车辆人机工程

1、人机工程概论装备甲装装甲装备人机工程人机工程学概述人机工程学的产生与发展人机工程学的研究内容及方法装甲装备人机工程研究的主要任务人机工程学概述 学科的定义 开展人机工程学研究的必要性人机工程学概述 学科的命名 人机工程学基本概念人机工程学概述 人机工程学的学科特点美国：人类因素学(Human Factors)、 人因工程学(Human Factors Engineering)、欧洲：工效学(Ergonomics) 日本：人间工学我国：人机工程学、工效学、人-机-环境系统工程等等。 学科的命名人机工程学概述 学科的定义人机工程学概述美国人机工程学及应用心理学家A.查帕尼斯（A.Chapanis）

2、把它说成“是在机械设计中，考虑如何使人获得操作简便而又准确的一门科学”。美国人机工程学专家C.C.伍德（Charles C.Wood）把它定义为：设备设计必须适合人的各方面因素，以便在操作上付出最小的代价而求得最高效率。 美国学者的观点人机工程学概述前苏联的学者将人机工程学定义为：是研究人再生产过程中的可能性、劳动活动方式、劳动的组织安排，从而提高人的工作效率，同时创造舒适和安全的劳动环境，保障劳动人民的健康，使人从生理和心理上得到全面发展的一门学科。 苏联学者的观点人机工程学概述著名科学家钱学森认为：“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

3、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。”我国学者的观点人机工程学概述国际上的定义国际人机工程学会(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因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作、生活和休假时怎样统一考虑工作效率、健康、安全和舒适等问题的学科”。 综上：人机工程学概述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规律，优化人-机-环境系统的一门学科。目的在于谋求人-机-环境系统整体的高效率和效益，同时保证人工作的安全、舒适和健康。 人机工程学的基本概念狭义的人机系统：将人与所操纵的机器联系起来，视为一个整

4、体或系统，就称为人机系统；人机系统：广义的人机系统：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；“物”指机器与环境的总和。人机工程学概述人机界面是指人机间能相互施加影响的区域 控制系统人机界面工具性人机界面环境性人机界面 如车辆驾驶系统，飞机驾驶系统，调度系统等如维修工具的手柄、乘员服装等。如照明、振动、噪声、小气候条件等人机界面：人机工程学概述在车辆驾驶室人机系统中，显示控制系统属于第一类人机界面，座椅、各种操控手柄属于第二类人机界面，而舱室内空气质量及振动、噪声等则属于第三类人机界面。座椅、振动及噪声会影响乘员对显示控制系统的操纵能力，而控制系统设计不合理会恶化作业条

5、件，甚至影响系统安全。人机界面：人机工程学概述人机工程学概述机宜人人适机使机器系统尽量满足使用者的体格、生理、心理等条件的要求。 通过对人的科学训练，发挥人有一定可塑性的特点。让人去适应机器的要求，以保证人机系统具有最佳工效。 人机关系：开展人机工程学研究的必要性(1)人类对新技术的探索，促进了人机工程学的发展人机工程学概述(2)重大系统安全事故暴露出的问题 美国三里岛核电站的事故 前苏联乌克兰切尔诺贝利核电站 人机工程学概述印度博帕尔美国联合碳化物公司印度公司的农药厂发生的有毒化学物质泄漏 (2)重大系统安全事故暴露出的问题 人机工程学概述(2)重大系统安全事故暴露出的问题 据统计，自汽车发

6、明以来，已有2000多万人死于车祸，全世界每年平均30万人死于交通事故，80以上是由于人的原因造成的。使得人们认识到仅仅关注车辆本身是不够的，而应该关注人机环境系统问题。人机工程学概述(3)激烈的市场竞争，促进了产品的人性化设计 人机工程学概述武器装备的性能，仅仅是一种可能的战斗力，它的优良性能能否充分发挥出来，能否将这种可能的战斗力转化为现实的战斗力，还取决于装备使用者的技术水平、工作质量和人员与装备之间的适应程度。人机工程学概述(4)武器装备综合作战效能的充分发挥 前苏军20世纪90年代初的研究资料表明，由于忽视了人的能力及与装备之间协调关系，导致其炮兵武器的战斗效能降低40%；某些型号防

