人机工程学考试复习

一、1.人机工程学是从人的生理和心理特点出发，研究人、机、环境相互关系和相互作用的规律,以优化人、机环境系统的一门学科。人机界面：人机系统中，“人”与“机”之间能够相互施加影响、实现相互作用的区域，称为人机界而。按人机界面的性质，可将人机界面大致分为三类：1）第一类控制系统人机界而。2）第二类直接作用型人机界面。3）第三类间接作用型人机界而。人机关系的基本原侧可以归纳为以下两个方面：1）机宜人。2）人适机。人机系统的构成，可以分为人、机、环境三个子系统。4总体上，人机工程学由以下两个学术研究方向构成：1）研究和实验确怎工程设汁所必需知道的有关人的特征和特性的具体数据。2）应用和工程设计宜人化的用品、工具、机器、环境、作业程序、工作任务等。人？机关系的研究：1）人机系统功能分配研究系统中人的功能与机的功能之间的联系和制约条件，研究人机之间的功能分配方法。2）人机界而优化匹配研究人与机之间的信息传递过程、人对机的操纵控制过程和方法、人机界而的评价和优化匹配、人机界而的优化设计方法等。3）人机系统特性协调研究机器的工作特性对操作者的身体、心理、文化素质以及专业技术的要求，研究人的职业适宜性、事故倾向性等。4）人机系统可靠性研究人机系统的可靠性设计和评价方法。5）人机系统安全性研究人机系统的安全性标准、评价方法、设计参数和方法，以及典型安全防护装置的设计方法等。人一机一环境系统总体性能的研究内容包括系统总体性能的分析、评价、数学模型、仿真技术、优化设计方法等。综合以上所述，简而言之，人机工程学的主要研究内容可以概括为:机器系统中直接由人操作或使用的部件，应设计成便于操作者有效地使用，以保证人机系统的工作效能达到最优。 从保证人的安全、健康、舒适和高工作效率出发，提出环境控制和安全保护装置的设计要求与数据。 人机系统总体设计的最优化。人机工程学的发展简史：经验人机工程科学人机工程目前，车辆工程领域的人机工程间题可大致归纳为如下八个主要方面：1）机动车辆驾驶操纵系统人机界面的优化匹配。2）机动车辆的行车安全性及车内乘员的人体保护技术。3）机动车辆乘员的乘坐舒适性4）机动车辆的嗓声控制。5）机动车辆车内小气候环境的宜人化控制。6）机动车辆驾驶员的驾驶适宜性。7）机动车辆的道路交通适应性。8）人一车一路系统的综合优化。二、1.按测量内容，人体测量可分为以下四类：1）静止形态参数的测量。2）活动范国参数的测戢。3）生理学参数的测量。4）生物力学参数的测量。2?测量基准面：1）矢状而沿身体正中线对称地把身体切成左、右两半的铅垂平而，称为正中矢状而，与正中矢状而平行的一切平面，都称为矢状面。2）冠状而沿身体左右方向将身体切为前、后两部分的、彼此平行并垂直于矢状面的一切平而，都称为冠状而，又称为额状面。3?测量基准轴：1）珞垂轴通过各关节中心并垂直于水平而的一切轴线，都称为铅垂抽或垂直轴。2）夫状轴通过各关廿中心并垂直于冠状而的一切轴线，都称为矢状轴或纵轴。3）冠状轴通过各关节中心并垂直于矢状而的一切轴线，都称为冠状轴或横轴。2. 人体测量的数据常以百分位数来表示人体尺寸的等级，百分位数是一种位置指标，一个界值，以符号Pk表示。一个百分位数将总体或样本的全部测量值分为两部分，有K%的测量值等于或小于此数，有（100-K）%的测疑值大于此数。5?计算题：若己知某项人体测量数据的均值为匚，标准差为”，贝V任一百分位的人体测量尺寸Px可按下式计算：代=1土冰：式中，K为转换系数。当求第150百分位之间的百分位值时-完整版学习资料分享-.WORD格式？可编辑？专业资料？式中取”一”号；当求第5099百分位之间的百分位值时，式中取“+”号。