人机工程学应用课件

,*,第一章 概述,*,第一章 概述,*,第一章 概述,*,第一章 概述,*,人机工程学应用,出版社,目录,*,第一章 概述,第二章 人机工程学基础,第三章 人体测量与数据应用,第四章 视觉与设计,第五章 听觉与设计,目录,*,第六章 肤觉与其他感觉,第七章 控制器设计,第八章 工作空间与座椅设计,第九章 人机系统设计,*,第一章,概述,一、人机工程学定义,二、人机工程学发展历程,三、人机工程学的研究内容与方法,四、人机工程学的相关学科,五、人机工程学在产品设计中的应用,在美国本学科称为“HumanE n g i n e ering”（人机工程学）、“HumanFactors Engineering”（人的因素工程学）。在英国称为“Ergonomics”（人类工效学），有许多国家也引用英国的学科名称。我们来考察一下“Ergonomics”一词的词源，该词是由希腊词根“,ergon,”（即工作、劳动）和“,nomos,”（即规律、规则、法规、学问、研究等意思）复合而成的，其本义为人的工作法则，或工作的学问，是研究如何在工作中省力、省事、安全、正确的学问。,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，便于各国语言翻译上的统一，因此，目前较多国家采用“,Ergonomics,”一词作为该学科的命名。,（一）学科的命名,第一章 概述,一、人机工程学定义,人机工程学是研究,人、产品（物）及其使用环境,之间相互关系的学科,。,第一章 概述,第一章 概述,人机工程学是,研究人与系统中其他因素之间的相互作用,，以及应用相关,理论、原理、数据和方法,来设计以达到,优化人类和系统效,能,的学科。人机工程学的工作任务旨在设计与评估任务、工作、产品、环境和系统，使之,满足人类的能力、限度和需要,。,2000年8月，国际人机工程学学会对人机工程学的定义,人机工程学是研究各种工作环境中人的因素，研究,人,和,机械,与,环境,的相互作用，研究工作中、生活中的休闲时怎样考虑工作效率、人的,健康、安全、舒适,等问题的学科。,2000年之前，国际人机工程学学会对人机工程学的定义,（二）学科的定义,第*章,人机工程学是以人的生理的、感知的、社会的和环境的因素为依据，研究人机系统中各个元素之间的相互关系，为创造健康、安全、舒适、协调的人机环境系统提供理论和方法的学科。,“,人,”,是指,操作者,、,使用者,或在系统中,工作的人,。,“,机,”,泛指人操作或使用的,物,，可以是,机器,，也可以是用具或,生活用品、设施、软件、服务,或 某特定行为过程等。,“,环境,”,是人与机共处的环境，它们既可以是,物质,的，又可以是,非物质,的，如人文环境、自然环境和社会环境等。,第一章 概述,第一章 概述,二、人机工程学发展历程,早在两千多年前的,考工记,中，就有我国商周时期以按人体尺寸设计,制作各种工具及车辆,的论述。,在18世纪末期的欧洲，英国和其他资本主义国家发生了产业革命，,机器大工业代替了手工工业,，人们的工作条件与用于生产的设备发生了很大的变化；为了适应新生产模式，出现了许多新的机器设备和工具用于生产与生活，从而引发新的人与机器的关系问题。,为了解决新的人机关系问题，出现了对工作时间与作业的研究。美国工程师,泰勒,是较早从事这方面的研究人员之一，他从1881年开始，在,米德瓦尔钢铁厂,(Midvale Steel Works)进行了一项“,金属切削试验,”，由此研究出每个金属切削工人每个工作日的合适工作量。1898年，泰勒受雇于伯利恒钢铁公司，并着手进行了著名的“,搬运生铁块试验,”和“,铁锹试验,”。,（一）早期的人机工程学,第一章 概述,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。,科学人机工程学一直延续到,1950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用来解决工业与工程设计中的问题，如飞机、汽车、机械设备、建筑设施以及生活用品等。,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、工程技术,专家参与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,。,（二）科学人机工程学,第一章 概述,到了20世纪,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,，人机工程学获得了更多的发展机会。,从,20世纪60年代至今,，可以称其为现代人机工程学发展阶段。随着人机工程学所涉及的研究和应用领域的不断扩大，从事本学科研究的专家所涉及的专业和学科也愈来愈多，主要有,解剖学、生理学、心理学、人类学、工业卫生学、工业与工程设计、工作研究、建筑与照明工程、管理工程,等专业领域。,（三）现代人机工程学,第一章 概述,国际人机工程学学会在其会刊中指出，现代人机工程学发展有3个特点：,不同于传统人机工程学研究中着眼于选择和训练特定的人，使之适应工作要求，现代人机工程学着眼于,工程设计及各类产品的设计,；,密切与实际应用相结合，通过严密计划规定的,广泛的实验性研究,，尽可能利用所掌握的基本原理进行具体的产品设计；,力求使,实验心理学、生理学、功能解剖学、人类学等学科的专家,与,物理学、数学、工程技术等方面的研究人员,共同努力、密切合作。,现代人机工程学研究的方向是：,把,人机环境系统,作为一个,统一的整体,来研究，以创造最适合于人的各种产品和作业环境，使人机环境系统,和谐统一,，从而获得系统的,最优综合效能,。