车辆人机工程学

车辆人机工程学参考教材：毛恩荣等编著，《车辆人机工程学》，北京理工大学出版社车辆人机工程学第1章概论什么是人机工程？人机工程学研究什么内容？人机工程学的地位？1.1人机工程学人机学问题的举例单肩挎书包与双肩背书包——人体受力→健康1个枕头嫌低，2个枕头嫌高——人体姿态→舒适装配线上将电动螺丝刀悬挂——省力→效率桌、椅尺寸——人体尺寸→舒适车床操作件的位置，适合1370mm高、肩宽640mm、臂展2000mm的人使用——人体尺寸→效率护栏高度、栏杆间隔——人体尺寸→安全叫壶——信息传递标志牌的颜色、字体大小、符号——信息传递阅览室对坐，对视的尴尬——心理→舒适在寝室、餐厅、浴室、商场、教室、实验室、运动场、公交车、工厂、公园……，随处可见人机学问题。车辆人机工程学定义(IEA,TheInternationalErgonomicsAssociation)：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；研究人在工作、家庭生活和休闲时怎样考虑人的工作效率、健康、安全和舒适等问题的学科。研究对象：人－机－环境研究目的：高效、安全、健康、舒适研究的基本内容：人的生理特性、心理特性“考虑”：不是唯一的，也未必是优先的。人机工程学是从人的生理和心理特点出发，研究人、机、环境的相互关系和相互作用规律，以优化人－机－环境系统的一门学科。车辆人机工程学“人机工程学”Ergonomics（欧）/工效学、人类工效学HumanEngineering（美）/人体工程学HumanFactorsEngineering/人因工程学、人因学HumanFactors（美）/人因工程学、人因学人间工学(日）工程心理学人机工程学、人机学、车辆人机工程学1.2人机系统人机系统的构成“人”：所研究的系统中参与系统过程的人；“机“：泛指一切人造的，供人使用的物品；“环境”：“人”、“机”共处的、对“人”和“机”有直接或间接影响的周围外部条件。人机界面显示器：机器通过显示器将机器的运转信息传递给人。控制器（操纵器）：人通过机器上的操纵装置对机器传达控制指令。直接作用型人机界面：“人”与“机”直接相互作用。如座椅、家具、服装、手动工具等。间接作用型人机界面：“机”的输出通过对环境的影晌，间接作用于人的生理、心理过程。如照明、振动、噪声、小气候等。车辆人机工程学人机界面举例剪刀把手形状、把手尺寸、把手材料、颜色、……不同的人机界面，使有不同的握姿、增（减）力效果、使用方式、……车辆人机工程学人机界面举例手机显示器？控制器？直接作用型？间接作用型？汽车人机工程设计主要是人机功能分配和人机界面设计。车辆人机工程学1.3人机工程学的研究内容“人”的特性人体尺寸及人体测量技术：静态尺寸和动态尺寸。其基础学科是人体测量学。人体的力学性能：人在各种状况下，其质量特性、质心位置、肢体运动速度、人体各部分的体力和耐力等参数的变化规律。其基础学科是人体生物力学。人的劳动生理功能：人的体力负荷、脑力负荷、人体反应与疲劳机制等。其基础学科是劳动生理学。劳动中人的心理过程：心理调节的特点、心理反射的机制、心理负荷及疲劳的心理机制等。其基础学科是劳动心理学。人的信息传递能力：人对信息的接受、传递、存储、加工和输出的能力及其机制。其基础学科是工程心理学。人的可靠性：人在劳动中产生失误的可能性。人员的选拔和训练研究：人的基本素质的测试与评价、人员的选拔和训练等。人的动作时间研究：人的操纵动作的有效性，寻求改善作业的途径，进行人的操纵动作的合理设计。人体模型研究：人的数学模型、物理仿真模型、人体模板等。车辆人机工程学“机”的特性信息传达技术：仪表显示、声音信息传达、触觉信息传达、图形符号传达、编码方法等。操纵控制技术：操纵装置、控制装置、控制系统、键盘技术等。安全保障技术：冗余性系统、机器保险装置、防止人的操作失误及失职的设施、事故预警预防方法、救援方法、安全保护措施、机器的防错设计等。