人机工程学复习资料

人机工程学（Man-Machine Engineering）是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。

该学科在美国称为“Human Engineering”（人类工程学）或“Human Factors Engineering”（人的因素工程学）。

国际人类工效学学会（IEA）为本学科所下的定义是最有权威、最全面的定义。

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。

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。

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。

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。

研究内容：1.产品系统中人的因素2.人机系统总体设计3.作业场所的设计和完善4.作业研究及改善

研究方法：1.观察分析法 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。

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。

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)。

人体测量学是一门用测量方法研究人的体格特征的科学。

人体测量方法主要有以下3种：普通测量法、摄像法、三维数字化人体测量法。

测量的基本目的是为设计提供设计参数。分类：人体构造尺寸（静态尺寸）和功能尺寸（动态尺寸）

为了获得准确地人体尺寸参数，进行人体（活体）尺寸测量时，有两个基本要求：一是标准化的测量条件，即测量姿势的规定、测量方向的规定和测量量度（尺寸术语）的规定等；二是标准化的测点和测量项目。

人体测量的基本术语

被测者姿势：立姿坐姿

测量基准面：1.矢状面：通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面称为矢状面。

2.正中矢状面：在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面称为正中矢状面。正中矢状面将人体分成左、右对称的两部分。

3.冠状面：通过铅锤轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。冠状面将人体分成前、后两部分。

4.横断面：与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为横断面。横断面将人体分成上、下两部分。

5.眼耳平面：通过左、右耳屏点及右眼眶下点的横断面称为眼耳平面或法兰克福平面。

支承面和衣着

基本测点及测量项目

标准化的测量条件、标准化的测点和测量项目

测量项目必须明确定义所测量的两个部位、测点或测量经过点以及测量方向。

虽然未知总体，但是只要保证抽样的无偏性、一致性和有效性，就能获得对总体的优良估计。

人体测量中数据不符合正态分布的测量项目，其分布特征可以用累计频次的百分位和百分位数来描述。百分位通常用第几百分位来表示。百分位数则是对应于百分位的实际数值。

根据特定尺寸范围来选取人体尺寸只占人体尺寸分布的一个“域”，称为“适应域”。

立姿的标准测量姿势为挺胸自然直立，坐姿的标准测量姿势为端坐，即直腰坐。

采用人体断层面的CT或者MRI成像技术测量人体，不仅把人体形态特征而且把人体组织特征全部纳入一个三维数据库，然后利用计算机构建人体的三维解剖图形模型，又称虚拟人。

静态人体尺寸是被测对象处于静止和标准姿势下测量的尺寸。

动态人体尺寸是人体在动态下占用的空间范围或动作范围的测量。动态人体尺寸更能反映人体各部位之间的功能关系和结构关系。

应用原则：注意选择应用条件，百分位的选择和一些注意事项

应用方法：

1 确定所设计产品的类型（三类四种）

2 选择人体尺寸百分位

3 确定功能修正量

4确定心理修正量

5产品功能尺寸的设定

设计的实际尺寸通常要根据实际需要进行修正，称为人体尺寸的功能修正，修正以后的尺寸称为功能尺寸。

最小功能尺寸=人体尺寸+功能修正量

产品功能尺寸除了最小功能尺寸，还有最佳功能尺寸。

最佳功能尺寸=人体尺寸+功能修正量+心理修正量人的作业按照人的作业姿势可以分为:坐姿作业;立姿作业;坐立交替作业。

影响作业空间设计的因素很多。首先，是视觉的可视性要求。其次，是作业的性质对作业空间设计的影响。

工作座椅的设计要点如下：

①结构形式使操作者身体舒适、稳定，能准确进行操作。

②座高和腰靠高方便于调节，并能进行可靠的紧固。调节范围从女子5百分位数到男子95百分位数座高360～480mm，无级或采用20mm一挡的有级调节，腰靠高165～210mm，无级调节。

