第1章 人机工程学概论

人机工程学工业设计专业

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有腱鞘炎的工人•

百分比

工作时间•周数使用改进钳子人手自然舒适使用普通钳子人手必须弯曲课程学习要求人机工程课程特点：基本理论易懂，结合实际理解与思考，难在巧用、熟练应用；围绕人机工程基本理论，有大量的工作可做，应充分挖掘这个大金矿；本次讲授为主，课堂讨论要求积极发言，课下多用本课程所讲内容观察身边学习、生活用具。课程开卷考查或进行改革，平时成绩占一定比重。工业设计专业、安全工程、机械工程等专业都需要学习本学科的知识，要求与侧重不同。第一章

人机工程学概论人机学的研究对象和目的人机学的形成和发展研究及应用人机系统与人机工程设计人机工程学与工业设计引例1鲁智深的禅杖重达100斤（当时铁匠的经验62斤为好）。原始时期（一）

早在石器时代，人类就学会选择石块打制成的石刀、石茅、石箭等各种工具，从而产生了原始的人机关系！引例2原始人类的用具大小、重量、形状等与原始人的生理条件适应。原始时期（一）张飞的丈八蛇矛可能性研究张飞身长八尺；蛇矛与身长比例：18/8=2.25不好用!引例3需要设计合理的操作空间引例4本处存在一个矛盾：坐姿工作与取放重物需要的空间位置不同，照明设施要考虑。人机工程学（又称工效学、人因工程学、人类工效学、人体工学、人因学），是一门重要的工程技术学科。它是管理科学中工业工程专业的一个分支，是研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适目的的一门科学。其中侧重于研究人对环境的精神认知称为cognitiveergonomics或humanfactors,而侧重于研究环境施加给人的物理影响称为biomechanics或physicalergonomics。作为一门综合性边缘学科，它的研究和应用范围非常广泛，因此人们试图从各种角度命名和定义它。

2、人机工程学的

基本概念和定义人机工程学的定义（一）美国人机工程学家查里斯·C·伍德（CharlesC·Wood）对人机工程学所下的定义为：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。美国人机工程学及应用心理学家A·查帕尼斯（A·Chapanis）说：“人机工程学是在机械设计中，考虑如何使人获得简便而又准确的操作的一门科学”。2、人机工程学的

基本概念和定义2、人机工程学的

基本概念和定义

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。

————国际人机工程学学会

（IEA，InternationalErgonomicsAssociation）三句话阐明了人机学的研究对象、内容和目的。对象内容目的人机工程学的定义（二）人机工程学的定义（三）

《中国企业管理百科全书》将人机工程学定义为：研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器与环境系统适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。《辞海》也对人机工程学作过定义。2、人机工程学的

基本概念和定义命名与定义小结Ergonomics一词是由希腊词根“ergon”（意思是工作、劳动）和“nomos”（意思是规律、规则）复合而成，本义是人的劳动规律。尽管在世界范围内，人因工程学的命名并不统一，但是本学科的研究对象、研究方法、理论体系等方面并不存在根本上的区别。这正是人机工程学作为一门独立学科存在的理由，同时也充分体现了学科边界模糊、内容综合性强、涉及面广等特点。命名与定义小结从这些不同的定义可以发现一些共同的元素：1.研究对象：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。2.研究内容：人-机器-环境系统的相互关系。3.研究方法：对人的能力和行为(生理的、心理的)进行深入研究，把成果用于设计和改善机器和环境。4.研究目的：使机器和环境适应人的需要，这些需要包括：提高工作和生产效率；保障人的健康、安全和舒适。2.1研究对象

“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”指出研究对象，是工作环境中的解剖学、生理学、心理学等方面的因素，与管理工程、劳动科学、安全工程、环境工程等领域有关。三类设计：产品设计——为人所用视觉传达设计——为人所看环境设计——人在其间研究人和机器及环境的相互作用，指出研究内容。目标：人－机－环境的最佳匹配、人－机－环境系统的优化。“机”或“机器”——广义的，一切人造器物，例：火车、轮船；钢笔、水杯；建筑物；

