第5章 人体运动与操纵装置设计(I)

1、练习题n1、人机工程学的综合定义和英文名称？、人机工程学的综合定义和英文名称？n2、人机工程学发展历史？、人机工程学发展历史？n3、人机工程学的应用领域、人机工程学的应用领域n4、人机工程学的主要研究方法？、人机工程学的主要研究方法？n5、了解人机工程学与其他学科的关系、了解人机工程学与其他学科的关系n 人和机器的特征技能和功能的比较n 人机系统的功能和类型n列举感知信息传递途径n列举应激的类型和预防方法n列举人体主要尺寸类型n列举人体测量学在工业设计中的应用n分别指出人体的基准面和基准轴（图解）n如何计算主要的统计函数和百分位数*n视野定义、视野范围以及与视区的关系。n视角与视力的定义和计算

2、方法。n视觉显示装置的分类及其特点。n模拟式仪表中的人机学问题是什么，如何在实际中应用。n软件人机界面的设计原则。思考题思考题n1、根据个人的经验经历，写出一份关于当前、根据个人的经验经历，写出一份关于当前产品或设备所存在的人机工程学问题的报告。产品或设备所存在的人机工程学问题的报告。 要求思路清晰明确，有分析和调研，有自己的要求思路清晰明确，有分析和调研，有自己的独特观点和看法。独特观点和看法。第五章 人体运动与操纵装置设计Chapter 5 Human body motion and design of controls 案例uncomfortable posturecomfortable

3、work-related musculoskeletal disorders Hand Arm Vibration Syndrome. From /noptimise the human factor element of the air transport repair system 案例肠胃内窥器材肠胃内窥器材的操作手柄的操作手柄(handle of endoscopic device)设计者：设计者： Joe Gordon 委托公司：委托公司：Wentworth Institute of Technology主要内容n51 人体运动与操作

4、动作n52 操纵装置的人机学问题n53 手的运动特征和手动控制器的设计n54 脚的运动特征和脚动控制器的设计n55 重体力作业的设计案例案例案例51 人体运动与操作动作n在人-机-环境中，人的操作活动都是通过运动系统来实现的。n必须考虑人体运动同机器设备的相互作用，相互协作的关系。511 人体运动骨和骨骼（骨和骨骼（bone and skeleton）、肌肉）、肌肉(muscules)和神经和神经(nervous system)1骨的功能骨的功能骨骼构成人体的支架，有支持和支撑的功能。骨骼构成人体的支架，有支持和支撑的功能。n骨是人体活动的杠杆，肌肉牵引骨产生运动骨是人体活动的杠杆，肌肉牵引骨

5、产生运动 。n骨有保护功能。骨有保护功能。n骨有造血功能。骨有造血功能。 人体骨骼简图骨杠杆的作用2 关节运动关节运动(Joint motion)n角度运动(Angle motion):n旋转运动（Rotational motion）： n环转运动(Circumduction motion)垂直轴垂直轴Vertical arrow矢状面矢状面 saggital plane额状面额状面 Coronal plane水平面水平面horizon plane额状轴额状轴Coronal arrow矢状轴矢状轴Sagittal arrown（1）角度运动：相邻骨产生角度增大或减少的运动 关节沿额状轴：角度减

6、小为屈(flexion) ，角度增加为伸(extension) ； 关节沿矢状轴：向正中面移动为内收(adduction) ，远离正中面 移动为外展(abduction) ；n（2）旋转运动：骨绕垂直轴的运动称为旋转运动 由前向内：旋内(inward rotation)；由前向外：旋外(outward rotation)n（3）环转运动(circumduction motion)： 整根骨头绕通过上端点并与骨成 一定角度的旋转运动3 肌肉的运动特征n肌肉和骨、骨连接组成运动器官，在神经系统的指挥下，以及在循环系统等的配合下共同完成运动作用n肌肉的状态：收缩(contraction)和放松(re

7、lax)、紧张(tension)n不同部位的肌肉力（表5-1，P154）512 操作中人的动作类型1动作定位术语n正中线（median line）；n上(above)、下(below)；头部、足底n前(front)、后(rear)；腹部、背部n内侧和外侧(internal, external)； 靠近/远离正中面n近端和远端(proximal, distal)； 靠近/远离躯干n桡侧和尺侧(ulnar, tibial)； 前臂的外侧/内侧n腓侧和胫侧(fibular, radial) ； 小腿的外侧/内侧n浅和深(superficial layer, deep layer)； 靠近/远离皮肤或

