人机工程学(产品设计)课件.ppt

1、普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材工业设计专业系列教材工业设计专业系列教材人机工程学Ergonomics（第二版）谢庆森 黄艳群 编著人机工程学ergonomics 工业设计的主干课程之一新兴学科新兴学科 20世纪40年代跨越不同学科的多种原理方法中国现状：新中国成立前（少数人）60年代初期（中科院，军事科学院，国防科委）国防和军事领域 十年动乱（停滞）70年代末（改革开放发展时期）工，农，交通，医疗，教育等各经济部门 1987年（中国工业设计协会成立）1989年（CESCES 中国人类工效学会成立）人机工学的定义人机工学的定义美国的伍德，克罗默，伍德森苏联的

2、学者 中国学者（赖维铁）中国企业管理百科全书 国际人机工程学会IEAIEA研究对象：研究对象：人，机，环境三者之间的相互关系研究目的：研究目的：如何安全，健康，舒适，高效人机工学的起源人机工学的起源起源于欧洲（英国）形成于美国原始人机关系原始人机关系（人与工具）古代人机关系古代人机关系（经验人机工程学 二战前）近代人机关系近代人机关系（科学人机工程学 二战之间）现代人机关系现代人机关系（现代人机工程学 20世纪60年代末）现代人机工学的研究方向 人机环境人机工学的核心人机工学的核心机器适应于环境环境 适应与 人人 （以人为中心的设计）环境适应于机器机器人机工学的研究内容人机工学的研究内容人，机

3、，环境系统的研究 最佳状态，舒适宜人，安全经济，高效几个方面的单因素研究人的研究特性研究人与机器之间的信息传递装置和工作场所环境控制与人身安全行为特征与产品设计人机系统整体设计人机工学的研究方法人机工学的研究方法观察法实测法实验法模拟和实验计算机数值仿真分析法调查研究人机工学的相关学科人机工学的相关学科 人人机工学机工学人体科学人体科学 环境科学环境科学生理学生理学 技术科技术科学学 环境保护学环境保护学心理学心理学 工业设工业设计计 环境医学环境医学 劳动卫生学劳动卫生学 工程设计工程设计 环境卫生学环境卫生学人体测量人体测量 学学 安全工程安全工程 环境心理学环境心理学人体力学人体力学 系

4、统工程系统工程 环境监测学环境监测学 机械工程机械工程 管理工程管理工程 人机工程学的应用领域对象对象示例示例产品设计产品设计设备与设施设计生产设备，公共设施，无障碍设施，电动工具，仪器设计，生产机械，医疗机械，健身机械电子产品设计信息产品，生活家电产品家居设计工作台，座椅，橱柜生活用品设计卫生用品，餐饮用品运输工具设计自行车，汽车，飞行器，船舶，轨道交通，农用运输环境设计环境设计生产环境设计作业空间设计，厂房车间设计公共环境设计剧院设计，运动场地设计，无障碍环境设计，展示设计室内设计商用室内设计，私用室内设计，公用室内设计界面设计界面设计软件人机界面设计产品操作界面，产品功能板块界面硬件人机

5、界面设计屏幕展示界面设计，游戏界面，程序界面设计管理设计管理组织，信息，技术，智能，模式流程管理著制造，生产服务过程优化，组织结构与部门界面管理，决策行为模式，企业文化，管理信息系统，计算机集成制造系统，虚拟企业人机工程学与工业设计人机工程学与工业设计为工业设计中的“人的因素”提供人体特征参数为工业设计中“物”的功能合理性提供科学依据为工业设计中的“环境因素”提供设计准则为进行人机环境系统提供理论依据为坚持“以人为中心”的设计思想提供工作程序人机工学人机工学 （人的因素）（人的因素）人的基本数据 人体测量学达芬奇的人体比例图欧美较早19191919年年 中国落后 19621962年年 中国建筑