2.2研究内容对人的能力和行为(生理的、心理的)进行深入研究，把成果用于设计和改善机器和环境。手段：研究人的能力和行为目标：用于设计和改善环境2.3研究方法研究在工作中、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。研究目的：就是设计一切器物都要考虑人们生活、工作的“安全、舒适、高效”。2.4研究目的

好的设计要针对具体的对象，在多种约束条件和多重目标之间恰当地把握平衡，达到在特定条件下的“安全、舒适、高效”

只讲应该“考虑”，而没有要求“确保”、“尽量达到”例：火车硬卧车厢的三层铺改为两层铺，或者把所有硬座都改为卧铺。安全、舒适方面大为改善。现在不能全部改，需要考虑其他种种条件的约束。作为独立学科，在其形成与发展过程中，大致经历了3个阶段：3、人机工程学的起源与发展

经验人机工程学（19世纪晚期——20世纪初期：第二次世界大战前）特点：机械设计的的主要着眼点在于力学、电学、热力学等工程技术的原理设计上；在人机关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应于机器。3、人机工程学的起源与发展

2.科学人机工程学（第二次世界大战期间—60年代）（学科命名）由于设计不当和缺乏训练，导致了较多意外事故的发生，这使人们意识到“人的因素”的重要性，意识到只有工程技术知识是不够的，还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。这一阶段的发展特点是：重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。3、人机工程学的起源与发展

3.现代人机工程学（1960年代之后）现代人机工程学有三个特点：

1）着眼于机械设备的设计，使机器的操作不超越人的能力极限，而不是让人去适应机器。

2）密切与实际应用相结合，通过严密计划设定的广泛实验性研究，进行具体的机械装备设计。

3）综合心理学、生理学、功能解剖学、物理学、数学、工程学各方面的知识。研究方向：把人-机-环境作为一个整体来研究，从而获得系统的最高综合效能。

1961年，国际人类工效学学会（IEA）成立，该组织为推动世界人类工效学发展起了重大作用。中国人类工效学学会（ChineseErgonomicsSociety）成立于1989年，这是中国大陆与IEA相应的学术组织。研究内容（一）国家研究的主体方向美国工程和人际关系法国劳动生理学前苏联工程心理学保加利亚人体测量捷克、印度…劳动卫生学4、研究内容与方法研究内容（二）虽然人机工程学的研究内容和应用范围极其广泛，但本学科的根本研究方向是通过揭示人，机、环境之问相互关系的规律，以达到确保人一机一环境系统总体性能的最优化。就工业设计学科而言，也是围绕着人机工程的根本研究方向来确定具体的研究内容。4、研究内容与方法研究内容（三）人体特性的研究：主要研究在工业设计中与人体有关的问题。人机系统的总体设计：人机系统工作效能的高低主要取决于它的总体设计，即在整体上使“机”与人体相适应，解决好人与机器之间的分工和机器之间信息交流的问题可，使二者取长补短，各尽所长。4、研究内容与方法研究内容（三）工作场所和信息传递装置的设计：主要研究如何设计合适的环境及信息传递装置，使人可以舒适高效的工作。环境控制与安全保护：主要研究从长远利益出发，如何设计环境及进行安全保护以保证人在长期工作下健康不受影响，事故危险性最小。人机工程学发展动向的研究4、研究内容与方法观察法实测法实验法调查研究法计算机数值仿法分析法模拟和模型法研究方法4、研究内容与方法5、日常生活中人机学

在我们的日常生活中，可以说时时处处都存在着人机学问题，包括合理的和不合理的事例。在全面学习本课程之前，环视、巡察、指点一番，使我们概略地了解到，原来有这么多属于人机工程设计应该关注和解决的问题，心中有数，对学习课程很有好处。下面只是随意列举一些，简单地把问题所在点出来，不多解说。因为进一步分析、研讨，将在以后各章各节中陆续展开。