动力学仿真技术：受控对象的动力学建模、数学仿真技术、物理仿真技术等。宜人化技术：改善人的舒适性及使用方便性的技术，如振动及噪声的控制和隔离，坐椅及用具的宜人化设计等。“环境”特性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。物理环境：噪声、振动、照明、温度、湿度、气压、辐射等各种物理因素。化学环境：有毒物质、化学性有害气体及水质污染等。生物环境：细菌污染及病原微生物污染等。美学环境：造型、色彩、背景音乐等。车辆人机工程学人－机关系人机系统功能分配研究：系统中人的功能与机的功能之间的联系和制约条件，研究人、机之间的功能分配方法。人机的信息交换：人与机之间的信息传递过程、人对机的操纵控制过程和方法、人机界面的评价和优化匹配、人机界面的优化设计方法等。人机系统特性协调研究：机器的工作特性对操作者的身体、心理、文化素质以及专业技术的要求，研究人的职业适宜性、事故倾向性等。人机系统可靠性研究：人机系统的可靠性设计和评价方法。人机系统安全性研究：人机系统的安全性标准、评价方法、设计参数，以及典型安全防护装置的设计方法等。人－环境关系环境因素对人的影响、环境质量标准、环境控制及生命保障系统的设计方法、人体防护技术等。机－环境关系环境因素对机器性能的影响、机器对环境的影响、环境保护技术等。人－机－环境系统总体性能基本目的是为了获得整个系统具有高的工效、高的安全性，对人有高的舒适度及很好的生命保障功能。可概括为“安全、舒适、高效”。车辆人机工程学人机分工人机的机能比较把笨重、快速、单调、规律性强、高阶运算及在严酷、危险条件下的工作分配给机器。制约人机分工的主要因素：科技水平社会、经济条件车辆人机工程学在车辆人机工程设计中，主要考虑的人体因素：人体尺寸：乘坐空间、操作空间、乘坐（包括进、出）姿势、操作（包括装、卸）姿势等；人体的生物力学特性：手操纵力、足操纵力、门窗开闭力、操纵速率、操纵位移、操纵节拍和操纵准确度等；人的感知响应特性：视觉、听觉；显示、报警；照明；人的反应特性：感觉通道、刺激方式与刺激强度、操纵器负荷、反应动作等；人体的耐受性：振动、噪声、车内气候、紧张等引起的疲劳、不舒适等；人的安全性：人体伤害极限、安全防护装置。人的感性需求：（见1.4节）车辆人机工程学1.4人机工程学的发展史人机学的萌芽期：《考工记》：“凡兵无过三其身。过三其身，弗能用也，而无己，又以害人。”“故攻国之兵欲短，守国之兵欲长。”“凡兵，句兵欲无弹，刺兵欲无蜎，是故句兵椑，刺兵抟。”“凡为弓，各因其君之躬志虑血气。丰肉而短，宽缓以荼，若是者为之危弓，危弓为之安矢。骨直以立，忿埶以奔，若是者为之安弓，安弓为之危矢。”《天工开物》：图中的工具使工作姿态自然舒展。特点：自发思维倾向，本能行为方式。无系统的研究，未提出科学的理论原则。车辆人机工程学人机学的孕育期：泰勒开创了时间与动作研究。铁锹作业实验、砌砖作业实验等。英国“工业保健研究部”开展工效问题的广泛研究。作业姿势、负担限度、男女工体能、工间休息、工作场所光照、环境温湿度、工作中播放音乐的效果等等。一战时期，心理学家和医生参与特殊兵种、特种人员的选拔和训练，解决军工生产中的作业疲劳问题。特点：研究核心是最大限度地挖掘人的操作效率。要求人适应于机器，以机器为核心进行设计；研究的主要目的是选拔与培训操作人员。（“人适机”）人机学的诞生：二战时期，认识到武器装备必须充分考虑人的特性，生理医学家、心理学家参与武器装备的设计。特点：以机器为中心转变为以人为中心，强调机器的设计应适合人的因素。（“机宜人”）人机学的发展和成熟期：特点：人与机器应互相适应、人机分工应合理。车辆人机工程学1.4感性设计感性感性是人的感观对事物的认知、体验，心理上的期待和感受。感性包括：视觉感性（形态、色彩、质感）、听觉感性、触学感性、嗅觉感性等。感性设计在满足功能需求的基础上，为满足人的感性需求的设计。理性设计实现了产品的使用价值，满足功能需求。感性设计增加了产品的情感价值，满足心理需求。