人机工程学(全面概括版-50页)

人机工程学一、人机工程学概论现代的工业产品造型设计，不仅要求造型新颖、美观、大方，色彩符合现代人的欣赏习惯，以及使用新材料、新工艺、新结构，还应包括产品的造型设计必须符合人机工程学的要求。人机工程学是本世纪50年代发展起来的一门学科，是研究产品设计中如何正确处理人、机器及其工作环境之间相互作用的学科。该学科在美国称为人类工程学(HumanEngineering)或人的因素工程学(HumanFactorsEngineering)，西欧多称为工效学(Engonomics)，日本称为人间工学，在我国名称尚未统一，除常用的人机工程学和人机工程设计外，还有人体工程学、人类工程学、人类工效学、工效学、工程心理学等。1、什么是人机工程学国际人类工效学学会的定义为：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各种因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。我国对人机工程学的定义为：人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段。综合地进行人体结构、功能，心理以及力学等问题研究的学科。用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。2、人机工程学研究的内容1.人体特性的研究人体特性研究的主要内容是：在工业产品造型设计中与人体有关的问题。例如，人体形态特征参数、人的感知特性、人的反应特性以及人在劳动中的心理特征和人为差错等。研究的目的是解决机器设备、工具、作业场所以从各种用具的设计如何适应人的生理和心理持点。为操作者(或使用者)创造安全、舒适、健康、高效的工作条件。研究的内容2．人机系统的整体设计人们设计人一机系统的目的，就是为了使整个系统工作性能最优化，即系统的工作效果要佳。这是指系统运行时实际达到的工作要求，如功率人、速度快、精度高、运行可靠，以及人的工作负荷要小，即指人完成任务所承受的工作负担或工作压力要小和不易疲劳等。人与机器各有特点，在生产中应充分发挥各自的待长，合理地分配人机功能。这对系统效率的提高影响很大。显然，为f提高整个系统的效能，除了必须使机器的各部分(包括环境系统)都适合人的要求外，还必须解决机器与人体相适应问题，即如何合理地分配人机功能，二者如何相互配合，以及人与机器之间又如何有效地交流信息等。值得指出的是，随着自动化的发展，人们必须解决更复杂的测量精度、快反应速度及信息量增大等有关问题，又必须控制生产过程和规定有限的时间间隔。自动化不是从多而复杂的系统所控制的过程中把人排挤出去，而是把人摆到新的条件上去。因此，在设计新的自动化系统时，就必须充分注意人的持性，使自动化条件能对人更有利。研究的内容3.研究人与机器间信息传递装置和工作场所的设计要研究人与机器及环境之间信息交换过程，井探求人在各种操作环境中的工作成效问题。信息交换包括机器(显示装置)向人传递信息和机器(操纵装置)接受人发出的信息，而且都必须适合人的使用。值得注意的是，人机工程所要解决的重点不是这些装置的工程技术的具体设计问题，而是从适合于人使用的角度出发，向设计人员提出具体要求，怎样使仪表能保证操作者看得清楚，读数迅速准确；怎样设计操纵装置才能使人操作起来得心应手，方便快捷、安全可靠等。工作场所设计的合理性，对人的工作效率有直接影响。工作场所设计一船包括工作空间设计、作业场所的总体布置、工作台或操纵台设计以及座位设计等。研究工作场所的目的在于保证物质环境符合人体的持点，既能使人高效地完成工作，又要感到舒适和不易产生疲劳。研究的内容4．环境控制和人身安全装置的设计生产现场有各种各样的环境条件，如高温、潮湿、振动、噪声、粉尘、光照、辐射、有毒等。为了克服这些不利的环境因素，保证生产的顺利进行，就需要设计一系列的环境控制装置，以适合操作人员的要求和保障人身安全。