《人机工程学》学习

1、目录 TOC o 1-5 h z 一、 人机工程学是什么(2) HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 二、人机工程学发展历程(4) HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 三、作业空间尺寸(6) HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 四、人的运动学基础知识 (7)五、人机工程与我们的岗位创新 (16 ) HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 六、人机工程的经典故事 (20)一、人机工程学是什么1、新人机工程学的定义200

2、0年，国际工效学协会发布了新的人机工程学定 义：人机工程学是研究系统中人与其他组成部分的互交关 系的一门学科。2、传统人机工程学的定义人机工程学就是研究人、机和环境这三大要素之间的 关系，并为解决系统中人的作业效能、安全、心理和健康 问题提供理论和方法。3、“随处可见人机，哪里都是工程”我们的日常生活和工作中，处处可见到“人”和“机” 的相互关系。比如以下的关系图： 人在使用电梯的过程中，会涉及到许多人机工程的关系：关系结构图示研究的相关问题1、人与电 梯门的人 机关系电梯门宽咼是否符合人体 尺寸；自动开关的电梯门是 否会夹伤人；自动电梯门的 开启关闭是否设置合理等 等。2、人与电 梯外按键

3、的人机关 系按键是否有标识；按键标识 能否让使用者容易识别；按 键的高度是否符合人体操 作的舒适范围等等3、人与电 梯箱体的 人机关系电梯箱体内的照明、通风是 否符合人的需求；箱体的长 宽高是否符合需求等等。、人机工程学发展历程任何学科都有起源和历史，人机关系的演变和发展可以 大体分为三个历史时期：萌芽期：人类起源到20世纪30年代初步发展期：20世纪40年代-20世纪60年代快速发展期：20世纪70年代-至今1萌芽期的人机工程有了人类就有了造物，有了造物就有了人机关系。早 在石器时代，人类就学会了选择石块，打制成可供砍、砸、 刮的各种工具。人机工程学开始采用科学方法，系统地研究人的能力与 其

4、所使用工具之间的关系，兴起于19世纪末-20世纪初。1884年德国学者Mosso进行了着名的肌肉疲劳试验，可以说使科学人机工程学的开端。1898年美国学者泰勒在钢铁厂对铁铲铲煤作业进行研究，用5KG 10KG 17KG 20KG四种装煤铁铲对铲煤作业 进行实验，发现10KG铁铲效率最咼。他的研究成果成了 欧美一些国家为了提高生产效率而推行的“泰勒制”。1911年美国吉尔布雷斯夫妇对建筑工人砌砖作业进行 研究，通过快速摄影机将砌砖动作拍摄下来并进行分析， 去掉无用的动作，使砌砖速度由每小时 120块提高到350 块，作业效率提高一倍多。他们还对外科手术的过程进行 改进，将外科大夫自己取器械的方式

5、改变为只需说出器械 名称，由助手取器械并递给大夫，这一成果一直沿用至今。2、初步发展期的人机工程第二次世界大战中设计的大批武器，只考虑武器性能， 而忽略了操作者的协调关系，造成很多操作失误引发的事 故。因此，首先在军事领域中开展了人机工程的综合研究 与应用。二战结束后，人机工程的研究成果广泛应用于非军事领 域。这段时期的发展也使人机工程真正成为一门独立的学 科3、快速发展期的人机工程进入20世纪70年代后，科学技术发展飞速，电子计算 机普及，自动化程度不断提高，大大促进了人机工程学的 发展和进步。三、作业空间尺寸1、作业空间设计以人体尺寸为基本参数，从尺寸上保证 人体结构的活动要求。影响作业空

6、间的因素很多，首先，视觉因素是对作业 空间起决定性的因素，视觉决定头部位置，也决定了人体的姿势。其次，作业的性质(性质分技能作业、体力作业和脑 力作业等)对作业空间也有影响。技能作业要求更多视觉 观察，体力作业注重肌肉施力，各自作业空间设计都有不 同侧重点。图3-24表明，不同作业性质要求不同的工作台高度。2、立姿作业立姿作业在我们岗位作业中占有很大比例，立姿作业 的优点是作业区域大，便于肌肉施力，作业者的体位容易 改变。图3-27是立姿作业的人体尺寸参数。四、人的运动学基础知识1肌肉运动运动系统的运动都需要通过肌肉收缩而牵动骨绕关节 运动，肌肉是人体运动能量的提供者，人的活动能力是靠 肌肉决

