工业工程毕业设计论文撰写模板及撰写要求.docx
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工业工程毕业设计论文撰写模板及撰写要求
毕业设计（论文）
题目：
人因工程学在个人计算机设计中的应用
子题：
专业：
工业工程指导教师：
樊双蛟
学生姓名：
姬顺玉班级-学号：
0804020121
年月
大连工业大学本科毕业设计（论文）
人因工程学在个人计算机设计中的应用
HumanFactorsEngineeringInPersonalComputerDesign
设计（论文）完成日期2012年月日
学院：
机械工程与自动化学院
专业：
工业工程
学生姓名：
姬顺玉
班级学号：
0804020121
指导教师：
樊双蛟
评阅教师：
年月
摘要
人因工程学，是近几十年发展起来的一门边缘性应用科学。
主要研究人—机—环境三者之间的相互关系，其中人的因素第一，并注重人的因素的主导作用。
同时，通过合理的完善和改进人机系统，可以保证人的安全、健康、舒适和工作的高效。
随着科技的进步和人们物质生活的丰富，个人计算机已越来越多地成为人们日常工作和生活的必备工具，个人计算机的人性化设计不仅关系到操作的便捷和准确性，而且直接影响着操作者的健康，这就要求个人计算机的设计中充分考虑到人的生理和心理特点。
长时间地使用键盘会造成双手肌肉的紧张，严重的甚至会造成操作者肌体上的劳累损伤。
其症状包括含使用键盘造成的手腕神经压迫，坐姿不良引起的脊椎神经伤害以及颈部和腰部累积性骨骼肌肉损伤等。
长时间的使用不合适的显示器不仅会对视力造成伤害而且显示器的高度不合适还会引起颈椎的疾病。
所以，设计计算机时，一定要考虑到人的因素，利用人因学中的人体测量学可以设计出最适宜的尺寸。
经过对个人计算机进行人因学设计，可以得到一款让使用者使用起来最舒适的计算机。
关键词：
人因工程学，个人计算机，显示器设计
Abstract
HumanFactorsEngineeringisamarginalappliedsciencewhichdevelopedinrecentdecades.Itresearchestherelationshipamongman,machineandenvironment,inwhich,humanfactorsgoesfirst,andpaysattentiontothefactorsoftheleadingrole.Atthesametime,throughthereasonableandperfectimprovement,theman-machinesystemcanguaranteeofthesafety,health,comfortableandworkefficiency.
Withtheprogressofscienceandtechnologyandpeopleoftherichmateriallife,personalcomputerhasmoreandmorebecomeanessentialtoolinpeopledailyworkandlife.thepersonalcomputerdesignisnotonlyrelatedtoconvenientandaccurateoperation,butalsodirectlyaffectthehealthoftheoperator,whichrequiresthedesignofpersonalcomputermakethefullconsiderationofphysiologicalandpsychologicalcharacteristics.Usingthekeyboardforalongtimecancausethemuscletensionofhands,evencanhavecausethestrainofthedamageonthebody.Symptomsincludetheuseofthekeyboardcausewristnervecompression,sittingpositionofthespinalcorddamagecausedbybadandthewaistandneckcumulativeskeletalmuscledamage,etc.Useanunsuitablescreenforalongtimewillnotonlycausevisualharm,anunsuitableheightofthescreennotappropriatewillalsocausecervicalvertebradisease.So,thedesignofcomputershouldbesuretoconsiderthehumanfactors.UsetheAnthropometry,whichbelongstotheHumanFactorsEngineeringcandesignthemostappropriatesizeofpersonalcomputer.
AfterHumanFactorsEngineeringinpersonalcomputerdesign,cangetthemostcomfortablecomputer.
Keywords:
HumanFactorsEngineering;PersonalComputer;MonitorDesign.
