人機(jī)課程設(shè)計(jì)便于轉(zhuǎn)換提拉方式的旅行箱包設(shè)計(jì)

1、中國(guó)計(jì)量學(xué)院現(xiàn)代科技學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱 便于轉(zhuǎn)換提拉方式的旅行箱包設(shè)計(jì)系（部） 專業(yè)班級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2011 年 6 月 18 日目 錄1前言12人與箱包的人機(jī)關(guān)系12.1人機(jī)關(guān)系要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)12.1.1高效12.1.2健康12.1.3舒適12.1.4安全22.2如何實(shí)現(xiàn)合理的人機(jī)關(guān)系22.2.1考慮到普通人群和特殊人群22.2.2考慮靜態(tài)的人與動(dòng)態(tài)的人的關(guān)系22.2.3滿足人的心理需求和生理需求22.2.4信息的交互23不合理的人際關(guān)系及分析33.1人與箱包尺寸匹配分析評(píng)價(jià)33.1.1人體相關(guān)尺寸測(cè)量數(shù)據(jù)33.1.2箱包的設(shè)計(jì)尺寸73.1.3人與箱包的尺寸匹配現(xiàn)狀

2、和分析評(píng)價(jià)113.2人與箱包的功能匹配關(guān)系分析評(píng)價(jià)124系統(tǒng)中人機(jī)關(guān)系的一些改進(jìn)135總結(jié)146致謝14參考文獻(xiàn)151前言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，尤其是在21世紀(jì)的今天，多功能提拉箱包已經(jīng)非常普遍，給人們的出行帶來方便。但在另一方面，由于設(shè)計(jì)尺寸不合理、人機(jī)不協(xié)調(diào)、等原因給人們帶來的負(fù)面影響，在生理上或心理上產(chǎn)生了一定影響。任何一個(gè)人機(jī)系統(tǒng)都不是完美的。在人們使用箱包的過程中，由于一些客觀原因的影響，許多問題在設(shè)計(jì)過程中就被忽略，或者設(shè)計(jì)不合理，在投入使用后，就相應(yīng)地出現(xiàn)了一些問題，比如在拉的過程中重力分布不均，底盤過窄，容易側(cè)翻；在提的過程中底盤過寬，容易撞到腳等。針對(duì)上述存在的一些問題

3、，本次安全人機(jī)課程設(shè)計(jì)將在參閱有關(guān)資料、進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的基礎(chǔ)上，分析與評(píng)價(jià)人們與箱包及周圍環(huán)境這一系統(tǒng)中的安全人機(jī)界面的協(xié)調(diào)關(guān)系，并以安全、健康、協(xié)調(diào)舒適為目標(biāo)，針對(duì)有關(guān)問題，提出建議和相關(guān)改進(jìn)設(shè)計(jì)措施。2人與箱包的人機(jī)關(guān)系安全人機(jī)工程學(xué)是從安全的角度看問題，研究人機(jī)關(guān)系。其中人際關(guān)系有人機(jī)信息交互關(guān)系、人機(jī)相互匹配關(guān)系和人機(jī)相互作用關(guān)系。不同的人機(jī)系統(tǒng)有不同的屬性，也隨著周圍環(huán)境的改變而發(fā)生變化。人們與箱包這一人機(jī)系統(tǒng)也有其別與其他人機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，比如在這個(gè)系統(tǒng)里的機(jī)（即箱包） 并不像其他的機(jī)器。鑒于人們與箱包這一系統(tǒng)的特點(diǎn)，這一個(gè)系統(tǒng)中存在的人機(jī)關(guān)系有：（1）人機(jī)合理匹配關(guān)系。包括人與箱包之

4、間的尺寸匹配關(guān)系、人與箱包之間功能匹配關(guān)系和人和拉桿長(zhǎng)度的關(guān)系。 （2）人機(jī)相互作用關(guān)系。包括人與箱包之間的相互適宜關(guān)系。2.1人機(jī)關(guān)系要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)2.1.1高效在設(shè)計(jì)中，應(yīng)把人和機(jī)作為一個(gè)整體來考慮，合理或最優(yōu)地分配人和機(jī)的功能，以促進(jìn)二者的協(xié)調(diào)，提高人的工作效率。2.1.2健康是指人在操作或使用產(chǎn)品的過程中，產(chǎn)品對(duì)人的健康不會(huì)造成不良的影響。2.1.3舒適是指人在使用產(chǎn)品的過程中，人體能處于自然的狀態(tài)，操作或使用的姿勢(shì)能夠在人們自然，正常的肢體活動(dòng)范圍之內(nèi)，從而使人不致過早地產(chǎn)生疲勞。 2.1.4安全指人們?cè)诓僮骱褪褂卯a(chǎn)品的過程中，產(chǎn)品對(duì)人的身體不構(gòu)成生理上的傷害。2.2如何實(shí)現(xiàn)合理的人機(jī)

