设计中“物”的功能合理性提供科学依据（3）为工业设计中考虑
4、“环境因素”提供设计准则（4）为进行人机环境系统设计提供理论依据（5）为坚持以“人”为核心的设计思想提供工作程序5、产品设计的五个阶段概念设计、方案设计、细节设计、总体设计、生产设计第二讲 人体测量与数据应用1、人体测量学的定义人体测量学是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。它是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，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。2、测量的基准面l 矢状面：通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面称为正中矢状平面。正中矢状平面将人体分成左、右对称的两个部分。
5、l 冠状面：通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前、后两个部分。l 水平面：在与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体分成上、下两个部分。l 眼耳平面：通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面。3、影响人体测量数据差异的因素：l 年龄l 性别：对于大多数人体尺寸，男性比女性大些（但有四个尺寸胸厚、臀宽、臂部及大腿周长正相反）；在腿的长度尺寸起重要作用的场所（如座姿操作的岗位），考虑女性的人体尺寸至关重要。l 年代l 地区与种族l 职业：一般体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些4、为了能选用适合各地区的人体尺寸，
6、将全国人体尺寸的区域划分六个区域：东北、华北区；西北区；东南区；华中区；华南区；西南区5、人体测量数据的主要统计函数l 正态分布：分布出现若出现“两头小、中间大、左右对称”的情况，像“钟”形，就称为正态分布。l 均值：统计学中，均值表示分布的集中趋势，即全部被测数值的算术平均值，用“平均值”来决定基本尺寸。按平均值设计的产品尺寸只能适合于50的人使用，另有50的人不适合。l 标准差：统计学中，标准差表示分布的离中趋势。表明一系列变化数距平均值的分布状况或离散程度。用“标准差”作为尺寸的调整量。标准差大，表示各变数分布广，远离平均值；标准差小，表示变数接近平均值。l 适应域：一个设计只能取一定的
7、人体尺寸范围，只考虑整个分布的一部分“面积”，称为“适应域”，适应域是相对设计而言的，对应统计学的置信区间的概念。适应域可分为：对称适应域、偏适应域。对称适应域对称于均值；偏适应域通常是整个分布的某一边。l 百分位：百分位由百分比表示，称为“第几百分位”。表示在某一人体尺寸范围内，使用者中有百分之几等于或小于该给定值。例如，50%称为第50百分位。人体测量中的每一个百分位数值，只表示某一项人体的尺寸，如人高和肩宽； 绝对没有一个人在各种人体尺寸的数值上都同时处在同一百分位上。l 百分位数：百分位数是百分位对应的数值。例如，身高分布的第5百分位数为1543，则表示有5%的人的身高将低于这个高度。
8、在人体测量资料中，常常给出的是第5、第50和第95百分位数值。6、主要人体尺寸的应用原则（1）极限设计原则：主要内容包括设计的最大尺寸参考人体尺寸的低百分位；设计的最小尺寸参考人体的高百分位。 （2）可调性设计原则：设计优先采用可调式结构。一般调节范围应从第5百分位到第95百分位。 由人身高决定的物体，应以第95百分位数值为依据（如门、入口、通道等）；由人体某些部位的尺寸决定的物体（椅子的坐高等），应以第5百分位数值为依据。（3）平均尺寸设计原则：设计中采用平均尺寸计算。（多数专家不主张按平均尺寸设计）7、运用百分位的原则：l 够得着的距离， 一般选用低百分位（如第5百分位）的尺寸；l 容得下
9、的距离， 一般选用高百分位（如第95百分位）的尺寸；l 常用高度，一般选用第50百分位的尺寸；如门铃、插座、电灯开关的安装高度以及营业柜台高度等l 可调节尺寸 若确定百分位大小有一定困难，条件许可时，可增加一个调节尺寸。如当身体尺寸在界限以外的人使用会危害健康时，其尺寸界限应扩大到第1百分位和第99百分位。如紧急出口（99%）使用者与紧急制动杆距离应1%。8、应用人体尺寸数据时应注意的要点l 弄清设计的使用者或操作者的状况l 确定所设计产品的类型l 选择人体尺寸百分位数产品类型产品类型定义说明型产品尺寸设计需要两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据又称双限值设计型产品尺寸设计只需一个
