人机工程学是研究人在某种工作环境中地解剖学.docx
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人机工程学是研究人在某种工作环境中地解剖学
人机工程学是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，研究在工作中、生活中和休息时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。
研究方法
1.观察法可借助摄影或录象
2.实测法借助仪器进行实际测量
3.实验法在实验室或作业现场进行多次反复观测
4.模拟和模型试验法
5.计算机数值仿真法
6.分析法
7.调查研究法：
各种调查研究的方法（抽样/询问/问卷）注重测试方法的可靠性和有效性
可靠性（一致性）：
重复实验时，结果应一致
有效性：
测试结果能真实反映所评价的内容
研究手段看研究方法可以分为:
实验法、非实验法
从研究结果看可分为:
描述性研究、试验性研究、评价研究
.视觉特征——视角
●视角指物体上两点间光线射入瞳孔在光心（节点）处交叉所形成的夹角；
●距离相同时，物体的大小与视角成正比，同一物体的距离远近与视角成反比。
正常人能分辨的最小视角为1分，此时，反映在视网膜上的物像两点的距离正好相当于一个视锥细胞的直径。
●视角的计算式：
α—视角（度）；D—视看对象两点间距离；L—眼至视看对象的距离。
视觉特征——明适应和暗适应
●视网膜的两种感光细胞具有不同的感光机能。
视杆细胞对弱光敏感，在微光下产生暗视觉（Scotopicvision）。
视杆细胞有缺陷的人，产生“夜盲症”。
视锥细胞对强光和色光敏感，在强光下产生明视觉（PhotopicVision）和色觉（ColorVision）。
视锥细胞不完全的人，可呈现色盲。
●明适应：
人由暗处进入明处，最初不能辨认物体，感到很刺眼，经过约1分钟左右，视锥细胞恢复了功能，便能看清物体。
暗适应：
人由明处进入暗处，最初感觉什么也看不见，但经过一定的时间后，逐渐看到黑暗中的物体的轮廓，约25到30分钟后，便充分达到适应的程度。
这时，视杆细胞发挥了功能，视锥细胞暂时失去了作用
物体表面产生的刺眼和耀眼的强烈光线，称为眩光。
根据眩光源的不同，眩光可分为两类：
直射眩光（又称直接眩光）和反射眩光（又称间接眩光或镜面眩光）。
如果各方面的视野都缩小10°以内者称为工业盲。
视觉运动规律
●眼睛的水平运动比垂直运动为快。
即视物时往往先看见水平方向的东西，然后才看到垂直方向的东西。
许多机器设计成长方形，就是根据此原理。
●视线习惯于从左到右，从上到下的运动，看圆形仪表时，沿顺时针方向比沿逆时针方向看得迅速。
●眼睛对水平方向的尺寸比对垂直方向估计得要准确。
●当眼睛偏离视中心时，对左上象限的观察力优于右上象限，对右上的观察力却优于左下象限，右下象限最差。
●两眼运动是协调的、同步的，不可能一只眼转动，另一只眼睛不动；也不可能一只眼睛看，另一只眼睛不看。
对直线轮廓比曲线轮廓视觉易于接受
●视觉快速转动时，不易引起视觉注意。
●目标连续更换时，人的视觉有时会出现失真现象。
例如，观看曲线的时间久了，转换直线时，会把直线看成曲线。
●识别信息的细节，要靠视力中心。
视力边缘只能识别大致情况。
●对于运动目标，只有当运动的角速度大于1-2分/秒时，才能辨别出它的运动状态。
