产品人因设计原理.ppt

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1、第六章 产品人因设计原理,6.1 人因工学概述6.1.1 人机工程学 人机工程学是20世纪40年代后期跨越不同学科领域，应用多种学科的原理、方法和数据发展起来的一门新兴的边缘学科。人机工程学是以人的生理、心理特性为依据，运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。因此，人机工程学可定义为：按照人的特性设计和改善人机环境系统的科学。,第六章 产品人因设计原理,6.1.2 人机工程学历史和起源 有设计就有人机关系。早在石器时代，人类就逐渐学会了选择石块，打制成可供砍、砸、刮、割的

2、各种工具，从而产生了原始的人机关系。此后，在漫长的历史岁月里，人类为了扩大自己的工作能力和提高自己的生活水平，便不断地创造发明、研究制造各种机器、设备、工具、用具、用品等等。,旧石器时代工具,第六章 产品人因设计原理,从19世纪末期到20世纪20年代，美国处于南北战争结束不久的资本主义蓬勃发展时期。当时工厂规模越来越大，使用的机器越来越多，生产技术日趋复杂，市场竞争更为激烈，资本家迫切要求提高企业的管理水平，其中首当其冲的是提高生产效率。这一时期，美国学者FW泰勒(FrederickWTaylor)在传统的管理基础上，首创了新的管理方法和理论，并据此制订了一整套以提高工作效率为目的的操作方法，

3、并考虑了人使用的机器、工具、材料及作业环境的标准化问题。,第六章 产品人因设计原理,第二次世界大战期间，由于战争的需要，许多国家大力发展效能高、威力大的新式武器和装备。但由于片面注重新式武器和装备的功能研究，而忽视了其中“人的因素”，因而由于操作失误而导致失败的教训屡见不鲜。例如，由于战斗机中座舱及仪表位置设计不当，造成飞行员误读仪表和误用操纵器而导致意外事故；或由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理尺寸而造成战斗命中率低等现象经常发生。失败的教训引起决策者和设计者的高度重视。通过分析研究逐步认识到，在人和武器的关系中，主要的限制因素不是武器而是人，并深深感到“人的因素”在设计中是不能忽视的一个

4、重要条件；同时还认识到，要设计好一个高效能的装备只有工程技术知识是不够的，还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。,战斗机坐舱,第六章 产品人因设计原理,1949年2月16日在英国海军部召开的会议上通过了人类工程（Ergonomics）这一名称，正式宣告人机工程学作为一门独立学科的诞生。进入60年代以后，欧美各国进入了大规模的经济发展时期。科学技术的飞速发展，电子计算机应用的普及，工程系统的进一步复杂及其自动化程度的不断提高，宇航事业的空前繁荣，一系列新学科的迅速崛起，不仅为人机工程学注入了新的研究理论、方法和手段，而且也为人机工程学提出了一系列新的研究课题，如核电站等重

5、要系统的可靠性问题、计算机的人机界面设计问题、宇航系统的设计问题等等，所涉及的专业和学科也愈来愈多，主要有解剖学、生理学、心理学、工业卫生学、工业与工程设计、工作研究、建筑与照明工程、管理工程等专业领域，从而拓宽了人机工程学的研究范围和应用范围，促进了人机工程学的发展和进步。,第六章 产品人因设计原理,从60年代至今，可以称其为现代人机工程学发展阶段。60年代人机工程学研究的指导思想是，将人、机、环境作为一个完整系统，使系统中人、机、环境获得最佳配合，以保证系统整体最优。70年代以后，在指导思想上有人主张应特别强调人类的基本价值，特别强调在系统、工具、环境设计中考虑操作者的个体差异，让科学技术

6、不仅在产品上能满足人类要求，而且使人类在操作机械的过程中也能获得满足。,第六章 产品人因设计原理,随着人机工程学所涉及的研究和应用领域的不断扩大，从事本学科研究的专业机构IEA在其会刊中指出，现代人机工程学发展有三个特点：1)不同于传统人机工程学研究中着眼于选择和训练特定的人，使之适应工作要求；现代人机工程学着眼于机械装备的设计，使机器的操作不越出人类能力界限之外。2)密切与实际应用相结合，通过严密计划规定的广泛的实验性研究，尽可能利用所掌握的基本原理，进行具体的机械装备设计。3)力求使实验心理学、生理学、功能解剖学等学科的专家与物理学、数学、工程学方面的研究人员共同努力、密切合作。,第六章