第一章绪论
1.1课题背景
计算机在人们的日常生活中运用越来越广泛，深入我们工作学习生活的各处，现已成为人们生活和学习中不可缺少的工具。
随着科学技术的不断发展，各式各样的计算机应运而生，由最早的台式计算机所被人熟知，发展到相对携带方便的笔记本电脑，再到近几年大热的平板电脑。
计算机的体积越来越小，携带越来越方便，性能越来越高，人们对计算机的要求也越来越高。
这不仅标志着计算机性能的不断提升，而且人们对使用计算机是的舒适程度也越来越关注。
现如今人们更关注的是个人计算机（personalcomputer），个人计算机一词源自于1978年IBM的第一部桌上型计算机型号PC，在此之前有AppleII的个人用计算机。
能独立运行、完成特定功能的个人计算机。
个人计算机不需要共享其他计算机的处理、磁盘和打印机等资源也可以独立工作。
今天，个人计算机一词则泛指所有的个人计算机、如桌上型计算机、笔记型计算机、或是兼容于IBM系统的个人计算机等。
个人计算机（或PC）是为每次一人使用而设计的。
长时间使用计算机加上计算机某些不遵从人因工程学设计的地方，如何保护我们的健康，如何让我们工作的更愉快更舒适？
这就需要我们花点心思和力气考虑计算机设计是否符合人因工程学的要求。
利用人因工程学不仅可以设计出最适合个人特点的个人计算机，还可以找出现有的个人计算机中有哪些设计不足之处以及如何去改进。
有了一个最适合人体的设计，不仅能够减轻疲劳，而且还能提高工作效率和工作舒适程度。
1.2人因学理论及应用的发展现状
1.1.1人因工程学简介
人因工程学，即人的因素工程学（HumanFactorsEngineering），它是近几十年发展起来的一门边缘性应用科学。
它应用生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学、环境科学、机械工程、控制理论和管理学等学科的知识和成果，并主要研究人—机—环境三者之间的相互关系，其中人的因素第一，并注重人的因素的主导作用[1]。
同时，通过合理的完善和改进人机系统，可以保证人的安全、健康、舒适和工作的高效。
这门学科，目前在国内外还没有统一的名称。
除人因工程学外，还称之为人类工程学、人机工程学、人体工程学、人类工效学等[1]。
尽管人们人们对该学科的表达方式不尽相同，但其基本概念都包含以人为本，根据人的特征，设计和改进人—机—环境系统，实现安全、健康、舒适和高效的最佳组合的目标。
鉴于此，将该学科称之为人因工程学无论从其过去、现在还是未来的发展都是比较恰当、准确和科学的[2]。
1.2.2人因工程学的发展历程
人因工程学从19世纪末20世纪初至今，已有近百年的发展历史。
普遍认为，其发展历程大体可分为以下三个阶段。
●早期人因工程学
1898年，美国人泰勒通过对铲煤量不同的铁锹进行的铲煤试验是人因工程学成功应用的著名范例。
1911~1912年，吉尔布雷斯夫妇通过对作业中人的动作进行分解和科学分析，建立了省工、省时、高效率和适宜的操作程序，并进一步研究人的作业疲劳、作业时间等，其中，重点研究作业中人的作业及其对工作环境的反应等，至今仍然是人因工程学的重点研究内容之一。
由此可见，上述试验都不同程度地涉及到人与机器、人与环境的关系，且都与如何使人适应机器，如何提高工作效率有关，这一思想对今天的人因工程学仍具有积极作用。
[2]
此阶段发展的主要特点可以认为是：
机械设计的主要着眼在力学、电学、热力学等工程技术的原理设计上，而人机关系上则是以选择培训人员为主，使人适应机器。
从此以后，早期人因工程学进入设计不在是单一的工程学，而是涉及人的生理学、心理学以及其他基础科学阶段。
[2]
●科学人因工程学
第二次世界大战期间，出现不少忽视人的因素，片面追求新式武器和装备功能环境，由于人的生理、心理、能力等因素，造成操作失误而导致失败的时间频频发生。
由此，人们逐渐认识到，人与先进武器装备相比，只要制约的因素是人而不是物，人的因素是设计制造及应用中不可忽视的重要因素；同时，要求设计者不仅要具有工程技术知识，还要具有生理学、心理学、人体测量学和生物力学等方面的知识。
从此以后，在军事领域中开始强调“人的因素”的研究与应用，并向其他领域拓展。