8、器官表面2 2动作分类动作分类n1. 定位动作(Discrete movements)n2. 重复动作(Repetitive movements)n3. 连续动作(Sequential movements)n4. 逐次动作(Continuous movements)n5. 静态调整动作(Static positioning )2 2动作分类动作分类n 1. 定位动作(Discrete movements)： 朝着所要求固定目标(stationary target)动作。 分为视觉定位动作和盲目定位动作，如指计算机屏幕上一个字或敲击键盘上相应的键。视觉定位动作(Discrete movement

9、s with visual)：n视觉定位动作时间与距离的关系（图5-2）n 不同部位每动作一次所需要的平均时间（表5-3, P157）盲目视觉定位动作(Discrete movements without visual) ：n盲目定位动作离目标位置的差距（表5-4）2. 重复动作(Repetitive movements)： 连续不断从事相同的动作，如钉钉子；n人体各部位动作的最大频率（表5-5）n3. 连续动作(Sequential movements)： 包括一系列定位动作连续进行控制，如打字； n 4. 逐次动作(Continuous movements)： 各种动作按照一定顺序，有次序

10、的进行，如用带锯切一块木板；n5. 静态调整动作(Static positioning )： 将物体提持在空间的任意一点的动作，如手工焊接。5 51 13 3 操作动作的分析方法操作动作的分析方法1作业动作分析方法n（1）操作图分析法（图5-3）n（2）小动作图分析方法n（3）工人活动程序图分析法n（4）工作图分析方法（图5-3或表5-6）n通过测量耗氧量获得能量消耗2拟定更好的分析方法n（1）调查研究发现问题 目的，为什么，不做会如何，能否改革，令手艺差和经验少的人也能胜任，在哪里做，其他地方是否会更经济，什么时间做等。n（2）深入生产现场拟定更好的操作方法 取消不必要的重复操作；改变不合理

11、的工艺顺序；简化必要的工序514 动作经济性原则(Economic principle of motion)n目标：减少操作疲劳，提高工作效率，缩短操作时间。n关于人体动作的使用n与动作的安排、工作的顺序、操纵装置和设备设计有关。n采取的措施如：使工作有节奏、改善动作的过渡、缩短操作距离；双手同时操作，使身体平衡。采取的措施n使工作有节奏、n改善动作的过渡、n变选择目标为确定目标、n缩短操作距离；n双手同时操作，使身体平衡。巴恩斯(RMBarnes)的动作经济原则分析n关于人体动作的使用(Usability of human movement) （取消；合并；重排；简化取消；合并；重排；简化）

12、 n工作场所的布置(Arrange of workplace)n工具及设备的设计(Design of hand tool and device)关于人体动作的使用n两手同时操作，动作对称，同时动作；n动作简单实用；n合理利用惯性力；n连续曲线和弹道曲线运动动作为佳；n动作尽可能轻松、自然而有节奏。 工作场所的布置n工具、材料应置于固定场所和工作者身边；n工具、材料按照最佳工作顺序排列；n材料供给应尽量利用重量运输；n视觉舒畅；n工作空间和工作台尺寸合适，工作者有良好姿势。工作场所的布置（工程设备操作室）工作场所的布置（包装生产线）工具及设备的设计n除手工作外，也采用夹具和脚踏工具，推荐组合工具

13、（Multifunction hand controls）；n工具、材料和操作装置应处在使操作者少改变操作姿势的地方，尽量采用机械力；n手指的负荷应当按照生理机能分配；n尽量使操纵器和手接触面积增大，利于握牢，但是必须避免对组织的过大压力和不舒适的姿势。工具及设备的设计工具及设备的设计工具及设备的设计工具及设备的设计52 操纵装置的人机学问题（Ergonomics problems of control devices）521 操纵控制器的类型和选择1 操纵控制器的类型n按人体操作的部位不同： 手动控制器和脚动控制器手动操纵器和脚动操纵器Toggle switch hand wheel joy

14、 stick pedal crank level driver simulator pedaln按功能不同：开关控制器、转换控制器、调整控制器、紧急停车控制器: 红色蘑菇形按钮手动操纵器和脚动操纵器Toggle switch hand wheel joy stick emergency switch crank level driver simulator pedal按功能不同：n开关控制器：如按钮、踏板、手柄、摇柄n转换控制器：如手柄、选择开关、选择旋钮n调整控制器：如手柄、旋钮、操纵盘n紧急停车控制器：红色蘑菇形按钮2 操纵控制器的选择n控制器选择与控制要求、环境和经济等有关。n各种控制器

