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1、人机工程学 工设00用 64学时 第一章 人机工程学概论 w 现代的工业产品造型设计，不仅要求造型新颖、美观、大方， 色彩符合现代人的欣赏习惯，以及使用新材料、新工艺、新结 构，还应包括产品的造型设计必须符合人机工程学的要求。人 机工程学是本世纪50年代发展起来的一门学科，是研究产品设 计中如何正确处理人、机器及其工作环境之间相互作用的学科 。 w 该学科在美国称为人类工程学(Human Engineering)或人的因素工 程学(Human Factors Engineering)，西欧多称为工效学 (Engonomics)，日本称为人间工学，在我国名称尚未统一，除常 用的人机工程学和人机工
2、程设计外，还有人体工程学、人类工 程学、人类工效学、工效学、工程心理学等。 一、什么是人机工程学 w国际人类工效学学会的定义为：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各种因素，研究人和机器及环境的 相互作用，研究在工作、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、 人的健康、安全和舒适等问题的学科。 w我国对人机工程学的定义为：人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是 运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究 方法和手段。综合地进行人体结构、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 研究控制台上各
3、个仪表的最适位置。 二、人机工程学研究的内容 w 1. 人体特性的研究 w人体特性研究的主要内容是：在工业产品造型设计中与人体有关的问题。例如，人体形态 特征参数、人的感知特性、人的反应特性以及人在劳动中的心理特征和人为差错等。研究 的目的是解决机器设备、工具、作业场所以从各种用具的设计如何适应人的生理和心理持 点。为操作者(或使用者)创造安全、舒适、健康、高效的工作条件。 研究的内容 w2人机系统的整体设计 w人们设计人一机系统的目的，就是为了使整个系统工作性能最优化，即系统的 工作效果要佳。这是指系统运行时实际达到的工作要求，如功率人、速度快、 精度高、运行可靠，以及人的工作负荷要小，即指
4、人完成任务所承受的工作负 担或工作压力要小和不易疲劳等。 w人与机器各有特点，在生产中应充分发挥各自的待长，合理地分配人机功能。 这对系统效率的提高影响很大。显然，为f提高整个系统的效能，除了必须使机 器的各部分(包括环境系统)都适合人的要求外，还必须解决机器与人体相适应问 题，即如何合理地分配人机功能，二者如何相互配合，以及人与机器之间又如 何有效地交流信息等。 w值得指出的是，随着自动化的发展，人们必须解决更复杂的测量精度、快反应 速度及信息量增大等有关问题，又必须控制生产过程和规定有限的时间间隔。 自动化不是从多而复杂的系统所控制的过程中把人排挤出去，而是把人摆到新 的条件上去。因此，在
5、设计新的自动化系统时，就必须充分注意人的持性，使 自动化条件能对人更有利。 研究的内容 w 3. 研究人与机器间信息传递装置和工作场所的设计 w 要研究人与机器及环境之间信息交换过程，井探求人在各种 操作环境中的工作成效问题。信息交换包括机器(显示装置)向人 传递信息和机器(操纵装置)接受人发出的信息，而且都必须适合 人的使用。值得注意的是，人机工程所要解决的重点不是这些 装置的工程技术的具体设计问题，而是从适合于人使用的角度 出发，向设计人员提出具体要求，怎样使仪表能保证操作者看 得清楚，读数迅速准确；怎样设计操纵装置才能使人操作起来 得心应手，方便快捷、安全可靠等。 w 工作场所设计的合理
