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1、第二部分电子设备人机工程设计,第一篇：人机工程设计基础 第二篇：人机界面设计 第三篇：工作场所设计 第四篇：人机系统总体设计,第一篇：人机工程设计基础,1 概论 1.2人的生理、心理特点及其应用 1.3人体尺寸及其运用原则,概 论,概念 同义词：北美采用人因工程学(Human Factors Engineering) 、人体工程学； 欧洲采用人类工效学(Ergonomics)，前苏联喜用工程心理学；日本为人间工学；我国采用人类工效学，而工程技术学科领域则多采用人机工程学（钱学森）。 定义：研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特点，使人能安全、健康
2、、舒适、高效地进行工作。 人-机-环境（人机）系统：涉及人-机关系、人-环境关系、人-人关系，以及机-环境关系、机-机关系、环境-环境关系等。 边缘性交叉学科：生理学、心理学、行为科学、系统科学、工程技术科学。,人机工程学发展概况：萌芽时期(19世纪末至第一次世界大战)；初兴时期(第一次世界大战至第二次世界大战)；成熟时期(第二次世界大战至20世纪60年代) ；新的发展时期(20世纪70年代之后) 。 工作系统的人机工程设计 IEC标准明确提出，系统或产品的设计和评价，应包括两个方面：技术方面和人机工程方面。 影响工作系统设计的各种因素，见图1-5。 以人为中心的设计： 尽可能地适应于人的生理
3、、心理特点，才能充分发挥系统的整体效率，而且还可减少潜在的差错根源； 人的身心素质存在着个体差异，需进行人员的选拔、训练，以逐步适应系统的需要； 创造一个适应于人所要求的工作环境,概 论,产品和工作系统的可用性 定义：产品可为用户使用的程度，指标如下： 有效性：实现目标的准确性和完备性。 效率：实现有效性相应的资源消耗。 满意度：无不适感并对产品使用持肯定态度。 使用背景：可用性取决于使用背景和具体环境。设计前需进行用户描述；任务描述；设备描述；环境描述。 人机工程标准： 人机工程准则在产品和工程中的应用。多为推荐性。 1975年成立ISO/TC159标准化技术委员会；IEC也制定人机工程相关
4、标准。 1980年我国成立“全国人类工效学”标委会；军标及各行业（尤其是核电）均有相应标准。,概 论,2.2.1 人的心理现象和行为 2.2.2 防止作业疲劳的设计原则,2.1 人的生理、心理特点及其应用,心理过程：包括认识过程；情感过程；意志过程。 认识过程：指人在反映客观事物过程中所表现的一系列心理活动。 （1）感知觉：通过感觉器官认识事物，危险征象若不能及时觉察，就有可能发生事故。 （2）思维：它是在感知觉基础上产生和发展起来的复杂的心理活动。包括分析、综合、比较、抽象和概括，它揭示事物之间的内在联系和本质。 （3) 记忆： 包括识记，保持和再认(或回忆)三个基本环节。 遗忘：识记的材料
5、不能再认或回忆，或错误的再认或回忆。,人的心理现象,情感过程：通过态度体验来反映客观现实与人的需要之间关系的过程。 人的需要及其满足程度，决定了情绪（具有一定的冲动性）或情感（较稳定）。人的情绪反应具有两极性，如紧张的或轻松的情绪，积极的或消极的情绪等。人的情绪反应既依赖于认知，又可反作用于认知。 意志过程：根据对客观事物的认识，自觉地确定目标，克服困难，力求加以实现的心理过程。良好的意志品质是完成各种实践活动的重要条件， ,人的心理现象,个性心理 每个的心理特点，如性格、气质、能力。个性心理特征是相对稳定的，但当人与环境相互作用时，又是可以改变的。 性格：人的性格导致以较为定型的态度和行为方
