产品造型设计第五章-人机工程设计.ppt

产品造型设计,第五章 人机工程设计,人机工程学的起源是由于人与物（工具）之间的关系变化。人机工程学产生的核心思想是“使机器适应于人”。人机工程学是研究系统中人与其他组成部分之间的交互关系的一门科学，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的功效和人的健康幸福之间的关系。人机工程学的特点是，它不是孤立地研究人、机和环境，而是从系统的高度，将人、机和环境看成是一个相互作用、相互依存的具有特定目标的系统。人机工程学与设计研究的关注点都是人与物的关系。以用户为中心的设计，就是把用户“知道的”和“需要的”变成设计的基础。,5.1 人机工程学的起源和历史,起源源于人与物之间的矛盾，即人和机器或者“人造物”之间的关系和矛盾,人机工程学,历史四个阶段：早期人机工程学、人机工程学的诞生、人机工程学迅速发展期和1980年以后的人机工程学。,5.1.1 人机工程学的起源,第一时期,第二时期,第三时期,5.1.2 人机工程学简史,尚德斯（Mark S.Sanders）和麦克米克（Ernerst J.McCormick）在工程和设计中的人因学一书中，将人机工程学简史分为四个阶段：早期人机工程学 人机工程学的诞生 人机工程学迅速发展期 1980年以后的人机工程学,泰勒（W Taylor）l 最早进行人和机器匹配问题研究的学者l 铁锹实验l科学管理原理,1.早期人机工程学,1.早期人机工程学,吉尔伯瑞斯（F Gilbreth）l时间和动作研究l手术研究,1.早期人机工程学,莫斯特伯格（H Musterberg）用实验方法进行人员挑选和培训,2.人机工程学诞生,第二次世界大战影响,2.人机工程学诞生,人机工程学会（Ergonomics Research Society）,人因工程学会（Human Factors Society）,国际工效学协会（International Ergonomics Association）,3.人机工程学迅速发展期,l军事领域的继续发展和太空竞赛的促进l从军事领域转向民用领域l特殊人群l受到控制论、信息论和系统论的影响l出版了一批优秀的人机工程学著作,4.1980年以后的人机工程学,l 计算机科学的飞跃发展又引起了人机交互、人机界面、可用性研究、认知科学等新的人机工程研究领域。l 更加关注人的价值,5.我国人机工程学发展,基础工作是在工业心理学和工程心理学的领域内开始的。20世纪30年代，清华大学开设了工业心理学课程。工业心理学概观（陈立，1935）是我国最早系统地介绍工业心理学的著作。70年代后期，人机工程学开始发展，其标志性发展是中国科学院心理研究所、航天医学工程研究所、空军医学研究所和杭州大学等分别建立了工效学或工程心理学研究机构。1989年成立了中国人类工效学学会（Chinese Ergonomics Society,简称CES）。,5.2 人机工程学的定义5.2.1 人机工程学的知识基础及其科学技术性质,人机工程学是一门技术学科。,从纵向看，人体工程学从基础科学、技术科学和工程技术这三个层面进行研究。,5.2.1 人机工程学的知识基础及其科学技术性质,从横向看，人机工程学是一门交叉性的学科，涉及心理学、生理学、解剖学、生物力学和工程学等。,未来人机工程学将越来越多地研究智能机器或者智能系统中的人机关系问题，计算机科学与人机工程学的联系正日趋紧密。,5.2.1 人机工程学的知识基础及其科学技术性质,5.2人机工程学的定义1.传统人机工程学的定义,人机工程学研究人机环境系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决系统中人的作业效能、安全、生理和心理健康问题提供理论和方法。,2.