人機(jī)工程學(xué)(第三版)ppt

1、普通高等教育普通高等教育“九五九五”部級重點(diǎn)教材，部級重點(diǎn)教材，獲獲教育部教育部 “普通高等學(xué)校優(yōu)秀教材二等普通高等學(xué)校優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)獎(jiǎng)” 人機(jī)工程學(xué)多媒體教學(xué)課件多媒體教學(xué)課件北京理工大學(xué)出版社北京理工大學(xué)出版社 出版出版授課教師：薛授課教師：薛 果果工業(yè)設(shè)計(jì)系列教材工業(yè)設(shè)計(jì)系列教材1.1 1.1 人機(jī)工程學(xué)的命名與定義人機(jī)工程學(xué)的命名與定義 人機(jī)工程學(xué)（人機(jī)工程學(xué)（Man-Machine Engineering)Man-Machine Engineering)： 研究人、機(jī)械及其工作環(huán)境之間相互作用的學(xué)科。研究人、機(jī)械及其工作環(huán)境之間相互作用的學(xué)科。1.1.1 1.1.1 學(xué)科的命名學(xué)科的

2、命名 1. 1. 人類工程學(xué)人類工程學(xué)Human EngineeringHuman Engineering 2. 2. 人因工程學(xué)人因工程學(xué)Human Factors EngineeringHuman Factors Engineering 3. 3. 工效學(xué)工效學(xué) ErgonomicsErgonomicsergonergon（工作、勞動(dòng)）（工作、勞動(dòng)）nomosnomos（規(guī)律、規(guī)則）（規(guī)律、規(guī)則）1.1.2 1.1.2 學(xué)科的定義學(xué)科的定義研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的各種因素；和心理學(xué)等方面的各種因素； 研究人和機(jī)器及環(huán)境的相

3、互作用；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用； 研究在工作中、家庭生活中和休假時(shí)怎樣統(tǒng)研究在工作中、家庭生活中和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適性等問一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適性等問題的學(xué)科。題的學(xué)科。1.2 人機(jī)工程學(xué)的起源與發(fā)展人機(jī)工程學(xué)的起源與發(fā)展 1.2.1 經(jīng)驗(yàn)人機(jī)工程學(xué)（經(jīng)驗(yàn)人機(jī)工程學(xué)（20世紀(jì)初世紀(jì)初二次大戰(zhàn)）二次大戰(zhàn)） 特點(diǎn)：機(jī)械設(shè)計(jì)的的主要著眼點(diǎn)在于力學(xué)、特點(diǎn)：機(jī)械設(shè)計(jì)的的主要著眼點(diǎn)在于力學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)等工程技術(shù)的原理設(shè)計(jì)上；在人機(jī)電學(xué)、熱力學(xué)等工程技術(shù)的原理設(shè)計(jì)上；在人機(jī)關(guān)系上是以選擇和培訓(xùn)操作者為主，關(guān)系上是以選擇和培訓(xùn)操作者為主，使人適應(yīng)于使人適應(yīng)于

4、機(jī)器。機(jī)器。由于設(shè)計(jì)不當(dāng)和缺乏訓(xùn)練，導(dǎo)致了較多意外由于設(shè)計(jì)不當(dāng)和缺乏訓(xùn)練，導(dǎo)致了較多意外事故的發(fā)生，這使人們意識(shí)到事故的發(fā)生，這使人們意識(shí)到“人的因素人的因素”的重的重要性，意識(shí)到只有工程技術(shù)知識(shí)是不夠的，還必要性，意識(shí)到只有工程技術(shù)知識(shí)是不夠的，還必須有生理學(xué)、心理學(xué)、人體測量學(xué)、生物力學(xué)等須有生理學(xué)、心理學(xué)、人體測量學(xué)、生物力學(xué)等學(xué)科方面的知識(shí)。學(xué)科方面的知識(shí)。 這一階段的發(fā)展特點(diǎn)是：重視工業(yè)與工程設(shè)這一階段的發(fā)展特點(diǎn)是：重視工業(yè)與工程設(shè)計(jì)中計(jì)中“人的因素人的因素”，力求，力求使機(jī)器適應(yīng)于人使機(jī)器適應(yīng)于人。現(xiàn)代人機(jī)工程學(xué)有三個(gè)特點(diǎn)：現(xiàn)代人機(jī)工程學(xué)有三個(gè)特點(diǎn)： 1）著眼于機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)，使機(jī)

