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1、人机工程学复习大纲选修第一讲 人机工程学概述1、人机工程学的综合定义人机工程学（Ergonomics）是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、安全、舒适，人机环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的科学。2、人机工程学的发展史世界上开展人机工程学最早的国家是英国，但是本学科的奠基性工作实际上是在美国完成的。所以，人机工学有“起源于欧洲，形成于美国”之说。（1）萌芽阶段人机思想的萌芽以人为中心设计理念的萌芽、基于对人的因素良好知识的设计迹象、人机工程设计建议、使劳动负荷最小化的设计、安全性设计、日常器皿

2、的人机学设计（2）经验人机工程学（19世纪末20世纪30年代）让人去适应机器“科学管理之父”泰勒、美国心理学家闵斯特伯格特点：机器设计的主要着眼点在于力学、电学、热力学等工程技术方面的优选上，在人机关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应于机器。（3）科学人机工程学（第二次世界大战20世纪50年代）重视人的因素特点是：重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。（4）现代人机工程学（20世纪60年代至今）人机工程学得到迅速发展，主要包含三个阶段 19601980年快速发展阶段应用到其他领域 19801990年重新认识阶段人机工程学在系统中的重要性 1990年以后科学发展阶段人机环境系

3、统的建立3、人机工程学的研究内容 人机学研究的主要内容就是“人机环境”系统，简称人机系统(Man-machine system)。包括四个方面:“人的因素”研究 、“机的因素”研究 、“环境因素”研究、“综合因素”研究。因此，研究人机工程学应该做到既研究人、机、环境每个子系统的属性，又研究人机系统的整体结构及其属性。 构成人机系统“三大要素”的人、机、环境，可看成是人机系统中三个相对独立的子系统，分别属于行为科学、技术科学和环境科学的研究范畴。4、人机工程学学科体系在工业设计中的作用？（1）为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数（2）为工业设计中“物”的功能合理性提供科学依据（3）为工业

4、设计中考虑“环境因素”提供设计准则（4）为进行人机环境系统设计提供理论依据（5）为坚持以“人”为核心的设计思想提供工作程序5、产品设计的五个阶段概念设计、方案设计、细节设计、总体设计、生产设计第二讲 人体测量与数据应用1、人体测量学的定义人体测量学是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。2、测量的基准面 矢状面：通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面称为正中矢状平面。正中矢状平面将人体分成左、右对称的两

5、个部分。 冠状面：通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前、后两个部分。 水平面：在与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体分成上、下两个部分。 眼耳平面：通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面。3、影响人体测量数据差异的因素： 年龄 性别：对于大多数人体尺寸，男性比女性大些（但有四个尺寸胸厚、臀宽、臂部及大腿周长正相反）；在腿的长度尺寸起重要作用的场所（如座姿操作的岗位），考虑女性的人体尺寸至关重要。 年代 地区与种族 职业：一般体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些4、为了能选用适合各地区的人体尺寸，将全国人

6、体尺寸的区域划分六个区域：东北、华北区；西北区；东南区；华中区；华南区；西南区5、人体测量数据的主要统计函数 正态分布：分布出现若出现“两头小、中间大、左右对称”的情况，像“钟”形，就称为正态分布。 均值：统计学中，均值表示分布的集中趋势，即全部被测数值的算术平均值，用“平均值”来决定基本尺寸。按平均值设计的产品尺寸只能适合于50的人使用，另有50的人不适合。 标准差：统计学中，标准差表示分布的离中趋势。表明一系列变化数距平均值的分布状况或离散程度。用“标准差”作为尺寸的调整量。标准差大，表示各变数分布广，远离平均值；标准差小，表示变数接近平均值。 适应域：一个设计只能取一定的人体尺寸范围，只