5、關(guān)系2.2.1考慮到普通人群和特殊人群現(xiàn)在大多數(shù)產(chǎn)品是為了普通人群設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)參照的標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)普通人群的數(shù)據(jù)確定的。但是特殊人群也是社會(huì)的重要組成部分，他們往往有著獨(dú)特的需要。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)充分地考慮特殊人數(shù)的特點(diǎn)和需要。如：要考慮到殘疾人的需求。 2.2.2考慮靜態(tài)的人與動(dòng)態(tài)的人的關(guān)系人們使用產(chǎn)品時(shí)時(shí)常處于動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種狀態(tài)之中，因此，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不但要符合人體靜態(tài)的尺寸，也要符合人體的動(dòng)態(tài)尺寸。要讓人在使用它時(shí)，能夠方便施力、有足夠的空間等。這樣的設(shè)計(jì)有利于減少人體疲勞，提高效率，滿足健康、舒適的要求。 2.2.3滿足人的心理需求和生理需求設(shè)計(jì)中的人機(jī)關(guān)系，不僅要滿足人的生理需求，而且要

6、滿足人的心理需求。產(chǎn)品的色彩、材質(zhì)等都會(huì)對(duì)人的心理產(chǎn)生影響。視覺、聽覺、觸覺、味覺等都影響人的心理感受，如果能在設(shè)計(jì)中注意滿足人在這些方面的心理需求，就可以將人機(jī)關(guān)系處理得更好。 2.2.4信息的交互人與產(chǎn)品的互動(dòng)過程就是人與產(chǎn)品之間信息傳遞的過程.即人機(jī)之間運(yùn)用信息語(yǔ)言交流的過程。改善信息傳遞的途徑能夠獲得更好的人機(jī)關(guān)系。3不合理的人際關(guān)系及分析3.1人與箱包尺寸匹配分析評(píng)價(jià)3.1.1人體相關(guān)尺寸測(cè)量數(shù)據(jù)為了使各種與人有關(guān)的機(jī)械、設(shè)備、產(chǎn)品等能夠在安全的前提下高效能的工作，實(shí)現(xiàn)人-機(jī)優(yōu)勢(shì)的最優(yōu)結(jié)合，并使人在使用時(shí)處于安全、舒適的狀態(tài)和無(wú)害、宜人的環(huán)境之中?，F(xiàn)在各種機(jī)械、設(shè)備、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)必須充

7、分考慮人體的各種人機(jī)學(xué)參數(shù)。因此，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過程中了解、熟悉、掌握有關(guān)設(shè)計(jì)所需的人機(jī)學(xué)參數(shù)的性質(zhì)和使用條件是十分必要的。在“人與箱包”這一人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及使用過程中應(yīng)考慮一下一些人體人機(jī)學(xué)參數(shù)： 表1 人體主要尺寸 單位：mm年齡分組男（1660歲）女（1855歲）百分位數(shù)1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 99身高1543 1583 1604 1678 1754 1775 18141449 1484 1503 1570 1640 1659 1697體重/kg44 48 50 59 70 75 83 39 42 44 52 63 66 71上臂長(zhǎng)279 2

8、89 294 313 333 338 349252 262 267 284 303 302 319前臂長(zhǎng)206 216 220 237 253 258 268185 193 198 213 229 234 242大腿長(zhǎng)413 428 436 465 496 505 523387 402 410 438 467 476 494小腿長(zhǎng)324 338 344 369 396 403 419300 313 319 344 370 375 390圖一 表2身體部位移動(dòng)關(guān)節(jié)動(dòng)作方向動(dòng)作角度編號(hào)（）（）頭脊柱向右轉(zhuǎn)向左轉(zhuǎn)屈曲極度伸展向側(cè)彎曲向側(cè)彎曲123456555540504040555540504040

9、肩胛骨脊柱向右轉(zhuǎn)向左轉(zhuǎn)7840404040臂肩關(guān)節(jié)外展抬高屈曲向前抬高極度伸展內(nèi)收極度伸展外展旋轉(zhuǎn)（外觀）（內(nèi)觀）9101112131415161790409090451404090909040909045140409090手腕(樞軸關(guān)節(jié))背屈曲掌屈曲內(nèi)收外展掌心朝上掌心朝下181920212223657530159080657530159080腿髖關(guān)節(jié) 內(nèi)收外展屈曲極度伸展屈曲時(shí)回轉(zhuǎn)（外觀）屈曲時(shí)回轉(zhuǎn)（內(nèi)觀）24252627282940451204530354045120453035小腿膝關(guān)節(jié)屈曲內(nèi)收外展30313213545501354550足踝關(guān)節(jié)以人體參數(shù)為基礎(chǔ)建立的人體模型是描述人體