7、产品人因设计原理,6.1.3 人机工程学的研究范畴与研究方法 本学科的根本研究方向是通过揭示和运用人、机、环境之间相互关系的规律，以达到确保人一机一环境系统总体性能的最优化。(一)研究人的生理、心理特性和能力限度(二)研究人机功能的合理分配(三)研究人机相互作用及人机界面的设计(四)研究作业场所设计和改善(五)研究作业环境及其改善(六)研究作业及其改善(七)研究系统的安全和可靠性(八)研究组织与管理的效率,第六章 产品人因设计原理,研究方法包括：（一）实测法 是一种借助于仪器设备进行实际测量的方法。（二）观察法 观察法是研究者通过观察、测定和记录自然情境下发生的现象来认识研究对象的一种方法。（

8、三）实验法 实验法是在人为控制条件下，系统地改变一定变量因素，以引起研究对象相应变化来作出因果推论和变化预测的种研究方法。（四）模拟和模型试验法 由于机器系统一般比较复杂，因而在进行人机系统研究时常采用模拟的方法。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。,第六章 产品人因设计原理,（五）分析法 分析法是在上述各种方法中获得了一定的资料和数据后采用的一种研究方法。目前，人机工程学研究常采用如下几种分析法：(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(4)频率分析法(5)危象分析法(6)相关分析法,第六章 产品人因设计原理,（六）调查

9、法 调查法是获取有关研究对象材料的一种基本方法。它具体包括访谈法、考察法和问卷法。（1）访谈法是研究者通过询问交谈来搜集有关资料的方法。（2）考察法是研究实际问题时常用的方法。通过实地考察，发现现实的人一机一环境系统中存在的问题，为进一步开展分析、实验和模拟提供背景资料。（3）问卷法是研究者根据研究目的编制一系列的问题和项目，以问卷或量表的形式收集被调查者的答案并进行分析的一种方法。,第六章 产品人因设计原理,（七）感觉评价法 感觉评价法是运用人的主观感受对系统的质量、性质等进行评价和判定的一种方法，即人对事物客观量作出的主观感觉度量。感觉评价对象可分为两类：(1)是对产品或系统的特定质量、性

10、质进行评价；(2)是对产品或系统的整体进行综合评价。现在前者可借助计测仪器或部分借助计测仪器进行评价；而后者只能由人来评价。感觉评价的主要目的有：按一定标准将各个对象分成不同的类别初等级；评定各对象的大小和优劣；按某种标准度量对象大小和优劣的顺序等。,第六章 产品人因设计原理,第六章 产品人因设计原理,（八）心理测验法 心理测验法是以心理学中个体差异理论为基础，对被试个体在某种心理测验中的成绩与常模作比较，用以分析被试心理素质的种方法。这种方法广泛应用于人员素质测试、人员选拔和培训等方面。心理测验按测试方式分为团体测验和个体测验。前者可以同时由许多人参加测验，比较节省时间和费用；后者则个别地进

11、行，能获得更全面和更具体的信息。心理测验按测试内容可分为能力测验、智力测验和个性测验。,6.1.4 设计与人体工程学一、为设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数 应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、体重、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数，还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数；分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感受器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适

12、应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。,第六章 产品人因设计原理,二、为设计中“物”的功能合理性提供科学依据 如搞纯物质功能的创作活动，不考虑人机工程学的原理与方法，那将是创作活动的失效。因此，如何解决“物”与人相关的各种功能的最优化，创造出与人的生理、心理机能相协调的物”，这将是当今工业设计中在功能问题上的新课题。通常，在考虑“物”中直接由人使用或操作部件的功能问题时，如信息显示装置、操纵控制装置、工作台和控制室等部件的形状、大小、色彩及其布置方面的设计基准，都是以人体工程学提供的参数和要求为设计依据。,第六章 产品人因设计原理,三、为工业设计中考虑“环境因

13、素”提供设计准则 通过研究人体对环境中各种物理、化学因素的反应和适应能力，分析声、光、热、振动、粉尘和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程度，确定了人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，从保证人体的健康、安全、舒适和高效出发，为工业设计中考虑“环境因素”提供了分析评价方法和设计准则。,第六章 产品人因设计原理,四、为进行人一机一环境系统设计提供理论依据 人机工程学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究在人机工程学中将这个系

