人機工程學教案

人機工程學第1章人機工程學概論本單重點學習目的1.1人機工程學人機工程學是一“I新賓的邊線學科，它起劭i于歐洲，形成和發(fā)展F美國.人機工程學是柯I■究A,.機及其二柞環(huán)境之亙相互作用的學科“自Ml世出40年代年生以東，談由打破丁各學科之間的界限，有機地融合了各相關(guān)學蚪的理免.從而形成了一門酰咒和應用范圍都根為廣泛的辨合性邊母學科.今天.人機工程學已及稱為工程技術(shù)人身必不可虢小的工具，成為實現(xiàn)工也段計目標利重要手段.Iki人機工程學的命名世界各國對人機工程學的肺名工層相同.誣學科在美回詫稱為“Hum如小a團瓦目ixm/t人的圍索工程學》或“HuminEci目e明”《人類工程學j.在歐洲被楙為"H.nomg。工人類工效學｝-，，：邛cmcmic/是希芾其，意為“匚作法則”.'Ersoncmics1'一詞是由松背詞眼々唁9i"C即工作、者動）和"ncma"1即規(guī)諭、既此）豆合而成，其本義為人的帝動視律：書廣該詞比較全面地反映了學科本值，詞意比較中上■」不顯露對綱成學科的親密何球，因比，■前洋多日惠采閏'任相-時值"作為該學科的命名?見此這個學科烏班在世界上應用最廣，口本句前壽衽鴕沿月業(yè)洲世宅瓊，口.本果用該詞的音庫?奇為人間工.學.在我國.除普遍采用人機工程學外，常用的名成正百人-肌-環(huán)境.系竣工程、人體工程學.人類工效學、人襄工程學、苴入學等.1.1二人機工程學的定義在人機，電學發(fā)屐的不同由史酎期，不同的學者提出過塞種關(guān)于人機_L提學的定義，分別反映了巧時大機學學科思想的惻用點.美國人機工學專家（qH因網(wǎng)上加）則認為：人加工程學同究的是人與機聘桁亙關(guān)系的告理方案.亦RP對人的知覺顯示、排室曲曲、人EI爰境的戊汁及其布置和作亞爰境的組合尋進行皆餞妁牌交.其I；的在「荻口最高的皴里及作h.對您利克全同卦適,善名的美囪人機T程學.及限用心理學家自百帕尼斯（AUhpaniQ說:“人就工程學是在機植沒訐中.考虎加何使人獲得操作前使而又代嘀的一「1學科、國氐人機工程學學蕓CIEA.InlertuiliunalEi^numjcsAssocialian）對人機工程學所下的定義后嗅了人機工程學己經(jīng)相對成翱葉期的學科界想.已力各國多金學者所汰同.諉定義如下：人機工程學是研究人在某林工作環(huán)境中的解副學、生理學和心理學等方面的因素；研究人巧也器及犯嶂的相互作用；研究在二作中，事旺生活中與閑贖時怎祥孝慮人的北法?■支會、前適和工作效率的學科.這個定義界別闡明了人機學的研究對象，斫究內(nèi)容和研究目的.第句話指出人機學的斫克對雅，是丁俗小墟中的解洌學.唬理學、心理學等方面的因表，這殘因素除了工業(yè)設i|?以外“汪與首曉工W,芳動科學.安全工阡.環(huán)境工忻等領(lǐng)域有關(guān)。第一河話指匕人機學的研究內(nèi)容，品人廠機一環(huán)境胴最佳匹配，人一機-環(huán)境緊帔的優(yōu)化.第二:可話指出大機學的冊交目的；就是說訐一生器物都要收感人+T三生.工年的安全“舒適、同筋第2章系統(tǒng)中“人”的因素迸行產(chǎn)品設計時，為使人與產(chǎn)品相互協(xié)調(diào),必須對產(chǎn)品作適合于人體形態(tài)、生理以及心理特點的設計,讓人在使月過程中.