10、形態(tài)特征與力學(xué)特性的有效工具，是研究、分析、設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、試驗(yàn)人機(jī)系統(tǒng)不可缺少的輔助手段。根據(jù)使用的目的不同，人體模型的用途、功能、構(gòu)造方法也有所不同1 扎齊奧爾斯基. 人體運(yùn)動(dòng)器官生物力學(xué)m. 吳中貫， 等譯. 北京：人民體育出版社，1985.2 時(shí)學(xué)黃，鄭秀瑗，馮蓮麗. 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)譯文集im. 北京：清華大學(xué)出版社，1989.3 魏文儀，錢雪英，胡德貴. 運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)譯文集iim. 北京：清華大學(xué)出版社，1989.4 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) gb 10000-1988 附錄a：指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)?cè)u(píng)定： 指導(dǎo)教師： 年 月 日3。 圖二表3 人體各部位尺寸與身高的比例代號(hào)名 稱男女亞洲人

11、亞洲人1眼 高0.933h0.933h2肩 高0.844h0.844h3肘 高0.600h0.600h4臍 高0.600h0.600h5臀 高0.467h0.467h6膝 高0.267h0.267h7腕腕距0.800h0.800h8肩肩距0.222h0.213h9胸 深0.178h0.1330.177h10前臂長(zhǎng)(包括手)0.267h0.267h11肩-指距0.467h0.467h12雙手展寬1.000h1.000h13手舉起最高點(diǎn)1.278h表四 百分位數(shù)與變換系數(shù)百分位a（%）變換系數(shù)k百分位數(shù)a（%）變換系數(shù)k0.51.02.55.010.015.020.025.030.050.0-2.

12、576-2.326-1.960-1.645-1.282-1.036-0.842-0.674-0.5240.00070758085909597.599.099.50.5240.6740.8421.0361.2821.6451.9602.3262.576表五 身高、胸圍體重的均值m及標(biāo)準(zhǔn)差sd項(xiàng) 目東南區(qū)均值m標(biāo)準(zhǔn)差sd男(1860歲)身高/mm1 68655.2胸圍/mm86552.0體重/kg597.7女(1855歲)身高/mm1 57550.8胸圍/mm83159.8體重/kg517.23.1.2箱包的設(shè)計(jì)尺寸在一個(gè)人機(jī)系統(tǒng)中為了發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能，使人和機(jī)有效地結(jié)合，機(jī)的結(jié)構(gòu)及功能尺寸是十

13、分重要的。產(chǎn)品設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)、制造和使用的工程中也應(yīng)考慮有關(guān)的人機(jī)學(xué)參數(shù)，選擇合適的人體尺寸和百分位數(shù)。我們也知道一個(gè)產(chǎn)品并不是滿足所有的使用者才是最好的，它有一個(gè)合理的限度。在充分考慮經(jīng)濟(jì)、使用群體、產(chǎn)品適用度等一些客觀條件以后設(shè)計(jì)的產(chǎn)品才更加趨于合理。但是在產(chǎn)品的使用中，使用群體是不斷變化的，產(chǎn)品適用度也會(huì)隨之變化。所以本課程設(shè)計(jì)在考慮適用群體相關(guān)尺寸變化及產(chǎn)品適用度等前提條件下，對(duì)箱包的尺寸進(jìn)行測(cè)量，然后結(jié)合適用群體的有關(guān)人機(jī)學(xué)參數(shù)做出分析評(píng)價(jià)。箱包的實(shí)際圖像：箱包的設(shè)計(jì)尺寸：20”尺寸圖。24”尺寸圖：28”尺寸圖：3.1.3人與箱包的尺寸匹配現(xiàn)狀和分析評(píng)價(jià)在人機(jī)匹配關(guān)系分析與評(píng)價(jià)過程中

