人机工程学第一章课件.ppt

第一章人机工程学起源与发展,1.1人机工程学的起源与定义1.2人机工程学发展的几个阶段1.3人机工程学的应用领域,1.4人机工程学研究内容1.5人机工程学研究方法1.6人机工程学研究实例,2022/12/31,人机工程学,1,人机工程学在不同国家的发展,美国,日本,欧洲,人因学人体工程学人机工程学工程心理学工效学,中国,2022/12/31,人机工程学,3,1.1人机工程学的起源与定义,1.1.1人机工程学在不同国家的发展1、人机工程学在美国的发展1）人类工程学(Human Engineering) 2）人的因素工程学(Human Factors Engineering)2、人机工程学在欧洲的发展人类工效学(Ergonomics)3、日本人机工程学的发展1）人间工学2）情感工程学,2022/12/31,人机工程学,4,1.1人机工程学的起源与定义,4、国内对人机工程学的研究1）工效学（人类工程学）：管理2）工程心理学：心理学3）人机工程学（安全、设计）：工程技术4）人体工程学：服装设计5）人因学（宜人学）,2022/12/31,人机工程学,5,1.1人机工程学的起源与定义,国内人机工程学称谓的特点1）不同学科根据自身对人机工程学的研究特点进行各自命名。2）学科命名多样化、学科边界模糊。3）体现边缘、交叉学科特点。,2022/12/31,人机工程导论,6,1.1人机工程学的起源与定义,1.1.2 IEA（国际人类工效学学会）人机工程学的定义 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各种因素;研究在工作中、家庭生活中和休闲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。 其它定义,2022/12/31,人机工程导论,7,1.1人机工程学的起源与定义,定义特点1）研究应用学科范围2）应用领域3）研究内容:效率;安全与舒适,2022/12/31,人机工程导论,8,2022/12/31,人机工程学,9,1.2人机工程学发展的几个阶段,1.2.1从人类史看人机工程学起源和发展人与工具1）人制造工具的目的：满足使用需求 2）工具适合人生理特点：顺手、合手 3）工具适合人心理特点：喜欢 4) 挖掘需求是创造的基础,2022/12/31,人机工程学,10,1.2人机工程学发展的几个阶段,我国古代的例子1） 冬官考工记，商周时代，按人体尺寸制造各种工具和车辆。2） 黄帝内经对人体尺寸的测量方法、测量部位、测量工具、尺寸分类有详细的说明。,2022/12/31,人机工程学,11,1.2人机工程学发展的几个阶段,1.2.2人机工程学的早期发展(1800-1945)1、人机工程学的发展和技术进步是交织在一起的。1）技术突破，建立产品设计平台；根据人的需求对技术进行完善。创造新需求-酝酿新技术突破。2）鼠标发展实例:机械光电无线,2022/12/31,人机工程学,12,1.2人机工程学发展的几个阶段,2、工业革命后期随着大规模的工业化对生产效率的研究引发的工效学(ergonomics)的研究。1）时间研究(Time Study) : 以设计最佳工作方法为目的对作业动作和时间进行的测定和研究。创始人是F.W.泰勒。,2022/12/31,人机工程学,13,铁锹作业试验,1898年，美国学者FW泰罗对工人的操作动作进行了细致的观察和分析，以确定合理的工作方法选取合适的工具，规定标准的工时定额，以提高劳动效率。他用形状相同而铲量不同的四种铁锹（5kg，10kg，17kg和30kg），试验结果表明，用10kg的铁锹铲煤效率最高。他做了许多试验，终于找出了铁锹的最佳设计方案，并找出搬运煤屑、铁屑、砂子和铁矿石等松散粒状材料时每一铲的最适当重量。,2022/12/31,人机工程学,14,2022/12/31,人机工程学,15,2）动作研究：Gilbreth基本动作研究。,动作研究之父:弗兰克吉尔布雷思,动作研究：也叫工作研究、工作设计或是方法工程。