人机工程系学考试主要内容本科

第一讲人机工程学的概述

1、人机工程学的综合定义

人机工程学（Ergonomics）是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机械、人与环境以及机械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科学。

2、人机工程学的发展史

世界上开展人机工程学最早的国家是英国，但是本学科的奠基性工作实际上是在美国完成的。所以，人机工学有“起源于欧洲，形成于美国”之说。

（1）萌芽阶段——人机思想的萌芽

以人为中心设计理念的萌芽、基于对人的因素良好知识的设计迹象、人机工程设计建议、使劳动负荷最小化的设计、安全性设计、日常器皿的人机学设计

（2）经验人机工程学（19世纪末～20世纪30年代）——让人去适应机器——“科学管理之父”泰勒、美国心理学家闵斯特伯格

特点：机器设计的主要着眼点在于力学、电学、热力学等工程技术方面的优选上，在人机关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应于机器。

（3）科学人机工程学（第二次世界大战～20世纪50年代）——重视人的因素

特点是：重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。

（4）现代人机工程学（20世纪60年代～至今）——人机工程学得到迅速发展，主要包含三个阶段

●1960—1980年快速发展阶段——应用到其他领域

●1980—1990年重新认识阶段——人机工程学在系统中的重要性

●1990年以后科学发展阶段——人—机—环境系统的建立

3、人机工程学的研究内容

●人机学研究的主要内容就是“人－机－环境”系统，简称人机系统(Man-machine

system)。包括四个方面:“人的因素”研究、“机的因素”研究、“环境因素”

研究、“综合因素”研究。因此，研究人机工程学应该做到既研究人、机、环境每

个子系统的属性，又研究人机系统的整体结构及其属性。

●构成人机系统“三大要素”的人、机、环境，可看成是人机系统中三个相对独立的

子系统，分别属于行为科学、技术科学和环境科学的研究范畴。

4、人机工程学学科体系在工业设计中的作用？

（1）为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数

（2）为工业设计中“物”的功能合理性提供科学依据

（3）为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则

（4）为进行人—机—环境系统设计提供理论依据

（5）为坚持以“人”为核心的设计思想提供工作程序

5、产品设计的五个阶段——概念设计、方案设计、细节设计、总体设计、生产设计

第二讲人体测量与数据应用

1、人体测量学的定义

人体测量学是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。它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、测量的基准面

