人机工程学第一章概述.ppt

人机工程学ManMachine Engineering,人机工程学是研究人、机器及环境相互作用的学科。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。,主要教材：教材：人因工程，孙林岩主编，中国科学技术出版社参考书：人机工程学，朱序璋主编，西安电子科技大学出版社 人因工程学丁玉兰 上海交通大学出版社人因工程学张宏林 高等教育出版社,课程体系,人机工程学人体测量及数据应用人体生理特性心理学基础作业空间设计显示器控制器设计作业环境,第一章 概述（3）,第一节 人机工程学的命名、定义第二节 人机工程学的发展史 第三节 人机工程学的任务、研究内容及应用第四节 人机工程学的研究步骤与方法第五节 人机工程学体系,第一节 人机工程学的命名、定义,人机工程学是研究人、机器及其工作环境之间相互作用的学科。它属于一门研究和应用范围都极为广泛的综合性边缘学科。,一、人机工程学科的命名,人机工程学（ManMachine Engineering）人因工程学（HumanFactor Engineering）人类工程学（Human Engineering）工效学（Ergonnmics）,二、人机工程学的定义,国际人机工程学会的定义为：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。,中国企业管理百科全书里定义为：研究人和机器及环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境适合人的心理、生理等特点，达到在生产中提高效率、安全、舒适和健康的目的的学科。,三、研究对象、核心、目标及方法,1.研究对象 人、机器、环境。人是最主要的，强调以人为本。2.研究的核心 着重研究人、机、环境之间的相互作用关系，试图改变人们所用物品和所处的环境，从而使机器和工作环境更好的适应人的需要。,3.研究目标 一是提高工作效率和质量。二是提高工作的安全感和舒适感。4.研究方法 对人（能力、限制、特点等相关信息）进行系统的研究，并将之用于产品、操作程序及使用环境的设计。（它包括对人本身、人对事物、环境等反应的有关信息的科学研究,四、人机工程学学科的特点,强调以人为本，客户满意为准则必须意识到个体在能力和限制上的差异用系统的观点考虑问题，不能孤立地解决问题强调设计过程经验数据和评价的重要性。（与工程学科相比）,现代人机工程学阶段,科学人机工程学阶段,经验人机工程学阶段,早期历史,（1960年至今）,（1945年到1960年）,第二节 人机工程学的发展史,一、经验人机工程学阶段（早期历史）,原始时代的人机关系就是人与石斧、石刀、木棒的组合，借以狩猎、加工。最初的工效概念只考虑工具的尺寸、形状、重量、质地等，以使战胜野兽和粗略的加工。青铜器时代以后，由石器发展到铜器、铁器。工具类型增加，由简单到复杂，由笨拙到灵巧，经历了漫长的过程，处于经验人机工程学阶段，它属于人机工程学的第一阶段。,19世纪80年代人们开始人机工程学的研究，比较著名的项目有：肌肉疲劳试验（1884年，德国人）铁锹铲矿石试验（1898年，美国人）砌砖作业试验（1911年，美国人）外科手术过程研究（美国人）,肌肉疲劳试验 1884年德国人莫索（A.Mosso）对人体德疲劳现象进行了研究，当操作者开始作业时，就在身体上通以微电流，随着人的疲劳程度的增加，电位也随之发生变化。这是由于人产生疲劳的时候，使得皮肤电阻上升，电位下降，但是经常锻炼的人在相同的劳动量下，其疲劳程度要比未经锻炼的人轻。,铁锹铲矿石试验 1898年美国人泰勒（）对铁锹的重量进行了研究。当时泰勒在伯利恒钢铁厂，他专制了四种尺寸不同的铁锹进行试验，每次铲重分别为：5kg、10kg、17kg、30kg。结论是10kg的铁锹效率最高，因此他设计了两种规格的铁锹，装重物用小锹，装卸轻物时用大锹。这项改进使原本需要400人完成的工作改为140人即可完成。（泰勒在机械方面也有很多贡献）,砌砖作业试验 1911年美国人吉尔布雷（）对建筑工人砌砖动作进行了研究。