人机工程学考试复习重点资料

人机工程学考试复习重点资料

1.人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。

人机工程学：人-机-环境系统工程，人体工程学，人类工效学，人类工程学，工程心理学，宜人学，人的因素等。

人机工程学的定义：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；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中和休假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。

人机工程学的研究内容：1人体特性的研究2人机系统的总体设计3工作场所和信息传递装置的设计4环境控制与安全保护设计

人机工程学的研究方法：1观察法2实测法3实验法4模拟和模型试验法5计算机数值仿真法6分析法7调查研究法

人体测量学的定义：是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。

2.人体测量的主要方法有3种：普通测量法、摄影法、三维数学测量法、

3.人体测量中的主要统计函数（计算题）：1均值2方差3标准差4抽样误差（抽样误差=标准误差=全部样本均值的标准差）5百分位数PK

4.百分位数PK

百分位数将群体或样本的全部测量值分成两部分,有K%的测量值等于和小

于它,有(100-K%)的测量值小于它

(1)求某百分位数人体尺寸

若人身高均值X=170，SD=10，K%=30

P30=X=X－(SD×K)

即有30%的人身高小于等于164.76cm。

(2)求数据所属百分率P

同上例:求有多少百分数的人身高小于等于164.76cm

Z=(Xi–X)/SD

P=p+0.5

查正态分布表，p=–0.1985

即有30%左右的人身高小于等于164.76

5.人体尺寸的应用方法——确定功能修正量

设计中所涉及的人体尺度应该是穿衣服、穿鞋甚至戴帽条件下的人体尺寸。因此，考虑有关人体尺寸时，必须给衣服、鞋、帽留下适当的余量，也就是在人体尺寸上增加适当的着装修正量。其次，在人体测量时要求躯干为停止姿势，而人在正常作业时，躯干则为自然放松姿势，为此应考虑由于姿势不同而引起的变化量。此外，还需要考虑实现产品不同操作功能所需要的修正量。所有这些修正量的总计为功能修正量。功能修正量随产品不同而异，通常为正值，但有时也可能为负值。

6.视觉机能及其特征——视觉机能

①视角与视力

视角：确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。视角的大小与观察距离及被看物体上两端点的直线距离有关，表示为α=2arctan(D/2L)（α—视角；D—被看物体上两端点的直线距离；

L—眼睛到被看物体的距离）

临界视角：眼睛能分辨被看物体最近两点的视角。

视力：眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度，以临界视角的倒数来表示。视力=1/能够分辨的最小物体的视角

②视野与视距

视野：指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，常以角度来表示。

分水平面内视野（单眼视野/双眼视野）和垂直面内视野。

视距：指人在操作系统中正常的观察距离。一般操作的视距范围在38-76cm之间

③中央视觉和周围视觉

中央视觉：在视网膜上分布着视维细胞多的中央部位，其感色能力强，能清晰分辨物体，用这个部位视物的称为中央视觉。

周围视觉：视网膜上视杆细胞多的边缘部位感受多彩的能力较差或不能感受，故分辨物体的能力差。但由于这部分的视野范围广，故能用于观察空间范围和正在运动的物体，称其为周围视觉。

④双眼视觉和立体视觉

双眼视物时，具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力，形成立体视觉。

⑤色觉和色视野⑥暗适应和明适应

7.听觉机能及其特征——听觉的物理特性

人耳在某方面类似于声学换能器，也就是通常所说的传声器。可以用一下特性描述：

①频率响应（感受性）：

可听声主要取决于声音的频率，正常听力的青少年能够察觉到的频率范围是16-20000Hz。一般人的最佳听闻频率范围是20-20000Hz，人耳能听闻的频率比为fmin/fmax=1：1000；频率感受的上限随着年龄的增长而逐年连续下降。听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。

②动态范围（声音的强度）：

听觉的声强动态范围=正好可忍受的声强/正好能听见的声强。

听阈：在最佳的听闻频率范围内，一个听力正常的人刚刚能听到给定各频率的正弦式纯音的最低声强Imin，称为相应频率下的听阈值

痛阈：对于感受给定各频率的正弦式纯音，开始产生疼痛感的极限声强Imax，称为相应频率下是痛阈值。两者都与频率有关系，是在某一频率下的听阈值或痛阈值。

听觉区域：由听阈和痛阈两曲线所包围的听觉区。

③方向敏感度：

人耳的的听觉本领，绝大部分都涉及到所谓“双耳效应”或称“立体声效应”，这是正常的双耳听闻所具有的特性。当通常的听闻声压级为50-70dB 时，这种效应基本上取决于下列条件：1时差：△t=t2-t1，t1是声信号从声源到达其距离较近的那个耳朵所需的时间，t2距离较远的那个耳朵。

人耳可觉察到的声信号入射的最小偏角为3°。2由于头部的掩蔽效应，造成声音频谱的改变。人耳对不同频率、不同方向的声音的感受能力不同。

④掩蔽效应：

掩蔽：一个声音被另一个声音所掩盖的现象。掩蔽效应：一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应。

8.人的信号处理系统模型——在人和机器发生关系和互相作用的过程中，最本质的联系是信息交换。——人在人机系统中特定操作活动中的作用，可类比为一种信息传递和处理过程：感觉→信号处理→反应→输入→系统→输出。