●矢状面：通过铅垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。在矢状面

中，把通过人体正中线的矢状面称为正中矢状平面。正中矢状平面将人体分成左、

右对称的两个部分。

●冠状面：通过铅垂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、后两个部分。

●水平面：在与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体

分成上、下两个部分。

●眼耳平面：通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面。

3、影响人体测量数据差异的因素：

●年龄

●性别：对于大多数人体尺寸，男性比女性大些（但有四个尺寸——胸厚、臀宽、臂

部及大腿周长正相反）；在腿的长度尺寸起重要作用的场所（如座姿操作的岗位），

考虑女性的人体尺寸至关重要。

●年代

●地区与种族

●职业：一般体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些

4、为了能选用适合各地区的人体尺寸，将全国人体尺寸的区域划分六个区域：东北、华北区；西北区；东南区；华中区；华南区；西南区

5、人体测量数据的主要统计函数

●正态分布：分布出现若出现“两头小、中间大、左右对称”的情况，像“钟”形，

就称为正态分布。

●均值：统计学中，均值表示分布的集中趋势，即全部被测数值的算术平均值，用

“平均值”来决定基本尺寸。按平均值设计的产品尺寸只能适合于50％的人使用，

另有50％的人不适合。

●标准差：统计学中，标准差表示分布的离中趋势。表明一系列变化数距平均值的

分布状况或离散程度。用“标准差”作为尺寸的调整量。标准差大，表示各变数

分布广，远离平均值；标准差小，表示变数接近平均值。

●适应域：一个设计只能取一定的人体尺寸范围，只考虑整个分布的一部分“面积”，

称为“适应域”，适应域是相对设计而言的，对应统计学的置信区间的概念。适应

域可分为：对称适应域、偏适应域。对称适应域对称于均值；偏适应域通常是整

个分布的某一边。

●百分位：百分位由百分比表示，称为“第几百分位”。表示在某一人体尺寸范围内，

使用者中有百分之几等于或小于该给定值。例如，50%称为第50百分位。人体测

量中的每一个百分位数值，只表示某一项人体的尺寸，如人高和肩宽；绝对没有

一个人在各种人体尺寸的数值上都同时处在同一百分位上。

●百分位数：百分位数是百分位对应的数值。例如，身高分布的第5百分位数为1543，

则表示有5%的人的身高将低于这个高度。在人体测量资料中，常常给出的是第5、

第50和第95百分位数值。

6、主要人体尺寸的应用原则

（1）极限设计原则：主要内容包括设计的最大尺寸参考人体尺寸的低百分位；设计的最小尺寸参考人体的高百分位。

（2）可调性设计原则：设计优先采用可调式结构。一般调节范围应从第5百分位到第95百分位。由人身高决定的物体，应以第95百分位数值为依据（如门、入口、通道

等）；由人体某些部位的尺寸决定的物体（椅子的坐高等），应以第5百分位数值为依据。（3）平均尺寸设计原则：设计中采用平均尺寸计算。（多数专家不主张按平均尺寸设计）

7、运用百分位的原则：

●够得着的距离，一般选用低百分位（如第5百分位）的尺寸；

●容得下的距离，一般选用高百分位（如第95百分位）的尺寸；

●常用高度，一般选用第50百分位的尺寸；如门铃、插座、电灯开关的安装高度以

及营业柜台高度等

●可调节尺寸若确定百分位大小有一定困难，条件许可时，可增加一个调节尺寸。

如当身体尺寸在界限以外的人使用会危害健康时，其尺寸界限应扩大到第1百分位和第99百分位。如紧急出口（99%）使用者与紧急制动杆距离应1%。

8、应用人体尺寸数据时应注意的要点

●弄清设计的使用者或操作者的状况

●确定所设计产品的类型

按产品的重要程度又分为涉及人的健康、安全的产品和一般工业产品两个等级。在确认所设计的产品类型及其等级之后，选择人体尺寸百分位数的依据就是满足度。

第三讲人机系统

1、人机系统的定义

人机系统是由相互作用、相互联系的人和机器两个子系统构成的，且能完成特定目标的一个整体系统。

2、人机系统的基本模式

人机系统的基本模式由人的子系统、机的子系统和人机界面所组成。

●人的子系统可概括为S-O-R（刺激-加工-反应），包含S-O（刺激-加工）和O-R（加

工-反应）两个子系统。

●机的子系统可概括为C-M-D（控制-运转-显示），又可分为C-M和M-D两大子系统。

●人机界面：人与机之间存在一个相互作用的“面”，所有的人机信息交流都发生在

这个作用面上，通常称为人机界面。

●人机交互作用：就是人与机器互相进行信息交换的过程。一方面是人的输出信息发

向机器，经转换后成为机器的输入信息，另一方面是机器的输出信息发向人，转换

为人的输入信息。

3、人机功能分配

●适合机器的工作

(1)枯燥、单调、笨重的工作；

(2)强度大、快速操作、高级运算的工作；

(3)危险性大或操作环境恶劣的工作；

(4)可靠性、高精度的和程序固定的工作。

●适合人的工作

(5)编制、设计程序；

(6)处理意外事件、排障维修；

(7)变换频繁的工作；

(8)探索性、决策性工作。

4、人机系统类型

●按人机结合方式可分为串联式人机系统、并联式人机系统和混合式人机系统三种。

●按有无反馈控制可分为开环式人机系统和闭环式人机系统。

●按系统自动化程度可分为手控式人机系统（人力系统）、机控式人机系统（半自动

系统）和监控室人机系统（全自动系统）。

第四讲人体感知、信息处理与运动系统

1、感觉与知觉的定义

●感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物个别属性的反映，感觉是人们了解外部世

界的渠道，也是一切复杂心理活动的基础和前提。

●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。

2、感觉的特征

●适宜刺激：人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感，能引起感觉

器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激。

●适应：感觉器官接受刺激后，若刺激强度不变，则经过一段时间后，感觉会逐渐变

弱以至消退，这种现象称为“适应”。

●感受性和感受阈限：分为绝对感受性和绝对感受阈限；差别感受性和差别感受阈限。

刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为绝对感觉阈限的下限，感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。绝对感受性与绝对感觉阈限值成反比，也就是说，引起感觉所需要的刺激量越小即绝对感觉阈限的下限值越低，绝对感受性就越高，感觉越敏锐。若刺激量过大，超过了正常限度，将使感觉消失而引起痛觉，甚至造成感官的损伤。刚刚使感觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。刺激量在上、下阈限之间才能引起感觉。当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时，它们在强度上的差别必须达到一定程度，才能引起人的差别感觉。差别感觉阈限即为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量，对最小差别量的感受能力则为差别感受性，两者成反比关系。