采用摄像机将砌砖动作一一拍摄下来，通过分析试验，去掉无效动作，并将基本作业与辅助作业分开，这项改进使砌砖速度由每小时120块提高到350块。,外科手术过程研究 吉尔布雷（Gribreth）夫妇对外科手术过程研究成果直到今天还在使用。以前，外科大夫在手术中是自己从托盘中拿医疗器械，研究后，在手术中外科大夫只需说出所需的器械，同时把手伸向护士，由护士从器械盘中拿起所需器械递给大夫，使手术即快又好。吉尔布雷夫妇被认为是人机工程学领域的先驱之一。,上述几项对人机工程学的诞生起了前奏作用。人机工程学有“起源于欧洲，形成于美国”之称。经验人机工程学阶段的特点：机械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原理设计上，在人机关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应机器。,二、科学人机工程学阶段（1945年到1960年）,第二次世界大战期间（19371945年），武器的性能不断提高，威力不断增大，但操作武器的人对武器不能适应，失败的教训是屡见不鲜的。究其原因有三：（1）武器设计忽视了人的心理和生理特性，仪表的位置安排不当造成误读，一些结构不适应人操纵引起失控。导致事故或降低命中率。,（2）操作者缺乏足够的训练、动作不熟练。在紧急和复杂情况下，容易惊慌失措、手忙脚乱，从而导致事故。（3）环境因素未受到足够重视（如气温）第二次世界大战结束后，美国空军和海军共同建立了工程心理实验室。,1949年1950年英国成立了工效学研究协会，并出版了第一部人机工程学方面的著作：应用实验心理学：工程设计中的人因1957年美国成立了人机工程学会，并出版了工效学杂志。1959年1960年成立了国际人机学会。1961年在瑞典召开第一界国际人机学代表会，到1988年已开过十届国际代表会议。,科学人机工程学阶段的特点：本学科的研究又超出心理学的研究范畴，使许多生理学家、工程技术专家，涉身到该学科中来共同研究。本学科发展的特点：重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适合人。,三、现代人机工程学阶段，1960年至今,人机工程学迅速发展成为复杂的军事工业和航天工业的一个重要部分，并应用其他领域。1980年以后，计算机革命的发展使得人机工程学成为公众瞩目的焦点。利用人机工程设计的计算机，设计用户友好界面的软件等，计算机也向人机工程学提出了相应的挑战。,现代人机工程学阶段的特点：它所涉及的研究领域不断扩大，从事本学科研究的专家所涉及的专业和学科越来越多，其研究方向为：把人机环境作为一个统一整体来研究，以创造最适合于人的操作的机械设备和作业环境，使人机环境系统相互协调，从而获得系统的最高综合效能。,第三节人机工程学的任务和研究内容,一、人机工程学的任务1.人机系统的组成人、机和环境组成,（1）任何人机系统都离不开人，没有人参与的系统，不是人机系统；（2）机的范围很广，几乎包含各种劳动手段；（机械、设备、仪器、工具及各种用品等）（3）环境是指人机所处的周围条件，人体外的环境。（工作地、空气、温度、照明、振动等）,2.人机系统的分类 以脑力劳动为主的人机系统；以体力劳动为主的人机系统 一人一机的人机系统；一人多机的人机系统；多人一机的人机系统；多人多机的人机系统。,无论哪种人机系统都是统一的综合体。在人机系统中，人和机相互作用，相互配合，相互制约。但任何人机系统中，人始终是主体，是起决定作用地因素。这是因为在整个系统内，都需要围绕着人的感知，思维、肌肉、活动等规律为出发点，都要按照人的意图、目的办事。物是从属于人的，由人来控制和使用。,3.人机工程学的主要任务 建立一个合理的可行的方案，使人机环境系统达到最优化的配合，充分发挥人与“机”的作用，做到人尽其力，“机”尽其用，环境尽其美，经济效益尽其好。使整个系统安全、高效、可靠、让人类在健康、舒适的环境中工作和生活。,二、人机工程学的研究内容,1.