人机工程学01-绪论

艺术学院专业课程

人体工程学

吴欣彦参考书目：《人体工程学与室内设计》中国建筑出版社同济大学刘盛璜《建筑环境心理学》中国建筑工业出版社常怀生《人体尺度和室内空间》天津科学技术出版社龚锦曾坚校《室内设计资料集》《建筑设计资料集》中国建筑工业出版社《普通人体工程学》湖南科学技术出版社赵红洪《视觉与视觉环境》同济大学出版社杨公侠（1）学科的命名人类工程学——HumanEngineering

人的因素工程学——HumanfactorsEngineering

人体工程学、人机工程学、人类工效学（Ergonomics）（2）学科的定义人体工程学是以人的生理的、感知的、社会的和环境的因素为依据，研究人与人机系统中其他元素之间的相互关系，创造健康、安全、舒适、协调的人—机—环境系统提供理论和方法的学科。第一部分绪论1人机工程学的命名与定义《辞海》——人体工程学是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。

人体工程学是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用，为设计操作简便、省力、安全、舒适，人-机-环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的科学。人、机、环境的具体含义：

人——指操作者或使用者；

机——泛指人操作或使用的物，如工业产品、设备设施、建筑结构、环境规划、生活用品等；

环境——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。国际人机工程学学会（IEA，InternationalErgonomicsAssociation）1960的定义：

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；研究在工作中、家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。三句话，分别说明人机学的研究对象、内容与目的。IEA2008年8月的新定义：

人机工程学是研究系统中人与其他部分交互关系的学科，运用其理论、数据和方法进行设计，应用系统工效优化及人的健康、舒适之目的。

新定义概略、简洁，强调了系统中人与其他因素交互作用的观念。设计应在多种约束和多重目标之间恰当地把握住平衡。人机工程学要求的“安全、舒适、高效”，是重要的，但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。

人机学里的“机”或“机器”是广义的，指一切人造器物：大到飞机、轮船、火车，小到钳子、笔、水杯；也包括建筑、环境及其中的设施等。引例日常生活中的物品，从使用的角度看--------

哪个好？

1234512345Q1：为什么大巴、地铁的车门高度定为2M，扶手栏杆的直径采用30mm上下？Q2：为什么课桌椅的高度、宽度定为当前尺寸？Q3：为什么电脑键盘的字母如此排列？每个键设计为凹面？Q4：为什么学生的书包设计为双肩包，背带处比较厚软？Q5：为什么银行ATM机所有的屏幕都向后倾斜？Q6：为什么计算器、手机上的按键颜色、形态不一样，为什么按键时配以声音？Q7：为什么汽车的仪表盘字体使用黑体居多？Q8：为什么在有的灯光环境下人呆着舒服，有的却很难受？Q9：生活当中有很多使用不方便的产品，为什么不方便？如何去改良？……

第一节人体工程学的研究对象和目的

一、引例——思想萌芽源远流长

器物要和人（使用者）的各种因素相适宜。

——人机工程学基本理论的简洁表述。鲁智深的禅杖原始人狩猎所用的棍棒、石块或投枪，……半坡遗址中的石桌、石凳、陶土餐饮具，……

人机学基本思想的萌芽是人自发的思维倾向，本能的行为方式。

“人的因素”：不限于人体尺寸、体能、肢力等人体生理方面，

还涉及人的感知、认知、情感、精神、心理、社会等更深广方面。

在产品、视觉传达、环境设计中都很重要。图1-1戏说张爷和他的蛇矛身高2.5倍的蛇矛，

耍得开吗？涂上黄色

“警示条”多好？左撇子、右撇子

都合适！太高啦！！开关和炉口如何对应？无所适从一目了然从哪边开？想过感受过这些问题吗？例12生产设备的正反两例

反适合高1.37m、肩宽0.64m、手臂平展2m之畸形人使用的车床。

正把带电机的旋具弹性吊挂着使用。

图1-5畸形人适用的车床图1-6弹性悬挂的螺丝刀例13北京一些大医院里的“电热开水机”，水龙头上有红、绿两个指示灯，想喝热开水者很困惑：绿色表示“通行”，但也表示凉（温度低）；红色表示热，但又表示“禁止”。