5、器的操作不超越人）著眼于機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)，使機(jī)器的操作不超越人的能力極限，而不是讓人去適應(yīng)機(jī)器。的能力極限，而不是讓人去適應(yīng)機(jī)器。 2）密切與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過嚴(yán)密計(jì)劃設(shè)定的廣）密切與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過嚴(yán)密計(jì)劃設(shè)定的廣泛實(shí)驗(yàn)性研究，進(jìn)行具體的機(jī)械裝備設(shè)計(jì)。泛實(shí)驗(yàn)性研究，進(jìn)行具體的機(jī)械裝備設(shè)計(jì)。 3）綜合心理學(xué)、生理學(xué)、功能解剖學(xué)、物理學(xué)、數(shù)）綜合心理學(xué)、生理學(xué)、功能解剖學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、工程學(xué)各方面的知識(shí)。學(xué)、工程學(xué)各方面的知識(shí)。 研究方向：把人研究方向：把人-機(jī)機(jī)-環(huán)境作為一個(gè)整體來研究，從而環(huán)境作為一個(gè)整體來研究，從而獲得系統(tǒng)的最高綜合效能。獲得系統(tǒng)的最高綜合效能。1.3.1 學(xué)科的研究

6、內(nèi)容學(xué)科的研究內(nèi)容 研究內(nèi)容具有多樣性、應(yīng)用性和靈活性。主要研究內(nèi)容具有多樣性、應(yīng)用性和靈活性。主要包括以下幾個(gè)方面：包括以下幾個(gè)方面： 1）人體特性的研究：主要研究在工業(yè)設(shè)計(jì)中）人體特性的研究：主要研究在工業(yè)設(shè)計(jì)中與人體有關(guān)的問題。如本書與人體有關(guān)的問題。如本書3、4、5章的內(nèi)容。章的內(nèi)容。 2）工作場所和信息傳遞裝置的設(shè)計(jì)：主要研）工作場所和信息傳遞裝置的設(shè)計(jì)：主要研究如何設(shè)計(jì)合適的環(huán)境及信息傳遞裝置，使人可究如何設(shè)計(jì)合適的環(huán)境及信息傳遞裝置，使人可以舒適高效的工作。如本書以舒適高效的工作。如本書2、6章的內(nèi)容。章的內(nèi)容。3）環(huán)境控制與安全保護(hù)：主要研究從長遠(yuǎn)利益出發(fā)，）環(huán)境控制與安全保護(hù)

7、：主要研究從長遠(yuǎn)利益出發(fā)，如何設(shè)計(jì)環(huán)境及進(jìn)行安全保護(hù)以保證人在長期工作下健如何設(shè)計(jì)環(huán)境及進(jìn)行安全保護(hù)以保證人在長期工作下健康不受影響，事故危險(xiǎn)性最小。如本書康不受影響，事故危險(xiǎn)性最小。如本書9、10章的內(nèi)容。章的內(nèi)容。 4）人機(jī)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)：人機(jī)系統(tǒng)工作效能的高低）人機(jī)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)：人機(jī)系統(tǒng)工作效能的高低主要取決于它的總體設(shè)計(jì)，即在整體上使主要取決于它的總體設(shè)計(jì)，即在整體上使“機(jī)機(jī)”與人體與人體相適應(yīng)，解決好人與機(jī)器之間的分工和機(jī)器之間信息交相適應(yīng)，解決好人與機(jī)器之間的分工和機(jī)器之間信息交流的問題可，使二者取長補(bǔ)短，各盡所長。如本書第流的問題可，使二者取長補(bǔ)短，各盡所長。如本書第11章的內(nèi)

8、容。章的內(nèi)容。 5） 人機(jī)工程學(xué)發(fā)展動(dòng)向的研究，如本書人機(jī)工程學(xué)發(fā)展動(dòng)向的研究，如本書12章內(nèi)容章內(nèi)容模擬：假人模型沖擊模擬：假人模型沖擊/虛擬技術(shù)虛擬技術(shù)模型：輸入模型：輸入系統(tǒng)系統(tǒng)輸出輸出5. 計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真法，計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真法，見圖見圖1-46. 分析法分析法7. 調(diào)查研究法：各種調(diào)查研究的方法（抽樣調(diào)查研究法：各種調(diào)查研究的方法（抽樣/詢問詢問/問卷）注重測試方法的可靠性和有效性問卷）注重測試方法的可靠性和有效性 可靠性（一致性）：重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)果應(yīng)一致可靠性（一致性）：重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，結(jié)果應(yīng)一致. 有效性：測試結(jié)果能真實(shí)反映所評價(jià)的內(nèi)容有效性：測試結(jié)果能真實(shí)反映所評價(jià)的內(nèi)容.1.4人機(jī)工