确定座椅的高低调节范围宜取坐姿眼高的第90.10或第95.5百分位尺寸数据作为上、下限值的依据，确定座椅的前后调节范围宜取坐姿臀一膝距的第90,10或第95,5百分位尺寸数据作为上、下限值的依据。满足度：所设计的产品或工程系统，在尺寸上能满足的适合使用者的人数，占特左使用者群体的百分率，称为满足度。&人体尺寸测量数据的修正：1)功能修正量。2)心理修正疑。&产品功能尺寸的确定：1)最小功能尺寸。为了确保实现产品的某项功能而在设计时规泄的产品最小尺寸，称为产品最小功能尺寸。产品最小功能尺寸二人体尺寸百分位数+功能修正量。2) 最佳功能尺寸。为了方便、舒适地实现产品的某项功能而设立的产品尺寸，称为产品最佳功能尺寸。产品最佳功能尺寸=人体尺寸百分位数+功能修正量+心理修正呈:。计算题：以设讣船舶居住区的层高为例，若以男子身髙第90百分位尺寸1754mm作为设计界限值，鞋跟髙修正量取为25mm,高度的最小余裕量取90mm,高度的心理修正量取为115mm,则:最底层高=1754+(25+90)=18961900(mm):最佳层高=1754+(25+90)+115=1984?2000(mm)a三、1.人的感知响应系统由感觉器官、传入神经、大脑皮层、传出神经和运动器官组成。2?感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的个别属性的反映。感觉是一个过程，客观事物直接作用于人的感觉器官，产生神经冲动，经传入神经，传到中枢神经系统，弓I起感觉。感觉可以分为三大类：1)外感受器接受外部刺激的外感受器，反映外界事物属性的外部感觉，如视觉、听觉、嗅觉、味觉和皮肤感觉；内感受器接受人体内部刺激的内感受器，反映内脏器官的不同状态的内部感觉，如饥、渴等内脏感觉；本体感受器在身体外表而和内表而之间的本体感受器，反映身体各部分的运动和位置情况的本体感觉，如运动感觉、平衡感觉等。知觉：知觉是人脑对宜接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。知觉大体可分为空间知觉、时间知觉和运动知觉三大类。3. 感觉阈值：能被感觉器官所感受的刺激强度范围，称为感觉阈值或识别阈值。视觉器官的功能是识别视野内发光物体或反光物体的轮廉、形状、大小、远近、颜色和表而细节等情况。人眼对波长为555nm的黄绿光感受效率最高，对艮他波长的光感受效率均有所降低，故称555nrn为峰值波长，并用入m表示。两种细胞工作制：明暗视觉的差别与视网膜上两种视觉细胞的工作特性有关。视网膜的边缘部位以视杆细胞占多数；中央凹处以视锥细胞占多数。因此，在微弱亮度下，只有视杆细胞工作而视锥细胞不工作。随着亮度的不断增加，视锥细胞的作用逐渐增大。当亮度较高时视锥细胞将起主导作用，而视杆细胞基本上不起作用。视错觉：人观察外界物体的形状、大小、位置和颜色时，所得印象与实际情况的差异，称为视错觉。4. 三原色学说认为视网膜上有三种视锥细胞，分别感受红、绿、蓝三种基本颜色。听觉的掩蔽效应：一个声音被列一个声音所掩盖的现象，称为掩蔽。一个声音的听阂因另一个声音的掩蔽作用而提髙的效应，称为掩蔽效应。11?听觉掩蔽效应具有如下特性：掩蔽声越强，掩蔽效果越大，被掩蔽声的听闭提高得越多。掩蔽声对频率同自己的频率邻近的被掩蔽声之掩蔽效应最大。但与掩蔽声的频率十分相近的纯音，则其振幅受到低频调制，声音响度增强，使掩蔽效应曲线出现低谷”，听阈值反而低于邻近频率；在掩蔽声很强的情况下，不仅在掩蔽声频率附近，而且在英谐波颇率附近，也出现“低谷”现象。 低频掩蔽声对髙频被掩蔽声的掩蔽效应较大，而高频掩蔽声对低频被掩蔽声的掩蔽效应较小。 掩蔽声越强，被掩蔽的频率范围越大。12. 