人机工程学 第一章

车辆人机工程卢延辉吉林大学汽车学院汽车系2009.02车辆人机工程课程性质：选修学时：20学时考核方法：开卷考试（百分制）参考书：1、汽车人体工程学温吾凡吉林科学技术出版社2、车辆人机工程学周一鸣、毛恩荣北京理工大学出版社3、噪声的降低与隔离赵松龄同济大学出版社第一章绪论一、概述二、人机工程学发展简史三、机器设计中的人体因素四、人机工程学的应用领域五、人机工程学的研究方法六、人机工程学软件介绍七、人机工程学在车辆设计中的应用八、本课程主要内容引言AProcrusteanBedBadnewsforlefthandersErgonomictoothbrush?BrakereleaseGuesswhichswitchcontrolstheprojectorscreen?Don'tgototheright?Wheredoyoupluginthemouse?HowfastamIgoing?第一章绪论一、概述人机工程是20世纪50年代后期发展起来的一门新兴学科，至今仍处于发展中。新兴学科特点名称多样化学科边界模糊学科内容综合性强1、名称：渊源：应用心理物理学、实用实验心理学、工程心理学（EngineeringPsychology）......研究目的：工效学、生活工程、宜人学......现代主要研究内容：人类工程学、人体工程学、人机学、人机工程学......欧洲：工效学（Ergonomics）美国：人的因素工程（HumanFactors）、人类工程学（HumanEngineering）日本：人间工学（即人类工程学）前苏联：工程心理学国内：人机工程学、人类工程学、人体工程学、工效学......Ergonomics出力、工作正常化、规律2、学科定义美国C.C.Wood：设备的设计必须适合人的各方面因素，以便在操作上付出最少能耗而求得最高效率。W.B.Woodson：人机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、操纵控制、人机系统设计和布置、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人在作业时感到安全和舒适。E.J.McCormick，M.S.Sanders：为人的使用而设计（Designforhumanuse）；工作和生活条件的最优化（HumanFactorsinEngineeringandDesign）国内封根泉：为了研究解决机器系统设计与人体有关的种种问题，使整个人机系统的工作效能达到最优而建立的一门学科，就是人体工程学。（《人体工程学》）赖维铁：人机工程学是运用生理学、心理学和其它有关学科知识，使机器和人相互适应，创造舒适和安全的环境条件，从而提高工效的一门学科。（《人机工程学》）钱学森：人机工程是一门非常重要的应用人体科学技术，它专门研究人和机器的配合，考虑到人的功能能力，如何设计机器，求得人在使用机器时整个人和机器的效果达到最佳状态。（《系统科学、思维科学与人体科学》）国际人机工程学会（InternationalErgonomicsAssociation，IEA）：研究各种工作环境中人的因素（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；以及在工作中、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。3、学科内容综合性强涉及学科门类多——生理学、心理学、行为科学、机械学、计算机科学、医学......人机工程学学科体系人机工程学人体科学技术科学环境科学生理学心理学劳动卫生学人体测量学人体力学环境卫生学环境医学环境心理学环境保护学环境检测学工业设计工程设计安全工程系统工程机械工程管理工程主要研究内容：机器系统中直接由人使用或操作的部件，应如何设计才能适于人的使用操作。提出环境控制和生命保证系统的设计要求。