其研究的对象都是在工作中，如何找出最简最优的方法，以最少的动作最终达到节约人力、提高效率、充分降低时间成本以达到提高经济效益的目的。动作研究的关系：即动作与时间的关系，动作与人体的关系，动作与产品的关系。,2022/12/31,人机工程学,16,砌砖作业试验,1911年，美国学者FB基尔布莱特对建筑工人砌砖作业进行了试验。他用快速摄影机将工人砌砖动作拍摄下来，然后对动作过程进行分析研究，哪些动作必需，哪些动作多余，去掉多余的无效动作，提高有效动作的效率，这就是著名的动作研究。结果使工人的砌砖速度由当时的每小时120块提高到350块。,2022/12/31,人机工程学,17,2022/12/31,人机工程学,18,1.2人机工程学发展的几个阶段,3）研究学科：心理学为主4）特点：人机关系以选择和培训操作者为主，使人适应于机器。,2022/12/31,人机工程学,19,1.2人机工程学发展的几个阶段,1.2.3人机工程学职业出现1945-19601、1945年、美空军建立工程心理学实验室。 第二次世界大战即将结束的1945年，美国陆军航空团和美国海军都建立了工程心理学实验室。代表人物：阿尔方斯查帕尼斯；主要研究缺氧症、高空病、高加速力、突然减压与夜间飞行等问题。他在处理他那个时代飞员驾驶先进的军用飞机进行作战时所遇到的困难问题方面尝到了应用研究的滋味。第二次世界大战结束后，他所在的实验室进行了视觉与暗适应的研究，并取得很大成果。,2022/12/31,人机工程学,20,二战飞机非战斗损伤的几率非常高，就拿盟军来说吧，盟军二战中损失飞机88,300架（其中因作战原因损失 43,100架）,包括损失轰炸机17,900架（战损10,000架）,损失地面攻击机23,600架（损12,400架）,损失战斗机46,800架 (战损 20,700架）。非作战原因是指误伤，自毁以及在机场未起飞就被击毁等等因素。而非战斗损伤中绝大部分都是自毁的，可以看出比例非常之高。德国也好不到哪里去，德国的两大战斗机王牌，击坠数各超过150架的莫尔德斯和马尔塞尤，都是坠机而死，德国一共生产了11万架飞机，基本损失殆尽，大约有45%是非战斗损失。总体说来，二战中飞机坠毁数非常之多，综合各方面的数据，已经快破50%大关。,2、1949年、英国成立工效学学会。3、1957年、出现工效学期刊（Ergonomics）,2022/12/31,人机工程学,21,2022/12/31,人机工程学,22,1.2人机工程学发展的几个阶段,4、研究内容：新式武器与装备。5、涉及学科：多学科6、特点：重视工业与工程设计中人的因素，力求使机器适应于人。,2022/12/31,人机工程学,23,1.2人机工程学发展的几个阶段,1.2.4人机工程学高速发展阶段1、时间：60年代至今。2、研究学科：领域扩大学科更多。3、IEA成立。,2022/12/31,人机工程学,24,1.2人机工程学发展的几个阶段,4、特点：1）机械装备设计于人能力之内。2）密切与实际应用相结合。3）多学科密切合作。4）强调人、机、环境三者关系。,2022/12/31,人机工程学,25,1.2人机工程学发展的几个阶段,1.2.5我国人机工程学的发展1、49年前，主要工程心理学2、70年代，中科院、杭州大学等研究工程心理学3、1989年成立中国人类工效学学会（CES）4、工业设计专业开设设计人机工程学。,2022/12/31,人机工程学,26,1.2人机工程学发展的几个阶段,1.2.6人机工程学的未来1、随着技术的不断进步而不断深入发展2、为改善人的生活与工作质量而扮演越来越重要的角色。3、成为工科及设计学科的基础课程。,2022/12/31,人机工程,27,1.3人机工程学的应用领域,1.3.1人机工程学应用指南1、研究目的:完善人机关系的一门科学1）提高工作效率2）舒适性能与安全性能3）使用方便性,2022/12/31,人机工程,28,1.3人机工程学的应用领域,2、应用方法1）以人的需求作为尺度度量现有的设计，发现不足。