●相互作用：在一定条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将因受到其他

刺激的干扰影响而降低，这种使感受性发生变化的现象称为感觉的相互作用。

●对比：同一感受器接受两种完全不同但属同类的刺激物的作用，而使感受器发生变

化的现象称为对比。分为同时对比和继时对比。

●余觉：刺激消失后，感觉可存在一极短的时间，这种现象叫余觉。（现象）

3、知觉的基本特性

●知觉的整体性：把知觉对象的各种属性、各个部分知觉成为一个同样的有机整体，

这种特性称为知觉的整体性。

●知觉的理解性：根据已有的知识经验去理解当前的感知对象，这种特性称为知觉的

理解性。

●知觉的恒常性：人们根据已往的印象、知识、经验去知觉当前的知觉对象，当知觉

的条件在一定范围内改变的时候，知觉对象仍然保持相对不变，这种特性称为知觉恒常性。包括形状恒常性、大小恒常性、颜色恒常性、明度恒常性、听知觉恒常性。

●知觉的选择性：人们总是按照某种需要或目的主动地有意识地选择其中少数事物作

为知觉对象，对它产生突出清晰的知觉映像，而对同时作用于感官的周围其他事物则呈现隐退模糊的知觉映像，从而成为烘托知觉对象的背景，这种特性称为知觉的选择性。

●错觉：错觉是对外界事物不正确的知觉，即我们的知觉不能正确地表达外界事物的

特性，而出现种种歪曲。总的来说，错觉是知觉恒常性的颠倒。

4、人的信息接收与传递

●信息计量：信息是可以严格定量的。信息量以计算机的“位”(bit)为基本单位，

称为彼特。

●信道容量：信道的关键是信道的容量，即单位时间内可传输的最大信息量。信道容

量与单位时间内能正确辨认的刺激数量有关。

●信息冗余度：冗余度在通信理论中表示一定数量的信号单元所携带的信息量低于它

所能携带的最大信息量的程度。信息编码如果过剩，即如果存在信息的冗余度，则会使传信绩效降低，但却有利于提高通讯的抗干扰能力。

5、人的信息加工

●人的信息加工过程为：感觉贮存（又称感觉登记、感觉记忆或者瞬时记忆）——

知觉过程（可分为自上而下和自下而上两种方式）——思维与决策过程——执行过程——反馈

6、信息的贮存

人的记忆可分为感觉记忆、短时记忆、长时记忆

●感觉记忆：是记忆的初始阶段，它是外界刺激以极短的时间一次呈现后，一定数

量的信息在感觉通道那迅速被登记并保持一瞬时的过程，又被称为瞬时记忆或者感觉登录。

●短时记忆：又称工作记忆或操作记忆，是指信息一次呈现后，保持时间在1min

以内的记忆。

●长时记忆：是记忆发展的高级阶段，其保持时间在1min以上。具有极大的容量，

可以说没有限度，但是并不意味着人总是能记住和利用长时记忆中的信息

7、人的信息输出：影响信息输出质量高低的主要因素是反应时间和运动准确性

8、反应时

●反应时间：又称反应时，是指刺激作用于人倒人明显作出反应开始时所需要的时间，

即刺激呈现到反应开始之间的时间间隔。人接受到刺激时并不会立即有反应，而是有一个发动过程。反应时又可分为简单反应时和选择反应时两种。

●简单反应时是指单一信号、单一运动反应、有准备条件下测得的反应时，同一感觉

器官接受的刺激不同，其简单反应时也不同。具有刺激信号简单，容易反应，不必进行识别、判断的特点。

●选择反应时是指呈现的刺激不只一个，要求对各个刺激出现时作出不同的反应而测

得的相应的时间。具有刺激信号内容多而复杂，需要进行识别、判断和选择，容易出错的特点。

●触觉和听觉反应时最短，其次是视觉

9、运动准确性

●速度-准确性互换特性：定位运动时间与目标宽度成反比

●快速定位运动的准确性：随着运动时间的延长，垂直方向和水平方向上的准确性均

提高。同时，随着运动距离的增加，准确性下降。