14、统称为“人一机一环境”系统。在这个系统中人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。本学科的人机系统设计理论，就是科学地利用三个要素之间的有机联系来寻求系统的最佳参数。,第六章 产品人因设计原理,五、为“以人为本”的设计思想提供工作程序 一项优良设计必然是人、环境、技术、经济、文化等因素巧妙平衡的产物。为此，要求设计师有能力在各种制约因素中，找到一个最佳平衡点。从人机工程学和工业设计两学科的共同目标来评价，判断最佳平衡点的标准，就是在设计中坚持“以人为本”的主导思想。,第六章 产品人因设计原理,6.2 系统中的人因 人是人机系统中的核心和基础，人因工程设计的首先因考虑

15、系统中人的因素。,第六章 产品人因设计原理,6.2.1 人的生理基础 人由若干生理系统构成，包括：（一）呼吸系统（二）消化系统（三）循环系统（四）神经系统（五）肌肉、骨胳系统,第六章 产品人因设计原理,感觉器官包括：（1）视觉（2）听觉（3）味觉（4）嗅觉（5）肤觉 运动器官包括：（1）上肢（2）下肢,第六章 产品人因设计原理,6.2.2 人体尺度（一）数学模型为了研究和分析人体动作范围、作业姿势、作业区域等，用数学方法对人体各部分尺寸与相对位置进行描述的模型，称为人体数学模型。（二）人体模板人体模板是根据标准人体尺寸(对人体测量数据进行处理和选择后得到)，按1：1、1：5或其他实际需要的比例

16、，用塑料板或纤维板等材料制成的各关节均可活动的探体穿鞋二维人体模型。目前在美国、德国、日本等国家，人体模板作为一种有效的辅助设计手段，已被广泛应用于人机系统设计中。成套的标准人体模板也已作为一种设计的辅助工具出售。,第六章 产品人因设计原理,（三）模拟人 试验用人体模型都是三维的，所以又称模拟人，或假人。根据试验要求的不同，有模拟人体全身的模拟人，以及模拟人体一部分的头部模型、胸部模型。模拟人按人体尺寸不同，有相当于95、50和5人体的模型，分别称为AM 95模拟人、AM50和AM5控拟人。,第六章 产品人因设计原理,6.2.3 人的个体作业行为 作业是具体的行为动作，是为完成一定目的而做出的

17、一系列动作的联合。工业设计师对动作的研究，带有较强的目的性，通常着重研究处于作业状态下人的物理量输出的能力和极限，如力、位移、速度、加速度和频率等。工业设计师还需要研究人的作业姿态，包括肢体的活动范围、人的肌力、作业姿态与持续施力等。,第六章 产品人因设计原理,6.2.4 人的心理基础 作为人机环境系统中起主导作用的人，其心理现象可概括为心理过程和个性心理两大方面。了解人的心理特征，对人机环境系统的设计、分析和评价都有重要意义。人的行为内部交织着各种复杂的心理因素。出此，在分析某个行为的时候，应分别对各种心理因素进行分析，在分析集团的行为的时候，应尽可能收集各种因素所具备的条件。否则由于行为结

18、果因人而异，最后可能作为个体差异处理。个体差异是指在因素条件相同的情况下，人与人之间的差别。,第六章 产品人因设计原理,6.2.5 信息加工与认知过程 在人和机器发生关系和相互作用的过程中，最本质的联系是信息交换。因而必须对人的功能从信息理论的角度来加以分折。人在人机系统中特定的操作活动上所起的作用，可以类比为是一种信息传递和处理过程。因而从人机工程学的观点出发，可以把人视为一个单通道的有限输送容量的信息处理系统来研究。,第六章 产品人因设计原理,6.3人机工程设计6.3.1 信息显示器设计 适合视觉传递的信息是：内容复杂或抽象；内容较长或传递后需留作参考；信息需要使用空间或地点；传递速度不需

19、要特别快；接受者位置固定；需要几种信息组合显示；其他感觉通道传递困难等。适合听觉传递的信息是：信息内容简单或紧急；传递速度快或不需要留作参考；信息需要限定时间处理；接受者位置不固定；其他感觉通道传递困难等。适合触觉传递的信息是：经常需要触摸机器，并能感知信息；信息内容简单易辨别；其他通道传递困难、不方便等。,第六章 产品人因设计原理,显示器设计与选择的基本原则：显示器所显示的信息要有较好的可觉察性、可辨性，保证接受者迅速、准确地感知和确认。信息内容不应超过接受者的观察范围和注意能力。显示器传递的信息数量不宜过多，特别是次要信息过多，会增加接受者的心理负荷。应考虑人接受信息能力的特性，当某一种感