●此外，要看清物体，必须注视。
注视是指两眼同时停留在一个目标上，并且焦点也在此目标上。
读报时，眼睛并非作连续运动，而是接近一连串的跳动，从前一个视点跳到后一个视点，循序前进，直到读完一行。
人眼看清一个目标，最少时间为0.07-0.3s，平均0.17s。
照明昏暗，注视时间要加长
人的两眼可以感受到的光波只占整个电磁光谱的一小部分，其波长为380～780nm
人耳对20到20000Hz频率范围内的声音较敏感，其敏感程度随频率而变
Ø静态施力无法避免时，肌肉施力的大小应低于其施力极限，即低于该肌肉最大肌力的15%。
动态作业时，如作业动作为简单的重复性动作，施力大小也应低于该肌肉最大肌力的30%。
●工作记忆
思维过程中结果保持的地方，同时也是知觉系统产生表象的地方。
类似计算机的通用寄存器。
Ø编码方式：
KWM=视觉，语音和语义。
两类信息，符号性质，不受刺激的物理参数影响；非符号性质的，以刺激本身的物理特征直接编码。
Ø组块：
把数个小的记忆元素组成一个较大的记忆单位，或把几个小的组块组成更大的组块。
Ø衰退时间：
半衰期为7秒
Ø容量：
有效容量μWM=7±2
●长时记忆
Ø衰退及编码：
δLTM=∞，以语义方式编码。
Ø记忆提取的辨认原则：
记忆提取的难易取决于记忆中与提取线索有关材料的多少。
材料越多，提取越困难。
Ø加工策略：
工作记忆中的信息要有效地进入长时记忆，必须先从长时记忆中提取与之有关的内容，使之与新信息发上联系。
联系建立的越多，记忆效果越好。
Ø反应时间（RT）：
又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间隔。
刺激感觉器官活动传入神经至大脑神经中枢综合加工
传出神经到肌肉肌肉活动。
这个过程在机体内部进行是潜伏的，但每一步骤都需要时间，这些时间的总和称为反应时间。
由反应知觉时间（即自出现刺激到开始执行操纵的时间，tz）和动作时间（即执行操纵的延续时间，td）组成。
简单反应时间：
呈现的刺激只有一个，只要求人在刺激出现时做出特定反应。
选择反应时间：
呈现的刺激多于一个，并要求人对不同刺激做出不同反应，即刺激-反应间有一一对应关系。
析取反应时间：
呈现的刺激多于一个，但要求人只对某种刺激做出预定反应，而对其余刺激不做反应。
简单反应的过程简单，反应时间最短；选择反应存在刺激辨认和反应选择两种较为复杂的过程，故其反应时间最长；析取反应只存在刺激辨识过程，而不存在反应选择过程，反应时间介于两者之间。
◆影响反应时的因素主要有：
•感觉通道的种类
•效应器官的特点
•刺激的强度和刺激的性质
•刺激出现时间的不确定性
•训练程度
•反应的复杂性
•个体身心状态，如动机、气质、灵活性等
对于在一般噪声环境中使用的言语传示装置，S／N必须超过6dB才能获得满意的通话效果
设计言语传示装置，其言语的清晰度必须在75％以上，才能正确传示信息。
百分位由百分比表示，表示设计的适应域，称为“第几百分位”。
例如，50%称为第50百分位，用PK表示。
百分位数是百分位对应的测量数值。
例如，身高分布的第5百分位数为1543，则表示有5%的人的身高将低于这个高度。
例1设计适用于90%华北男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？
解：
由表（2-6）查知华北男性身高平均值
=1693mm，标准差SD=56.6mm.
