人因工程2

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1、现代人-机-环境 系统工程学课程 基础篇基础篇 内容提纲内容提纲 1.人机工程学概论人机工程学概论 2.人机工程学系统分析人机工程学系统分析 3.人体测量与数据应用人体测量与数据应用 4.人感知与运动特征人感知与运动特征 5. 人的心理与行为特征人的心理与行为特征 6.人机的信息界面设计人机的信息界面设计 7.人与环境的界面设计人与环境的界面设计 8.人机工程发展新趋势人机工程发展新趋势 1.人机工程学概论人机工程学概论 人机工程学的命名与定义人机工程学的命名与定义 人机工程学（人机工程学（Man-Machine Engineering)： 研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。研究人、

2、机械及其工作环境之间相互作用的学科。 学科的命名学科的命名 1. 人类工程学人类工程学Human Engineering 2. 人因工程学人因工程学Human Factors Engineering 3. 工效学工效学 Ergonomicsergon（工作、劳（工作、劳 动）动）nomos（规律、规则）（规律、规则） 学科的定义学科的定义 研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学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；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研究在工作中、家庭生活中和

3、休假时怎样统 一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适性等问一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适性等问 题的学科。题的学科。 形成形成与发展的与发展的三个阶段三个阶段 1.经验人机工程学经验人机工程学 2.科学人机工程学科学人机工程学 3.现代人机环境系统工程学现代人机环境系统工程学 1.经验人机工程学经验人机工程学 Human to machine 2.科学人机工程学科学人机工程学 Human to humanMachine to human 3.现代人机环境系统工程学现代人机环境系统工程学 Environment to human Machine to human 环境环境机机 人人 现代现代

4、人人-机机-环境系统工程研究内容环境系统工程研究内容图图 现代现代人人-机机-环境系统工程环境系统工程 环境环境是指是指人、机械人、机械 共处共处的特的特殊条件殊条件 人人-机机-环环 机机是指是指人人所控制所控制的的 一切对象一切对象的的总称总称 人人是指是指作为作为主主体工作的人体工作的人 现代现代人人-机机-环境系统工程环境系统工程 人体科学人体科学，工程工程技术，技术，环境科学环境科学，安全，安全科学科学，社会，社会 科学等科学等交叉形成交叉形成的的一门重要一门重要学科学科 以以人的生理人的生理，心理特征为心理特征为依依据据， 以以提提高高人的工作人的工作，生活生活质质量为量为目目的的

5、 运用系统工程运用系统工程，信息理论和工程信息理论和工程技术技术的的观点观点和方和方法法 研究人与机器研究人与机器，人与环境和机器与环境之间的相互人与环境和机器与环境之间的相互关关系系， 把把人的因素作为系统设计的人的因素作为系统设计的重要条件重要条件和和原原则则，为机器为机器 设计设计成操成操作作简便简便、省力省力、安全安全、可靠可靠、高高效、效、舒适舒适的的 人人-机机-环境系统提环境系统提供一供一种新的理论种新的理论依依据和方据和方法法。 人机工程学的研究内容人机工程学的研究内容人机工程学的研究内容人机工程学的研究内容 研究内容具有多样性、应用性和灵活性。主要研究内容具有多样性、应用性和

6、灵活性。主要 包括以下几个方面：包括以下几个方面： 1）人体特性的研究：主要研究在工业设）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。计中与人体有关的问题。 2）工作场所和信息传递装置的设计：主）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，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。使人可以舒适高效的工作。 3）环境控制与安全保护：主要研究从长远）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，事故危保证人在长期工作下健康不受影响，事

7、故危 险性最小。险性最小。 4）人机系统的总体设计：人机系统工作）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，即在效能的高低主要取决于它的总体设计，即在 整体上使整体上使“机机”与人体相适应，解决好人与机与人体相适应，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。可，使二者取长补短，各尽所长。 5） 人机工程学发展动向的研究。） 人机工程学发展动向的研究。 研究方研究方法法 1. 1. 观观察察法法观察法观察法 可可借助摄影或录借助摄影或录象象可借助摄影或录象可借助摄影或录象 2. 2. 实实测测法

8、法实测法实测法 借助仪借助仪器器进进行行实际实际测量测量，借助仪器进行实际测量，借助仪器进行实际测量，见见图图见见图图1 1- -1 1 3. 3. 实验实验法法实验法实验法 在在实验室或实验室或作作业现场业现场进进行行多多次反复次反复观观在实验室或作业现场进行多次反复观在实验室或作业现场进行多次反复观 测测，测，测，见见图图见见图图1 1- -2 2 4. 4. 模拟模拟和和模型试验模型试验法，法，模拟和模型试验法，模拟和模型试验法，见见图图见见图图1 1- -3 3 模拟模拟：假假人人模型冲击模型冲击/虚拟虚拟技术技术 模型模型：输入输入系统系统输出输出 5. 计算机数值仿真法，计算机数值

9、仿真法，见见图图1-4 6. 分析法分析法 a.瞬间操作分析法瞬间操作分析法 b.知觉与运动信息分析法知觉与运动信息分析法 C.动作负荷分析法动作负荷分析法 d.频率分析法频率分析法 e.危象分析法危象分析法 f. 相关分析法相关分析法 7. 调查研究法：各种调查研究的方法（抽样调查研究法：各种调查研究的方法（抽样/询问询问/ 问卷）注重测试方法的可靠性和有效性问卷）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有效性：测试结果能真实反映所评价的内容. 人机工程学的相人机工程学的相关关学科

