车辆人机工程学

特点：
研究核心是最大限度地挖掘人的操作效率。 要求人适应于机器，以机器为核心进行设计；研究的主要目的是 选拔与培训操作人员。（“人适机”）

人机学的诞生：
二战时期，认识到武器装备必须充分考虑人的特性，生理医学 家、心理学家参与武器装备的设计。 特点： 以机器为中心转变为以人为中心，强调机器的设计应适合人的因 素。 （“机宜人”）
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参考教材：毛恩荣 等编著，《车辆人机工程学》，北京理工大学出版社
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第1章 概论
什么是人机工程？人机工程学研究什么内容？人机工 程学的地位？ 1.1 人机工程学

人机学问题的举例 单肩挎书包与双肩背书包——人体受力→健康 1个枕头嫌低，2个枕头嫌高——人体姿态→舒适 装配线上将电动螺丝刀悬挂——省力→ 效率 桌、椅尺寸——人体尺寸→ 舒适 车床操作件的位置，适合1370mm高、肩宽640mm、臂展 2000mm的人使用——人体尺寸→ 效率 护栏高度、栏杆间隔——人体尺寸→安全 叫壶——信息传递 标志牌的颜色、字体大小、符号——信息传递 阅览室对坐，对视的尴尬——心理→ 舒适 在寝室、餐厅、浴室、商场、教室、实验室、运动场、公交 车、工厂、公园… …，随处可见人机学问题。

人－环境关系



机－环境关系

人－机－环境系统总体性能
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人机分工


人机的机能 比较 把笨重、 快速、单调、 规律性强、 高阶运算及 在严酷、危 险条件下的 工作分配给 机器。 制约人机分 工的主要因 素： 科技水 平 社会、 经济条 件
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第2章 人体尺寸与人体模型
2.1

人体尺寸
人体尺寸是一离散的随机变量。
人体尺寸随机变量的特征

正态分布； 数字特征：均值μ，标准差σ。
例：中国男性成年人身高的分布曲线：
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百分位数
百分位数Pk将随机变量的总体或样本 的全部观测值分为两部分，有k%的观测 值等于和小于它，有(100- k) %的观测值 大于它。 百分位数是一种位置指标、一个界值。 人体尺寸用百分位数表示时，称人体 尺寸百分位数。 如：中国成年男子身高的第50百分位数为1678mm，记为P50=1678mm。 常用P1 或 P5代表“小”身材的人群， P95 或 P99代表“大”身材的人 群。 若已知某项人体测量数据的均值μ、标准差σ，可计算任一百分 位的人体尺寸百分位数： P k ＝ μ± σ K 式中K为转换系数，可根据不同的百分位数查表确定。

产品功能尺寸的设定
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产品尺寸设计



Ⅰ型产品尺寸设计（双限值设计）： 需要两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的设计依据。 如尺寸可调节的产品：汽车座椅高度；腰带长度；麦克风高度。 Ⅱ型产品尺寸设计（单限值设计）： 只需要一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值或下限值的设计依据。 ⅡA型产品尺寸设计（大尺寸设计）： 只用代表“大个”的人体尺寸百分位数作为尺寸上限值的设计依据。 如门框高度；防护栏杆高度；把手孔圈大小；床的长度。 ⅡB型产品尺寸设计（小尺寸设计）： 只用代表“小个”的人体尺寸百分位数作为尺寸下限值的设计依据。 如防护罩间距；搁物架上层高度；汽车踏步高度；读报栏高度。 Ⅲ型产品尺寸设计（折中设计、平均尺寸设计）： 用第50百分位人体尺寸作为产品尺寸设计的依据。 如座椅高度；门把手及门锁高度；工具尺寸。 指所设计的产品在尺寸上能满足多少人使用，以合适地使用的人占 使用者群体的百分比表示。 满足度可由设计依据的人体百分位算得。

研究对象：人－机－环境 研究目的：高效、安全、健康、舒适


研究的基本内容：人的生理特性、心理特性
“考虑”：不是唯一的，也未必是优先的。
人机工程学是从人的生理和心理特点出发，研究人、机、环 境的相互关系和相互作用规律，以优化人－机－环境系统的一门 学科。
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―人机工程学” Ergonomics （欧）/工效学、人类工效学 Human Engineering（美）/人体工程学 Human Factors Engineering /人因工程学、人因学 Human Factors （美） /人因工程学、人因学 人间工学(日） 工程心理学 人机工程学、人机学、
特点：
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人机学的孕育期：



泰勒开创了时间与动作研究。铁锹作业实验、砌砖作业实验等。 英国“工业保健研究部”开展工效问题的广泛研究。作业姿势、 负担限度、男女工体能、工间休息、工作场所光照、环境温湿 度、工作中播放音乐的效果等等。 一战时期，心理学家和医生参与特殊兵种、特种人员的选拔和 训练，解决军工生产中的作业疲劳问题。
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GB/T 10000《中国成年人人体尺寸》
人体主要尺寸6项
立姿人体尺寸6项
坐姿人体尺寸11项
人体水平尺寸10项
人体头部尺寸7项
人体手部尺寸5项
人体足部尺寸2项
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人体主要尺寸(mm)

