安全人机工程课程设计.docx
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安全人机工程课程设计
摘要
20世纪90年代以来，世界向着信息化社会发展的速度越来越快，而多媒体技术的应用在这一过程中发挥了极其重要的作用。
多媒体改善了人类信息的交流，缩短了人类传递信息的途径。
本次课程设计的选题为长春建筑学院城建学院多媒体讲台。
从安全的角度，以运用人机学的原理和方法来解决多媒体讲台人机结合面的安全问题为目的，以提高教学效率和教师上课的舒适度、改善教师的工作空间为目标。
通过对我校城建学院501教室的多媒体教室讲台的实体测量、发放调查问卷、多方面收集查阅有关多媒体讲台及教师作业空间的资料、对比测量和规定的标准数据从而提出更为舒适、便捷、符合人机工程学的多媒体教室讲台设计方案，优化教师工作空间。
本设计可用于安全工程本科教学、学习的参考资料，也可供各单位选购及设计多媒体讲台时参考。
关键词：
多媒体讲台安全人机工程工作空间
前言
多媒体是一种将文本，图形，图像，音频等多媒体信息经过计算机设备的获取操作，编辑吗，存储，等综合处理后，以单独或的形态，表现出来的技术和方法。
所谓多媒体教室讲台就是指利用多媒体计算机，综合处理和控制符号、语言、文字、声音、图形、图像、影像等多种媒体信息，把多媒体的各个要素按教学要求，进行有机组合并通过屏幕或投影机投影显示出来，同时按需要加上声音的配合，以及使用者与计算机之间的人机交互操作，完成教学或训练过程。
工作空间即作业空间，是人们在从事某项作业时，为完成该项工作，人体所必须的活动范围或空间。
作业空间包涵三种不同的空间范围：
接触空间、活动空间和安全防卫空间。
本设计就是立足与教室在工作过程中的保护，着重从人的生理、生物力学、劳动科学诸方面研究如何实现人、机、环境三方面因素的协调。
把人—机—环境系统作为研究对象，研究和解决人与机械（环境）系统的合理关系。
主要内容包括：
人体测量数据的处理和应用、显示器与控制器的设计与布局、作业空间和作业环境设计、多媒体讲台的现状与设计。
本设计由安全工程专业高倩茹、李想、李易玲、唐姗共同收集材料，高倩茹整理设计完成。
高倩茹
2013年8月20日
目录
第1章我校多媒体教室讲台的现状
第2章多媒体教室讲台的设计标准
第3章我校多媒体讲台的现存问题及设计方案
第4章与当代经济的联系
参考文献
附录
第1章多媒体教室讲台的现状
1.1多媒体教学的优势
（1）直观性，能突破视觉的限制，多角度地观察对象，并能够突出要点，有助于概念的理解和方法的掌握；图文声像并茂，多角度调动学生的情绪、注意力和兴趣。
（2）动态性，有利于反映概念及过程，能有效地突破教学难点；
（3）交互性，学生有更多的参与，学习更为主动，并通过创造反思的环境，有利于学生形成新的认知结构；通过多媒体实验实现了对普通实验的扩充，并通过对真实情景的再现和模拟，培养学生的探索、创造能力；
（4）可重复性，有利于突破教学中的难点和克服遗忘；
（5）针对性，使针对不同层次学生的教学成为可能。
（6）信息量大、容量大，能够节约空间和时间，提高教学效率。
1.2多媒体讲台的组成
随着经济的发展，多媒体教室讲台以走进各大高校，与我们的学习息息相关。
一个完整的多媒体讲台应包含主机、视频部分、音频部分、基本输入输出设备等基本结构。
其中主机是多媒体计算机的核心，用的最多的还是微机。
目前主机主板上可能集成有多媒体专用芯片。
视频部分视频部分负责多媒体计算机图像和视频信息的数字化摄取和回放。
主要包括视频压缩卡、电视卡、加速显示卡等。
