1、工业工程专业课程 人机工程 陈保国 主讲 18991233832 西安思源学院管理学院,1,引例,日常生活中的物品，从使用的角度看-哪个好？（见下页）,为什么？,第一章 人机工程学概论第一节 人机学的研究对象和目的第二节 人机学的形成和发展 学科思想的演进第三节 人机系统与人机工程设计第四节 人机学与工业设计第二章 人体尺寸及其应用方法第一节 人体尺寸概述第二节 中国成年人的人体尺寸第三节 其他国家的人体尺寸 人体各部分尺寸的比例第四节 产品设计中人体尺寸数据的应用方法第五节 设施器物的人体尺寸适应性与动态人体尺寸,目 录,6,第三章 桌椅设计第一节 桌椅设计概述第二节 坐姿生理解剖基础第三节
2、 座椅的功能尺寸第四节 坐垫与靠垫第五节 办公桌的功能尺寸第四章 显示装置第一节 人的视觉与听觉特性第二节 显示装置的类型、设计与布置第三节 信号显示,7,第五章 操纵装置第一节 手足尺寸与人体关节活动第二节 人体的施力与运动输出特性第三节 操纵器的人机学原则第四节 操纵器的布置和控制台第五节 常用操纵器的人机学要素第六节 操纵与被操纵对象的互动协调关系第六章 产品设计人机学的若干专题第一节 手工具及其使用方式第二节 床、柜等家具第三节 安全性设计第四节 维修性设计,8,第七章 视觉传达设计与人机学第一节 文字设计第二节 图形符号及标志设计第三节 展示设计第八章 室内设计与人机学第一节 生活空
3、间与人体尺寸第二节 光环境与采光照明设计第三节 声音环境和噪声控制第四节 室内热环境第五节 振动环境,第九章 工作空间与工作岗位设计第一节 工作空间人体尺寸第二节 工作空间设计第三节 工作岗位设计第四节 工作姿势与肢体施力,9,第十章 人机工程CAD软件及应用简介第一节 人机工程CAD系统的组成和功能第二节 CATIA人机工程模块简介第三节 中国人人体模型的初步创建第四节 人机工程CAD软件应用实例,第十一章 人机学的其他专题及未来展望第一节 人机工程的设计心理学应用第二节 人机学与新产品的创意开发第三节 人机工程设计的未来展望附录附录A 小作业：读书报告附录B 大作业：课程设计与课程论文,1
4、0,第一章 人机工程学概论,第一节 人机学的研究对象和目的 一、 引例人机学的思想萌芽源远流长,鲁智深的禅杖,器物要和人（使用者）的各种因素相适宜。 人机工程学基本理论的简洁表述。,原始人狩猎所用的棍棒、石块或投枪， 半坡遗址中的石桌、石凳、陶土餐饮具， 人机学基本思想的萌芽是人自发的思维倾向，本能的行为方式。,11,“人的因素”：不限于人体尺寸、体能、肢力等人体生理方面， 还涉及人的感知、认知、情感、精神、心理、社会等更深广方面。 在产品、视觉传达、环境设计中都很重要。,图1-1 戏说张爷和他的蛇矛,身高2.5倍的蛇矛， 张爷耍得开吗？,12,想过感受过这些问题吗？,太高啦！,左撇子、右撇子
5、 都合适！,涂上黄色 “警示条”多好？,13,想过感受过这些问题吗？,从哪边开呀？,开关和炉口如何对应？,一目了然,无所适从,14,二、人机工程学的基本概念和定义,1.人机工程学的基本概念和定义 国际人机工程学学会（IEA，International Ergonomics Association）1960的定义：人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。 三句话，分别说明人机学的研究对象、内容与目的。 IEA2008年8月的新定义：人机工程学是研究系统中人与