③外露部分没有易伤人的尖角、锐边、突头。

④结构材料无毒、阻燃、耐用，座垫、腰靠、扶手的覆盖层材料柔软、防滑、透气、吸汗、不导电。

座椅功能尺寸和形态应随就坐的目的要求而异，可分为

①工作座椅，简称工作椅，

②休息用椅，简称休息椅，

③办公室用椅、会议室用椅。

神经元也称神经细胞，是神经系统的基本结构和功能单位。对于一个典型的神经元，由

细胞体、树突、轴突、髓鞘和突触小体等组成。

神经传导通过神经元来完成的。神经元具有兴奋性和传导性，即神经元可以接受刺激，并且传递信息。神经传导是一种电化学过程。

人的神经系统可分中枢神经系统和外周神经系统。中枢神经系统主要包括在脊柱中的脊髓和脑，外周神经系统包括躯体神经系统和自主神经系统。

脑可以分为三个主要部分：前脑、中脑和后脑。

声音的三个基本的特征：振幅、波长（频率）和波形。

声压是决定声音强度的主要因素。一般采用分贝(dB)作为声音强度的标志。

听觉的适宜刺激是声音，声音的声源是振动的物体，可听声主要取决于声音的频率，人的听感范围：20~20000HZ ；其次取决于声音的强度。

耳可以分为三个部分：外耳、中耳和内耳。

在3000~4000Hz 之间达到最大的听觉灵敏度。

听域：Pa P 50102-?= 痛域P=20Pa

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 。

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 。

3.方向敏感度（双耳效应）

（1）时差：?t=声源到两耳的时间差。人耳可觉察到的声信号入射的最小偏角为3°。

（2）人耳对不同频率、不同方向的声音的感受能力不同。由于头部的掩蔽效应，造成声音频谱的改变。

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。

残余掩蔽/听觉残留：由于人的听阀的复原需要经历一段时间，掩蔽声去掉以后，掩蔽效应并不立即消除。

光的照度就是落在单位面积上的光通量，单位是lx （勒克斯）。

光的亮度是从物体表面发出的和反射的光通量。

明度指由光的刺激所产生的视觉明暗程度。

亮度=照度×反射率；明度=亮度＋知觉。

色彩知觉的恒长性。

例如：在早上、中午和晚上看一面红旗，它仍然为红色。

视觉残效（after effects in visual ）。指在一定时间内接受了某种视觉刺激后，即使撤去这一刺激而源自该刺激的响应在此后一定的时间间隔内仍以某种形式存留在视觉中的现象。