7、空导弹的战斗效能降低2030%；坦克的战斗效能降低了3035% 据统计，美国在第二次世界大战的飞机事故中，80的事故是由于人机工程方面的原因造成的人机工程学概述(4)武器装备综合作战效能的充分发挥 解放军第159医院对某部从事坦克专业干部战士腰痛状况的调查分析结果，在552名被调查的干部战士中，407人患有腰痛病,发病率73.7 %。其中驾驶员的发病率为94.0 %,车长42.2，炮长63.0，二炮手89.0%。驾驶员的发病率远高于大型车辆驾驶员56%68%腰痛发病率。 人机工程学概述(4)武器装备综合作战效能的充分发挥 63C装甲输送车 63C废气引射装置工作示意图 63C水上排气口外型人机

8、工程学概述(4)武器装备综合作战效能的充分发挥 人机工程学的学科特点人机工程学概述(1)系统性 现代人机工程学不仅关注系统单个因素或单方面的研究，更关注的是从系统总体的来处理人、机、环境三大因素的关系，谋求人机环境系统总体的最优化 人机工程学概述人机工程学 技术科学工程设计安全工程系统工程机械工程管理工程 人体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(2)综合性装甲装备人机工程人机工程学概述人机工程学的产生与发展人机工程学的研究内容及方法装甲装备人机工程研究的主要任务人机工程学的产生与发展 人机工程学发展历程 人机工程学的产生人机工程

9、学的产生与发展 我国人机工程学发展历程 我军人机工程学研究现状 外军人机工程学研究现状人机工程学的产生与发展 人机工程学的产生起源于欧洲形成于美国 产生背景：工业革命的到来,使劳动的复杂程度和负荷发生了很大变化，改革工具、改善劳动条件和提高劳动效率成为了一个迫切问题人机工程学的产生与发展三个发展阶段经验人机工程阶段 科学人机工程阶段 经验期 创建期 成熟期现代人机工程阶段 人机工程学发展历程人机工程学的产生与发展铁锹作业试验 （泰勒1898） 砌砖作业试验 （吉尔布雷斯夫妇，1911）(1)经验期(从工业革命至第二次世界大战之前 )特点：研究如何根据职业特点，通过合理训练和管理提高人的工作效率

10、，使人适应机器。 人机工程学发展历程人机工程学的产生与发展特点:重视工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。(2)创建期(从二次世界大战至20世纪50年代末) 人机工程学发展历程原因:复杂的武器装备难以操控，导致事故频繁发生。人机工程学的产生与发展 人机工程学发展历程(3)成熟期（20世纪60年代以来） 研究领域不断扩大 应用的范围越来越广泛 在高技术领域中发挥特殊作用 人机工程学的产生与发展稳定的发展阶段起步阶段比较晚十年动乱停滞阶段70年代末80年代初，人机工程学进入较快的发展时期。随着我国科学技术的发展和对外开放，人们逐渐认识到人机工程学研究对国民经济发展的重要性，在工业、农业、林业

11、、交通运输、医疗卫生、以及教育系统等国民经济的各个部门展开了深入而广泛的研究，由此也促成了本学科与工程技术和相关学科的交叉渗透，使人机工程学成为国内科坛上一门引人注目的边缘学科。 60年代初期，只有中科院、中国军事科学院等少数单位从事本学科中个别问题的研究，而且其研究范围也仅限于国防和军事领域，具体讲也就是局限在航空航天医学领域。 我国人机工程学发展历程人机工程学的产生与发展国内人机工程学发展大事记：1981年，陈信、龙升照撰写的论文人机环镜系统工程（学）概论在航天医学工程研究所论文汇编（三）上首次发表，该文于1985年在自然杂志第一期上公开发表；1984年10月，国防科工委成立了“人机环境系