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交互关系的一门科学，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的工效和人的健康幸福之间的关系。,5.2.3 人机工程学的基本理论模型,现有的人机工程学理论模型主要从三个角度出发：系统，人机界面以及人的作业效能。“系统”是人体工程学最重要的概念和思想。从系统优化的角度看，人体工程学研究可以分为安全、效率、舒适和审美四个层次。,5.2.3 人机工程学的基本理论模型,人与机交互关系的接口被定义为人机界面（interface），人机界面的形式与内容是对人机关系的表征，是人机工程学研究的核心方面（见第十二章）。,5.2.3 人机工程学的基本理论模型,人的作业效能（Human Performance），即人按照一定要求完成某项任务时所表现出来的效率和成绩。,5.3 人机工程与工业造型设计 5.3.1 设计研究与设计科学,设计不会成为一门完全的科学，但这并不妨碍利用科学来发展设计。现代设计以获取新知识为核心特征。,人机工程学与设计研究的关注点都是人与物的关系。人们总以为设计有三维：美学、技术和经济，然而更重要的是第四维：人性。人性化设计是一种注重人的存在、价值、尊严的设计理念。,5.3.2 人机工程学与造型设计,5.3.2 人机工程学与造型设计,5.3.2 人机工程学与设计,5.3.3 以人（用户）为中心的设计,现代设计研究中与人体工程学关联性最大的研究之一是所谓以人为中心的设计（people-based design）。以用户为中心的设计（user-centered design,UCD）以人为中心的设计（people-based design,HCD）可用性（Usability）研究是近年来发展迅速的以用户为中心的设计研究概念。可用性的五大属性为：效率(Efficiency)、学习(Learnability)、记忆(Memorability)、错误(Errors)及满意程度(Satisfaction)。,5.3.4 感性工学,感性工学是将人们所具有的感性加以量化呈现，并由其中探索到哪些设计定案是符合人们什么样的感性。前向式感性工学类前向式感性工学类逆向式感性工学,案例与研究：古希腊的人机工程学,古希腊人体工程学研究发表在1999年Applied Ergonomics杂志上，研究者是希腊学者马尔姆拉斯（Nicolas Marmaras）等。他们的研究从两个方面出发，一是从文献资料研究古希腊人从“使工作适应于人”的角度，对可用性、生活条件、工作条件的改善和研究；二是研究古希腊的器物设计所达到的人体工程学水平。研究的重点是古希腊人在多大程度上了解人的特性的知识，并以人为中心设计了他们的器物和如何降低人的工作强度。,1.减少工作量的设计运载马车,案例与研究：古希腊的人机工程学,2.保证安全的设计刹车系统,案例与研究：古希腊的人机工程学,2.保证安全的设计刹车系统,案例与研究：古希腊的人机工程学,3.工具设计,案例与研究：古希腊的人机工程学,4.日常器物的人体工程设计,案例与研究：古希腊的人机工程学,4.日常器物的人体工程设计,案例与研究：古希腊的人机工程学,4.日常器物的人体工程设计,案例与研究：古希腊的人机工程学,5.剧场设计,案例与研究：古希腊的人机工程学,5.4显示设计,人机信息交换系统模型:人机信息界面包括环境信息、机器信息的显示与控制装置。,显示是有目的的信息传递。就显示的目的而言，显示分为自然显示和人工显示。人接受信息的主要通道是视觉、听觉和触觉。在这三个通道里，视觉显示运用最多，其次是听觉显示。,5.4显示设计,5.4.1 设计显示的方法,要设计好一个显示，设计师必须很仔细地考虑显示的每一个要素的作用、重要性、用户的特点和特殊要求（如用户的视力水平和技能水平）等。