到底哪个灯亮表示是热开水呢？三、日常生活中人机学问题的巡视例1大沙发豪华气派，坐着却腰疼。

例2宾馆单人床配两个同样大小的枕头，多余吗？

例3旧式旅客列车的窗户。

例4公共卫生间为什么总有人做不到“便后冲水”？

例5楼道里“人走关灯”的标语与彻夜长明的灯互相嘲笑。

例6升级换代产品——双肩背书包（图1-2）。

图书包提挎方式与脊柱形态例8阅览室里，学生们坐在长条形桌案两

侧专心致志地看书学习，…抬起头来略事思索，

正巧对坐那位也抬起了头，…倒霉，是陌生的

异性同学！——设计心理学问题。

例9深色发亮的小药片塑料袋，说明文字很小，颜色与塑料袋颜色的对比又弱；

存款单居然是白纸上印着橙黄色的字。

例10形形色色的剪刀，

里面学问可不少（图1-3）。图1-3功能形态各异的剪刀例11老年人手机例12“同学，引路标牌这么写更好”人机学问题比比皆是：床柜、桌椅、寝室、水房、浴室、餐厅、超市、网吧、实习工厂、银行、邮局、学习文具、计算机、手机、实验室、图书馆、运动场、公交车……无处不在。

发现和思考人机学问题的深广度，是检验学习效果的标准之一。所以人体工程学的目的：主要研究科技和空间环境与人类之间的交互作用，在实际的工作学习、生活环境中，人体工程学者应用学科知识进行设计，以达到人类安全、舒适、健康、工作效率提高的目的。第二节人体工程学的形成和发展学科思想的演进

一、中国古籍中的卓越论述图1-8《考工记》中

兵器宜人性的论述……用于劈杀大刀、剑戟，使用有方

向性，握柄截面应为椭圆，凭手握柄杆的

感知，无须眼看可掌握刀刃、钩头的方向。

用于刺杀的枪矛，使用没有方向性，柄杆的截面应该做成圆形。……要根据弓箭手的性格来配备弓箭，性情温和、行动迟缓者：强劲急疾的硬弓；暴躁性急、行动快猛者：柔韧的软弓。…（译文）

工作、劳动

姿态都那么自然、

舒展，很好地把

握了工具、设备

与人体尺寸的适

应性问题！d）琢玉

c）黑粒去壳取仁a）分金炉清锈清底b）铸钟、铸鼎《天工开物》是世界上第一部关于农业和手工业生产的综合性著作，是中国古代一部综合性的科学技术著作，有人也称它是一部百科全书。起源于欧洲，形成于美国。人体工程学（Ergonomics)一词是1857年波兰教授雅斯特莱鲍夫斯基提出的。1、早期人机工程学（20世纪初到二战之前）

人物：泰勒（FrederickW.Taylor）

特点：设计以功能的实现为目标，人适应于机器与工作；2、科学人机工程学（二战期间）特点：重视工业与工程设计中“人”的因素，力求使机器适应于人；3、现代人机工程学（20世纪60年代）

以人为本，从整体上来研究人—机—环境系统，以创造最适合于人的各种产品和作业环境，使人—机—环境系统和谐统一，从而获得最优综合性能。二、人体工程学的起源与发展

二、人机学的形成、发展和学科思想的演进古代文明中科学思想萌芽，不等同于现代科学理论。人体学发展简史和学科思想的演进，可分4个阶段。1．对劳动工效的苛刻追求——人机学的孕育F.W.泰勒（1856-1915）的“时间与动作研究”（TimeandMotionStudy），吉尔布雷斯夫妇的“砌砖作业实验”等多项研究。图1-10F.W.泰勒1914年，教授闵斯特伯格的《心理学与工业效率》出版1919年布氏夫妇合著的《疲劳研究》出版。1919年英国“工业保健研究部”，展开工效问题的广泛