感性设计方法收集感性信息：如：精致－粗糙、高雅－低俗、安全－危险、柔和－硬朗、庄重－轻浮、轻巧－笨重、厚重－浅薄、朴素－奢侈、华丽－朴实、时尚－落伍、简洁－复杂、现代－古典、柔软－坚硬、丑陋－美丽、活跃－稳重、奇异－平庸、个性－大众、张扬－压抑提炼感性词汇：选择有代表性的几个词汇。明确设计要素：感性反馈车辆人机工程学第2章人体尺寸与人体模型2.1人体尺寸人体尺寸是一离散的随机变量。人体尺寸随机变量的特征正态分布；数字特征：均值μ，标准差σ。例：中国男性成年人身高的分布曲线：车辆人机工程学百分位数百分位数Pk将随机变量的总体或样本的全部观测值分为两部分，有k%的观测值等于和小于它，有(100-k)%的观测值大于它。百分位数是一种位置指标、一个界值。人体尺寸用百分位数表示时，称人体尺寸百分位数。若已知某项人体测量数据的均值μ、标准差σ，可计算任一百分位的人体尺寸百分位数：Pk＝μ±σK式中K为转换系数，可根据不同的百分位数查表确定。如：中国成年男子身高的第50百分位数为1678mm，记为P50=1678mm。常用P1或P5代表“小”身材的人群，P95或P99代表“大”身材的人群。车辆人机工程学GB/T10000《中国成年人人体尺寸》立姿人体尺寸6项坐姿人体尺寸11项人体水平尺寸10项人体头部尺寸7项人体手部尺寸5项人体足部尺寸2项人体主要尺寸6项车辆人机工程学人体主要尺寸(mm)立姿人体尺寸(mm)车辆人机工程学GB13547《工作空间人体尺寸》立姿俯卧姿坐姿跪姿爬姿车辆人机工程学立姿人体尺寸（女）(mm)车辆人机工程学GB/T12985《在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则》：尺寸修正量功能修正量穿着修正量：考虑穿鞋、戴帽、穿衣后的尺寸变化量。如：着衣修正量：坐姿的坐高、眼高、肩高、肘高加6mm,胸厚加10mm,臀膝距加20mm。穿鞋修正量：立姿的身高、眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高等，男子加25mm，女子加20mm。姿势修正量：躯干呈放松状态及处于不同姿势引起的尺寸变化量。如：立姿时的身高、眼高等减10mm；坐姿时的坐高、眼高减44mm。操作修正量：考虑不同操作动作（如用手指、手掌、手臂操作）引起的尺寸变化量。如：对按钮、推钮、搬钮等的操作，上肢前伸长应作修正：“按”减12mm、“推”和“搬”减25mm，“取”（卡、票等）减20mm。心理修正量考虑心理因素（如压抑感、恐惧感、美观等）而加的尺寸修正量。产品功能尺寸的设定产品最小功能尺寸＝人体尺寸百分位数＋功能修正量产品最佳功能尺寸＝人体尺寸百分位数＋功能修正量＋心理修正量车辆人机工程学产品尺寸设计Ⅰ型产品尺寸设计（双限值设计）：需要两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的设计依据。如尺寸可调节的产品：汽车座椅高度；腰带长度；麦克风高度。Ⅱ型产品尺寸设计（单限值设计）：只需要一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值或下限值的设计依据。ⅡA型产品尺寸设计（大尺寸设计）：只用代表“大个”的人体尺寸百分位数作为尺寸上限值的设计依据。如门框高度；防护栏杆高度；把手孔圈大小；床的长度。ⅡB型产品尺寸设计（小尺寸设计）：只用代表“小个”的人体尺寸百分位数作为尺寸下限值的设计依据。如防护罩间距；搁物架上层高度；汽车踏步高度；读报栏高度。Ⅲ型产品尺寸设计（折中设计、平均尺寸设计）：用第50百分位人体尺寸作为产品尺寸设计的依据。如座椅高度；门把手及门锁高度；工具尺寸。满足度指所设计的产品在尺寸上能满足多少人使用，以合适地使用的人占使用者群体的百分比表示。满足度可由设计依据的人体百分位算得。车辆人机工程学人体尺寸百分位数的选择车辆人机工程学人体尺寸在设计中的应用举例城市客车