6、其他部分交互关系的学科，运用其理论、数据和方法进行设计，应达系统工效优化及人的健康、舒适之目的。 新定义概略、简洁，强调了系统中人与其他因素交互作用的观念。 设计应在多种约束和多重目标之间恰当地把握住平衡。人机工程学要求的“安全、舒适、高效”，是重要的，但受到其他条件的约束、其他目标的制衡，不是唯一的，也未必总是优先的。 人机学里的“机”或“机器” 是广义的，指一切人造器物：大到飞机、轮船、火车，小到钳子、笔、水杯；也包括建筑、环境及其中的设施等。,15,2. 人机工程学的多种学科名称人机工程学简称人机学，常见的其他名称有：人类工效学，或工效学，英文Ergonomics。出现最早，欧洲各国和世
7、界其他地区通用。 人的因素（学），英文Human Factors。美国、东南亚、我国台湾采用。派生名称：人因工程（学），英文Human Factors Engineering。人类工程学，英文Human Engineering 。类似的名称有人体工程学。其他名称：工程心理学、人-机-环境系统工程学、宜人性设计等。在日本，该学科的日文汉字是“人間工学”。人机工程学这名称在国内流传日广，本教材随俗从众。,16,三、日常生活中人机学问题的巡视,例1 大沙发豪华气派，坐着却腰疼。 例2 宾馆单人床配两个同样大小的枕头，愚不可及。 例3 旧式旅客列车的窗户。例4 公共卫生间为什么总有人做不到 “便后冲水
8、”？例5 楼道里“人走关灯”的标语与彻夜长明的灯互相嘲笑。例6 升级换代产品双肩背书包（图1-2）。,图 1-2 书包提挎方式与脊柱形态,17,例7 “叫壶”，改善了传递信息的 “人机界面”。,图1-3 功能形态各异的剪刀,例8 阅览室里，学生们坐在长条形桌案两 侧专心致志地看书学习，抬起头来略事思索， 正巧对坐那位也抬起了头，倒霉，是陌生的 异性同学！设计心理学问题。例9 深色发亮的小药片塑料袋，说明文字很小，颜色与塑料袋颜色的 对比又弱； 存款单居然是白纸上印着橙黄色的字。例10 形形色色的剪刀， 里面学问可不少（图1-3）。,18,例11 老年人手机,图1-4 老年人手机,19,例12
9、生产设备的正反两例 反 适合高1.37m、肩宽0.64m、手臂平展2m之畸形人使用的车床。,图 1-5 畸形人 适用的车床,图1-6 弹性悬挂的螺丝刀,正 把带电机的旋具弹性吊挂着使用。,例13 北京一些大医院里的“电热开水机”，水龙头上有红、绿两个指示灯，想喝热开水者很困惑：绿色表示“通行”，但也表示凉（温度低）；红色表示热，但又表示“禁止”。 到底哪个灯亮表示是热开水呢？,20,例14 “同学，引路标牌这么写更好”,图1-7 同学，引路标牌这么写更好,人机学问题比比皆是：床柜、桌椅、寝室、水房、浴室、餐厅、超市、网吧、实习工厂、银行、邮局、学习文具、计算机、手机、实验室、图书馆、运动场、公
10、交车无处不在。 发现和思考人机学问题的深广度，是检验学习效果的标准之一。,21,第二节 人机学的形成和发展 学科思想的演进,一、中国古籍中的卓越论述,考工记和天工开物。,图 1-8 考工记中 兵器宜人性的论述,要根据弓箭手的性格来配备弓箭，性 情温和、行动迟缓者：强劲急疾的硬弓； 暴躁性急、行动快猛者：柔韧的软弓。,用于劈杀大刀、剑戟，使用有方 向性，握柄截面应为椭圆，凭手握柄杆的 感知，无须眼看可掌握刀刃、钩头的方向。 用于刺杀的枪矛，使用没有方向性，柄杆的截面应该做成圆形。,设计心理学应用的经典范例，令人叫绝！,（译文）,22,a）分金炉清锈清底 b）铸钟、铸鼎,c）扎桕子黑粒去壳取仁,d
