人机工程学主讲闫朝华

1、人 机 工 程 学绪论主讲 闫朝华合肥学院艺术设计系1 绪论1.1人机工程学导入及定义1.2人机工程学的起源与发展1.3人机工程学的研究内容及方法1.4人机工程学与工业设计工业设计最直接动机和最根本目的是什么?1.1 人机工程学的导入及定义发现并满足人的需求是工业设计最直接动机和最根本目的所在人的需求是设计的出发点，也是设计的目的和归宿 不管我们设计的是一个产品、一个工作空间，一份用户手册、甚至是一个软件界面，所有的人造物都可以看作是机的概念，其最终目的都是为了满足使用者，也就是人的某种需求。人的需求又包括哪几个层面 ?人对产品的需求包括两个层面：物质层面: 要求我们的设计能满足一定的功能需要

2、 有用的 结构合理, 性能良好，安全易用舒适高效 好用的 精神层面： 要求我们的设计具有良好的形式，能激发人们希望 拥有和使用的欲望: 形态新颖 色彩协调 愉悦感受 想要用的烧水壶之-有用的、好用的、想要用的使用时健康安全吗？有用的壶嘴处易落灰-不卫生由于壶把的设计转动灵活在灌水时有可能壶身倾斜抖动-引起烫伤水烧开水时易扑灭燃气火焰-煤气中毒水烧开后没有及时发现-水烧干-引起火灾有用的使用时舒适方便吗？由于壶把的设计形态扁平，握持时硌手，不舒适壶把握手部分位置不合理，在灌水时手腕处于别扭姿势，不舒适。接水时需要转动把手打开和盖上壶盖麻烦不方便有用的好用的由于壶把的设计形态握持时舒适，尺度及位置

3、即适合提又适合灌水手腕都保持顺直舒适状态壶嘴处设计的装置既可以保证不落灰，同时又是一个鸣笛安全卫生壶嘴的设计可以接水方便1. 蓝色的拱形垫料，能够保护手不被金属把的热量烫伤；它的底部很宽，这样能够使水迅速烧开，上面的壶口也很宽，便于清洗。2. 在壶嘴处有一个初出茅庐的小鸟形象，当壶里的水烧开时，小鸟会发出口哨声，非常形象。 快乐鸟水壶 -格雷夫斯 1985有用的、好用的、想要用的有用的好用的想要用的最终用户寻求的是易用的 安全的 舒适的 高效的产品易用： 把人体测量的规范用到了设计中去使产品的各部 件逻辑的组织在一起.安全：消除设计中产品的不安全因素。舒适：不应产生不自然的生理和心理的疲劳。高

4、效: 方便省力凭直觉就可以简单操纵的产品怎样使得一个设计是好用的? “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；研究在工作中，家庭生活中和闲暇时间内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。” 国际人类工效学学会定义：(International Ergonomics Association，简称lEA)定义的第一句话指出，人机学的研究对象是工作环境中的解剖学、生理学、心理学等方面的因素。第二句话指出，人机学的研究内容是人-机-环境的最佳匹配，人-机-环境系统的优化第三句话指出，人机学的研究目的是设计一切器物都要考虑

5、人们的生活，工作安全、舒适、高效。人机工程学的设计要求的“安全、舒适、高效”是中央级的，但也要受到其他条件的约束、其他目标的制衡，不是唯一的，也未必总是优先的。实际设计中，应该是在限定条件下提高安全、舒适、高效的程度。人指操作者或使用者；机泛指人操作或使用的物，可以说一个产品也可以是一个工作空间，一份用户手册、甚至是一个软件界面，所有的人造物都可以看作是机的概念；环境是指人、机所处的周围环境，如作业场所 和空间、物理化学环境和社会环境等；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它们所处的周围环境所构成的系统，简称人机系统。1）人机具体含义说明2）人机工程学的研究对象： 本课