7、考虑整个分布的一部分“面积”，称为“适应域”，适应域是相对设计而言的，对应统计学的置信区间的概念。适应域可分为：对称适应域、偏适应域。对称适应域对称于均值；偏适应域通常是整个分布的某一边。 百分位：百分位由百分比表示，称为“第几百分位”。表示在某一人体尺寸范围内，使用者中有百分之几等于或小于该给定值。例如，50%称为第50百分位。人体测量中的每一个百分位数值，只表示某一项人体的尺寸，如人高和肩宽； 绝对没有一个人在各种人体尺寸的数值上都同时处在同一百分位上。 百分位数：百分位数是百分位对应的数值。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。在人体测量资料中，常

8、常给出的是第5、第50和第95百分位数值。6、主要人体尺寸的应用原则（1）极限设计原则：主要内容包括设计的最大尺寸参考人体尺寸的低百分位；设计的最小尺寸参考人体的高百分位。 （2）可调性设计原则：设计优先采用可调式结构。一般调节范围应从第5百分位到第95百分位。 由人身高决定的物体，应以第95百分位数值为依据（如门、入口、通道等）；由人体某些部位的尺寸决定的物体（椅子的坐高等），应以第5百分位数值为依据。（3）平均尺寸设计原则：设计中采用平均尺寸计算。（多数专家不主张按平均尺寸设计）7、运用百分位的原则： 够得着的距离， 一般选用低百分位（如第5百分位）的尺寸； 容得下的距离， 一般选用高百分

9、位（如第95百分位）的尺寸； 常用高度，一般选用第50百分位的尺寸；如门铃、插座、电灯开关的安装高度以及营业柜台高度等 可调节尺寸 若确定百分位大小有一定困难，条件许可时，可增加一个调节尺寸。如当身体尺寸在界限以外的人使用会危害健康时，其尺寸界限应扩大到第1百分位和第99百分位。如紧急出口（99%）使用者与紧急制动杆距离应1%。8、应用人体尺寸数据时应注意的要点 弄清设计的使用者或操作者的状况 确定所设计产品的类型 选择人体尺寸百分位数产品类型产品类型定义说明型产品尺寸设计需要两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据又称双限值设计型产品尺寸设计只需一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下

10、限值的依据又称单限值设计A型产品尺寸设计只需一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值的依据又称大尺寸设计B型产品尺寸设计只需一个人体尺寸百分位数作为尺寸下限值的依据又称小尺寸设计型产品尺寸设计只需要第50百分位数（P50）作为产品尺寸设计的依据又称平均尺寸设计按产品的重要程度又分为涉及人的健康、安全的产品和一般工业产品两个等级。在确认所设计的产品类型及其等级之后，选择人体尺寸百分位数的依据就是满足度。产品类型产品重要程度百分位数的选择满足度型产品涉及人的健康、安全的产品一般工业产品 选用P99和P1作为尺寸上、下限值的依据选用P95和P5作为尺寸上、下限值的依据 9890A型产品涉及人的健康、安全的

11、产品一般工业产品 选用P99和P95作为尺寸上限值的依据选用P90作为尺寸上限值的依据99或9590B型产品涉及人的健康、安全的产品一般工业产品选用P1和P5作为尺寸下限值的依据选用P10作为尺寸下限值的依据99或9590型产品一般工业产品选用P50作为尺寸的依据通用 成年男、女通用产品 一般工业产品选用男性的P99、P95或P90作为尺寸上限值的依据选用女性的P1、P5或P10作为尺寸下限值的依据通用 第三讲 人体感知与信息处理1.视觉机能及其特征 视网膜是眼睛的感光装置，内有两种感光细胞：视杆细胞（杆体细胞）和视锥细胞（椎体细胞）。在视网膜的中央部位，有一凹陷，称为中央凹。中央凹及视网膜中

