产品设计中的人机工程学-第一章.ppt

人机工程学Man MachineEngineering 第一章 综述 在我们的日常生活中 可以说时时处处都存在着人机学问题 有的家庭买了大沙发 豪华气派 可是坐不多久腰部就难受酸疼了 不得不在腰后面垫上一个 腰靠 为什么呢 因为大沙发座面进深大 无论怎么后靠 腰椎后面总是空着 使脊柱腰椎段向后的弯曲度加大 形成了不正常的腰椎形态 不符合坐姿解剖学要求 这就是产品设计中的人机问题 综述 第一章 一 人机工程学的定义工程学一直关注如何从机构和电子设计的角度改善产品 心理学则从研究心理和行为着手 人因和人机工程学则从人的生理与心理机能和限制为基础 是研究 人 机 环境 系统中人 机 环境三要素之间的关系 为解决系统中的效能 健康问题提供理论与方法的科学 第一章 综述 人 人是指操作者或使用者机 机泛指人可操作与可使用的物 可以是机器 也可以是用具或生活用品 设施 计算机软件等各种与人发生关系的一切事物 环境 环境是人与机共处的环境 如作业场所和作业空间 自然环境和社会环境等 综述 人 机 环境系统是指由共处于同一时间和空间的人与其所使用的机以及他们周围的环境所构成的系统 简称人 机系统 在人 机系统中 人 机 环境相互依存 相互作用 相互制约完成某一特定的生产或生活过程 人 机 环境 综述 第一章 综述 学科的命名 美 人类工程学 HumanEngineering 人因工程学 HumanFactorsEngineering 欧 人类工效学 Ergonomics 较多采用日本 人间工学中国 人体工程学 人机控制学 人类工程学 人机环境系统工程工效学等 第一章 综述 1 研究对象是人 机 环境的相互关系 2 研究目的是如何达到安全 健康 舒适和工作效率的最优化 3 研究内容 人的因素 生理 心理 人体测量 人机界面 硬件界面 显示系统 控制系统 显控协调关系 信息设计软件界面 二 人机工程学的组成 第一章 综述 其他问题 产品设计物理方面的几个概念手动操作产品设计座椅设计弱势群体作业环境设计人机工程学常用的研究方法 第一章 综述 第一章 综述 第一章 三 人机工程学的起源 英国是世界上开展人机工程学研究最早的国家 但学科的奠基性工作实际上是在美国完成的 所以 人机工程学有 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只有五十多年历史 综述 四 发展史 工业化时代 A 机械时代 1750 1890 人适应机器的被动阶段 注重尺寸因素关系 适应性 效率性 安全性未考虑 B 技术革命时代 机器适应人的阶段 1870 1945 一战 适应人的设计 注重程序 方法 二战 从适应人的设计到为工作的人设计 注重舒适 安全 C 为人的思维的设计阶段 人 机器 环境作为一个整体来研究的阶段 1945 起源于英国 1956年第一个 人体因素协会 成立于美国 60年国际人机工程协会成立 1989年中国人类功效学学会成立 第一章 综述 五 相关知识及学科 1 设计心理学 2 认知心理学 3 产品语义学 从人与工业产品的交流形式 交互关系 上分析和定义产品的形态 4 体质人类学 5 人机界面设计 广义 在人机系统模式中 人和机存在一个相互作用的 面 称为人机界面 显示 控制 狭义 计算机系统中的人机界面 6 交互设计 设计用于支持人们日常工作 生活的交互 直接或间接的通信过程 式产品 7 体验与情感8 绿色设计9 无障碍设计 通用设计 第一章 综述 六 人机工程学与产品设计 人机工程学的应用领域 人机工程学的应用领域有电话 电传 计算机控制台 数据处理系统 高速公路信号 汽车 航空 航海 现代化医院 环境保护 教育等 人机工程学甚至可用于大规模社会系统 人机工程学在产品设计中的运用 为产品设计中考虑 人的因数 提供人体尺度参数 为产品设计中考虑 物 的功能合理性提供科学依据 为产品设计中考虑 环境因数 提供设计准则 为进行人 机 