6、式去对待和认识周围的事物。表现为粗心、认真、胆怯、果断、马虎、负责等。 气质：指一个人先天所具有的心理活动的动力特征。表现在人的情感、情绪和行为发生的速度、强度、灵活性和指向性等方面。气质具有相对稳定性，其变化更为缓慢且困难。 能力：指可使人顺利完成某项活动的心理特征。主要是在后天学习和实践活动中通过个人努力发展起来的。不同的作业内容对人的能力要求也不尽相同。,人的心理现象,心理状态 注意：人的心理活动对一定对象的指向和集中。 无意注意：事先既没有预定的目的，如突发事件会 引起人的注意。 有意注意：有预定的目的的注意。 注意的分配（指向不同对象）和转移。 不注意：意识水平下降型（不良环境的影响
7、）；意 识混乱型（界面不符合人的生理心理习惯）；意识迂 迥型（注意过度集中时，注意的转移缓慢）。 ,人的心理现象,定势：按照一种固定的心理倾向（学习积累而形成）反映客观事物，对思维有影响，也称为思维定势。 凭自己的经验和习惯方式去考虑和处理问题。 定势有着积极的影响，也可产生消极的影响。 心境：例如，舒畅、愉快、郁闷、焦虑就是不同的心境。心境好坏影响到人的注意力、认识过程和意志行为；影响到工作效率，易于误判断、误操作，甚至出现事故。 习惯：是一种已形成的相对稳定的条件反射。应注意使设计要符合群体工作习惯，不仅可提高工作效率，而且可减少误判断、误操作。 态度：指个体对人和事所持有的一种具有持久而
8、又一致的心理反应。具有相对稳定性，而且具有一定的社会性。 ,人的心理现象,人的行为,人的行为：泛指人的外观的动作、活动、反应或行动。 行为的共同特性和个体差异 目标行为(直接满足需要的行为)和目标导向行为(为了达到目标表现的行为) 从众行为:从众心理是一种表现出与群体中多数人一致的现象。 捷径行为:为了少消耗能量而又能取得最大效果而采取最短距离的行为，常导致“违章作业”。 人还有共同的躲避行为，侧重行为等: 激励：激发人的动机使其朝向所期望的目标前进的心理活动过程。 群体凝聚力：是指群体对其成员的吸引力和群体成员之间的相互吸引力。凝聚力大的群体，成员的向心力大，有较强的归属感、集体意识强、人际
9、关系协调。 人际关系：人们在互相交往和联系中的一种心理关系。它以人的情感为联系纽带的，而需要的满足则是人际关系的基础。,作业疲劳,作业疲劳 人在工作过程中，逐渐出现不适感，作业能力下降的一种状态。是一种复杂的生理和心理现象和生理保护机制。疲劳时，人的大脑就会提醒人需要适当体息，从而使人处于一种自我保护的功能状态。 工作负荷：分为体力负荷和心理负荷两种。 体力工作负荷：指单位时间内人体所承受体力工作量的大小，超负荷可导致肌肉疲劳。 心理负荷主要包括信息加工负荷和情绪负荷两个方面。心理负荷与各种输入信息负荷、环境因素、社会组织因素以及个人生理心理状况有关，是这些因素综合作用的结果。超负荷可导致精神
10、疲劳。 现代人机系统中工作负荷的特点：人的作用主要是监控和作出决策，工作负荷逐渐从体力负荷向心理负荷转移，面临的心理负荷越来越大。,精神疲劳 人的身心机能效率的暂时性降低。他取决于此前心理紧张的强度，持续时间。它易受情绪因素的影响：消极的情绪使作业人员更易产生精神疲劳。 精神疲劳的原因 心理紧张：作业人员长期处于心理紧张状态下，易导致精神疲劳。 单调作业：其主要特征是枯燥乏味。表现为人的“心理低负荷”现象。它可使人提前出现精神疲劳。 不良的工作环境：不良的物理环境和社会因素可促使精神疲劳的产生。 个体因素：个体心理素质差、心理承受力和应变能力较差者易导致精神疲劳。注意力需高度集中的作业，由于个
11、人操作技术不熟练易诱发精神疲劳。 ,作业疲劳,有关心理负荷的设计原则,一般设计原则 应使工作系统适合于人：应考虑使用者的能力、技巧、经验以及他们对系统的期望。 。 设计方案的确定应注意，工作负荷强度和工作负荷暴露时间。 动态的作业分配：让操作者根据实际状态给系统或操作者自己分配任务。 预防心理疲劳的设计原则 一般原则：心理负荷可以用操作者接触工作负荷的强度、持续时间以及强度的时间分布来评价。减少或优化心理负荷的强度。应当注意，一味地降低心理负荷并不是保证人的工作效率的最佳方法，心理负荷低于最佳水平之后，会引起类疲劳态。 心理负荷的强度：受任务、感觉、行动、环境、组织等因素的影响。 工作负荷的时