處于舒適的狀態(tài)和方使的使用產(chǎn)品,也就是進行人性化設計.因此，應了解人體測量學?生物力學和心理方面的基本知識.2.I人體測破2.1.1人體測母概述為了使各種與人休尺度有關(guān)的設計對象能符合人的生理特點，讓人在使用時處于轉(zhuǎn)適的狀態(tài)和適宜的環(huán)境之中,就必然在設計中充分考慮人體的各種尺度，因而也就要求設計者能了解一些人體測量學方面的基本知識,并能熟悉有關(guān)設計所必需的人體測量基本數(shù)據(jù)的性質(zhì)司使用條件。人休洌最學（Anthro|x>nictry）是通過測景人體各漏位尺寸來確定個體之間到群體之閽在人體尺寸上的差別，用以所允人的形態(tài)特征。從而為各種工業(yè)設計和工程設計提供人體測散數(shù)據(jù)。人機工程學范圍內(nèi)的人體形態(tài)測量數(shù)據(jù)主要有兩類?即人體構(gòu)造尺寸和功能尺寸的測量數(shù)據(jù).人體構(gòu)造上的尺寸是指靜態(tài)尺寸，它是人體處于固定的標準狀態(tài)下測量的，人體功能上的尺寸是指動態(tài)尺寸,是人在進行某種功能活動時肢體所能達到的空位范羽,它是動態(tài)的人體狀態(tài)卜測得的，是由關(guān)節(jié)的活動,轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的角度與肢體的長度力調(diào)產(chǎn)生的尺寸范困.用以解決許多帶育空何范圍、位置的問題,如空內(nèi)空叵'作業(yè)空問的設計。2.L2常用的人體尺寸測丘數(shù)據(jù)一、人體測破的基本術(shù)語國標GBTT5703-1999或定了人機工程學使月的成年人和吉少年的人體測St術(shù)語,該標準規(guī)定，只仔在被測音姿勢、測員基準向、測盤方向、測點等符合下列要求的前提下,測量數(shù)據(jù)才是有效的。1.被測者姿勢1）立姿宿被測者挺胸直立，頭部以眼耳平面定位，眼防平視朝方，府部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向體側(cè)，手指立貼大腿網(wǎng)面?自然伸直膝部,左、右足后血并瓏，的流分開.使兩足大致呈46夾角，體里:均勻分布于兩足。2）坐姿指被測者挺胸坐在被調(diào)節(jié)到林骨頭鹿度的平面上.頭部以眼耳平面定位.眼睛平視前方，左、右大圈大致平行，膝彎屈大致成立角，足平放在地面上，手燮放在大腿上，2.測量基卷面人體測量基準面的定位是由三個互為垂直的軸（垂直軸、縱軸、橫柚）來決定的。人體測量中設定的軸畿和輪準面如圖2T所示。第3章顯示裝置的設計在人機系虢中?機器和設備中專門用品向人茬達機器和設圣的性能等數(shù)、運轉(zhuǎn)狀態(tài)、工室也金.以及其它俏總的裝兒.林內(nèi)片總顯示攏置“它的特征是能鎖把機翳奧卷的有美倬息以及能接收的彩式顯示給人.按人接受伯息洎感覺通道丁同?可糊顯示裝置分為視覺顯示.所覺顯示總觸覺顯東-其中以雙覺和聽覺顯示應用最為廣泛，觸覺顯示是和目人的皮膚受到觸壓或運動刺激后產(chǎn)生的感宣而向人伐逋信息的一種方式，除恃錦環(huán)境外.