●在垂直面上，手臂做前后运动时颤抖最大，颤抖方向是上下的；在水平面上，做左

右运动的颤抖最小，前后方向颤抖

●盲目定位运动的准确性：正前方盲目定位准确性最高，右方稍优于左方，在同于方

位，下方和中间均优于上方。

10、骨在人体中的主要功能和作用：

●构成人体的支架，具有维持体型、支撑软组织和承担全身重量的作用；

●形成体腔壁，具有保护大脑和内脏器官及帮助呼吸的作用；

●是人体运动的杠杠，肌肉牵动骨绕关节转动，从而产生各种运动；

●骨中的红、黄骨髓具有造血、储藏脂肪的功能，同时还是人体内矿物盐的储备仓库。

11、骨杠杆

●人体运动的产生主要是靠肌肉的收缩，还必须借助于骨杠杆的作用。在人体骨杠杆

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的作用点成为重点（阻力点）。

●平衡杠杆：支点在重点与力点之间，类似天平秤的原理，见图(a)；

●省力杠杆：重点在力点与支点之间，类似起重机的原理，见图(b)；

●速度杠杆：力点在重点与支点之间，阻力臂大于力臂，见图(c)。

12、骨连接

●直接连接：两骨之间通过结缔组织、软骨或骨相连接，其间无间隙，活动范围很小

或根本不活动；

●间接连接：两骨之间借助膜性囊互相连接，其间具有腔隙，活动性较大，又被称为

关节。

14、肌力

●坐姿手臂操纵力：右手臂的力量大于左手臂；手臂处于内、外下方时，推力、拉力

均较小，但其向上、向下的力量较大；拉力略大于推力；向下的力略大于向上的力；

向内的力大于向外的力。

●立姿手臂操纵力：手臂最大拉力在肩下方180度方向上；最大推力在肩上方0度方

向上；伸直前臂时，向前推的力略大于向侧推的力。

●脚的操纵力：脚产生的力的大小与下肢的位置、姿势和方向有关。下肢伸直时脚所

产生的力大于下肢弯曲时所产生的力，坐姿有靠背支持时，两脚蹬踩可产生最大的力。最大蹬力一般在膝部屈曲160度时产生；下肢向外偏转约10度时的蹬力最大。

15、人体操作姿势与用力关系

●人手的垂直运动快于水平运动，且准确性高；

●手从上往下运动比从下往上运动快；

●在水平面内，手的前后运动比左右运动快，作旋转运动比作直线运动快，且逆时针

方向比顺时针方向快；

●大多数人的右手运动比左手快，力量大，且右手向右运动比向左运动快；

●手朝向身体方向的运动比离开身体方向的运动快，但手离开身体方向的运动准确度

比朝向身体方向时的要高；

●单手操作比双手操作的精确度高，速度快。

16、避免静态施力

●避免长时间或反复地向前或向两侧弯腰；

●避免长时间地抬手作业或上臂上举进行作业，当手不得不在较高位置作业时，应使

用支撑物来托住肘关节、前臂或者手

●避免负荷不平衡，单侧肢体承重或单手操作；

●避免头部和眼睛的不自然姿势，造成头部和颈部肌肉的静态施力；

●避免长时间地单手或双手前伸；

●避免长时间静止不动地站立于一个位置上；

●避免长时间、高频率地使用一组肌肉；

●双手同时操作时，手的运动方向应相反或者对称运动；

●作业位置应按工作者的眼睛和观察时所需要的距离来设计；

●常用工具应按使用频率或操作频率安放在人的附近。

第五讲视觉特征和视觉显示装置设计

1、视网膜

●视网膜是眼睛的感光装置，内有两种感光细胞：视杆细胞（杆体细胞）和视锥细

胞（椎体细胞）。在视网膜的中央部位，有一凹陷，称为中央凹。中央凹及视网膜中心仅有视锥细胞，向视网膜外缘方向视锥细胞逐渐减少，视杆细胞逐渐增加。

视锥细胞对光线的敏感度较低，数量较视杆细胞要少，具有感受强光和分辨颜色的能力，主要在白天看物时起作用；而视杆细胞对光刺激很敏感，其功能为眼睛在昏暗光线下看见东西的主要神经元，数量较多，但不能分辨颜色，主要在弱光（暗光）时起作用。

