设计专业《人机工学》理论 人体工程学

复习重点

说明:《人机工学》考试分为A.B试卷，时间为2个小时，题型有辨析题、选择题、简答题、论述题。以下为复习重点，请大家好好准备，只有认真复习，才会取得好成绩，反之亦反。（为使大家复习更有效率，请针对题型复习，标明“理解”部分无需记忆，理解知识点即可，懂得灵活运用；标明“*****”为大题，重点记忆部分，需重视）

（*****）人机工学一般定义：人机工程学是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与产品、人与环境以及产品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学科。

（*****）

人:是指操作者，或使用者。

机:泛指人可操作与可使用的物，可以是机器，也可以是用具或生活用品、设施、计算机软件等各种与人发生关系的一切事物。

环境:环境是人与机共处的环境，如作业场所和作业空间，自然环境和社会环境等。

每一件为人设计的工业产品都离不开人机工程学。

（*****）人机工程学研究的内容对工业设计的作用（简答）

A、为工业设计中考虑”人的因素“提供人体尺度

B、为工业设计中”物“的功能合理性提供科学依据

C、为设计中考虑”环境因素“提供设计准则

D、为进行人-机-环境系统设计提供理论依据

E、为坚持以”人“为核心的设计思想提供工作程序

（理解即可）人机工程学与工业设计的关系

（1）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，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。

（2）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。

（3）为工业设计中考虑“环境因素”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。

（4）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。

（5）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。

“以人为本”的主导思想具体表现在各项设计均应以人为主线，将人机工程学理论贯穿于设计的全过程。人机工程学研究指出，在产品设计全过程的各个阶段，都必须进行人机工程学设计，以保证产品使用功能得以充分发挥。

（理解）百分位数是一种位置指标、一个界值，K百分位P k将群体或样本的全部观测值分为两部分，有K%的观测值等于或小于它，有（100-K）%的观测值大于它。

在人机工程学设计中常用的是第5、第50、第95百分位。

（理解即可）产品人体尺寸设计分类

（理解）人体尺寸百分位的选择

产品功能尺寸的确定

1) 确定功能修正量（客观量）（*）

（1）着装修正量

（2）姿势修正量

（3）操作功能修正量

2) （*****）确定心理修正量（主观量）：为了消除“空间压抑感”、“高度恐惧感”，或为了美观等心理需求，在产品最小功能尺寸上附加一项增量，称为心理修正量。如：栏杆的高度略高于人体重心即可，但在一定高度工作容易有恐高心理，因此栏杆需要进一步提高。

（理解即可）

着装修正量：（由于人体尺寸的测量是在裸体或单薄衣着的条件下测的，而在实际工作中人要穿上衣服鞋子帽子，因此在应用人体测量数据时要考虑着装修正量。（

姿势修正量：（由于人体测量姿势与实际作业姿势的不同导致的尺寸差别，在应用人体测量数据时要考虑姿势修正量。（如放松立姿下的身高、眼高、肩高、肘高要减10mm，放松坐姿下的坐高、眼高、肩高、肘高要减44mm。））

操作功能修正量：（由于机器操作性质的差别引起的尺寸差别要考虑操作功能修正量。如上肢前展长在用按钮开关时要减12mm，用扳动开关时减25mm。

人与外界发生联系的主要是三个子系统，即感觉系统、神经系统、运动系统。

人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道（80%）、听觉通道（14%）和触觉和其他

通道（6%）

（理解）（**）

（理解即可）

在垂直面内，标准视线为水平视线，最大固定视野为115°，标准视线上方50°，下方70°，扩大的视野为150°，站立时的自然视线低于水平线10°，坐着时自然视线代于水平视线15°；人在很低松驰的状态中，站着和坐着时的自然视线偏离标准视线分别是30°和38°。因此，人在轻松的时刻观看展览时，展示物的位置在低于标准视线30°的区域里。

