人机工程学教案

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1、宿宿州州学学院院美美术术系系人人机机工工程程学学授授 课课 教教 案案任课教师：李稳人人 机机 工工 程程 学学第一章 人机工程学概论人机工程学形成与发展人机工程学概念与研究范围 人机工程学的学科特性与相关学科第二章：人体动作与行为因素人体与物体尺度的行为关联 人体测量相关知识 人体与知觉心里的行为反映 人体与作业环境的行为需求第三章：人体动作空间与人性化设计人体动作疲劳强度的适度考量 人体动作空间环境的标准考量第四章：人机工程学的设计应用室内空间设计 家具陈设设计 无障碍设计第一章第一章 人机工程学概论人机工程学概论1.1.人机工程学形成与发展人机工程学形成与发展 英国是世界上开展人体工学研

2、究最早的国家，但学科的奠基性工作实际上是在美国完 成的。所以，人体工学有“起源于欧洲，形成于美国”之说。虽然本学科的起源可以追溯 到 20 世纪初期，但作为一门独立的学科只有五十多年历史。学科在形成与发展的过程中， 大致经历了以下三个阶段： 经验人体工学经验人体工学 泰罗制 ： 20 世纪初，美国学者 FW泰罗（Frederick WTaylor）在传统管理基础上，首创了新的管理方法和理论，并据此制订了一整套以提高工作效率为目的的操作 方法，并考虑了人使用的机器、工具、材料及作业环境的标准化问题。从泰罗的科学管理 方法和理论的形成到第二次世界大战之前，称为经验人体工学的发展阶段。 其中突出的代

3、表是美国哈佛大学的心理学教授 H闵斯特泼格（HMunsterberg） ，在 其代表作心理学与工业效率中，他提出了心理学对人在工作中的适应与提高效率的重 要性。闵氏的心理学研究工作与泰罗的科学管理方法联系起来，解决了选择、培训人员与 改善工作条件、减轻疲劳等实际问题。由于当时该学科的研究着眼于心理学方面，因而在 这一阶段大多称本学科为“应用实验心理学” 。学科发展的主要特点是：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。 经验人机工程学一直延续到第二次世界大战之前，当时，人们所从事的劳动在复杂程 度和负荷量上都有了

4、很大变化。因而改革工具、改善劳动条件和提高劳动效率成为最迫切 的问题，从而使研究者对经验人机工程学所提出的问题进行科学的研究，并促使经验人机 工程学发展为科学人机工程学。 科学人体工学科学人体工学 本学科发展的第二阶段是第二次世界大战期间。在这个阶段中，由于战争的需要，许 多国家大力发展效能高、威力大的新式武器和装备。但由于片面注重新式武器和装备的功 能研究，而忽视了其中“人的因素” ，因而由于操作失误而导致失败的教训屡见不鲜。 例如，由于战斗机中座舱及仪表位置设计不当，造成飞行员误读仪表和误用操纵器而 导致意外事故；由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理尺寸而造成战斗命中率低等现象 经常发生。

5、据统计，美国在第二次世界大战的飞机事故中，80%是由于人机工程方面的原因 造成的。失败教训引起决策者和设计者的高度重视。通过分析研究，逐步认识到，在人和 武器的关系中，主要的限制因素不是武器而是人，并深深感到“人的因素”在设计中是不 能忽视的一个重要条件；同时还认识到，要设计好一个高效能的装备，只有工程技术知识 是不够的，还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。 科学人体工学一直延续到 50 年代末。在其发展的后一阶段，由于战争的结束，学科的 综合研究从军事领域向非军事领域发展，并逐步把应用在军事领域中的研究成果来解决工 业与工程设计中的问题，如飞机、汽车、机械设备、建筑

6、设施以及生活用品等。人们还提 出在设计工业机械设备时也应集中运用工程技术人员、医学家、心理学家等相关学科专家 的共同智慧。因此，在这一发展阶段中，学科的研究课题已超出了心理学的研究范畴，使 许多生理学家工业与工程设计中“人的因素” ，力求使机器适应于人。工程技术专家涉及到 该学科中来共同进行研究，从而使本学科的名称也有所变化，大多称“工程心理学” 。本学 科在这一阶段的发展特点是：重视工业与工程设计中“人的因素” ，力求使机器适应于人。 现代人体工学现代人体工学 到了 60 年代，欧美各国进入了大规模的经济发展时期，在这一时期由于科学技术的进 步，使人机工程学获得了更多的发展机会。同时，在科学