6、程是一门多学科综合的边缘学科。人机学研究的主要内容就是“人机环境”系统，人机学既研究人、机、环境每个子系统的属性，又研究人机系统的整体结构及其属性。力求达到人尽其力，“机”尽其用，环境尽其美，使整个系统安全、高效，且对人有较高的舒适度和生命保障功能。 最终目的是使系统综合使用效能最高。 3）人机工程学的特点： 人机工程学是一门综合性边缘学科，学科边界模糊；学科内容综合性强；涉及面广，是“人体科学”、“技术科学”和“环境科学”之间的有机融合 4）人机工程学的任务： 使机器的设计和环境条件的设计适应于人，以保证人的操作简便省力、迅速准确、安全舒适，心情愉快，充分发挥人、机效能，使整个系统获得最佳经

7、济效益和社会效益。 设计需要感性的认识，更需要理性的思考。人机工程学的发展赋予设计科学化的色彩，使设计更少的受设计者主观臆想的影响，是对形态判断设计价值的一种冲击。为人性化的设计提供了依据。 1.2 人机工程学的起源与发展萌芽 人机工程学虽然是现代新兴的学科，但是有证据表明人机工程学原理在远古2500年前就已经为人所知并保存了下来。 那些在现今设计中所关注的人机工程学主题几乎都可以找到它的萌芽。 考古发现的不同领域人机工程学设计的例子证明了人类祖先对实用性和提高生活、改善工作条件的关注。 种种征兆显示在古代已经拥有很好的关于人的因素的知识，并借此实现以人为中心的设计目标。 以人为中心设计理念的

8、萌芽 Plato戏剧中引用的一句格言：“人是所有东西的测量尺度”。武器及工具的设计萌芽 基于对人的因素良好知识的设计迹象 利用人体各部分的相对比例关系作为设计的基本比例。比如：庙宇圆柱的高度是其柱脚直径的8倍。而8：1正是女性身高和脚长之间的比.由于了解了人的视错觉特性，古希腊建筑师在设计建筑物时充分利用视错觉，以给观者特别的感觉。例如 帕提亚神庙中巨大的柱子并非是笔直的，而故意设计成一定的弯曲弧度，却给人以挺拔精巧的感觉。帕提亚神庙1.2 人机工程学的起源与发展萌芽 基于人机工程设计建议 欧洲医学之父希波克拉底(Hippocrates)（公元前460公元前370）在他关于外科手术的文章中，对

9、手术场所进行了具体的介绍和建议,在另一篇提到手术用具应该具有怎样的形状、尺寸、重量及结构，以便使用更方便。 使劳动负荷最小化的设计 大理石柱的雕砌与运送 安全性设计 为防止马车下滑的天然制动器1.2 人机工程学的起源与发展公元前16世纪时期的青铜罐（古代盛水容器）公元前8世纪的黏土罐(三个把手) 在古代，壶罐是最常见的器皿。在各种壶罐中可以发现有多种巧妙的设计解决方法。多种多样、不同尺寸的壶罐有不同的用途，适用于不同的人体尺寸。尤其是把手的处理.萌芽- 日常器皿的人机学设计 1.2 人机工程学的起源与发展萌芽 日常器皿的人机学设计 双耳瓶 1.2 人机工程学的起源与发展萌芽 日常器皿的人机学设

10、计古罗马时期的器皿1.2 人机工程学的起源与发展萌芽 日常器皿的人机学设计 1.2 人机工程学的起源与发展 考工记在察车之道中曾谈尺度与人、马的关系： “凡察车之道，欲其朴属而微置轮已崇，则人不能登也，轮已庳，则于马终古登弛也。故兵车之轮六尺有六寸，田车之轮六尺有三寸.”车的各种尺度取决于人的尺度： 所谓“轮已崇-意思是：车轮太高则人不易上下，轮太低，拉车的马就会十分费力终日如爬坡。我国古代人机设计1.2 人机工程学的起源与发展明代著名戏曲家李渔设计了一种暖椅和凉杌，暖椅内设一储炭火抽屉，“御尽其寒，使四肢均受其利”。充分考虑了人机环境系统进行设计以人为本。 1.2 人机工程学的起源与发展 虽

