产品造型设计第五章 人机工程设计课件

产品造型设计产品造型设计第五章-人机工程设计第五章人机工程设计产品造型设计第五章-人机工程设计产品造型设计第五章-人机工程设计人机工程学的起源是由于人与物（工具）之间的关系变化。人机工程学产生的核心思想是“使机器适应于人”。人机工程学是研究系统中人与其他组成部分之间的交互关系的一门科学，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的功效和人的健康幸福之间的关系。人机工程学的特点是，它不是孤立地研究人、机和环境，而是从系统的高度，将人、机和环境看成是一个相互作用、相互依存的具有特定目标的系统。人机工程学与设计研究的关注点都是人与物的关系。以用户为中心的设计，就是把用户“知道的”和“需要的”变成设计的基础。产品造型设计第五章-人机工程设计5.1人机工程学的起源和历史起源源于人与物之间的矛盾，即人和机器或者“人造物”之间的关系和矛盾人机工程学历史四个阶段：早期人机工程学、人机工程学的诞生、人机工程学迅速发展期和1980年以后的人机工程学。

产品造型设计第五章-人机工程设计5.1.1人机工程学的起源产品造型设计第五章-人机工程设计第一时期产品造型设计第五章-人机工程设计第二时期产品造型设计第五章-人机工程设计第三时期产品造型设计第五章-人机工程设计5.1.2人机工程学简史

尚德斯（MarkS.Sanders）和麦克米克（ErnerstJ.McCormick）在《工程和设计中的人因学》一书中，将人机工程学简史分为四个阶段：早期人机工程学人机工程学的诞生人机工程学迅速发展期

1980年以后的人机工程学

产品造型设计第五章-人机工程设计泰勒（WTaylor）l

最早进行人和机器匹配问题研究的学者l

铁锹实验l

《科学管理原理》

1.早期人机工程学产品造型设计第五章-人机工程设计1.早期人机工程学吉尔伯瑞斯（FGilbreth）l

时间和动作研究l

手术研究产品造型设计第五章-人机工程设计1.早期人机工程学莫斯特伯格（HMusterberg）用实验方法进行人员挑选和培训

产品造型设计第五章-人机工程设计2.人机工程学诞生第二次世界大战影响

产品造型设计第五章-人机工程设计2.人机工程学诞生人机工程学会（ErgonomicsResearchSociety）人因工程学会（HumanFactorsSociety）国际工效学协会（InternationalErgonomicsAssociation）产品造型设计第五章-人机工程设计3.人机工程学迅速发展期l

军事领域的继续发展和太空竞赛的促进l

从军事领域转向民用领域l

特殊人群l

受到控制论、信息论和系统论的影响l

出版了一批优秀的人机工程学著作

产品造型设计第五章-人机工程设计4.1980年以后的人机工程学l

计算机科学的飞跃发展又引起了人机交互、人机界面、可用性研究、认知科学等新的人机工程研究领域。l

更加关注人的价值

产品造型设计第五章-人机工程设计5.我国人机工程学发展基础工作是在工业心理学和工程心理学的领域内开始的。

20世纪30年代，清华大学开设了工业心理学课程。《工业心理学概观》（陈立，1935）是我国最早系统地介绍工业心理学的著作。

70年代后期，人机工程学开始发展，其标志性发展是中国科学院心理研究所、航天医学工程研究所、空军医学研究所和杭州大学等分别建立了工效学或工程心理学研究机构。

1989年成立了中国人类工效学学会（ChineseErgonomicsSociety,简称CES）。产品造型设计第五章-人机工程设计5.2人机工程学的定义

5.2.1人机工程学的知识基础及其科学技术性质人机工程学是一门技术学科。

从纵向看，人体工程学从基础科学、技术科学和工程技术这三个层面进行研究。产品造型设计第五章-人机工程设计5.2.1人机工程学的知识基础及其科学技术性质从横向看，人机工程学是一门交叉性的学科，涉及心理学、生理学、解剖学、生物力学和工程学等。产品造型设计第五章-人机工程设计