在此期间，发展的主要特点可以认为是：
重视工业与工程设计中“人的因素”，并充分地利用工程技术、医学、心理学等相关学科，力求使机器适宜人。
[2]
●现代人因工程学
20世纪60年代以来，随着控制论、信息论、系统论、人体科学和计算机科学等技术的发展，人因工程学的研究与应用不断扩大与深入，给人因工程学提供了新的理论和方法及实验场所；给人因工程学的研究提出了新的课题和新的要求。
现代人因工程学涉及到工业卫生学、解剖学、心理学、生理学、工业与工程设计、建筑与照明设计、管理工程、工作研究等专业学科。
由此可以归纳现代人因工程学发展的主要特点是：
着眼于机械装备的设计，使机器的操作控制在人类能力界限之内；密切结合实际应用；通过设计实验的研究，尽可能利用已有的基本原理进行具体的机械装备设计；力求使实验心理学、生理学、功能解剖学等学科与物理学、数学、工程学方面的研究密切合作。
[2]
现代人因工程学研究主要方向是：
将人—机—环境作为一个统一的整体进行研究，以创造最适合人操作的机械装备和作业环境，使人—机—环境系统协调，获得系统的最高综合效能。
[2]
1.2.3人因工程学在中国的发展
中国最早开展的工作效率研究的是心理学家。
20实际30年代西方国家的工业心理学思想已引入我国，并开展了工作疲劳、劳动环境、择工测验等方面的研究。
新中国成立后，中国科学院心理研究所和杭州大学的心理学家重新开展了操作合理化、技术革新、事故分析、职工培训等劳动心理学研究。
这些研究对提高工作效率和促进生产发展起到了积极作用。
在20实际60年代初，一部分心理学工作者转向人机关系的研究，如铁路灯光信号显示、电站控制是信号显示、仪表表盘设计、航空照明和座舱仪表显示等工程心理学研究，取得了可喜的结果。
“文化大革命”使许多研究陷于停顿。
到20实际70年代后期，我国开始进入现代化建设的新时期，工业心理学方面的研究获得较快发展。
改革开放，使我们了解更多国外人因工程学的研究应用成果和发展势态，到20实际80年代，人因工程学在我国以前所未有的速度和规模获得发展。
[1]
20世纪80年代末，我国已有几十所高等学校和研究单位开展了人因工程学研究和人才培养工作。
许多大学在应用性学科开设了有关人因工程学方面的课程，人因工程学的工作者队伍有很大发展。
为了把全国有关的工作者组织起来，共同推进科学的发展，与1989年6月29~30日再上海同济大学召开了全国性学科成立大会，定名为中国人类工效学学会。
这个学会下设人机工程学、环境工效学、认知工效学、交通工效学、生物力学工效学、管理工效学、工效学标准化等专业委员会。
另外，中国心理学会、中国航空学会、中国系统工程学会、中国机械学会等在自己的学会中分别成立了工业心理专业委员会，航空人体工效、航医、救生专业委员会，人—机—环境系统工程专业委员会，人机工程专业委员会等有关人因工程学的专业学术团体。
这些学会组织推动者我国人因工程学不断向前发展。
[1]
1.3研究内容及思路
1.3.1人因工程学的研究内容
为了使机器、产品的设计和环境条件的设计适应于人，以保证人的操作简便省力、迅速准确、安全舒适。
充分发挥人、机效，使整个系统获得最佳经济效益和社会效益。
人因工程学的具体研究内容如下：
[1]
1.研究人的生理与心理特性
2.研究人—机—环境系统整体设计
3.研究人机界面设计
4.研究工作场所设计和改善
5.研究工作环境及其改善
6.研究作业方法及其改善
7.研究系统的安全和可靠性
8.研究组织与管理的效率
1.3.2人因工程学的研究方法
人因工程学涉及多学科交叉内容，在其研究人—机—环境的关系中，运用的研究方法的核心主要是以人为本，以唯物辩证法为指导，坚持研究的客观性和系统性。
以下为几种常用的研究方法：
[2]
1.观测法
2.调查法
3.实验法
4.模拟和模型实验法
5.计算机数值仿真法
6.分析法
7.感觉评价法
8.心理测验法
9.图示模型法
1.4研究意义
随着技术的日新月异及生活品质的提高，人们又将生活层次推向另一个境界。
除了产品的材质、功能和品味外，我们希望产品本身的设计能更体贴和善解人意；而这体贴和善解人意不外乎期望能够更满足人类各方面的需求。
何谓“满足”?