12、心仅有视锥细胞，向视网膜外缘方向视锥细胞逐渐减少，视杆细胞逐渐增加。视锥细胞对光线的敏感度较低，数量较视杆细胞要少，具有感受强光和分辨颜色的能力，主要在白天看物时起作用；而视杆细胞对光刺激很敏感，其功能为眼睛在昏暗光线下看见东西的主要神经元，数量较多，但不能分辨颜色，主要在弱光（暗光）时起作用。 视角： 被看目标物的两点光线投入眼球时的夹角。 视力：是指眼睛分辨视野中很小间距的能力，通常用被辨别物体最小间距所对应的视角倒数表示，即：视力1/临界视角。一个人若能分辨0.5视角的物体细节，其视力为2.0。在一定视距条件下，能分辨物体细节的视角越小，视力就越大；视力下降，则临界视角值增大。 视力与光

13、照亮度、物体的运动、人的主体因素有关。看静止物体的视力高于看运动物体的视力；年龄愈大，看运动视标的视力下降越快；视网膜不同部位的视力有明显差别，中央凹处视力最高，离中央凹越远，视力越低。 视野：指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，常以角度来表示。分水平视野（单视野/双视野）和垂直视野。在水平面内，最大固定双眼视野为180度，扩大视野为190度；在垂直面内，标准视线为水平视线时，最大固定双眼视野为115度，扩大视野为150度。 视距：指人在操作系统中正常的观察距离。一般操作的视距在380760mm之间，其中以560mm处最为适宜，视距过近或过远都会影响人的

14、认读速度和准确性。观察时头部转动角度，左右均不宜超过45，上下均不宜超过30。 视觉适应：分为暗适应和明适应暗适应：当人从亮处进入暗处，刚开始眼睛什么也看不清楚，而需要经过一段适应的时间后，才能看清物体，这种适应过程称为暗适应。明适应：人由暗处进入亮处，眼睛感受性降低的过程，即开始时瞳孔缩小，使进入眼睛中的光通量减少，眼的感受性随之降低，此时，视杆细胞停止工作，而视锥细胞数量迅速增加。视觉的基本特征 人眼在观察物体时，视线习惯于从左到右和从上往下移动，顺时针进行，且水平方向优于垂直方向，对水平方向的尺寸和比例的估计要比垂直方向更为准确、迅速和省力； 当观察对象偏离视中心时，在相同的偏离条件下，

15、人眼观察的优先次序是左上、右上、左下和右下象限； 双眼观察时，两眼的运动是同步的、协调的，因而通常都是以双眼视野作为设计依据； 人眼对于表面轮廓比形体更为注意；直线轮廓比曲线轮廓更易于接受；观察人时，视线集中于眼，其次为嘴、耳和轮廓。 颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。当人从远处辨认前方的多种不同颜色时，其易辨认的顺序依次为红、绿、黄、白。 当两种颜色相配在一起时，则易辨认的顺序是：黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑字等。 2.人的信息处理系统 人的信息处理系统模型 人在人机系统中特定操作活动中的作用，可类比为一种信息传递和处理过程，可以把人视为一个单通道的有限容量的信息处理系统。 信息：客

16、观世界的所有事物通过物质载体所发出的一切传递与交换的知识内容。信息可以严格定量，bit（位）为最小单位，byte（字节）为基本单位。 彼特：在两个均等的可能事件中需要区别的信息量。 记忆是各种信息处理活动的基础，一般分为三种形式：感觉信息贮存、短时记忆和长时记忆。 感觉信息贮存（感觉记忆）：是记忆的初始阶段，它是外界刺激以极短的时间一次呈现后，一定数量的信息在感觉通道那迅速被登记并保持一瞬时的过程，又被称为瞬时记忆或者感觉登录。 短时记忆 ：又称工作记忆或操作记忆，是指信息一次呈现后，保持时间在1min以内的记忆。 长时记忆：是记忆发展的高级阶段，其保持时间在1min以上。具有极大的容量，可以