一能較少使用,三41■顯承方式傳遞的信￡特征如表）1所示口本章顯不裝置的法il￡娶介蛇在覺顯示沒日，聽覺信息傳示設計.S3I三種顯示方式轉(zhuǎn)遞的信息理怔顯示方苴傳遢的佶息先打顯示f苴幃述的信息特怔1,比我復雜，忙條的信息或智布冏學物本大筆的聽覺L較短或無痛顯退的信息餡府.、文字、由表.公式存顯羽t,商中口要求忸建隹逆的信鼻提?顯示(60S)，傳遞的信息根長安而要建達者3.需用方位、距宙等空間狀杏漫明的信息仁5外a現(xiàn)黨13道翦荷過重的場合心所處環(huán)境不話含視尬國道傳遞的但總■1一以后有標引用的匯能的信息k.所虻耳境不道令聽黨傳建的信息R足音聽覺侍速-也聽宛員而已很里的外於又不需莖然造傳選的信里民傳通的信縣常嘉同時員示、苴英觸覺顯云L粗、聽就通道走有過南的場合工使用權(quán)、斫競通道肥逋借且有1國差扣岐合，符單并要求快速隹遞的脩息XI視覺顯示設計也舞覺顯示裝置中，顯不裝置的形狀,大小分度、標記、空間布同、崎色、照明等因索?第必須性人能沮好的接受謂息并送行處理,使人能迅速接受星云的信息-信息的升州率要高，股巨可喜。在進行丘示裝置的評型設?:卜刖.還必須從系統(tǒng)蹩體出發(fā)..!.更考慮捌兒的生理、心理特亞-又要考慮到系跳整年的需要和美觀，怪表是顯示裝H是用得最多的一類視覺顯示器.&1,1校表顯示設計i、便表顯示的至型與格征C-＞按顯示功能分奘I-讀效月儀表室用7要求提供準萌的測員怕、計員值和芟比世的場告，此種儀表利度的具庫熬值顯示設備晌狀也和參數(shù)，供攆作看苴泊題值之用..如:汽車晌眸透表、飛機的空度去和朦瑟的水表、電度表、域氣強等.工楂食用便衰這種杖表用;顯示設備或系統(tǒng)狀意參戴伯禹正窄他的情況。它們大部分行率手指示一般無需讀出確切數(shù)植.只是為了檢查儀表指計的指示是杳*寓正常位置.當發(fā)現(xiàn)偏離正常位置F，L應消整設備的運行狀況.使出去推數(shù)回到lE常位國.丸磐應用僅表第4章操縱裝置設計人機系統(tǒng)中.操雙裝置（又稱控制裝置，控制器、操雙器）是指詡過人的動作夾使機器起動、停車或改變運行狀態(tài)的裝舐,其基本功能是把憔作者的響應輸出轉(zhuǎn)換成機器設法的輸入信息，邊而控洌機器設備的運行狀態(tài)。攪級裝置是人一機系統(tǒng)的理要殂成部分，也是人機界面設計的一項布要內(nèi)咨，怏縱裝置的設計是否得當，直接關(guān)系到整個冢統(tǒng)的工作效率、安全位行以及使用者性作的舒適性慢縱笠置的設計必須符合人因工程的要求，也就是說,必須考慮人的心理、生理、人體解剖和人體機能等方面的珞性。換縱裝就設計的主要內(nèi)容包括：換縱裝置外形、大小、位置、運動方向、運動范圍、操縱力以及掾生過程的宜人性等.操縱裝置的類型和選擇接縱裝置的類型操縱摘縱裝置的類型很多（見圖41）,一般常用下列方法分類..按操縱方式劃分1）手動擦縱裝置,如各種手柄、按鈕、旋包、選擇器、杠桿、手輪等。2）腳動操縱裝置.如卻踏板、腳胭紹、膝操縱奘置等.這些耀縱裝置與人的肢體有關(guān).其外形、大小、位置、運動方向、運動？5國和操作力等.都要適合于人的生理特征，便于手和腳的操縱。.按操縱裝置的功能總分I）開關(guān)抵縱裝置.用于筒羊的開或美.啟動或停止的探縱控制,常用的有按鈕、結(jié)板、手柄等。2）轉(zhuǎn)換換縱裝置?