视频卡主要完成视频信号的A/D和D/A转换及数字视频的压缩和解压缩功能。
其信号源可以是摄象头、录放像机、影碟机等。
电视卡（盒）：
音频部分音频部分主要完成音频信号的A/D和D/A转换及数字音频的压缩、解压缩及播放等功能。
主要包括声卡、外接音箱、话筒、耳麦、MIDI设备等。
基本输入/输出设备视频/音频输入设备包括摄像机、录像机、影碟机、扫描仪、话筒、录音机、激光唱盘和MIDI合成器等；视频/音频输出设备包括显示器、电视机、投影电视、扬声器、立体声耳机等；人机交互设备包括键盘、鼠标、触摸屏和光笔等；数据存储设备包括CD-ROM、磁盘、打印机、可擦写光盘等。
高级多媒体设备随着科技的进步，出现了一些新的输入/输出设备，比如用于传输手势信息的数据手套，数字头盔和立体眼镜等设备。
1.3我校多媒体教室讲台的现况
为了进一步了解我校多媒体的现状，我们小组对我校城建学院的多媒体教室讲台进行了全方位的测量，并就多媒体讲台及教师工作空间的情况做了问卷调查。
就实物测量来看，我校CJ501的多媒体讲台的有关尺寸如下：
电脑品牌
三星
柜台
长
129.5
宽
79.8
高
100
控制器
长
17.5
宽
12.5
显示屏
长
32
宽
24
距离左边
24.5
投影仪面板
长
29.8
宽
22.8
操作台
高
75.3
踏脚区
上顶宽
5
踏脚板宽
24.5
踏脚板长
40.5
踏脚区高
49
讲台
长
441
宽
119.7
高
18
间距
宽
119.7
除上述数据外，在测量过程中我们还发现，我校适用的多媒体讲台有推拉式和折叠式两种。
不论哪种，在教学的过程中不可避免的在讲台及内部设备上留下大量粉笔灰，如不及时清理，将直接
影响下次上课的上课效率。
若粉笔灰进入设备内部，将会影响设备的正常运行，加快机器的折旧速度，而留在推拉轨道和折叠痕迹里的粉笔灰会导致多媒体讲台开启和关闭时的困难。
并对坐在前排的学生和老师的健康带来危害。
在问卷调查中尽管多数人员认为我校现用的多媒体讲台整体比较合理，但仍有15.63%参与调查的人员表示操作台的高度偏低，上课时必须弯下要来才能正常操作。
25%的人表示说我校多媒体讲台的显示屏屏幕偏小，容易产生视觉性疲劳。
21.88%的人员表示我校的多媒体键盘及控制按钮老化，按键时所需用力偏大；尤其超过80%参与调查的人员对我校多媒体讲台的音响设备表示不满；仅有9.38%的老师，在使用多媒体上课时不会产生疲劳感。
43.5%的人员表示我校的多媒体设备有待改善。
此外，在本次问卷调查中有老师反映我校的多媒体讲台的安装位置过于靠边，上课时经常黑板操作台两边跑，不仅增加了体力负担而且占用大量的上课时间影响上课进程。
第2章多媒体讲台外部尺寸设计
一般来说设计和确定作业空间和外部尺寸必须保证至少90%的用户的适应性、兼容性、操作性、和维护性，即人体主要尺寸的设计极限应根据第5至第95百分位数的值确定。
并参照以下原则选用数据：
（1）必须适应或允许身体某些部位通过的空间尺寸，应以第95百分位数的值作为适用的人体尺寸。
（2）有限度或受身体延伸所限制的空间尺寸（如抓握物体的可及尺寸、控制器的位移、安全防护罩上的空隙等），应以第5百分位数的值作为适用的人体尺寸。
（3）可调整的尺寸，应以第5百分位数至第95百分位数的人体尺寸范围为高度范围适用的人体尺寸；只能用一种中等尺寸供群体使用时，应以第50百分百位数作为适用的人体尺寸。
（4）在选用人体尺寸和体型时，首先要搞清该尺寸的适用范围，如国家、地区、民族、年龄、性别、职业及社会地位等。
（5）人体测量数据应用时应考虑人体尺寸变化。