9、程學(xué)體系及其應(yīng)用領(lǐng)域人機(jī)工程學(xué)體系及其應(yīng)用領(lǐng)域 1.4.1 學(xué)科的體系學(xué)科的體系 人機(jī)工程學(xué)是一門綜合性邊緣學(xué)科，主要是人機(jī)工程學(xué)是一門綜合性邊緣學(xué)科，主要是“人體科學(xué)人體科學(xué)”、“技術(shù)科學(xué)技術(shù)科學(xué)”和和“環(huán)境科學(xué)環(huán)境科學(xué)”之之間的有機(jī)融合，由間的有機(jī)融合，由圖圖1-5加以描述。加以描述。 1.4.2學(xué)科的應(yīng)用學(xué)科的應(yīng)用 學(xué)科的應(yīng)用領(lǐng)域可參閱表學(xué)科的應(yīng)用領(lǐng)域可參閱表1-1、1-2。重點(diǎn)。重點(diǎn)在下章介紹。在下章介紹。1.5 人機(jī)工程學(xué)與工業(yè)設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)與工業(yè)設(shè)計(jì)1.5.1 為工業(yè)設(shè)計(jì)中考慮為工業(yè)設(shè)計(jì)中考慮“人的因素人的因素”提供人體尺提供人體尺度參數(shù)度參數(shù)1.5.2 為工業(yè)設(shè)計(jì)中考慮為工業(yè)設(shè)計(jì)

10、中考慮“物物”的功能合理性提供的功能合理性提供科學(xué)依據(jù)科學(xué)依據(jù)1.5.3 為工業(yè)設(shè)計(jì)中考慮為工業(yè)設(shè)計(jì)中考慮“環(huán)境因素環(huán)境因素”提供設(shè)計(jì)準(zhǔn)提供設(shè)計(jì)準(zhǔn)則則1.5.4 為進(jìn)行人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)為進(jìn)行人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)1.5.5 為堅(jiān)持以為堅(jiān)持以“人人”為核心的設(shè)計(jì)思路提供工作為核心的設(shè)計(jì)思路提供工作程序。參閱表程序。參閱表1-3、1-4。返回返回返回返回返回第1章 鏈 接 第3章 鏈 接n1 1、人體基本尺度、人體基本尺度 人體基本尺度是人體工程學(xué)研究的最基本的數(shù)據(jù)之一。它主要以人體構(gòu)造的基本尺寸（又稱為人體結(jié)構(gòu)尺寸，主要是指人體的靜態(tài)尺寸。如：身高、坐高、肩寬、臀寬、手臂長度等

11、）為依據(jù)，在于通過研究人體對環(huán)境中各種物理、化學(xué)因素的反應(yīng)和適應(yīng)力，分析環(huán)境因素生理、心理以及工作效率的影響程序，確定人在生活、生產(chǎn)和活動(dòng)中所處的各種環(huán)境的舒適范圍和安全限度，所進(jìn)行的系統(tǒng)數(shù)據(jù)比較與分析結(jié)果的反映。它也因國家、地域、民族、生活習(xí)慣等的不同而存在較大的差異（見表）。如：日本市民男性的身高平均值為1651mm,美國市民男性身高平均值為1755mm,英國市民男性身高平均值為1780mm。部 位較高人體地區(qū)（冀、魯、遼）中等人體地區(qū)（長江三角洲）較低人體地區(qū)（四川）男女男女男女人體高度169015801670156016301530肩寬度肩峰至頭頂高度正立時(shí)眼的高度4202931513

12、38728514744152911547397282144341428515123852691420正坐時(shí)眼的高度胸廓前后徑上臂長度前臂長度120320030823811402002912201181201310238111020329322011442053072451078220289220手長度肩峰高度上身高長196139760018412955611921379586178127854619013455651781261524臀部寬度肚臍高度指尖到地面高度上腿長度30799263341530794861239530998361640931992559037931198060640332

13、0920575378下腿長度腳高度坐高397688933736384639268877369678253916735036565793大腿水平長度450435445425443422文藝復(fù)興時(shí)期創(chuàng)造的理想而完美的人體比例圖，也正是人類對人體基本尺度的構(gòu)想。1.被測者姿勢被測者姿勢參見國標(biāo)參見國標(biāo)GB397588中的規(guī)定中的規(guī)定2.2.2 2.2.2 我國成年人人體尺寸我國成年人人體尺寸1.1.人在工作位置上的活動(dòng)空間尺度，人體立姿、坐人在工作位置上的活動(dòng)空間尺度，人體立姿、坐姿、跪姿、臥姿的活動(dòng)空間見姿、跪姿、臥姿的活動(dòng)空間見圖圖2-112-11，圖圖2-122-12，圖圖2-132-13，圖

