《人機(jī)工程學(xué)》學(xué)習(xí)

1、 目 錄1、 人機(jī)工程學(xué)是什么 (2)2、 人機(jī)工程學(xué)發(fā)展歷程（4)3、 作業(yè)空間尺寸（6)4、 人的運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) (7)5、 人機(jī)工程與我們的崗位創(chuàng)新 (16）6、 人機(jī)工程的經(jīng)典故事 （20）1、 人機(jī)工程學(xué)是什么1、新人機(jī)工程學(xué)的定義2000年，國(guó)際工效學(xué)協(xié)會(huì)發(fā)布了新的人機(jī)工程學(xué)定義：人機(jī)工程學(xué)是研究系統(tǒng)中人與其他組成部分的互交關(guān)系的一門學(xué)科。2、 傳統(tǒng)人機(jī)工程學(xué)的定義 人機(jī)工程學(xué)就是研究人、機(jī)和環(huán)境這三大要素之間的關(guān)系，并為解決系統(tǒng)中人的作業(yè)效能、安全、心理和健康問題提供理論和方法。 3、 “隨處可見人機(jī)，哪里都是工程” 我們的日常生活和工作中，處處可見到“人”和“機(jī)”的相互關(guān)系。比

2、如以下的關(guān)系圖：人在使用電梯的過程中，會(huì)涉及到許多人機(jī)工程的關(guān)系：關(guān)系結(jié)構(gòu)圖示研究的相關(guān)問題1、人與電梯門的人機(jī)關(guān)系電梯門寬高是否符合人體尺寸；自動(dòng)開關(guān)的電梯門是否會(huì)夾傷人；自動(dòng)電梯門的開啟關(guān)閉是否設(shè)置合理等等。2、人與電梯外按鍵的人機(jī)關(guān)系按鍵是否有標(biāo)識(shí)；按鍵標(biāo)識(shí)能否讓使用者容易識(shí)別；按鍵的高度是否符合人體操作的舒適范圍等等3、人與電梯箱體的人機(jī)關(guān)系電梯箱體內(nèi)的照明、通風(fēng)是否符合人的需求；箱體的長(zhǎng)寬高是否符合需求等等。2、 人機(jī)工程學(xué)發(fā)展歷程 任何學(xué)科都有起源和歷史，人機(jī)關(guān)系的演變和發(fā)展可以大體分為三個(gè)歷史時(shí)期：萌芽期：人類起源到20世紀(jì)30年代初步發(fā)展期： 20世紀(jì)40年代-20世紀(jì)60年代

3、快速發(fā)展期： 20世紀(jì)70年代-至今 1、萌芽期的人機(jī)工程 有了人類就有了造物，有了造物就有了人機(jī)關(guān)系。早在石器時(shí)代，人類就學(xué)會(huì)了選擇石塊，打制成可供砍、砸、刮的各種工具。 人機(jī)工程學(xué)開始采用科學(xué)方法，系統(tǒng)地研究人的能力與其所使用工具之間的關(guān)系，興起于19世紀(jì)末-20世紀(jì)初。 1884年德國(guó)學(xué)者M(jìn)osso進(jìn)行了著名的肌肉疲勞試驗(yàn)，可以說(shuō)使科學(xué)人機(jī)工程學(xué)的開端。 1898年美國(guó)學(xué)者泰勒在鋼鐵廠對(duì)鐵鏟鏟煤作業(yè)進(jìn)行研究，用5KG、10KG、17KG、20KG四種裝煤鐵鏟對(duì)鏟煤作業(yè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)10KG鐵鏟效率最高。他的研究成果成了歐美一些國(guó)家為了提高生產(chǎn)效率而推行的“泰勒制”。 1911年美國(guó)吉爾布

4、雷斯夫婦對(duì)建筑工人砌磚作業(yè)進(jìn)行研究，通過快速攝影機(jī)將砌磚動(dòng)作拍攝下來(lái)并進(jìn)行分析，去掉無(wú)用的動(dòng)作，使砌磚速度由每小時(shí)120塊提高到350塊，作業(yè)效率提高一倍多。他們還對(duì)外科手術(shù)的過程進(jìn)行改進(jìn)，將外科大夫自己取器械的方式改變?yōu)橹恍枵f(shuō)出器械名稱，由助手取器械并遞給大夫，這一成果一直沿用至今。2、 初步發(fā)展期的人機(jī)工程 第二次世界大戰(zhàn)中設(shè)計(jì)的大批武器，只考慮武器性能，而忽略了操作者的協(xié)調(diào)關(guān)系，造成很多操作失誤引發(fā)的事故。因此，首先在軍事領(lǐng)域中開展了人機(jī)工程的綜合研究與應(yīng)用。 二戰(zhàn)結(jié)束后，人機(jī)工程的研究成果廣泛應(yīng)用于非軍事領(lǐng)域。這段時(shí)期的發(fā)展也使人機(jī)工程真正成為一門獨(dú)立的學(xué)科3、 快速發(fā)展期的人機(jī)工程