表2—1给出了百分比和换算系数。
百分比%
K
百分比
K
0.5
2.576
70
0.524
1
2.326
75
0.674
2.5
1.960
80
0.842
5
1.645
85
1.036
10
1.282
90
1.282
15
1.036
95
1.645
20
0.842
97.5
1.960
25
0.645
99
2.326
30
0.524
99.5
2.576
当已知某项人体测量尺寸的均值为X，标准差为S，需要求任一百分位的人体测量尺寸Pv时，其计算公式为：
Pv=X+-（S*K）
当求1%—50%之间的数据时，式中取“-”号；当求50%—99%之间的数据时，式中取“+”号。
式中K为变换系数。
2.1多媒体教室讲台的高度
在进行多媒体设计时，多媒体的高度设计是必不可少的。
多数情况下教师上课时以站姿为主的，若多媒体讲台设计的较高则会遮挡学生的视线，较矮长时间实验使用则会出现腰酸、背痛等不适症状，增加职业病的发生概率。
下表给出了成年人的部分人体尺寸数据。
项目
性别
尺寸
均方根差
身高
男
1678
57.9
女
1570
51.9
眼高
男
1586
56.7
女
1454
50.2
上臂长
男
313
14.6
女
284
13.7
前臂长
男
237
13.3
女
217
12.0
大腿长
男
465
22.3
女
438
21.9
小腿长
男
369
19.3
女
344
18.9
根据国家规定，立姿通常指人站立时上体前屈角小于30度时所保持的姿势。
工作台的高度为甚高的60%或侧台低于肘高50—100MM。
依据我国传统的教育习惯，老师上课时多以立姿为主。
我校坐落于吉林省，从地里方位上来说属于东北地区。
由于产品的设计要保证90%的兼容性，所以我们选择第5百分位至第95百分位数值作为多媒体讲台的高度范围，由表***可知：
我国东北地区成年男性平均身高为1893mm,标准差为56.6；成年女性的平均身高1586mm，标准差为51.8；所以：
男性第5百分位数为：
P=1893-56.6*1.645=1799.89mm
第95百分位数为：
Pv=1893+56.6*1.645=1986.11mm
女性第5百分位数为：
Pv=1586-51.8*1.645=1500.79mm
第95百分位数为：
Pv=1586+51.8*1.645=1671.21mm
男性的平均身高为：
（1799.89+1986.11）/2=1893mm
女性的平均身高为：
（1500.79+1671.21）/2=1586mm
东北地区成年人的平均身高为；（1893+1586）/2=1739.5mm
而老师在使用多媒体授课时一般都是站在讲台上的，经测量我校讲台的高度为180mm。
因此多媒体操作台的高度应为：
1739.5*60%+180=1223.7mm
2.2多媒体教室讲台的宽度
讲台的宽度与坐姿抓握作业域和立姿双臂作业域密切相关.在设计多媒体的宽度时，为适应90%以上的人群，肩峰点位置由1/2胸厚（取第95百分位数）和1/2肩宽（取第5百分位数）的交点确定。
此时手向外伸直画成的圆弧范围称为最大作业平面范围。
台面上最远点距离为600mm.考虑到东北地区居民的生理特点及多媒体内部安装需要，宽度可设为800mm.
2.3多媒体教室讲台的长度
水平作业区域是人站在讲台前，在台面上左右运动手臂所形成的轨迹范围。
手尽量外伸所形成的区域为最大作业域。
讲台宽度不应超过最大作业域。
考虑到正常人的最大工作范围为1500mm，因此多媒体讲台的长度可设为1500mm.