未来人机工程学将越来越多地研究智能机器或者智能系统中的人机关系问题，计算机科学与人机工程学的联系正日趋紧密。5.2.1人机工程学的知识基础及其科学技术性质产品造型设计第五章-人机工程设计5.2人机工程学的定义

1.传统人机工程学的定义

人机工程学研究人—机—环境系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决系统中人的作业效能、安全、生理和心理健康问题提供理论和方法。

产品造型设计第五章-人机工程设计2.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交互关系的一门科学，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的工效和人的健康幸福之间的关系。

产品造型设计第五章-人机工程设计5.2.3人机工程学的基本理论模型

现有的人机工程学理论模型主要从三个角度出发：系统，人机界面以及人的作业效能。

“系统”是人体工程学最重要的概念和思想。从系统优化的角度看，人体工程学研究可以分为安全、效率、舒适和审美四个层次。

产品造型设计第五章-人机工程设计5.2.3人机工程学的基本理论模型

人与机交互关系的接口被定义为人机界面（interface），人机界面的形式与内容是对人机关系的表征，是人机工程学研究的核心方面（见第十二章）。产品造型设计第五章-人机工程设计5.2.3人机工程学的基本理论模型

人的作业效能（HumanPerformance），即人按照一定要求完成某项任务时所表现出来的效率和成绩。产品造型设计第五章-人机工程设计5.3人机工程与工业造型设计

5.3.1设计研究与设计科学

设计不会成为一门完全的科学，但这并不妨碍利用科学来发展设计。现代设计以获取新知识为核心特征。

产品造型设计第五章-人机工程设计

人机工程学与设计研究的关注点都是人与物的关系。人们总以为设计有三维：美学、技术和经济，然而更重要的是第四维：人性。人性化设计是一种注重人的存在、价值、尊严的设计理念。

5.3.2人机工程学与造型设计产品造型设计第五章-人机工程设计5.3.2人机工程学与造型设计产品造型设计第五章-人机工程设计5.3.2人机工程学与设计产品造型设计第五章-人机工程设计5.3.3以人（用户）为中心的设计

现代设计研究中与人体工程学关联性最大的研究之一是所谓以人为中心的设计（people-baseddesign）。以用户为中心的设计（user-centereddesign,UCD）以人为中心的设计（people-baseddesign,HCD）可用性（Usability）研究是近年来发展迅速的以用户为中心的设计研究概念。可用性的五大属性为：效率(Efficiency)、学习(Learnability)、记忆(Memorability)、错误(Errors)及满意程度(Satisfaction)。产品造型设计第五章-人机工程设计5.3.4感性工学

感性工学是将人们所具有的感性加以量化呈现，并由其中探索到哪些设计定案是符合人们什么样的感性。前向式感性工学Ａ类前向式感性工学Ｂ类逆向式感性工学

产品造型设计第五章-人机工程设计案例与研究：古希腊的人机工程学

古希腊人体工程学研究发表在1999年《AppliedErgonomics》杂志上，研究者是希腊学者马尔姆拉斯（NicolasMarmaras）等。他们的研究从两个方面出发，一是从文献资料研究古希腊人从“使工作适应于人”的角度，对可用性、生活条件、工作条件的改善和研究；二是研究古希腊的器物设计所达到的人体工程学水平。研究的重点是古希腊人在多大程度上了解人的特性的知识，并以人为中心设计了他们的器物和如何降低人的工作强度。产品造型设计第五章-人机工程设计1.减少工作量的设计－－运载马车案例与研究：古希腊的人机工程学产品造型设计第五章-人机工程设计2.保证安全的设计――刹车系统案例与研究：古希腊的人机工程学产品造型设计第五章-人机工程设计2.保证安全的设计――刹车系统案例与研究：古希腊的人机工程学产品造型设计第五章-人机工程设计3.工具设计案例与研究：古希腊的人机工程学产品造型设计第五章-人机工程设计4.日常器物的人体工程设计案例与研究：古希腊的人机工程学产品造型设计第五章-人机工程设计4.日常器物的人体工程设计案例与研究：古希腊的人机工程学产品造型设计第五章-人机工程设计4.日常器物的人体工程设计案例与研究：古希腊的人机工程学产品造型设计第五章-人机工程设计5.剧场设计案例与研究：古希腊的人机工程学产品造型设计第五章-人机工程设计5.4显示设计人机信息交换系统模型:人机信息界面包括环境信息、机器信息的显示与控制装置。产品造型设计第五章-人机工程设计