10、人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据又称单限值设计A型产品尺寸设计只需一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值的依据又称大尺寸设计B型产品尺寸设计只需一个人体尺寸百分位数作为尺寸下限值的依据又称小尺寸设计型产品尺寸设计只需要第50百分位数（P50）作为产品尺寸设计的依据又称平均尺寸设计按产品的重要程度又分为涉及人的健康、安全的产品和一般工业产品两个等级。在确认所设计的产品类型及其等级之后，选择人体尺寸百分位数的依据就是满足度。产品类型产品重要程度百分位数的选择满足度型产品涉及人的健康、安全的产品一般工业产品 选用P99和P1作为尺寸上、下限值的依据选用P95和P5作为尺寸上、下限值的依据 9
11、890A型产品涉及人的健康、安全的产品一般工业产品 选用P99和P95作为尺寸上限值的依据选用P90作为尺寸上限值的依据99或9590B型产品涉及人的健康、安全的产品一般工业产品选用P1和P5作为尺寸下限值的依据选用P10作为尺寸下限值的依据99或9590型产品一般工业产品选用P50作为尺寸的依据通用 成年男、女通用产品 一般工业产品选用男性的P99、P95或P90作为尺寸上限值的依据选用女性的P1、P5或P10作为尺寸下限值的依据通用 第三讲人机系统1、人机系统的定义人机系统是由相互作用、相互联系的人和机器两个子系统构成的，且能完成特定目标的一个整体系统。 2、人机系统的基本模式人机系统的基
12、本模式由人的子系统、机的子系统和人机界面所组成。l 人的子系统可概括为S-O-R（刺激-加工-反应），包含S-O（刺激-加工）和O-R（加工-反应）两个子系统。l 机的子系统可概括为C-M-D（控制-运转-显示），又可分为C-M和M-D两大子系统。 l 人机界面：人与机之间存在一个相互作用的“面”，所有的人机信息交流都发生在这个作用面上，通常称为人机界面。 l 人机交互作用：就是人与机器互相进行信息交换的过程。一方面是人的输出信息发向机器，经转换后成为机器的输入信息，另一方面是机器的输出信息发向人，转换为人的输入信息。3、人机功能分配l 适合机器的工作(1) 枯燥、单调、笨重的工作；(2) 强
13、度大、快速操作、高级运算的工作；(3) 危险性大或操作环境恶劣的工作；(4) 可靠性、高精度的和程序固定的工作。 l 适合人的工作(5) 编制、设计程序；(6) 处理意外事件、排障维修；(7) 变换频繁的工作；(8) 探索性、决策性工作。 4、人机系统类型l 按人机结合方式可分为串联式人机系统、并联式人机系统和混合式人机系统三种。l 按有无反馈控制可分为开环式人机系统和闭环式人机系统。l 按系统自动化程度可分为手控式人机系统（人力系统）、机控式人机系统（半自动系统）和监控室人机系统（全自动系统）。第四讲 人体感知、信息处理与运动系统1、感觉与知觉的定义l 感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物个
14、别属性的反映，感觉是人们了解外部世界的渠道，也是一切复杂心理活动的基础和前提。l 知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。2、感觉的特征l 适宜刺激：人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感，能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激。l 适应：感觉器官接受刺激后，若刺激强度不变，则经过一段时间后，感觉会逐渐变弱以至消退，这种现象称为“适应”。 l 感受性和感受阈限：分为绝对感受性和绝对感受阈限；差别感受性和差别感受阈限。刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为绝对感觉阈限的下限，感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。绝对感受性与绝对感觉阈限值成反比，也就是说，
15、引起感觉所需要的刺激量越小即绝对感觉阈限的下限值越低，绝对感受性就越高，感觉越敏锐。若刺激量过大，超过了正常限度，将使感觉消失而引起痛觉，甚至造成感官的损伤。刚刚使感觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。刺激量在上、下阈限之间才能引起感觉。当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时，它们在强度上的差别必须达到一定程度，才能引起人的差别感觉。差别感觉阈限即为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量，对最小差别量的感受能力则为差别感受性，两者成反比关系。l 相互作用：在一定条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将因受到其他刺激的干扰影响而降低，这种使感受性发生变化的现象称为感觉的相互作用。 l 对比：同一感受器接受两种完全不同但属同类的刺激物的作用，而使感受器发生变化的现象称为对比。分为同时对比和继时对比。l 余觉：刺激消失后，感觉可存在一极短的时间，这种现象叫余觉。（现象） 3、知觉的基本特性 l 知觉的整体性：把知觉对象的各种属性、各个部分知