2.4多媒体颜色设计
颜色是物体的一个属性，人们通过颜色视觉能从外界获得不同的信息。
因此，颜色在人类生产生活中具有重要意义。
大量实践证明，颜色不是可有可无的装饰，而是一种可以利用的管理手段。
而且，颜色可以引起人的情绪反应，也影人的行为。
虽然每种颜色都具有特殊的心理作用，但某些感觉特征却是一直的。
颜色的生理作用主要表现在对视觉工作能力和视觉疲劳的影响，单就引起眼睛疲劳而言，蓝色、紫色最甚，红色、橙色次之，黄绿、绿蓝、绿、淡青等色引起视觉疲劳最小。
使用亮度过强的颜色，瞳孔收缩和扩大的差距过大，眼睛易疲劳，而且精神不舒适。
合适的颜色搭配可以得到意想不到的效果，如：
（1）增加明亮程度
（2）标志明确，识别迅速，便于管理；
（3）注意力集中，减少差错和事故，提高工作质量；
（4）舒适愉快，减少疲劳；
（5）环境整洁，层次分明，明朗美观；
在设计多媒体讲台时除了要考虑，颜色对人体生理及心理的影响，还要考虑多媒体讲台的颜色与周围环境是否协调。
由于现在的教室普遍以浅色为主且多为白色；其次，在使用多媒体教学时，为保证学生能够清晰的看到屏幕上所投影的文字，教室内的光线都会保持的较弱。
因此多媒体讲台的颜色应设计为浅色、白色或浅灰色。
第三章多媒体讲台的内部设计
3.1多媒体讲台显示器设计
显示装置是安全人机系统中，将机器的信息传递给人的一种关键部件。
人们根据显示信息来了解和掌握机器的运行情况，从而控制和操纵机器。
显示器的目的是将机器的运行状态转化为量的函数关系，然后用数值的形式定量的表达出来，或者用规定的形式定性的表示出来，提供给机器的操纵管理人员，作为控制机器的依据。
在人机系统中，按人接受信息的感觉通道不同，可将显示器分为视觉显示器、听觉显示器和触觉显示器。
3.1.1显示器设计的基础原则
（1）显示器所显示的信息要有较好的可察觉性、可变性，保证接受者能迅速、准确的感知和确认。
信息内容不会超过接受者地观察范围和注意能力。
（2）显示器显示的信息内容不易过多，特别是当次要信息过多时，会增加接受者的心理负荷。
，
（3）天应考虑人接受信息能力的特性，当某一感觉通道负荷过大时，可使用另一通道协助接收信息。
多重感觉通道比单通道更容易引起注意。
（4）同类的信息应尽量用同种方式传递。
没有特殊原因，不应采用不同方法进行显示。
（5）显示的信息变化时，其方向和幅度要与信息变化所带来的作用和趋势相一致。
（6）在有多种显示器的情况下，要根据技术过程、各种信息的重要程度和使用频数来布置，重要的显示器要放在醒目的显示位置。
（7）为便于识别，在某些情况下可运用两种或两种以上的方式编码，如形状和颜色相结合等。
（8）显示信息的量值应有足够的精度和可靠性。
（9）必须保证在特定作业环境下实现显示信息的功能和作用，保证接收着有最佳的工作条件。
（10）各个国家、地区或行业部门使用的信息编码应尽可能做到统一和标准化。
3.1.2荧光屏显示设计
在多媒体讲台中，电脑是多媒体讲台的核心，而荧光屏则是电脑的核心。
随着电子技术的发展，在信息显示方面，荧光屏的运用越来越广泛。
荧光屏显示的独特优点在于：
既能显示图形、符号、信号，又能显示文字；既能做追踪显示，又能显示动态画面，在人机间的信息交换具有重要作用。
荧光屏的设计需电子技术和视觉生理、心理等很多方面的知识。
从人机工程学的角度来说，目标亮度越高，越易觉察，但是当目标亮度超过34cd/m2时，视敏度不再继续有较大的改善，所以目标亮度不应超过34cd/m2。
当目标呈现时间在0.01—10S范围内时，目标的视见度随时间的增大而提高。
不过，当呈现时间大于1s的时候，视见度提高的速度减慢；当呈现时间大于10S时，视见度只有很小的提高。
一般来说，目标呈现时间为0.5S，已可满足视觉辨别的基本要求；呈现时间在2—3S，可认为是最有利的数值。
余辉是目标呈现结束后残留在屏幕面上的亮点，与目标呈现时间有一定关系。
当屏面亮度较高时，余辉的视见时间约为3S；屏面亮度较低时，余辉能见时间约为1S。
缩短扫描周期，可产生余辉的积累效应，改善目标的能见度。