6、科学研究所中国建筑科学研究所人体尺度的研究人体尺度的研究人体测量的数据与方法人体测量的数据与方法中国国家标准中国国家标准GB（数字）-（数字）基准面基准面 基准轴基准轴人体测量的内容人体测量的内容【NO1】形态测量形态测量 求百分位数 P=M-（SK）1-50 P=M+（SK）50-99 求人体体积 V=1.015W-4.937 人体表面积 A=0.0235H 0.4226 W 0.51456【NO2】生理测量生理测量（测量人的生理指标）人体出力测定 触觉反应测定 疲劳测定【NO3】动静态测量动静态测量 静态测量静态测量（人体构造尺寸）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

7、体手部足部尺寸 差异性：年龄 健康水平 性别 种族 职业等 动态测量动态测量（功能尺寸）工作姿势或操作活动状态下的测量尺寸人机工程设计的原则人机工程设计的原则机械，机器，设备，工具必须适应与人。人体测量学的人体模板人体测量学的人体模板 二维人体模板（1：1或1：5）基准线基准线 关节关节 活动范围活动范围 三维人体模型（立体模拟人）数学模型（描述性模型）人机工程学实验室人机工程学实验室研究人机工程的原则，程序，提供的设计适合人类的使用以及有良好的环境基础，并借助实验室来理解和阐述人机的概念。设备包括设备包括：3D人体扫描仪 呼吸生理讯号分析仪 测力仪 动作分析仪 肌电生理仪 人体工程学软件人体

8、工程学软件 台湾：双子星 Body Scanner 英国：Peplesize Oesbody（尺寸测量）Poser（人体姿势）人体模板的应用人体模板的应用辅助制图 辅助演示 辅助设计 模拟测试等作业空间作业空间近身作业空间（四肢所能及的动静态范围）影响因素 功能性臂长 衣着影响 站姿近身作业空间站姿近身作业空间 坐姿近身作业空间坐姿近身作业空间 脚作业空间脚作业空间 受限作业空间受限作业空间个体作业场所总体作业空间作业面设计作业面设计 水平作业面（坐姿 坐站姿）作业面高度（站姿 坐站姿）作业空间布置作业空间布置 限定空间 设计合适作业面 显示系统与控制系统定位与安排作业空间布置的原则作业空间布

9、置的原则 P044 图2-24控制台设计控制台设计 【形 式】桌式控制台 直柜式控制台 组合式控制台 弯折式控制台【设计要求】控制台作业面 显示器面板型式 控制台上干涉点高度 h=Dk+dH/D+dh=Dk+dH/D+d常用控制台设计常用控制台设计坐姿低台式控制台坐姿高台式控制台坐立姿两用控制台立姿控制台标准控制台座椅设计 一般座椅 工作椅的要点结构形式P050 主要参数P051 座椅设计：动态座椅，前倾式座椅，膝靠式座椅 其他工作凳：作业用凳其他支撑物第三章第三章 人的感知与认识特征及显示装置设计人的感知与认识特征及显示装置设计显示装置显示装置视觉显示 听觉显示 人的感知（九类）中枢神经起到

10、支配作用触觉显示（感觉 神经 运动）人的视觉特征人的视觉特征视觉机能：视角和视力，视野与视距几种常见的视觉现象：明暗适应，色彩适应，眩光，视错觉视觉运动规律：7种规律视觉显示器的设计视觉显示器的设计仪表显示的种类：认读特征分类（数字显示器，模拟显示器）显示功能分类：读数用仪表 检查用仪表 警戒用仪表 追踪用仪表 调节用仪表仪表显示设计的一般原则（5个原则）指针式显示器的设计指针式显示器的设计刻度盘设计刻度盘设计 （开窗式，圆形，半圆形，水平直线，垂直直线）刻度盘的大小设计刻度盘的大小设计刻度设计刻度设计 （刻度大小，刻度线的类型，刻度方向，刻度与刻度线及单位值的关系，仪表文字符号设计，指针设计

11、，指针仪表的颜色设计，仪表的总体布置）数字显示器的设计数字显示器的设计机械式，电子式，使用阴极射线管的计算机控制式信号显示器设计信号显示器设计信号灯设计（亮度，颜色，闪光信号，信号形象化）荧光屏显示设计荧光屏显示设计（亮度，呈现时间，聚焦和余晖，目标的运动速度，目标形体，目标与背景的关系）屏面设计屏面设计（屏面的形状，屏面的总体设计）人的听觉特征人的听觉特征绝对阈值（听觉）频率阈值 声压阈值 声强阈值人耳的可听范围就是听阈和痛阈之间的所有声音1000HZ纯音作为测试标准，听阈（0DB），痛阈（120DB）听觉传示装置设计听觉传示装置设计音响报警装置种类（蜂鸣器，铃，角笛，汽笛，报警器）音响报警