皮肤感觉主要有四种：触一压觉、冷觉、热觉和痛觉。-完整版学习资料分享-.WORD格式？可编辑？专业资料？13. 人体运动系统由骨、秤连结和卄骼肌三部分构成。14. 关节的运动主要有三种形式：1）角度运动。2）旋转运动。3）环转运动。骨骼肌有四种物理特性：收缩性、伸展性、弹性、粘滞性。粘滞性主要是由于其内部含有胶状物质的缘故。气候寒冷时，肌肉的粘滞性增加；气温升高后，肌肉的粘滞性降低，这可保证人动作的灵活性，避免肌肉拉伤。人的机械效率一般为25%-34%o人的机械效率不是常数，而是随肌肉活动条件的不同而变化的，其大小取决于肌肉活动时的负荷和收缩速度。适宜的负荷和适宜的收缩速度（约等于最大速度的20%）所获得的机械效率最髙。15. 人体动作的灵活性指的是操作时动作速度和频率，由人体的生物力学特性所决泄。1&人体动作的准确性可根据动作方向、动作疑、动作速度和动作的力量四个要素的量值及苴相互之间的配合是否恰当来评价。四、1.显示方式的类型：按信息传递的通道分类主要有视觉传递、听觉传递、触觉传递三种方式。按所显示的参数分类：1）显示系统的工作条件参数。2）显示系统的工作状态参数。系统的工作状态参数的显示方式又可分为下列三种：泄虽显示左性显示警戒显示。3）显示系统的输入参数4）显示系统的输岀参数。按显示的形式分类：1）模拟式显示模拟式显示装置是用刻度和指针来指示有关参戢或状态的装置。2）数字式显示数字式显示装巻是用数码直接显示有关参数的装置。3）屏幕式显示屏幕式显示装巻是在有限而积的显示屏上显示各种类型信息的装置。2. 按仪表的功能，仪表大体上可分作下列五类：1）读数用仅表。2）检查用仅表。3）警戒用仅表。4）追踪用仪表。5）调节用仪表。按仪表的显示方式，大体上可分作下列三类：1）指针式仪表。2）数字式仪表。3）图形式仅表。3. 视觉显示装置设计的人机工程学间题，可概括为下列三个方面： 确泄操作者与显示装置间的观察距离。 根据操作者所处的位置，确立显示装置相对于操作者的最优布置区域。 选择有利于传递和显示信息、易于准确快速认读的显示器型式及与其相关的匹配条件。4. 刻度盘的形状，常用的有圆形、半圆形、直线形，扇形等。刻度盘上刻度线间的距离称为刻度。刻度的大小可根据人眼的最小分辨能力来确龙。人眼直接读数时，刻度的最小尺寸不应小于0.6-1mm,一般在l2.5mm间选取，必要时也可取为48mm。若用放大镜读数，最小刻度一般应取为（l/f）mm:（f为放大镜的放大率）。5. 刻度线一般分三级:长、中、短刻度线。&指针与刻度盘面的关系：一般原则是指针尽量贴近刻度盘面，但又不与刻度盘而接触，以减小由于人的双眼视差和双眼不对称等因素引起的认读误差。指针的长度最好设汁成针尖刚刚与最小的刻度相接而不产生重叠。在需要内插读数的情况下，针尖最好与最小刻度有一个很小的间距，当观察距离为460-710mm时，此间距应为0.140.28mm或更小些，或者使它不大于视角16*?对精度要求很高的仪表，指针与刻度盘面应装配在同一平面内。9. 观察距离为800mm时，若眼球不动，则水平视野20度范用为最优认读范国，其正确认读时间为Is左右。当水平视野超过24度以外，正确认读时间。开始急剧增加，因此24度是最优认读范围的极限。指针式仪表的颜色匹配：在实际使用中，由于黑白两种颜色比较容易掌握以及习惯的原因，经常采用黑底白字或白底黑字。仪表板离人眼的距离最好是710mm左右，其高度最好与眼平齐，板而上边缘的视线与水平视线的夹角不大于10下边缘的视线与水平视线的夹角不大于45o仪表板应与操作者的视线成直角，至少不应小于60当人在正常坐姿下操作时，头部一般略自然前倾，所以布置仪表板时应使板而相应倾斜：通常，仪表板与地面的夹角为60度75度。