车辆人机工程学课件第一章

第1章人机工程学概论人机工程学的发展简史2车辆设计和使用中的人机工程问题4人机工程学的研究内容31机器设计中的人体因素33未来车辆人机工程学面临的新课题35返回总目录第1章目录1.1人机工程学的研究内容定义基本概念研究对象研究内容回到本章目录英国(西欧）：“Ergonomics”日语称为“人间工学”俄语音译为“Эргономика”美国：“HumanFactors”“HumanEngineering”1.1人机工程学的研究内容1.1.1人机工程学的定义回到本节目录在我国，本学科处于初创阶段，名称尚不统一，有“人机工程学”，“人类工效学”、“人体工程学”和“工效学”等不同提法。“Ergonomics”=“Ergon”+“Nomos”“Ergon”的意思是“出力”、“工作”，“Nomos”的意思是“正常化、规律”。“Ergonomics”的含意就是“人出力正常化”或“人的工作规律”。1.1人机工程学的研究内容CCWood的定义为：“设备的设计必须适合人的各方面的因素，以便在操作上付出最少能耗而求得最高效率”。WBWoodson的定义为：“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”。AChapanis的定义为：“人机工程学是在机器设计中考虑如何使人操作简便而又准确的一门学科”。1.1人机工程学的研究内容EJMcCormick和MSSanders在《HumanFactorsinEngineeringandDesign》一书中给出人机工程学的简要定义为：“为人的使用而设计”和“工作和生活条件的最优化”。KHEKroemer,HBKroemer,KEKroemer-lbert等人在《Ergonomics--HowtoDesignforEaseandEfficiency》一书中给出人机工程学的简要定义为：“为适当地设计人的生活和工作环境而研究人的特性”和“工作的宜人化”。1.1人机工程学的研究内容封根泉的定义为：“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起来的一门科学，就是人体工程学”。赖维铁的定义为：“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”。钱学森的定义为：“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”。1.1人机工程学的研究内容回到本节目录曹琦等人给出的定义为：“人机工程学是研究并优化人机系统的科学”。国际人机工程学会(InternationalErgonomicsAssociation,简称IEA)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;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”。本书的定义为：“人机工程学是从人的生理和心理特点出发，研究人、机、环境相互关系和相互作用的规律,以优化人-机-环境系统的一门学科”。1.1人机工程学的研究内容人机系统(man-machinesystem)指“人”与他所对应的“物”共处于同一时间及空间时所构成的系统。“人”指的是在所研究的系统中参与系统过程的人;“机”则泛指一切与人处于同一系统中并与人交换着信息、物质和能量的、供人使用的物;“环境”指的是“人”、“机”共处的、对“人”和“机”有直接或间接影响的周围外部条件。1.1人机工程学的研究内容1.1.2人机工程学的基本概念回到本节目录人机系统构成图1.1人机工程学的研究内容人机界面(man-machineinterface)人机系统中,“人”与“机”之间能够相互施加影响、实现相互作用的区域。(1)第一类控制系统人机界面如汽车驾驶系统、飞机驾驶系统等。这类人机界面的特点是机器通过显示器（主要是视觉、听觉显示器）将机器的运转信息传递给人，人通过机器上的操纵装置对机器传达控制指令，使机器按人所规定的状态运行。(2)第二类直接作用型人机界面如坐椅、家具、服装、手动工具等。这类人机界面的特点是人与机直接相互作用，要求机适合人体的形态、尺寸及操作能力，使人在使用过程中用力适当、感觉舒适、操作方便和安全可靠。(3)第三类间接作用型人机界面如照明、振动、噪声、小环境气候等。这类人机界面的特点是“机”的输出通过对环境的影响，间接作用于人的生理、心理过程，从而影响人的舒适健康和生命安全。1.1人机工程学的研究内容人机关系(man-machinerelationship)（1）机宜人（2）人适机机宜人是有条件的,人适机也是有限度的。人机系统中的机宜人与人适机是相对的。任何一个人机系统都必然是既要尽量做到机宜人,也要设法做到人适机。调整这种人机相互匹配关系最根本的制约条件就是人的可能性与人的可靠性。回到本节目录1.1人机工程学的研究内容回到本节目录人机工程学的研究对象是人-机-环境系统简称人机系统。人机工程学既要研究人-机-环境系统的各个组成部分的属性,更要着重研究人-机-环境系统的总体属性,以及人、机、环境之间的相互关系的规律。1.1人机工程学的研究内容1.1.3人机工程学的研究对象人机工程学主要由两个学术研究方向构成：1.研究和实验确定工程设计所必需知道的有关人的特征和特性的具体数据。2.应用和工程设计宜人化的用品、工具、机器、环境、作业程序、工作任务等。1.1人机工程学的研究内容1.1.4人机工程学的研究内容回到本节目录1.人机工程学的学科构成1.1人机工程学的研究内容人的科学人体解剖学、人体测量学生理学、心理学技术工程科学环境科学2.人的特性的研究（1）人体尺寸及人体测量技术（2）人体的力学性能（3）人的劳动生理功能（4）劳动中人的心理过程（5）人的信息传递能力（6）人的可靠性（7）人员的选拔和培训（8）人的动作时间研究（9）人体模型1.1人机工程学的研究内容3.