7、领域中，由于控制论、信息论、 系统论和人体科学等学科中新理论的建立，在本学科中应用新理论和新技术来进行人机系 统的研究应运而生。所有这一切，不仅给人体工学提供了新的理论和和新实验场所，同时 也给该学科的研究提出了新的要求和新的课题，从而促使人体工学进入了系统的研究阶段。 从 60 年代至今，可以称其为现代人体工学发展阶段。 学科在国内的发展情况学科在国内的发展情况 本学科在国内起步虽晚，但发展迅速。解放前仅有少数人从事工程心理学的研究，到 60 年代初，也只有在中科院、中国军事科学院等少数单位从事本学科中个别问题研究，而 且其研究范围仅局限于国防和军事领域。但是，这些研究却为我国人体工学的发展

8、奠定了基础。期间，本学科的研究曾一度停滞，直至 70 年代末才进入较快的发展时期。随着我国科学技术的发展和对外开放，人们逐渐认识到人体工学研究对国民经济发展 的重要性。目前，该学科的研究和应用已扩展到工农业、交通运输、医疗卫生以及教育系 统等国民经济的各个部门，由此也促进了本学科与工程技术和相关学科的交叉渗透，使人 体工学成为既有深厚理论基础又有广泛应用领域的边缘学科。 2.2.人机工程学概念与研究范围人机工程学概念与研究范围 概念概念 学科的命名 ：由于该学科研究和应用的范围及其广泛，各个领域的研究人员都试图从 自身的研究角度来给本学科命名和下定义，因而世界各国对本学科的命名不尽相同，即使

9、在同一个国家里对本学科的命名也不统一。 例如，在美国本学科称为“Human Engineering” （人类工程学） 、 “Human Factors Engineering” （人的因素工程学） 。也有称为“人类工程学” 、 “人机工程学”的，大多数西 欧国家称为“Ergonomics” （人类工效学） ，其他国家大多引用西欧的名称。 “Ergonomics”一词是由希腊词根“ergon” （即工作、劳动）和“nomos” （即规律、 规则）复合而成，其本义为人的劳动规律。由于该词能够较全面地反映本学科的本质，词 义能保持中立性，不显露它对各组成学科的亲密和间疏。又源自希腊文，便于各国语言翻

10、 译上的统一；因此，目前较多的国家采用“Ergonomics”一词作为该学科的命名。 人体工学在 70 年代末才在我国兴起，学科为了同国际接轨，采用“人类工效学”这一 名称进行对外交流为多。由于该学科在国内主要被用于协调产品与人之间的关系，因而， 普遍采用人体工学这一名称。此外，常见的名称还有：人机工程学、人类工效学、人类工 程学、工程心理学、宜人学、人的因素等。 另外，在不同的研究和应用领域中，带有侧重点和倾向性的定义有以下几种： a.研究人和机器之间相互关系的边缘性学科。 b.利用关于人的行为的知识，提高生产过程与机械的合理性和有效性。 c.研究能提高劳动生产率、减少差错、减轻疲劳和创造舒

11、适劳动条件的机械设计和制 造问题。 d.在综合各门有关人的科学成果的基础上，研究人的劳动活动规律的科学。 e.研究人、机、环境系统，力求达到人的可能性和劳动活动的要求之间平衡。 f.综合研究人体在劳动过程中的可能性和特点，从而创造最佳的工具、劳动环境和劳 动过程。 g.利用生物力学、生理解剖学、心理学和技术科学的最新成就，设计最佳人机系统。 研究范围研究范围 从艺术设计学角度来看，与本学科相关的研究内容主要有以下几个方面： a a.在人与产品关系中，作为主体的人，既是自然的人，也是社会的人。在自然方面的 研究有：人体形态特征参数，人的感受知特性，人的反映特性，人在工作和生活中生理特 征和心理特