眼睛的色视野

由于各种颜色对人眼的刺激不同，人眼的色觉视野也就不同。图中角度系数值是在正常亮度条件下对人眼的实验结果，表明人眼对白色的视野最大，对黄色、蓝色、红色的视野依此减小，而对绿色的视野最小。

人的视觉特征（*****）

1.眼睛沿着水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不易疲劳；一般先看到水平方向的物体，后看到垂直方向的物体。

2. 视线变化习惯：从左到右，从上到下，顺时针方向。

3. 准确性：水平尺寸和比例的估计更准确。

4. 观察情况的优先性：左上—右上—左下—右下视区，仪表的布置必须考虑这一点。

5. 接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓。

眩光：物体表面产生的刺眼和耀眼的强烈光线，称为眩光

（理解即可）为防止和减轻眩光对作业的不利影响，有一些措施：

（1）限制光源亮度。当光源亮度大于16×104坎德拉/米2时，无论亮度对比如何，都会产生严重眩光现象。对眩光光源应考虑用半透明或不透明材料减少其亮度或遮住直射光线；

(2)合理分布光源。应尽可能将眩光光源布置在视线外微弱刺激区，采用适当的悬挂高度和必要的保护角；

(3) 光线转为反射。光线经灯罩或天花板及墙壁漫射到工作场所；

(4) 对于反射眩光，则通过变换光源的位置或工作面位置，使反射光不处于视线内。此外还可以通过选择材质或涂色来降低反射系数，避免反射眩光；

(5) 适当提高环境亮度以减少亮度对比。

按普通人的听觉（理解）

0 －2 0 分贝很静、几乎感觉不到；

2 0 －4 0 分贝安静、犹如轻声絮语；

4 0 －6 0 分贝一般。普通室内谈话；

6 0 －

7 0 分贝吵闹、有损神经；

7 0 －9 0 分贝很吵、神经细胞受到破坏。

9 0 －1 0 0 分贝吵闹加剧、听力受损；

1 0 0 －1

2 0 分贝难以忍受、呆一分钟即暂时致聋。

120分贝以上：极度聋或全聋

（理解）骨的功能

（1）支撑人体

（2）保护内脏

（3）运动的杠杆

（4）造血

（5）储备矿物盐：主要是磷和钙等。

（理解）肢体的动作速度与频率

动作频率取决于动作部位和动作方式。

人体动作的灵活性：是指操作时动作速度和频率，由人体的生物力学特性所决定。人体重量轻的部位比重的部位、短的部位比长的部位、肢体末端比主干部位的动作更灵活。

（理解）不同的感觉器官（不同性质的刺激）

（1）不同的感觉器官简单反应的时间不同；以触觉与听觉最优，视觉次之。（**）（2）同一感觉器官接受的刺激不同，反应时间不同；

（3）相同感觉器官接受相同的刺激，不同部位反应时间不同。

不同区域内手指敲击运动速度差异（*）

（理解）

人体躯干和肢体在水平面的运动比在垂直面的运动速度快。

垂直方向的操纵动作，从上往下的运动速度比从下往上的运动速度快。

水平方向的操纵动作，前后运动速度比左右运动速度快，旋转运动比直线运动更灵活。顺时针方向的操作动作比逆时针方向的操作动作，速度更快，更加习惯

一般人的手操纵动作，右手比左手快，而右手的动作，向右运动比向左运动快。

向身体方向的运动比离开身体方向的运动，速度更快，但后者的准确性高。

正前方盲目定位准确性最高；右方优于左方；同一方位，下中方优于上方。

（理解）仪表

1. 模拟式显示仪表

用模拟量（刻度和指针）来显示机器的有关参数和状态。

◆特点：显示的信息形象化、直观，使人对模拟值在全量程范围内所处的位置一

目了然，并能给出偏差量，对于监控作业效果很好。

◆应用：钟表、汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表。

2. 数字式显示仪表

直接用数码来显示机器有关的参数或工作状态。

特点：认读过程简单、直观，只要对单一数字或符号辨认识别就可以了。认读速度快，精度高，且不易产生视觉疲劳。

应用：计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕。

3、混合显示仪表

按仪表结构形式分：指针活动仪表、指针固定式仪表和数字式仪表。（*）

1. 仪表形式（形状）

常用的有圆形、半圆形、直线形（水平直线形、垂直直线形）、扇形、开窗等。开窗式仪表显露的刻度少，认读范围小，视线集中，认读时眼睛移动的距离短，因而认读迅速准确，效果好。圆形和半圆形刻度盘的认读效果优于直线形刻度盘；水平直线形优于竖直直线形。