20、觉通道负荷过大时，可使用另一种通道协助接受信息。多重感觉通道比单通道更容易引起注意。同种类的信息应尽量用同样方式传递。没有特殊原因，不应采用不同的方法进行显示。显示的信息变化时，其方向和幅度，要与信息变化所带来的作用和趋向相一致。,第六章 产品人因设计原理,有多种显示器的情况下，要根据技术过程、各种信息的重要程度和使用频数来布置，重要的显示器应在醒日的位置上。为便于识别，在某些情况下可应用两个或两个以上的方式编码，如形状和颜色相结合等。显示信息的量值应有足够的精度和可靠性。必须保证在特定作业环境下实现显示信息的功能和作用，保证接受者有最佳的工作条件。各个国家、地区或行业部门使用的信息编码应尽可

21、能做到统一和标准化。,第六章 产品人因设计原理,6.3.2 操纵控制器设计 控制器选用与设计的一般原则：控制器要有利于操作，尽量减少或避免不必要的操作动作，以保证系统工作效率。控制器的运动方向应与预期的功能方向相一致。控制器操纵部分的大小、形状及指向，必须便于把握和移动。其外形应符合人手等部位的解剖学特征。控制器的移动范围，要根据操作者的身体部位、活动范围和人体尺寸来确定。控制器的阻力、惯性和转矩要适当，应在人的体力适宜范围内，并确保安全。在控制器较多的情况下，要根据系统的运行程序、作用的顺序来配置，以保证安全、准确和迅速地进行操作。控制器的材质应符合卫生学要求，使触摸时安全和舒适。要能避免无

22、意识的操作而引起的危险。利用编码提高对控制器的辨别效率，避免发生混同，减少操作失误。一般采用形状、位置、大小、操作方法、颜色和标记等方式进行控制器编码。,第六章 产品人因设计原理,6.3.3 交互界面设计 人机交互（Human-Computer Interaction）是指用户与计算机系统之间的通信，它是人与计算机之间各种符号和动作的双向信息交换。它有以下特点：（1）典型的人机互动性，即设计与用户紧密相关，用户的反馈是设计的重要组成部分。（2）手段的多样性。人类计算机能力加强将带来操作方式的革命性发展，从平面到立体，从键盘到语言，从真实到虚拟，信息的多样化应用将创造新的生活。（3）紧密的技术相

23、关性。新产品的出现会刺激新的界面产生，所以界面设计随着新技术的发展不断完善自身。从设计角度而言，界面设计可以理解为工业设计与视觉传达设计之间的交叉性学科。,第六章 产品人因设计原理,具体可分为：（1）图形用户界面（Graphic user interface，简称GUI），属于软件设计。产品功能软件图形界面使其价值得到实现，使用户易于理解和应用。如计算机软件视窗的界面设计。（2）实体用户界面（Solid user interface,简称SUI），属于硬件设计，即产品的硬件与用户直接接触部分的设计，这就是传统的产品外形设计。例如遥控器的造型和面板的造型。在硬界面设计中，根据任务需要，首先满足界

24、面的功能需要，界面设计要符合人的身体操作习惯，同时还要增加界面的认知功能和审美功能。,第六章 产品人因设计原理,6.3.4 作业空间设计 作业空间设计，从大的范围来讲，就是组织生产、生活现场，把所需要的机器、设备和工具，按照生产任务、工艺流程的特点和人的操作要求进行合理的空间布局给人、物等确定最佳的流通路线和占有区域，提高系统总体可弃性和经济性。从小的范围来讲，就是合理设计工作岗位，以保证作业者安全、舒适、高效工作。,第六章 产品人因设计原理,近身作业空间设计应考虑的因素包括：作业特点。人体尺寸。作业姿势。个体因素。维修活动。,第六章 产品人因设计原理,作业场所布置要依据的原则包括：重要性原则