环境系统设计提供理论依据 为坚持以 人 为核心的设计思路提供工作程序 综述 六 人机工程学与产品设计产品设计程序产品计划阶段 概念生成 专利调查 市场研究 使用者描述 竞争评估 人因研究 设计目标 功能分析 产品功能需求 界定的设计限制 产品需求文件设计阶段 功能与任务分配 任务分析与使用者界面需求 工程分析 技术规范 初步与细部设计 危险分析 模型与工程模型 比较测试 包装设计测试及验证阶段 次系统测试 使用手册初稿 原型建造 以使用者测试原型 原型修正与再测试 检证测试 修订使用手册生产阶段 生产模具设备 产品组装 产品文件付印销售及评估阶段 产品分配及销售 使用者调查 产品检讨 第一章 综述 七 人机问题的分析处于产品设计程序的哪些环节 产品计划阶段 使用者描述 产品预期使用者及其能力特性 产品需求文件 使用者概述 设计目标陈述 产品功能及效绩要求等 设计阶段 功能与任务分配 任务分析与使用者界面需求 工程分析 测试及验证阶段 销售及评估阶段 第一章 综述 八 人因与产品设计如何整合 1 产品进化 尝试错误 法2 直觉法 设计师的直觉方法 3 设计中应用人因技术法 指南方式 因果模型 理论方法 人类行为理论 设计问题永远不会只有一个解答 而是一个可接受的解答的领域 人机工程学的研究方法 观察法 实验法 相关分析法 第一章 综述 第一章 九 人机工程学分析例子自行车坐垫设计 人体骨骼分析骨盆下口人体骨骼分析形状不规则 在骨盆下口的前方 介于两侧坐骨下支及两侧耻骨下支之间 有一深切迹 男性者其呈锐角 约50 60度 称为耻骨下角 女性者呈钝角 约80 85度 称为耻骨弓 耻骨角的大小对座面的宽度值有一定的影响 综述 第一章 现有鞍座所存在的问题除坐骨结节外 耻骨联合部也分担一部分上肢的重量 而在进化过程中人体并没有让跨部承受重量的设计 所以在人体坐在车座上的时候是坐骨生殖区靠在平坦的座面上 这样就会压迫到坐骨生殖区的组织和脂肪 坐骨生殖区的组织里含有丰富的血管 软组织和大量的神经及神经末梢 当人体在骑行的时候 人体上肢的一部分重量会压迫到这些血管和神经 造成人体会阴区的疼痛和麻木 箭头所指的白色区域 而且会阴区深层中含有泌尿组织和血管及生殖动脉和传导神经 这样也会造成生殖区域的麻木和缺血 严重的会导致生殖系统障碍 所以普通车座对人体的坐骨生殖区的血液循环和性能力都有一定的影响 综述 第一章 综述 第一章 人们在选择鞍座时的误区有的骑乘者喜欢挑选柔软宽大的自行车座 认为宽大柔软的自行车座能够减震和增加臀部的受力面积从而达到减小压强的目的 固然 柔软宽大的自行车座能够达到上述一部分目的 但是效果并不如人们期望的那样 因为人们在骑乘时 最主要的受力点是坐骨结节和坐骨生殖区 这与车座的宽大与否并没有太大的直接关系 如果坐骨结节所承受的力大于会阴区的力 车座两侧会下陷 而车座是平的 所以多余的垫料就会填充到耻骨角的区域 加大了车座对于会阴区的挤压 从而更加不舒适 同时 人们骑乘宽大柔软的车座时由于车座后部宽大会影响蹬踏 这样人们在骑乘过程中由于宽大车座的阻碍身体重心会不自主的前移 使坐骨结节脱离车座后面宽大的区域而使会阴区被压迫在一个比较窄小的范围内 处于一个不舒适的位置 所以宽大柔软的车座并不是一个比较好的解决方案 综述 第一章 自行车骑行受力分析 1小角度0 30度这一角度的骑乘者主要是一些运动员 骑乘者上躯体与地面的的倾斜角小于30度 这样做可以有效的减小身体对空气的阻力 加快骑行的速度 但是速度是以牺牲运动员的骑乘舒适为代价的 下图是人体坐骨结节在运动型车座上的位置结构图 在这里我们可以看到坐骨生殖区几乎都坐于车座上 承担上躯体的大部分重量 形成了对坐骨生殖区的压迫 这对运动员的坐骨生殖区是十分有害的 在车座的设计上 座面狭长 弧率很小 有的甚至接近于零度 减少了大腿与鞍座的摩擦 以利于运动员来回往复的蹬踏 提高速度 而且座面较硬 使坐骨结节不至于产生较大的相对位移和摩擦 提高了蹬踏的效率 小角度0 30度 第一章 