色彩对比（color contrast ）

色彩同化（color assimilation ）

人的视网膜有两种感光细胞，“圆锥细胞”和“圆柱细胞”，其作用各不相同。

当环境和人的头都保持不变的时候，眼睛能看到的空间就是视野。

视野可以分为三个区域：清晰视野区、中视野区和外视野区。

视野，亦称视场，头部和眼睛在规定的条件下，人眼可观察到的水平面与铅垂面内所有的范围空间

分为直接视野、眼动视野和观察视野

双眼视区大约在左右60度以内的区域。

在一般状态下，站立时自然视线低于水平线10度，坐着时低于水平线15度。

视距是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。

色觉视野，简称色视野

白色最大，黄色、蓝色，红色依次递减，绿色视野最小。

视敏度又称视力，是眼睛能辨别物体很小间距的能力。视敏度是评价人的视觉功能的主要指标。

暗适应：人由明亮的环境转入暗环境，在暗环境中视网膜上的视杆细胞感受光的刺激，使视觉感受性逐步提高的过程称为暗适应。

明适应：人由暗环境转入明亮的环境，视杆细胞失去感光作用，视网膜上的视锥细胞感受强光的刺激，是视觉阈限由很低提高到正常水平，这一过程称为明适应。

视觉运动特性：

①习惯方向水平左－右，铅垂上－下，旋转顺时针。运动为点点跳跃、而非连续移动。

②水平运动快于铅垂方向，且不易感到疲劳，对水平方向上尺寸与比例的估测，比对铅垂方向的准确。

③两眼常同时注视一处，设计中应取双眼视野为依据。

④对不同区域的视觉感知快慢不同。

视错觉有形状错觉、色彩错觉和物体运动错觉。

触觉在设计中一般运用在那些视觉和听觉负担过重的工作的设计中。

两点阈限：能被感知到的两个刺激点间最小的距离。手指的两点阈限值最低。

在理想的情况下，小到0.001mm的位移，就足够引起触觉。

人的皮肤能够适应从16℃到40℃的温度。

人的化学感觉主要包括味觉和嗅觉。

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。显示分为自然显示和人工显示。

视觉显示的优点是能传示数字、文字、图形符号，甚至曲线图表、公式等复杂信息，信息便于延时保留和储存，受环境的干扰较小。

听觉显示的优点是即时性警示性强，能向所有方向传示且不易受到阻隔，但与环境之间的相互干扰较大。

显示装置按形式可分为：

仪表显示、信号显示、荧光屏显示等。

在一般白昼日照条件下，人眼看清一个天空背景上黑色客体的能见距离，叫“气象能见距离”。

闪光灯的作用：

①：引起观察者的进一步注意；

②：指示操作者立即采取行动；

③：反映不符合指令要求的信息；

④：用闪光的快慢指示机器或部件运动速度的快慢；

⑤：用以指示警觉或危险信号。

显示仪表的常见类型有刻度指针式仪表和数字式显示仪表。

机械显示设计：指针移动式、刻度标尺移动式、直读式。

电子显示有很多种类型，如CRT、LED、LCD。

信息编码：颜色编码、形状编码、数字与字母编码。

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。

布置一般仪表时，其视距最好在560～750 mm范围内，这样的视距下，眼睛能较长时间地工作而不会疲劳。

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。

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。

仪表盘面和指针的颜色应当对比鲜明，视度清晰。一般刻度线、标记字符的颜色与指针的颜色应当相同。

在实际工作中，由于黑白两种颜色的明度对比最高，且较符合仪表的习惯用色，因此常用这种搭配作为仪表盘和数字的颜色。

信号灯显示的作用主要有两方面：其一是发出指示性信息，其二是显示系统工作状态。

信号灯选用空气散射小，射程较远的长波红光的信号灯，或选用功率消耗较少的蓝绿光。

10种颜色不易混淆的优劣次序：黄、紫、橙、浅蓝、红、浅黄、绿、紫红、蓝、粉黄。

闪光频率一般可用0.67～1.67Hz。与背景亮度对比较差时或信息紧急时可适当提高闪光频率。较优先和较紧急的信息可使用较高的闪烁频率（10～20 Hz）。由于闪光信号容易对其他信号或工作带来干扰，所以应尽量少用，只有在必须引起注意的情况下使用。闪光方式可采用明灭、明暗或似动式等。