（从保证人的安全、健康、舒适和高效出发）人机系统的总体设计。（使其最优化）机器系统中直接由人使用或操作的部件应如何设计才能适于人的使用操作显示器操纵器机具建筑和照明服装人机工程学所要解决的问题：从适合于人的角度出发，向设计人员提供必要的参数和要求。环境控制和生命保证系统的设计要求超重：一般发生在运动系统的加速度过程中。超重对人体的影响主要在于体液和悬垂器官（四肢和内脏）。超重的主要防护方法：通过技术途径使超重数值降低体形榻束带抗荷服对抗性动作（肌肉紧张）失重：失重指的是完全没有重量。人机系统的总体设计人机系统的总体设计机器的优点：操作速度快能量大精确度高高阶运算同时完成多种操作没有单调、疲劳对抗各种不利环境人的优点：学习能力适应性应付突发事件创造性情感、意识、个性人与机的功能比较及分析比较项目机的特性人的特性检测物理量检测范围广，可正确检测象电磁波这样人不易检测的物理量具有与认知直接联系的高级检测能力，缺少标准，会出偏差，具有味觉、嗅觉、触觉操作在速度、精度、力度、操作范围、耐久性等方面比人优越，能处理液体、气体、粉状体等物手空间自由度高，协调性好，可在三维空间进行多种运动信息处理能力在事先编成的情况下可进行高级、准确的数据处理，记忆准确、持久，调出速度快具有特征抽取、综合、归纳、模式识别、联想、发明创造等高级思维能力及丰富的经验耐久性、持续性、可维护性由成本决定；需维护保养，可进行单调的反复作业，不会疲劳易疲劳，需要适当休息、保健、娱乐，很难长时间保持紧张状态，不适应从事刺激小、单调乏味的作业可靠性由成本决定；对事先设计的作业有高可靠性，对预料之外的事件无能为力。一个零件的损坏，可导致整机失灵；特性能保持不变。容易出差错；如果有时间和精力，可以处理意外事件，自我维护力强。通信只能用预定方式通信人与人之间很容易进行信息交流。效率需外加功率；简单作业速度快、准确，新机械从设计、制造到运转需要时间；即使坏了也不要紧耗费能源小，但要吃饭，需要教育和训练，必须采取绝对的安全措施成本需要购置费，运转、保养费；机械不使用仅失去机械本身的价值需要人工费用、工资等；如果发生意外，会危及生命。★在经济合理的前提下，总是尽可能让机去更多地取代人的工作强度一般以下工作可由机来完成：（1）枯燥、单调、笨重的作业；（2）危险性大的作业或会影响人体健康的作业；（3）高阶运算，快速操作；（4）可靠性、高精度的和程序固定的作业。而以下工作则由人来完成：（1）程序设计；（2）意外事件处理（3）变化频繁的作业；（4）探索性工作或需要作出决策的工作。人、机之间进行合理的分工4、研究目的提高工效。创造舒适、安全的工作条件。人—机—环境的最优化。二、人机工程学发展简史现代的科学的经验的学术组织与刊物1、经验人机工程学：《考工记》（两千四百多年以前的战国初期）：对一些器物制作应考虑的宜人性问题已有相当深入、十分精彩的论述。二、人机工程学的发展简史2、从第一次产业革命开始（1750——1890）：（以蒸汽机的使用为标志）以机器为主的工厂取代了手工作坊机器出现以后如何一步步提高生产效率？人是否能无限止的承受？1884年德国学者A.Mosso（莫索）进行了肌肉疲劳试验——科学人机工程学的先端3、第二次产业革命（1870——1945）：（以内燃机和电机的广泛使用为标志）从机械化电气化时代。1898年美国学者F.W.Taylor进行了著名的铁锹铲煤试验FrankBGilbreth夫妇采用高速摄影分析工人的砌砖作业视频1视频2第一次世界大战期间（1914——1918），英国成立了“工业疲劳研究所”（IndustrialFatigueResearchBoard）1914年，美国哈佛大学心理学教授HugoMünsterberg出版了《心理学与工业效率》一书，把当时的心理学研究成果与泰勒的科学管理方法结合，强调人员选拔与培训对提高效率的作用。第二次世界大战期间（1939——1945），各国竞相研制效能高、威力大的新式武器，但其复杂程度超出了操作者的能力，因而事故不断。