人机工程教学课件

3.1.1概念概念其其目目的的是是设设计计出出符符合合人人体体要要求求的的机机器器（或或产产品品），让让人人类类舒舒适适、合合理理、安安全全的的使使用用机机器器，从而提高工作从而提高工作效率效率。辞辞海海：人人机机工工程程学学是是运运用用人人体体测测量量学学、生生理理学学和和生生物物力力学学以以及及工工程程学学学学科科的的研研究究方方法法和和手手段段，综综合合地地进进行行人人体体结结构构、功功能能、心心理以及力学理以及力学等问题研究的学科。等问题研究的学科。3.1人机工程学人机工程学5/27/20241三江学院5/27/20242三江学院 3.1.2人机工程学研究的内容人机工程学研究的内容4.实际工作经验的分析和应用1.物理学原理的应用:人（空间、位置、方向）机械（物理）2.人体特征的应用（生理、心理）3.工作环境的分析和应用5/27/20243三江学院 3.1.3人机工程学的研究范围和方法人机工程学的研究范围和方法3）建立“人-机-环境”系统的原则1.人机工程学的研究范围1)研究人和机器的合理分工及相互适应的问题。2）研究被控对象的状态，信息如何输入，以及人的使用活动信息如何输出的问题。5/27/20244三江学院2.研究人机工程学常用的方法研究人机工程学常用的方法研研究究方方法法观察法观察法实测法实测法实验法实验法计算机数值仿法计算机数值仿法调查研究法调查研究法分析法分析法5/27/20245三江学院人机工程学学科体系人机工程学学科体系人机工程学人机工程学人人体体科科学学 技术科学技术科学环环境境科科学学生理学生理学心理学心理学劳动卫生学劳动卫生学人体测量学人体测量学人体力学人体力学环境卫生学环境卫生学环境医学环境医学环境心理学环境心理学环境保护学环境保护学环境检测学环境检测学工业设计工业设计工程设计工程设计安全工程安全工程系统工程系统工程机械工程机械工程管理工程管理工程 5/27/20246三江学院3.1.4人机工程学的作用和设计原则人机工程学的作用和设计原则3）加快现代化的生产过程1.人机工程学在现代化生产中的作用人机工程学在现代化生产中的作用1）扩大了全面机械化和自动化的综合运用2）扩大操作距离2.人机工程学的设计原则1）以操作者的身份来分析问题2）怎样充分发挥操作者的主观能动性3）合理选择产品信息显示方式5/27/20247三江学院3.2人机系统人机系统 3.2.1人机系统的概念人机系统的概念 将人放到人机环境这一整体系统中研究，建立解决劳动主体和劳动工具之间矛盾的理论和方法，根据人的特性和能力来设计和完善系统。5/27/20248三江学院3.2.2人机特征人机特征 内容人的特征机器的机能感受能力识别物体的大小、形状、位置和颜色；对不同音色和化学物质有一定分辨力接受超声、辐射、微波、电磁波、磁场等信号，超过人的感觉控制能力可进行各种控制，在自由度、调节和联系能力优于机器。可合为一体，也可独立自主控制操纵力、速度、精密度、操作数量超过人，但不能独立自主，须外加动力源工作效能可依次完成多种功能的操作，不能高阶运算，不能完成多种操作和恶劣环境下作业恶劣环境下工作，高阶运算和，多种操作。单调、重复工作效率高信息处理人信息传递率：6比/秒；接受信息：20比/秒；短时间记住信息：10个；每次处理1个信息能储存信息和迅速发出，能长期储存，也能1次废除，传递、记忆、保持都比人强可靠性高于机器，但随着人的智能高低、生理和心理状况改变；可处理意外紧急状态可靠性设计后，可靠性高；检查和维修能力差，不能处理意外紧急状态耐久性容易疲劳，不能长时间工作，受年龄、性别、健康影响耐久性强，能长期工作5/27/20249三江学院3.2.3人机系统的功能人机系统的功能 5/27/202410三江学院3.3人的因素和基于人因的设计人的因素和基于人因的设计3.3.1人的生理因素人的生理因素 1）人体的几何因素：身高、体形、肢体尺寸及比例 