人机工程学绪论

人体工程学第一章人机工程学概论宜人设计、人性化设计的理念大家应该熟悉，今天我们所要学习的内容与上述理念有什么联系呢？问题：1.什么是人机工程学?2.人机工程学研究什么内容或问题？（人机工程学研究的对象是什么？）3.人机工程学的研究方法是什么？4.人机工程学与宜人设计、人性化设计5.人机工程学与鞋靴设计的关系？……..研究内容：“人-产品-环境”的关系§1-1人机学的形成和发展学科理论的演进人机学的思想源远流长设计制作器物时，优先考虑的因素是什么？——自发的思维倾向，本能的行为方式•器物要和人（使用者）的各种因素相适宜一.中国古籍中的卓越论述《考工记》——战国初期（2400年）我国第一部重要的科技汇编名著。《考工记》，详细记载了车舆、车辆、农具、兵器（刀、枪、弓箭）、礼乐诸器的设计制作方法，其中器物制作宜人性方面的记述非常精彩，令人叹服。《天工开物》——明代科学家宋应星（1587～1666？）编写的另一部重要的科技汇编名著。其中有大量插图，很值得人机工程学工作者深入研究。二.人机工程学的起源与发展1、产业革命的冲击——人机学的孕育泰勒（Toylor，1856～1915）：铁锹作业实验，时间研究（定额工时），“科学管理之父”吉尔布雷斯（Gilbreth，1868～1924）夫妇：砌砖作业实验，动作研究卓别林（Chaplin，1889～1977）：摩登时代闵斯特伯格（Minsterberg）：《心理学与工业效率》（1914）英国：工业保健研究部（1915）——本阶段的学科理论的实际倾向：选拔、培训人，提高工效、人适应机器，与学科正式建立后理论（思想）南辕北辙。2、二战中尖锐的军械问题——第二阶段战斗机、（德国）枪械、火炮负面：事故频频、后果严重（如纳粹德国的对苏作战、…）正面：聘请生理医学、心理学家参与设计，事半功倍（综合优势）。——基本理论腾飞：机器要适应人（解剖、生理、心理）——现代人机学诞生。学科理论有：“机器适合人的因素。使操作付出最小，效率最高”（伍德）等。英国海军部，“交叉学科研究组”（1947）默雷尔（Murrell）：“Ergo”+“Nomos”—Ergonomics3、人机学深入民用品——人机学的成熟战后向民用产品深入渗透，设计竞争焦点之一。例如在相机的机械、光学、电子性能水平趋同之时，竞争在较长时期内集中在产品的造型、使用方便等方面。其中“使用方便”、即优良的人机性能尤为关键。登月舱设计中的小插曲，无人机（在当年）引起的思索系统、信息、控制三论的影响与渗入，系统优化——理论成熟，IEA定义：人机系统优化，互相适应、合理分工。4、对工业文明的反思——人机学的更高阶段3维+1维：（人、机、环境）+时间（未来）人与自然的持久和谐，生态设计，可持续设计、再生设计设计伦理的回归：天人合一白色污染，一次性筷子，（手绢换）纸巾省料（不可再生的资源）、节能、多次、循环、重复利用§1-2人机学的研究对象和目的任例一门学问都不是凭空出现的，总与某一特定的社会历史环境中人们在生产、生活中的某种发现、某种感受、某种需要有关。常常是这类发现、感受和需要吸引了人们的注意力，诱导人们去研究它，逐步认识到它的特点、本质和发展规律，并且认识到它的研究价值和实用意义，才形成新的专门学科，引起广泛兴趣和深入探讨。一、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在人机工程学的不同历史发展时期，学者们提出过多种关于人机工程学的定义，反映当时人机学学科思想的侧重点。1980年国际人机工程学学会（IEA，InternationalErgonomicsAssociation）给出的定义：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。