14、圖2-142-142.2.常用的功能尺寸，常用的功能尺寸，GB/T13547-92GB/T13547-92國家標(biāo)準(zhǔn)提供的國家標(biāo)準(zhǔn)提供的立、坐、跪、臥、爬等常取姿勢的主要功能尺寸，立、坐、跪、臥、爬等常取姿勢的主要功能尺寸，參閱表參閱表2-82-82.4 人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用人體測量數(shù)據(jù)的應(yīng)用2.4.1 主要人體尺寸的應(yīng)用原則主要人體尺寸的應(yīng)用原則 設(shè)計(jì)中常用測量尺寸設(shè)計(jì)中常用測量尺寸見圖見圖2-15，有關(guān)數(shù)據(jù)的，有關(guān)數(shù)據(jù)的定義、應(yīng)用條件。選擇依據(jù)等參閱表定義、應(yīng)用條件。選擇依據(jù)等參閱表2-9?？刂婆_(tái)設(shè)計(jì)n控制臺(tái)的形式，見控制臺(tái)的形式，見圖圖6-1n1. 桌式控制臺(tái)桌式控制臺(tái)n2. 直柜式控制臺(tái)直

15、柜式控制臺(tái)n3. 組合式控制臺(tái)組合式控制臺(tái)n4. 彎折式控制臺(tái)彎折式控制臺(tái)1. 控制臺(tái)作業(yè)面，見控制臺(tái)作業(yè)面，見圖圖6-22. 顯示器面板形式，見顯示器面板形式，見圖圖6-33. 控制臺(tái)上方干涉點(diǎn)高度，見控制臺(tái)上方干涉點(diǎn)高度，見圖圖6-4式中式中 h干涉點(diǎn)高度干涉點(diǎn)高度k操作者眼高操作者眼高H顯示面板下端高度顯示面板下端高度d操作者眼點(diǎn)與干涉點(diǎn)的投影距離操作者眼點(diǎn)與干涉點(diǎn)的投影距離D干涉點(diǎn)與顯示面板的投影距離干涉點(diǎn)與顯示面板的投影距離DkdHhDd1. 坐姿低臺(tái)式控制臺(tái)，見坐姿低臺(tái)式控制臺(tái)，見圖圖6-5（a）2. 坐姿高臺(tái)式控制臺(tái)，見坐姿高臺(tái)式控制臺(tái)，見圖圖6-5（b）3. 坐立兩用控制臺(tái)，見

16、坐立兩用控制臺(tái)，見圖圖6-64. 立姿控制臺(tái)，見立姿控制臺(tái)，見圖圖6-65. 標(biāo)準(zhǔn)控制臺(tái)，見標(biāo)準(zhǔn)控制臺(tái)，見圖圖6-7，尺寸參閱表，尺寸參閱表6-1辦公臺(tái)設(shè)計(jì)電子化辦公臺(tái)人體尺度，見電子化辦公臺(tái)人體尺度，見圖圖6-8，圖圖6-9電子化辦公臺(tái)可調(diào)設(shè)計(jì)，見電子化辦公臺(tái)可調(diào)設(shè)計(jì)，見圖圖6-10電子化辦公臺(tái)組合設(shè)計(jì)，見電子化辦公臺(tái)組合設(shè)計(jì)，見圖圖6-11工作座椅設(shè)計(jì)的主要依據(jù)坐姿生理學(xué)坐姿生理學(xué) 1. 脊柱結(jié)構(gòu)，見脊柱結(jié)構(gòu)，見圖圖6-12 2. 腰曲弧線，見腰曲弧線，見圖圖6-13 3. 腰椎后突和前突，見腰椎后突和前突，見圖圖6-14坐姿生物力學(xué) 1. 肌肉的活動(dòng)度肌肉的活動(dòng)度 2. 體壓分布，見體壓

17、分布，見圖圖6-15 3. 股骨受力分析，見股骨受力分析，見圖圖6-16 4. 椎間盤受力分析，見椎間盤受力分析，見圖圖6-17 坐姿人體測量尺寸，見坐姿人體測量尺寸，見圖圖6-18工作座椅設(shè)計(jì)一般工作場所座椅一般工作場所座椅n1. 座椅設(shè)計(jì)要點(diǎn)座椅設(shè)計(jì)要點(diǎn)n2. 座椅結(jié)構(gòu)形式，見座椅結(jié)構(gòu)形式，見圖圖6-19n3. 座椅主要參數(shù)，參閱表座椅主要參數(shù)，參閱表6-2辦公室工作座椅，見辦公室工作座椅，見圖圖6-20座椅設(shè)計(jì)的新概念n1. 動(dòng)態(tài)座椅，見動(dòng)態(tài)座椅，見圖圖6-21 n2. 前傾式座椅，見前傾式座椅，見圖圖6-22n3. 膝靠式座椅，見圖膝靠式座椅，見圖6-23其它工作座椅其它工作座椅 1.