5、進(jìn)入20世紀(jì)70年代后，科學(xué)技術(shù)發(fā)展飛速，電子計(jì)算機(jī)普及，自動(dòng)化程度不斷提高，大大促進(jìn)了人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步。3、 作業(yè)空間尺寸1、 作業(yè)空間設(shè)計(jì)以人體尺寸為基本參數(shù)，從尺寸上保證人體結(jié)構(gòu)的活動(dòng)要求。 影響作業(yè)空間的因素很多，首先，視覺因素是對(duì)作業(yè)空間起決定性的因素，視覺決定頭部位置，也決定了人體的姿勢(shì)。 其次，作業(yè)的性質(zhì)（性質(zhì)分技能作業(yè)、體力作業(yè)和腦力作業(yè)等）對(duì)作業(yè)空間也有影響。技能作業(yè)要求更多視覺觀察，體力作業(yè)注重肌肉施力，各自作業(yè)空間設(shè)計(jì)都有不同側(cè)重點(diǎn)。 圖324表明，不同作業(yè)性質(zhì)要求不同的工作臺(tái)高度。 2、 立姿作業(yè) 立姿作業(yè)在我們崗位作業(yè)中占有很大比例，立姿作業(yè)的優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)區(qū)域大，

6、便于肌肉施力，作業(yè)者的體位容易改變。圖327是立姿作業(yè)的人體尺寸參數(shù)。4、 人的運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1、 肌肉運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)都需要通過肌肉收縮而牽動(dòng)骨繞關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，肌肉是人體運(yùn)動(dòng)能量的提供者，人的活動(dòng)能力是靠肌肉決定的。 2、 肌肉的施力（1） 肌肉的施力有兩種方式，這兩種方式以及不同點(diǎn)如下表：肌肉施力方式定 義施力方式主要區(qū)別動(dòng)態(tài)肌肉施力肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)收縮和舒張交替進(jìn)行血液隨肌肉收縮和舒張進(jìn)入和壓出肌肉，新成代謝順暢，肌肉不容易疲勞，如圖5-8b ；靜態(tài)肌肉施力持續(xù)保持收縮狀態(tài)的肌肉運(yùn)動(dòng)收縮肌肉壓迫血管，阻止血液進(jìn)入肌肉，新成代謝不能順利進(jìn)行，肌肉容易疲勞，如圖5-8c ；（2） 肌肉靜態(tài)施力的人

7、體生理變化，與動(dòng)態(tài)施力相比，靜態(tài)施力會(huì)造成消耗加大，肌肉酸痛，心率加快和恢復(fù)期延長(zhǎng)等現(xiàn)象，造成這個(gè)原因主要是肌肉缺氧，導(dǎo)致肌肉內(nèi)積累大量乳酸造成。 國(guó)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，中學(xué)生單手提書包比背書包要消耗多一倍的能量，這主要由于手臂、肩、軀干部分靜態(tài)施力引起的,如圖5-11。 國(guó)外學(xué)者還研究了手工播種土豆作業(yè)，同樣作業(yè)30分鐘，手提籃子心率增加量比挎著籃子心率增加量要多，可見心臟負(fù)荷的增加是手提籃子的靜態(tài)施力造成的結(jié)果，如圖5-12。 （3） 日常工作中，施力方式的識(shí)別：工 作 圖 例施力方式識(shí)別出租車司機(jī)臀部和腰部肌肉處于靜態(tài)施力（容易疲勞，甚至患腰椎?。皇趾湍_反復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)控制方向盤、油門、檔位等，