適用于系統(tǒng)當中不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換拱縱控制.如手柄、選擇開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、操縱盤等，3）調(diào)整慢雙裝2L用于調(diào)整系統(tǒng)中工作參數(shù)定量書加或收少的悻縱控耨，如旋鈕、手輪、性縱盤等.4）制動操縱裝置，用于緊急狀態(tài)下啟動或停止的探旗控制。要求靈敢度高、可喜性強，如制動硼、操縱桿、手柄、按鈕等.圖4?1常見的換織裝置（a）獨柄；（b）手機；（0&*；（d）交即；（e）用匙；（0開關(guān)桿：（K）調(diào)節(jié)后；6）杠桿電??；G）按動式開關(guān)；Q）擺動式開關(guān)；（k）陽踏板；①鋼絲脫扣第；（m）按鈕；00按鍵；（o）謔希；（p）手沏；（q）指按滑塊（形狀決定）；（r）指投潰決（摩摞決定）：（5）拉環(huán)；⑺拉手：（u）Sffl：（v）拉鉉的先和改進手提工具和京椅設計.SM及5*195-1人體手郃的掌側(cè)爬模型圖5-2的先和改進手提工具和京椅設計.SM及5*195-1人體手郃的掌側(cè)爬模型圖5-2腕關(guān)節(jié)活動狀態(tài)第5章手握工具和工作桌椅設計工具是人類囚肢的擴展，傳統(tǒng)的工具rnT?多已不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)和生活的辭要。人們在作業(yè)中長期使用設計不良的工具,容易造成身體不適、損紇或疾去。降低了生產(chǎn)率.甚至他人致殘.目前.大多數(shù)辦公室人員、腦力勞動者、紀分體力勞動者都采用坐姿工作.隨著技術(shù)的迸步，念來愈多的體力勞動者也將采取坐姿工作，因而工作桌椅設計日益成為人機工程學工作者和設計財們關(guān)注的研究課題.所以，應用人機工程學的方法,綜合工程技術(shù)、解剖學、生理學、心理學、人體力學多功能多種學科的知識.是值得關(guān)注的問題.5.1手握工具設“?￡1.1手握工具設計的生理學基礎手工具的人機學因素很大程度上取決于人手蚪解制?手是由骨、動脈、神經(jīng)、韌帶和肌腱等組成的復雜結(jié)構(gòu)（R15-1K手指的仲屁、抓捏，手部的偏屈、轉(zhuǎn)動鄧是由肌肉力8：帶動的.手部以腕關(guān)節(jié)為中心的各方向的偏轉(zhuǎn)活動.也同樣是赧肌肉的拉動實現(xiàn)的.手部的活動并非單靠近旁的肌肉所能實現(xiàn)，而是從手郃連同到前臂、上皙、時關(guān)節(jié)的多束肌內(nèi).肌梃群全動實現(xiàn)的；這些肌肉更疊交錯，如吳手臂史曲、手碗傕屈，使個肌肉束互相干擾.將影響這些肌肉順利發(fā)桿我正常功能.椀部是一個多自由度的關(guān)節(jié)，很多條橋柔、磯唯以及血管和神經(jīng)幫經(jīng)過這里，腕骨與小件上的殘骨及尺骨相連，懦骨連向拇指一例，而尺骨連向小指一則，腕關(guān)節(jié)的構(gòu)造與定位使其只能在兩人面動作，這兩個面各成9便.一面產(chǎn)生學屈與背屈,第二個面產(chǎn)生尺值和澆信（圖5?2）。