人机工程学学习.docx

1、人机工程学学习 . 一、人机工程学是什么 (2) 二、人机工程学发展历程（4) 三、作业空间尺寸（6) 四、人的运动学基础知识 (7) 五、人机工程与我们的岗位创新 (16） 六、人机工程的经典故事 （20） 一、人机工程学是什么 教育资料 . 1、新人机工程学的定义 2000年，国际工效学协会发布了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互交关系的一门学科。 2、传统人机工程学的定义 人机工程学就是研究人、机和环境这三大要素之间的关系，并为解决系统中人的作业效能、安全、心理和健康问题提供理论和方法。 教育资料 . 、“随处可见人机，哪里都是工程”3我们的日常生活和工作中，

2、处处可见到“人”和“机” 的相互关系。比如以下的关系图： 教育资料. 人在使用电梯的过程中，会涉及到许多人机工程的关系： 关系结构 图示 研究的相关问题 电梯门宽高是否符合人体、人与电1尺寸；自动开关的电梯门是门的人梯自动电梯门的否会夹伤人；机关系 开启关闭是否设置合理等等。 2、人与电按键是否有标识；按键标能否让使用者容易识别键的高度是否符合人体作的舒适范围等等 教育资料 . 3、人与电电梯箱体内的照明、通风是否符合人的需求；体的箱体的长梯箱宽高是否符合需求等等。 人机关系 二、人机工程学发展历程 任何学科都有起源和历史，人机关系的演变和发展可以大体分为三个历史时期： 萌芽期：人类起源到20

3、世纪30年代 初步发展期： 20世纪40年代-20世纪60年代 快速发展期： 20世纪70年代-至今 教育资料 . 1、萌芽期的人机工程 有了人类就有了造物，有了造物就有了人机关系。早在石器时代，人类就学会了选择石块，打制成可供砍、砸、刮的各种工具。 人机工程学开始采用科学方法，系统地研究人的能力与其所使用工具之间的关系，兴起于19世纪末-20世纪初。 1884年德国学者Mosso进行了著名的肌肉疲劳试验，可以说使科学人机工程学的开端。 1898年美国学者泰勒在钢铁厂对铁铲铲煤作业进行研究，用5KG、10KG、17KG、20KG四种装煤铁铲对铲煤作业进行实验，发现10KG铁铲效率最高。他的研究

4、成果成了欧美一些国家为了提高生产效率而推行的“泰勒制”。 1911年美国吉尔布雷斯夫妇对建筑工人砌砖作业进行研究，通过快速摄影机将砌砖动作拍摄下来并进行分析， 教育资料 . 去掉无用的动作，使砌砖速度由每小时120块提高到350块，作业效率提高一倍多。他们还对外科手术的过程进行改进，将外科大夫自己取器械的方式改变为只需说出器械名称，由助手取器械并递给大夫，这一成果一直沿用至今。 2、初步发展期的人机工程 第二次世界大战中设计的大批武器，只考虑武器性能，而忽略了操作者的协调关系，造成很多操作失误引发的事故。因此，首先在军事领域中开展了人机工程的综合研究与应用。 二战结束后，人机工程的研究成果广泛

5、应用于非军事领域。这段时期的发展也使人机工程真正成为一门独立的学科 3、 快速发展期的人机工程 进入20世纪70年代后，科学技术发展飞速，电子计算 教育资料 . 机普及，自动化程度不断提高，大大促进了人机工程学的发展和进步。 三、作业空间尺寸 1、作业空间设计以人体尺寸为基本参数，从尺寸上保证人体结构的活动要求。 影响作业空间的因素很多，首先，视觉因素是对作业空间起决定性的因素，视觉决定头部位置，也决定了人体的姿势。 其次，作业的性质（性质分技能作业、体力作业和脑力作业等）对作业空间也有影响。技能作业要求更多视觉观察，体力作业注重肌肉施力，各自作业空间设计都有不同侧重点。 图324表明，不同作

6、业性质要求不同的工作台高度。 教育资料 . 2、立姿作业立姿作业在我们岗位作业中占有很大比例，立姿作业 的优点是作业区域大，便于肌肉施力，作业者的体位容易 是立姿作业的人体尺寸参数。改变。图327 教育资料. 四、人的运动学基础知识 、肌肉运动1运动系统的运动都需要通过肌肉收缩而牵动骨绕关节 运动，肌肉是人体运动能量的提供者，人的活动能力是靠 肌肉决定的。 2、肌肉的施力）肌肉的施力有两种方式，这两种方式以及不同点如1（ 下表施力方式主要区肌肉定 教育资料 . 力方式 动态肌肌肉运动时收血液随肌肉收缩和舒张进入和压出肌肉，新成代谢顺畅，肌肉不容易 缩和舒张交替肉施力疲劳，如图5-8b ； 进行