研究，包括作业姿势、负担限度、体能、工间休息、工作场

所光照、环境温湿度，以及工作中播放音乐的效果等等。至此，提高工效的方法开始建立在科学实验的基础上，有了现代科学的形态。但这一时期研究的核心，是最大限度地开挖人的操作效率。从人机关系方面考察，总体看是要求人适应于机器，即以机器为中心进行设计；研究的主要目的是选拔与培训操作人员。

在学术理论上，与现代人机学是南辕北辙、因此，应该看作是人机学的孕育期。卓别林（1889-1977）与《摩登时代》2．二战中尖锐的军械问题——人机学的诞生一战到二战，飞机大幅度技术升级，但事故、伤亡频发。投巨资研制的“先进”飞机未必能打胜仗，使人惊愕，进而醒悟：飞机的技术性能必须与使用人的生理机能相适配。有的国家聘请生理医学、心理学家参与设

计，经费增加有限，却事半功倍，效果显著。二战中入侵前苏联德军的枪械问题，…现实使各国科技界终于认识到：器物设计必须与人的解剖学、生理学、心理学条件相适应。1947年，英国海军部成立交叉学科研究组。

次年默雷尔建议构建一个新的科技词汇“Ergonomics”，

新学科名称及其涵盖的研究内容为各国学者所认同，

现代人机学诞生。当时美国人伍德说：“设备设计必须适合人的各方面因素，使操作的付出最小，而获得的效率最高。”反映了这一时期人机学的学科思想。人机学的学科思想至此完成了重大的转变：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。20世纪五、六十年代后，人机学的研究和应用，从军工迅速延伸到民用品等广阔领域，主要有家具、家电、室内设计、医疗器械、汽车与民航客机、飞船宇航员生活舱、计算机设备与软件、生产设备与工具、事故与灾害分析等。

3．向民用品等广阔领域延伸——人机学的发展加之系统论的渗入，人机学学科思想又有新发展，IEA的定义明确：

人机（及环境）系统的优化，人与机器应互相适应、人机之间应合理分工。人机学的理论至此趋于成熟。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，以可持续发展理论为统领，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。

人机学此前的观念是：要求人、机、环境三者和谐统一。以可持续发展理念为指导，则由人、机、环境三维加上一维（未来），演进为人、机、环境、未来四者和谐统一。人机学的应用，以下方面可能形成今后热点：计算机人机界面、永久太空站的生活工作环境、弱势群体（残疾人、老年人）的医疗和便利设施、海陆空交通安全保障、生理与心理保健产品与设施等等。数字技术、信息技术、基因技术急剧地改变着人类的文明进程，带给人们空前福祉的同时，必须警觉其危及人们体魄和精神健康的负面影响，人机学今后将任重而道远。以设计体现对弱势群体的关爱！三、人机学的学术团体和教育

1．国际的和各国的学术团体及其主要活动

（1）各主要工业国的学术团体及其活动英国最早建立人机工程学会，成立于1950年。随后建立国家人机学学会的有：联邦德国（1953），美国（1957），前苏联（1962），法国（1963），日本（1964）等。英国人机工程学会从1957年起发行会刊《ERGONOMICS》，坚持几十年一直至今，贡献卓著。美国人机工程学会发行会刊，出版书刊、发布专利，是提供人机学研究成果、数据资料最多的国家。

在20世纪漫长的冷战年代，为了军备竞赛，美国对人机工程研究投入巨大，1970年代有4400人从事人因工程研究，其中属于军事部门者850名。美国陆海空三军制定了很多军事人机工程技术标准。

（2）国际人机工程学学会国际人机工程学学会（IEA）成立于1960年。1961年举行了第一届国际人机工程学会议。此后，每三年举行一次，至今未曾间断。

（3）国际人机工程学标准化技术委员会代号ISO/TC-159，成立于1957年。2．我国的学术团体及其主要活动

（1）中国人类工效学学会英文：ChineseErgonomicsSociety，简称CES，1989年6月成立。已协同国家技术监督局制定了百十个人机工程的国家标准。