因此，如果腕關(guān)節(jié)處于比較大的偏屈、偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，期間的肌肉、肌腱、血管和神經(jīng)就會收到壓迫.影響手部、手指活動.時間長了.便會導致頂傷間疾患，如腱鞘炎、斷道嬤合癥等。微新炎是手服尺偏、掌曲和脫外轉(zhuǎn).使腕部肌原彎曲導致牌鞘處發(fā)炎：腫道綜合癥是由于魏道內(nèi)正中神經(jīng)損飭所引起的不適.表現(xiàn)為手部疼痛、溝熱、刺痛及麻木感：網(wǎng)球肘（肱骨外裸炎、主婦時）是一種肘部組織炎癥，由手腕的過度假偏引起，尤其是當撓偏與學內(nèi)轉(zhuǎn)和背密狀態(tài)同時出現(xiàn)時,肘部撓骨頭與股骨小頭之間的壓力增加.導致網(wǎng)球肘：狹窄性呦載炎（俗稱扳機指），是由手指反復彎曲動作引起的.在類似扳機動作的拯作中,食指或其它手指的頂部指骨須克服阻力彎曲?而中都或根部指骨這時還沒有彎曲,導致手指前端彎曲.第6章工作崗位和工作空間的設計根據(jù)人工作時的姿勢，工作崗位分為坐姿同位、立姿崗位和坐立姿交替閔位三類。在人機系統(tǒng)設計眄選玨喝一類工作崗位,必須依概工作任務的性質(zhì)來考慮.人在工作狀態(tài)時.人與機器設備、工作用具等所淘的空間總和叫做工作空間.工作空同我計要隹眼于人.在充分考慮操作考需要的卷砒上，為操作身暫I造戌安全、舒適又經(jīng)濟、高效的工作條件。工作崗位設計工作崗位類型與選擇I.坐姿工作崗位坐姿是指身軀伸直或梢向胸陋角為10-15%上質(zhì)平放,下腿一般垂直地面或梢向相頸斜若地,身體處于舒適狀態(tài)的體位.適于從事經(jīng)、中工作且不要求工作者在工作過程中走動的工作.對勞動效果的分析研究表明，人體最合理的工作姿勢就是坐姿工作。因此，必須坐著工作的,就一定要保證坐著工作.可以坐著工作的?就應該爭取坐著工作.下列工作宜采用坐姿工作.1）持續(xù)時間較長的靜倉工作。此時需要支持身體的力較小，胭上消耗的能量和負荷較小，血液循環(huán)暢通，可以減少疲勞和人體旎fit的消耗?2）精玄度要求高而又要求仔細的工作.因坐姿情況下，當設招振動或移動時，人體具有較大的穩(wěn)定度和及好的平空度。3）需要手足并用.并對一個以上踏板迸行控制的工作.坐姿時.雙腳容易移動，且可借助座椅支撐對腳控制器便以較大力量。2,立姿工作崗位立姿通常指人站立時上體前屈用小于30。時所保持的姿勢。適用于中工作、重工作以及坐姿工作崗位的設計多數(shù)和工作區(qū)域受到限制的情況。以下工作選用立姿工作優(yōu)于坐姿工作，（1）需要經(jīng)常改變體位的工作。站著頻擎的起空消耗能最少些；（2）常用的控網(wǎng)器分布在較遠區(qū)域、需要手足仃較大運動幅度的工作。因立姿時工作者可以走動.可以看見或使用坐姿工作者夠不到的部件：（3）需要用力校大的工作。立姿時手臂力量較大，易于探室大快縱桿。此外,立姿工作時,還有工作者可變模位置,減少疲勞和厭煩：可利用平展的工作而而無需任何容膝空間等重要優(yōu)點.立姿工作的缺點在于：不易進行精確而細致的工作：不易轉(zhuǎn)換悚作；立姿時肌肉要作出更多的功以支持體嵬，故易引起疲勞；下肢負擔較負，長期站立易引起下肢靜膿曲張等等.3.坐立姿交替工作崗位為了克服坐姿、立姿工作的缺點。在工作崗位上經(jīng)學采用坐一立姿交替工作的方式.