人机工程学的发展历程

供学习参考供学习参考人机工程学的开展历程美国著名人机工程学家W.E.Woodson对人机匚程学的定义为：人机L程学足研究人机交互关系的合理方案，主要研究人的知觉显示、操纵控制等人机交互系统的设计、布置、组合等,以求得人机交互系统的安全、舒适和效率.EJMcCormick和MSSanders在《HumanFactorsinEngineeringandDesign》—柠中将人机「程学简要概括为：“为人的使用而设计的系统”以及“获得最优的工作和生活条件”苏联学者认为：人机匚程学处研究人的可能性'活动方式、劳动的组织安排等，目的是在生产过程中获得较高的「作效率，并且具市•良好的舒适和安全的工作环境，保证人的健康工作，满足人生理和心理全面发展的学科!我国著名学者封根泉对人机I：程学做了深入的研究，在其《人体1：程学》著作中定义：人机I：程学是为了解决人和机料系统之间的关系，II的在于使人在机渊系统中的工作效能获得最优巴国际人机L程学会(InternationalErgonomicsAssociation,简称1EA)对人机I.程学的定义为；人机匚程学是研究人的解剖学、生理学、心理学等因素，研究人机系统与环境之间各组成部分的相互作用，使人在特定1作环境下获得舒适、安全、健康和效率的学科科一车人机r程学,是从汽车设计角度出发,研究人在汽车使用过程中的生理、心理的变化,以及在人-车-环境中各种因素的相互作川.指导汽车及其部件设计.目的在于设计出尽可能满足人的要求，只备良好舒适性、安全性的汽乍产品..简而三•之,汽车人机L程学，是人机匚程学理论与方法在汽车这一具体产品中的实际应用。汽车人机［程学在汽车设计过程中具有十分重要的作用，主要体现在叫(1)汽车是人的乘坐、生活和工作空间，设计的车必须让人满意。汽车新产品开发的第•沙是基丁•人机匚程的总布置设计和外部轮廓尺寸的确定，汽车人机界而设计是汽车人机I：程设订的主要内容。(2)汽车的上动安全和被动安全，无论是试验和设计、使用与评价，都离不开汽乍人机I.程学；交通安仝机高效保证的实质是研究人-乍-路-环境系统这个典型的汽车人机工程问题。(3)汽车生产线的高效、节能，是汽车人机工效研究的重要课题。生产线的布局要符合1：效学的要求，它最终关系到•个企业的产品成本和产品质量，亦即企业竞争力和生存问题。国外对人机匚程学在各个领域中的应用研究较早，并逐渐形成了学科学术组织。1949年12月，英国学者莫雷尔（K.F.Murrell）提出了uErgonomicsM这个词，并作为人机I：程学的学科名称。1950年英国人机工程学研究协会正式成立，1957年发行了会刊,刊名为（ErgonomicsK《Ergonomics》对于人机工程学的研究在国际上具有广泛的影响，现已成为国际人机工程学会的会刊⑴。1957年，美国人机工程学会成立，同时发行「会刊（HumanFactorsh美国的人机I程学发展十分迅速,到目前为止.已是世界上出版人机I：程学书刊最多的国家叫I960年，国际人机匚程学会正式成立。1961年，国际人机I：程学第一届学术会议举行，地点在瑞典的斯德哥尔摩，此后每三年举行一次⑸。国际人机工程学会的成立，为世界各国人机工程学的发展起到了推动作用。自20世纪60年代开始，苏联、日本、德国、法国、荷兰、瑞典、瑞L、丹麦、芬兰等国相继成立了人机I：程学学会或者专门从事人机工程学的研究机构，为人机工程学的研究、应用以及人才培养提供了重要支持九在汽车人机匚程学领域，国外的研究起始于20世纪50年代，并且做了大量的测绘分析和基础性研究I：作。美国推出了很多推荐性标准，有的现在仍然被国际标准组织延用，如三维H点装置、眼椭圆等车身布置I：具,国外十分重视人机」.程学研究在汽车设计时的应用,如H本、美国等在设计新车型时都要做相应的人机「程分析.并抽取一些有经验的人进行卜:观评价。国外的人机I：程学在汽车驾驶至HKJ应用研究很快进入了实用阶段，人机工程学已成为其在汽车设计中重要因素R在前期的研究中，国外在应用人机〔程学原理进行汽车设计方面进行了长期卓有成效的L：作。后来，伴随着计算机辅助设计（CAD）技术的发展，国外汽车人机工程学的应用研究得到了乂一次质的飞跃。自1998年以来，国外很多汽车厂商开始着手于将人机工程学理论融入到计算机领域中，陆续开发了数字化人体模型，用于辅助汽车人机工程设计。