17、说没有限度，但是并不意味着人总是能记住和利用长时记忆中的信息 第四讲 人的心理与行为特征1. 感觉与知觉 感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物个别属性的反映，感觉是人们了解外部世界的渠道，也是一切复杂心理活动的基础和前提。 知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。感觉的特征 适宜刺激：人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感，能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激。 适应：感觉器官接受刺激后，若刺激强度不变，则经过一段时间后，感觉会逐渐变弱以至消退，这种现象称为“适应”。 感受性和感受阈限：分为绝对感受性和绝对感受阈限；差别感受性和差别感受阈限。刚刚

18、能引起感觉的最小刺激量，称为绝对感觉阈限的下限，感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。绝对感受性与绝对感觉阈限值成反比，也就是说，引起感觉所需要的刺激量越小即绝对感觉阈限的下限值越低，绝对感受性就越高，感觉越敏锐。若刺激量过大，超过了正常限度，将使感觉消失而引起痛觉，甚至造成感官的损伤。刚刚使感觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。刺激量在上、下阈限之间才能引起感觉。当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时，它们在强度上的差别必须达到一定程度，才能引起人的差别感觉。差别感觉阈限即为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量，对最小差别量的感受能力则为差别感受性，两者成反比关系

19、。 相互作用：在一定条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将因受到其他刺激的干扰影响而降低，这种使感受性发生变化的现象称为感觉的相互作用。 对比：同一感受器接受两种完全不同但属同类的刺激物的作用，而使感受器发生变化的现象称为对比。分为同时对比和继时对比。 余觉：刺激消失后，感觉可存在一极短的时间，这种现象叫余觉。（现象） 知觉的基本特性 知觉的整体性：把知觉对象的各种属性、各个部分知觉成为一个同样的有机整体，这种特性称为知觉的整体性。 知觉的理解性：根据已有的知识经验去理解当前的感知对象，这种特性称为知觉的理解性。 知觉的恒常性：人们根据已往的印象、知识、经验去知觉当前的知觉对象，当知觉

20、的条件在一定范围内改变的时候，知觉对象仍然保持相对不变，这种特性称为知觉恒常性。包括形状恒常性、大小恒常性、颜色恒常性、明度恒常性、听知觉恒常性。 知觉的选择性：人们总是按照某种需要或目的主动地有意识地选择其中少数事物作为知觉对象，对它产生突出清晰的知觉映像，而对同时作用于感官的周围其他事物则呈现隐退模糊的知觉映像，从而成为烘托知觉对象的背景，这种特性称为知觉的选择性。 错觉：错觉是对外界事物不正确的知觉，即我们的知觉不能正确地表达外界事物的特性，而出现种种歪曲。总的来说，错觉是知觉恒常性的颠倒。2.注意与记忆 注意：是依附和伴随人的认识、情感、意志等心理过程而存在的一种心理现象，人的心理活动

21、均有一定的指向性和集中性，心理学上称为“注意”。 无意注意：指没有预定目的，也不需作意志努力的注意。 有意注意：有预定目的，必要时还需要做出一定意志努力的注意。 3.想象与思维 想象 想象就是利用原有的形象在人脑中形成新形象的过程。 想象分为无意想象和有意想象两种。无意想象是指没有目的，也不需要努力的想象；有意想象则指再造想象、创造想象和幻想。再造想象就是根据一定的文字或图形等描述所进行的想象；创造想象实在头脑中构造出前所未有的想象；幻想是对未来的一种想象，它包括人们根据自己的愿望，对自己活其它事物的原件的想象。 思维 思维的基本过程是分析、综合、比较、抽象和概括。 思维的品质是指人们在思维的

22、过程中所表现出来的各自的特点，如敏捷性、灵活性、深刻性、独创性和批判性等。 按照思维的指向不同，思维可以区分为发散思维和集中思维。 发散思维又称辐射思维、求异思维或分殊思维。集中思维又称辐合思维、聚合思维、求同思维、收敛思维等。 第五讲 人的信息界面设计1. 视觉显示器的设计原则 （1）要根据使用要求选择最适宜的视觉刺激维度作为信息代码，并将代码数目限制在人的绝对辨别能力允许的范围内。（2）要使显示精度与人的视觉辨别能力相适应。（3）要尽量采用形象直观且与人的认知特点相匹配的显示方式。 （4）要尽量采用与所表示意义有内在逻辑关系的显示方式，避免使用与人们的习惯相冲突的显示方式。 （5）要对同时