2）根据国家标准与人的特性进行改良设计。3、应用范围涉及人的领域就有人机工程学存在的空间。,2022/12/31,人机工程,29,1.3人机工程学的应用领域,1.3.2人机工程在不同学科的应用1、农业的应用课题农机的设计问题2、林业的应用课题伐木机械、电锯危害研究,2022/12/31,人机工程,30,1.3人机工程学的应用领域,3、制造业的应用课题1）提高工效方法的研究2）各种加工机床的设计问题3）作业仪表、操纵机构设计4）作业环境的危害与改善5）加工车间对环境的危害,2022/12/31,人机工程,31,1.3人机工程学的应用领域,4、建筑业的应用课题1）建筑机械的人机工程研究2）建筑对环境影响的研究3）建筑工人安全与工效的研究个体防护等,2022/12/31,人机工程,32,1.3人机工程学的应用领域,5、交通、服务业的应用课题汽车座椅、车门、内饰、操作机构6、计算机中的应用人机界面设计,2022/12/31,人机工程,33,1.4人机工程学研究内容,1.4.1人体特性的研究1、人体各种动静态功能尺寸的研究，以应用于各种产品设计之中。2、人的各种感知觉能力的研究，认识人的生理极限，使设计更适合于人。3、人的心理特点研究，使设计具有更大的舒适性、安全性。使人操作效率更高，更不易疲劳。,2022/12/31,人机工程,34,1.4人机工程学研究内容,1.4.2人机系统的总体设计1、定义目标：总体设计决定系统效能的高低2、系统功能分析：分析人机各自特长。,2022/12/31,人机工程,35,1.4人机工程学研究内容,3、功能分配：人机各尽所能，取长补短。4、人机界面设计5、辅助设计,2022/12/31,人机工程,36,1.4人机工程学研究内容,1.4.3信息传递装置和工作场所的设计1、人机界面是人机工程学研究的一个重要内容，人与机器的信息传递就是通过这个界面传递的。,2022/12/31,人机工程,37,1.4人机工程学研究内容,2、信息传递装置的好坏直接影响工作效率、人的舒适性及工作安全性。3、工作场所设计也是研究人与环境的关系。,2022/12/31,人机工程,38,1.4人机工程学研究内容,1.4.4环境控制与安全保护设计1、环境控制涉及到许多环境因素、光、声音、空气质量等直接影响环境质量的好坏，从而影响人的工作效率及工作舒适性、安全性。,2022/12/31,人机工程,39,1.4人机工程学研究内容,2、安全保护设计是人工作最起码的保证，没有安全，也无从谈起工作效率和工作舒适性。安全人机工程学是一个重要内容。,2022/12/31,人机工程,40,1.4人机工程学研究内容,1.4.5目前国内外重点研究方向1、工作负荷研究，包括生理和心理负荷。工作成效的测定与评价。2、工作场地、工作空间、工具装备的人机工程学研究。,2022/12/31,人机工程,41,1.4人机工程学研究内容,3、作业环境的研究。4、尖端技术领域中的人机工程学 如飞机驾驶、核电站、太空中的工作与生活、全球定位系统等。,2022/12/31,人机工程,42,1.4人机工程学研究内容,5、计算机软件中的界面设计问题 如屏幕显示、键盘设计、操作系统的评价、计算机的物理环境、说话式输入方式。,2022/12/31,人机工程,43,1.4人机工程学研究内容,6、生产领域的人机工程学问题 如适合于人、男女之别、成人与小孩、老年人问题、工作环境、劳动保护、说明书等。7、其他领域的人机工程学问题如交通安全、体育、日用品等。,2022/12/31,人机工程,44,1.5人机工程学研究方法,1.5.1观察法 观察系统中人、机的工作状态。如泰勒的时间分析。,2022/12/31,人机工程,45,1.5人机工程学研究方法,1.5.2实测法 借助于仪器设备进行实际测量的方法。如人体各种动、静态参数测量等。,2022/12/31,人机工程,46,1.5人机工程学研究方法,1.5.3实验法 一般在实验室中进行。在实际中不方便或需时间较长。如仪表认知速度、差错率，色彩测试等。