12、统工程标准化技术委员会”； 我国人机工程学发展历程人机工程学的产生与发展1986年5月，国防科工委将“武器装备人机环境系统工程研究”列为国防科技应用、基础研究重点项目；1987年4月，国防科工委成立了“人机环境系统工程专业组”；1988年4月，北京航空航天大学成立了“人机环境系统工程研究所”； 我国人机工程学发展历程人机工程学的产生与发展 我国人机工程学发展历程1989年，我国成立了与IEA相应的国家一级学术组织中国人类功效学学会（Chinese Ergonomics Society 简称CES），下设工效学、人机工程、劳动心理、安全与环境等专业委员会；1993年10 月，中国系统工程学会“人

13、-机-环境系统工程专业委员会”成立，并于北京召开了第一届全国人-机-环境系统工程学术会议，出版了我国第一部人机工程学方面的论文集人-机-环境系统工程研究进展（第一卷），其中共收录了117篇优秀的会议论文，它全面的反映了人-机-环境系统工程这门新兴科学在理论和应用方面的最新研究成果。人机工程学的产生与发展 我国人机工程学发展历程 自此以后，我国的人机工程学进入了一个较快的发展时期。 人-机-环境系统工程研究进展（第一卷）已经出版了八卷,国内越来越多的科研院所和科研机构也开展了大量的有关专题的研究,各类专著犹如雨后春笋般发展起来,人机工程学作为一门新兴的边缘学科,由于其在人们工作生活中越来越多的作

14、用,正被越来越多的人们所认可. 外军人机工程学研究现状由于武器装备环境试验的重要性，许多国家都建有以环境试验为主的试验场，比较著名的有：美国“阿伯丁试验场”；英国“皇家武器装备研究院”；日本“防卫厅第四研究所”；德国“41号试验场”等等。主要研究方法是通过模拟各种自然环境进行整车的机-环实验。人机工程学的产生与发展 外军人机工程学研究现状美国军方在二战以后建立了陆军人体工程实验室，该实验室在长期的实践当中积累了大量人机系统的试验数据和经验，负责美国陆军武器装备的人体工程学评估，它制定了人体工程学的各项军用标准，如MIL-STD-1472。美国国防部专门为武器系统采办过程制定了军用规范MIL-H

15、-46855军用系统、设备和设施的人机工程要求，对美军武器装备的发展起到了重要的作用。人机工程学的产生与发展 外军人机工程学研究现状上述这些工作，对美军武器装备的发展起到了重要的作用。如在美军的主战装备研制中，关于人体工程学方面的评估项目有数百项，而且贯穿于从研制合同到交付部队使用整个装备发展的各个阶段，从而使其主战装备具有良好的人机适应性，极大地提高了其作战效能。此外，美军用于人机工程专项研究的投入也是十分可观的，据资料，美陆海空三军和宇航局每年的专项经费接近1500百万美元。充足的经费保证了其研究的持续和稳定地发展，从而进一步促进了武器装备作战效能的发挥。人机工程学的产生与发展虚拟现实技术

16、的大量应用是一种发展趋势人机工程学的产生与发展装甲装备人机工程人机工程学概述人机工程学的产生与发展人机工程学的研究内容及方法装甲装备人机工程研究的主要任务人机工程学研究内容及方法人机工程学的研究内容及方法 人机工程学的学科构成 人机工程学的研究内容 人机工程学的研究方法机的特性人的特性环境特性机-环特性人-环特性人-机特性人-机-环境人机工程学研究内容及方法 人机工程学的学科构成人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(1)人体测量及应用人的特性研究静止形态参数测量活动范围参数测量生物力学参数的测量生理学与心理学参数测量 人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容静止形态参数测量(1

17、)人体测量及应用人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(1)人体测量及应用从GB1000088中国成年人身体尺寸可知:中国成年男人人群中，有5的人身高尺寸小于1.543米，95的人身高尺寸大于此值；有95的人身高尺寸小于1.775米，5的人身高尺寸大于此值。人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容不同人种不仅在身高上有差异，而且在坐高、上肢前伸长、坐姿下肢长等人体各部位比例尺度上也有差异。几个国家男性人口坐高与身高之比0.5290.5440.5300.5260.5250.5250.514泰国日本中国英国加拿大美国德国(1)人体测量及应用人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内