机的特性的研究（1）信息传递技术（2）操纵控制技术（3）安全保障技术（4）动力学仿真技术（5）宜人化技术1.1人机工程学的研究内容4.环境特性的研究（1）作业空间：场地、厂房、机器布局、作业线布置、道路及交通、紧急脱险方法等（2）物理环境：噪声、振动、照明、温度、湿度、气压、辐射等（3）化学环境：有毒物质、化学性有害气体及水质污染等（4）生物环境：细菌污染及病原微生物污染等（5）美学环境：造型、色彩、背景音乐等1.1人机工程学的研究内容5.人-机关系的研究（1）人机系统功能分配（2）人机界面优化匹配（3）人机系统特性协调（4）人机系统可靠性（5）人机系统安全性1.1人机工程学的研究内容6.人-环境关系的研究7.机-环境关系的研究8.人-机-环境系统总体性能的研究回到本节目录1.1人机工程学的研究内容1.2人机工程学发展简史现代的科学的经验的回到本章目录学术组织与刊物经验的人机工程学一直延续到第一次产业革命时期。1.2人机工程学的发展简史1.2.1经验的人机工程学回到本节目录自有人类社会开始，就有了最原始的人机关系——人与器物的关系。原始人狩猎用的棍棒、石块或投枪,其尺寸、重量总是与人的体能大体相适应的。大约两千四百多年以前的战国初期，我国就出现了第一部科技汇编名著《考工记》。它的历史与科学价值名闻中外，联合国教科文组织已决定将《考工记》译成六种联合国的工作语言（中、英、法、俄、西班牙，阿拉伯文）以广流传与研究。在这部古代科技名著中，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。1.2人机工程学的发展简史※兵器握柄的形状※弓箭的制作和使用慢人用软弓，易延误时间，难以射中目标；急人用硬弓，则因过于急促，也会影响弓箭的命中率※掘土工具“耒”(lei)1.2人机工程学的发展简史1.2.1经验的人机工程学回到本节目录挺直的耒，下插入土的力量集中，适合用于坚硬的土地；头部弯曲的耒，有翻土方便的优点，适合用于翻掘松软的土地；介于上述两者之间，头部略带一点弯曲的耒，则适合用于一般土地。回到本节目录随着人类社会的发展,人创造和使用的器物和机器不断得到改进,由简单到复杂地逐步完善。这种实际存在的人机关系及其发展，可称为经验的人机工程学。我国古代的指南车，是最早的自动控制系统,其设计原理与现代人机工程学的反馈原理相吻合,是经验的人机工程学的典型应用实例。1.2人机工程学的发展简史※第一次产业革命时期(1750～1890年)※第二次产业革命时期(1870～1945年)※第一次世界大战期间※第二次世界大战期间※第三次产业革命开始(1945年)以来1.2人机工程学的发展简史1.2.2科学的人机工程学回到本节目录※第一次产业革命时期(1750～1890年)以法国Jacquard在纺织机械上使用穿孔卡片进行程序控制和英国Watt设计蒸汽机的调速器为代表，开始实现自动调节和控制。与此相适应，人机工程学开始由经验逐步上升为科学。1884年德国学者AMosso迸行了著名的肌肉疲劳试验，该项研究可以说是科学人机工程学的开端。1.2人机工程学的发展简史※第二次产业革命时期(1870～1945年)1898年美国学者FrederickWTaylor进行了著名的铁锨铲煤作业的试验研究。FrankBGilbreth夫妇首创采用当时先进的高速摄影（电影拍摄）方法，研究工人的砌砖作业动作过程。20世纪初,FWTaylor关于操作方法的研究成果在美国和西欧一些国家得到推行,并成为大大提高劳动生产率的“泰罗制”,FWTaylor的研究为科学人机工程学的建立奠定了基础。1.2人机工程学的发展简史※第一次世界大战期间各参战国都聘请心理学家解决战时兵种分工、特种人员选拔和训练、军工生产中的作业疲劳等问题。美国哈佛大学心理学Munsterberg教授的代表作《心理学与经济生活》和《心理工艺学原理》是人机工程学的最早著作。这一时期的研究者多是一些心理学家,当时的学科名称是“应用实验心理学”,其特点是选择和训练人,使人适应机器。战后，心理学的应用推广到非军事领域，学科名称改成了“工程心理学”。1.2人机工程学的发展简史※第二次世界大战期间工程技术设计思想开始发生了一个根本性的转变:由“使人适应机器”转变为“使机器适应人”，生理学家、心理学家、医生和工程技术专家共同研究解决武器和装备的优化设计的实践，促进了人机工程学作为一门独立的新兴学科的形成和发展。1.2人机工程学的发展简史※第三次产业革命开始(1945年)以来以电子技术的广泛应用为主要标志。随着工业技术的发展，工程技术设计中与人的因素有关的问题越来越多，人机协调问题越来越显得重要，从而促使人机工程学的研究和应用得到更广泛而迅速的发展。回到本节目录1.2人机工程学的发展简史※20世纪80年代，进入“现代的人机工程学”发展阶段，其突出特点是：人-机-环境系统的最优化。※“产品语义学”—产品的“认知”问题，成立了专门的研究方向。归结为两个极朴素的要求：第一，看到它，马上知道它是做什么用的；第二，比较容易弄清楚该怎么用。1.2人机工程学的发展简史1.2.3现代的人机工程学回到本节目录1992年,联合国环境与发展大会通过了著名的《关于环境与发展的里约热内卢宣言》,以保护生态环境为前提,提出了经济与科技活动所必须遵循的“可持续发展原则”。其后不久,我国制定了国家的“可持续发展战略”,把环境保护提升到了现代化建设的国策之高度。1.2人机工程学的发展简史可持续发展原则使人机工程学的学术思想又产生了极大的扩展和深化:在空间方面，将所考虑的环境延伸到了整个自然界的大环境;在时间方面，不仅要考虑人造器物给当今人们带来的效益，而且要充分顾及对未来子孙后代的影响。1.2人机工程学的发展简史可持续发展原则对人类的设计和生产活动提出了一系列新的准则:应该减少资源和能源的消耗，应该推行“绿色包装”，不但从源头上去减少垃圾，还要开拓废弃物资的