第一章-第三章人体工程学

四川农业大学城乡建设学院

主讲：杨欣人体工程学第一章绪论

第一节人体工程学命名与定义欧洲Ergonomics工效学美国HumanFactors人类因素学

HumanEngineering人类工程学

EngineeringPsychology工程心理学日本

人间工程学中国

人机工程学、功效学、人机学、人体工程学Ergonomics[,ɚ:gə'nɔmiks]美音：[,ɝgə'nɑmɪks]由希腊文ergon和nomos构成，本意为工作的自然法则原始时期——原始的人机关系早在石器时代，人类就学会选择石块打制成可供敲、砸、刮、割的各种工具，从而产生了原始的人机关系。W•E•Woodson

对人的知觉显示、操纵控制、人机系统的设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高的效率和作业时感到安全和舒适前苏联学者

研究人在生产过程中的可能性、劳动活动的方式、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，使人在生理上和心理上都得到全面发展的一门学科

国际人体工程学会（InternationalErgonomicsAssociation）

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（工作效率、健康、安全和舒适），研究在工作中、生活中怎样实现人——机——环境的最优化的问题的学科。《中国企业管理百科全书》

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、心理特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的研究对象：人、机、环境的关系目的：如何达到安全、健康、舒适和工作效率的最优化对定义中的几个概念进一步说明：

1.人、机、环境三个要素“人”是指作业者和使用者；人的生理需求、心理需求、行为特点和技能限度对象情况：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：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。

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。

“机”是指机器，但较一般技术术语的意义要广得多，包括人操作和使用的一切产品和工程系统。“环境”是指向物质生活提供原材料和动力资源的大自然，向产品生产提供市场需求、文化观念、政策法令规范的社会环境和工业生产、环艺设计、展示、服装等不同领域设计、研究的具体环境内容。2.“系统”是人体工程学最重要的概念和思想。3.“人的效能”主要指人的作业效能，即人按照一定要求完成某种作业时所表现出的效率和成绩。4.“人的健康”，包括了身心健康和安全。第二节人体工程学的发展（一）萌芽期——19世纪末至第一次世界大战起源于英国，形成于美国”，原先是在工业社会中，开始大量生产和使用机械设施的情况下，探求人和机械之间的关系。（二）初兴期——一战至二战由于战争的需要许多国家根据生理学、心理学、人体测量学、生物学等学科分析研究“人的因素”。“霍桑效应”（三）成熟期——二战后至20世纪60年代由“人适应机器”转向“机器适应人”。

1960年创建了国际人体工程协会。

20世纪60年代以后，科学技术飞速发展，电子计算机应用的普及，工程系统的进一步复杂及其自动化程度的不断提高，宇航事业的空前发展，一系列新科学的迅速崛起，不仅为人体工程学注入了新的研究理论、方法和手段，而且也为人体工程学提出了一系列新的研究课题。（四）20世纪70年代后人体工程学迅速渗透到空间技术、工业生产、日常生活用品和建筑设计中。并在高科技领域也得到了应用。（五）在中国的发展

1989年成立中国人类工效学学会人体工程学在科学体系中的作用事故率技术年代材料和可靠性的改良人员选拔、训练体系的完善人体工程学的改良第三节作用、任务及相关学科基本思想:人机相互适应人机系统模型相关科学：人体解剖学、生理学、心理学、力学、室内设计、环境工程学等第四节研究的主要内容及原则一．人体工程学研究的主要内容大致分为三方面：（人——机——环境）

1.

工作系统中的人人体尺寸；信息的感受和处理能力；运动的能力；学习的能力；

生理及心理需求；对物理环境的感受性；对社会环境的感受性；知觉与感觉的能力；个人之差；环境对人体能的影响；人的长期、短期能力的限度及愉适点；人的反射及反应形态；人的习惯与差异(民族、性别)；错误形成的研究。2.

工作系统中直接由人使用的机械部分如

何适应人的使用。分三类：

信息显示：仪表、信号、显示屏。

控制器：各种机具的操纵部分，杆、钮、盘、轮、踏板等。机械：家具、设备等。

3.

环境控制：如何适应人的使用二.

人体工程学研究时遵循的原则1.

物理的原则：如杠杆、惯性定律、重心原理2.