周围的光照度对余辉的视觉效应影响很大，周围照度太高或太低都对它有不利的影响，周围照度为1LX最优。
实验表明，不同显示框的误读率也是不同的，下表给出了不同显示框的误读率：
结合调查结果的显示，多媒体讲台的显示屏设计成开窗式效果最佳。
根据人的视角和视距的关系，40度为标准辨别的界限，30度为最佳的眼睛转动，10度为为站立时的自然视线，而老师上课多以站姿为主，因此再设计多媒体时应将显示屏倾斜10度，以便于老师观察。
考虑到显示屏的标准化和眼睛的舒适度将显示屏的大小设计为19英寸。
3.2多媒体讲台控制器设计
控制器是人与机地交互谷过程中的重要装置。
当操纵者通过显示器得到机器设备或者环境的显示信息之后，就要通过控制装置将人的控制信息传输给机器。
控制器的类型很多，正确的选择控制器的类型能提高工作效率，也是设计多媒体讲台操纵台的前提。
3.2.1控制器的选择原则
（1）快速而精确高的操作一般采用受控或指控装置，用力的操作者采用手臂及下肢控制；
（2）手控制器应安排在肘和肩高度之间且容易接触的位置，并且易于看见；
（3）手指控制装置之间的间距可为15mm，手控装置之间的间距则为50mm；
（4）手动按钮、钮子开关或旋钮开关适用于用力小、移动幅度不大及高精度的阶梯式或连续式调节；
（5）长臂杠杆、曲柄、手轮及踏板则适合于用力、移动幅度大和低精度的操作；
（6）紧急制动的控制器要尽量与其他控制器有明显区分，避免混淆；
（7）控制器的类型及方式应尽可能适合人的操作特性，避免操作失误。
3.2.2控制器编码
对控制器设计前还应了解控制器的编码。
控制器的编码分为形状编码、大小编码、位置编码、色彩编码、符号编码及文字编码等六种。
对操控器正确的编码，能够提高工作效率，减少误差操作，具有重要意义。
3.2.3旋钮设计
根据功能要求，旋钮可以旋转一圈、多圈或不满一圈以及可以连续多次旋转，也可以定位旋转。
实验表明对于单旋钮，直径以50mm为最佳。
当三层旋钮中间一层旋钮直径取50mm时，最上面的小旋钮直径应小于25mm，最下面的大旋钮直径以80mm左右为宜。
旋钮的厚度，上面两个可取8mm，最下面的一个可取6mm，各层之间应无接触。
3.2.4按钮设计
在操纵器的设计，按钮有三个参数：
直径、作用力及移动距离。
用指间揿的按钮直径，对于大拇指可取20mm，其他手指可取15mm.对于需要整个手端压揿的按钮，其直径一般不大于30mm,最小直径不应小于6.5mm.若按钮直径大于15mm可将顶部做成球面线凹坑，以便于手感；对于单按钮的阻力，大拇指的按钮可取为2.94—19.6N，其他手指按钮可取为1.47—5.89N，按钮阻力不宜太小，以免稍有误碰就会起作用；按钮的移动距离不宜太小
，太小会不安全。
综合以上信息，我在进行多媒体讲台控制器的设计时，为保证揿键的舒适度，降低误按的可能性，将键面的直径设计为20mm、顶部呈圆面线下凹、按键力度为4.42N、映有与功能相匹配的文字或符号的方形钝角间距为5mm的按键。
根据安全人机工程学人—机—环境相互影响的原则和中国居民多使用右手的习惯，将控制器设计为三个区域。
左边为使用较少的数据连接装置（如主机、电源、USB插口等），中间为显示屏，右边放置使用较多的手写投影仪和计算机控制装置。
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第四章教师工作空间设计
人们在从事某项作业时，为完成该项任务，人体所必须的活动范围或空间，称为作业空间。
它包括人的操作活动范围和机器设备中显示器和控制器所及范围。
4.1作业空间设计的基本原则
作业空间包含三种不同的空间范围：
第一种是人体在规定位置进行作业时，必须触及的空间，即作业范围，或称为作业的接触空间；第二种是人体在作业时或进行其他活动时（如进出工作岗位、在工作岗位进行短暂的放松与休息等），人体自由活动所需要的范围，即作业活动范围；第三种是为保证人体安全，避免人体与危险源（如机械转动部位等），直接接触所需要的安全防互空间。
为了使作业空间设计得即经济合理，又能给作业人员的操作带来舒适和方便，进行作业设计时，一般应遵循以下原则：