11、）琢玉,图 1-9 天工开物 插图选,工作、劳动 姿态都那么自然、 舒展，很好地把 握了工具、设备 与人体尺寸的适 应性问题！,23,二、人机学的形成、发展和学科思想的演进,古代文明中科学思想萌芽，不等同于现代科学理论。,人机学发展简史和学科思想的演进，可分4个阶段。,1对劳动工效的苛刻追求人机学的孕育,F.W.泰勒（1856-1915）的“时间与动作研究” （Time and Motion Study），吉尔布雷斯夫妇的“砌砖作业实验”等多项研究。,图1-10 F.W.泰勒,1914年，教授闵斯特伯格的心理学与工业效率出版。 1919年布氏夫妇合著的疲劳研究出版。 1919年英国 “工业保健
12、研究部”，展开工效问题的广泛 研究，包括作业姿势、负担限度、体能、工间休息、工作场 所光照、环境温湿度，以及工作中播放音乐的效果等等。,至此，提高工效的方法开始建立在科学实验的基础上，有了现代科学 的形态。,24,但这一时期研究的核心，是最大限度地开挖人的操作效率。 从人机关系方面考察，总体看是要求人适应于机器，即以机器为中心进行设计；研究的主要目的是选拔与培训操作人员。 在学术理论上，与现代人机学是南辕北辙、存在对立的。 因此，应该看作是人机学的孕育期。,卓别林（1889-1977）与摩登时代,图1-11 卓别林,25,2二战中尖锐的军械问题人机学的诞生,一战到二战，飞机大幅度技术升级，但事
13、故、伤亡频发。投巨资研制的“先进”飞机未必能打胜仗，使人惊愕，进而醒悟：飞机的技术性能必须与使用人的生理机能相适配。,图1-12 飞机驾驶舱的仪表和操纵器,二战中入侵前苏联德军的枪械问题，,有的国家聘请生理医学、心理学家参与设 计，经费增加有限，却事半功倍，效果显著。,正反的现实，使各国科技界终于认识到： 器物设计必须与人的解剖学、生理学、心理学条件相适应。,1947年，英国海军部成立交叉学科研究组。 次年默雷尔建议构建一个新的科技词汇“Ergonomics”， 新学科名称及其涵盖的研究内容为各国学者所认同， 现代人机学诞生。,26,当时美国人伍德说：“设备设计必须适合人的各方面因素，使操作的
14、付出最小，而获得的效率最高。” 反映了这一时期人机学的学科思想。,3向民用品等广阔领域延伸人机学的发展和成,20世纪五、六十年代后，人机学的研究和应用，从军工迅速延伸到民用品等广阔领域，主要有家具、家电、室内设计、医疗器械、汽车与民航客机、飞船宇航员生活舱、计算机设备与软件、生产设备与工具、事故与灾害分析等。,人机学的学科思想至此完成了重大的转变：从以机器为中心转变为以人为中心，强调机器的设计应适合人的因素。,美国阿波罗登月舱设计中一个小插曲发人深省： 过于强调“机器适应人”也是不全面的。,加之系统论的渗入，人机学学科思想又有新发展，IEA的定义明确： 人机（及环境）系统的优化，人与机器应互相
15、适应、人机之间应合理分工。,人机学的理论至此趋于成熟。,27,4反思工业文明与可持续发展：人机学的更高阶段,反思工业文明的负面后果，以可持续发展理论为统领，人机学正经历着新的学科思想演进。绿色设计、生态设计、节能设计、再生设计等理念，立足于人与自然保持持久和谐，回归到中国古代“天人合一”的设计伦理。,数字技术、信息技术、基因技术急剧地改变着人类的文明进程，带给人们空前福祉的同时，必须警觉其危及人们体魄和精神健康的负面影响，人机学今后将任重而道远。,人机学此前的观念是：要求人、机、环境三者和谐统一。以可持续发展理念为指导，则由人、机、环境三维加上一维（未来），演进为人、机、环境、未来四者和谐统一
16、。,人机学的应用，以下方面可能形成今后热点：计算机人机界面、永久太空站的生活工作环境、弱势群体（残疾人、老年人）的医疗和便利设施、海陆空交通安全保障、生理与心理保健产品与设施等等。,28,以设计体现对弱势群体的关爱！,万能拐杖（获第十届全球工业设计比赛金杯奖）,29,三、人机学的学术团体和教育1国际的和各国的学术团体及其主要活动（1）各主要工业国的学术团体及其活动 英国最早建立人机工程学会，成立于1950年。 随后建立国家人机学学会的有：联邦德国（1953），美国（1957），前苏联（1962），法国（1963），日本（1964）等。 英国人机工程学会从1957年起发行会刊ERGONOMICS