（2）中国人类工效学标准化技术委员会

（3）其他的人机学学术组织机械、冶金工业等系统在1980年代成立了本行业的工效学学会；

中国工业设计协会下属的人机工程学专业委员会于1985年建立；

中国系统工程学会下的“人-机-环境系统工程专业委员会”成立于1993年。

3．人机学的专业教育（1）高等教育中开设人机工程学课程的专业有管理（劳动安全和卫生）、工业设计、航空航天、车辆设计与交通工程、机械工程、环境工程等。

（2）人机工程学也被作为这些专业硕士、博士学位的一个研究方向。1研究内容

对象：人—机—环境系统 a、人与产品关系的设计 b、人机系统的整体设计 c、工作场所和信息传递装置的设计 d、环境控制和安全保护设计2研究方法（具体后翻） a、自然观察法 b、实测法 c、实验法 d、分析法第3节研究内容与方法人机工程学的研究内容人机工程学的研究对象：

三要素——人、机、环境环人-机机-环人机环机人-环目前人体工程学的前沿领域研究包括：人机关系；人与环境关系；人与生态；人的特性；人机系统的定量描述；人际关系、直至团体行为、组织行为、心理状态等方面的研究。

人机工程的主要研究内容：人的特性的研究人机系统的总体设计人机界面和工作场所的设计环境控制与安全保护设计近期国内外人机工程学研究的方向：工作负荷研究，包括体力活动、智力活动、工作紧张等因素引起的生理负荷和心理负荷。工作环境的研究，包括各种工作环境条件下的生理效应，以及一般工作与生活环境中振动、噪音、空气、照明等因素的人机工程学的研究。工作场地、工作空间、工具装备的人机工程学的研究。信息显示的人机工程学问题，特别是计算机终端显示中人的因素研究。计算机设计与人机工程学研究。工作成效的测量与评定。机器人设计的智能模拟等。人-机-环境系统中心理学的研究。人机工程学的研究方法研究方法观察法实测法实验法模拟和模型试验法计算机数值仿真法分析法调查研究法实验法驾驶员眼动规律实验装置模拟和模型试验法研究车辆碰撞的人机系统模拟与模型计算机数值仿真法——计算机上建立系统的数学模型第四节、人体工程发展新趋势1、绿色人体工程2、虚拟人体工程3、数字化人机工程4、智能化人机工程1、绿色人机工程

绿色设计的基本思想是在设计阶段就将环境因素和预防污染措施纳入产品设计中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。绿色设计是指在产品整个生命周期内以产品环境属性为主要设计目标，着重考虑产品的可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等功能目标，并在满足环境目标的同时，保证产品应有的基本功能、使用寿命和经济性等，突出了生态意识和以环境保护为本位的设计理念。比较因素传统设计绿色设计设计依据用户对产品提出的功能、性能、质量和成本要求环境效益和生态环境指标与产品功能、性能、质量和成本要求设计人员很少或没有考虑有效的资源再生利用和对生态环境的影响在产品构思和设计阶段，即考虑降低能耗、资源重复利用和保护生态环境设计技术或工艺很少考虑产品回收，仅考虑贵重金属回收考虑可拆卸、易回收、无毒副作用及产生最少废弃物设计目的以需求为主为需求和环境设计，满足可持续发展要求产品普通产品绿色产品或绿色标志产品绿色设计与传统设计的比较环境协调性——产品开发与使用的过程中，对人类生态环境与资源环境的协调有益程度。将环境问题与产品性能、造型设计等共同考虑价值创造性——产品价值形态的变化：结构与零部件设计中的结构技术的更新与进步变化；材料、工艺选择中的污染防范技术的应用；在人与环境整体关系中的创新设计和提高产品总体价值的措施功能全程性——将产品的功能认识与价值认识贯穿产品开发直至废弃全过程。绿色设计的基本特征2、虚拟人机工程虚拟现实技术——利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与该环境进行自然交互，从而体验比真实世界更丰富的感受。应用领域——军事、建筑、汽车工业、计算机网络、服装设计、化工、医学、娱乐等虚拟技术的特征——自主性，交互性，沉浸性3、数字化人机工程研究课题主要包括：数字化的人体态人机学建模人机工程分析系统人机工程咨询系统人机工程评价系统4、智能化人机工程人机智能结合系统——将人的创造性、预见性等高级智能与计算机低层相结合的系统。研究内容：人的智能模型，人机智能结合的必要条件，人机交互作用，计算机的智能结构，人机交互的智能化⑴瞬间操作分析：用随机抽样法对系统每间隔时刻的信息进行记录和分析。⑵知觉与运动信息分析：对人机反馈系统进行测定分析，阐明人机信息传递的数量关系。⑶动作负荷分析：分析操作者连续操作情况，推算操作者工作的负荷程度；或由负荷程度确定负荷率⑷频率分析：对机械使用频率和人的操作频率进行测定分析，据此调整人体负荷。⑸危象分析：对事故隐患进行分析。⑹相关分析：分析两个以上变量，确定合乎规律的关系。分析法