18、 作業(yè)用凳，見作業(yè)用凳，見圖圖6-24 2. 其它支撐物，見其它支撐物，見圖圖6-25返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回n引子nA:不考慮價(jià)格、地域因素。你會(huì)選擇在哪等待你的約會(huì)伙伴？咖啡廳還是麥當(dāng)勞、肯德基？nA:回憶一下超市或者其他公共場所的安全出口，一般都設(shè)置在什么位置？為什么？nA：能嘗試著分析下多媒體教室陳設(shè)和心理的關(guān)系么？()Bf P E式中，式中， B B行為行為 P P人人 E E環(huán)境環(huán)境式中，式中，B B行為行為 H H遺傳遺傳 M M成熟成熟 L L學(xué)習(xí)學(xué)習(xí) E E環(huán)境環(huán)境B=HMLE4.1.4 心理和行心理和行為為特征在工特征在工業(yè)設(shè)計(jì)業(yè)設(shè)計(jì)中的

19、中的應(yīng)應(yīng)用用課后作業(yè)：2. 2. 視野與視距視野與視距 視野：指人的頭部和眼球固定不動(dòng)的情況下，眼睛視野：指人的頭部和眼球固定不動(dòng)的情況下，眼睛觀看正前方物體時(shí)所能看得見的空間范圍，常以角度來表觀看正前方物體時(shí)所能看得見的空間范圍，常以角度來表示。分水平視野（單視野示。分水平視野（單視野/ /雙視野）和垂直視野，見雙視野）和垂直視野，見圖圖3-63-6。 視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，幾種工作視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，幾種工作視距推薦值參閱表視距推薦值參閱表3-23-2。3. 3. 中央視覺和周圍視覺中央視覺和周圍視覺 中央視覺中央視覺視維細(xì)胞（感色能力強(qiáng)、能清晰分辨物視維

20、細(xì)胞（感色能力強(qiáng)、能清晰分辨物體）。體）。 周圍視覺周圍視覺視桿細(xì)胞（觀察空間范圍和正在運(yùn)動(dòng)的物視桿細(xì)胞（觀察空間范圍和正在運(yùn)動(dòng)的物體）。體）。4. 4. 雙眼視覺和立體視覺，雙眼視物時(shí)，具有分辨物雙眼視覺和立體視覺，雙眼視物時(shí)，具有分辨物體深淺、遠(yuǎn)近等相對位置的能力，形成立體視覺。體深淺、遠(yuǎn)近等相對位置的能力，形成立體視覺。5. 5. 色覺和色視野，見色覺和色視野，見圖圖3-73-7。6. 6. 暗適應(yīng)和明適應(yīng)，見暗適應(yīng)和明適應(yīng)，見圖圖3-83-8。2. 2. 動(dòng)態(tài)范圍（聲音的強(qiáng)度）動(dòng)態(tài)范圍（聲音的強(qiáng)度）本章所附插圖本章所附插圖返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回n人的視知覺活動(dòng)決非是單一性的，除了起到主導(dǎo)作用的視覺感官以外，還有其他的因素共同參與完成1.主觀性：人的視知覺有把各種符號刺激組合為圖形和背景關(guān)系的傾向2.接近性：人的視知覺有組合信息的能力,把視覺中相關(guān)聯(lián)的成分組合成有意義圖形記憶過程：識(shí)記保持再認(rèn)回憶增加設(shè)計(jì)記憶的策略.減少識(shí)記材料的數(shù)量.增加刺激的視維組合.充分利用形象記憶的優(yōu)勢.通過理解增加記憶.考慮不同觀者的記憶特點(diǎn)創(chuàng)意的思維基礎(chǔ)1.邏輯思維：遇到特定事情后對待事情的態(tài)度及其處理的方法（數(shù)學(xué)、推理）2.形象思維：通過對形象信息材料的理解，達(dá)到認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的目的 文心雕龍