要求产品适用于90%的人，故以第5百分位和第95百
分位确定尺寸的界限值，由表查得变换K=1.645；
即第5百分位数为：
x=1693-（56.6*1.645）=1600mm
第95百分位数为：
x=1693+（56.6*1.645）=1786m
结论：
按身高1600-1786mm设计产品尺寸，将适应用于90%的华北男性。
讨论：
平均值是作为设计的基本尺寸，而标准差是作为设计的调整量的。
当需得到某项人体测量尺寸Xi所处的百分位P时，可按下列步骤及公式求得:
再由下式求得百分位P：
P=0.5+p式中：
p——概率数值，根据上面公式求得的Z值，查正态分布表获取。
已知女性A身高1610mm,试求有百分之多少的东北女性超过其高度。
解:
由表2-6查得东北女性身高平均值=1586mm标准差为51.8mm。
由上式求
得Z值为:
根据Z=0.463值查表得p=0.1772（取近似值0.177），求得P值为
P=0.5+0.177=0.677
结论：
身高在1610以下的东北女性为67.7%，超过女性A身高的东北女性则为32.3%。
☐人体尺寸应用的原则
Ø极端设计原则
指在进行某方面的设计时，应该尽量做到满足所涉及的所有总体。
一般采用最大值和最小值。
Ø可调范围设计原则
为了满足更多的使用者，设备或设施的特定性质设计为在一定的范围内可以调整。
通常使用相关总体特性（坐高，胳膊伸展范围等）的第5百分位的女性到第95百分位的男性作为可调整的范围。
Ø平均设计原则
对于一些不是很关键的工作，极端设计原则和可调设计原则可能不太合适或现实。
这时需要采用平均数值代表大多数情况。
Ø人体尺寸设计的流程
Ø1、确定所有与产品设计相关的人体尺寸；
Ø2、确定预期的用户人群（不同的年龄组，不同的种族等）；
Ø3、选择一个合适的预期用户的满足度；
Ø1）确定所设计产品的类型；
Ø2）选择人体尺寸的百分位（满足度）；
Ø4、获取正确的人体测量数据表并查找出需要的基本数据
Ø最小功能尺寸＝人体尺寸的百分位数＋功能修正量
Ø最佳功能尺寸＝人体尺寸的百分位数＋功能修正量＋心理修正量
Ø姿势修正量：
立姿时的身高、眼高减10mm；坐姿时的坐高、眼高减44mm。
Ø功能修正量：
以上肢前展为依据，指后背至中指尖点的距离，对操作不同功能的控制器应作不同的修正，如对按钮开关可减12mm；对推滑板推钮、搬动搬钮开关则减25mm。
Ø心理修正量
Ø为了消除空间压抑感、恐惧感，或为了美观等心理因素而加的尺寸修正量。
Ø心理修正量根据实际需要和条件许可两个因素确定。
Ø研究心理修正量的常用方法是：
设置场景，记录被试者的主观评价，综合统计分析后得出数据。
Ø控制面板布置：
重要程度、作业顺序、使用频率、功能对应性、控制器的间距
Ø作业空间设计的基本原则
◆作业空间的设计应以人的生理、心理特点为依据，不能超出作业者的作业范围
◆从人的要求出发，处理好总体空间与局部空间之间的关系
◆处理好个体场所之间的相互关系
◆要保证作业的安全，尽量减少疲劳
◆各控制器、显示器装置要根据它们的重要程度与使用频率
◆依次布置在作业者作业范围的最佳区、易达区和可达区
◆工作体位
作业过程中，作业者通常采用坐姿、立姿、坐立交替相结合的姿势，也有一些作业有跪姿和卧姿。
●坐姿
指身躯伸直或稍向前倾角为10o－15o，上腿平放，下腿一般垂直地面或稍向前倾斜着地，身体处于舒适状态的体位.坐姿适合操纵范围和操纵力不大，精细的或需稳定连续进行的工作。
●立姿
指人站立时上体前屈角小于30o时所保持的姿势。
立姿适合操纵范围和操纵力大，且一般不是长时间连续进行的工作。
●坐、立交替姿势
某些作业并不是要求作业者始终保持立姿或坐姿，在作业的一定阶段，需交换姿势完成操作。
这种作业姿势称为坐、立交替的作业姿势。
只适合一些特殊的作业,如作业中需要重复前伸超过41cm或高于15cm的操作等。
根据人因学的布置原则，在有限的空间内定位和安排作业对象（包括机器、设备及其显示器、控制器等其它元器件）。
在作业空间的布置中，不仅要考虑人与机器的关系，还要考虑机器、元器件之间的相互关系。