20世纪60年代末，美国波音公司利用最早开发的人体模型技术评价笈机伸及工作任务，被称为“第一个男人”项目，乂称“波音男人”.后来，美国航空医学研究实验室的飞行员系统人机I：程研究部门在这个项目的基础上,添加了大量不同男性和女性的模型，构造了CAMBIMAN模型,来评价更大型机组人员的伸及工作任务/在前人的基础上，美国密歇根大学Chaffin等人1984年后开发了一种三维静态强度预测软件，简称3DSSPI，tm,这款软件可以应用于个人计算机上，同时，英国拉夫堡大学的Porter教授等人开发了SAMMIE（SystemforAidingMiinMachineInteractionEvaluation),该软件有一些通用的模型，用以评价设计者所关心的各种伸及、I•涉和视野等任务。现在，该软件在欧洲的汽车和S机产品开发上得到「广泛应用川。20世纪80年代由加拿大GenicomConsultants公司开发的软件SAFEWORK,它所提供的模型考虑了人体尺寸和形状等的计测量数据间的多重相关性。SAFEWORK可以帮助设计人员选择适怠座椅位置和模拟简单运动的相对运动学方法，同时提供了有视野和人机界面功能网.1987年，德国TECMATH软件公司和慕尼黑工业大学受德国汽+制造商的联合资助，开始开发基于德国人体的用于汽车车室内部布置设计的RAMSIS软件。在研究中，采用试验研究的方法来确定驾驶员选择的坐姿情况，以及坐在不同的汽车实物模型、不同汽车上所去现出的生理和心理上的不舒适情况。这些试脸数据和人员的人休计测模型相结合,就可以使设计者考察乘坐在具有不同大小车室和不同座椅状态的汽车上的不同尺寸和不同外形切驶员的表现.RAMSIS软件有一套很复杂的方法,包括描述不同人群了组特征的方法和利用经验数据评价合理坐姿的方法。最近，乂将芈计克机图像技术引入其中，使人体模型的表现史为理想刈。RAMSIS软件的问世，受到「汽车行业的广泛关注，目前应用已经非常广泛，在很多汽车企业已成为人机1.程设计的实际标潴。目前在全球，有超过70%以上的轿车制造商在使用RAMSIS软件，包括奥迪、大众、宝马、保时捷、戴姆勒-克莱斯勒、福特、通用等知名品牌，其中,奥迪公司目前唯一的人机工程分析工具就是RAMSISinCAT1AV4„国内的一些乘用车企业也在使用RAMSIS软件，如上海大众、华晨金林、上海通用(泛亚汽车技术中心)和长安汽车等。另外，国外的一些卡车制造商，如福莱纳、依维柯等，以及一些汽车零部件供应商如佛吉亚、关世通等都在使用RAMSIS软件进行人机工程设计。数字化人体模型具有实用、高效的特点，在汽车行业很快得到了广泛的应用。计算机辅助人机工程设计技术为汽车人机L程设计提供了新的方法，避免了传统设计方法中反复试验导致耗时长、成本高的缺点。1.2.2国内研究现状我国进行人机厂.程学的研究相对较晚。20世纪60年代初,只有中科院、中国军事科学院等从事个别问题的研究，其研究成果主要应用了国防和军事领域,这是我国人机匚程学发展的基础山。20世纪80年代初，人机工程学作为一门学科确立起来,各高校和研究所开始着于研究，建立研究室。1980年，封根泉的《人体工程学》出版,成为我国第一本人机I.程学专考，同年4月，全国人类工效学标准化技术委员会成立。1984年，国家军用人一机一环境系统工程标准化技术委员会成立。这些机构的建立,有力地推动了人机工程学讲究在我国的发展叫1989午，中国人类「•效学学会(ChineseErgonomicsSociety»简称CES)正式成①,这是我国人机「程学最正式的全国性学术组织，并在1991年加入国际人机I程学会，1995年创刊《人类［效学》。这是我国人机工程学发展的重要里程碑几随后,很多高校和中国科学院分别建立了研究机构,开设人机工程学课程.人们对人机匚程学的应用越来越重视，相关教材、专著、学术论文等日益增加，各行业陆续制定了相关人机工程学的技术标准川。国内对汽车人机工程学的研究，起初人多利用人体模板或直接引用国外的标准进行车身内部设计，后期一些乘用车厂.商逐渐借用三维数字化人体模型来辅助车辆设计。近年来，一啖高校开始着手于计算机辅助汽车人机1：程设计技术的研究。