12、间分配：通常工作时间与疲劳之间是指数关系。,1.3 人体尺寸及其运用原则,1.3.1人体尺寸百分位数 1.3.2 人体尺寸的运用原则 1.3.3 工作岗位尺寸的设计原则,人体尺寸及其运用原则,人体尺寸：示例，图37 人体尺寸百分位数： P50：第50百分位数，表示“中等”身材。 P5：第5百分位数，代表“小”身材。 P95：第95百分位数，代表“大”身材。 人体尺寸应用时需考虑的因素 测量值与实际使用值的某些差异(见图317)：立姿的放松态，使上肢功能前伸长度的变化超过100mm，而眼高等要减小10mm；坐姿的放松态，坐高、眼高减少可达60mm，一般取44m。 性别、年龄造成的差异。 年代造成
13、的差异：近20年来，世界各国人的身高，平均每10年增加10mm。在使用时，应加以适当的修正。 地区性造成的差异。,使用者群体的满足度 使用者群体范围：使用者群体是指工程或产品的全部使用人员。 满足度：所设计的工程或产品在尺寸上能适合特定使用者群体中多少人的使用,最常用的是P5和P95 ，即满足90或95人的需要。 人体尺寸百分位数在产品或工程中的应用原则 包容(人)空间：应使空间能包容大多数人，并实现指定的功能。这种情况下应取P95。其主要矛盾是要求能容得下大身材的人。见图321之尺寸A。 被(人)包容空间：空间能为大多数人所包容，并实现指定的功能。其主要矛盾是要求小身材的人能包得住这个空间，
14、这时应取P5。见图321之尺寸B。,人体尺寸及其运用原则,可及范围：人为了执行工作任务，手及脚的可及范围。 可及范围应按小身材的人进行设计，即采用P5。 控制台上的操作系统应设置在P5人手的可及范围之内。 垂直面上的手动控制器的最高位置应使P5在直立状态下能够触及，最低位置应使P95不弯腰也能触及。 最佳作业范围：对于某些频繁使用的操纵器，希望能在最舒适的状态操作。最佳作业区的设置应按P50。 可调范围：一般以P50 为基准，向两端扩展到P5和P95，使90%的人都能适用(在调节范围内)。 使用者群体特征尺寸分级 分析男、女人体测量值可发现， P95的女子与P50的男子身高相近， 而P5男子与
15、P50的女子身高相近。根据这一情况，可将男女的身高共分为4个等级，即矮、小、中等、大。男女共用百分位数的选用，见表337。,人体尺寸及其运用原则,人体尺寸修正量 静态功能修正量： 着衣修正量：坐姿时的坐高、眼高、肩高、肘高加6mm，胸厚加10mm，臂膝距加20mm。 穿鞋修正量：身高、眼高、肩高、肘高加25mm。 姿态修正量立姿时的身高眼高等减10mm；坐姿时的坐高、眼高等减44mm；上肢功能前伸长加100mm。 与作业相关的修正量：例如，在确定各种操纵器的布置位置时，上肢前伸长为中指尖的位置，因此对不同操作功能应作如下修正： a) 按压按钮减12mm； b) “推”和“板拨”开关或推钮，减2
16、5mm； c) 手三指抓捏，例如，操作旋钮，减50mm； d) 手握轴、操纵手柄减100mm。,人体尺寸及其运用原则,动态功能修正量：通常是指人的必要的活动间隙和活动空间。 每个工作人员的自由活动面积不得小于1.5m2，且自由活动场地宽度不得小于1m； 人走动时，头上方留有动态安全裕量(例如，40mm)，左右晃动量两侧各50mm 。 工作台下面要留出膝和脚的活动空间，腿与工作台下边缘间应留出2030mm。 心理修正量：人的心理因素会影响到工作效率及工作质量，在工程及产品设计中应留有合理的间隙余量，对包容空间尺寸及安全技术方面尤其如此。在可能情况下宜适当加大间隙余量。 大型建筑的门、过道、安全通道及自由活动空间等，宽敞些能给人以舒展感；,人体尺寸及其运用原则, 办公桌间的间距除考虑人体尺寸界限外，还应考虑相互干扰因素和心理因素； 在人的前方应适当留出空间，以免使人产生“碰壁”感和压抑感； 应考虑动态尺寸，并留出一定裕量，以免在动作时产生约束感，如设施的维修空间，除作业必要空间外，适当增大间隙可以提高维修效率； 安