11、然人机学基本思想的萌芽，在人类历史上是源远流长的。但在一定程度还属于人们一种“自发的思维倾向，本能的行为方式”，作为一个独立的学科，人机工程学的起源可以追溯到20世纪初期。1.2 人机工程学的起源与发展1.2.1 对劳动工效得苛刻追求人机工程学的孕育 时间：世纪初二次世界大战背景： 19世纪后期，一系列的发明、发现为西方工业的迅速发展提供了新技术基础，机械化的生产方式和机器大工业日趋成熟，并转而追求效率。1.2 人机工程学的起源与发展F.W.泰罗(Frederick W.Taylor)- 1898年“铁锹作业试验研究”1. 6lb 10lb 17lb 30lb 1lb=0.454kg 铁锹 8

12、h 工作效率 10lb 效率最高-关于体能合理利用的最早科学实验2. 对比不同操作方法、操作动作的工作效率，关于合理作业姿势的最早科学研究及作业时间的研究：每挥锹一次需要多少时间？ 一流工人每班次工作量？3. 其后二十年发展了这些研究统称为“时间与动作研究”吉尔布雷斯(Frank BGilbreth)1 .“砌砖动作研究”每小时从140升为359块2 . 延伸到设备布置和工作场所设计 1919年 疲劳研究闵斯特泼格（unsterberg) 把心理学与上述研究综合 心理学与工作效率1.2.1 对劳动工效得苛刻追求人机工程学的孕育1.2 人机工程学的起源与发展1.2.1 对劳动工效得苛刻追求人机工

13、程学的孕育1.2 人机工程学的起源与发展意义：这一阶段工作的意义在于，提高工效的观念从此不在是自发的思维倾向，它已经开始建立在科学实验的基础上，具有了现代科学的形态。人机学的历史从此开始。 特点：虽然包含了改善工作条件，减轻作业疲劳的内容，但核心是最大限度提高人的操作效率，在人机关系的基本面上总体来看是要求“人如何适应机器” 即以机器为中心进行设计“；目的是以选择和培养操作者为主，在基本学术理论上思想上与现代人机学是存在对立的。1.2.1 对劳动工效得苛刻追求人机工程学的孕育 时间：世纪初二次世界大战背景： 这时的机械设计多以功能的实现为目标，机械生产出来后，让人去适应机器，以它们的运转来决定

14、与调节着工人的生产活动。生产的效率与节奏完全由机器所决定，操作者只能被动地跟随机器的节奏工作。 1.2 人机工程学的起源与发展1.2.2 二战中尖锐的军械问题人机学的诞生时间：二次世界大战背景： 科学技术的发展，使机器的性能、结构越来越复杂，人与机器的信息交换量也越来越大，这样单靠人去适应机器已很难达到目的。 第二次世界大战期间, 一些国家, 特别是英国和美国, 大力发展各种效能高、威力大的新式武器装备. 由于片面地注重了功能和技术研究, 忽视了人的因素，忽视了对使用者操作能力的研究和训练, 因而由于操作失误而导致失败的教训屡见不鲜。 还有二战中入侵前苏联的德军的枪械问题有的国家开始聘请生理医

15、生、心理学家参与设计，并未增加多少经费，却事半功倍，效果显著1.2 人机工程学的起源与发展1.2.2 二战中尖锐的军械问题人机学的诞生 通过研究分析认识到，在人和武器的关系中，主要的限制因素不是武器而是人，并深深感到“人的因素”在设计中是不能忽视的一个重要条件。设计好的高效能装置，除了工程技术知识外，还必须有心理学、生理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。1.2 人机工程学的起源与发展 学科思想至此完成了一次重大转变： 从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美国人伍德说：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的效率。恰帕尼司 等

16、三人合著应用实验心理学-工程设计中人的因素 最早系统论述了人机学的理论和方法课堂讨论思考题在公元前人们所设计的物品就已经体现了以人为中心的思想，为什么到了20世纪反而走了弯路。远祖时代,人类的生存环境是极为严酷的,在危急条件下,由生存的愿望和能力就会产生出生存设计。如果设计失误,后果将是致命的。因此, 失误会马上得到纠正。经过无数次反复修改尽管这些设计在技术上都是极为简单的,但在实际使用上却非常有效非常人性化。2过去的许多物品其设计者就是制造者和使用者，他们会本能的考虑人的生理心理及环境因素，不断在使用中改进完善，成为适合自己的东西，最终就非常符合人机原理。而现今，产品设计者通常远离产品的最终