立姿人体尺寸(mm)
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GB13547《工作空间人体尺寸》
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1.3 人机工程学的研究内容

“人”的特性




人体尺寸及人体测量技术：静态尺寸和动态尺寸。其基础学科是人 体测量学。 人体的力学性能：人在各种状况下，其质量特性、质心位置、肢体 运动速度、人体各部分的体力和耐力等参数的变化规律。其基础学 科是人体生物力学。 人的劳动生理功能：人的体力负荷、脑力负荷、人体反应与疲劳机 制等。其基础学科是劳动生理学。 劳动中人的心理过程：心理调节的特点、心理反射的机制、心理负 荷及疲劳的心理机制等。其基础学科是劳动心理学。 人的信息传递能力：人对信息的接受、传递、存储、加工和输出的 能力及其机制。其基础学科是工程心理学。 人的可靠性：人在劳动中产生失误的可能性。 人员的选拔和训练研究：人的基本素质的测试与评价、人员的选拔 和训练等。 人的动作时间研究：人的操纵动作的有效性，寻求改善作业的途径， 进行人的操纵动作的合理设计。 人体模型研究：人的数学模型、物理仿真模型、人体模板等。
如：精致－粗糙、高雅－低俗、安全－危险、柔和－硬朗、庄重 －轻浮、轻巧－笨重、厚重－浅薄、朴素－奢侈、华丽－朴实、 时尚－落伍、简洁－复杂、现代－古典、柔软－坚硬、丑陋－美 丽、活跃－稳重、奇异－平庸、个性－大众、张扬－压抑



提炼感性词汇：选择有代表性的几个词汇。 明确设计要素： 感性反馈
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―机”的特性



信息传达技术：仪表显示、声音信息传达、触觉信息传达、图形符 号传达、编码方法等。 操纵控制技术：操纵装置、控制装置、控制系统、键盘技术等。 安全保障技术：冗余性系统、机器保险装置、防止人的操作失误及 失职的设施、事故预警预防方法、救援方法、安全保护措施、机器 的防错设计等。 动力学仿真技术：受控对象的动力学建模、数学仿真技术、物理仿 真技术等。 宜人化技术：改善人的舒适性及使用方便性的技术，如振动及噪声 的控制和隔离，坐椅及用具的宜人化设计等。 作业空间：场地、厂房、机器布局、作业线布置、道路及交通、紧 急脱险方法等。 物理环境：噪声、振动、照明、温度、湿度、气压、辐射等各种物 理因素。 化学环境：有毒物质、化学性有害气体及水质污染等。 生物环境：细菌污染及病原微生物污染等。 美学环境：造型、色彩、背景音乐等。

在车辆人机工程设计中，主要考虑的人体因素：

人体尺寸：乘坐空间、操作空间、乘坐（包括进、出）姿势、操作 （包括装、卸）姿势等； 人体的生物力学特性：手操纵力、足操纵力、门窗开闭力、操纵速 率、操纵位移、操纵节拍和操纵准确度等； 人的感知响应特性：视觉、听觉；显示、报警；照明； 人的反应特性：感觉通道、刺激方式与刺激强度、操纵器负荷、反 应动作等； 人体的耐受性：振动、噪声、车内气候、紧张等引起的疲劳、不舒 适等； 人的安全性：人体伤害极限、安全防护装置。 人的感性需求：（见1.4节）
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1.2 人机系统

人机系统的构成

“人”：所研究的系统中参与系统 过程的人； “机“：泛指一切人造的，供人使 用的物品； “环境”： “人”、“机”共处的、 对“人”和“机”有直接或间接影 响的周围外部条件。 显示器：机器通过显示器将机器的 运转信息传递给人。 控制器（操纵器）：人通过机器上 的操纵装置对机器传达控制指令。 直接作用型人机界面：“人”与“机”直接相互作用。如座椅、家具、 服装、手动工具等。 间接作用型人机界面：“机”的输出通过对环境的影晌，间接作用于人 的生理、心理过程。如照明、振动、噪声、小气候等。

人机界面


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人机界面举例 剪刀 把手形状、把手尺寸、把手材料、颜色、… … 不同的人机界面，使有不同的握姿、增（减） 力效果、使用方式、… …
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人机界面举例 手机 显示器？控制器？ 直接作用型？间接作用型？ 汽车 人机工程设计主要是人机功能分配和人机界面设计。
坐姿
跪姿
立姿
俯卧姿
爬姿
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立姿人体尺寸（女 ）(mm)
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GB/T 12985《在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则》： 尺寸修正量