8、手和腳的肌肉處于動(dòng)態(tài)施力（不容易疲勞）。普通銑床操 作腰部肌肉處于靜態(tài)施力，容易疲勞，甚至患腰椎病。普通鉆床操 作腰部、手臂、肩膀肌肉都處于靜態(tài)施力，手臂和肩膀施力大，容易疲勞和酸痛（4） 減少靜態(tài)施力的方法。 避免不“自然”的身體姿勢(shì) 避免長(zhǎng)時(shí)間抬手作業(yè) 合理設(shè)計(jì)作業(yè)面高度，可減少手臂靜態(tài)施力。 盡可能雙手交替作業(yè)（5） 事實(shí)上，日常作業(yè)都是既有靜態(tài)施力，也有動(dòng)態(tài)施力，很難具體劃分彼此界限，也很難避免。但我們通過學(xué)習(xí)肌肉施力的概念，通過改進(jìn)，可以減少靜態(tài)施力，多想辦法我們能做得更好。3、 骨和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)（1） 在肌肉收縮牽引力作用下，骨繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，使人體產(chǎn)生各種運(yùn)動(dòng)和操縱姿勢(shì)，這稱為骨人體運(yùn)動(dòng)

9、，這也是人機(jī)工程學(xué)的主要內(nèi)容之一。（2） 人體運(yùn)動(dòng)時(shí)間和精度 手的運(yùn)動(dòng)速度與運(yùn)動(dòng)習(xí)慣有關(guān)，一般是與手的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣一致的運(yùn)動(dòng)，其速度較快，準(zhǔn)確較高。 由于人體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，人的運(yùn)動(dòng)在某些方向上速度更快，國(guó)外學(xué)者對(duì)不同方向的運(yùn)動(dòng)時(shí)間進(jìn)行研究，分析歸納如下： 在水平方向的前后運(yùn)動(dòng)比左右方向運(yùn)動(dòng)快； 手在垂直面的運(yùn)動(dòng)速度比在水平面的運(yùn)動(dòng)速度快，準(zhǔn)確度也比水平面的高； “從上往下” 比“從下往上”的運(yùn)動(dòng)速度快； 手朝向身體的運(yùn)動(dòng)比離開身體方向運(yùn)動(dòng)快，但后者準(zhǔn)確度高； 順時(shí)針方向的操作動(dòng)作比逆時(shí)針方向的快； 單手在外側(cè)60角左右的直線動(dòng)作和雙手在外側(cè)30角左右同時(shí)的直線動(dòng)作速度都最快，效果最好，如圖55； 從

10、精度和速度來(lái)看，單手操作較雙手操作為佳； 這樣的結(jié)果，對(duì)于工作區(qū)域的設(shè)計(jì)有很大意義，比如設(shè)計(jì)裝配線上物品的放置等。 （3） 手的力量 人的大部分工作都是由手來(lái)完成的，因此手的力量在工作中起著更為重要的作用，手的力量和運(yùn)動(dòng)方向、肘關(guān)節(jié)的角度等有密切的關(guān)系。國(guó)外學(xué)者Clarke研究表明，當(dāng)肘關(guān)節(jié)為60- 120時(shí)，手臂產(chǎn)生的內(nèi)收力最大，如圖5-32。（4） 人的作業(yè)和動(dòng)作效率 從能量的角度分析，肌肉收縮產(chǎn)生的能量分為兩部分：熱能和機(jī)械能。機(jī)械能占有的比例越大，作業(yè)效能越高。 為了提高作業(yè)效率，國(guó)外專家Barnes等人研究總結(jié)出“動(dòng)作經(jīng)濟(jì)性原則”。這些原則簡(jiǎn)單可以歸納成4個(gè)方面： 同時(shí)使用兩只手，避

11、免一手操作一手空閑； 力求減少動(dòng)作數(shù)量，避免一切不必要的動(dòng)作； 盡可能減少動(dòng)作距離，避免出現(xiàn)全身性動(dòng)作； 尋求舒適的工作環(huán)境，減少動(dòng)作難度，避免不合理的工作姿勢(shì)；（5） 重體力作業(yè)的合理操作 對(duì)于重體力作業(yè)的改進(jìn)，一方面要努力提高作業(yè)效率，另一方面要減輕人的實(shí)際作業(yè)強(qiáng)度,設(shè)計(jì)一些節(jié)省體力的工具和設(shè)備，可以減少操作者的工作量，如下圖： 搬運(yùn)重物過程中，提起重物時(shí)，腰部椎間盤回承受一定壓力，用不同方法提起重物時(shí)，對(duì)腰部椎間盤的影響是不同的。 如圖719,直腰提起重物,椎間盤壓力變化比較小。彎腰提起重物,椎間盤壓力會(huì)突然增大，這是因?yàn)閺澭崞鹬匚?，椎間盤壓力分布不均引起的。 為了避免腰椎損傷和疲勞，