17、用户，所以考虑人的因素就不直接。3所以产品设计以用户为中心进行人机工程设计就会尤其重要.1.2.3 向民用领域延伸-人机工程学的发展和成熟 时间：世纪年代以来 到了60年代，欧美各国进入了大规模经济发展时期，在这一时期，由于科学技术的进步，使人机工程学获得了更多的发展机会。开始在军事和航天工业以外的民用品领域得以应用，包括：家具、家用电器、室内设计、医疗器械、计算机设备与软件、生产设备与工具等。汽车公司和其他消费公司。 企业开始意识到人机工程学在工作场地和产品设计方面的重要性。 1.2 人机工程学的起源与发展代表：美国学者麦克考米克 1957发表了第一部关于人机学的Eronomics亨利-德雷

18、夫斯（Henry Dreyfuss） 1959年发表的人的测量1.2.3 向民用领域延伸-人机工程学的发展和成熟 时间：世纪年代以来1.2 人机工程学的起源与发展瑞典设计师曾纳尔 1955 在宇航技术的研究中，提出了人在失重情况下如何操作，在超重情况下人的感觉如何等新问题。 1.2.3 向民用领域延伸-人机工程学的发展和成熟时间：世纪年代以来1.2 人机工程学的起源与发展美国阿波罗登月舱设计中的小插曲是否只考虑宇航员尽量舒适？系统论、信息论、控制论“三论”、尤其是系统论的影响与渗入，人机学的学科思想有了新的发展，IEA定义明确强调人机（及环境）系统的优化，人与机器应互相适应、人机直接应合理分工

19、。人机学的理论至此趋于成熟。1.2.3 向民用领域延伸-人机工程学的发展和成熟时间：世纪年代以来1.2 人机工程学的起源与发展1.2.4反思工业文明与可持续发展人机学的更高阶段 反思工业文明的负面后果，吸收可持续发展的理论，人机学正经历着新的学科思想演进。绿色设计、生态设计、节能设计、再生设计等理念，立足于人与自然保持持久和谐，回归到中国古代“天人合一”的设计伦理。1.2 人机工程学的起源与发展1.3 人机工程学的研究内容及方法 人机学研究的主要内容就是“人机环境”系统，简称人机系统(Man-machine system)。 构成人机系统“三大要素”的人、机、环境，可看成是人机系统中三个相对独

20、立的子系统，分别属于行为科学、技术科学和环境科学的研究范畴。 对于工业设计专业，可将人机学研究的主要内容归纳为四个方面: “人的因素”研究 “机的因素”研究 “环境因素”研究 “综合因素”研究 1.3.1 人的因素作为自然人的特性: 人体尺寸参数 主要包括动态和静态情况下人的作业姿势及空间活动范围等，它属于人体测量学的研究范畴。人的机械力学参数 主要包括人的操作力、操作速度和操作频率，动 作的准确性和耐力极限等。人的感知和信息传递能力 主要包括人各种感觉通道的生理极限能力以及人对信息的接受、存贮、记忆、传递、输出能力，以及。人的可靠性及作业适应性 主要包括人在劳动过程中的心理调节能 力，心理反

21、射机制，以及人在正常情况下失误的可能性和起因。作为社会人的特性: 人在工作和生活中的社会行为、价值观念、人文环境等1.3.2 机的因素操纵控制系统 主要指机器接受人发出指令的各种装置，如操纵杆、方向盘、按键、按钮等。这些装置的设计及布局必须充分考虑人输出信息的能力。信息显示系统 主要指机器接受人的指令后，向人作出反馈信息的各种显示装置，如模拟显示器、数字显示器、屏幕显示器，以及音响信息传达装置、触觉信息传达装置、嗅觉信息传达装置等。无论机器如何把信息反馈给人，都必须快捷、准确和清晰，并充分考虑人的各种感觉通道的“容量”。安全保障系统 主要指机器出现差错或人出现失误时的安全保障设施和装置。它应包

