第6章 工业造型设计-2

图6-v 人站立时上肢的活动范围
3. 手脚尺寸及运动特征
成年人的手脚尺寸及百分位数，详见国家标准GB10000-88。 由于人手的运动比脚灵活得多，所以绝大部分的控制器是手控的。 为此了解手的运动规律，对于手控控制器的设计是很重要的。 生活及生产实践表明：
● 手的垂直方向运动速度比水平运动速度快； ● 手从上往下运动的速度比从下往上运动的速度快； ● 在水平面内，手的前后运动速度比左右运动速度快；旋转运动
视距 是指人眼观察操纵指示器的正常观察距离。 一般操作视距范围：在380～760mm之间。 视距过远和过近都会影响认读的速度和准确性，因此，要根据工 作的精确程度、性质、内容来确定和选择最佳视距。 一般选取：700mm 760mm 380mm 为最佳视距， 为最大视距， 为最小视距。
人的视觉特征为：
人机工程学研究的目的：
● 设计机器设备时，必须考虑到人的生理和心理的各种因素； ● 产品设计应使操作简便、省力而准确、可靠； ● 使工作环境舒适和安全； ●
提高工作效率。
4. 人机工程学的研究内容主要包括三个方面
1）研究人和机的合理分工及其相互适应的问题 造型设计中的人机工程学主要是研究：在充分考虑人和机器特征 的前提下，如何做到人、机职能的合理分配。由于人机系统中人是主 动者，而机器是人的劳动工具，是被动者。因此，人机关系是否协调 要看机器本身是否符合人的特征而言。 2）研究被控对象的状态、信息如何输入及人的操纵活动的信息 如何输出的问题 这里，主要是研究人的生理特点和心理过程的规律性。 3）建立“人-机-环境”系统的原则 这个问题主要是确立环境控制和生命保证系统的设计要求。 总之，人机工程学的目标就是根据人的特征，设计出最适合于人 的工作范围，最适合人操作的机器，最方便使用的操纵器，最醒目的 控制器，最适宜的工作环境，力求操作者付出的精力最少，而人机系 统的效率最高。
控制器是人机联系的接口。它是操作者用以改变机器状态的器 件，常用的控制器如手控按钮、开关、操纵手柄、驾驶盘以及脚踏 的登板等。 由于控制器是人机界面的重要组成部分，因而控制器的设计与 选择必须充分考虑人的生理、心理因素，以达提高工效及使操作者 能准确、迅速、安全的操作目的。
1. 控制器的类型
按操纵的动力区分，控制器可分为三大类： (1) 手控控制器：如按键、开关、旋钮、手柄及转轮等； (2) 脚控控制器：如脚踏板、脚踏钮等； (3) 其它：如声控、光控等这些利用声、光敏感元件来实现启 动或关闭机件。
图6-19
显示器面板的仪表排列形式
6.3.4 控制台板设计
现代机器设备的自动化、数控化程度越来越高，安装显示、控制 器件的控制台板的尺寸越来越小。除大型、成套设备外，一般不采用 独立的控制台，而是设计成与主机同体的控制面板。 控制台板上显示、控制器件的布置应遵循以下原则。
1. 显示器的布置
显示器的布置应本着如下原则： 1)显示器所在平面应尽量与作业者的视线近于垂直。布置要紧凑， 主要显示器安置在最佳视区。视区范围应水平方向略大于铅锤方向。 2)多个显示器有观察顺序时，应依据从左到右或从上到下排列。 3)显示器与控制器在配置上应形成逻辑联系。位置对应，运动方 向一致。 4)显示器指针的零位指向应在上方或左方。多个显示器，其零位 指向应一致。
2. 手臂的活动范围
正常人（身高1680mm）站立时，手臂的活动范围如图6-v 所示。
其中：
手臂的最大能及范围 小手臂的正常活动范围 是以600mm为半径的两个圆弧区域； 是由半径为300mm的两个圆弧所构 成。 为R400mm； 为图中扇形区。
正常活动范围 最佳活动范围
1－－小手臂的抓捏区 2－－ 最有利的手动范围 3－－ 手操作的最大范围
第6章
Ⅵ
工业造型设计 (2)
Industrial Design
6.3 人机工程学简介
工业产品造型设计的现代化，其内容不仅要求造型的新颖、美观、 大方，色彩符合现代人的审美要求，还应包括产品的造型设计必须符 合人机工程学的要求。
1. 人机工程学概念
人机工程学是20世纪50年代前后迅速发展起来的一门新学科。它 是研究人、机及其工作环境之间相互作用的一门科学。 具体地说，它是运用生理学、心理学和其它有关学科知识，使机 器与人相适应，创造舒适而安全的工作条件，从而提高工效的一门学 科。人机系统
2. 控制器的布置
控制器布置的一般原则是： 1)常用的、重要的控制器，应安置在手活动最方便、用力最适 宜的区域。 2)有操作顺序的控制器，应依序自左向右或自上向下排列。 3)联系较多的控制器，应尽量靠近排列。 4)总电源开关、紧急停车等装置应与其他控制器分开，安置在 便于操作的地方。标志要醒目，大小要适当。 5)各控制器间应保持一定的安全距离。 6)水平控制面板一般以后高前低为宜，铅垂控制面板可稍向后 仰。 大型设备的操作控制台有坐姿和立姿两种，其结构尺寸和区域 划分与人体作业空间有关，设计时可查阅有关资料。 下图6-w 列示了坐姿和立姿两种控制台布置的有关人机参数。