12、在提起重物的時(shí)候要直腰，上身盡量伸直，彎曲膝蓋，如圖721。 4、 手工具設(shè)計(jì) 人類使用手工具的歷史和人類的歷史一樣久遠(yuǎn)，從早期人類使用的石器，到現(xiàn)代社會(huì)的電鉆,人的生活和工作都離不開手工具，正確設(shè)計(jì)手工具成為人機(jī)工程學(xué)重十分重要的內(nèi)容。 手工具設(shè)計(jì)考慮的因素很多，主要從人體手的尺寸以及力學(xué)原理進(jìn)行分析。研究表明，在處于抓握方式下，抓握物和人的手臂呈大約70時(shí)，人的手腕保持自然狀態(tài)，如圖563。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，手工具設(shè)計(jì)就是人使用工具時(shí)盡量使手保持自然狀態(tài)。 典型的手工具設(shè)計(jì)和分析（右圖是改進(jìn)以后）：內(nèi)容 圖 例 分析尖嘴膠鉗把手 符合手和腕的轉(zhuǎn)動(dòng)，使手腕保持自然狀態(tài)，避免腕部位酸疼。手鏟把手手鋸

13、把手改進(jìn)抓握把手方式 避免掌部壓力過大，使用更舒適。改進(jìn)按紐 避免單個(gè)手指重復(fù)運(yùn)動(dòng)，減少手指疼痛。5、 人機(jī)工程與我們的崗位創(chuàng)新1、 根據(jù)立姿作業(yè)的人體尺寸參數(shù)，我們能更好改進(jìn)我們的操作位置，使之更便于操作。改進(jìn)成果1：制作風(fēng)動(dòng)扳手存放架，提高存放位置，使存取扳手的位置處于人手最有利抓握的范圍。改進(jìn)成果2：提高翻轉(zhuǎn)機(jī)操作面板，使其處于人手操作最適宜的范圍。2、根據(jù)作業(yè)空間設(shè)計(jì)尺寸，重體力工作要求的工作臺(tái)高度，我們對(duì)相關(guān)崗位的作業(yè)高度進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)成果3：裝缸蓋氣門崗位，打緊噴油器雙頭螺柱作業(yè)，作業(yè)高度偏高，非常累，容易腰椎勞損，增加踏板（相當(dāng)于降低工作臺(tái)高度）后，作業(yè)條件得到很大改善。 3、根

14、據(jù)中學(xué)的物理知識(shí)，在扭距一定的情況下，加大力臂可以減少作用力。改進(jìn)成果4：調(diào)缸蓋氣門崗位，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸比較費(fèi)力，員工勞動(dòng)強(qiáng)高。加大力臂可以減少轉(zhuǎn)動(dòng)力。根據(jù)中學(xué)學(xué)過的杠桿原理M= F L ，我們可以更深入分析改進(jìn)過程：改進(jìn)前改進(jìn)后假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸的扭矩：M=30 N.m M= F L 30 Nm = F 0.5 m F = 60N需要60牛頓的轉(zhuǎn)動(dòng)力才能轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸的扭矩：M=30 N.mM= F L 30 Nm = F 1 m F = 30N需要30牛頓的轉(zhuǎn)動(dòng)力才能轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸 結(jié)論：力臂L由0.5m加長(zhǎng)為1m后，轉(zhuǎn)動(dòng)力減少一半，加長(zhǎng)力臂可以更省力！ 在人機(jī)工程理論知識(shí)的指導(dǎo)下，我們崗位創(chuàng)新碩果累累，總結(jié)以上幾個(gè)成果，我們可以編成一個(gè)膾炙人口的順口溜：增加架子，便操作。提高按鈕，腰桿直。加個(gè)踏板，不疲勞。 杠桿原理，省力多。 只要我們多想一點(diǎn)，多做一點(diǎn)，我們就會(huì)做得更好！6、 人機(jī)工程的經(jīng)典故事 美國(guó)阿波羅登月艙設(shè)計(jì)中，原方案是讓兩名宇航員坐著，即使開了4個(gè)窗口，宇航員的視野也十分有限，很難觀察到月球著陸點(diǎn)的地表情況。為了尋找解決方案，工程師互相爭(zhēng)論，花費(fèi)很多時(shí)間。一天一位工程師抱怨宇航員的座位又重又占用空間，另一位工程師馬上想到，登月艙脫離母艙到月