仪表形式与误读率的关系（**）

指示信号灯的颜色及含义：

对于远视距下，为保证在日光亮度和恶劣气候条件下清晰可辨，可选用红光的信号灯。

（*****）图形符号设计

根据人的视觉特性和视觉运动规律，图形符号的设计应当遵循以下原则 :

(a)图形符号要反映出客体的特征；

图形符号的辨认速度和准确性，与图形符号的特征数量有关。

(b)图形标志应明显突出于背景之中，使图形标志与背景形成较大的反差。

（c）图形边界应明确、稳定。

（d）应尽量采用封闭轮廓的图形，以加强其视觉效果。

（e）应和其他显示部分结合成为统一的整体。

（f）标志是一种形象语言，为便于识别，其颜色有特定意义。

（**）设计中使用图形符号的好处与不足：

图形符号以直观、精练、简明、易懂的形象表达一定的涵义，传达信息，可使不同年龄、不同文化水平和不同国家、使用不同语言的人群都能较快的理解。不足的是有时候传达的信息量有限，易产生误解或者难以辨别其涵义。

（理解即可）显示功能及显示性能的要求

各种显示器所显示的是规定的状态、数字和颜色等符号。大致可分为以下三种：

1）定量显示的功能：这种仪表的用途是准确显示数值。例如温度计、速度计、液位计等均属于这类显示。

2）定性显示的功能：这种显示是表明机器的某种大致状态、变化倾向或描述事物的性质等。定性显示常注重情况的比较，而较少注重精确的程度。这类显示器对于检查、追踪较为适宜，或变化趋势使操作者一眼即可看出上否正常或状态之间的差距。例如机器循环水表的显示，只有“过冷”、“正常”、“过热”三个区域，分别表示机器的三种运行状态。

3）警告性显示：当量变积累达到某一临界点时，就会发生质的突变，这时常需设置警告性显示，警告性显示一般分为两级：第一级是危险警告，预告已接近临界状态；第二级是非常警报，报告已进入质变过程。

音响和报警装置的类型及特点

1）峰鸣器

2）电铃

3）角笛和气笛。

4）警报器。

（理解）音响和报警装置的类型及特点

1）峰鸣器是音响装置中声压级最低、频率也较低的装置（**）。峰鸣器发出的声音柔和，不会使人紧张或惊恐，适用于较宁静的环境。它常配合信号灯一起使用，作为提示性听觉显示装置，提请操作者注意，或指示操作者去完成某种操作，也可用作指示某种操作正在进行。例如，汽车驾驶员在操纵汽车转弯时，架驶室的显示仪表板上就有信号灯闪亮和蜂鸣器鸣笛，显示汽车正在转弯，直至转弯结束。

2）电铃。其用途不同，其声压级和频率也有较大差别。例如，电话铃声的声压级和频率只稍大于蜂鸣器，主要是在宁静的环境下让人注意；而用作指示上下班的铃声和报警的铃声，其声压级和频率就较高，因而可用于具有强度噪声的环境中。

3）角笛和气笛。角笛的声音有吼声（声压级90～100dB、低频）和尖叫声（高声强、高频）两种。常用作高噪声环境中的报警装置。气笛声频率高，声强也高，较适合于紧急状态的音响报警装置。（**）

4）警报器。警报器的声音强度大，可传播很远，频率由低到高，发出的声调富有上升和下降的变化，可以抵抗其它噪声的干扰，特别能引起人们的注意，并强调性地使人们接受。它主要用作危急事态的报警，如防空警报、救火警报等。

（理解即可）设计要点

1、音响信号必须保证使位于信号接受范围内的人能够识别并按规定的方式作出反应。音响信号的声级必须超过听阈，最好能在一个或多个倍频程范围内超过听阈10dB以上.