-完整版学习资料分享-.WORD格式？?可编辑？?专业资料？10. 对人眼来说，最接近日光的光线，视觉效率最高。红光就是一种对暗适应彫响极小的光照驶员车辆驾驶员眼椭圆的概念：运用统讣的观点和方法研究驾驶员的视点分布规律，发现车辆驾的视点分布图形是呈椭圆状，故称为驾驶员眼椭圆。14眼椭圆在汽车车身设计中的应用：1）风窗玻璃刮扫面积和部位的确定。2）车身A立柱形成的盲区。方向盘一侧的风窗玻璃框架立柱通常称为A立柱，是形成驾驶员前方视野盲区的主要结构因素之一。3）车内后视野的确定。后方视野的评价方法，分感觉评你左性评价）和试验评你定量评价）两种。15. 对后视镜的基本性能要求：1）后视镜的视野角度。2）后视镜的反射率。3）后视野的失真率。4）后视镜的有效而积。5）后视镜的耐气候性。6）后视镜的缓冲性能。计算题：动态前方视野；为了扩大前方视野，前风窗玻璃下缘应尽量低。但是前风窗玻璃下缘过低，却会导致驾驶员以较髙车速驾驶车辆时产生恐慌和发晕的感觉。这是由于视角速度过大的缘故。视角速度的左义：w=J（普）+（罟）：式中，为视角速度，rad/s；8为视线的角度rado当y=0时，&=0,上式变为如下形式：式中，h%+/?为驾驶员视点的髙度，m:x为视线与地而的交点至视点中心的纵向水平距离，m:V为车速，m/s。在上式中，视点h髙度不变，车速V越高，则视角速度越大：距离x越小，视角速度也越大。当其它条件相同时，前风窗玻璃下缘越低，则距离x越小，因而视角速度越大。市区游览车，因车速低，为增大视野便于观光，前风窗玻璃下缘可以适当降低，特别是非驾驶员一侧。但是城市间大客车就不宜这样设计。通常认为:w2rad/s,为舒适的驾驶视野范P;2w4rad/s为具有恐怖感的驾驶视野范围。第五章操纵装置1?按人体操作部位的不同，可分为手控操纵装置和脚控操纵装置。在手控操纵装置中，按操纵器的运动方式，可分为以下三类：（1）旋转式操纵器（2）移动式操纵器（3）按压式操纵器。2. 操纵阻力：操纵装苣的操纵阻力主要由摩擦阻力、弹性阻力、粘滞阻力、惯性阻力等部分构成。最优（或最适宜）操纵力的选定应兼顾能量消耗、操纵精确度、操纵速度及获取操纵量的反馈信息等四方而的要求，以求最髙的操纵工效。3. 从能量利用的角度考虑，在不同的用力条件下，以使用最大肌力的1/2和最大收缩速度的1/4操作，能量利用率最髙，人较长时间工作也不会感到疲劳。影响最优操纵力的主要因素如下：（1）操纵器的结构型式及其位巻（2）人体的姿势（3）操纵器的性质和使用要求（4）静态施力操纵（5）操纵器的用力梯度人的手或脚在分辨用力的大小时，必须在力的大小差别达到或超过一泄数值的情况下，才能分辨出来，差别太小就难以区别，这个可分辨的力的最小差值，称为“操纵用力的差別阀值”。在操纵器的动作量较小的情况下，用力级差的相对值，宜取偏大一些；而在操纵器的动作量较大的情况下，用力级差却不宜太大。显示？操纵比相对较大的操纵器，适用于粗调或要求快速调肖到预定位巻的场合，这种情况的调肖操作过程时间短，但不容易控制操纵的精确度。反之，显示一操纵比相对较小的操纵器，适用于细调或要求操纵准确的场合，但这种情况的调肖操作过程时间较长。适宜的显示一操纵比，随操纵响应的频率和操纵的时迟而变化，在大部分情况下，人的操纵增益要随着输入信号的频率（即要求作出反应的频率）的增高而线性地减小。为了弥补人的操纵响应的这一特点，在需要频繁进行操纵调节的情况下，应适当增大操纵器的增益。8操纵器的编码方式：（1）形状编码（2）大小编码（3）位巻编码（4）颜色编码（5）标志编码9.旋钮通常都是用单手操纵。按其使用功能可分为:多倍旋转旋钮（控制范国超过360。）、部分旋-完整版学习资料分享-.WORD格式？?