12、装置设计要点（5个要点）言语传示设计言语传示设计言语的清晰言语的强度噪音对言语传示的影响噪声环境中的言语通信听觉传示设计的原则听觉传示设计的原则音响传示装置的选择原则（4个原则）言语传示装置的选择原则（4个原则）肤觉，嗅觉和味觉肤觉，嗅觉和味觉肤觉：触压觉，痛觉，温度觉味觉：舌头嗅觉：鼻子人的信息传递与处理人的信息传递与处理信息的概念信息的概念人体接受信息的途径及能力人体接受信息的途径及能力影响人体信息接受处理的主要因素影响人体信息接受处理的主要因素 无关信息的干扰 信号维量数的影响 分时的影响 刺激反应之间的一致性影响 大脑意识水平图形符号设计图形符号设计图形符号指示特征图形符号指示特征（高

13、度概括，抽象处理）图形符号知识的意义和作用图形符号知识的意义和作用图形符号设计图形符号设计单个符号设计 尺寸，图形符号最小细节尺寸，符号的方向性组合符号设计 符号间距 符号正文的相互作用 符号正文肩头的相互作用各种边框设计 符号与边框间距 边框宽度 方框 棱框 圆框 等边三角形人的运动特征及操作装置设计人的运动特征及操作装置设计 运动特征：运动特征：通过肌肉，骨骼，神经系统相互配合运动种类：运动种类：平面内转动 空间转动人体出力范围：人体出力范围：立姿时手臂的操控力 坐姿时手臂的操控力 双臂的扭力 坐姿时足的蹬力灵活性准确性：灵活性准确性：灵活性（动作速度，动作频率）准确性（动作形式，速度，力

14、量）人的操作动作分析人的操作动作分析程序分析，动作分析动作元素：动作元素：构成操作动作的最小单位（必须动作，准备动作，无效动作）分析目的：分析目的：是寻找并删除无效动作，压缩准备动作，使必须动作更精练更畅通，从而简化动作过程及动作量。分析方法：分析方法：观察分析，摄影分析THANK YOUSUCCESS2022-10-23操纵装置的类型操纵装置的类型按照动力分类：按照动力分类：手控，脚控，其他按操纵时的运动形式分类：按操纵时的运动形式分类：旋转运动，摆动运动，平移运动，牵拉运动按照功能分类：按照功能分类：开关控制，转换控制，调整控制，制动控制操纵装置的用力特征操纵装置的用力特征操纵阻力避免使用

15、静态肌力其他应注意的问题操纵操纵-显示相合性显示相合性位置相合性运动方向相合性操纵操纵显示相合性在汽车设计中的应用显示相合性在汽车设计中的应用驾驶座椅的调整车窗的调控车辆的转向灯控制显示器与操纵装置概念的相合性显示器与操纵装置概念的相合性操纵装置的特征编码与识别操纵装置的特征编码与识别形状编码位置编码颜色编码符号编码操纵装置的空间位置设计操纵装置的空间位置设计（8个要求）手动操作装置设计手动操作装置设计在肢体运动中，唯有手的动作最灵敏，所以手的操作占的比例比较高。旋转式操纵装置设计旋转式操纵装置设计旋钮的设计旋钮的设计（旋钮的形态设计，旋钮的尺寸）手轮和曲柄手轮和曲柄（回转直径，操纵力，安装位

16、置）钥匙，旋塞钥匙，旋塞旋塞式操纵装置的操纵力旋塞式操纵装置的操纵力移动式移动式操纵装置设计（切换开关设计，手闸设计，指拨滑键设计）按压式按压式操纵装置设计（按钮设计，按键设计）摆动式摆动式操纵装置设计（操纵杆设计，摆动开关设计）手握式工具设计手握式工具设计手的解剖及与工具使用有关的疾患手握式工具设计的原则手握式工具设计的原则一般原则（4个）解剖学因素（避免静肌负荷，保持手腕处于顺直状态，避免掌部组织受压力，避免手指重复动作）把手设计（直径，长度，形状，弯角，双把手工具，用手习惯与性别差异）脚动操纵装置设计脚动操纵装置设计首先要考虑其结构与形式要充分适应人的生理特点和运动特点。脚动操纵装置形式