——在用前述各种方法获得一定资料后进行

三、人机工程学的学科体系及应用领域一、学科体系二、学科应用领域1、学科体系人机工程学人体科学工程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工业设计工程设计安全工程系统工程环境保护学环境医学环境卫生学环境心理学环境监测学机械工程管理工程……2、学科应用领域建筑、艺术设计……机械人力资源管理交通公共设施环境规划人机工程学第五节与艺术设计的关系与工业产品设计的关系人的因素已成为工业设计的主要因素甚至决定因素。由“以人为本”的设计观念看，人机工程学是产品由设计概念的建立到生产、销售的理论基础和主导思想。与环境设计的关系a工作场所设计与工业产品设计分不开。b室内空间设计

室内空间的大小更离不开人的尺度要求。c建筑设计人体尺寸指导建筑构件的大小以及建筑空间的规划。第二章人体基础数据1.人体构造2.人体尺度人体尺度是人体工程学研究的最基本的数据一。下图是我国成年男女中等人体地区的人体各部分平均尺寸。下图是人体的骨骼组成示意图右表是我国具有代表性的一些地区成年男女身体各部分的平均尺寸第一节人体工程学在室内设计中的应用一、确定人和人际在室内活动所需空间的主要依据

根据人体工程学中的有关计测数据，从人的尺度、动作域以及人际交往的空间等，以确定空间范围。二、确定家具、设施的形体、尺寸及其使用范围的主要依据

家具设施为人所使用，因此它们的形体、尺寸必须以人体尺度为主要依据；同时，人们为了使用这些家具和设施，其周围必须留有活动和使用的最小余地。三.提供适应人体的室内物理环境的最佳参数

室内物理环境主要有室内热环境、声环境、光环境、重力环境、辐射环境等，室内设计时有了上述要求的科学参数后，在设计时就有可能有正确的决策。四.对视觉要素的计测为室内视觉环境设计提供科学依据人眼的视力、视野、光觉、色觉是视觉的要素，人体工程学通过计测得到的数据，对室内光照设计、室内色彩设计、视觉最佳区域等提供了科学的依据。第二节人的行为心理与空间环境一.心理空间人们并不仅仅以生理的尺度去衡量空间范围，对空间的满意程度及使用方式还决定于人们的心理尺度，这就是心理空间。每个人都有自己的个人空间，这是直接在每个人的周围的空间，通常是具有看不见的边界，在边界以内不允许“闯入者”进来。它可以随着人移动，它还具有灵活的收缩性。个人空间的存在可以有很多的证明。如你在一群交谈的人中、在图书馆中、在公共汽车上或在公园中、在人行道上等。人与人之间的密切程度就反映在个人空间的交叉和排斥上。1.个人空间

2.领域性

“领域性”是从动物的行为研究中借用过来的，它是指动物的个体或群体常常生活在自然界的固定位置或区域，各自保持自己一定的生活领域，以减少对于生活环境的相互竞争，这是动物在生存进化中演化出来的行为特征。人也具有“领域性”，来自于人的动物本能，但与动物不同。因为“领域性”对人已不再具有生存竞争的意义，而更多的是心理上的影响。与“个人空间”所不同的是，“领域性”并不表现为随着人的活动可移动的特点，它倾向于表现为一块个人可以