6、性，对人的工作效率有直接影响。工作 场所设计一船包括工作空间设计、作业场所的总体布置、工作 台或操纵台设计以及座位设计等。研究工作场所的目的在于保 证物质环境符合人体的持点，既能使人高效地完成工作，又要 感到舒适和不易产生疲劳。 研究的内容 w 4环境控制和人身安全装置的设计 w 生产现场有各种各样的环境条件，如高温、潮湿、振动、噪 声、粉尘、光照、辐射、有毒等。为了克服这些不利的环境因 素，保证生产的顺利进行，就需要设计一系列的环境控制装置 ，以适合操作人员的要求和保障人身安全。 w “安全”在生产中是放在第一位的，这也是人一机一环境系统的 特点。为了确保安全，不仅要研究产生不安全的因素，并
7、采取 预防措施，而且要探索不安全的潜在危险，力争把事故消灭在 设计阶段。安全保障技术包括机器的安全本质化、防护装置、 保险装置、冗余性设计、防止人为失误装置、事故控制方法、 救援方法、安全保护措施等。 三、人机工程学的研究方法 w 1、实测法 w 2、实验法 w 3、模拟与模型实验法 w 4、系统分析评价法 w 5、调查研究法 四、人机系统 w在现代生产和生活中，所有的机器 设备(这里是泛指。也括各种工具和 用具)都是由人进行操纵或使用的。 因此，在生产和生活中人和机器联 系在起形成个不可分割的整 体，脱离了人或机器任要素，就 无法实现生产的目的或使用价值。 这个系统就称为人一机系统。 w任何
8、一个系统都离不开所在的工作 环境。作为一个完整的概念，人 机系统就是指人一机环境组成的 系统。人机工程设计研究的中心问 题是人与机器的相互关系，即二者 相互作用、相互配合、相互制约的 关系，但起主导作用的始终是人。 人机比较 w 在人一机系统中，人和机器各有自己的特点。要使人和机器的 要素取长补短，使整个系统达到最佳效率和最佳的总体功就 需要掌握入相机器有哪些特性，有哪些方面人优于机器，在哪 些方面机器优于人。人机功能的合理分配必须建立在对人和机 器的要素特性进行分析与比较的基础上。 第二章 人体测量 第一节 人体静态测量参数 w 我国成年人人体尺寸的国家标准GB10000一为人机上的设计提供
9、 了基础数据。该标准提供了七个类别共47项人体尺寸基础数据 包括人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水 平尺寸、人体手部和足部尺寸，并分别按性别列表。我们主要 研究工业生产中法定成年人年龄范围内的人体尺寸。 w 百分位数表示人体尺寸的等级，即表示在某一身体尺寸范围内 ，使用者中有百分之几大于或小于给定位。例如，我国成年人 身高的百分位数为1583mm它表示该年龄组男性中身高等于或 小于1583mm者占5，大于此数者占95。设计范围越大，制 成设备和工具的适用度就越高，可使用的人数就越多。 人体主要尺寸 人体立姿尺寸 坐姿人体尺寸 人体水平尺寸 用身高推算身体尺寸 用身高推算人体尺寸
10、第二节 人体测量应用 人 体 尺 寸 在 设 计 中 的 应 用 人 体 活 动 范 围 第三章 显示与操作设计 第一节 仪表显示设计 w 按仪表的显示功能可分为五 种，即读数用仪表、检查用 仪表、警戒用仪表、追踪用 仪表和调节用仪表。 w 按显示形式可分为数字式和 模拟式显示仪表两类。 一、人接受信息的特征 w操作者应能根据任何显示仪表显示的信息迅速准确地得出结论。所以， 仪表设计应把人接受信息时的视觉特性作为必要的因素考虑。与仪表显 示有关的视觉特性有下列几方面： w人们视觉的水平运动比垂直运动快，而且眼睛沿垂直方向运动比沿水平 方向运动容易引起疲劳。所以，水平式和垂直式显示仪表相比，水平
11、式 的认读效率高，认读差错字低。 w人们的视线习惯从左到右或从上往下运动，环形观察时以沿顺时针方向 较反时针方向快。所以，各种形式的显示仪表和多个仪表的排列顺序， 一般应遵循这一特点进行设计。 w在偏离视觉中心相同距离的情况下，人眼对左上角的观察效率优于右上 角，其次左下角，最差的为右下角。这是显示仪表板面合理布局的依据 。 w人对视野最佳范围内的目标，认读迅速而准确；对视野有效范围内的目 标，不易引起视觉疲劳。因此，重要的显示仪表应布置在最佳视野范围 之内，而视野最大范围内不应布置显示仪表，或只布置不经常认读的仪 表。 视野与视距 w 视野指头部、眼球固定不动时所能看到的空间范围，可分为动