23、呈现的有关信息尽可能实现综合显示，以提高显示效率。（6）要使显示的目标和背景之间在形状、亮度、颜色、运动方面具有适宜的对比关系。 （7）要有良好的照明性质和适宜的照明水平，以保证颜色和细节辨认，并避免产生眩光。 （8）要根据任务的性质和使用条件来确定视觉显示器的尺寸和位置。 （9）要使显示器与系统中的其他显示器和相应的控制器在信息编码、空间关系和运动关系上尽可能相互兼容。2. 仪表设计的一般原则 准确性原则：仪表显示设计应以人的视觉特征为依据，确保使用者迅速准确地获取所需信息，尤其供数量认读的仪表设计应尽量使读数准确。 简洁性原则：仪表的显示格式应简洁明了，显示意义明确易懂，以利于使用者正确理

24、解。 对比性原则：仪表的指针、刻度标记、字符等与刻度盘之间在形状、颜色、尺度等方面应保持适当的对比关系，以使目标清晰可辨。 兼容性原则：应使仪表的指针运动方向与机器本身或者相应的控制器的运动方向相兼容。 排列性原则：同时使用多个仪表时，各仪表之间的排列应遵循以下原则：重要性和使用频率原则、功能性原则、接近性原则、一致性原则、适应性原则。3. 控制器的排列 重要性原则：按照控制器对实现系统的重要程度来决定位置安排的优先权。 使用频率原则：按照控制器在完成任务中使用次数的多少决定其位置安排的优先权。 功能分区原则：一是具有相同功能的控制器或者所有与某一子系统相联系的控制器，在位置上构成一个功能整体

25、；二是所有同类设备上功能相近的控制器应安放在控制板的相对一致的位置。 使用顺序原则：如果控制板上的控制器具有固定的操作顺序，那么它们的位置就可以按其操作顺序从左至右或从上而下进行排列。 与显示器的位置关系：两者最好能紧密相邻，为便于右手操作又不遮挡观看显示器的视线，控制器应位于相联系的显示器的正下方或右侧；若控制器不能与相联系的显示器紧密相邻，则控制器的拍了应与显示器的排列相一致，或至少具有某种逻辑关系。4. 控制器的编码 编码的基本要求 （1）所用代码应是可觉察、可辨认的，重要的控制器应在编码上予以突出； （2）所用代码应与相应的功能具有概念上的兼容性； （3）应尽量采用标准化的代码。 常用

26、的编码方式 颜色编码 对于这一编码方式，应尽可能地使用有标准意义的颜色。 标记编码 标记编码就是在不同的控制器上方或旁边，标注不同的文字、数字或符号，通过这些文字、数字或符号标示控制器的使用功能。 大小编码 大小编码是通过控制器的尺寸大小来分辨控制器，通常在尺寸上分为大、中、小三种，超过三种就不容易辨识。 形状编码 形状编码是将不同用途的控制器设计成不同的形状，以此使各控制器彼此之间不易混淆。形状编码可通过视觉辨认，但主要用于触觉识别。 表纹编码 控制器的表面纹理可以通过触觉加以辨认，人能很好地辨认光滑的、齿边的和滚花纹的表纹，因此可以用不同的表面纹理对控制器进行编码。 位置编码 位置编码是根