14、，主要依據(jù)國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（gb/t12547-1992及gb10000-1988）人體測(cè)量尺寸參數(shù)和相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合安全人工程學(xué)有關(guān)理論知識(shí)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。在此，主要分析相關(guān)物品與人體形態(tài)學(xué)之間關(guān)系，使人與箱包之間相互協(xié)調(diào)，使出行有一種舒適性，而且方便，所以，我們將對(duì)其尺寸進(jìn)行分析：根據(jù)圖一、表2可得，肩的極度伸展可以達(dá)到40，髖關(guān)節(jié)的極度伸展可以達(dá)到45。由圖二、表3可得，h為人的身高，手舉起最高點(diǎn)為1.278h，雙手展寬為1.000h，肩肩距為0.222h，推導(dǎo)可知手臂的長(zhǎng)度=（雙手展寬-肩肩距）/2=0.389h，所以肩到地的距離=手舉起最高點(diǎn)-手的長(zhǎng)度=0.889h。將手和箱包的連接近

15、似為一直線，如圖，為了使人與箱包的協(xié)調(diào)性達(dá)到最大，q的值需要考慮肩的極度伸展和髖關(guān)節(jié)的極度伸展，不應(yīng)超過這兩個(gè)值的最小值，所以應(yīng)以肩的極度伸展減10為最舒適的角度，所以以q=30計(jì)算。根據(jù)勾股定理可令箱包滑輪與支撐腳的距離為x，則拉桿和箱包和手的長(zhǎng)度為2x，肩高為0.889h，推導(dǎo)可得x=0.513h。則箱包與拉桿的長(zhǎng)度=2x-手臂的長(zhǎng)度=0.637h。使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品滿足90%的東南區(qū)人群：查表五得，東南區(qū)男性身高平均值m=1686mm，標(biāo)準(zhǔn)差sd =55.2mm；欲使產(chǎn)品使用于90%的人群，則應(yīng)以第5百分位和第95百分位為確定尺寸的界限值。由表四查變換系數(shù)k（當(dāng)a取5時(shí)，k=-1.645；當(dāng)a

16、取95時(shí)，k=1.645），所以m5=（1686-1.645*55.2）=1595mm；m95=（1686+1.645*55.2）=1777mm。于是按身高15951777mm范圍這個(gè)尺寸設(shè)計(jì)產(chǎn)品可以使用于90%的東南區(qū)男性。同理可得東南區(qū)女性90%使用范圍為14911659mm。所以適用于男性的箱包與拉桿的長(zhǎng)度=0.637h=10161132mm。適用于女性的箱包與拉桿的長(zhǎng)度=0.637h=9501057mm。這樣才滿足人與箱包的匹配性。對(duì)于舒適度而言，箱包的尺寸大小和人的高度有必要的聯(lián)系。一般情況下，事物需要適用于99%的人群，尺寸大小就沒那么重要，因?yàn)榭梢酝ㄟ^拉桿來調(diào)節(jié)人與箱包的高度差。

17、但是，箱包的尺寸大，代表高度與寬度也隨之增大，那么隨之的是拉桿的長(zhǎng)度變短，箱包的重心偏移，人所需要的拉力就改變了，手與箱包形成的角度也改變，舒適度也隨之改變，所以尺寸和高度關(guān)系密切。所以，在依據(jù)有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)合實(shí)際情況的前提下，對(duì)人與箱包進(jìn)行分析與簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)，得出一些觀點(diǎn)。在這一人機(jī)系統(tǒng)中，有些方面人與機(jī)比較協(xié)調(diào)，也符合相關(guān)人體形態(tài)學(xué)的要求，有利于發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)功能。但在一些方面，好存在一些不足與缺陷，如人體尺寸百分位數(shù)選擇等細(xì)節(jié)上還需進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)設(shè)計(jì)。3.2人與箱包的功能匹配關(guān)系分析評(píng)價(jià)人機(jī)功能匹配是人及合理匹配的一個(gè)重要方面。一個(gè)人機(jī)系統(tǒng)想要發(fā)揮高校的功能，必須要使人機(jī)關(guān)系達(dá)到合理匹配

18、，而且在人機(jī)尺寸相匹配、人機(jī)功能相匹配的前提下才能發(fā)揮設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有的功能，在一定基礎(chǔ)上也能防止和減少傷亡事故的發(fā)生，保證人的安全、健康，以至使人感覺舒適。箱包的作用是使人們出行攜帶更加方便簡(jiǎn)潔，為人們節(jié)省不必要的空間和體力的消耗，出門本來就累，如果還要在攜帶東西上浪費(fèi)大量體力、腦力就顯得有些資源浪費(fèi)。所以在設(shè)計(jì)時(shí)箱包就盡量要做到節(jié)省人們的體力，而且要便捷，在不同的道路要能夠有其變通的措施來節(jié)省人們的腦力，這樣才是資源最大化。箱包的尺寸應(yīng)該結(jié)合人的不同而不同，這樣才能最大化的發(fā)揮其作用。箱包的材質(zhì)可以多樣化，硬質(zhì)、軟質(zhì)，布料、皮料、合成塑料等。根據(jù)不同的需求設(shè)計(jì)不同的款式，滿足不同人群的需求，能使