7、定的。2、肌肉的施力(1肌肉的施力有两种方式，这两种方式以及不同点如F表:肌肉施力方式定义施力方式主要区别动态肌肉施力肌肉运动时收 缩和舒张交替 进行血液随肌肉收缩和舒张进入和压出 肌肉，新成代谢顺畅，肌肉不容易 疲劳，如图5-8b ;静态肌肉施力持续保持收缩 状态的肌肉运 动收缩肌肉压迫血管，阻止血液进入 肌肉，新成代谢不能顺利进行，肌 肉容易疲劳，如图5-8c ;(2)肌肉静态施力的人体生理变化，与动态施力相比， 静态施力会造成消耗加大，肌肉酸痛，心率加快和恢复期延长等现象，造成这个原因主要是肌肉缺氧，导致肌肉内 积累大量乳酸造成。国外学者研究发现，中学生单手提书包比背书包要消 耗多一倍的

8、能量，这主要由于手臂、肩、躯干部分静态施 力引起的,如图5-11 o国外学者还研究了手工播种土豆作业，同样作业30分钟，手提篮子心率增加量比挎着篮子心率增加量要多，可 见心脏负荷的增加是手提篮子的静态施力造成的结果，如 图 5-12 o（3）日常工作中，施力方式的识别：工作图例施力方式识别出租 车司 机臀部和腰部肌肉处于静 态施力（容易疲劳，甚 至患腰椎病）；手和脚反 复运动来控制方向盘、 油门、档位等，手和脚 的肌肉处于动态施力（不容易疲劳）。普通 铳床 操作腰部肌肉处于静态施 力，容易疲劳，甚至患 腰椎病。普通 钻床 操作腰部、手臂、肩膀肌肉 都处于静态施力，手臂 和肩膀施力大，容易疲 劳

9、和酸痛（4）减少静态施力的方法。避免不“自然”的身体姿势避免长时间抬手作业合理设计作业面高度，可减少手臂静态施力。尽可能双手交替作业（5）事实上，日常作业都是既有静态施力，也有动态施 力，很难具体划分彼此界限，也很难避免。但我们通过学 习肌肉施力的概念，通过改进，可以减少静态施力，多想 办法我们能做得更好。3、骨和关节运动（1在肌肉收缩牵引力作用下，骨绕关节转动，使人体 产生各种运动和操纵姿势，这称为骨人体运动，这也是人 机工程学的主要内容之一。（2）人体运动时间和精度手的运动速度与运动习惯有关，一般是与手的运动习 惯一致的运动，其速度较快，准确较高。由于人体结构的特点，人的运动在某些方向上速

10、度更 快，国外学者对不同方向的运动时间进行研究，分析归纳 如下：在水平方向的前后运动比左右方向运动快；手在垂直面的运动速度比在水平面的运动速度快，准确度也比水平面的高；“从上往下”比“从下往上”的运动速度快；手朝向身体的运动比离开身体方向运动快，但后者准确度高；顺时针方向的操作动作比逆时针方向的快；单手在外侧60角左右的直线动作和双手在外侧30 角左右同时的直线动作速度都最快，效果最好，如图5 5；从精度和速度来看，单手操作较双手操作为佳 ；这样的结果，对于工作区域的设计有很大意义，比如 设 计装配线上物品的放置等。手的力量人的大部分工作都是由手来完成的，因此手的力量在工 作中起着更为重要的作