2）人体的力学因素3）人的持久性：长久地工作，特别是以固定的姿态、作固定的动作时，肢体、感官和大脑都将产生生理和心理性疲劳，体力下降、睡意上升、注意失控、思维迟钝、工作意志衰退5/27/202411三江学院5/27/202412三江学院4）人的生理节奏）人的生理节奏5/27/202413三江学院5）人的环境承受力：人对温度、光亮、声响、振动、冲击、气压与水压、有害气体与辐射承受力远比机器小，考虑劳动保护6）劳动强度：（1）心率：心脏每分钟搏动次数，安静时，60-100次/min；中等劳动强度，100-125次/min；强劳动强度，125-150次/min；极强劳动强度，175次/min以上（2）搏出量：每次搏动从左心室射入主动脉的血量，安静时，60-100ml/次；劳动时，增加40-80ml/次5/27/202414三江学院（3）需氧量：人们为维持生理活动，体内所需要的氧气，成人安静时需要量200-300ml/min5/27/202415三江学院3.3.2人的心理因素人的心理因素 1.心理过程：1）认识过程：外部、内部、运动感觉；时间、空间、运动知觉意向过程的体现之一是情感，情感的对外表现是情绪，可分为三类：（1）心境：设计者应该为人营造一个保持良好心境的环境。2）意向过程：（2）激情：设计应激发人的激情 （3）应急：这时，人的思维、行动和整个机体都高度激化，能做出平日较难做的事。5/27/202416三江学院意向过程的体现之二是意志，是人的心理状态对一定的对象和活动的指向和集中：（1）注意的范围：越集中，越有序，越利于作为相互联系的整体来知觉，注意的范围因此而扩充。（2）注意的分配：对注意动作过多和分散的设计是引发事故的重要原因。（3）注意的稳定性：对于贫乏、单调、不变的对象，设计其他的操作辅以报警。（4）注意的转移速度：频繁、过快的转移使操作者疲劳；转移速度过慢，容易使人漫不经心，放过重要的变化。5/27/202417三江学院不同的工作对注意有不同的要求（1）气质：各种气质的人都有适合自己的工作。（2）能力：设计者把越来越多的功能分配给“机”去承担，对人的能力要求降低；一些高技术产品对人的能力要求日益提高。（3）性格：勤劳、诚实是企业职工的好性格；懒惰和虚伪的职工是企业的灾害。5/27/202418三江学院3.3.3人的行为人的行为 1.消费行为：行为意识来自动机，动机来自需要，处于不同消费层次的人，具有不同消费心理和行为 5/27/202419三江学院2.操作行为建立科学的操作规程，制定标准的操作时间：（1）确定必需而有效的动作要素（2）排除无效的动作和诱发原因（3）减少影响效率的辅助动作动作经济动作经济4个原则个原则：设计一套操作环境舒适、操作劳动强度低、时间短、效率高的操作过程和方法。（1）争取两手同时动作，或把动作分配给占优势的肢体（2）力求减少动作单元（3）力求缩短动作距离，减少动作加、减速引起的能能量消耗。（4）建立正确的作业姿态，提高操作的舒适性5/27/202420三江学院3.事故行为1）局部原因（1）感知觉障碍（2）思维决策障碍（3）行为障碍2）全程原因（1）思想情绪（2）觉醒水平（3）能力冗余（4）过分紧张（5）工作单调（6）周边环境（7）人体疲劳（8）缺乏训练 5/27/202421三江学院3.3.4基于人体感觉器官的设计基于人体感觉器官的设计 1.人体的感觉器官及其特性1）视觉的基本特性（1）视角5/27/202422三江学院（2）视野5/27/202423三江学院（3）光的波长5/27/202424三江学院（4）明适应和暗适应：明适应：人由暗处至明处，最初不能辨认物体，感到刺眼，经1min左右人眼方能恢复分辨功能。暗适应：人由明处至暗处，最初什么也看不见，经25-30min后人眼能达到适应的程度，看到一定的形象。5/27/202425三江学院人眼暗适应曲线5/27/202426三江学院（5）对比度亮度对比度：Lb背景亮度Lo对象物亮度C对比度人眼能辨别的临界亮度对比度约为0.01，5/27/202427三江学院颜色对比度：对比度较好：红黄；橙黑；黑绛；橙白；蓝白；黑黄；绿白；黑白；绿红。颜色对比对感知时间的影响5/27/202428三江学院（6）视觉的运动特性：人眼在水平方向运动比上下快，且不易疲劳。视线习惯从左到右，从上到下移动，按顺时针方向转动。