显示是有目的的信息传递。就显示的目的而言，显示分为自然显示和人工显示。人接受信息的主要通道是视觉、听觉和触觉。在这三个通道里，视觉显示运用最多，其次是听觉显示。5.4显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.1设计显示的方法

要设计好一个显示，设计师必须很仔细地考虑显示的每一个要素的作用、重要性、用户的特点和特殊要求（如用户的视力水平和技能水平）等。要考虑什么是正确的显示方式。设计师还应该考虑显示的内容、格式（是图形还是文字）、显示的形式（字体、背景、亮度等），以及显示的时间等方面的因素。产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计

视觉显示是依靠光波作用向人提供信息的显示方式。可以分为机械显示和电子显示两大类。1.机械显示设计机械显示主要是显示数字或者某种状态。数字显示可以分为:

指针移动式

刻度标尺移动式

直读式三种产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计1.机械显示设计指针移动式刻度标尺移动式直读式三种危险警告正常产品造型设计第五章-人机工程设计开窗式认读范围小、视线集中、动眼扫描路线短，误读率最低，因此优于其他四种形式。圆形式和半圆形式误读率虽高于开窗式，但它给出了两维空间的位置刺激，动眼扫描路线也比直线短，且符合人们长期以来所形成的观察仪表的习惯，因此，圆形式和半圆形式优于直线式。由于人眼睛的运动规律为水平运动比垂直运动速度快且准确，放水平直线式又优于垂直直线式。产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计1.机械显示设计指针移动式刻度标尺移动式直读式三种产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计1.机械显示设计指针移动式刻度标尺移动式直读式产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计1.机械显示设计状态指示灯来显示状态。1–CapsLock指示灯，2-静音指示灯，3-音量指示灯，4-numlock指示灯，5-触摸板开关指示灯。1-无线设备指示灯，2-电源/等待指示灯，3-电池指示灯，4-IDE驱动器指示灯。产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计2.电子显示设计对于电子显示来说，关键是要满足人的视觉要求，除了一般的视觉显示都需要注意的显示大小、观察角度、观察距离和图形的数量外，分辨率、目标和背景亮度、色彩、闪烁情况等，都是电子显示要考虑的。电子显示有很多种类型，如CRT、LED、LCD。产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计3.信息编码（1）颜色编码颜色编码指用颜色的色调、明度和饱和度等基本属性作为代码的视觉编码。它根据色彩的心理效应设计的规定指示某种情景的色彩编码。产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计3.信息编码（2）形状编码形状编码指利用几何形状特征作代码的信息编码。在设计形状编码时应尽量使所设计的代码与其所代表的对象在形状上相似，并使各形状之间清晰可辨。产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计3.信息编码（3）数字与字母编码指利用数字和字母作代码的信息编码。数字字母编码就识别性而言，不如色彩和形状编码明显，但是可编码数量很大。在进行编码的时候，要注意两点，第一，不要产生多余的编码。第二，在设计中要注意编码的数量不能过多。产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计4.刻度盘设计（1）选择刻度盘刻度盘的设计首先是选择合适的刻度盘。主要从人的任务的角度考虑，包括显示的精度、显示范围以及刻度划分等。车床刻度盘精度为1mm铣床刻度盘精度为0.1mm磨床刻度盘精度为0.01mm产品造型设计第五章-人机工程设计5.4.2视觉显示设计4.刻度盘设计（1）选择刻度盘刻度盘的设计首先是选择合适的刻度盘。主要从人的任务的角度考虑，包括显示的精度、显示范围以及刻度划分等。汽车发动机转速表和速度表产品造型设计第五章-人机工程设计4.刻度盘设计（1）选择刻度盘刻度盘的设计首先是选择合适的刻度盘。主要从人的任务的角度考虑，包括显示的精度、显示范围以及刻度划分等。汽车发动机转速表和速度表5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计4.刻度盘设计（2）刻度盘的大小在此基础上，选择刻度盘的大小。研究表明，在视距750mm左右时，直径小于35mm的圆形表盘的判读效绩随表盘直径增大而提高；直径为35-70mm的表盘，判读效绩差别不大；表盘直径超过70mm，其认读效绩随表盘增大而降低。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计4.刻度盘设计（3）刻度标记（或刻度线）刻度标记的宽度：一般以小刻度标记作为基准，其宽度以占刻度间距的1/5～1/20为宜。刻度标记的形式视距为710mm时普通刻度标记的宽度

