人机工程学讲义

1人机工程学讲义课程说明１．课程性质：工业设计专业基础课专业主干课２．课程教学的目的及意义使学生掌握人机工程学的基本原理、原则和规律；启发学生的设计思维、培养工业设计中贯穿人机工程设计的思维方式，联系设计实践，锻炼学生发现问题和解决问题的能力，培养其理论联系实际的优良学风。3．教学内容及要求本课程是一门多学科综合的边缘学科。人机学研究的主要内容就是“人－机－环境”系统，人机学既研究人、机、环境每个子系统的属性，又研究人机系统的整体结构及其属性。力求达到人尽其力，“机”尽其用，环境尽其美，使整个系统安全、高效，且对人有较高的舒适度和生命保障功能。最终目的是使系统综合使用效能最高。要求学生在产品设计过程中掌握人机工学的基本理论和基本方法，具备独立应用人体工学于产品设计的能力。４．教学方法及教学手段1）课堂精讲利用多媒体等手段讲解人机工程学的有关理论内容2）课堂讨论和学生一起分析讨论产品设计实例,启发思维，教学互动3）课题设计指导学生按照人机工程学的思想和方法进行实际的设计5．主要参考书目《人机工程学》丁玉兰2005年北京理工大学出版社《人机工程设计》郭青山汪元辉1999年天津大学出版社《产品设计中的人机工程学》王继成2004年化学工业出版社《设计心理学》[美]唐纳德A诺曼2003年中信出版社《实用设计人机工程学》王熙元等2001年中国纺织大学出版社《人机界面设计》罗仕鉴等2002年机械工业出版社《工业设计应用人类工程学》周美玉2001年中国轻工出版社2第一章人机工程学概论同学们你们所学的专业是工业设计，工业设计目的是满足人的需求，包括物质层面也包括精神层面，不管是我们设计一个产品、设计一个空间，人的需求是设计的出发点，也是设计的目的和归宿。人机工程学是研究人、机、及其工作环境之间相互作用的学科。其研究目的是使在所设计的人机环境系统中，人尽其力，“机”尽其用，环境尽其美，使整个系统安全、高效，且对人有较高的舒适度和生命保障功能。最终目的是使系统综合使用效能最高。设计需要感性的认识，更需要理性的思考。工业设计是艺术与科学技术相结合的学科，人机工程学的支持就是赋予设计科学化的色彩，使设计更少的受设计者主观意想影响。工业设计要求设计最终将形式与功能相统一，而人机工程学对设计的功能性，无论是满足物质性的功能还是精神性的功能的满足都起科学的支撑，为人性化的设计提供了依据。形态判断设计价值的一种冲击。1．1人机工程学的命名与定义人机工程学是一门涉及诸多方面的综合性边缘学科。它在自身发展的过程中，逐步打破了各学科之间的界限，并有机的融合了各相关学科的理论，不断地完善自身的基本概念，理论体系、研究方法以及技术标准和规范。1．1．1学科的命名由于该学科研究和应用的范围极其广泛，各个领域的研究人员都试图从自身的角度来给本学科命名和定义，因此，世界各国对本学科的命名不尽相同，即使在同一个国家里，命名也不统一。美国的“HumanEngineering”译为“人类工程学”或“人体工程学”；HumanFactors;HumanFactorsEngineering人类因素学或人类因素工程学原苏联及东欧国家的“EngineeringPsychology”一般译为“工程心理学”；日本的相应学科译为：人间工学人体工程学；人机工程学；人类工效学；人机控制学；宜人学等等。国际上较为通用的名称是采用西欧各国的命名“Ergonomics”希腊语中的两个词根“Ergon”(工作、出力)和“Nomics”(规律、正常化)构成的即“人类工效学”，本意为人的劳动规律，也可理解为把机械产品设计成十分符合人类的工作或动作的法则或习惯，该词能全面的反映本学科的本质，词义能保持中立性。人机工程学术语已被我国广大科技工作者所接受，并成为工程技术界较为通用的名称。因本课程主要从研究人-机关系的角度为工业设计者提供有关这一边缘学科的基础知识，因采用人机工程学的名称。但是，任何一个学科的名称和定义都不是一成不变的，特别是新兴边缘学科，随着学科的不断发展，还会发生变化。1．1．