17、（脚踏板，脚踏钮）操纵特点脚动操纵装置设计（脚动操纵装置形态，骄纵操纵装置的布置）操纵装置设计与选择的人机工学原则操纵装置设计与选择的人机工学原则操纵装置设计与动作节约原则操纵装置设计与动作节约原则（1）关于身体使用的原则（2）关于工作面安排原则（3）设备工具的设计原则操纵装置的选择原则操纵装置的选择原则操作要求，环境和造价有关人的行为特征与设计人的行为特征与设计人的行为习性人的行为习性人适应环境的行为习性 抄近路性 识途性 左侧通行习性 左转弯习性 从众习性 聚集效应行动模型建立意图行动模型建立意图制定计划行动计划转换成计算机操作过程用户设计时候开始操作，怎么操作，遇到问题时，用什么策略去解

18、决完成行动后要把反馈信息与最终目的比较，检验评价行动结果 行动模型行动模型意图意图新意图新意图计计算算机机评价评价转换转换计划计划以用户为中心的设计中的行动模型以用户为中心的设计中的行动模型OVID：objectobjectInteractionInteractionViewViewDesignDesign人的错误人的错误人为错误：SOR（刺激机体反应）人的失误率：F=1R 多个单元可靠度：R=R1R2R3RX人为失误的可能原因：信息感知 信息处理 操作实施疲劳疲劳疲劳的特点及分类：疲劳的特点及分类：肌肉疲劳 精神疲劳（刺激疲劳）生物疲劳（周期性疲劳）引起疲劳的原因：引起疲劳的原因：超负荷 工

19、作单调 环境不良 精神因素 身体状况不好 人机工程设计不合理疲劳的某些规律疲劳的某些规律:疲劳可以恢复 疲劳有一定的积累效应 人对疲劳有一定的适应能力 生理周期的影响 环境因素的影响降低疲劳的措施降低疲劳的措施 :提高作业的自动化水平 正确选择作业姿势和体位 合理设计作业的用力方法 改善作业内容，避免单调重复性作业基于用户的设计原则基于用户的设计原则合理运用内部和外部知识简化任务结构注重可视性建立正确的匹配利用限制因素考虑人的差错标准化环境与设计环境与设计环境与作业环境与作业环境因素环境因素人环境系统：物理因素 化学因素 生理因素 心理因素 生物因素 其他机器环境系统：减少机器对环境的污染 机

20、器适应环境作业环境区域：最舒适区 舒适区 不舒适区 能忍受区微气候微气候决定微气候的因素：气温 湿度 气流速度 热辐射 有效温度 有关人体的热平衡微气候条件对人体和工作以及设备的影响微气候条件对人体和工作以及设备的影响舒适的气候条件：舒适温度 舒适湿度，气流速度 高低温环境对人体的影响：高温环境对人体的影响 低温环境对人体的影响高低温环境对工作的影响：高温环境对工作的影响 低温环境对工作的影响微气候对材料的影响微气候对材料的影响（1）温度对于材料的影响（2）湿度，温度对腐蚀的影响微气候的主观评价标准微气候的主观评价标准（1）主观评价的依据（2）工作效率不受影响的温度范围（3）我国工业企业设计卫

21、生标准照明环境照明环境光的度量：光通量 发光强度 照度 照明环境对工作的影响：（1）照明对工作效率的影响（2）照明对安全的影响对照明环境的要求：适宜的光照度 光的质量（稳定性均匀性 亮度分布 避免眩光 选择光源）噪声环境噪声环境凡是使人感到烦恼或者不需要的声音成为噪音。噪声的基本概念噪声的基本概念噪声的物理量度：声压与声压级 声强与声强级 声功率与声功率级 噪声频谱噪声的主观量度：响度级与响度 计权声级 等效连续A声级噪声的危害噪声的危害声音单位（dB）人耳声级单位（dB）A 噪声可以使人耳聋噪声引起多种疾病：对神经系统的影响 心血管系统的影响 对消化系统的影响 内分泌系统的影响对心理状态的影