17、，坚持几十年一直至今，贡献卓著。 美国人机工程学会发行会刊，出版书刊、发布专利，是提供人机学研究成果、数据资料最多的国家。 在20世纪漫长的冷战年代，为了军备竞赛，美国对人机工程研究投入巨大，1970年代有4400人从事人因工程研究，其中属于军事部门者850名。美国陆海空三军制定了很多军事人机工程技术标准。（2）国际人机工程学学会 国际人机工程学学会（IEA）成立于1960年。1961年举行了第一届国际人机工程学会议。此后，每三年举行一次，至今未曾间断。（3）国际人机工程学标准化技术委员会 代号ISO/TC-159，成立于1957年。,30,2我国的学术团体及其主要活动（1）中国人类工效学学会
18、 英文：Chinese Ergonomics Society，简称CES，1989年6月成立。已协同国家技术监督局制定了百十个人机工程的国家标准。（2）中国人类工效学标准化技术委员会（3）其他的人机学学术组织 机械、冶金工业等系统在1980年代成立了本行业的工效学学会； 中国工业设计协会下属的人机工程学专业委员会于1985年建立； 中国系统工程学会下的“人-机-环境系统工程专业委员会”成立于1993年。3人机学的专业教育 （1）高等教育中开设人机工程学课程的专业有管理（劳动安全和卫生）、工业设计、航空航天、车辆设计与交通工程、机械工程、环境工程等。 （2）人机工程学也被作为这些专业硕士、博士学
19、位的一个研究方向。,31,第三节 人机系统与人机工程设计,一、人机系统与人机界面,1系统 系统 为达一定目标，由相互依赖、交互作用的若干部分组成的整体。 虽然总体的高效能一般依赖于各子系统的优良效能，但更依赖于各子系统之间的协调关系。 如不能在互动中协调发挥作用，则子系统的“独善其身”对整个系统并无价值，在系统设计中是不适宜的。2人机系统人机系统特指人与机（器）组成的系统。 环境因素结合进去，就是人-机-环境系统。人使用一把钳子、一支笔时，各构成了简 单的人机系统。骑自行车、开机床、用手机、 驾驶汽车时，也各构成了人机系统。复杂的人 机系统由多人、多“机”构成。例如由数百人、 数百台设备构成的
20、生产线，战争中的一个军事 单位、大公司的办公系统等。,人-机-环境系统？,32,3人机界面单人单机人机系统及其工作（运行）状态，图1-13。 人驾驶汽车或飞机，典型反映了这一运行过程。,图1-13 单人单机人机系统,人机界面,一般把机器上实现人与机器互相交流 沟通的显示器、控制器称为人机界面； 机器上与人的操作有关的实体部分， 也是机器的人机界面。,“实体部分” 例如剪刀的两个把手， 其形式、尺寸等直接影响剪刀的使用，应看做剪刀的人机界面；自行车座的位置、形状、软硬、材质等对自行车骑行很有影响，也应算做自行车人机界面的一部分，等等。,33,二、人机工程设计,1人机工程设计的内涵和目的,有文献称
21、以下10种产品为 20世纪伟大的人机界面装置： 扩音器 按键式电话 汽车转向盘 磁卡 交通灯 遥控器 阴极射线管（CRT）液晶显示器 鼠标/图形用户界面 条形码扫描器,图1-14 汽车转向盘,什么是“人机工程设计”？ 人机工程设计与其他设计有什么区别？,人机工程设计的对象是人机界面，涉及解剖学、生理学、心理学等人的因素； 要达到的目标是生活、工作的舒适、安全、高效。,以车床设计为例来说明，。（略）,34,* 课堂讨论 以下产品中的哪些部分属于人机工程设计的对象、哪些部分不属于？ 照相机、电话机，洗衣机，汽车，。（选12种产品讨论即可）,图1-15 电动牙科椅 1底板 2支架 3椅座 4扶手 5