2学科的定义学科的命名一样，本学科所下的定义也不统一，而且随着学科的发展，在不断变化。美国人类工程学专家C.C伍德（CharlesC.Wood）：设备设计必须适合人的各方面因素，以便在操作上付出最小的代价而求得最高的效率。W.B.伍德森（W.B.Woodson）:人类工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，即对人的知觉显示、操作控制、人机系统设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于：获得最高的效率及作业时作业者感到安全和舒适。A．查帕尼斯（A.Chapanis）:人类工程学是在机械设计中，考虑如何使人获得操作简便而又准确的一门学科。日本专家：人类工程学是根据人体解剖学、生理学和心理学等特性，了解并掌握人的作业能力与极限，及其工作、环境、起居条件等和人体相适应的科学3国际人类工效学学会(InternationalErgonomicsAssociation，简称lEA)界定本学科研究的范围引录如下：“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；研究在工作中，家庭生活中和闲暇时间内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。”《中国企业管理百科全书》将人机工程学定义为：研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器与环境系统适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。我国1979年出版的《辞海》中对人机工程学的定义：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。综上所述可以认为：由此可见，人机学的研究范围很广，涉及的学科领域很多，是一门多学科相互渗透的交叉性学科。“人机工程学是研究人与系统中其他因素之间的相互作用,以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的学科。人机工程学将人类的需求和能力置于设计技术体系的核心位置,为产品、系统和环境的设计提供了与人类相关的科学数据，追求实现人类和技术完美和谐融合的目标。人机工程学是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、安全、舒适，人—机—环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的科学。因此，人机工程学可简单定义为：按照人的特性设计和改善人—机—环境系统的科学。1．2人机工程学的起源与发展1．2．0人机思想的萌芽人机工程学虽然是现代新兴的学科，但是有证据表明人机工程学原理在远古2500年前就已经为人所知并保存了下来。那些在现今设计中所关注的人机工程学主题几乎都可以找到它的萌芽。考古发现的不同领域人机工程学设计的例子证明了人类祖先对实用性和提高生活、改善工作条件的关注。种种征兆显示在古代已经拥有很好的关于人的因素的知识，并借此实现以人为中心的设计目标。1．2．0．1以人为中心设计理念的萌芽Plato戏剧中引用的一句格言：“人是所有东西的测量尺度”。形象的表达了以人为中心的设计理念。有许多例子可以表明这种概念如何应用于实际情况。比如用来测量长度的尺度单位的名称及大小都来源与人体。使用这种测量系统，许多建筑的基本单元都与人体成比例。1．2．0．2基于对人的因素良好知识的设计迹象雕像和绘画表明了古希腊人有很好的人类学知识，他们利用人体各部分的相对比例关系作为设计的基本比例。比如：庙宇圆柱的高度是其柱脚直径的8倍。而8：1正是女性身高和脚长之间的比。由于了解人的视错觉特性，古希腊建筑师在设计建筑物时充分利用视错觉，给观者特别的感觉。例如帕提亚神庙中巨大的柱子并非是笔直的，而故意设计成一定的弯曲弧度，却给人以挺拔精巧的感觉。