所有信号灯都应设置在观察者不用转头或躯干的视野范围内。

图符设计：图符和背景、图符边界、封闭图符、简单化、整体化。

实心图形、对比强烈、图形简单。

音响及报警装置：蜂鸣器、铃、哨笛和汽笛、警报器。

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。

听觉显示设计首先应该满足显示的兼容性、听觉显示是具有时效性的。

音响显示呈现的是音调信号、言语显示则用言语方式传递信息。

充分的言语通信，是指通信双方的言语清晰度达到75%以上。

可以把图符分为三种类型：图形（picture）、符号（symbol）和记号(sign)。对于这三类图符，可以采用不同的设计方式：具象型、抽象型和强制型。

人的身体有超过600块肌肉，约占身体总重量的40%，分布在身体的各个部位。肌肉由肌纤维组成。一块肌肉由大约10万到100万条肌纤维组成。

肌肉最重要的活动行为就是肌肉收缩。肌肉收缩与舒张。

粗微丝（肌球蛋白）和细微丝（肌动蛋白）和两端的弹性成分构成一个收缩系统。

肌肉收缩能量的直接来源是高能磷酸化合物。

肌肉收缩取决于肌纤维收缩，而肌纤维收缩是由神经冲动引起的。

肌肉的神经控制是通过联系肌肉和中枢神经的运动神经和感觉神经来实现的。

反射（Reflex）就是在中枢神经系统的参与下，机体对外界刺激所作的有规律的反应。

反射分为两种：一种是无需意识控制的反射，即“条件反射”。另一种是需要脑力作业比较多。

肌肉收缩和产生肌力，肌力可以作用于骨，然后通过人体结构再作用于其他物体上，这个过程称为肌肉施力。

动态肌肉施力就是肌肉运动时收缩和舒张交替改变；静态肌肉施力则是持续保持收缩状态的肌肉运动形式。

肌肉施力动态肌肉施力和静态肌肉施力区别：施力方式的根本区别在于它们对血液流动的影响。静态施力时，易引起肌肉疲劳；动态施力时，可以持续较长时间而不会产生疲劳。

最大蹬力一般在膝部屈曲160度时生产。男性的力量比女性平均大30%~35%。

应该尽量减少静态施力产生，肌肉施力大小应该低于肌肉最大肌力的15%。

减少静态施力最重要的就是要避免不“自然”的身体姿势。如清砂作业中腰背严重弯曲。

骨是人体内部最坚固的组织。人体共有206块骨，约占人体体重的1/10-1/5。骨按其所在部位可以分为颅骨、躯干骨和四肢骨。

骨与骨之间借助人体纤维组织和软骨等连接，形成骨连接。

骨杠杆一般可以分为三类：平衡杠杆、省力杠杆和速度杠杆。

角度运动包括伸展和弯曲。

骨绕垂直轴的运动叫做旋转运动。

指整根骨头绕骨的一个端点，并与骨成一定角度的轴作旋转运动，运动的轨迹有点象一个圆锥体的图形。

人体运动的范围通常受到两个因素的影响：人的尺寸和关节活动的范围。关节活动的范围通常用关节运动的角度来表现。

人体运动的时间主要依赖于运动的方向、运动距离和运动要求的精确性。

研究的结果表明：通过屈肘控制手臂的运动，在左下方和右上方能够运动更快。

人体运动精度主要考察两个方面的内容，具有视觉反馈的运动精度和没有视觉反馈的运动精度。

静态力量是人体保持特定姿势或固定位置需要的力量，比如人握着一个重物的情形。

动态力量是人体位置或姿势发生变化时动作的力量，比如打乒乓球的时候运动员的挥拍运动。

年龄和性别的影响是比较显著的两个影响力量大小的因素。

人的大部分工作都是由手来完成的。手的力量与运动方向、角度以及肘关节的角度等有密切关系。

脚的力量与下肢的姿势、位置和方向有关。在设计中应该尽量减小座椅面高出脚踏位置的距离。在脚踏装置的设计中，不仅要考虑最大脚踏力，还必须综合考虑其它因素对施力的影响。事实上，最佳施力区并不是脚踏力最大的区域。