座椅设计要点
（1）使操作者在工作中保持身体舒适、稳定并能进行准确的控制和操作。
（2）座高（360—480mm）和腰靠高（165—210mm）必须是可调节的。
（3）座椅可调节部分的结构构造，必须易于调节，并保证在椅子使用过程中不会改变已调节好的位置并不得松动。
（4）座椅各零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边，各部结构不得存在可能造成挤压、剪钳伤人的部位。
（5）椅坐面和腰靠结构应使其感到安全、舒适。
（6）腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性，腰靠倾角不得超过115度。
（7）工作坐椅一般不设扶手，需设扶手的必须保证操作人员作业活动的安全。
（8）其结构材料应耐用、阻燃、无毒。
坐垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的不导电材料制造。
座椅的设计参数
●座椅高度和倾度
高度应该足够低以有效减轻对大腿下侧的压迫，适合个小的人。
●坐深和坐宽
深度应该适合个小的人（便于小腿合适放置并减轻对大腿的压迫）；宽度应该适合个大的人。
●造型和坐垫
１.５英寸到２英寸（４到５ｃｍ），而且覆盖物必须具有弹性和透气性
●椅子靠背参数（以计算机工作站座椅参数为例）
●座椅靠背角度：
ANSI推荐最小范围是90°到120°
●靠背宽度：
ANSI推荐在腰部最少时为12英寸（30.5cm）
●椅子靠背高度：
Lueder（1986）推荐最小值19.5英寸（50cm）
●腰部支撑:
ANSI推荐的支撑是6到9英寸高（15.2到25.4cm）、12英寸（30.5cm）宽，位于座面基准点以上6到10英寸（15.2到25.4cm）的位置。
腰部支持物应该从靠背处前突2英寸（5cm）
●机体热平衡方程：
●M±C±R-E-W=S
●机体通过对流、传导、辐射、蒸发等途径与外界环境进行热交换，以保持机体的热平衡。
●S=0人体处于动态热平衡状态
●S>0产热多于散热，人体体温升高
●S<0散热多于产热，人体体温下降
眩光：
在视野内因看见亮度过高的点和面所引起的障碍。
◆不舒适的眩光产生不适，但是不影响视觉绩效和可视性；
◆失能眩光，降低视觉绩效和可视性，也常常伴有不适；
◆失明眩光，非常强，以至于一段时间以后，可能会看不到物体。
事故原因综合分析
◆事故致因逻辑关系
◆事故原因是人、物、环境、管理，事故机理是触发因素。
◆寻求事故对策的角度，见图10-2。
◆直接原因是人的不安全行为和物不安全状态；
◆间接原因是管理失误；
◆基础原因指社会因素；
动作经济与效率法则
1双手动作应同时而对称。
2人体的工作应以尽量应用最低级而能得到满意的结果为妥。
3尽可能利用物体的动能，曲线运动较方向突变的直线运动为佳，弹道式运动较受控制的运动为佳，动作尽可能使之有轻松的节奏。
4工具、物料应置于固定场所即操作者前面近处，并依最佳的工作顺序排列。
5零件、物料应尽可能利用其重量坠送至操作者前面近处。
6应有适当的照明，提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅。
工作台与座椅式样及高度应使操作者保持良好的姿势，坐立都感觉舒适。
7尽量解除手的工作，而以夹具或脚踏工具代替。
8尽可能使两种或多种工具组合为一种。
9用手指分别工作时，各指负荷应按其本能予以分配。
手柄的设计，应尽量与手的接触面大；机器上的杠杆、手轮的位置，尽可能使操作者少变动其姿势。
10工具及物料尽可能事前定位。
工具设计
1.保持手腕伸直
2.使组织压迫最小
尽量分散力量，使对血管和神经（如手掌）的压力降到最低，增大手和工具的接触面积是分散压力的一种方法
3.减少手指的重复活动
多个手指操作的控制器比只用拇指操作的控制器要好一些
•指针
✓功能：
用来指示显示器所要显示的信息。
✓指针的大小、宽窄、长短和颜色配置等必须符合人的生理和心理特征。
✓指针的形状应力求简单、指示明确、不附加装饰。