18、容活动范围参数测量(1)人体测量及应用人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(1)人体测量及应用活动范围参数测量人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(1)人体测量及应用人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(1)人体测量及应用生物力学参数的测量人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(1)人体测量及应用心理学生理学测量主要研究人在各种情况下，生理负荷和心理负荷的变化规律及其特点两栖装备人机适应性试验研究人机工程学研究内容及方法(2)人的信息传递能力及其规律 人机工程学的研究内容主要是研究人接受、传递、存贮信息的方式和反馈信息的能力及方式，为系统的信息显示及控制装

19、置的设计提供依据。人机工程学研究内容及方法(2)人的信息传递能力及其规律 人机工程学的研究内容人机工程学研究内容及方法(2)人的信息传递能力及其规律 人机工程学的研究内容人机工程学研究内容及方法美国空军导弹系统所作的研究表明，2053%的系统故障是由人因差错造成的；据我国空军统计，因维修不当造成的故障与装备本身产生的故障基本上是1:1，也就是说排除一个故障又造成一个故障。(3)人的可靠性 人机工程学的研究内容人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容人-机特性研究(1)信息传递方式和方法 各种显示信息的配置，重要和次要信息的区分，显示信息的排列，仪表板的位置等。人机工程学研究内容及方法 人

20、机工程学的研究内容(1)信息传递方式和方法 人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(2)作业条件及舒适性 作业姿态分析 人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(2)作业条件及舒适性 闭窗驾驶时，乘员坐高(903mm)比空间实有高度(839mm)高出64 mm：乘员的眼位坐高(801 mm)比潜望镜平面高山132mm，致使驾驶员在操作时感到碰头，直不起腰，观察时需要弯腰，乘员不得不长时间以强迫体位姿势进行工作。 人机工程学的研究内容(2)作业条件及舒适性 人机工程学研究内容及方法人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容三代主战坦克驾驶舱的空间布局适合欧美人体形体尺寸，不符合

21、我国的人体形体尺寸。50的驾驶员在闭窗驾驶时，头部超出车内空间高度19.6mm;脚踏板难于踏到位,腿的长度偏小140mm。 (2)作业条件及舒适性 人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容操控方式的选择操控件外形和尺寸操控件的可达性和可操作性(3)操纵控制技术 人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容夏季人体舒适温度为243冬季人体舒适温度为222研究表明实际温度与人体温度相差1，即可降低工作效率1，环境温度为1723事故率最低，温度越高或越低事故率约大。人-环特性研究(1)温度人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(1)温度(1)温度热环境对脑力劳动的影响人机工程学研究内

22、容及方法 人机工程学的研究内容(1)温度63装甲输送车行驶两小时后车内外温度地区环境温度/车内温度/内外温差/驾驶员位载员位驾驶员位载员位杭州36.052.042.516.06.5苏州35.242.642.07.46.8北京32.040.838.08.86.0人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容GB93589规定的高温作业允许作业时间限值10104244152040422030384030403638重劳动/min中等劳动/min温度/(1)温度人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(2)振动人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(3)噪声人机工程学研究内容及方法 人

23、机工程学的研究内容(3) 噪声驾驶员位113.6db(A)载员舱 108.8db(A )63C输送车90.50107.2db(A)63A水陆坦克5小时的连续暴露引起乘员暂时性听力损失107.31.0111.52.1db(A)59式坦克影响测量值车型拖拉机的标准驾驶员位置90db，美军标为110 dB，国军标为113 dB人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(3)噪声射击后发生暂时性听力下降，平均听力下降7db171.5171.8db(P)63A水陆坦克射击8发后炮弹，引起听力域值下降，但降低幅度低于持续行驶5小时降低幅度166.5182.8db(P)59式坦克影响射击时瞬时噪声车型人