研究人体形态特征，即人体测量 使所设计的机器适合人，更好地为设计提供依据 2.研究人在工作过程中的生理变化人机关系牵涉到很多生理学（脉搏、血压、呼吸、心率）和心理学问题。在劳动过程中，人体会产生反应和适应。合理的劳动强度，可以使人的作业能力得以正确的发挥。研究人的作业能力，各种器官功能的限度及其影响因素,3.研究人在工作过程中的心理变化,在劳动过程中，人的心理能力是极其重要的参数，这些参数包括：气力、耐力、握力、控制力、调整力、坚持力、手指和手臂灵活性、手眼协调性、视觉灵敏度、听力灵敏度、注意力集中度、判断力、反应时间等。,（1）动作的准确性 关系到工效的高低，也关系到失误率的高低。（2）工作姿势 姿势不同，疲劳产生的速度也不同。姿势欠佳也会导致肌肉劳损，驼背，近视等疾病。,4.研究作业方法及其改善,（3）操作速度和频率 人的操作速度和频率有一定限度，不宜超越生理可能性去求索。生产线的节拍也要按人的正常操作速度来计算。（4）操作范围 人的操作范围一般取决于手和脚的活动范围，手和脚移动的距离不同，效率也就不同。,5.研究工作场所的设计和改善,作业空间的设计；座椅设计；工作台设计,6.研究作业环境对操作者的影响 环境对于人的工作和生活影响甚大，例如37的高温气候，人体感不舒适，此时工效迅速降低，差错频繁发生，并极易呈现疲劳状态，而安装空调就舒服多了。因此把有害的环境变为无害的环境，这是应研究的内容之一。,7.研究人机界面设计，即控制器与显示器的设计 人机之间的信息传递，在人机学研究中占有重要地位。为了有效的做到人机之间的信息传递，必须对设备上的显示器和控制器进行研究。,8.研究人机系统的设计,（1）研究人机之间的配合和分工问题 人机的配合：人要熟练的控制设备；设备要适合人用；一人一机或一人多机操作 人机分工的原则：按人机各自的特点和优势进行分工；让机器更多的代替人工作；经济上更合算（2）研究人机系统的可靠性和安全性；（3）研究生产作业系统的优化设计（4）研究人机系统分析评价方法。,表1-1 人和机器要素的特性比较,三、人机工程学的应用领域,第四节 人机工程学的研究步骤与方法,一、研究步骤1.根据生产需要，提出人机工程学的主攻目标（生产效率低）2.收集信息和数据3.进行人机工程学分析，并设计可行方案（表1-2）4.进行试验，验证，对比，评价 5.实施新方案 6.检查、总结、再评价,表1-2 考察表,二、研究方法,观察法（Observation method）实测法（Measure method）实验法（Experiment method）分析法（Analysis）图示模拟和模型试验法(Model)感觉评价法(Sensory inspection)计算机仿真法(Simulation),观察法：研究系统中人、机的工作状态，例如工人操作动作的分析，功能分析和工艺流程分析，大都采用观察法（如砌砖作业研究）实测法：借助于仪器设备进行实际测量的方法。例如人体静态动态参数的测量实验法：一般在实验室进行。（当实测法受到限制时采用的一种研究方法）模拟和模型试验法：同于比较复杂的机器系统。模拟方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器，机械的模型以及各种人体模型等。由于模拟器和模型价格较便宜，最初的飞行训练，不可以进行符合实际的研究，故应用较多。,研究车辆碰撞的人机系统的模拟与模型,计算机数值仿真法：一种现代研究方法。数值仿真是在计算机上利用系统的数字模型进行仿真性实验研究。研究者可对尚处于设计阶段的未来系统进行仿真，并就系统中的人、机、环境三要素的功能特点及其相互间的协调性进行分析，从而预知其设计产品的性能，并进行改进设计。,计算机仿真方法,第五节 人机工程学体系,人机工程学是一门综合性的边缘学科，但它有本身的理论体系，同时又从许多基础学科中吸取了丰富的理论知识和研究手段，使它具有现代交叉学科的特点。,思考与复习题1.什么是人机工程学？叙述它的应用范围，并举例说明。2.按照人机工程学的观点，我们身边的机器、工具、设备、环境以及我们的工作、学习有哪些地方需要改进，试举例说明。,