“满足”就是“有感觉且快乐合意”的，若无感觉，则一切免谈；所以要有感觉，一切的设计就不能超出人类本能的极限。
而这极限的探讨亦属人因工程的范畴。
基本上，人因工程的主要目的有二：
1.提高效率，如提高产品质量、减少失误、增加信赖度等。
2.增进人性价值，如降低工作压力和疲劳度、增进安全，提升舒适感和满
足感，以及改善生活品质等。
随着社会的发展，越来越多的企业工厂管理、产品设计等需要考虑人性化，只有合理运用人因工程学理论才能调动人的积极性，把提高人的自觉性、主动性与实施强制性的行政法规措施结合起来，以便在人—机—环境系统中实现安全、高效、合理的全体个个体行为。
第二章与个人计算机设计相关的人因工程学理论综述
2.1人的信息传递系统理论
图2.1人的信息加工模型
2.1.1人的信息输入
人的信息输入主要是靠感觉系统来完成的。
而感觉系统主要包括一下几部分：
1.视觉
视觉是由眼球、视觉神经和视觉中枢的共同活动来完成的。
人的眼睛在光学上就像一架照相机,它有一个透镜系统,瞳孔是能变大变小的光圈,还有和底片相当的视网膜。
眼球比照相机复杂得多，外界物像一定要经角膜、房水、晶状体和玻璃体四次折射后，才能聚焦于视网膜上。
视觉是所有感觉中神经数量最多的感觉器，其优点是：
可在短时间内获取大量信息；可利用颜色和形状传递性质不同的信息；对信息敏感，反应速度快；感觉范围广，分辨率高；不容易残留以前刺激的影响。
但也存在容易发生错视、错觉和容易疲劳等缺点。
2.听觉
耳朵是听觉器官，它由外耳、中耳和内耳三个部分组成。
外耳是收集声音能量的，声波的交变压力经外耳推动鼓膜；由鼓膜接收到振动在中耳的三块听小骨中放大，再传至内耳；内耳是声音受纳器细胞的所在地，振动通过内耳传递到神经末梢，即把机械性的声能转变成神经能，传至大脑，形成人对声音的感觉。
3.味觉
味觉的感受器是分布在舌上的味蕾。
一个味蕾有几十个味细胞，它们与有味物质进行直接反应。
脑神经将味觉细胞的兴奋传递给中枢神经，再由这些神经传送到延髓，再转到间脑，最后进入大脑皮层的味觉区。
味觉有酸、甜、苦、辣四种，称为四原味。
舌尖对甜的感受性大，舌尖和舌侧对酸的感受性大，而舌根对苦的感受性大。
4.皮肤感觉（触觉）
皮肤有三种感觉系统，一是压力感觉，二是痛觉，三是温度变化的感觉。
多数情况下，人都是利用手和指头作为信息的主要感受体。
工人一直在利用他们的触觉探测工件表面粗糙度。
5.嗅觉
鼻腔上端达的嗅粘膜是嗅觉的感受器，其上分布着嗅觉细胞。
嗅觉细胞受
到刺激时，产生神经冲动，上传到嗅觉中枢而引起嗅觉。
人的嗅觉感受性很强；影响嗅觉感受性的因素有环境条件和机体条件；温度有助于嗅觉感受；嗅觉的适应比较快，且具有选择性。
2.1.2人的信息处理
人的信息处理主要靠中枢神经系统完成。
中枢神经系统包括脑和脊髓，分为位于颅腔和椎管内。
脑可分为延髓、脑桥、中脑、间脑、小脑和大脑半球部分。
脊髓是中枢神经系统的初级部分，位于脊柱的椎管内，其上端进入颅腔扩展为延髓。
在中枢神经系统中，大脑皮层是最高中枢，它汇总全身各部位收集的信息，进行识别、记忆和判断，然后发出指令将各部位的功能结合起来，并加以协调。
1.对外界的协调[2]
图2.2人与外界的协调模式图
2.对内部的协调对内部的协调是指人体各内脏器官的协调。
2.1.3人的信息输出
在人－机系统中，人的信息输出通常表现为效应器官的运动，通俗地讲，就是作业过程。
效应器官运动的速度和准确度直接关系到人—机系统的效率和可靠性。
主要表现为：
运动输出、语言输出。
1.操作运动类型：
人体操作活动可分为以下六种：
（1）定位运动
（2）重复运动
（3）连续运动
（4）序列运动
（5）静态调节运动
运动输出的质量指标：
反应时间、运动速度和准确性。
1）反应时间
表2.1不同感觉器官的简单反应时间
感觉器官
反应时间（ms）
触觉
110~160
听觉
120~160
视觉
150~200
冷觉
150~230
温觉
180~240
嗅觉
210~390
痛觉
400~1000
味觉
330~1100
2）运动时间
2.其他信息输出形式：
言语输出；眼睛的信息输出；热能的输出。
2.2控制器的人性化设计
2.2.1控制器概述
1.控制器的概念[1]
控制器是人用以将信息传递给机器，或运用人的力量来开动机器，使之执行控制功能，实现调整、改变机器运行状态的装置。