25、。根据机器与人之间所交换信息的重要程度布置机器。将最重要的机器布置在离操作者最近或最方便的位置。因为对这类机器的误观察和误操作，可能会带来巨大的经济损失。使用频率原则。根据人、机之间信息交换频率布置机器。将信息交换频率高的机器布置在操作者近处，便于操作者观察和操作。功能原则。根研机器的功能进行布置，把具有相同功能的机器布置在一起，以便于操作者记忆管理。使用顺序原则。根据人操作机器或观察显示器的顺序规律布置机器，可使操作者作业方便、高效。例如，开启电源、启动机床、看变速标牌、变换转速等。,第六章 产品人因设计原理,6.3.5 作业环境及其改善 作业环境直接影响人机系统的效率和操作者的身心健康与安

26、全，是人机工程学的重要研究方面。作业环境涉及到的内容比较多，如气温、噪声、振动和照明等环境条件对人的工作效率和健康的影响以及对这些环境条件的改善。,第六章 产品人因设计原理,在声音环境中，听觉主要有两个功能：(1)传递声音信息。听觉对声音信号的识别是人类高度发达的功能，是人类语言交流的基础。(2)警报系统。听觉通过网状激话系统刺激整个大脑皮层，使人了解危险或更重要的情况。用听觉信号引起作业者的警觉，用视觉方法提供有关信息是目前计算机系统常用的手段,第六章 产品人因设计原理,在照明环境中，工作照明应采用适宜的照明方式，选择适当的照明器具，使眼睛感到舒服并使人的视觉感受良好。这就要求有适宜的亮度，

27、光源布局合理和避免目眩。因此无论是自然采光还是人工照明，都应进行一定的设计处理。，作业对照明的要求）另外，照明的稳定性也是工作照明设计时应注意的问题。当机器上的运动部件不断闪光或作业者需要交替注视亮度差别很大物体时都会产生照明不稳定的感觉和目眩。因此，使用外罩遮挡运动部件，调节视阈内亮度的办法都能实现照明的稳定性。,第六章 产品人因设计原理,6.4 人机系统设计 人机系统作为一个完整的概念，表达了人机系统设计的对象和范围。将人放到人机环境这样一个系统个来研究，从而建立解决劳动主体和劳动工具之间的矛盾的理论和方法，是人机工程学的一大贡献。人机工程学的主要研究对象是“系统中的人”，人是属于特定系统

28、的一个组成部分。,第六章 产品人因设计原理,进行人机系统设计需要投人人力、物力和时间，它所产生的效益主要表现在未来系统的效率和操作(使用)费用上。这种效益可从以下几个方面进行评价。(1)作业效能的改善合理地分配作业，正确的机器设计，良好的环境，都会直接改善操作者的作业效能。(2)降低培训费用良好的人机匹配设计和作业程序设计，会降低操作者达到作业标准所需要的培训费用和时间。(3)改善人力资源的利用率。良好的作业程序和工具设计可以降低对操作者的特殊能力和专项技能的要求，因此使更好地利用人力资源成为可能。通常可用利用人力资源的百分数作为评价人机系统设计的因素之一。(4)减少事故和人为错误。人机系统分

29、析和设计包括人为错误的分析，是从设计上减少事故和人为错误的可能性的方法之一。(5)提高生产效率。人机系统的效率提高当然会提高生产效率。(6)提高使用者的满意度。,第六章 产品人因设计原理,人机系统设计的第一个步骤是定义系统目标和作业要求。从内容上讲，系统作业要求的定义应包括三方面：1)系统做什么？2)做的标准是什么?3)如何进行测量？,第六章 产品人因设计原理,从人机工程的角度，系统定义阶段就要开始考虑人的因素。应从以下几个方面进行调研：1)系统未来的使用者；2)目前同类系统的使用和操作；3)使用者的作业需求，4)确保系统目标体现使用者的需求。,第六章 产品人因设计原理,人机系统的初步设计是指围绕系统设计所进行的功能分配、作业要求研究以及作业分析。1功能分配 功能分配系指把已定义的系统功能按照一定的分配原则，“分配”给人、硬件或软件。2作业要求 每一项分配给人的功能都对人的作业提出作业品质的要求，例如精度、速度、技能、培训时间、满意度。3作业分析 作业分析是按照作业对人的能力、技能、知识、态度的要求，对分配给人的功能作进一步的分解和研究。,第六章 产品人因设计原理,谢谢观看!,第六章 产品人因设计原理,