2中角度30 60度对于骑乘角度在30 60度之间的骑乘者来说 由于其对速度的要求不高 所以其骑乘的舒适程度要比0 30度之间的运动员要优越许多 在设计上 这一角度鞍座比公路赛车的鞍座宽大 柔软 鞍座与坐骨生殖区的接触面积明显减少 而且对坐骨生殖区的压迫明显减轻 弧率较大 一般大于0 2 这样意味着后座与前鼻之间的宽度变大 受力面积增大 坐起来更舒适和柔软 在垫料选择上 一般选择较硬的海绵作为垫料 外面覆以皮革 使之成为一个整体 中角度30 60度 第一章 3大角度60 90度身体与水平面的夹角呈60 90度就骑乘者的舒适程度来说是一个比较好的角度 因为这时身体基本上直立 人体上肢重心的位置很靠近上躯体 这样人体在骑乘时身体上肢的重量基本上都移到了坐骨结节的位置 坐骨生殖区与鞍座的接触面积进一步减小 承受的压力也大幅度的减轻 坐骨结节承受了身体上肢绝大多部分重量 坐骨生殖区承受的压力较小 在设计上 鞍座的弧率相对较大 后支撑点的位置与前鼻的宽度也较大 大角度60 90度 第一章 1镂空型自行车座 这种车座的主要特点是在车座的中间镂空了一个近菱形的形状 他的原理是尽量避免不必要的神经和血管的压迫 如左图所示 车座的中间被镂空以后 会阴区的泌尿组织和生殖系统的组织和血管就被架空 这样就直接减少了对神经和血管的压迫 生殖供血动脉和耻骨联合受不到压迫 就减少了对生殖系统的负面影响 这种车座有效的减少了对会阴区组织和血管的压迫 适合于在城市中骑行 但是还存在一些问题 车座中间被镂空以后 镂空的边缘必然会出现尖角 而人在骑乘时会有一部分的上肢重量压负在那里 同样会感觉不舒适 在曲面上加工凹槽 给制作加工带来困难 而且没有了中间的支撑点 人上肢的重量都会集中在坐骨结节上 这样坐骨结节所承受的压力就会特别大 同样会引起坐骨结节神经痛 综述 5 几款人机坐垫设计 第一章 2直竿形自行鞍座这是一家美国公司所设计的直竿形自行鞍座座 它突破了原始自行车鞍座的造型 整个车座只是由一个横向的直杆构成 没有传统自行车座的突出窄小部分 这样就避免了传统自行车座对人体坐骨生殖区的压迫和摩擦 也就不会压迫到会阴区的神经和血管 不会造成对生殖系统的负面影响 56 但是 从力学的角度来分析 由于车座是桶型的 这样就会大大减少臀部与车座之间的受力面积 坐骨结节和相应的臀大肌所承受的压力会很大 加速骨质和肌肉软组织的疼痛和疲劳 同时 用户为了坐稳身体 重心必然要前倾加重上肢的负担 加速上肢的疲劳 型号有25 4cm 26 8cm 和27 2cm三种 支撑杆直径是8cm 垫子的直径为15cm 总长大约35cm 综述 第一章 3分离型鞍座这是一款设计比较独特的自行车鞍座 64 其突破了原始的自行车鞍座造型 直接只有两块垫料支撑臀部的坐骨结节 座面与水平面的夹角为20 40度 用来支撑臀部的重量 它去掉了传统自行车鞍座的前鼻 避免了鞍座对人体会阴区的挤压和摩擦 不会使人体的敏感组织受到影响 值得注意的是 垫料前倾 从力学的角度来分析 坐骨结节的重量会有一部分分担给前臂和蹬踏时的大腿 所以也就缓解了鞍座对坐骨结节的压力 但是 骑乘者坐在上面容易向下滑动 个人认为其比较适用于比赛时配备 综述 第一章 4月牙型人机工程鞍座这是美国MOONSADDLE公司 67 所设计的一款月牙型人机工程鞍座以及它的人机工程骨骼分析图 图一是人体骨骼在普通鞍座上的位置 受压黄色橡胶球说明耻骨联合部受到了很大的挤压 坐骨生殖区的神经和软组织也很大程度上受到了损害 图二和图三表明了人体在月牙型人机工程鞍座上的情况 从图示可以看到橡胶球几乎没有变形 从而说明其鞍座在避免坐骨生殖区的压迫上是设计的十分成功的 鞍座在安装时有一个与水平面20 30度的夹角 这种调整可以使臀部适应鞍座最佳的座面 从单纯的避免人体器官和组织的角度来考虑 其有一定的道理和可实施性 但是从另一个骑乘舒适的角度来说 由于没有了前部必要的支撑 骑乘者会有缺乏支撑点的感觉 即使这种支撑对于人体来说可能是没有什么作用 或者用处不大