要考虑什么是正确的显示方式。设计师还应该考虑显示的内容、格式（是图形还是文字）、显示的形式（字体、背景、亮度等），以及显示的时间等方面的因素。,5.4.2 视觉显示设计,视觉显示是依靠光波作用向人提供信息的显示方式。可以分为机械显示和电子显示两大类。1.机械显示设计 机械显示主要是显示数字或者某种状态。数字显示可以分为:指针移动式 刻度标尺移动式 直读式三种,5.4.2 视觉显示设计,1.机械显示设计 指针移动式 刻度标尺移动式 直读式三种,危险,警告,正常,开窗式认读范围小、视线集中、动眼扫描路线短，误读率最低，因此优于其他四种形式。圆形式和半圆形式误读率虽高于开窗式，但它给出了两维空间的位置刺激，动眼扫描路线也比直线短，且符合人们长期以来所形成的观察仪表的习惯，因此，圆形式和半圆形式优于直线式。由于人眼睛的运动规律为水平运动比垂直运动速度快且准确，放水平直线式又优于垂直直线式。,5.4.2 视觉显示设计,1.机械显示设计 指针移动式 刻度标尺移动式 直读式三种,5.4.2 视觉显示设计,1.机械显示设计 指针移动式 刻度标尺移动式 直读式,5.4.2 视觉显示设计,1.机械显示设计状态指示灯来显示状态。,1 Caps Lock 指示灯，2-静音指示灯，3-音量指示灯，4-num lock 指示灯，5-触摸板开关指示灯。,1-无线设备指示灯，2-电源/等待指示灯，3-电池指示灯，4-IDE 驱动器指示灯。,5.4.2 视觉显示设计,2.电子显示设计 对于电子显示来说，关键是要满足人的视觉要求，除了一般的视觉显示都需要注意的显示大小、观察角度、观察距离和图形的数量外，分辨率、目标和背景亮度、色彩、闪烁情况等，都是电子显示要考虑的。电子显示有很多种类型，如CRT、LED、LCD。,5.4.2 视觉显示设计,3.信息编码（1）颜色编码 颜色编码指用颜色的色调、明度和饱和度等基本属性作为代码的视觉编码。它根据色彩的心理效应设计的规定指示某种情景的色彩编码。,5.4.2 视觉显示设计,3.信息编码（2）形状编码 形状编码指利用几何形状特征作代码的信息编码。在设计形状编码时应尽量使所设计的代码与其所代表的对象在形状上相似，并使各形状之间清晰可辨。,5.4.2 视觉显示设计,3.信息编码（3）数字与字母编码 指利用数字和字母作代码的信息编码。数字字母编码就识别性而言，不如色彩和形状编码明显，但是可编码数量很大。在进行编码的时候，要注意两点，第一，不要产生多余的编码。第二，在设计中要注意编码的数量不能过多。,5.4.2 视觉显示设计,4.刻度盘设计（1）选择刻度盘 刻度盘的设计首先是选择合适的刻度盘。主要从人的任务的角度考虑，包括显示的精度、显示范围以及刻度划分等。,车床刻度盘精度为1mm,铣床刻度盘精度为0.1mm,磨床刻度盘精度为0.01mm,5.4.2 视觉显示设计,4.刻度盘设计（1）选择刻度盘 刻度盘的设计首先是选择合适的刻度盘。主要从人的任务的角度考虑，包括显示的精度、显示范围以及刻度划分等。,汽车发动机转速表和速度表,4.刻度盘设计（1）选择刻度盘 刻度盘的设计首先是选择合适的刻度盘。主要从人的任务的角度考虑，包括显示的精度、显示范围以及刻度划分等。,汽车发动机转速表和速度表,5.4.2 视觉显示设计,4.刻度盘设计（2）刻度盘的大小 在此基础上，选择刻度盘的大小。研究表明，在视距750mm左右时，直径小于35mm的圆形表盘的判读效绩随表盘直径增大而提高；直径为35-70mm的表盘，判读效绩差别不大；表盘直径超过70mm，其认读效绩随表盘增大而降低。,5.4.2 视觉显示设计,4.刻度盘设计,（3）刻度标记（或刻度线）,刻度标记的宽度：一般以小刻度标记作为基准，其宽度以占刻度间距的1/51/20为宜。,刻度标记的形式,视距为710mm时普通刻度标记的宽度,三、仪表显示设计,4.