从定义看对象：与机器（广义）设计有关的解剖学、生理学、心理学工作对象是机器上与人（直接）相关的“人机界面”目的：安全、舒适、高效内容：人-机-环境的最佳匹配、系统优化2000年人机工程学是研究系统中人和其他组成部分之间的交互关系的一门学科，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的功效和人的健康幸福（well-being）之间的关系。从定义看对象：人和其他部分的交互关系。方法：运用其理论、原理、数据和方法进行设计目的：优化系统的功效和人的健康幸福（well-being）2、学科名称人类工效学（工效学，Ergonomics）人机学人体工程学人类工程学人的因素（学）（HumanFactors）人因工程（学）工程心理学人-机-环境系统工程学宜人性设计（人机工程设计）人間工学二、人机学的研究对象和领域生产、生活中，存在的问题比比皆是：公共盥洗间的水池龙头老式火车车厢的窗户双肩背书包叫壶阅览室里的座位全聚德招牌和车船码头时刻表的字体生产线上弹性悬挂的螺丝刀可以自动录节目的录象机……上面所举的例子，涉及的问题类型就很多了。从所研究和应用的问题类型或领域来看，大体可分列如下：1）功能分配、人机分工“常明灯”、花哨的录象机、傻瓜相机、无人机2）产品与人体尺寸的匹配经典例子之一——早年苏式车床解放初期苏式战斗机和火炮浴室柜子学生课桌椅箱包设计鞋靴设计3）显示装置的设计与布置仪表（尺寸、形式、颜色、字符、排列、位置）、跟踪控制、视觉特性4）控制装置的设计与布置控制器（按钮、旋钮、操纵杆、键盘、…）尺寸、形状、布置5）人的操作力、操作速度、频率和方法6）人的解剖、生理特性与产品设计7）人的自然行为倾向与产品设计（水压机、水龙头、…）8）人机界面计算机人机界面：感知、认知（记忆）、可靠性（防错、容错）、情绪、…9）产品使用的环境因素温度、湿度、噪音、照明、振动、…（与通讯产品有关）10）其他劳动科学（作业姿势、作业空间）、安全保护、行为科学、…与宜人性设计、人性化设计的关系：——具体的数据、方法、手段等三、国内外人机学的研究和应用概况1、研究与应用的领域在人机学建立与发展过程中，军事背景是相当突出的。在20世纪60年代以后，开始民用产品和公共设施方面的人机学研究和应用2、学术机构与专业教育1）学术机构及其活动1）建立最早的人机学学术机构是英国人机工程学会，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）。现在世界上工业与科技较发达的国家均建立了本国的国家人机学学术团体。英国人机工程学会从1957年起发行会刊《ERGONOMICS（人机工程）》，几十年一直坚持着，对国际人机学的发展颇有贡献。美国人机工程学会除发行会刊外，还出版书刊、发布专利，美国是提供人机学研究成果、数据资料最多的国家。2）国际人机工程学学会（IEA，也译作国际人类工效学学会）成立于1960年。1961年在瑞典斯德哥尔摩举行了第一届国际人机工程学会议。此后，每3年一次的人机学国际会议依次在德国、英国、法国、荷兰、美国、波兰、日本等国举行。其中1982年8月在日本东京举行的第8届会议，参加者达800余人，我国学者也应邀参加了会议。3）国际人机工程学标准化技术委员会，代号ISO/CT-159，成立于1957年。是国际标准化组织（InternationalStandardizationOrganization，简称ISO）的一个下属组织。其活动范围有以下5个方面：制定与人的基础特点（物理的、生理的、心理的、社会的）有关的标准；制定对人有影响的与物理因素有关的标准；制定与人在操作中、在过程和系统中的功能有关的标准；制定人机工程学的实验方法极其数据处理的标准；协调ISO其他技术委员会的工作。4）我国与IEA对应的学术团体称为“中国人类工效学学会”，英文：ChineseErgonomicsSociety，简称CES，中国科学技术协会下的一级学会。1989年6月30日成立。此外，我国在其他一级学会下或行业部门中也设有人机工程方面的学会或专业委员会。