（1）根据生产任务和人的作要求吗，首先应总体考虑生产现场的适当布置，避免在某个局部空间范围内，把机器、设备、工具和人员等安排的过于密集，造成空间劳动负荷过大。
然后再进行各局部空间的协调。
（2）作业空间设计要着眼于人，落实于设备。
即结合操作任务要求，以人员为主体进行作业空间的设计。
（3）在应用有关人体测量设计数据作业空间时，应至少在90%的操作者具有适应性、兼容性、操纵性和可达性。
4.2工作岗位的空间尺寸
为了使操作人员在工作时行动自如，避免产生不良的心理障碍和身体损伤，最小工作间的地面面积不得小于8m2.每个操作人员在工作岗位上的自由活动面积不得小于1.5m2，并且自由活动场地的宽度不得小于1m.每个操作者最佳的工作活动面积为4m2.如果出于操作原因，在某些岗位上不能保证1.5m2的自由活动面积，应该在该操作岗位附近为其提供一个同样大的活动面积。
对于每一个在工作间长时间工作的人来说，都有一个基本的空间要求。
这个空间对主要不是坐着的人，应不小于15m3，若在自然通风的工作间中除了长时间工作的人员外，还有并非暂时停留的其他人员，则每个添加人员必须有10m3的最小工作空间。
由于老师在上课时，工作区域主要在多媒体操作台与黑板之间，所以多媒体讲台的放置位置和讲台的面积是影响教师作业空间的主要因素。
在保证工作地不小于8M2的条件下，将黑板与操作间的距离设计为120cm,即讲台的宽度为120CM。
教师特定的工作环境则决定了其工作空间不小于25M3，所以讲台的长度应不小于6.67M。
4.3容膝空间
容膝空间的设计是为了保证作业者在作业过程中，腿脚能有舒适而方便的姿势。
其设计尺寸如下表所示：
尺度部位
尺寸/mm
最小
最大
容膝孔宽度
510
1000
容膝孔高度
640
680
容膝孔深度
460
660
大腿空隙
200
240
荣腿孔深度
660
1000
所以将踏脚区地上顶板深度设计为
踏脚区高度Pv=369+19.3x1.645=400.75
宽度510
第四章多媒体讲台与当代经济的联系
第五章结论
本设计从对普通多媒体讲台的测量，和有关资料的查阅出发，通过对其不符合人机工程学地方的分析，通过分析新设计的多媒体讲台具有以下特点：
（1）安全合理，符合安全人机工程学原理；
（2）多媒体讲台设计紧凑，以东北地区的居民人体尺寸为设计标准，结合安全人机工学原理设计。
（3）高
致谢
这次安全人机工程课程设计，感谢周乾老师的悉心指导，感谢李想、李易玲、唐姗三人在设计过程、资料收集和测量过程中的给予我的帮助，使我顺利完成本次安全人机工程关于多媒体讲台及教师工作空间的优化设计的课程设计。
由于初次课程设计，且时间有限，设计中难免会有一些不合理的地方，还望各位老师不吝赐教。
谢谢。
参考文献
（1）李红杰鲁顺清安全人机工程学武汉：
中国地质大学出版社，2006.7
（2）安全人机工程学多媒体讲台的人机学设计论文湖南工程学院，2011.6
（3）GB/Ｔ12985—1991在产品设计中应用人体尺寸百分数的通则
（4）GB/T13547_1992工作空间人体尺寸
（5）GB10000_1988中国成年人人体尺寸
附录
多媒体讲台及教师工作空间问卷调查
1.、您觉得我校的多媒体讲台高度如何？
A、很高B、略微偏高C、适中D、略微偏低E、很低
2、您觉得我校的多媒体讲台长度如何？
A、很长B、略微偏长C、适中D、略微偏短E、很短
3、您觉得我校的多媒体讲台宽度如何？
A、很宽B、略微偏宽C、适中D、略微偏窄E、很窄
4、您觉得我校的多媒体讲台的显示屏安装高度如何？
A、很高B、略微偏高C、适中D、略微偏低E、很低
5、您觉得我校的多媒体讲台的显示屏安装位置如何？
A、偏右B、略微偏右C、适中D、略微偏左E、偏左
6、您觉得我校的多媒体讲台的显示屏大小如何？
A、很大、B、略微偏大C、适中D、略微偏小E、很小
7、您觉得我校的多媒体讲台的按键大小如何？
A、偏大B、略微偏大C、适中D、略微偏小E、偏小
8、您觉得我
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