2、使用多个声音信号，不同信号之间应有明显的差别。

3、为引起人注意，可采用时间上均匀变化的脉冲信号，其脉冲重复频率不低于0.2Hz 和不高于5Hz ，避免使用连续稳态信号。

4、远距离和绕过障碍物的声音信号，应选用强度大，频率低的信号。（*）

5、报警装置最好采用变频的方法，使音调有上升和下降的变化。（*）例如紧急信号，其频率应在1秒内有高频（1200Hz）降至最低频（500Hz），然后听不见，再突然上升，以便再次从最高频降至最低频。这种变频声可使信号变的特别刺耳，可明显地与环境噪声和其他信号加以区别。

6．显示重要信息的音响装置或报警装置，最好与光信号同时作用，组成“视听”双重信号，以防信号脱漏。（*）

（理解即可）控制器的类型

按控制器的功能划分

1）开关控制器，(用于简单的开或关，启动或停止的操纵控制。常用的有按钮、踏板、手柄等。)

2）转换控制器，(适用于系统当中不同状态之间的转换操纵控制。如手柄、选择开关、转换开关、操纵盘等。)

3）调整控制器，(用于调整系统中工作参数定量增加或减少的操纵控制。如旋钮、手轮、操纵盘等。)

4）制动控制器，(用于紧急状态下启动或停止的操纵控制。要求灵敏度高、可靠性强，如制动闸、操纵杆、手柄、按钮等。)

（理解即可）控制器的选择原则

正确地选择控制器的类型对于安全生产、提高功效极为重要，一般原则：

1）快速而精确度高的操作一般采用：手控或指控装置，用力的操作则采用手臂及下肢控制；

2）手控制器应安排在肘和肩高度之间且容易接触到的位置，并且易于看见；

3）紧急制动的控制器要尽量与其他控制器有明显区分，避免混淆；

4）控制器的类型及方式应尽可能适合人的操作特性，避免操作失误。

控制器的编码形式有以下几种：

对控制器进行编码有两个目的：一是为了说明控制器的位置或状态，以便确认操作的准确性；二是使不同的控制器各具特点，便于记忆、寻找和感受信息，保证操作的正确性。主要有以下5种：

（*****）1.形状编码

根据控制器的用途，将控制器设计成不同的形状，以使视觉上和触觉上易于区分。

通常在设计形状编码时要注意以下几点。

1）形状编码要尽量简单易识别。实验证明，简单的形状要比复杂形状识别的准确性高，易记忆，识别速度快。

2）形状编码的形态设计要尽量与其使用功能的特点相吻合，以使人容易识别控制器的功能和用途。

3）控制器的形状编码的手感要好，不会引起人的不舒适；当戴手套操作时，也应能较好地分辨和使用。

（理解即可）2．大小编码(以相同形状而不同大小来区别控制器的功能和用途，这种形式的编码应用范围较小，通常在同一系统中只能设计大、中、小三种规格。由于大小编码的视觉和触觉感知度小的原因，常与其他形式编码一起使用。)

（理解即可）3．位置编码

(在人机操纵系统中，利用控制器相对于人的不同位置进行编码。汽车上的离合器、制动器和加速器的踏板，就是以位置编码的。通常，位置编码的控制器数量不多，并须与人的操作顺序和操作习惯相一致，这样可以使人不用眼看，就可能正确地进行操作。)

（理解即可）4．色彩编码

(利用不同颜色来区别控制器的功能。色彩编码一般不单独使用，常与形状编码、大小编码等合并使用)