如机械工业系统中，在1980年成立了工效学学会；冶金工业系统中的人机学会于1985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，等等。我国人机学的起步虽晚，但30年来发展很快。仅从人-机-环境系统工程委员会成立10年来所开的5次学术会议，累计出版的5卷400多篇论文来看，研究领域已经非常广泛，并已取得一批有价值的应用成果。我国已经发布了数十个人机工程方面的技术标准（国家标准、行业标准）。2）专业教育1）在国际上，高等教育中将人体工程学作为必修、选修课开设的专业有管理（劳动安全和卫生）、设计、航空航天、车辆设计与交通工程、机械工程、环境工程等。人体工程学也被作为这些专业硕士、博士学位的一个研究方向。2）我国高等教育中开设人体工程学课程的情况与国际上类似。目前，我国已有中国农业大学（车辆工程学院）、北京航空航天大学、杭州大学、北京理工大学等院校和研究院所设有人机学研究方向的博士学位授予点。§1-3人机系统与人机研究一、人机系统人机界面人机系统整体优化：球队，前锋、后卫，叫壶，飞机和飞行员（以飞机起降过程为例说明人机系统的工作情况），…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、控制器称为机器的人机界面；有的人机学著作里，把机具上某些与人（操作时）接触的实体部分也算作机具的人机界面。人机工程设计，即人机界面设计，有别于工程技术设计。举例：机床，汽车，洗衣机，电话机，手机，车站站牌，候诊室、营业厅，…计算机的人机界面。二、人机功能对比感知感受能力操作能力工作效率信息处理可靠性环境条件和耐久性其他三、人机合理分工举例：叫壶、路灯开关、录象机等——人机分工结论是：设计中应把笨重、快速、单调、规律性强、高阶运算及在严酷和危险条件下的工作分配给机器，而将指令程序的编制、机器的监护维修、故障排除和处理意外事故等工作安排人去承担。补充：1）无人机的沉浮说明，科技的发展，已经很大程度打破了上述界限，（声控开关路灯、傻瓜相机、热敏开关，…）今后人工智能的进展，必将进一步改变机器监护维修等在人机分工中的位置，提法应该改进，2）设计创造着生活，实际也在创造着人（和人类）本身，四、人机学的研究方法1、观察法对操作动作、功能、工艺流程等观察分析2、实测法3、实验法4、模拟和模型实验5、计算机数值仿真6、分析法瞬间操作、知觉与运动、动作负荷、频率、危象、相关分析等。7、调查研究法简单访问、专门调查、精细评分、心理与生理判断等。§1-4人机工程学与鞋靴设计一、人机工程学与其他学科的关系人机工程学是一门边缘学科（交叉学科）也是一门应用型学科。所以它与很多学科多有联系。联系的深度因具体课题不同而不同。人机工程学与其他学科的关系二、人机工程学与鞋靴设计1.引例2.视频2.工作对象和目标的一致性工业设计或艺术设计，与工程设计或技术设计对比有什么不同呢？有一种回答是这样的：工程设计（或技术设计，下同）以处理“物与物”之间的关系为主，而工业设计（或艺术设计，下同）则以处理“人与物”之间的关系为主。§1-5人机系统设计人/机系统的设计是总的实体设计，系统应遵循系统化的程序，它包含了以下几个步骤。第一步，明确系统的目的与条件，将系统的目标具体化，明确系统将在怎样的约束条件下进行操作。这些约束条件包括要求系统的输出、系统将接受的输入、允许的环境因素、单位成本、自然资源的可用性等。第二步，将功能从实际问题中分离出来，并在设计行为一开始就把功能处理的问题作为一种独立与确定的对象来处理。第三步，把人作为系统中一个完整部分来对待。工程原理不能在离开必须操作和维修机器与设备的人的情况下运用于机器设备的设计中。当功能已被限定和分配之后，就应当考虑人的性能与能力，并恰如其分地决定由谁—是人、机器还是计算机—来具体实现某种功能。在进行功能分配的过程中，必须时时牢记人的生理极限，以及人们对于工作场所和适当的社会环境的需要。第四步，应对设计决策做出定义与分类