可编辑？?专业资料？转旋钮（控制范用不超过360）、左位指示旋钮（旋钮的操纵受临界位置的定位控制）等三类。前两类用于传递一般的信息，第三类用于传递重要的信息。5. 按其工作方式，按钮有单工位与双工位两种型式。1. 11?脚控操纵装置主要有两种类型:脚踏板和脚踏钮。脚踏板又分直动式、摆动式和回转式（包括单曲柄式和双曲柄式）第六章作业空间设计作业空间设计的人机工程学原则如下： 作业空间设计必须从人的要求岀发，保证人的安全、健康、舒适、方便。从客观条件的实际岀发，处理好安全、健康、舒适、高效、经济诸方面的关系。从人机工程学的角度来看，一个理想的设计方案只能是考虑各方面因素的折衷方案，不可能每个单项都是最优的，但应最大程度地减少操作者的不便和不适。根据人体生物力学、人体解剖学和生理学的特性，合理布置操纵装置和显示装置，做到既能使操作者进行髙工效的操作，又能使操作者感到舒适和不易疲劳。按照操纵装置和显示装置的重要程度进行布宜，将重要的操纵装置布置在最优作业范用内，将重要的显示装置布置在最优视区。按操纵装置的使用频率和操作顺序进行恰当布程，将使用频率高的操纵装置尽可能也布苣在最优作业范用内，并依据操作顺序的先后，把功能相互联系的操纵装置安排得相互靠近，形成合理的顺序。布巻时对于使用频率不髙但功能重要的操纵装置，或使用频率很髙但并不非常重要的操纵装置，需要特别注意进行全而的衡量，加以统一安排。 按操纵装置和显示装置的功能，将功能相同或相互联系的装置布置在一起，以利于操作者进行操纵和观察。 作业而的布置要考虑人的最适宜的作业姿势、操作动作及动作范用。 注意安全及人流、物流的合理组织。2. 运用人体测量数据时，可以按照三种方式进行设计：第一是个体设计准则，第二是可调设计准则，第三是平均设计原则近身作业范围的尺寸是作业空间设计与布置的主要依据，它主要受功能性臂长的约束，而臂长的功能尺寸又由作业方位及作业性质决左。此外，近身作业范围还受衣着的影响。作业空间布置的总则：（1）重要性原则使用频率原则（3）功能原则使用顺序原则用于作业空间设计的模型测试与分析手段主要有下列三种：（1）缩尺比例摸型（2）物理仿真模型（3）计算机辅助设计与仿真分析6?车辆驾驶座椅的舒适性设计要比一般室内坐姿操作用的下作座椅复杂得多，它通常包括静态舒适性、动态舒适性（又称振动舒适性）、操作舒适性三方而的设计任务。7.为了提供人体测量数据，美国汽车工程师协会SAE已将车辆驾驶座椅设讣的参考点标准化，这个参考点称为座椅标志点（SIP）.人体身躯与大腿的转动中心为H点,SIP点和大个子男人的H点是重合的，座椅标志点SIP的位置由两个基准平而，即靠背基准平而和座椅基准平面来确定，两平而相交在座椅基准点啊（SRP）,知道了SRP点，即可找出SIP点。第7章人机系统1?人机系统的功能可概括为信息接受、信息储存、信息处理和执行功能四大项。2.按有、无反馈控制环节分类，人机系统可分为闭环人机系统和开环人机系统两大类。3?根据人机工程学的基本原理，提出对机械系统人机界而优化匹配的目标如下：（1）保证表统运行的安全性（2）提高系统的工效（3）改善操作人员的舒适性（4）保证操作人员的健康，最大程度地防上职业病的发生4?机械系统人机界面的匹配优度，简称匹配优度，指的是机械系统的显示、操作界而与操作人员之间匹配的合理程度，它是0-1之间的一个数值，越接近于1就表示人与机器的几何界面匹配得越好。3. -完整版学习资料分享-机器设计的过程一般分六个阶段:原理设计，概略设汁或初步设计，人机工程设计;结构设计,造型设计;完成产品设计。4. 功能分配的原则：(1)比较分配原则(2)剩余分配原则(3)经济分配原刘(4)宜人分配原则(5)弹性分配原