22、括人和机器两个方面，其中以人为主要保护对象，对于特殊的机器还应考虑到救援逃生装置。1.3.3 环境因素物理环境 主要有照明、噪声、温度、湿度、振动、辐射、粉尘、气压、重力、磁场等。化学环境 主要指化学性有毒气体、粉尘、水质以及生物性有害气体、粉尘、水质等。心理环境 主要指作业空间(如厂房大小，机器布局，道路交通等)，美感因素(如产品的形态、色彩、装饰以及功能音乐等)。 此外还有人际关系等社会环境对人心理状态构成的影响.1.3.4 综合因素人机间的配合与分工(也称人机功能分配) 应全面综合考虑人与机的特征及机能，使之扬长避短，合理配合，充分发挥人机系统的综合使用效能。 列出人与机的特征机能比较，

23、根据列表分析比较可知，人机合理分工为： 凡是笨重的、快速的、精细的、规律的、单调的、高阶运算的、操作复杂的工作，适合于机器承担； 而对机器系统的设计、维修、监控、故障处理，以及程序和指令的安排等，则适合于人来承担。1.3.4 综合因素人机信息传递 是指人通过执行器官(手、脚、口、身等)向机器发出指令信息，并通过感觉器官(眼、耳、鼻、舌、身等)接受机器反馈信息。担负人机信息传递的中介区域称之为“人机界面。1.3.5 人机工程研究方法自然观察法 厨房布置实测法 坐椅设计 图1-1实验法 键盘设计模拟和模型实验法 车辆防碰系统设计系统分析评价法已有数据调查研究法访谈调查问卷1.4.1 人机工程学对工

24、业设计的作用为工业设计中考虑“人的因素”提供人体静动态尺度参数 为工业设计中物的功能合理性提供科学依据 为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则为进行人机环境系统设计提供理论依据 1.4人机工程学与工业设计1.4.2 工业设计各阶段中人机工程设计工作程序规划阶段（准备阶段）考虑产品与人及环境的全部联系，全面分析人在系统中的具体作用。明确人与产品的关系，确定人与产品关系中各部分的特性及人机工程要求的设计内容。根据人与产品的功能特性，确定人与产品功能的分配。1.4.2 工业设计各阶段中人机工程设计工作程序方案设计 从人与产品、人与环境方面进行分析，在提出众多方案中按人机工程学原理进行分析比较比较人

25、与产品的功能特性、设计限度、人的能力限度、操作条件的可靠性以及效率预测，选出最佳方案按最佳方案制作简易模型，进行模拟实验、将实验结果与人机工程学要求进行比较，并提出改进意见对最佳方案写出详细说明：方案获得的结果、操作条件、操作内容、效率、维修的难易程度、经济效益、提出的改进意见。1.4.2 工业设计各阶段中人机工程设计工作程序技术设计从人的生理、心理特性考虑产品的构形从人体尺寸、人的能力限度考虑确定产品的零部件尺寸从人的信息传递能力考虑信息显示与信息处理根据技术设计确定的构形和零部件尺寸选定最佳方案，再次制作模型，进行试验从操作者的身高、人体活动范围、操作方便程度等方面进行评价，并预测还可能出

26、现的问题，进一步确定人机关系可行程度，提出改进意见。1.4.2 工业设计各阶段中人机工程设计工作程序总体设计对总体设计用人机工程学原理进行全面分析，反复论证，确保产品操作使用与维修方便、安全与舒适，有利于创造良好的环境条件条件，满足人的心理需要，并使经济效益、工作效率均佳1.4.2 工业设计各阶段中人机工程设计工作程序加工设计 检查加工图是否满足人机工程学要求，尤其是与人有关的零部件尺寸、显示与控制装置。对试制的样机全面进行人机工程学总评价，提出需要改进的意见，最后正式投产。实际案例分析电话的设计演变是理解人机工程学的绝佳案例亨利.德雷夫斯 美国工业设计师，曾任美国工业设计协会第一任主席在许多

27、领域创建了设计风格比如：对美国人的生活产生了深刻的影响美国工业设计的先驱，也是一名人机工程学专家开拓性的工作1959人的测量 倡导人机工程学使其成为工业设计的一个重要的因素1937年至1964年间为贝尔公司设计的各系列电话是理解设计应用人机工程学的典范。If people are made safer, more comfortable, more eager to purchase, more efficient - or just plain happier - the designer has succeeded.“ - Henry Dreyfuss “Phone of the Futu