“安全”在生产中是放在第一位的，这也是人一机一环境系统的特点。为了确保安全，不仅要研究产生不安全的因素，并采取预防措施，而且要探索不安全的潜在危险，力争把事故消灭在设计阶段。安全保障技术包括机器的安全本质化、防护装置、保险装置、冗余性设计、防止人为失误装置、事故控制方法、救援方法、安全保护措施等。3、人机工程学的研究方法1、实测法2、实验法3、模拟与模型实验法4、系统分析评价法5、调查研究法4、人机系统在现代生产和生活中，所有的机器设备(这里是泛指。也括各种工具和用具)都是由人进行操纵或使用的。因此，在生产和生活中人和机器联系在—起．形成—个不可分割的整体，脱离了人或机器任—要素，就无法实现生产的目的或使用价值。这个系统就称为人一机系统。任何一个系统都离不开所在的工作环境。作为一个完整的概念，人—机系统就是指人一机—环境组成的系统。人机工程设计研究的中心问题是人与机器的相互关系，即二者相互作用、相互配合、相互制约的关系，但起主导作用的始终是人。人机比较在人一机系统中，人和机器各有自己的特点。要使人和机器的要素取长补短，使整个系统达到最佳效率和最佳的总体功．就需要掌握入相机器有哪些特性，有哪些方面人优于机器，在哪些方面机器优于人。人机功能的合理分配必须建立在对人和机器的要素特性进行分析与比较的基础上。二、人体测量1、人体静态测量参数我国成年人人体尺寸的国家标准GB10000一为人机上的设计提供了基础数据。该标准提供了七个类别共47项人体尺寸基础数据．包括人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部和足部尺寸‘，并分别按性别列表。我们主要研究工业生产中法定成年人年龄范围内的人体尺寸。百分位数表示人体尺寸的等级，即表示在某一身体尺寸范围内，使用者中有百分之几大于或小于给定位。例如，我国成年人身高的百分位数为1583mm．它表示该年龄组男性中身高等于或小于1583mm者占5％，大于此数者占95％。设计范围越大，制成设备和工具的适用度就越高，可使用的人数就越多。人体主要尺寸人体立姿尺寸坐姿人体尺寸人体水平尺寸用身高推算身体尺寸用身高推算人体尺寸2、人体测量应用人体尺寸在设计中的应用人体活动范围三、显示与操作设计1、仪表显示设计按仪表的显示功能可分为五种，即读数用仪表、检查用仪表、警戒用仪表、追踪用仪表和调节用仪表。按显示形式可分为数字式和模拟式显示仪表两类。人接受信息的特征操作者应能根据任何显示仪表显示的信息迅速准确地得出结论。所以，仪表设计应把人接受信息时的视觉特性作为必要的因素考虑。与仪表显示有关的视觉特性有下列几方面：人们视觉的水平运动比垂直运动快，而且眼睛沿垂直方向运动比沿水平方向运动容易引起疲劳。所以，水平式和垂直式显示仪表相比，水平式的认读效率高，认读差错字低。人们的视线习惯从左到右或从上往下运动，环形观察时以沿顺时针方向较反时针方向快。所以，各种形式的显示仪表和多个仪表的排列顺序，一般应遵循这一特点进行设计。在偏离视觉中心相同距离的情况下，人眼对左上角的观察效率优于右上角，其次左下角，最差的为右下角。这是显示仪表板面合理布局的依据。人对视野最佳范围内的目标，认读迅速而准确；对视野有效范围内的目标，不易引起视觉疲劳。因此，重要的显示仪表应布置在最佳视野范围之内，而视野最大范围内不应布置显示仪表，或只布置不经常认读的仪表。视野与视距视野指头部、眼球固定不动时所能看到的空间范围，可分为动视野、静视野和注视野。动视野是头部固定不动，自由转动眼球时的可见范围；静视野是头部固定不动时在眼球静止不动状态下的自然可见范围；而注视野是头部固定不动，转动眼球而只盯视某中心时的可见范围。正常人在各种工作时的视力范围比视野要小。因为视力范围是要求能迅速、清晰地看清目标细节的范围，只能是视野的一部分。例如，在垂直方向的视野中，立姿时视线方向在视轴以下10。；坐姿时视线方向在视轴以下15。；而当视角为30。一40。