24、机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容(4)空气质量车内空气质量下降的原因：乘载员呼出的废气；射击后的残留废气发动机废气倒灌泄漏油液的挥发通风条件有限等 排风扇通风口人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容人-机-环特性研究人机功能分配系统总体性能的分析和评价中枢神经感觉器官行动器官机器本体操作部分显示部分接受信息执行功能（输入）（输出）信息反馈人机界面三要素模型人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究内容人-机-环特性研究感觉器官眼中枢神经系统眼耳体左腿右腿左手右手执行器官车辆主体仪表灯光操纵部分显示部分离合器制动器油门变速杆操纵杆道路、障碍物信号、标志环境信息警报噪音振动鼻有

25、毒气体微气候车辆人机界面素模型人机工程学研究内容及方法 人机工程学的研究方法人机工程学研究内容及方法通过调查的方式，了解被调查人对某些特定条件或因素的反映、感受，收集他们的意见采用的方式(1)口头问答法(2)问卷调查法(3)跟踪调查法调查分析法 人机工程学的研究方法人机工程学研究内容及方法通过调查的方式，了解被调查人对某些特定条件或因素的反映、感受，收集他们的意见采用的方式(1)口头问答法(2)问卷调查法(3)跟踪调查法调查分析法 人机工程学的研究方法人机工程学研究内容及方法调查分析法影响乘员持续作战能力的作业环境限制因素为： 车 长：噪声、高温、疲劳、振动； 驾驶员：高温、疲劳、噪声、废气；

26、 炮 手：高温、废气、噪声、视野受限； 二炮手：噪声、刺激性气味、废气、视野受限 人机工程学的研究方法人机工程学研究内容及方法观察分析法通过观察、记录被观察者的行为表现、活动规律等，然后进行分析的方法 人机工程学的研究方法人机工程学研究内容及方法系统仿真法该方法是通过模型模拟实际系统特性来研究人机系统特性。 人机工程学的研究方法人机工程学研究内容及方法试验法室内试验一般在专门的人机系统试验台或专项试验台上进行室内试验现场试验指在工作现场对机械设备人机系统进行的实地测试和试验。装甲装备人机工程人机工程学概述人机工程学的产生与发展人机工程学的研究内容及方法装甲装备人机工程研究的主要任务装甲装备人机

27、工程主要任务加强对乘员作业规律的研究，提高人的适应能力积极探索 努力改善坦克装甲车辆人机工程设计水平装甲装备人机工程研究的主要任务不断完善坦克装甲车辆人机工程标准化体系建设装甲装备人机工程主要任务积极探索 努力改善坦克装甲车辆人机工程设计水平（1） 舱室布局与人机界面 车辆总体方案与舱室布局的关系 防止误操作舱室人机界面装甲装备人机工程主要任务积极探索 努力改善坦克装甲车辆人机工程设计水平(1)振动和噪声控制(2)温湿度控制(3)空气质量的控制整车减振降噪和局部减振降噪相结合整车空调系统和局部调温措施车内通风系统、空气净化装置、供养装置措施（2） 舱室内微环境 装甲装备人机工程主要任务包括:防

28、止人的失误或误操作的技术;安全保护措施等积极探索 努力改善坦克装甲车辆人机工程设计水平（3） 安全与防护 装甲装备人机工程主要任务加强对乘员作业规律的研究，提高人的适应能力 装甲车辆有害因素及耐受时限研究坦克乘员持续作战能力冬季21611分钟，夏季1448分钟；乘员的生理心理反应和疲劳程度随行车距离呈增长趋势，驾驶员(体力负荷为主) 增加幅度明显高于车长(脑力负荷为主)的增加幅度，疲劳程度呈非线性增加，主要表现是力量下降、心率增加坦克持续行驶2745分钟时，30的车长出现恶心、呕吐等现象。原因振动和废气倒灌装甲装备人机工程主要任务加强对乘员作业规律的研究，提高人的适应能力影响乘员持续战斗力的因素担负的任务技术水平 人员的素质 训