4、第三次产业革命（1945——）：（以电子技术的广泛应用为主要标志）二战后，人机工程的研究中心转移到装置设计方面。二战前：人通过选拔训练适应机器。二战后：机器设计适应人体因素。于是生理学家、心理学家、医生和工程技术人员共同研究解决武器和装备的最优化设计，促进了人机工程学的形成和发展。60年代美国完成的陆海军发展规划（ANIP）中，对飞机和人——机结合面进行了大量研究，出现了平视仪。（利用电子光学系统将地平仪、罗盘、高度表、空速表、甚至综合瞄准工具显示在驾驶员的正前方，使驾驶员不需低头看仪表，就可兼顾仪表和舱外观察。）70年代出现了数字综合航空系统，五、六块电子显示屏就可显示出几乎全部飞行信息，使飞行的安全性、战斗力大大提高。正前方：平视仪；下方：垂直、水平情况显示；左右侧：监控显示和少量备份仪表。F-35战机用头盔显示系统各国工业和科学基础不同导致人机工程学发展重点也不同。一般工业化程度不高的国家由人体测量、作业强度研究入手，解决提高工效问题。随着工业的发展，生活水平的提高，人的因素越来越受重视，人机工程学的研究也由知觉显示、操纵设计等方面进入其前沿领域，即人与环境、生态及人际关系乃至团体行为等等方面的研究。人在工作中的责任心，合作精神及人际关系对于人类的安全、舒适和健康的生活有很大影响，人类合作劳动、共同生活的问题成为当代大事。由此可见，人机工程学与心理学、行为科学、已交叉起来，并同社会也产生了交叉。1980~1990：计算机、灾难、诉讼1979：美国三里岛（ThreeMileIsland）核电站事故1980~1990：计算机、灾难、诉讼1984：印度博帕尔农药厂有毒化学品的泄漏，使20万人致伤，死亡2000多人。1980~1990：计算机、灾难、诉讼1986：前苏联切尔诺贝利核电站事故，300人以上死亡1980~1990：计算机、灾难、诉讼辩论术forensics人机工程学的另一个迅速发展的领域是在一些有关产品可靠性和个人伤害的法律诉讼案件中。@#$%^&*人机工程学在美国，人们可以因为某种商品上没有注明使用说明,而把制造这种商品的公司告上法庭，这就促使许多企业不得不给自己的产品撰写出一些不可理喻的说明。密歇根的一家“监督滥用起诉权”的组织每年都举行一次比赛，评选出匪夷所思最荒谬的商品说明。以下是近9年来该组织评选出的最为可笑的商品使用说明：吹风机：不要在睡觉的时候使用。肥皂：像普通香皂一样使用。熨斗：穿在身上的衣服不要烫。一些冷冻食品的说明：使用建议——化冻后食用。甜面包圈：请注意，如果您加热食用，该产品会很烫。花生包装袋：“注意！内装有花生！”儿童止咳药：服药后不要开车，也不要操作重型机械。安眠药：注意！该药可能会导致疲倦。日本制造的某种食品加工机：不得用于其它用途。飞机上的花生包装袋：“食用说明：打开包装袋，然后食用。”仿超人的服装：穿上这件衣服也不会让你飞起来。婴儿车：折叠幼儿车前，先把婴儿抱出来。三爪鱼钩：如果吞咽，可能会造成伤害。木匠使用的钻头：该产品不是为牙医而设计。汽车遮阳板：开车时不要放下遮阳板。打印墨盒：不得食用。自卫时使用的喷射辣椒粉的瓶子上写着：“该产品可能会伤害到眼睛。”自行车运动员专用袜：该产品不会保护暴露在外的身体其他部位。洗碗机：不要让孩子在洗碗机内玩耍。炉子烧的柴火：注意！可能会失火！油画家使用的可达1000摄氏度的风干机：不得作为普通吹风机使用。清洁卫生间的刷子：不得用于个人卫生。科学发展阶段1990年以后人类空间站的建立；计算机和计算机工程的应用；药物器械设计和老年人产品设计；人民生活和工作质量设计；（人—机—环境系统的建立）小结：人机工程学发展的几个阶段1、机器中心设计（二战前）(machineoriented)2、人类中心设计（二战后）(manoriented)3、人—机—环境系统中心设计（60年代后）(systemoriented)4、70年代后更加强调人的价