当视线偏离中心视区时，在相同条件下，人眼对左上方感知最快，右下方最慢。只有当视线转动速度大于1-2时才能看出物体在移动。5/27/202429三江学院（7）视错觉：几何图形错觉：5/27/202430三江学院法兰西国旗5/27/202431三江学院变形错觉5/27/202432三江学院缪勒-莱耶尔错觉 5/27/202433三江学院FRASER螺旋5/27/202434三江学院空间定位错觉运动错觉形状错觉 5/27/202435三江学院2）听觉的基本特性（1）可听范围：16-20000Hz（2）声频辨别率（3）声强辨别率（4）声源辨别力（5）听觉适应与疲劳 5/27/202436三江学院3）嗅觉与味觉4）肤觉 5）感觉的选择5/27/202437三江学院刺激数目对感知时间的影响预备时间对感知时间的影响5/27/202438三江学院1.人体尺寸将随各种因素而变化，设计中必须考虑（1）地域与人体的差异（2）性别的差异（3）年龄的差异（4）时代的差异（5）测量状态与实际工作状态的差异3.3.5基于人体形态学的设计5/27/202439三江学院6个区域人体身高、胸围、体重的均值M及标准差Sd5/27/202440三江学院2.其他：（1）人体体积（2）人体表面积米赫模式（meeh）布博伊斯模式（Bubois）史蒂文森模式（Stevenson）赖维铁推荐（3）肢体的生物力学参数 5/27/202441三江学院3.人体空间（1）作业范围的规定 手的空间作业范围手和脚的联合作业区5/27/202442三江学院操纵脚踏板的空间活动范围5/27/202443三江学院（2）工作空间作业空间辅助空间：心理空间行动空间操作空间5/27/202444三江学院5/27/202445三江学院5/27/202446三江学院3.3.6基于人体力学的设计基于人体力学的设计1.肢体操作与操作力坐姿手臂操作力的参考数据5/27/202447三江学院3.3.6基于人体力学的设计基于人体力学的设计1.肢体操作与操作力2.动作灵活性3.作业姿势坐姿手臂操作力的参考数据5/27/202448三江学院立姿时手的拉力和推力5/27/202449三江学院立姿双臂扭力（N）直立弯腰屈身5/27/202450三江学院人的右手握力5/27/202451三江学院坐姿脚蹬力不同位置脚蹬力变化5/27/202452三江学院2.动作灵活性动作速度：人体各部位动作一次的最短时间5/27/202453三江学院动作频率：手足动作最高频率转动手柄的最高频率5/27/202454三江学院3.作业姿势：静位、动位作业姿态的选择：1）作业的制约性5/27/202455三江学院2）用力的合理性不合理的用力姿势5/27/202456三江学院3）劳动强度与持久性 坐姿和立姿工作时心血管系统指标 5/27/202457三江学院4）作业姿态变化的适应性 不良设计的操作姿态：（1）长时间静止不动的立姿（2）长期或反复地弯腰（弯度超过15）（3）弯腰并伴随着躯干扭曲（4）长期由一侧下肢承担体重（5）长时间双手前伸或平举（6）长时间或高频地使用一组肌肉 5/27/202458三江学院人的主要作业姿态选择参考 5/27/202459三江学院6.4人机原则6.4.1设计中的人机工程1.人的舒适感并不完全由胜利、心理因素确定2.产品尺度也不是有“人体测量”所能完全解决的3.产品的外观美学因人不同5/27/202460三江学院6.4.2设计中的人机关系1.处理好人机因素和其他因素的关系2.分清主要矛盾和次要矛盾3.不要照搬数据和图表4.创造新的研究方法5.明确应用人机工程学的目的5/27/202461三江学院6.4.3设计中的人机分析1.限制条件分析2.使用者分析3.使用过程分析5/27/202462三江学院习题列车卧铺的设计：内部尺寸H=2570，W=2900，根据人机工程知识，设计三个上中下三个卧铺、过道、行李架、过道的尺寸。只要画出截面图并标注尺寸。5/27/202463三江学院习题工作椅设计：根据人体尺寸及椅子设计原则，分析目前学生用椅的缺点，设计一种适合学生用的椅子。请注意：你可以根据自己的兴趣，设计其他椅子。5/27/202464三江学院谢谢！