产品造型设计第五章-人机工程设计三、仪表显示设计4.刻度盘设计（3）刻度标记（或刻度线）对于刻度盘运动或瞬间观察的刻度，其刻度标记不能采用窄线刻度标记。近年来发展了一种宽线标记的刻度，特点是标记的宽度等于两刻度标记间距，这个宽度是按人观察时的最佳视角设计的。产品造型设计第五章-人机工程设计4.刻度盘设计（4）刻度线间距刻度设计中，首先要保证在两条刻度线之间有足够的间距。其次，刻度线应该通过长短和宽度的不同表达出刻度之间的主次关系。刻度设计还依赖于照明的情况。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计4.刻度盘设计（5）标数和指针一个基本的原则是要尽量避免指针挡住标数。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计指针的形状要简洁、明快、不加任何装饰，具有明显的指示性形状。一般以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形为好。产品造型设计第五章-人机工程设计4.刻度盘设计仪表指针零位一般在时钟12点或9点的位置上。追踪用仪表有时置于9点位置。当许多检查用仪表排列在一起时，指针的正常位置应处于同一方向，以9点位置为优。如果超过6个仪表，则应排成2行，以免观察时眼睛和身体有较大的移动。如果需要排成一竖列时，以同向12点位置为优。

指针的零位无论哪种指针式仪表，由于仪表面和指针间有相对运动，指针与仪表刻度面间必须有一定间隙，这个间隙要尽可能小，以减少不垂直观察所形成的投影误差

指针的颜色应与刻度盘的颜色有明显的区别和对比，但指针与刻度标记、数码的颜色应尽可能协调。

产品造型设计第五章-人机工程设计4.刻度盘设计设计图例。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计4.刻度盘设计设计图例。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计5.字母和数字设计字母和数字的设计主要包括字母数字的笔画宽度、高宽比、字体、大小等方面的因素。设计字母和数字时最重要的是要设法避免不同字母之间或不同数字之间发生混淆。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计6.图符设计（1）图符和背景清楚和粗笔画的图形、背景对比是十分必要的。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界对比强烈的图符边界（常用实心符号）比细的图符边界识别性更强。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界（3）封闭图符一个封闭图符可以增强认知效率，特别是对于那些局部图符而言。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界（3）封闭图符（4）简单化图符在确保意义表达的基础上，图符应该尽量简单，明确。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界（3）封闭图符（4）简单化（5）整体化图符应该尽量整体。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计6.图符设计图符设计案例：安全出口的设计。结论：实心图形、对比强烈、图形简单。5.4.2视觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计1.声音信号具有以下一些特点：（1）声音向四周等能传播，人不必转移头部位置就能接收全方位的声音信息。（2）声音具有强迫性，容易使人注意力集中。（3）声音具有绕道和穿透烟雾的性能，可在很多条件下传播信息。（4）声音信号可以传递得较远。5.4.3听觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计2.听觉显示与视觉显示分别有不同的优先使用条件。