,第一章 概述,随着科学技术、信息技术的进一步发展，人机工程学会朝着以下几个方向发展：,1高科技化,信息技术的革命，带来了计算机业的巨大变革。计算机越来越趋向,平面化、超薄型化；便捷式、袖珍型,电脑的应用，大大改变了办公模式；输入方式已经由单一的键盘、鼠标输入，朝着,多通道输入,化发展。,2自然化,由于硬件技术的发展以及计算机图形学、软件工程、人工智能、窗口系统等软件技术的进步，,图形用户界面,（Graphic User Interface）、,直观操作,（Direct Manipulation）、“,所见即所得”,（What you see is what you get）等交互原理和方法相继产生并得到了广泛应用，,取代了旧有“键入命令”,式的操作方式，推动人机界面自然化向前迈进了一大步。,（四）人机工程学的未来发展,第一章 概述,3人性化,当今产品设计风格已经从,功能主义,逐步走向了,多元化、情感化和人性化,。消费者纷纷要求表现,自我,意识、,个人,风格和审美情趣，反映在设计上亦使产品越来越丰富、,细化,，体现一种,人情味,和,个性,。一方面要求产品,功能齐全、高效,，适于人的使用；另一方面又要满足人们的,审美和文化,认同需要。,4和谐的人机环境,未来的产品应能听、能看、能说，而且应能“,善解人意,”，即理解和适应人的情绪或心情。未来产品的设计应以人为中心，必须易用好用，能让人以,语言、文字、图像、手势、表情等自然方式,与产品进行信息交流。,第一章 概述,三、人机工程学的研究内容与方法,1人与产品关系的设计,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。在人的,自然因素,方面的研究内容有：人体,形态,特征参数，人的,感知,特性，人的,反应,特性，人在工作和生活中的,生理,特征和,心理,特征等。在人的,社会因素,方面的研究内容有：人在工作和生活中的,社会行为、价值观念、伦理道德、风俗习惯,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。,2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。,（一）学科的研究内容,第一章 概述,3工作场所和信息传递装置的设计,工作场所设计得是否宜人，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、坐椅设计、工具设计,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。,4环境控制和安全保护设计,人机工程学研究环境因素，如温度、湿度、照明、噪声、振动、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。人机系统设计的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、救援方法、安全保护措施,等。,第一章 概述,1自然观察法,自然观察法是研究者通过,观察和记录自然情境,下发生的现象来认识研究对象的一种方法。观察法是有目的、有计划的科学观察，是在不影响事件的情况下进行的。,2实测法,这是一种,借实验仪器,进行实际测量的方法，也是一种比较普遍使用的方法。,3实验法,实验法是当实测法受到限制时所选择的实验方法。实验可以在,作业现场,进行，也可以在,实验室,进行。,（二）人机工程学的研究方法,第一章 概述,4分析方法,美国人类工程专家,亨利,威尔,（Henry Well）对人机系统的分析和评价提出如下的方法：,频率分析法,全工作负荷分析,瞬间操作分析,分析方法,连续操作的负荷分析,知觉与运动信息分析,设备互相关联性分析,第一章 概述,5计算机辅助研究,随着计算机技术和数字技术的发展，在数字环境中建立,人体模型,成为可能，我们可利用人体模型,模仿人的特征和行为,，描述人体尺度、形态和人的心理（如疲劳等）。,数字人体模型可以使产品设计与产品的人机分析过程可视化，对于产品设计师和人机工程学专家来说，数字人体模型具有以下优点：,它能使产品的,变数,在设计的,早期,得到了解，且易获取这些变化的发展趋势；,它可以控制产品的特性，即依人的特性决定产品的,功能参数,；,可以用人的数字模型进行产品的,安全测试,。随着,虚拟现实技术,的发展，完全虚拟人与产品各种参数的技术逐步走向成熟，因此计算机辅助人机研究将会进一步深入。,第一章 概述,我们在前面讨论过人机工程学的研究目标是创造,健康、安全、舒适、协调,的,人机环境系统,，其目的就在于让工作状态、工作条件和工作人员的活动之间的,关系得到一个协调,。这样的目的是很明确的，但是这却不是那么容易就能达到的。因为虽然人类本身是有弹性和适应性的，而且个体之间的差异性还是非常大的，有一些,差异,，例如,体型、力量大小,是非常明显且可以测得的，但是，有一些差异，例如,文化差异、经验差异或操作技术,好坏就不是那么容易就可以定义出来的。所以，最后的结果通常是工作人员用不好的方式，或是在不好的环境之下工作了好几年。因此，建立一个系统性的方法是必要的，在一个完整的系统概念之中，我们会设定一些可以测量的目标，然后了解这些目标的完成情况，以此作为我们设计产品的依据。,（三）人机工程学的研究目标,第一章 概述,四、人机工程学的相关学科,工程技术,工业设计,制造工程,建筑工程,交通运输,企业运输,家居生活,材料工程,管理学,人体科学,人类学,生理学,心理学,卫生学,解剖学,生物力学,人体测量学,劳动卫生学,环境科学,生态学,环境保护学,环境医学,环境心理学,环境检测技术,环境行为学