机器是为人服务的，同时机器也是由人来操纵、调节、检查、使 用的。在工作、生产及生活中，人离不开机器，机器更离不开人的管 理和使用。因此，人与机之间就构成了人机系统。由于环境条件能对 人机系统造成重要的影响，因此人机系统也可称为人-机-环境系统。
若不考虑环境的影响，就简单的人机系统而言，人与机的关 系如下图6-17所示。
4) 合理地组合控制器的功能，减小控制器的数量和操作程序的 复杂程度。 5) 大小适当，造型新颖美观。
在控制台上，尽量将相互有关联的控制器和显示器布置在一起， 显示器宜在上方或左方，以免被手遮挡。 如果将控制器和显示器分开布置在不同的两块板上时，两板中对 应元件的相对布局应保持逻辑上的一致性。如图6-19所示。
许多常用的显示器都有专业厂商制造，除特殊需要外，不需要 专门设计。只要根据产品功能和造型需要选择适合的产品即可。 选择显示器的原则是： 显示器的精度应符合设计要求； ● 信息以最简单的方式传递给操作者； ● 显示信息易于识别并尽量避免换算； ● 显示器及标记符号的大小必须适合预计的最大距离。
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6.3.3 控制器的选择与设计
(3) 图形显示器。这种显示装置用形象化图标指示机器的工作状 态。具有直观、明显的特点。它使用于需要短时间内立即做出判断 并进行操纵的场合，如飞机上用的一些仪表。 一般工业产品多采用指针式和数字式显示器。 指针式显示器具有显示形象化、直观，能反映显示值在全程范 围内的位置和变化趋势的特点，但认读难以快捷准确。 数字式显示器具有认读简单准确的特点，但不能直观反映参数 变化的趋势。
人观看正前方固定物象的能见范围 如图6-s 所示，正常人的视野： 在垂直方向 在水平方向 约为130°(视平线上方60°,下方70°)； 约为120°。 称为视野。
最有效的视野区为： 水平线向上30°，向下40°； 以鼻为中心，左右15°～20°的范围内。
人的视野中心3°以内 为最佳视觉区。
图6-s 一般视野
图6-17 人机系统
2. 人机界面
人机界面是指人机之间相互施加影响的区域。人通过感觉器官 （眼、耳等）接受外界信息，又通过人的执行器官（手、脚、口 等）向外界发出信息和动作，因此，凡参与人机信息交流的一切领 域都属于人机界面。 概括地讲，人机界面可分为三类： (1) 控制系统人机界面，即机器通过显示系统将机器的信息传 递给人，人通过机器上的控制系统对机器传达操作指令，使机器按 人所规定的状态运行。 (2) 工具性人机界面，即机器符合人体的形态尺寸及操纵能 力，使之在使用过程中用力适当、感觉舒适、操作方便。 (3) 环境性人机界面，如照明、噪声、小气候等条件，作用 于人的生理、心理，从而影响人的舒适、健康和安全等。
以底层船舱高度为例，选男子身高的百分位数为95％的1775mm， 鞋高修正量25mm，高度最小余裕量90mm，则船舱最小高度为三者之 和1890mm。加上心理修正量115mm，则底层船舱的高度为2005mm。 人体尺寸百分位数及各种修正量，使用时可查阅国家标准和有关资 料。 此外，我国不同地区人体尺寸有一定差异，不同国家的人体尺寸差 异更为明显，使用时均需要查阅有关资料。 表6-a 是几个国家的男子高度值。
显示器是人机传递交换信息的关键装置，人凭借视觉从显示器中 获取机器的工作状态信息，从而操纵和控制机器。
按指示方式分，显示器可分为如下三种：
(1)指针式显示器。这种显示器应用最普遍，它通过各种形式 的指针指示有关的参数或状态。图6-u为这种显示器的一些种类。
图6-u
指针式显示器
(2) 数字式显示器。这种显示器直接用数码来显示有关的参数或 状态。常见的有条带式数字显示器、荧光屏显示器、数码管或液晶 显示数码等。
6.3.1 人体结构尺寸与造型尺度
全面了解和掌握人体结构尺寸对确定设计对象的尺度关系具有 重要意义。
1. 人体结构尺寸
人体结构尺寸一般是指人体高度、宽度和胸廓前后径，以及各 部分肢体的大小等。通常是在静止状态下直接测后，进行数据统计 分析得到。
GB10000-88是我国于1988年12月颁布的“中国成年人人体尺寸” 的国家标准。 该标准是根据人机工程学要求提供的我国成年人人体尺寸的基 础数据。它适用于工业产品设计、建筑设计、军事工业以及工业的 技术改造、设备更新及劳动拿权保护。
3. 人机关系
在人机系统中，人机关系主要有两方面： 一是机器适应人，即使机器系统尽量满足使用者生理、心理、审 美以及社会价值观念等条件的要求； 二是人适应机器，即机器在限定条件下，尽量发挥人的因素，让 人去适应机器的要求，以保证人机系统具有最佳功效。
人机工程学的研究内容：
人机工程学研究的对象是工程技术设计中与人体有关的问题。 目的是解决工程技术设计如何与人体的各种要求相适应，从而使 人机系统工作的效率达到最高。
比直线运动快； ● 对一般人来说，右手活动比左手快，顺时针活动比逆时针快； ● 单手操作比双手操作既快又准。