吉林大学黄金陵、任金东等人提出了汽车布置过程中设计座椅位置和预测调节范围的模拟分析方法,并且研制了相应的CAD系统,辅助汽车设计人员岛效地完成座椅布置设计。其研究的方法适用于不同驾驶员群体，不同类型的车辆，克服了传统SAE推荐的适意H点位置线的缺点⑺。哈尔滨工业大学宋宝玉等人应用人体I：程学成果在AutoCAD环境中开发了驾驶室内部总布置计算机辅助设计系统，能够为驾驶室合理布置提供理论依据，并且可以校核已有驾驶室布置的合理性也20世纪90年代末，中国农业大学毛恩荣、林建等人采用面向对象的继承方法，构造了一个完整的一维人体模型,该人体模型可以构造出任意的法态，并可以以空间任意角度方位显示在屏幕上，应用该人体模型，可以进行人体操纵动作模拟、姿志研究、人机系统的操作界面分析等”2000年，江苏理L大学刘军、秦洪武等人，以SAE和人体【程学相关标港为依据,开发了计算机辅助车辆人机工程设计的CAVE系统。该系统中含有三个仃分位的人体模型，可用于对汽车驾驶室的踏板、座椅（含乘坐区）、仪式板、风窗玻璃、雨刮器、后视镜等结构和布置进行设计和校核四。20。2年，吉林大学李国富、宋传学、黄金陵等人以CATIA软件为支撑，利用GH语言和^在吉开发了一套车身总布置系统。该系统中包含了各种车身总布置匚具（如眼椭圆、头廊包络线、手伸及界面等）和各种法规要求（如风窗玻璃刮水器剂扫面枳和区域、安全带固定点位置等）""o国内在汽车人机I：程学领域的研究取得了较大的进步，但是同国外相比，仍然存在不足，国内对人机I：程学的研究，特别是•些设计软件的开发，主要集中在高校、研究所等领域，在汽车行业尚未得到十分广泛的应用。通过调研等渠道了解到，部分汽车企业虽然与高校联手开发了一些设计软件，但是这些软件通常存在着不足之处，如系统兼容性较差、对系统配置要求较高、稳定性和实时更新性较差，而且这些软件一般只针对汽车某一方面进行设计，功能不全面.在乘用车领域，国内一些汽车企业引入了国外较为先进的计算机辅助人机「程设计软件进行汽车产品设计"旦是在客车行业,大多数设计人员仍然采用经验设计方法,或直接借鉴国外的研究成果。本文借助人机L程软件RAMSIS作为设计和分析工具，结合汽车人机II程学原理，对国内某款客车驾驶室进行人机匚程设计，研究客车驾驶室人机工程设计方法。世界卫生组织发布的2009年《道路安全全球现状报告》显示，全球每年有120万人死在道路上，2000万到5000万人遭受非致命伤害，道路交通事故仍然是其死亡和伤残的主要原因必。据统计，近两年我国的交通事故率有所降低网，但是交通事故带来的伤害仍然十分严重，特别是客货车等营运性车辆的事故仍然比较突出，而且这些车辆一旦发生事故，多为擀死群伤，给人们的生命财产造成曰大的损失。如2012年1月发生在贵州兰海高速公路的客车事故，导致18人死亡，多人受伤。美国高速公路交通安全局（NationalHighwayTrafficSafetyAdministration,NHTSA）曾对交通事故的原因做过调查研究，其结果表明：很多公路交通事故主要是驾驶员人为因素（占75.4%）和驾驶员身体状况（占14%）所导致。这些人为因素包括驾驶员注意力不集中、视野不佳等导致驾驶员决策失误，从而引发交通事故，向且，驾驶疲劳是引发交通事故的最主要诱因⑼。同时，有很多国家对客乍驾驶员1.作、健康和事故的关系做了大量研究网叫研究结果显示，彳涮设计因素在驾驶员疲劳、疾病和事故中占有非常大的比重。我国很多学者对交通事故的成因做了大量的分析研究间.从文献［17］的统计结果可以看出,疲劳驾驶在交通事故成因中占的比例最高，大约为23.11%,文献［18］指出：通过对2032例属于驾驶员责任事故的数据分析发现，感知错误是交通事故发生的主要原因，占54.18%判断决策错误占35.XX%。并提出：人是交通活动的主体，必须依据人机I：程学和交通安全心理学原理指导汽车设计，从而预防、控制人为事故的发生。驾驶空是驾驶员的上要活动空间，驾驶空设计不当是造成驾驶员疲劳的正要原因之一。例如：踏板、驾驶员座椅、方向盘的相对位置关系不合理，并缺少足够的调节能力，不能很好地适合驾驶员以及达到减振的效果，将会极易导致驾驶疲劳：驾驶室视野、照明不好,风窗玻璃、组合仪表设计不合理,容易使驾驶员产生视觉疲劳：驾驶室内操纵元件设计不合理，驾驶员在长期反复操作下也会增加疲劳程度，我国的客车工业从20世纪60年代开始起步，随