见图T2
✓指针尖的宽度应与最短的刻度线等宽。
✓指针与刻度盘的配合应尽量贴近。
✓对于高精度的仪表，指针与刻度盘必须装配在同一平面内。
指针长度要合适。
一般认为指针尖离刻度有1.6mm左右的距离较好。
指针的零位：
指针零点位置的选择与它的使用情况有关，一般选择在9点和12点的位置。
如表B2
•字符
仪表盘上的数字、字母、汉字等统称为字符
✓字符形状
字符的形状应简明、易读、醒目，多用直角和尖角形。
汉字推荐采用宋体或黑体的印刷体。
推荐的数字形状。
✓字符的大小
最佳视角（10ˊ～３0ˊ），如招牌设计。
黑字白底：
字宽/字高=0.7:
1；笔划宽/字高=1:
6
白字黑底：
笔划宽/字高=1:
8
优先采用黑字白底
•标数
✓最小刻度不标数，最大刻度必须标数；
✓指针运动式仪表标数的数码应当垂直，表面运动的仪表数码应当按圆形排列；
✓若仪表表面的空间足够大，则数码应标在刻度记号外侧，以避免被指针遮挡住；若表面空间有限，则将数码标在内侧，以扩大刻度间距。
指针处于表面外侧的仪表，数码应一律标在刻度内侧；
✓开窗式仪表窗口的大小至少应能显示被指示数字及其上下两侧的两个数，以便观察指示运动的方向和趋势；
✓表面运动的小开窗仪表，其数码应按顺时针排列，当窗口垂直时，安排在刻度的右侧；当窗口水平时，安排在刻度的下方，并使字正向。
✓圆形仪表使数码按顺时针方向依次增大。
数值有正负时，0位在12点位置，顺时针方向为正，逆时针方向为负。
长条形仪表的数码按向上或向右顺序增大。
•刻度间距
指两个最小刻度线之间的间隔距离，与人眼的分辨能力和视距有关仪表的读数效率随刻度间距的增大而增高，在达到一个临界值之后，读数效率不再增高，甚至有所下降。
d=1-2.5mmdmin=0.6-1mm；dmax=4-8mm。
•刻度宽度
每一刻度标记代表一定的读数单位。
研究表明，刻度的宽度一般取刻度间距大小的5％－15％。
当刻度线宽度为间距的10％时，判读误差最小。
Ø听觉显示器通常适用于下列场合：
•信号源本身是声音；
•视觉通道负荷过重；
•信号需要及时处理；
•使用视觉受到条件限制；
•显示某种连续变化而不需要短时存贮的信息等
Ø告警信号的频率选择
•告警信号的音高频率范围应以150～1000HZ为宜。
•信号至少应该由四个主要频率成分组成。
这样做的好处是：
可使信号被其他声音掩蔽的机会减少到最低限度；可使在掩蔽条件下信号的音高和声音质量下降减到最低限度；使可辨别信号的编码数目增加。
•信号尽量用谐音频率成分组成。
应使信号的主要频率成分中至少有4/10的谐音成分落入1000～4000HZ的频率范围内。
•采用使信号基频滑移的方法向接收者传递紧急事件的信息。
•控制/显示比
简称C/D比，指控制器的位移量与对应的显示器可动元件的位移量之比。
位移量可用直线距离（杠杆、直线式刻度盘等）或角度、旋转次数（旋钮、手轮、圆形、半圆形刻度盘等）来测量。
粗略调节和精密调节对C/D比的要求是不一致的，C/D比小，粗调时间短，微调时间长，而C/D比大，则粗调时间长，微调时间短。
根据控制器与显示器位置关系一致的原则，控制器应尽可能地靠近相联系的显示器，并配置于显示器的正下方或右侧。
将所有控制器置于所有显示器下方的配置方式也是可行的，但两者排列顺序必须完全一致。
对于控制器与显示器空间位置配合很差的系统，为改善其配合状况，可采用如下补救办法：
在相关的控制器与显示器之间连以易于识别的线；
将相关的控制器与显示器采用相同的颜色编码。
☐运动相合性
控制器运动能使与其对应的显示器产生符合人的习惯模式的运动。
一般遵循如下要求：
Ø在同一平面上的（瓦里克原则）。
旋转式控制器与旋转式显示器最佳运动兼容
Ø在同一平面上的旋转式控制器与直线型显示器最佳运动兼容
Ø在不同平面上的控制器与显示器的最佳运动兼容性
Ø在较复杂的控制室中，控制器可布置在操作者的前方、上方、左方、右方等位置。
此时，控制器的运动方向，应根据其所在位置按下图确定。
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