15、的使用功能（表5.8）n使用情况的比较（表5.9）各种控制器的使用功能（表5.8）使用情况的比较（表5.9）n用于不同工作情况的控制器的建议（表5.10）p169n追踪任务的控制器选择（表5.11）p169522 可能产生的操作错误(possible operation error)n汽车交通事故，人的因素占有95%522 可能产生的操作错误n由于人的错误判断、错误操作所引起的事故率： 汽车 90% 喷气式飞机 50-60% 化学工业 30%n国外统计：58-78%的事故是由于对人机系统中人的因素估计不足造成的。错误类型n置换错误：不同功能的控制器放在一起，相互关系却不易辨别。某车辆的雨刷和前

16、灯开关混淆。n调节错误：调节控制开关时，调错开关位置。例如车床进给量调节容易出错。逆转错误：操作方向与实际需要操作的方向相反。如某冲压机手柄上抬，压头下压。无意的操作错误：复位或固定，操作不小心等。如某冲压机按钮阻力太小 523 控制器的一般要求(Common requirements of controls)n任何控制器都要适合人体特征适合人体特征的要求，如操纵力、操纵速度、安装位置、排列布置等。n如机器和人体姿态位置匹配，操纵力速度匹配控制器的一般要求n控制器要与设备系统的工作状态系统的工作状态结合起来n控制器要易于辨认n尽量使用自然的控制自然的控制动作或借助操作者身体部位的重力重力进行控

17、制。保证力反馈的感觉。控制器的一般要求n在许可条件下，尽量设计多功能多功能控制器。n控制器的造型设计造型设计，要求尺寸大小适当、形状美观大方、式样新颖、结构简单，并做到操作简便、省力，给人舒服的感觉。524 设计时要注意的几项人机因素(several important human factors )n1控制-显示比(Control-response ratio or C/R ratio) 控制器的操作量和显示量的比 B=C/D B 控制-显示比；C 控制器的移动量或转动量；D显示器的显示量控制-显示比小的调节控制器适用于粗调的场合，调节时间短，但是不容易控制精度；控制-显示比大的调节控制器适

18、用于精调，容易控制，但需要时间长些。粗调和精调粗调和精调2控制器编码(Coding of controls)n减少操作错误的一个方法是把控制器进行编码，使每个控制器都有自己的特征或代号，使操作者确认而不易混淆。n编码类型：形状编码(shape coding)，大小编码(Size coding)，位置编码(Location coding)、颜色编码(Color coding)、标号编码(Label coding)形状编码n控制器的形状与它的功能有逻辑上的联系，以便于形象记忆；n控制器的形状应能在不用视觉或有必要戴手套的情况下，凭触觉也可分辨清楚。花纹编码花纹编码(Texture coding)(

19、a)和和 (b) 类旋纽适合作类旋纽适合作360度度以上旋转操作；以上旋转操作；(c) 类旋纽适合类旋纽适合360度以内旋转操作；度以内旋转操作；(d)类适合作定位指示调节。类适合作定位指示调节。大小编码n操纵器采用大小编码时，一般说来，大操作器的尺寸要比小操纵器的大20%以上，才有准确操纵的把握。n而这一点是较难保证的，所以，大小编码形式的使用是有限的。n位置编码： 垂直布置的操作准确性优于水平布置，间距以12cm左右为好。如汽车上离合器踏板、制动器踏板、加速踏板n颜色编码： 需要照明条件，种类不宜太多。一般只有红、橙、黄、蓝、绿及黑白几种色彩。n标号编码： 用文字或符号或符号表明其功能。

20、如各种电子产品的键盘编码案例上图为家用蒸汽浴罩。思考一下这些按键用哪种编码方式比较适合。上图为家用蒸汽浴罩。思考一下这些按键用哪种编码方式比较适合。n3控制器动作方向与系统反应的关系 应当使控制器的操作方向同系统过程的变化方向一致。 使控制器操作和功能之间有逻辑上的联系，有利于操作人员的记忆和辨认，提高操作效率。 目的达到使用方便、一学就会、一用就灵 n图5.9 表5.14 p117525 控制器的布置1 控制器的布置原则n（1）最常用或最重要的控制器，应布置在手（脚）活动最灵活、反应最灵敏、用力最适宜的空间范围和合适的方位上。n（2）控制器的排列，应适合人的操作习惯，按照操作顺序和逻辑关系进行安排。n（3）联系较多的控制器应尽量安排在一起或在临近位置上，并与控制器编码相适应。最常用或最重要的控制器，应布置在手（脚）活动最灵活、反应最灵敏、用力最适宜的空间范围和合适的方位上。控制器的布置原则n