22、响：“噪声烦恼”对人信息交流影响：噪声对语言通信的影响 噪声对声信号的干扰噪声对工作的影响 噪声对建筑物影响 噪声评价标准噪声控制概述噪声控制概述从声音源上根治噪声：改进机器结构设计 改进工艺和操作方法 提高加工精度和装配质量传播途径上降低噪声：利用吸声，隔声材料降噪 采用隔振与减振降噪个人防护建筑环境设计建筑环境设计 所谓建筑环境是指包括市区，社区，邻居，住宅和自然环境的一个大生活空间。人机工程研究人与建筑环境的关系，特别是人与建筑和建筑设置的关系。人与空间：密度和众度 个人空间 个人地域 防御空间 隐私性建筑环境的研究：研究的自变量 人机工程的可参考信息 建筑环境的心理研究办公环境设计办公

23、环境设计办公室的规模和社会行为办公室规模和主观选择性全景办公室有窗和无窗家具和布置其他家具设计其他家具设计室内空间要适应人的基本生理特性室内空间要适应人的基本心理特性：室内色彩 室内照明 室内尺度人机系统的设计与可靠性分析人机系统的设计与可靠性分析人机系统的设计人机系统的设计系统科学的设计方法可概括为系统科学的设计方法可概括为明确系统的目的明确系统分配制约的条件建立系统的数学模型研究和分析数学模型提出新系统的方案对新系统进行分析评价人机系统人机系统 人机系统设计程序人机系统设计程序系统中人是主要研究对象 定义系统目标和参数阶段人机系统的组成（人和机两部分）系统定义阶段人机界面（显示和控制系统）

24、初步设计阶段系统中人和机的不同特点 人机界面设计阶段 作业辅助设计阶段 系统评价阶段人机系统的设计方法人机系统的设计方法 人机系统的设计方法包括自成体系的设计思想和与之相应的设计技术，好的设计方法和策略使设计行为科学化，系统化。功能分配功能分配：比较分配原则 人机界面设计人机界面设计 剩余分配原则 经济分配原则 宜人分配原则 弹性分配原则作业分析：作业分析：系统的作业结构 确定作业 作业流程图 建立作业序人机系统的可靠性分析人机系统的可靠性分析人的可靠性人的可靠性（人的动机，行为，心理状态）机器可靠性机器可靠性（机器，部件，零件等）机器故障（初期故障，随机故障，耗损故障）机器的可靠性分析（串联

25、分配方式，并联分配方式）提高机器的可靠性环境因素环境因素 ：人-环境系统可靠性（温度湿度 照明度 环境噪声及污染）提高机环境系统的可靠性（温度 腐蚀 振动 辐射）人机工程学的上综合应用人机工程学的上综合应用人机工程学与汽车人机工程学与汽车汽车事故与人的作业研究汽车事故与人的作业研究汽车交通事故的原因：司机身体状况 司机的心情与情绪 汽车的内外环境 其他原因人的作业研究汽车的人机系统设计汽车的人机系统设计汽车作业设计汽车的控制系统设计驾驶室的空间设计汽车的视野设计交通系统的改善交通系统的改善管理方面设施方面工具方面人机工程学与机床人机工程学与机床机床整机人机工程设计高技术机床的人机工程研究人机工程学与舒适生活人机工程学与舒适生活 运用人机工程学，在一定条件的基础上，研究生活领域中的宜人性问题，具有十分重要的意义。日用工业品设计日用工业品设计现代工业设计对产品要求的总趋势是一种人性化的设计。产品功能要适应人的使用要求（使用方便，多功能自动化）产品形态要满足人的审美要求（造型形式，装饰色彩）室内设计室内设计座椅的设计 床的设计中国建筑工业出版社 普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材工业设计专业系列教材工业设计专业系列教材人机工程学ErgonomicsErgonomics（第二版）谢庆森 黄艳群 编著THANK YOUSUCCESS2022-10-23