這種作此方式的優(yōu)點在于，能使工作者在工作中交抵體位?從而避免由于身體長時間處于一種體位而引起的肌肉疲分.例如,長時何的單詞的殳姿工作會引起心理性疲勞?改成立姿適當走動,有助于維持工作能力?而長時回的立姿工作會產(chǎn)生肌肉疲勞，坐下來就可以得到消除.因此,坐一立姿交替工作能吸收各自的長處,彌補各方面的短處.應盡可能用坐一立姿交替工作方式，代售單純的立姿工作方式。當工作需要坐姿與立姿交替使用時，為消除疲勞.可采取坐?立姿操作.對這種體位交替變換的工作面高度設計?應以保持上臂處于自然松弛狀態(tài)為準.第7章工作環(huán)境人一機一環(huán)境系統(tǒng)中的環(huán)境主要是指人與機共處的工作環(huán)境,在人機系統(tǒng)中,環(huán)境因素可以被石成一種干擾的因素?一個適宜的工作環(huán)境不僅可以提高工作效能,而且能揚保持良好的工作情緒、減經(jīng)工作負荷.對系統(tǒng)產(chǎn)生影響的工作環(huán)境主要有,：熱切境、照明、噪聲、振動、粉塵以及有宙物質(zhì)等C如果在系統(tǒng)設計的各個階段.盡可能排除各種環(huán)境因素對人體的不良影響，使人具有“舒適”的工作仄境，不僅有利于保護勞動者的健梟與安全，還有利于跟大限度達提高系統(tǒng)的嫁合效能.因此，工作際境對系統(tǒng)的影嗚就成為人機工對學研究中的一個更要方面.7.1熱環(huán)境Ml熱環(huán)境與人體熱平衡熱環(huán)境是指由太陽秘射、氣溫.周困物體麥向溫度、相對濕度與氣流速度等物理因素組成的作用于人，影響人的冷熱衲和健康的環(huán)境。人所處的然環(huán)境主要包括空氣的泡度、濕度、氣流速度（風速）和熱輻射等四種物虔因素，一股又稱微小氣幔.在作業(yè)過程中.不適當?shù)臍忄鷹l件會直接影洞人的工作情緒、疲勞程度與健成，從而使工作效率降低，造成工作失誤和發(fā)生事孜。熱環(huán)境的因素之間是互相影響和補修的，即使某一因素變化對人體造成的影府?？捎闪硪灰蛩氐南鄳兓a信.例如.人體經(jīng)程射所荻得的熱量可以改由氣溫升高來獲得，濕竣地褥所帶來的影響可由風速的增大來抵消，I、1度工作環(huán)境中的氣溫除取決于大氣溫度外，還受太陽鎘射和作業(yè)場所的熱源,如各種冶煉爐、化學反應鍋、被加熱的物體、機器運轉(zhuǎn)發(fā)熱和人體散然等影響，熱源通過傳導、對流使作業(yè)環(huán)境的空氣加速，并通過幅射加熱四周物體，形成第二熱源，寸大了直接力熱空氣的面積,使氣溫升高。2、濕度工作切境的氣溫以空氣相對濕度表示。相對漫度在80%以上稱為高氣濕。低于30%稱為低氣濕.高氣濕主要由于水份蒸發(fā)與釋放蒸氣所致.如紡織、印染、造紙、制革、緞絲以及潮濕的曠井、陂道等作業(yè)場所常為而氣濕,任冬季的高溟車間可出現(xiàn)低氣濕。3、氣流速度工作爐境中的氣流除受外界風力為影響外,主要與作業(yè)場所中的熱源有關(guān)。熱源使空氣加熱而上升.室外的冷空氣從門窗和下部空隙進入室內(nèi)，造成空氣內(nèi)流.室內(nèi)外溫差愈大.產(chǎn)生的氣流愈大，4、熱輻射熱羯射里要指紅外線及一部分可覘線而言。太陽及作業(yè)環(huán)境中的各種潘護、開放火焰、熔化的金屬等熱源均能產(chǎn)生大6：熱輻射.紅外線不能直接使空氣加