12、视野、静视野和注视野。动视野是头部固定不动，自由转动眼 球时的可见范围；静视野是头部固定不动时在眼球静止不动状 态下的自然可见范围；而注视野是头部固定不动，转动眼球而 只盯视某中心时的可见范围。 w 正常人在各种工作时的视力范围比视野要小。因为视力范围是 要求能迅速、清晰地看清目标细节的范围，只能是视野的一部 分。例如，在垂直方向的视野中，立姿时视线方向在视轴以下 10。；坐姿时视线方向在视轴以下15。；而当视角为30。一40 。时，可以迅速而有效地扫视，称其为有效视力范围。所以， 该范围是布置机器装置最适宜的范围。 w 视力范围与目标距离有关。经测试，目标在560mm处最为适宜 ，低于380
13、mm时会发生目眩，而超过760mm时细节看不清。通 常人观察显示器的视距为380一760mm。 视野 二、仪表显示设计的原则 w仪表显示设计应以人接受气息的视觉特性为根据，以保证操作者迅速准 确的获得需要的信息。显示的精确程度应与人的视觉辨认特性和系统要 求相适应，不宜过低，也不宜过高。 w仪表显示信息的种类和数目不能过多，同样的参数应尽量采用同一种显 示方式。显示的信息数量应限制在人的视觉通道容量所允许的范围内， 使之处于最佳信息条件下。显示的格式应简单明了，显示的意义明确易 懂，以利于操作者迅速接受信息，正确理解和判断信息。 w仪表的指针、刻度、标记、字符等与刻度盘之间、在形状、颜色、亮度
14、 等方面要保持合适的对比关系，以使目标清晰可辨。一般的目标应有确 定的形状、较强的亮度和鲜明的颜色。相对于目标而言，背景的亮度应 低些，颜色应暗些。同时，也要考虑到与其它感觉器官配合。 w仪表显示应在空间关系、运动关系和概念上与系统中其它显示装置、操 纵装置兼容。显示装置的编码应与相关操纵装置的编码一致 模拟式显示仪表 w 仪表刻度盘的大小对仪表的认读速度和准确性有很大影响，并 直接影响认读效果。它与刻度盘上刻度标记的数量和观察距离 有密切关系。一般认为仪表的尺寸越大，认读的速度和准确性 越高，但事实并非如此。有关专家对圆形刻度盘的可读性进行 了研究。结果表明，当刻度盘的直径为2535mm时，
15、认读效果 脯直径增大而提高；当刻度盘直径为3570mm时，认读效果趋 于稳定；当刻度盘直径超过70mm时，认读效果反而下降。 w 读数设计 w 仪表指针 w 仪表色彩 w 信号灯设计 第二节 操作装置设计 w为了采取最合理、最少疲劳和最高效率的动 作，必须考虑操作动作与人体机能的关系。 w (1)避免不必要的加速和减速 避免于密、 腿和身体的加速及减速可降低消耗的时间和 能员。对于手臂和服，适宜于回转运动，手 臂作回转运动的效率较高，应尽量减少往复 运动的操作动作。 w (2)使用两只手动作 使用两只手动作可以 减少工作时间和节省每个单位工作量的人体 能景消耗。 w (3)考虑运动习惯和运动速
16、度 一般说来， 手的上下运动速度比左右运动速度快，准确 度也高；从上往下比从下往上快，水平面内 的前后运动比左右运动快，旋转运动较直线 运动快。另外，右手动作比左手动作快10 时间，失误率低5，出力强5一10。右 手向右运动较向左运动快，手朝向身体的运 动比离开身体的运动快，但后者准确度高。 一、操作器的功能 二、操作器的选择 三、按键的设计 w 按键的颜色应根据其功能决定：表示“停止”、“断电”或发生事故 的按键应为红色；“起动”或“通电”的，应优先用绿色，不能用绿 色时，允许用白灰或黑色键；按下为开，抬起为停或进级的， 优先用黑色键，忌用红色键。 四、手控制器的形态语义 手控操作器的尺寸 控制器间距 五、操作与显示的结合 w 1)操纵器右移或右旋时，水平式代表的指针应右移，垂直式仪表 的指针朝上移动。 w 2)操纵器朝上或朝前移动时，显示器指针必须朝上或向右移动。 w 3)操纵器右移或顺时计转动时，表示被控量增加，显示器应显示 出增加。 w 4)如果采用指针固定式定式显示器，则操纵器右移时，表盘应左 移，而显