9.骨杠杆：

肌肉的收缩是运动的基础，但是单有肌肉的收缩并不能产生运动，必须借助于骨杠杆的作用，方能产生运动。在骨杠杆中，关节是支点，肌肉是动力源，肌肉与骨的附着点称为力点，而作用于骨上的阻力（如自重、操纵力等）的作用点称为重点（阻力点）。根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的位置分布，分为：①平衡杠杆：支点位于重点与力点之间。②省力杠杆：重点位于力点与支点之间。③速度杠杆：力点位于重点与支点之间。用力大，但运动速度快。

由机械学中的等功原理，杠杆省力不省功，得之于力则失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。

10.人的运动输出：

反应时间（RT）又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间距。刺激引起了一种过程，这种过程包括刺激使感觉器产生活动，经由传入神经传至大脑神经中枢，经过综合加工，再由传出神经从大脑传给肌肉，肌肉收缩，做出操作活动。虽然这种过程在机体内部进行时是潜伏的，但是其每一步骤都需要时间，这些时间的总和称为反应时间。

它由反应知觉时间（即自出现刺激到开始执行操纵的时间）（tz）和动作时间（即执行操纵的延续时间，td）组成。即RT=tz+td。

反应时间的长短不仅与反应类型有关，影响反应时间的主要因素如下：

①不同的感觉器官反应时间不同，以触觉与听觉最优，视觉次之。

②反应时间与刺激信号的强度有关。

③刺激的清晰度和可辨性影响反应时间。信号与背景的亮度、颜色、信噪比及频率的对比程度越强越好。此外，刺激信号的数目、显示器及操纵器的设计也影响反应时间。

④人的主体因素也影响反应时间，如习俗、个体差异、疲劳等个人生理、心理状况。

11.感觉与知觉的基本特征

感觉：感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物个别属性的反映。知觉：知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。

在生活和生产活动中，人都是以知觉的形式直接反映事物，而感觉只作为知觉的组成部分而存在于知觉中，在心理学中就把感觉和知觉统称为“感知觉”

。

感觉的基本特性：

①适宜刺激：人体的各种感觉器官都有各自最敏感的刺激形式，称为相应感觉器官的适宜刺激。

②感觉阈限：刺激必须达到一定强度方能对感觉器官发生作用，刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为感觉阈下线；能产生正常感觉的最大刺激量，称为感觉阈上线。能被感觉器官所感受的刺激强度范围，称为绝对感觉阈值。

知觉的基本特性：

①整体性：在知觉时，把由许多部分或多种属性组成的对象看作具有一定结构的统一整体的特性。

影响知觉整体性的因素：

接近/相似/封闭/连续/美的形态。

②选择性：在知觉时，把某些对象从背景中优先的区分出来，并予以清晰反映的特征

③理解性：在知觉时，用以往所获得的知识经验来理解当前的知觉对象的特征（语言的指导性）

④恒常性：知觉的条件在一定范围内发生变化，而知觉的印象却保持相对不变的特性。（大小/形状）

⑤错觉：对外界事物不正确的知觉

12.操纵装置设计：

操纵装置编码：1形状编码2位置编码3尺寸编码4颜色编码5符号编码操纵装置的选择应考虑两种因素：一种是人的操纵能力，如动作速度、肌力大小、连续工作的能力等；另一种是操纵装置本身，如操纵装置的功能、形状、布置、运动状态及经济因素等。

13.操纵－显示比：

在操纵中，通过操纵装置对机器进行定量调节或连续控制，操纵量则通过显示装置来反映。操纵－显示比是操纵器和显示器移动量之比，即C/D。灵敏度低的操纵器是指它的操纵位移量很大，但显示器的位移量却很小；相反，灵敏度高的--C/D高，说明操纵-显示系统灵敏度低

14.人机系统总体设计：

目标：在人机系统总体设计时，要求满足安全、高效、舒适、健康和经济五个指标的总体优化。

原则：1对工作空间和工作设备的设计应考虑到工作过程中对人身体尺寸所产生的约束条件。工作空间应适合于操作者；工作设备的设计应避免肌肉、关节、韧带，以及呼吸和循环系统必要的和过度的应变，力的要求应在生理上所期望的范围内，身体动作应遵循自然节奏，身体姿势、力的使用以及身体的动作应互相协调。2工作环境的设计应保证工作环境中的物理、化学和生物学条件对人们不产生有害的影响，而且要保证人们的健康及工作能力和便于工作，也应以客观可测的现象和主观评价作为依据。3工作过程设计特别应避免工人劳动超载和负载不足，以保护工人的健康和安全，增进福利和便于完成工作。

程序：1了解整个系统的必要条件，如系统的任务、目标。系统使用的一

般环境条件，外部环境的检验或检测

装置等。2调查系统的外部环境。3了解系统内部环境的设计要求。4进行系统分析，即利用人机工程学知识对系统的组成、人机联系、作业活动方式等内容进行方案分析。

5分析构成系统的各要素的机能特性及其约束条件。6人与机的整体配合关系的优化。7人、机、环境各要素的确定。8利用人机工程学标准对系统的方案进行评价。

要点：在总体上、系统级的最高层上正确地解决好人机功能匹配、人机关系匹配和人-机界面合理三个基本问题，以求得满足系统总体目标的优化方案。

评价：人机系统的评价方法分为实验法、模拟装置法、实际运行测定法