生理、心理兼顾原则：3.考虑环境的原则：

第五节在园林设计中的运用一、视觉与景观的设置

二、人的行为习性与景观设计的尺度三、园林绿化设计四、道路交通设施设计第二章人体生理系统讨论人的植物性机能和动物性机能，为人机工程设计提供相关的人机生理学基础。细胞——组织——器官——器官系统包括植物性器官系统和动物性机能器官系统

第一节信息传递系统一、感觉系统1、感觉与知觉

感觉是有机体对客观事物的个别属性的反映。

知觉是人对事物的各个属性、各个部分及其相互关系的综合的整体的反映。

人们通常把感觉和知觉总起来称为“感知”。2、感觉的主要性质

人的感觉按感觉器官分类共8种，通过眼，耳，鼻，舌、肤五个器官产生的感觉称为"五感"，此外还有运动感，平衡感、内脏感觉等。

人的各种感受器都有一定的感受性和感觉阈限。表2－1刺激及感觉反应感觉种类感觉器官适宜刺激识别特征作用视觉眼光形状、大小、位置、远近、色彩、明暗、运动方向等鉴别听觉耳声声音的高低、强弱、方向和远近报警、联络嗅觉鼻挥发和飞散的物质辣气、香气、臭气报警、鉴别味觉舌被唾液溶解的物质甜酸、苦辣、咸等鉴别皮肤感觉皮肤及皮下组织物理或化学物质对皮肤作用触觉、痛觉、温度觉、压觉报警深部感觉肌体神经及关节物质对肌体的作用撞击、重力、姿势等

平衡感觉前庭器官运动和位置变化旋转运动、直线运动和摆动等调整从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达到一定强度才能对感受器官发生作用。（表2-2）表2－2人体主要感觉阈值感觉感觉阈下限上限视觉（2.2～5.7）×10-17J（2.2－5.7）×10-8J听觉1×10-12J/m21×102J/m2嗅觉2×10-7kg/m3

味觉4×10-7(硫酸试剂摩尔浓度)

触觉2.6×10-9J

温度觉6.28×10-9kg·J/m2·s9．13×10-6kg·J/m2·s振动觉振幅2.5×10-4mm

适宜刺激:感觉器官只对相应的刺激起反应，这样的刺激叫该感觉器官的适宜刺激；适应：感觉器官接受刺激后，若刺激强度不变，则经过一段时间后，感觉逐渐变弱，这种现象叫适应。特殊感觉：各种感觉刺激所到达的感觉中枢部位都不同，因而能产生各种不同性质的感觉，这叫特殊感觉；投射：感觉在感觉中枢部位产生，意识却是在被刺激的部位出现，这种现象叫感觉的投射。

余觉：刺激取消后，感觉可存在一极短时间，这种现象叫余觉。（电影）韦帕·费克纳（Weber-Fechner)定律：感觉强度和刺激强度成对数比例关系；错觉：与客观事物不相符的错误知觉。3、知觉的基本特征人的知觉一般分为空间知觉，时间知觉，运动知觉与社会知觉等，它们有如下共同特征：知觉的整体性

知觉的理解性知觉的恒常性知觉的选择性知觉的整体性知觉的整体性

知觉的理解性知觉的理解性4、视觉眼球的基本构造1）视觉的基本参数视觉是由眼睛、视神经及视觉中枢共同完成的。视力：一般用能分辨视觉对象的最小视觉（分）的倒数表示；聚焦能力:眼睛的晶状体的厚度能随视距而自我调节，就是聚焦的能力。视野：注视一点，使视轴固定时所能看到的范围称为静视野。视角色觉：光是一种电磁波，不同波长的光波刺激视网膜可产生不同的色觉。向光性：是人类视觉的一种特性。（局部照明）可改变人的注意力。人的水平视野和垂直视野人对不同颜色的视野

色光混合2）视觉特征

常见的几种视觉现象：

暗适应与明适应：眩光；视错觉；向光性

几种常见视觉错误视觉心理——图形与背景

图形只有在背景的衬托下才能得到知觉、背景与图形的关系，即图与底关系是相对的．对于有些情况，当你注视的对象不同，图与底的关系会逆转。根据心理学中注意的特性．有以下几种建立图形的条件：面积小的比面积大的容易形成图形同周围环境的亮度差，差别大的部分容易形成图形亮的部分容易形成图形向水平或垂直方向扩展的部分比向斜向扩展的部分更容易形成图形对称部分容易形成图形具有等幅宽的部分比不具有等幅宽的部分更容易形成图形与下边相连的部分比从上边下垂的部分更容易形成图形位置接近的因素容易形成图形大小渐变的部分易形成图形相似的部分易形成图形对称的部分易形成图形同类的部分易形成图形3）视觉的运动规律

先看到水平方向的东西，后看到垂直方向的东西。从左到右，从上至下，顺时针进行。对物体尺寸和比例的估计，水平方向比垂直方向准确、迅速、且不易疲劳。观察率优先的顺序是左上、右上、左下、右下。在工作时，不应有突然转移的要求，否则会降低视觉的准确性。人眼看一个目标要得到视觉印象，最短的注视时间为0.07～0.3s。5、听觉1）听觉刺激