刻度盘设计,（3）刻度标记（或刻度线）,对于刻度盘运动或瞬间观察的刻度，其刻度标记不能采用窄线刻度标记。近年来发展了一种宽线标记的刻度，特点是标记的宽度等于两刻度标记间距，这个宽度是按人观察时的最佳视角设计的。,4.刻度盘设计（4）刻度线间距 刻度设计中，首先要保证在两条刻度线之间有足够的间距。其次，刻度线应该通过长短和宽度的不同表达出刻度之间的主次关系。刻度设计还依赖于照明的情况。,5.4.2 视觉显示设计,4.刻度盘设计（5）标数和指针 一个基本的原则是要尽量避免指针挡住标数。,5.4.2 视觉显示设计,指针的形状要简洁、明快、不加任何装饰，具有明显的指示性形状。一般以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形为好。,4.刻度盘设计,仪表指针零位一般在时钟12点或9点的位置上。追踪用仪表有时置于9点位置。当许多检查用仪表排列在一起时，指针的正常位置应处于同一方向，以9点位置为优。如果超过6个仪表，则应排成2行，以免观察时眼睛和身体有较大的移动。如果需要排成一竖列时，以同向12点位置为优。,指针的零位,无论哪种指针式仪表，由于仪表面和指针间有相对运动，指针与仪表刻度面间必须有一定间隙，这个间隙要尽可能小，以减少不垂直观察所形成的投影误差,指针的颜色应与刻度盘的颜色有明显的区别和对比，但指针与刻度标记、数码的颜色应尽可能协调。,4.刻度盘设计设计图例。,5.4.2 视觉显示设计,4.刻度盘设计设计图例。,5.4.2 视觉显示设计,5.字母和数字设计 字母和数字的设计主要包括字母数字的笔画宽度、高宽比、字体、大小等方面的因素。设计字母和数字时最重要的是要设法避免不同字母之间或不同数字之间发生混淆。,5.4.2 视觉显示设计,6.图符设计（1）图符和背景清楚和粗笔画的图形、背景对比是十分必要的。,5.4.2 视觉显示设计,6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界对比强烈的图符边界（常用实心符号）比细的图符边界识别性更强。,5.4.2 视觉显示设计,6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界（3）封闭图符一个封闭图符可以增强认知效率，特别是对于那些局部图符而言。,5.4.2 视觉显示设计,6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界（3）封闭图符（4）简单化图符在确保意义表达的基础上，图符应该尽量简单，明确。,5.4.2 视觉显示设计,6.图符设计（1）图符和背景（2）图符边界（3）封闭图符（4）简单化（5）整体化图符应该尽量整体。,5.4.2 视觉显示设计,6.图符设计图符设计案例：安全出口的设计。,结论：实心图形、对比强烈、图形简单。,5.4.2 视觉显示设计,1.声音信号具有以下一些特点：（1）声音向四周等能传播，人不必转移头部位置就能接收全方位的声音信息。（2）声音具有强迫性，容易使人注意力集中。（3）声音具有绕道和穿透烟雾的性能，可在很多条件下传播信息。（4）声音信号可以传递得较远。,5.4.3 听觉显示设计,2.听觉显示与视觉显示分别有不同的优先使用条件。,5.4.3 听觉显示设计,3.听觉显示设计中的注意事项（1）听觉显示设计首先应该满足显示的兼容性。任何听觉显示器的有效性都取决于对显示器工作的声环境的适宜考虑。（2）听觉显示是具有时效性的。一般显示传递的信息不能太长。,5.4.3 听觉显示设计,4.按显示信息的特点，听觉显示可分为音响显示和言语显示。（1）音响显示呈现的是音调信号。例如：下课的钟声。（2）言语显示则用言语方式传递信息。例如：A.“请输入密码”；B.“如需人工服务请拨1”。