内容条件听觉视觉1消息简短消息长而复杂2操作人员的视觉系统已超负荷消息涉及空间中的位置3条件限制操作人员接受视觉信息5.4.3听觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计3.听觉显示设计中的注意事项（1）听觉显示设计首先应该满足显示的兼容性。任何听觉显示器的有效性都取决于对显示器工作的声环境的适宜考虑。（2）听觉显示是具有时效性的。一般显示传递的信息不能太长。5.4.3听觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计4.按显示信息的特点，听觉显示可分为音响显示和言语显示。（1）音响显示呈现的是音调信号。例如：下课的钟声。（2）言语显示则用言语方式传递信息。例如：

A.“请输入密码”；

B.“如需人工服务请拨1”。5.4.3听觉显示设计产品造型设计第五章-人机工程设计（5）图符设计研究

如果图符使用频率很高，可以采用强制型图符。例如：软件的常用工具栏图标。MicrosoftPowerPoint产品造型设计第五章-人机工程设计（5）图符设计研究

对于复杂的信息，可以结合使用具象型、抽象型和强制型三种图符。产品造型设计第五章-人机工程设计手持工具设计的重要意义手持工具设计的人机工程学原则设计注意事项案例分析－OXOGoodGrips削皮器手持工具的设计产品造型设计第五章-人机工程设计产品造型设计第五章-人机工程设计产品造型设计第五章-人机工程设计产品造型设计第五章-人机工程设计手持工具设计的重要意义提高使用效率减少意外事故减少职业病产品造型设计第五章-人机工程设计设计不当引起的职业病：——腱鞘炎——狭窄性腱鞘炎（扳机指）产品造型设计第五章-人机工程设计手持工具设计的人机工程学原则

1.有效地实现预期的功能2.与操作者身体及手成适当的比例3.按照操作者的力度和作业能力设计4.尽量符合手的运动速度与习惯产品造型设计第五章-人机工程设计1.有效地实现预期的功能截面图产品造型设计第五章-人机工程设计1.有效地实现预期的功能产品造型设计第五章-人机工程设计2.与操作者身体及手成适当的比例产品造型设计第五章-人机工程设计3.按照操作者的力度和作业能力设计立姿直臂的拉力与推力产品造型设计第五章-人机工程设计坐姿时手臂的力度3.按照操作者的力度和作业能力设计产品造型设计第五章-人机工程设计3.按照操作者的力度和作业能力设计产品造型设计第五章-人机工程设计3.按照操作者的力度和作业能力设计产品造型设计第五章-人机工程设计3.按照操作者的力度和作业能力设计坐姿时人的作业区域产品造型设计第五章-人机工程设计3.按照操作者的力度和作业能力设计手动作的最佳方向产品造型设计第五章-人机工程设计4.尽量符合手的运动速度与习惯水平方向的运动前后运动比左右方向动作快旋转运动比直线运动快

垂直方向的运动从上往下比从下往上的运动速度快水平与垂直方向垂直面上运动速度比水平面上的快准确度垂直面比水平面的高产品造型设计第五章-人机工程设计4.尽量符合手的运动速度与习惯一般右手较左手运动快，同时右手向右比向左运动快手朝向身体的运动比离开身体动作快，但后者准确度高顺时针方向的操作动作比逆时针方向快

单手操作较双手操作，其精确度和速度都更佳产品造型设计第五章-人机工程设计人体手部解剖图产品造型设计第五章-人机工程设计设计注意事项保持手腕处于顺直状态避免掌部组织受压力避免手指重复动作产品造型设计第五章-人机工程设计腕关节动作状态产品造型设计第五章-人机工程设计保持手腕处于顺直状态产品造型设计第五章-人机工程设计保持手腕处于顺直状态产品造型设计第五章-人机工程设计保持手腕处于顺直状态人数比较使用不同尖嘴钳前后患腱鞘炎病人产品造型设计第五章-人机工程设计保持手腕处于顺直状态产品造型设计第五章-人机工程设计手柄形式和着力方式比较避免掌部组织受压力产品造型设计第五章-人机工程设计避免掌部组织受压力