19、不同的消費(fèi)者感到同樣的舒適是最重要的。每個(gè)人的心理需求是不一樣的，在不同的條件下的需求也是不一樣的，所以箱包需要多樣化來滿足人群的不同需求。在細(xì)微的設(shè)計(jì)上也非常重要，比如說箱包上的小紋路、小圖案。可以對(duì)人產(chǎn)生積極的影響。顏色對(duì)人的心理和生理影響很大，就好像我們選擇的食物會(huì)對(duì)身體健康產(chǎn)生不容忽視的影響一樣。顏色對(duì)精神和生命活力起到非常重要的作用，同時(shí)也會(huì)刺激人的心理。所以要選用對(duì)人會(huì)產(chǎn)生積極作用的顏色，讓人感覺沒那么疲勞，這樣的箱包才是好的?？衫崾较浒笾驴梢苑譃殚L(zhǎng)方型和半橢型。長(zhǎng)方型便于拉，拉穩(wěn)定性好，底盤寬，重力分布穩(wěn)定，但是提就沒那么方便，把手設(shè)計(jì)沒那么舒適。半橢型的提很方便，把手很合手

20、，便于發(fā)力，但是拉就沒那么穩(wěn)定，高度基本大于等于底盤的寬度，穩(wěn)定性沒那么好，拉的時(shí)候容易側(cè)翻，重心不穩(wěn)?？商崂较浒m用于不同路面，方便出行，使人機(jī)關(guān)系達(dá)到協(xié)調(diào)，是人機(jī)協(xié)調(diào)的表現(xiàn)。4系統(tǒng)中人機(jī)關(guān)系的一些改進(jìn)（1）在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)和科技條件下，幾乎還不可能實(shí)現(xiàn)機(jī)完全符合人的各項(xiàng)要求的情況，即最佳狀態(tài)。而其中存在一些不合適的因素，影響系統(tǒng)整體功能的發(fā)揮。由于受到使用群體、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技水平等一系列客觀條件的影響制約，這些影響因素到目前是無(wú)法完全消滅的。為了提高系統(tǒng)的實(shí)效，發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能，滿足更多的使用群體的需要，就要在系統(tǒng)中找出有關(guān)制約系統(tǒng)功能發(fā)揮的因素，查出有關(guān)問題，并根據(jù)相關(guān)人體參數(shù)，對(duì)機(jī)械、

21、設(shè)備、產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品更加趨于人性化，符合人的需求，創(chuàng)造高效的人機(jī)系統(tǒng)，發(fā)揮人機(jī)系統(tǒng)的最大優(yōu)勢(shì)功能。以下是我在“人與箱包的人機(jī)關(guān)系”人機(jī)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的有關(guān)問題及提出的相關(guān)改進(jìn)措施。（2）箱桿的長(zhǎng)度根據(jù)不同的人是可以調(diào)節(jié)的，基本的箱桿是分為2節(jié)，每節(jié)的長(zhǎng)度根據(jù)箱包的尺寸不同而略有不同。但是由于地域、性別的原因，身高是有差異的，為了滿足大多數(shù)的需要，個(gè)人認(rèn)為箱包的箱桿應(yīng)該設(shè)計(jì)成3節(jié)，前兩節(jié)應(yīng)該適應(yīng)大部分女性，最后一節(jié)增加10cm，不過工藝要求就比較高。（3）箱包的主體可以采用一些新的合成材料，耐磨、耐撞、輕便，提手的材質(zhì)可以更換更加防滑和手握的舒適感更好的合成材料。箱包的滑輪要更加的耐磨。（4）半橢型的箱包底盤可以增加重心穩(wěn)定裝置，在拉的時(shí)候穩(wěn)定性可以加強(qiáng)，不過這個(gè)對(duì)工藝、科技要求比較高。（5）箱體可以做成2層的，方便空間的利用最大化。箱體外部也可以加上裝水之類的小袋，方便出行。（6）箱體可以做成折疊式或可拆卸式的，這樣方便安放，不過對(duì)材質(zhì)的要求很高，對(duì)箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也有很高的要求。（7）箱包在提的時(shí)候，在靠近身體的一側(cè)可以安放些柔軟但又耐磨的材料，能使提的過程更舒適而又不損害箱包。5總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)在資料的收集、整理過程中，由于足受到諸多因素的影響，在個(gè)方面都存在一