,5.4.3 听觉显示设计,（5）图符设计研究,如果图符使用频率很高，可以采用强制型图符。例如：软件的常用工具栏图标。,Microsoft PowerPoint,（5）图符设计研究,对于复杂的信息，可以结合使用具象型、抽象型和强制型三种图符。,手持工具设计的重要意义手持工具设计的人机工程学原则设计注意事项案例分析OXO GoodGrips 削皮器,手持工具的设计,手持工具设计的重要意义,提高使用效率减少意外事故减少职业病,设计不当引起的职业病：,腱鞘炎,狭窄性腱鞘炎（扳机指）,手持工具设计的人机工程学原则,1.有效地实现预期的功能2.与操作者身体及手成适当的比例3.按照操作者的力度和作业能力设计4.尽量符合手的运动速度与习惯,1.有效地实现预期的功能,截面图,1.有效地实现预期的功能,2.与操作者身体及手成适当的比例,3.按照操作者的力度和作业能力设计,立姿直臂的拉力与推力,坐姿时手臂的力度,3.按照操作者的力度和作业能力设计,3.按照操作者的力度和作业能力设计,3.按照操作者的力度和作业能力设计,3.按照操作者的力度和作业能力设计,坐姿时人的作业区域,3.按照操作者的力度和作业能力设计,手动作的最佳方向,4.尽量符合手的运动速度与习惯,水平方向的运动前后运动比左右方向动作快旋转运动比直线运动快,垂直方向的运动从上往下比从下往上的运动速度快水平与垂直方向垂直面上运动速度比水平面上的快准确度垂直面比水平面的高,4.尽量符合手的运动速度与习惯,一般右手较左手运动快，同时右手向右比向左运动快,手朝向身体的运动比离开身体动作快，但后者准确度高顺时针方向的操作动作比逆时针方向快 单手操作较双手操作，其精确度和速度都更佳,人体手部解剖图,设计注意事项,保持手腕处于顺直状态避免掌部组织受压力避免手指重复动作,腕关节动作状态,保持手腕处于顺直状态,保持手腕处于顺直状态,保持手腕处于顺直状态,人数比较使用不同尖嘴钳前后患腱鞘炎病人,保持手腕处于顺直状态,手柄形式和着力方式比较,避免掌部组织受压力,避免掌部组织受压力,避免手指重复动作,拇指操作,指压板操作,案例分析：OXO GoodGrips 削皮器,普通削皮器,OXO GoodGrips,案例分析：OXO GoodGrips 削皮器,案例分析：OXO GoodGrips 削皮器,案例分析Gyrus Diego 动力解剖刀,案例分析Gyrus Diego 动力解剖刀,案例分析Gyrus Diego 动力解剖刀,案例分析Gyrus Diego 动力解剖刀,案例分析Gyrus Diego 动力解剖刀,案例总结,以人为中心,遵守人机工程学原则,避免问题,成功的手持工具,有效地实现预期的功能与操作者身体及手成适当的比例按照操作者的力度和作业能力设计尽量符合手的运动速度与习惯,保持手腕处于顺直状态避免掌部组织受压力避免手指重复动作,+,+,舒适好用快捷高效安全健康,手工具的大小、形状、表面状况应与人手的尺寸和解剖条件适应。使用时能保持手腕顺直，避免掌心受压过大，尽量由手部的大小鱼际肌、虎口等部位分担压力。避免手指反复的弯曲扳动操作，避免或减少肌肉的“静态施力”。使用手工具时的姿势、体位应自然、舒适，符合手和手臂的施力特性。工具使用中不能让同一束肌肉既进行精确控制，又出很大的力量，即负担准确控制的肌肉，和负担出力较大的肌肉应该互相分开。注意照顾女性、左手优势者等群体的特性和需要。,手工具的一般人机学要求:,讨论,1.比较人的集中不同的信息输入方式，并举例说明它们在显示设计中的作用。2.查阅相关文献，了解触觉显示的特点和运用领域。3.不同产品材料给人不同的触觉。结合“色彩的心理作用”的分析，想一想不同材料会对人产生什么样的心理作用。4.理解交通指示牌的图形，看看自己理解了多少，分析那些理解率低的牌子，尝试重新设计，并设计实验对自己新的设计进行评估。,Thank You!,