27、据控制器在产品面板或控制台上的位置的不同来分辨控制器的，它们的位置可通过视觉或触觉辨认。 操作方法编码 只在某些特殊场合下使用，采用这种方法编码时，每个控制器都必须有各自独特的操作方法，并且只有按此种方法操作时控制器才能被启动。5. 控制与显示相合性设计 运动相合性： 直线运动控制器与直线运动显示器的配合：控制器与显示器均为直线运动时有两种情形：一是两者都处于水平面或垂直面上；二是控制器处在水平面上，显示器处于垂直面上。 旋转式控制器与直线运动显示器的配合：一般情况下，控制器的顺时针运动可与显示器的从左至右、从下至上、从前向后等运动方向相配合，而控制器的逆时针运动可与显示器的从右至左、从上至下

28、、由后向前等运动方向相配合。 旋转式控制器与圆周式运动显示器的配合：控制器与显示器都采用旋转运动时，两者的运动方向可以做到完全相合。 空间相合性：指控制器和显示器在空间排列上保持一致的关系。特别在两者有一一对应的关系时，若能使它们在空间排列上保持一致关系，操作起来速度快、差错少。 习惯相合性 编码和排列相合性 控制-显示比（C/D比）：又称控制反应比，是指控制器与显示器的移动量之比，是连续控制器的一个重要参数。控制显示比大，表示控制器灵敏度低，即较大的控制运动只能引起较小的显示运动；控制显示比小，表示控制器的灵敏度高，即较小的控制运动能引起较大的显示运动。一般来说，在设计人机界面中的控制显示系

29、统时，C/D比的选择需考虑粗调和微调时间，而不是简单地选择高C/D比还是低C/D比。 第六讲 工作台椅和手握工具设计1、控制台设计 桌式控制台：一般分为操作型、装配型和服务型三种。其基本操作姿势多为坐姿。操作型控制台的基本特点是，台面上供操作用的各种装置相对固定安放，人在台上仅完成某些操作动作。通常情况下，这类操作台的台面可做成水平面向下约15(1224)的斜面,显示屏平面应在正平面向后约15左右的位置为佳。 坐姿低台式控制台：首先控制台的高度应降到坐姿人体视水平线以下，以保证操作者的视线能达到控制台前方；其次应把所需的显示器、控制器设置在斜度为10度的面板上；再根据这两个要点确定控制台其他尺

30、寸。 坐姿高台式控制台：首先在操作者视水平线以下10度至以下30度的范围内设置斜度为10度的面板，在该面板上配置最重要的显示器；其次，从视水平线以上1045度范围内设置斜度为20度的面板，这一面板上应设置次要的显示器；另外，在视水平线以下3050度范围内，设置斜度为35度的面板，其上布置各种控制器。 立姿控制台设计：立姿控制台的布置类似于坐立两用控制台，但在台的下部不设容膝空间和脚踏板 坐立姿两用控制台：从操作者视水平线以上10度到以下45度的区域，设置斜度为65度的面板，其上配置最重要的显示器和控制器；视水平线向上1030度区域设置斜度为10度的面板，布置次要的显示器。2、坐姿分析 脊柱的形

31、成与组成：人体脊柱是由7节颈椎、12节胸椎、5节腰椎，以及骶骨和尾骨组成。椎骨也是由上至下逐渐变得粗大，尤其是腰椎部分承受的体重最大，所以腰椎也是最粗大。 腰曲弧线：人体正常腰曲弧线是松弛状态下侧卧的曲线，欲使坐姿能形成几乎正常的腰曲弧线，躯干与大腿之间必须有大于90度的角度，且在腰部有所支承。 腰椎后突和前凸：正常腰弧曲线是微微前突，为使坐姿下的腰弧曲线变形最小，座椅应在腰椎部提供两点支承。第一支承应位于第5、6胸椎之间，称其为肩靠。第二支承设置在第4、5腰椎之间的高度上，称为腰靠，和肩靠一起组成座椅的靠背。 人在一般的坐姿作业时，由于身体通常需要前倾，只有腰靠起作用，因此可以不设肩靠。 而对于非频繁操作的起间歇休息支撑作用的座椅（如