（理解即可）5．符号编码

(在控制器上标以不同的文字或图形符号以区别不同的控制器。这种编码的优点是，可以用示意性符号对每个控制器的作用给以直观性指示，不需要事先去记忆每个控制器的功能和用途，减少了大脑译码的过程，因此效率和准确度都较高。在设计符号码时，这些符号应力求简单、达意、明显、易认)

（理解）GB 2893－2001《安全色》中的主要规定有：

红色表示禁止、停止和防火；

蓝色表示指令；

黄色表示警告、注意；

绿色为提示或表示安全状态与可通行；

红色和白的间隔条纹表示禁止越过；

黄色和黑色的斜向间隔条纹表示警告危险。

（*****）手工具设计的一般要求有哪些？

1.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。

2.握持部分不应出现尖角和边棱；手柄的表面质地应能增强表面摩擦力，避免手持

部位的抛光处理。

3.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。

4.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征。

5.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分开。

6.当有外力作用于产品手柄时，应同时考虑推力、拉力和扭矩的同时作用；根据外

力作用要求，确定手柄直径。

7.注意照顾女性、左手优势者等群体的特性和需要。

以下图（理解）

（*****）图中画出了a、b、c、d、e、f等6种手柄的形状。

从操作的舒适便利来说，图a、b两种形状好，而图d、e、f三种形状都不好。为什么?请看图所示的手掌肌肉分布:因为手掌上肌肉最厚的是大、小鱼际肌，其次是指骨间肌和指球肌。手部丰富的肌肉可说是“天然的减振器”，此处受压力或受击打，对于手(进而对手臂等)不易造成伤害。反之，掌心肌肉最薄，神经、血管离掌面最浅，对压力或击打敏感，也容易造成损伤。人类手掌肌肉的形态、掌心处下凹成一个小窝，是进化的结果，为的就是避免掌心受压。另外，握着手柄每转动手轮一圈，手掌也与手柄摩擦一圈，手掌与手柄“吻合”的结果是使摩擦面积加大，操作不灵活。而握着图C那样的手柄，掌心空着，操作就灵便了。

1、通常，最小刻度不标数，最大刻度必须标

数。

2、指针运动式仪表标数的数码应当垂直，表

面运动的仪表数码应当按圆形排列。

3、若仪表表面的空间足够大，则数码应标在

刻度记号外侧；指针处于仪表表面外侧的仪

表，数码应一律标在刻度内侧。

4、开窗式仪表窗口的大小至少应能显示被指

示数字及其上下两侧的两个数，以便观察指

示运动的方向和趋势。

5、对于表面运动的小开窗仪表，其数码应按

顺时针排列。当窗口垂直时，安排在刻度的

右侧；当窗口水平时，安排在刻度的下方，

并且都使字头向上。

6、对于圆形仪表，不论表面运动式或指针运

动式，均应使数码按顺时针的方向依次增大。

7.刻度值的标注数字应取整数，避免小数或分

数。每一刻度，对应1个单位值，必要时也

可以对应2个或5个单位值，以及它们的l0、

100、1000……倍。

好不好

（理解即可）简要分几条概述操纵器设计的一般人机学原则：

1)操纵器的尺寸、形状，应适合人的手脚尺寸及生理学解剖学条件。

2)操纵器的操作力、操作方向、操作速度、操作行程(包括线位移行程和角位移行程)、操作准确度控制要求，都应与人的施力和运动输出特性相适应。

3)在有多个操纵器的情况下，各操纵器在形状、尺寸大小、色彩、质感以及安置位置等方面，尽量给予明显区别，使它们易于识别，以避免互相混淆。

4)让操作者在合理的体位下操作，考虑操纵器操作的依托支撑要求，减轻操作者疲劳和单调厌倦的感觉。

5)操纵器的操作运动与显示器或与被控对象，应有正确的互动协调关系。此种互动关系应与人的自然行为倾向一致。

6)形状美观、式样新颖，结构简单。合理设计多功能操纵器，如带指示灯的按钮，能

把操纵和显示功能结合起来等。