城市里有的家庭买了大沙发，豪华气派，可是坐不多久腰部就难受酸疼了，不得不在腰后面垫上一个“腰靠”。为什么?例1腰疼沙发大沙发座面进深大，后靠时腰椎后面总是空着，使脊柱腰椎段向后的弯曲度加大，形成了不正常的腰椎形态，不符合坐姿解剖学要求。这就是产品设计中的解剖学问题。☆后靠背的高度，以坐下时达到肩与耳之间为宜，靠背顶部从地面算约为68~72cm。高靠背沙发：人肩靠在高靠背上时，腰部、背部与靠背有一段距离，身体与沙发接触面反而少了，坐不上多久就会因腰、背部无处依靠而产生疲劳。低靠背沙发：人们坐在沙发上，背部几乎全部能靠着靠背，接触面积大，身体感到舒适，坐姿也显得优美、有风度。☆后靠背的倾斜度则以100—108°之间为宜。两侧扶手的高度在62—65cm之间。例1腰疼沙发例2宾馆枕头

星级宾馆里，床上常配有两个同样高的枕头。本意：让习惯低枕头的人用一个枕头，习惯高枕头的人两个枕头叠起来用。———“蠢招”、“损招”!一般人们对枕头高度要求的差别，哪有一倍之多呢?结果：用一个枕头绝大多数人嫌低，两个摞起来嫌高，很少有人能获得“正常待遇”。

合理解决：采用两个枕头，一高（主枕头）、一薄（副枕头）即可。问题出在哪里？缺乏“产品应与生理条件相适应”的考究。例2宾馆枕头例3车厢窗户

车厢外表面为墨绿色的旧式旅客列车，其硬座车厢窗户的高度，正与坐着乘客的胸、肩、头部齐平。打开窗户，行驶中每小时风速达60~80公里，即使最闷热的夏季，迎风被吹的乘客也经不住多久，而背风一侧乘客却依然热不可挡。

改进不难，把窗户提升到比站立者身高略高一点即可，并不增加生产成本。现有新式客车如此改了。窗户打开时，风不会直吹乘客，却能在车厢上部形成空气“顺流”。例4厕所脚踏冲水

公共卫生间里老式水箱用拉绳开关，常见不冲水的现象。原因之一：水箱拉绳把手不干净。拉绳水箱本身存在宜人性的问题。从设计角度解决：改用脚踏钮(或脚踏杆)冲水，效果显然可见。

例5声光控延时开关

“节约用电人走关灯”人人皆知，常见楼道照明灯彻夜长明。从设计角度寻找原因和改进措施。开关都安置在楼道照明灯的就近位置，关了灯，楼道一抹黑，怎么下楼、拐弯、出门呢?

现在声光控延时开关价格已相当便宜，用声光控延时开关，人来灯亮，人走灯灭，可解决问题。另外，也可以从合理安排开关位置方面寻找解决办法。各式声控延时开关例6书包

双肩背书包和单肩背书包从人机学看，双肩背书包在使用解剖学和心理学方面优势明显。

背双肩背书包，脊柱两侧受力均衡，能保持正直形态(图l-2a)；而单肩斜挎或手提书包，脊柱都因单侧受力而形成侧向弯曲(图1.2b、c)，使椎间盘受压均匀分布的生理状态不能正常维持，于是消耗的体能更多，这是解剖学、生理学方面。用双肩背书包，两手无负担，行动自由灵便，也适合中小学生的活泼好动天性，这是心理学方面。

书包提挎方式与脊柱形态例6书包背书包解剖学、生理学方面分析：a图：书包双肩背，脊柱两侧受力均衡，能保持正直形态；b、c图：单肩斜挎或手提书包，脊柱都因单侧受力而形成侧向弯曲，使椎间盘受压均匀分布的生理状态不能正常维持，消耗的体能更多。对象情况：安妮，女，12岁，新加坡某小学六年级学生主要症状：脊椎侧突，脊椎骨随着年龄的增长而弯曲，呈现蛇形另：该国每年，该学校保健服务所接见的脊椎侧凸症病例有大约280宗。一项1996年的调查显示，患上脊椎侧凸症的孩童，比14年前增加了许多。国外资料