22、椅背 6头托 7头托按钮 8控制开关,例 电动牙科椅 工程技术设计 椅座、椅背、头托的升降、仰俯调节机构，控制电路及传动系统，部件材料及其强度、刚度。 人机工程设计 尺寸及各部件的调节范围（适应患者的不同身材，便于牙医操作），控制开关的选型及安置，照明要求等。 工业造型设计 式样、色彩、 材质外表等，涉及工业美学、人的心理因素、精神因素，与人机工程也相关。,35,2人机合理分工,产品设计是设计人机系统中产品这个子系统。 实质是把人机系统的总功能进行分解以后，把某部分功能“分配”给 了产品子系统。同时，也把另一部分功能分配给了（使用）人这个子系统。以设计楼道走廊的照明灯为例，,人机功能分配，或者
23、说人机分工，是产品设计首要和顶层的问题。 这个问题处理不当，其后的设计无论怎么好，必存在根本性的缺陷。,人机合理分工的基本原则，是发挥人与机器各自的优势。 为此需弄清人与机器各自的所长和所短。 表1-1是人与机器在感受能力、控制能力、工作效能、信息处理能力、可靠性、耐久性、适应性和创造性等方面的机能对比。表1-1 人与机器的机能对比（略）,人机分工并不单纯是人机工程本身的问题，它更取决于社会、经济、 科技发展水平等更广泛的条件。,36,3人机关系,三、人机工程技术标准简介,1人机工程的国际技术标准 国际人机工程学标准化委员会（代号ISO/TC-159）是国际标准化组织 （ISO）的下属组织。I
24、SO/TC-159已制定发布了一批人机工程国际技术标准。,2我国的人机工程技术标准 中国人类工效学标准化技术委员会于1980年建立，下设基础、人体测量 和生物力学、控制与显示、劳动环境、工作系统的工效学要求、颜色、照明、 劳动安全等8个分技术委员会。 我国已经制定、发布了百十个人机工程的技术标准。,学习、应用人机工程学，应该了解人机工程的技术标准。,优良的人机关系应该是“机宜人”和“人适机”的结合。,机宜人：器物设计要适合解剖学、生理学、心理学等各方面人的因素。,人适机：充分发挥人在能动性、可塑性、创造性，通过学习训练提高 技能等方面的特长，使人机系统更好地发挥效能。,37,第四节 人机学与工
25、业工程,人机学由3类不同领域的学科互相渗透、汇聚而成：第1类，人机学的源头学科 如解剖学、生理学、心理学、人体测量、人体力学、社会学、系统工程等。第2类，人机学的应用领域主要是各类设计，如工业设计、工程设计、工作过程和工作空间设计等。第3类，人机学的“共生”学科 如劳动科学、管理科学、安全工程、技术美学等。人机学也是应用型学科，通过具体的设计实践，才能加深理解、学会应用。,一、人机工程学与其他学科的关系,二、人机工程学与工业工程,* 课堂讨论 人机工程学与工业工程是否有密切的关系？ 阐述你的观点，并加以简要说明或论证。,38,工业工程基础课程很多地方也运用了人机工程的知识,如:动作经济原则中关
26、于人体的8条应用原则,关于工作地布置的 8条原则以及关于工具设备的5条原则，都是从人机工程的原则出发,考虑人体的结构特性以形成经济有效的动作。,对工业工程专业来说,人机工程知识的应用在提高企业质量和效益方面作用重大,在企业生产过程中,生产的安全性、人机界面的信息交互、工作岗位的适宜性、操作工具及装置的合用性等等都直接影响工人的生理及心理状态,从而影响企业的生产效益和产品质量。,39,第一章作业,1.日常生活、学习或者实习当中有哪些人机工程学问题？请举例说明，至少举出2个。 2.以下产品中的哪些部分属于人机工程设计的对象（即人机界面）？照相机、电话机，洗衣机，汽车。选2种产品回答即可，也可自选产品。,