2.控制器的分类[1]
1）按操纵控制器的身体部位的不同：
手动控制器；脚动控制器
2）按功能可分为：
开关类；转换类；调节类；紧急开关类
3）按控制器运动类别的不同：
旋转控制器；摆动控制器；按压控制器；滑动控制器；牵拉控制器
3.控制器选用和设计的一般原则：
[1]
1）利于操作，尽量减少不必要的操作动作；
2）运动方向应该与预期功能方向一致；
3）操作部分的大小、形状及指向符合人体特征；
4）移动范围要根据操作者的身体部位、移动范围和人体尺寸来确定；
5）阻力惯性和转矩要适当；
6）控制器较多，按照系统运行程序和作用的顺序来配置；
7）材料符合卫生学要求；
8）利用编码来提高控制器的辨别效率。
2.2.2控制器的编码
编码器的选择条件：
[1]
1）操作者使用控制器的任务要求；
2）辨识控制器的速度和准确性；
3）需要采用编码方式的控制器数目；
4）可用的控制板空间；
5）照明条件；
6）操作者感觉辨识能力的因素等
2.2.3控制器的操作方向和用力
1.控制器的操作方向
表2.2一般控制器运动方向与功能
功能
控制器的动作方向与功能
开
关
向右
向左
向上，升
向下，降
增加
减小
前进
后退
开车
刹车
向上，向右，向前，右转，拉出
向下，向左，向后，左转，按进
向右，右转
向左，左转
向上
向下
向前，向上，向右，右转
向后，向下，向左，左转
向上，向右
向下，向左
向上，向右，向前，右转
向下，向左，向后，左转
2.控制器的操作用力
1）操作反馈：
控制器的操作阻力；肌肉的运动觉反馈。
2）操作阻力
表2.3控制器的阻力类型及特性
阻力类型
特性
使用示例
摩擦力
运动开始时阻力最大，此后显著降低
开关、刀闸等
弹力
阻力与控制器位移距离成正比，可作
为有用的反馈源
键盘等
黏滞
阻力与控制运动的速度成正比
活塞等
惯性
阻力与控制运动的加速度成正比，能
帮助稳定的控制，防止偶发启动
调节旋钮等
2.3.4控制器的选用与设计
1.手用控制器
手用控制器的设计应该符合人体测量学、生物力学和生理学等方面的特
性。
1）旋钮
旋钮是一种圆柱形的控制器，用拇指和食指进行操作，可以用作精调、连续调节或旋转选择开关。
旋钮的直径一般以5cm为宜。
2）按钮
按钮的大小应根据手指的指端尺寸确定，最小直径建议为19mm，若是用
手指指尖操作的按钮，直径建议为10mm；若是四个指尖都按在按钮上，则为四个指尖的平均和。
表2.4各按钮的阻力
食指尖
3~11N
拇指
3~22N
各手指均可
1.5~5.5N
3）开关
开关分为旋转开关和扳动开关。
旋转开关可有多种分档，使用档次可设置
3~24种。
扳动开关一般只有开（ON）和关（OFF）两个档，档加多则会影响操作速度和增加操作难度。
4）操作杆
5）手持工具
2.脚动控制器
脚动控制器不如手动控制器的用途广泛，主要有脚踏板、脚踏钮等。
除非在不常使用的情况下，一般立姿作业不宜使用脚动控制器。
2.2显示器的人性化设计
2.2.1显示器概述
1.显示器的概念[1]
信息显示装置又称显示器，它是人机系统中专门用来向人的感官传递信息的装置。
这些信息包括工作指令、机器的性能参数、运转状态，以及其他有关信息。
2.显示器的分类[1]
按接受器官不同，可分为：
视觉显示器；听觉显示器；触觉显示器等。
表2.4各种显示器传递的信息特征
方式
传递的信息特征
视觉显示器
1.复杂、抽象信息或含有技术术语的信息、图表、公式等；
2.信息很长或需要延迟者；
3.需用方位、距离等空间状态说明的信息；
4.环境不适合听觉传递信息；
5.适合听觉，但听觉负荷很重；
6.传递的信息常需同时显示、监控。
听觉显示器
1.较短或无需延迟的信息；
2.简单快速传递的信息；
3.视觉通道负荷过重的场合；
4.所处环境不适合视觉通道传递的信息。
触觉显示器
1.视听觉通道负荷过重；
2.视、听觉传递有困难；
3.简单的信息。
3.显示器设计的基本原则
1）易觉察，可辨；
2）信息量不宜过多；
3）可以使用另一通道协助传递信息；
4）信息变化的方向和幅度与信息所以带来的作用和方向一致；
5）可以采用两种以上的编码；
6）重要性原则；
7）考虑人接受信息能力的特性；
8）同类信息尽量用同种方式传递；
9）显
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