12、征等。在社会方面的研究有：人在工作和生活中的社会行为、价值观念、人文 环境等，目的是解决机器设施、工具、作业、场所以及各种用具的设计如何适应人的各方 面特征，为使用者创造安全、舒适、健康、高效的工作条件。 b.人机系统的整体设计 人机系统设计的目的就是创造最优的人机关系、最佳的系统效益、最舒适的工作环境， 充分发挥人、机各自的特点，取长补短、相互协调、相互配合。如何合理分配人与机在系 统功能以及人机间有效传递信息是系统整体设计的基本问题。 随着信息技术的发展，人们面对的是大量快速传递的信息，要求操作时精度高、快速 准确。同时人机界面由硬件向软件转移，这时人与机都进入了一个新的阶段，因此新系统中

13、人的特性如何体现，人与机的功能如何分配，机器系统如何更宜人等成为系统设计的主 要内容。 c.工作场所和信息传递装置的设计 工作场所设计的是否宜人，将对人的舒适健康和工作效率产生直接的影响，工作场所 设计一般包括：作业空间设计、作业场所的总体布置，工作台或操纵台设计、座椅设计等， 作业场所设计的研究目的是保证工作场所适合操作者的作业目的，工作环境符合人的特点， 使人在工作过程中健康不会受到损害，高效而又舒适地完成工作。 人机环境系统的信息传递，主要是机器和环境向人传递信息，机器接受人的信息， 即操纵与显示的设计两个方面。人体工学对它们的研究不是重点解决工程技术上的具体设 计问题，而是从人的特性出

14、发，研究信息传递方式、准确性、可靠性以及人的认读速度与 精度等；研究操作装置的形状、大小、位置和操纵方式与人的生理、心理、生活习惯等相 适应等。 d.环境控制和安全保护设计 粉尘、有害气体、辐射等对作业过程和健康的影响；研究控制、改良环境条件的措施 和方法，为操作者创造安全、健康、舒适的工作空间。 人机系统设计首要任务应该是保护操作者的人身安全，要求在产品的设计过程中，研 究产生不安全的因素时，如何采取预防措施。这方面的内容包括：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、求援方法、安全保护措施等。 3.3.人机工程学的学科特性与相关学科人机工程学的学科特性与相关学科人体

15、工学是一门综合性的边缘学科，它除了同有关工程技术学科关系密切外，还与生 理学、心理学、人体解剖学，人体测量学、人类学、运动生物力学、环境保护学、环境医 学、环境卫生学、管理科学等学科有密切联系。此外还和社会学和技术美学，语言学等学 科关系紧密。从人机环境系统来看，学科几乎同与人、机环境相关的学科领域都有联 系，尽管人机工程学有其自身的理论体系，但人体工学综合了上述相关学科的原理、成果、 方法、数据，将人、机、环境构成有机联系的完整系统：以人为主体，研究该系统中人、 机、环境之间相互协调、相互配合的规律，使得人机环境整体系统的最优化第二章：人体动作与行为因素第二章：人体动作与行为因素人体与物体尺

16、度的行为关联人体与物体尺度的行为关联 人们对人体尺度开始感兴趣并发现人体各部分相互之间的关系，要追朔到 2000 多年 以前。公元前一世纪罗马建筑师 Vitruvian 就已从建筑学的角度对人体尺度作了较完整的 论述，他不仅考虑了人体各部分尺度的关系，得出了计量上的结论，并且发现人体基本上 以肚脐为中心。按照 Vitruvian 对人体各部尺度的描述，在文艺复兴时期，Leonardo da Vinci 创作出了著名的人体比例图。 骑着太高的自行车或者穿着过小的鞋子能使你对产品的尺度概念产生直接的体验。 通 常人们认为, 尺度是产品设计中最容易解决的问题, 然而只要看看我们国内鞋类市场上混 乱不堪的号码体系, 或者不符合学生身体状况的课桌椅, 就会知道尺度问题并不如想像的 那么容易解决。难点之一是, 如何确定正确的产品尺度? 在工业革命以前的漫长历史时期, 人们主要 是通过经验的积累确定用品的尺度, 由于生产规模较小, 大多数产品可以量体裁衣。 工业 时代的来临, 造成了产品的社会化, 为千差万别的人类尺度设计生产规格统