引起听觉的刺激就是物体振动发出的声波，而该振动物体就是声源。

人耳的剖面图

2）听觉特征声音的刺激:人耳能听到的声音频率为20---20000HZ，由物体振动引起，振动在弹性介质中传播所产生的弹性波为声波。听力：声音的强弱常用声压级表示，单位是分贝；P13辨别声音的方向和距离

听觉的掩蔽

人的听觉阈限1）触觉2）温度觉温度觉分为冷觉和热觉两种，这两种温度觉是由两种不同范围的温度感受器引起的。3）痛觉

6、味觉：舌头上的味蕾，被唾液溶解的物质刺激味蕾而产生味觉；（甜酸苦咸）7、嗅觉:人能分辨几千种气味.8、肤觉:是人体很重要的感觉。人体皮肤上分布着三种感受器：触觉感受器、温度感受器和痛觉感受器。9、本体感觉

人在进行各种操作活动的同时能给出身体及四肢所在位置的信息，这种感觉称为本体感觉。本体感觉系统主要包括两个方面，一个是耳前庭系统，另一个是运动觉系统。(运动感受器分为:肌肉内的纺锤体、腱纺锤体、关节层板小体）例1：盲打键盘例2：汽车换挡、刹车、离合二、神经系统1、末梢神经系统交感神经起亢进作用，副交感起抑制作用。2、中枢神经系统由脑干—脊髓系统大脑边缘系统、大脑新皮层组成。脑是整个人体神经系统的中枢，大脑皮层是最高级的司令部。三部分：进行维持生命所需的反射，机能调节的脑干——脊髓系统；进行情感行为的大脑边缘系统；进行高级思维判断活动的大脑新皮层。语言区;（左半球）分析思维（右半球）视觉、听觉音乐、绘画等艺术敏感第二节运动系统由骨、关节和肌肉组成。一、骨骼系统分为躯干骨、上肢骨、下肢骨和颅骨4部分。（206块）骨的突起点常被利用作为测量基准点。骨杠杆时在肌肉和关节的相互作用下形成的，主要包括：平衡杠杆、省力杠杆、速度杠杆。脊柱在人体工程学领域内研究得最多。比如家具设计与脊柱姿势的相互关系。（32—39个脊椎骨构成）颅骨脊柱图3—18人体骨杠杆

二、肌肉系统肌肉组织分为横纹肌（骨骼肌、心肌）和平滑肌。人体工程学的研究对象一般为骨骼肌。骨骼肌的收缩与舒张能随人的意识而随意进行；肌肉运动的指令由脊髓里的神经细胞和相关的纤维进行传递。

头、面部肌肉在人体工程学上，肌电图常被用于评价作业姿势、劳动强度、家具的尺度设计好坏等。1、肌力：肌肉收缩而产生。1)握力2)背肌力

2、作业与肌力如何有效的发挥肌力，减少肌疲劳、提高效率。三、反应时间包括感觉反应时间，到开始动作所用时间之和。1、反应时间的特点及影响因素反应时间随感觉通道的不同而不同。

随执行动作的运动器官不同，反应时间也不同。反应时间随刺激的数目不同而异。反应时间随刺激性质不同而异。反应时间随刺激方式刺激强度不同而异。

反应时间随机体状况不同而异。反应时间还与操纵器及显示器的情况有关。

表3－4反应时间随感觉通道的变化

T（秒）听觉触觉视觉嗅觉味觉咸味甜味酸味苦味0.115～0.1820.117～0.2010.188～0.2060.200～0.3700.3080.4460.5231.082动作部位动作特点最少平均时间（ms）手握取直线曲线70220旋转克服阻力不克服阻力720220脚直线的克服阻力的360720腿直线的脚向侧面360720～1460躯干弯曲倾斜720～16201260表3－5反应时间与运动器官的关系

表3－7执行器官的反应时间

动作部位动作特点最少平均时间（ms）手握取直线曲线70220旋转克服阻力不克服的720220脚直线的克服阻力的360720腿直线的脚向侧面360720～1460躯干弯曲倾斜720～16201260表3－6反应时间与刺激性质的关系

执行器官反应时间（ms）右手左手右脚左脚147144174179表3－8反应时间与刺激数目的关系刺激选择数12345678910反应时间（ms）187316364434485532570603619622

表3－9反应时间与颜色的关系

表3－10年龄与反应时间的关系

年龄2030405060反应时间相对值100104112116161颜色对比白与黑红与绿红与黄红与橙

平均反应时间（ms）197208217246一般条件下，反应时间约为0.1～0.5s。为了保证安全作业，一方面在机器设计中，应使操纵速度低于人的反应速度；一方面应设法提高人的反应速度。