28、re” Competition（1929） 1929年亨利.德雷夫斯赢得了未来电话设计竞赛，并且开始和贝尔实验室合作设计电话，作为贝尔实验室的一个设计顾问，亨利.德雷夫斯认为：电话的外形应该从里到外进行改革，而不仅仅只是一个最终工程师能把所有结构都塞进去的外形，他劝说贝尔实验室允许他和工程师一起通力合作，用一种简单统一的形式来表达他们的设备。 难看的大小和外观听筒易从挂钩脱落易倾倒需用双手“Phone of the Future” Competition（1929）Product name: Model 302. Design: Henry Dreyfuss, 1936. 这款电话从内到外进行

29、了彻底的设计，它结合了当时最先进的通讯技术，将电话的听筒和话筒结合成一体置于手柄上； 而手柄的水平支架、拨号盘、及其它结构被集成在一个稳定厚重的底座上。统一而平稳的形态代替了难看笨拙的形态。 特别是对于手柄的设计为了满足最大范围人的要求，手柄上话筒到听筒的距离考虑了人脸的形状，采用平均值。 这款电话获得空前成功，作为现代电话的母机，一直生产到1950年。 德雷夫斯成功的主要原因在于他对人的关注，尤其是对大多数消费者的需求的关注，这也是他的工作特点。因为用户寻求的是好用、舒适的以及能够凭直觉简单操纵的产品。 德雷夫斯认为适用于人的机器才是最有效的。设计不应是表面的改变，更是技术上的潜在变化。改进

30、产品不仅是技术上的创新，而且也是形态上的创新。形式与功能是统一的。 德雷夫斯把规范和试验视作设计的过程中非常重要的因素，尤其是对模型进行研究。这些我们都可以从他为贝尔公司设计的500型电话的过程中得到验证。设计任务用户的满意度300系列电话 1946年，贝尔电话实验室(Bell Telephone Lab, AT&T)请德雷夫斯想办法改进数以百万计的美国家庭、办公室所使用的电话，亨利. 德雷夫斯和他的设计小组采用了以下的程序来应对这项新的挑战。无法持话筒于耳朵与肩膀之间太重材质易破碎拨号时无法看数字话筒应更适合拿取300系列电话步骤一 思考及定义问题 他们研究电话有哪些不同的外型？电话是如何制

31、作的？人们平常又是如何使用电话？ 通过研究定义了300型电话需要重新设计改进的问题。步骤一 思考问题 了解设计问题之后，设计小组开始脑力激荡，发挥他们的想象力，对于新型电话的设计提出所有可能性：是不是可能改变电话的形状？是不是可以把电话生硬的线条都改成平滑的圆角？电话是不是可不是单调的黑色，而是鲜艳的彩色？步骤二 画出想法 这些新型电话设计的想法，现在看起来似乎是稀松平常，然而在半个多世纪之前，却都是非常创新的想法。接下来设计者便用如图所示手绘的草图，加上一些简单的批注，甚至制作一些粗略的模型，来快速表达他们创新的想法，进一步厘清这些想法，或者发展出新的点子。步骤三 制作模型 在思考新型电话设

32、计时，可能有非常多创新的想法，而许多想法在草图绘制的阶段可能就已经被否定掉了，被保留下来的设计概念逐渐发展完整后，设计师们便进一步以木头、油土、或石膏，将这些设计概念制作成实体的模型，包括电话的听筒、基座、拨号转盘这些实体模型能让设计师更具体感受到其设计，同时也被用来展示给他们的顾客AT&T公司看，讨论是否能满足他们顾客的要求。设计师用尺寸草图表现G型的电话听筒概念设计师用图纸和模型与客户交流木制的电话听筒模型用来检验其可用性 宜人性步骤四 评估设计 根据这些电话的实体模型，设计师和他们的顾客可以仔细评估新型设计是否顺手好用？是否能配合使用者的脸形和耳朵？他们曾测量了两千张脸来决定嘴和耳朵之间的平均距离并规划了一系列的设计原型的分析测试，来评估新型电话设计的各种性能，并且不断作细部修改。Product name: Model 500. Company name: AT&T. Design: Henry Dreyfuss, 194