10、学科 .人体科学方面人体科学方面： 生理学、心理学、人体解剖学、人体测量学、运动生生理学、心理学、人体解剖学、人体测量学、运动生 物力学；物力学； .安全科学方面安全科学方面： 劳动卫生学、劳动保护学、安全心理学；劳动卫生学、劳动保护学、安全心理学； .环境科学方面环境科学方面： 环境保护学环境保护学环境监测学环境监测学环境卫生学环境卫生学环境医学环境医学 2.人机工程学系统分析人机工程学系统分析 系统的功能系统的功能 系统的经济性系统的经济性 系统的安全性系统的安全性 系统的基本要素系统的基本要素: 系统分析的系统分析的目目的的系统分析的系统分析的目目的的 对任何一个人机环境系统来说，在满对

11、任何一个人机环境系统来说，在满 足功能的前提条件下，还要满足系统的经济足功能的前提条件下，还要满足系统的经济 性和安全性。随着科技文化水平的提高，操性和安全性。随着科技文化水平的提高，操 作环境的舒适性也将成为重要指标。作环境的舒适性也将成为重要指标。 系统系统功能功能分分配配及及评价评价系统系统功能功能分分配配及及评价评价 人机系统设计要遵循以下过程：人机系统设计要遵循以下过程： (1)进行人、机功能分配；进行人、机功能分配； (2)进行人、机组合；进行人、机组合； (3)设计人机界面和作业工具等；设计人机界面和作业工具等； (4)对系统进行评价，在不满足系统要求情况对系统进行评价，在不满足

12、系统要求情况 下重返过程下重返过程(1)； (5)系统最终设计。系统最终设计。 3.人体测量与数据应用人体测量与数据应用 人机联系是影响工业产品造型的主要因素人机联系是影响工业产品造型的主要因素 为设计出操作为设计出操作(使用使用)方便、舒适、美观、方便、舒适、美观、大方大方 的工业产品，并能保证安全和高效工作，的工业产品，并能保证安全和高效工作，设计人员设计人员 应掌握并能运用人体生理学和心理学的知识。应掌握并能运用人体生理学和心理学的知识。 “操作方便、安全、高效操作方便、安全、高效”主要是就功能而盲，主要是就功能而盲，而而 “舒适、美观、大方舒适、美观、大方”则包含着审美情趣。则包含着审

13、美情趣。 人体测量的基人体测量的基本本知知识识 人体测量学：通过测量人体各部位尺寸来人体测量学：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，使设计更适于差别，用以研究人的形态特征，使设计更适于 人，人，见见图图3-1。 测量数据：测量数据： 1、人体构造尺寸（静态尺寸）、人体构造尺寸（静态尺寸） 2、功能尺寸（动态尺寸）、功能尺寸（动态尺寸） 人体测量的人体测量的主要主要方方法法 1. 普通测量法 2.摄影法，见图3-2 3.三维数学测量法，见图3-3 人体测量数据的应用人体测量数据的应用 主要人体尺寸的应用原

14、则主要人体尺寸的应用原则 设计中常用测量尺寸见设计中常用测量尺寸见图图3-4，有关数据，有关数据 的定义、应用条件。的定义、应用条件。 人体人体尺寸尺寸的应用方的应用方法法人体人体尺寸尺寸的应用方的应用方法法 1. 确定所设计产品的类型，参阅表确定所设计产品的类型，参阅表2-13 2. 选择人体尺寸的分位数，参阅表选择人体尺寸的分位数，参阅表2-14 3. 确定功能修正量，参阅表确定功能修正量，参阅表2-15 4. 确定心理修正量确定心理修正量 5. 产品功能尺寸的确定产品功能尺寸的确定 n最小功能尺寸人体尺寸的分位数功能修正量最小功能尺寸人体尺寸的分位数功能修正量 n最佳功能尺寸人体尺寸的分

15、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 心理修正量心理修正量 4.人感知与运动特征人感知与运动特征 人在系统中的人在系统中的功能功能 把操作者作为人机系统中的一个把操作者作为人机系统中的一个“ “环节环节” ”来研究，人与外界发生来研究，人与外界发生 联系的主要是三个子系统，即感觉系统、神经系统、运动系统，联系的主要是三个子系统，即感觉系统、神经系统、运动系统， 见图见图4 4- -1 1。 视视觉觉机机能能及其特征及其特征 视视觉觉刺激刺激视觉刺激视觉刺激 视视觉觉的的适适宜刺激宜刺激是是光光。人的。人的两眼两眼可以可以视觉的适宜刺激是光。人的两眼可以视觉的适宜刺激是光。人的两

16、眼可以 感感受受到到的的光波只占光波只占整整个个电磁光谱电磁光谱的的一一小小部部感受到的光波只占整个电磁光谱的一小部感受到的光波只占整个电磁光谱的一小部 分分，其其波波长长为为分，其波长为分，其波长为380780380780nmnm，见见见见图图图图4 4- -2 2。 视视觉觉机机能能视视觉觉机机能能 1.视角视角与与视视力力 视角：确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球视角：确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球 的相交角度。的相交角度。 =2arctg(D/2L) 视角；视角； D被看物体上两端点的直线距离；被看物体上两端点的直线距离； L眼睛到被看物体的距离；眼睛到被看物体的距离； 视力：眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺视力：眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺 度，以临界视角的倒数来表示。度，以临界视角的倒数来表示。 视力视力=1/能够分辨的最小物体的视角能够分辨的最小物体的视角 2. 视野视野与与视距视距 视野：指人的头部和眼球固