7、收缩肌肉压迫血管，阻止血液进入肌静态持续保持收缩肌肉，新成代谢不能顺利进行，肌状态的肌肉运 肉施力肉容易疲劳，如图5-8c 动； （2）肌肉静态施力的人体生理变化，与动态施力相比，静态施力会造成消耗加大，肌肉酸痛，心率加快和恢复期 教育资料 . 延长等现象，造成这个原因主要是肌肉缺氧，导致肌肉内积累大量乳酸造成。 国外学者研究发现，中学生单手提书包比背书包要消耗多一倍的能量，这主要由于手臂、肩、躯干部分静态施力引起的,如图5-11。 国外学者还研究了手工播种土豆作业，同样作业30分 钟，手提篮子心率增加量比挎着篮子心率增加量要多，可 教育资料. 如见心脏负荷的增加是手提篮子的静态施力造成的结果

8、，。5-12图 （3）日常工作中，施力方式的识别：工 作 图 例 施力方式识别 臀部和腰部肌肉处于静租出 态施力（容易疲劳，甚司车至患腰椎病）；机 手和脚复运动来控制方向盘油门、档位等，手和（不容易疲劳 教育资料 . 普通腰部肌肉处于静态施力，容易疲劳，甚至患铣床腰椎病。 作 操 普通腰部、手臂、肩膀肌肉 都处于静态施力，手臂床钻和肩膀施力大，容易疲作 操 劳和酸痛 （4）减少静态施力的方法。 避免不“自然”的身体姿势 避免长时间抬手作业 合理设计作业面高度，可减少手臂静态施力。 尽可能双手交替作业 教育资料 . （5）事实上，日常作业都是既有静态施力，也有动态施力，很难具体划分彼此界限，也很

9、难避免。但我们通过学习肌肉施力的概念，通过改进，可以减少静态施力，多想办法我们能做得更好。 3、骨和关节运动 （1）在肌肉收缩牵引力作用下，骨绕关节转动，使人体产生各种运动和操纵姿势，这称为骨人体运动，这也是人机工程学的主要内容之一。 （2）人体运动时间和精度 手的运动速度与运动习惯有关，一般是与手的运动习惯一致的运动，其速度较快，准确较高。 由于人体结构的特点，人的运动在某些方向上速度更快，国外学者对不同方向的运动时间进行研究，分析归纳如下： 教育资料 . 在水平方向的前后运动比左右方向运动快； 手在垂直面的运动速度比在水平面的运动速度快，准确度也比水平面的高； “从上往下” 比“从下往上”

10、的运动速度快； 手朝向身体的运动比离开身体方向运动快，但后者准确度高； 顺时针方向的操作动作比逆时针方向的快； 单手在外侧60角左右的直线动作和双手在外侧30角左右同时的直线动作速度都最快，效果最好，如图55； 从精度和速度来看，单手操作较双手操作为佳； 这样的结果，对于工作区域的设计有很大意义，比如设计装配线上物品的放置等。 教育资料 . （3）手的力量因此手的力量在工人的大部分工作都是由手来完成的， 作中起着更为重要的作用，手的力量和运动方向、肘关节研究表明，当的角度等有密切的关系。国外学者Clarke时，手臂产生的内收力最大，如图60- 120肘关节为 。5-32 教育资料 . ）人的作

11、业和动作效率（4肌肉收缩产生的能量分为两部分： 从能量的角度分析， 热能和机械能。机械能占有的比例越大，作业效能越高。等人研究总结出为了提高作业效率，国外专家Barnes 个方面：。这些原则简单可以归纳成4“动作经济性原则” 同时使用两只手，避免一手操作一手空闲； 力求减少动作数量，避免一切不必要的动作； 尽可能减少动作距离，避免出现全身性动作；寻求舒适的工作环境，减少动作难度，避免不合理的 教育资料 . 工作姿势； （5）重体力作业的合理操作 对于重体力作业的改进，一方面要努力提高作业效率，另一方面要减轻人的实际作业强度,设计一些节省体力的工具和设备，可以减少操作者的工作量，如下图： 搬运重