四、减少反应时间的途径

1）合理的选择感知类型

2）适合人的生理心理要求，按人体工程学原则进行园林设计；

3）作者操作技术的熟练程度直接影响反应速度，应通过训练来提高人的反应速度。第三节能量代谢系统一、营养与代谢通过消化系统、呼吸系统和循环系统实现。三大营养素包括糖、脂肪、蛋白质。二、呼吸及循环系统1、呼吸系统包括肺呼吸和组织呼吸。吸氧量和耗氧量常用于作业强度评价。2、循环系统血液循环，心脏功能、血压。三、能量代谢系统1、能量代谢的评价RMR越大，劳动强度越大。（日本）相对能量代谢率(评价体力劳动强度)RMR=劳动和恢复期的能量总代谢-安静时代谢率*劳动和恢复时间——————————————————————————基础代谢率*劳动时间2、Mets(欧美）：1Mets=

作业时的耗氧量———————————————————————安静时的耗氧量人体测量人体测量的基本知识人体测量中的主要统计函数常用的人体测量数据人体各部分结构参数的计算人体测量数据的应用第三章人体工程学的研究方法第一节人体测量的基本知识一、概述人体测量学：通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，使设计更适于人，见图3-1。人体形态测量数据人体构造尺寸测量数据人体功能尺寸测量数据人体生理参数测量（人体静态时各部的尺寸数据）（人体在某种运动状态下的各部尺寸数据）二、人体测量的主要方法1、普通测量法（丈量法、问卷法）主要测量人体构造尺寸。2、摄影法，见图3-2

主要测量人体功能尺寸。3、三维数字测量法，见图3-3

可分为手动接触式三维数字化测量仪和非接触式三维数字化测量仪。三、人体测量的基本术语参见国标GB3975－83中的规定1、被测者姿势(立姿、坐姿）2、测量基准面，见图3-43、测量方向（上下方向:头、足侧；左右方向：内、外侧；四肢：近、远位；上肢：桡、尺侧；下肢：胫、腓侧。）4、支承面和衣着（立姿或坐姿要求水平的、稳定的、不可压缩的。）5、基本测点与测量项目（头部测点16个12项，躯干和四肢22个69项。立姿40项，坐姿22

项，手和足部6项以及体重1项。）测量基准面测量基准面三轴矢状面正中矢状面冠状面水平面眼耳平面测量方向A.上方&下方B.内侧&外侧C.近位&远位D.桡侧&尺侧E.胫侧&腓侧眼高：人身体直立、眼睛向前平视时从地面到内眼角的垂直距离；肩高：图a测量项目-立姿肘高：从地面到人的前臂与上臂结合处课弯曲部分的距离。图b测量项目-立姿2023/10/24图c测量项目-立姿身高：人体直立、眼睛向前平视时地面到头顶的垂直距离。图d测量项目-立姿2023/10/24图e测量项目-立姿2023/10/24图f测量项目-立姿2023/10/24图3-4a测量项目-坐姿2023/10/24图3-4b测量项目-坐姿2023/10/24图3-4c测量项目-坐姿2023/10/24图3-4d测量项目-坐姿2023/10/24图3-4e测量项目-坐姿四、人体测量的常用仪器在普通测量法中常用的人体测量仪器有：1、人体测高仪，见图3-5；（身高、坐高、立姿、坐姿）测量范围：0---1996mm2、人体测量用直脚规，见图3-6；（耳、脸、手、足）测量范围：0---200mm；0-----250mm3、人体测量用弯脚规，见图3-7；（肩宽、胸厚）测量范围：0---300mm

此外，还有人体测量用三脚平行规，坐高椅，量足仪，角度计，软卷尺以及医用磅秤等。人体测高仪人体测量用直脚规人体测量用弯脚规五、人体测量数据的统计处理

根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数。

1、平均值：表示样本的测量数据集中地趋向某一个值，称为平均值。一组学生的身高分别为：160cm，158cm，165cm，166cm，175cm，167cm，170cm；求这组学生身高的平均值：

平均值=

≈

1600+1580+1650+1660+1750+1670+17007

1658.6mm例：2、方差：测量数据在中心位置（均值）上下波动程度差异的值，称为方差。3、标准差（方差的平方根）S2=1n-1[(x1-x)2+(x2-x)2+…+(xn-x)2]例：一组学生的身高分别为：160cm，158cm，165cm，166cm，175cm，167cm，170cm；求这组数据的方差S2,标准差SS2=17—1[（160—166)2+（158—166)2…（170—166)2]=33.1S=√33.1

4、抽样误差：抽样误差=标准误差=全部样本均值的标准差5、百分位数Pv