,1.5人机工程学研究方法,1.5.4模拟和模型试验法用于系统比较复杂的情况下，如汽车假人碰撞试验等。,2022/12/31,人机工程,47,2022/12/31,人机工程学,48,1.5人机工程学研究方法,1.5.5计算机数值仿真法 定义： 借助高速、大存储量数字计算机及相关技术，对复杂真实系统的运行过程或状态进行数字化模拟的技术。模拟系统的一系列动作。比物理模拟和模型试验方法成本低，周期短。,2022/12/31,人机工程,49,2022/12/31,人机工程,50,1.5人机工程学研究方法,1.5.6调查研究法 通过考察了解客观情况直接获取有关材料，并对这些材料进行分析的研究方法。 核心：抽样分析，调查用户意见等。,1.5.7分析法,定义指从要证的结论出发，逐步寻求使它成立的充分条件，直到归结为判定一个显然成立的条件（已知条件、定义、公理、定理、性质、法则等）为止，从而证明论点的正确性、合理性的论证方法。也称为因果分析、逆推证法或执果索因法。,2022/12/31,人机工程学,51,2022/12/31,人机工程,52,1.5人机工程学研究方法,常用的分析法1）瞬间操作分析法2）知觉与运动信息分析法3）动作负荷分析法,2022/12/31,人机工程,53,1.5人机工程学研究方法,4）频率分析法5）危相分析法6）相关分析法,2022/12/31,人机工程,54,1.6人机工程学研究实例,飞机驾驶舱人机工程学设计原则 驾驶舱人机界面对飞行的影响不仅是指其对飞行员体力、心理和意识活动的影响，而且将直接影响飞行员的工作效率和飞行安全。 现代航空科技使飞行更加傻瓜化，效率化。 大屏幕液晶显示器使飞机重要数据集中显示，更利于飞行判断。 GPS 更使飞行安全得到充分保障。,2022/12/31,人机工程学,55,2022/12/31,人机工程学,56,2022/12/31,人机工程,57,1.6人机工程学研究实例,1、安全是人机界面设计的第一原则1）是否对飞行员有直接的生理伤害2）是否易于造成飞行员的错误3）能克服复杂环境带来的危险 4）故障下的安全飞行,2022/12/31,人机工程,58,1.6人机工程学研究实例,2、高效是现代战争对军机的基本要求1）显示系统应显示飞行员最关心的信息。2）提供一个友好的显示界面。3）飞行员要能够迅速有效地控制各个系统。,2022/12/31,人机工程,59,1.6人机工程学研究实例,3、其他影响因素（1）舒适度是一个不可忽视的因素（2 ）视觉因素-和谐愉悦的驾驶舱外观（3 ）听觉因素 - 安静的驾驶舱（4）触觉因素 -座椅和飞行装备的舒适性（5）空间因素 - 宽阔的驾驶舱,2022/12/31,人机工程,60,1.6人机工程学研究实例,4、安全高效舒适之间的关系1）首先，一个安全的驾驶舱环境，能够减少飞行员的顾虑，使其把大部分精力用在飞行上，工作的效率必然会提高。2）其次一个友好而高效的驾驶舱界面，使飞行员的飞行工作得心应手，高信息量的显示，使飞行员能够全面地监控飞机的各个系统。,2022/12/31,人机工程,61,1.6人机工程学研究实例,3）第三舒适的驾驶舱环境能使飞行员精力旺盛，动作协调，发现问题迅速，头脑冷静，处理问题准确，这样，必然减少出现错误的机会。 4）驾驶舱人机界面设计中要三者兼顾，突出重点。设计出飞行员喜欢的驾驶舱界面。,2022/12/31,人机工程,62,思考1,细节问题是人机工程学考虑问题的着眼点，细节问题有时能够决定设计的成败。查找资料，编写一个细节设计影响产品成败的小故事，最好图文表示。,思考2,找出5个不符合人使用需求的产品实例，要求：为什么不符合需求，图示说明;如何改进不合理设计之处;注意例子的新颖性、独特性。,人机工程导论,63,2022/12/31,人机工程,64,参考文献,1、丁玉兰主编，人机工程学（修订版）北京理工大学出版社，2000。2、郭伏、杨学涵，人因工程学，东北大学出版社，2001、5。3、曹琦等，人机工程设计，西南交通大学出版社，1988。,