12、物过程中，提起重物时，腰部椎间盘回承受一定压力，用不同方法提起重物时，对腰部椎间盘的影响是不同的。 如图719,直腰提起重物,椎间盘压力变化比较小。弯腰提起重物,椎间盘压力会突然增大，这是因为弯腰提起重物，椎间盘压力分布不均引起的。 为了避免腰椎损伤和疲劳，在提起重物的时候要直腰， 教育资料 . 上身尽量伸直，弯曲膝盖，如图721。 、手工具设计4 教育资料 . 人类使用手工具的历史和人类的历史一样久远，从早期人类使用的石器，到现代社会的电钻,人的生活和工作都离不开手工具，正确设计手工具成为人机工程学重十分重要的内容。 手工具设计考虑的因素很多，主要从人体手的尺寸以及力学原理进行分析。研究表明

13、，在处于抓握方式下，抓握物和人的手臂呈大约70时，人的手腕保持自然状态，如图563。 简单来说，手工具设计就是人使用工具时尽量使手保 教育资料. 持自然状态。 ： 典型的手工具设计和分析（右图是改进以后）内容 图 例 分析 尖嘴 钳胶 把手 符合手 和腕的转动，使手铲手 腕保持自 把手然状态，避免腕部 位酸疼。 锯手 把手 部免避掌改进 过握力压抓用，大使把手 方式 更舒适。 按痛 教育资料 . 五、人机工程与我们的岗位创新 、根据立姿作业的人体尺寸参数，我们能更好改进我们1 的操作位置，使之更便于操作。 ：制作风动扳手存放架，提高存放位置，使存改进成果1 取扳手的位置处于人手最有利抓握的范围

14、。 教育资料 . 改进成果2：提高翻转机操作面板，使其处于人手操作最适宜的范围。 、根据作业空间设计尺寸，重体力工作要求的工作台高2 度，我们对相关岗位的作业高度进行改进。 打紧喷油器双头螺柱作业，：3装缸盖气门岗位，改进成果作业高度偏高，非常累，容易腰椎劳损，增加踏板（相当 于降低工作台高度）后，作业条件得到很大改善。 教育资料. 、根据中学的物理知识，在扭距一定的情况下，加大力3 臂可以减少作用力。 ：调缸盖气门岗位，转动曲轴比较费力，员工4改进成果劳动强高。加大力臂可以减少转动力。根据中学学过的杠 教育资料. ，我们可以更深入分析改进过程：杆原理M= F L 改进前 改进后 假设转动曲轴

15、的扭矩：假设转动曲轴的扭矩： M=30 N.m M=30 N.m L M= F L M= F 1 m 0.5 m 30 Nm = F30 Nm = FF = 30N F = 60N 牛顿的转动力才能转牛顿的转动力才能转需要6030需要 动曲轴动曲轴 结论：力臂L由0.5m加长为1m后，转动力减少一半，加长力臂可以更省力！ 在人机工程理论知识的指导下，我们岗位创新硕果累 教育资料 . 累，总结以上几个成果，我们可以编成一个脍炙人口的顺口溜： 增加架子，便操作。 提高按钮，腰杆直。 加个踏板，不疲劳。 杠杆原理，省力多。 只要我们多想一点，多做一点，我们就会做得更好！ 六、人机工程的经典故事 美国

16、阿波罗登月舱设计中，原方案是让两名宇航员坐着，即使开了4个窗口，宇航员的视野也十分有限，很难观察到月球着陆点的地表情况。为了寻找解决方案，工程师互相争论，花费很多时间。一天一位工程师抱怨宇航员 教育资料 . 的座位又重又占用空间，另一位工程师马上想到，登月舱脱离母舱到月球表面大约只一个小时而已，为什么一定要坐着，不能站着进行这次短暂的旅行吗？ 一个牢骚引出了大家都赞同的新方案。站着的宇航员眼睛可以贴近窗口，窗口可小，而视野却很大，问题迎刃而解，整个登月舱的质量可以减轻，方案更为安全、高效、经济。这个小故事，发人深省，它告诉我们： 1、解决大难题，可能是一个小想法，甚至是一个不需投入资金的方法。 2、“让机器适应人”是我们经常考虑的问题，但“人适应机器”也可以解决很多难题。 3、只要我们多想一点，多做一点，我们就会做得更好！ 教育资料