动作分析就是指作业或操作的动作组成、结构特点及其相互关系的分析。动作研究一般从宏观和微观两个层次展开。

从操作的作用来说，人的动作分为三类：必须动作、准备动作和无效动作。

动作分析的目的就是寻找并删除无效动作，压缩准备动作，使必须动作更精炼、更通畅，从而简化作业动作。

动作分析主要有两种手段：目视动作分析和摄影分析。

人体的作业效能，就是指肌肉产生的能量中用于机械能的比例。

从控制的形式看，控制分为直接控制和间接控制两种方式。

人体工程学对控制的基本要求是人能正确将信息传递给机器，保证信息顺利通过人机界面，同时，控制设计要符合人的生理心理特征，保证人操作时的安全、舒适和方便。

一般说来有3种主要的形式：视觉编码、触觉编码和位置编码。控制器的编码方式要考虑以下几个因素：

第一，在控制器在进行识别时候，用户的所有要求；

第二，用户已经在使用的编码方式；

第三，用户工作区域的照明情况；

第四，用户识别时的速度和精确度要求；

第五，控制器可以放置的空间；

第六，需要编码的控制器的数量。

人体的作业效能，就是指肌肉产生的能量中用于机械能的比例。

从控制的形式看，控制分为直接控制和间接控制两种方式。

人体工程学对控制的基本要求是人能正确将信息传递给机器，保证信息顺利通过人机界面，同时，控制设计要符合人的生理心理特征，保证人操作时的安全、舒适和方便。

视觉编码主要包括标识编码和色彩编码。

触觉编码主要包括形状编码、尺寸编码和材质编码。

控制器产生的反馈信息主要来源于控制器的运动和阻力。

偶发启动是在操作过程中，有时操作者由于手、胳膊、袖口等无意碰撞或牵拉控制器而引起的。

在设计中，控制偶发启动的措施：

适当增加阻力；

将控制器陷入控制板面；

将控制器安装在不容易被意外碰到的位置上；

重要控制器的使用采取比较复杂的使用方法等。

在设计中，主要结合控制装置的作用，从这些控制装置的尺寸、间距和阻力三个方面来进行设计。

踏板是使用比较多的足控制器。踏板的使用能减轻手的工作负荷，并且适用于需要用大力气操作的场合。

为了有利于对踏板施力，踏板应与操作者保持合适的尺寸与角度关系。这一关系决定了踏板设计的一些重要参数，它包括踏板距离、高度、角度和座位的安排。

踏板设计的一些重要参数，它包括踏板距离、高度、角度和座位的安排。

人的手在进行抓握的时候，一般有三种主要姿势：接触式抓握、精确抓握和力抓握。

当力抓握方式的时候抓握物体和人的手臂呈大约70度的角度的时候，人的手腕保持自然直线状态。

对于精度抓握来说，把工具的把手和工作部分弯曲10度左右可以降低疲劳，使操作简便，并减少腕部意外伤害。

通过增大抓握截面的方法来减少手部组织压力。

有效地避免手指重复动作的方法是采用指压板。

影响热环境条件的主要因素有：空气温度、空气湿度、空气流速和热辐射。

相对湿度在80%以上称为高气湿；低于30%称为低气湿。

热舒适环境的定义是：人在心理状态上感到满意的热环境。

过冷、过热环境对人体影响：

1.低温冻伤

2.低温的全身性影响

3.高温烫伤

4.全身性高温反应

利用自然界的天然光源形成作业场所光环境的叫天然采光；利用人工制造的光源构成作业场所环境的称人工照明。

设计的基本原则：

1.合理的照度平均水平。

2.光线的方向和扩散要合理，避免产生干扰阴影，但可保留必要阴影，使物体有立体感。

3.不让光线直接照射眼睛。

4.光源光色要合理。

5.让照明和色相协调。

6.不能忽视经济条件的制约。

如果噪声达到70dB（A），对各种工作产生的影响表现在以下几个方面：

1.通常将会影响工作者的注意力；

2.对于脑力劳动者和需要高度技巧的体力劳动等工种，将会降低工作效率；

3.对于需要高度集中精力的工种，将会造成差错；

4.对于需要经过学习后才能从事的工种，将会降低工作质量；

5.对于不需要集中精力进行工作的情况下，人将会对中等噪声级的环境产生适应性；

6.如果已对噪声适应，同时又要求保持原有的生产能力，将要消耗较多精力，从而会加速疲劳；

7.对于非常单调的工作，处在中等噪声级的环境中，噪声就像一只闹钟，将可能产生有益的效果；

8.对能够遮蔽危险报警信号和交通运行信号的强噪声环境下，还易引发事故。

噪声对听觉的影响：

1.暂时性听力下降；

2.听力疲劳；

3.持久性听力损失；

4.爆震性耳聋；

有毒气体是指常温、常压下呈气态的有害物质。有毒蒸汽是指有毒的固体升华、液体蒸发或挥发时形成的蒸汽。