11、用，手的力量和运动方向、肘关节 的角度等有密切的关系。国外学者 Clarke研究表明，当 肘关节为60 - 120时，手臂产生的内收力最大，如图 5-32。人的作业和动作效率从能量的角度分析，肌肉收缩产生的能量分为两部分： 热能和机械能。机械能占有的比例越大，作业效能越高。为了提高作业效率，国外专家 Barnes等人研究总结出 “动作经济性原则”。这些原则简单可以归纳成4个方面：同时使用两只手，避免一手操作一手空闲；力求减少动作数量，避免一切不必要的动作；尽可能减少动作距离，避免出现全身性动作；寻求舒适的工作环境，减少动作难度，避免不合理的 工作姿势；重体力作业的合理操作对于重体力作业的改进，

12、一方面要努力提高作业效率， 另一方面要减轻人的实际作业强度，设计一些节省体力的工具和设备，可以减少操作者的工作量，如下图：搬运重物过程中，提起重物时，腰部椎间盘回承受一 定压力，用不同方法提起重物时，对腰部椎间盘的影响是 不同的。如图7-19,直腰提起重物，椎间盘压力变化比较小。弯 腰提起重物，椎间盘压力会突然增大，这是因为弯腰提起 重物，椎间盘压力分布不均引起的。为了避免腰椎损伤和疲劳，在提起重物的时候要直腰， 上身尽量伸直，弯曲膝盖，如图7-21。4、手工具设计人类使用手工具的历史和人类的历史一样久远，从早 期人类使用的石器，到现代社会的电钻，人的生活和工作 都离不开手工具，正确设计手工具

13、成为人机工程学重十分 重要的内容。手工具设计考虑的因素很多，主要从人体手的尺寸以 及力学原理进行分析。研究表明，在处于抓握方式下，抓 握物和人的手臂呈大约70时，人的手腕保持自然状态， 如图5-63。简单来说，手工具设计就是人使用工具时尽量使手保 持自然状态。典型的手工具设计和分析（右图是改进以后）：内容图例分析尖嘴 胶钳 把手符合手 和腕的转 动，使手 腕保持自 然状态， 避免腕部 位酸疼。手铲 把手手锯 把手改进 抓握 把手 方式避免掌部 压力过 大，使用 更舒适。改进 按纽避免单个 手指重复 运动，减 少手指疼 痛。五、人机工程与我们的岗位创新1根据立姿作业的人体尺寸参数，我们能更好改进

14、我们 的操作位置，使之更便于操作。改进成果1:制作风动扳手存放架，提高存放位置，使存 取扳手的位置处于人手最有利抓握的范围。改进成果2:提高翻转机操作面板，使其处于人手操作最 适宜的范围。2根据作业空间设计尺寸，重体力工作要求的工作台高 度，我们对相关岗位的作业高度进行改进。改进成果3：装缸盖气门岗位，打紧喷油器双头螺柱作业, 作业高度偏高，非常累，容易腰椎劳损，增加踏板（相当 于降低工作台高度）后，作业条件得到很大改善。3、根据中学的物理知识，在扭距一定的情况下，加大力 臂可以减少作用力。改进成果4:调缸盖气门岗位，转动曲轴比较费力，员工劳动强高。加大力臂可以减少转动力。根据中学学过的杠 杆

15、原理M= FX L，我们可以更深入分析改进过程：改进前改进后假设转动曲轴的扭矩：M=30 N.mM= FX L30 Nm = F X 0.5 mF = 60N需要60牛顿的转动力才能转 动曲轴假设转动曲轴的扭矩：M=30 N.mM= FX L30 Nm = F X 1 mF = 30N需要30牛顿的转动力才能转 动曲轴结论：力臂L由0.5m加长为1m后，转动力减少一半, 加长力臂可以更省力！在人机工程理论知识的指导下，我们岗位创新硕果累 累，总结以上几个成果，我们可以编成一个脍炙人口的顺 口溜：增加架子，便操作。提高按钮，腰杆直。加个踏板，不疲劳。杠杆原理，省力多。只要我们多想一点，多做一点，我们就会做得更好！六、人机工程的经典故事美国阿波罗登月舱设计中，原方案是让两名宇航员坐 着，即使开了 4个窗口，宇航员的视野也十分有限，很难 观察到月球着陆点的地表情况。为了寻找解决方案，工程 师互相争论，花费很多时间。一天一位工程师抱怨宇航员 的座位又重又占用空间，另一位工程师马上想到，