41．2．0．3人机工程设计建议欧洲医学之父希波克拉底(Hippocrates)（公元前460~公元前370）在他关于外科手术的文章中，对手术场所进行了具体的介绍和建议。他建议手术可以根据操作动作来决定站着或坐着进行，但总要采取最舒适的姿势。他描述了这些动作姿势，并决定手术医生、病人及灯光源（包括自然光和人造光）的相对位置，以使手术更容易，也能避免闪光刺眼。在同篇文章中，他也提出到手术用具应该放在靠近医生手术操作手边，但同时又不能防碍操作动作。在另一篇文章中还提到手术用具应该具有怎样的形状、尺寸、重量及结构，以便使用更方便。在这些文章中可以发现工作场所和工具设计应用人机工程学原理的明确资料。1．2．0．4使劳动负荷最小化的设计大理石是当时庙宇等公共建筑中使用的主要建筑材料。这种石材很重。如帕提农神庙的圆柱和横梁每根重达10吨以上。由于大部分重要的公共建筑都健在山顶。更大大提高了大理石修砌的难度。研究推测，当时采用了许多使劳动负荷最小化的设计。大部分大理石琢刻工作都是在采石场完成。有两个好处。首先，在平地上雕刻更易进行。同时增加了安全性。第二，运输的大理石块的重量可以减轻。使用有动物或人力拖车来运输大理石。在必须被提升到山顶上时，在山顶部安装了一个大的定滑轮。系在满载的拖车上的牵引绳通过定滑轮改变方向，这样骡马或人力只要沿斜坡往下拉，就可将满载的拖车拖到坡顶，大大减轻了骡马或人力的工作负荷。1．2．0．5安全性设计为防止马车下滑，用杆相连的一对木制砌块系在马车下侧，垫在尾轮后侧，这个系统至今仍被用做天然的停车制动器，例如当重型卡车停在斜坡上时的情况。1．2．0．6日常器皿的人机学设计在古代，壶罐是最常见的器皿。在各种壶罐中可以发现有多种巧妙的设计解决方法。多种多样、不同尺寸的壶罐有不同的用途，适用于不同的人体尺寸。尤其是把手的处，公元前510年陶双耳瓶。公元1世纪古罗马陶制双耳尖底瓶公元前16世纪时期的青铜罐（古代盛水容器）具有两个特别的把手。一个垂直置于罐口附近的颈部，另一个水平至于靠近底部的位置。下面的把手能够很好的控制液体的流出，而上面把手可以提起水罐。使用时，一只手用力提举，另一只手可抓住下面的把手，以控制水流出的方向。两个水平、左右对称的手柄位于中间位置，第三个垂直安在颈部。当罐中充满水时，两个水平把手供两手一起提举。第三个把手则用于在罐空载时供用户单手提拿。它也可以在肩扛时方便抓握以保持稳定。这个例子显示了对同一种容器不同使用情况的关注：满载或空载、提或扛。图是一些双耳瓶（两个手柄的罐，用以存放像酒、油之类的液体。特征是有两个对称位于瓶颈的垂5直把手，并都有一个窄小锥形的底部，当盛满液体要往其他容器灌注时，可充当第三个把手。这样还可以节约储存空间，紧贴瓶颈的把手可让瓶子在有限的空间里安全存放。并允许智力放置与特殊地面或沙地。如果把手位于瓶身，会很容易损坏。1．2．0．6我国古代人机设计《考工记》在察车之道中曾谈到各种车辆的尺度与人、马的关系。其云“凡察车之道，欲其朴属而微置……轮已崇，则人不能登也，轮已庳，则于马终古登弛也。故兵车之轮六尺有六寸，田车之轮六尺有三寸……..”车的各种尺度取决于人的尺度，所谓“轮已崇----‘意思是：车轮太高则人不易上下，轮太低，拉车的马就会十分费力终日如爬坡。明代著名戏曲家李渔设计了一种暖椅和凉杌，暖椅内设一储炭火抽屉，“御尽其寒，使四肢均受其利”。充分考虑了人机环境系统进行设计以人为本。英国是世界上开展人机工程学最早的国家，但本学科的奠基性工作实际上是在美国完成的。所以，人机工学有“起源于欧洲，形成于美国”之说。虽然本学科的起源可以追溯到20世纪初期，但作为一门独立的学科已有60多年的历史。在其形成与发展史中，大致经历了以下三个阶段1．2．1经验人机工程学19世纪后期，一系列的发明、发现为西方工业的迅速发展提供了新技术基础，机械化的生产方式和机器大工业日趋成熟，并转而追求效率。这时的机械设计多以功能的实现为目标，机械生产出来后，让人去适应机器，以它们的运转来决定与调节着工