在发育期间，小孩子的脊椎骨也长得最快。调查显示，11和12岁的女生当中，有1.4%患有脊椎侧凸症。相比之下，同龄的男生只有0.2%患有这个病症。

国外资料例7叫壶用普通水壶烧水，若没人在炉子边上守着，水开了可能弄得满屋水气至因开水噗出来浇灭了火，引起一阵忙乱。用壶盖上装了个小气哨的“叫壶”烧水，即可避免这种忙乱。两种水壶烧水的基本功能是相同的，但叫壶能把水烧开的信息“自动”传递给一定距离以外的人，在人机学里，叫做“人机界面”得到了改善，从而使得产品更为“宜人”。例8图书馆阅览桌不少学校的图书馆阅览室里，座位安排在长条形桌案相对着的两侧。师生们低头阅读或伏案书写时尚可。阅读中也难免要把头抬了起来，停下阅读略事思索。倘若正巧对座的那位也抬起了头，不经意间互相目光交接，双方都觉得尴尬。这就是设计心理学方面的问题。例9印刷品颜色

银灰色或蓝色发亮的小塑料袋里装着药片，药片的服用量、服用方法都用小字印在包装袋上，包装袋闪闪有光，文字和底色的对比又弱，也许年轻人还行，中老年人想看清上面的说明确实费劲。一家全国性的大银行，近几年的存款单居然是白纸上印着橙黄色(注意，是橙黄而不是橙红)的字，真是跟人们的眼睛找别扭、过不去!这些都是对视觉特性掌握失当的问题，也属于人机学的研究范围。例10各式剪刀

被剪对象有大有小、有硬有软、有的要剪复杂的形状且要求特别精细、有的要伸入孔洞或拐进尖角去施剪……，所以除了剪纸、剪布的普通剪刀外，还有理发剪等专用剪刀，以及形形色色的外科手术剪。要适应各种不同的使用条件，达到人机学使用“安全、舒适、高效”的目标，剪刀前面刃片的形状和尺寸、后面把手的形状和尺寸，有很多的解剖学、生理学问题需要考究。下图是不同类型的剪刀。例11多功能垃圾箱

北京市推出了一种“带耳朵的垃圾箱”(见图)，一个“耳朵”里装有卷纸，供欲吐痰者取用。另一个“耳朵”是投放烟蒂的烟蒂缸；里面装有沙子，供人用来抿灭烟头。该设计涉及人机工程的多个方面：使用者行为方式和使用者心理的调查和研究、产品(垃圾箱)与人体尺寸的适应性、产品与环境因素、产品与环卫工人、等等。小结

大学生活环境中的人机学问题比比皆是：床柜转椅、寝室水房、电脑手机、超市网吧、实习工厂、银行邮局、实验市、图书馆、运动场…..总之日常生活中的人机学问题无处不在。思考题：请列举周围生活环境哪些地方的设计体现出宜人之处？请列举周围生活环境哪些地方的设计从人机工程角度有待改进？2.服务类人机工程学的应用领域：各种类型的设计，如工业设计（产品设计、视觉传达设计、室内外环境设计）；工程设计（机械设计、建筑设计、公共设施设计、计算机人机界面设计等）；工作过程和工作空间设计等等。6、人机工程学

与工业设计一、人机工程学与其他学科的关系1.基础类人机工程学的源头学科：生理学、心理学、人体测量学、人体力学、社会学、系统工程等等3.交融类“共生”特点：劳动学科、管理学科、安全学科、技术学科等等。学科体系

及应用领域学科体系本次课应该掌握的重点及思考题1、人机工程学的英文名称？2、人机工程学的综合定义和发展历史？3、人机工程学到底研究什么？4、人机工程学的研究方法？5、了解人机工程学学科体系有什么意义？科技新发明请试用人机工程的基本理论评议叉车广泛的应用于仓库和车间中。传统的叉车存在有很多问题，例如前面的升降架会阻挡视线造成视角过小以及在拥挤的仓库中不方便倒车等。这款叉车的升降架两臂的间隙被设计的非常宽大，这样就能够在中间留出足够大的空间，视野开阔、驾驶更为安全。驾驶座设计在一个转盘上，可根据需要调整驾驶座的朝向，方便进行不同方向的行驶。黑莓手机由于其强大的邮件收发功能而备受青睐。黑莓手机键盘的使用频率也要高于普通手机，而如何获得更为舒适的输入体验就成为亟待解决的问题之一。加拿大RIM公司