时，可以迅速而有效地扫视，称其为有效视力范围。所以，该范围是布置机器装置最适宜的范围。视力范围与目标距离有关。经测试，目标在560mm处最为适宜，低于380mm时会发生目眩，而超过760mm时细节看不清。通常人观察显示器的视距为380一760mm。视野仪表显示设计的原则仪表显示设计应以人接受气息的视觉特性为根据，以保证操作者迅速准确的获得需要的信息。显示的精确程度应与人的视觉辨认特性和系统要求相适应，不宜过低，也不宜过高。仪表显示信息的种类和数目不能过多，同样的参数应尽量采用同一种显示方式。显示的信息数量应限制在人的视觉通道容量所允许的范围内，使之处于最佳信息条件下。显示的格式应简单明了，显示的意义明确易懂，以利于操作者迅速接受信息，正确理解和判断信息。仪表的指针、刻度、标记、字符等与刻度盘之间、在形状、颜色、亮度等方面要保持合适的对比关系，以使目标清晰可辨。一般的目标应有确定的形状、较强的亮度和鲜明的颜色。相对于目标而言，背景的亮度应低些，颜色应暗些。同时，也要考虑到与其它感觉器官配合。仪表显示应在空间关系、运动关系和概念上与系统中其它显示装置、操纵装置兼容。显示装置的编码应与相关操纵装置的编码一致．模拟式显示仪表仪表刻度盘的大小对仪表的认读速度和准确性有很大影响，并直接影响认读效果。它与刻度盘上刻度标记的数量和观察距离有密切关系。一般认为仪表的尺寸越大，认读的速度和准确性越高，但事实并非如此。有关专家对圆形刻度盘的可读性进行了研究。结果表明，当刻度盘的直径为25—35mm时，认读效果脯直径增大而提高；当刻度盘直径为35—70mm时，认读效果趋于稳定；当刻度盘直径超过70mm时，认读效果反而下降。读数设计仪表指针仪表色彩信号灯设计操作装置设计为了采取最合理、最少疲劳和最高效率的动作，必须考虑操作动作与人体机能的关系。(1)避免不必要的加速和减速避免于密、腿和身体的加速及减速可降低消耗的时间和能员。对于手臂和服，适宜于回转运动，手臂作回转运动的效率较高，应尽量减少往复运动的操作动作。(2)使用两只手动作使用两只手动作可以减少工作时间和节省每个单位工作量的人体能景消耗。(3)考虑运动习惯和运动速度一般说来，手的上下运动速度比左右运动速度快，准确度也高；从上往下比从下往上快，水平面内的前后运动比左右运动快，旋转运动较直线运动快。另外，右手动作比左手动作快10％时间，失误率低5％，出力强5％一10％。右手向右运动较向左运动快，手朝向身体的运动比离开身体的运动快，但后者准确度高。操作器的功能操作器的选择按键的设计按键的颜色应根据其功能决定：表示“停止”、“断电”或发生事故的按键应为红色；“起动”或“通电”的，应优先用绿色，不能用绿色时，允许用白灰或黑色键；按下为开，抬起为停或进级的，优先用黑色键，忌用红色键。手控制器的形态语义手控操作器的尺寸控制器间距操作与显示的结合1)操纵器右移或右旋时，水平式代表的指针应右移，垂直式仪表的指针朝上移动。2)操纵器朝上或朝前移动时，显示器指针必须朝上或向右移动。3)操纵器右移或顺时计转动时，表示被控量增加，显示器应显示出增加。4)如果采用指针固定式定式显示器，则操纵器右移时，表盘应左移，而显示刻度应从左至右表示数值增加，以保让操纵器右移时读数增加的相应关系。5)操纵器朝上、朝前和向右移动时，显示器应显示读数增加，或者开关进入“开”的位置，反之亦然。控制与显示的运动方向显示与控制四、作业空间设计人在操作机械时所需的操作活动空间，加上机器、设备及工具等所占空间的总和称为作业空间。对于一个大范围的作业场所来说，作业空间设计就是解决如何把机器、设备和工具等操作和使用对象按人的操作要求进行空间布置的问题。而针对人所操作的机械而言，作业空间设计就是解决合理地布置操纵器、显示器以及控制台、工作座椅的设计中人体尺度问题。1、坐姿操作范围及作业面布置图中2、5曲线为左、右手最大操作范围；1、6曲线为左、右手正常操作范围。2、立姿操作范围图中范围1为最适合的抓握区，范