2、视觉的空间特性

●视角：被看目标物的两点光线投入眼球时的夹角。

●视力：又称视敏度或视锐度，是指眼睛分辨视野中很小间距的能力，通常用被辨别

物体最小间距所对应的视角倒数表示，即：视力＝1/临界视角。一个人若能分辨

0.5′视角的物体细节，其视力为2.0。在一定视距条件下，能分辨物体细节的视

角越小，视力就越大；视力下降，则临界视角值增大。

●视力与光照亮度、物体的运动、人的主体因素有关。看静止物体的视力高于看运

动物体的视力；年龄愈大，看运动视标的视力下降越快；视网膜不同部位的视力有明显差别，中央凹处视力最高，离中央凹越远，视力越低。

●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。分水平视野（单视野/双视野）和垂直视野。在水平面内，最大固定双眼视野为180度，扩大视野为190度；在垂直面内，标准视线为水平视线时，最大固定双眼视野为115度，扩大视野为150度。

●视距：指人在操作系统中正常的观察距离。一般操作的视距在380～760mm之间，

其中以560mm处最为适宜，视距过近或过远都会影响人的认读速度和准确性。观察时头部转动角度，左右均不宜超过45°，上下均不宜超过30°。

●对比感度：物体与背景有一定的对比度时，人眼才能看清其形状。这种对比可以用

颜色或者亮度来表示。人眼刚刚能辨别物体时，背景与物体之间的最小亮度差称为临界亮度差，临界亮度差与背景亮度之比称为临界对比，临界对比的倒数称为对比感度。对比感度与照度、物体尺寸、视距和眼的适应情况等因素有关。在理想情况下，视力好的人，其临界对比约为0.01，对比感度为100。

3、视觉的时间特性

●视觉适应：分为暗适应和明适应

暗适应：当人从亮处进入暗处，刚开始眼睛什么也看不清楚，而需要经过一段适应的时间后，才能看清物体，这种适应过程称为暗适应。

明适应：人由暗处进入亮处，眼睛感受性降低的过程，即开始时瞳孔缩小，使进入眼睛中的光通量减少，眼的感受性随之降低，此时，视杆细胞停止工作，而视锥细胞数量迅速增加。

●视觉后像：人的视觉是由光刺激引起的，光作用于眼睛，引起视网膜上感光细胞的

神经冲动，传至大脑的视神经中枢，从而产生视觉。因此，视觉过程总是滞后于刺激过程。当外界物体的视觉刺激停止作用后，投放在视网膜上的影像感觉并不立即消失，还能保留一个短暂时间，这种现象称为视觉后象（或视觉残象）。

视觉后象有正负之分。当视觉神经兴奋尚未达到高潮，由于视觉惯性作用残留的后像叫正后像，其性质、特点与刺激物相同。如看电影时一个人物镜头过去后，很短时间内仍保持着这个人物的视觉形象就属于正后像；现代动画的制作原理。

负后像则是神经兴奋过度疲劳引起的，因此，其性质特点与刺激物相反。如，当人注视日光灯一段时间后，把眼睛转向白色墙壁时，就会在墙上看到一个日光灯影子，就是负后像。

●闪光融合：断续的闪光由于频率增加，人们会得到连续的感觉，这种现象叫做闪光

融合。

●闪光掩蔽：在某种条件下，当一个闪光出现在另一个闪光之后，这个闪光能影响到

对前一个闪光的觉察，这种效应称为视觉掩蔽。在研究光的掩蔽效应时，目标物可出现在掩蔽光之前，或者同时出现，也可出现在掩蔽光之后。

4、视觉的基本特征

●人眼在观察物体时，视线习惯于从左到右和从上往下移动，顺时针进行，且水平

方向优于垂直方向，对水平方向的尺寸和比例的估计要比垂直方向更为准确、迅速和省力；

●当观察对象偏离视中心时，在相同的偏离条件下，人眼观察的优先次序是左上、右

上、左下和右下象限；

●双眼观察时，两眼的运动是同步的、协调的，因而通常都是以双眼视野作为设计依

据；

●人眼对于表面轮廓比形体更为注意；直线轮廓比曲线轮廓更易于接受；观察人时，

视线集中于眼，其次为嘴、耳和轮廓。

●颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。当人从远处辨认前方的多种不同颜色时，其

易辨认的顺序依次为红、绿、黄、白。

●当两种颜色相配在一起时，则易辨认的顺序是：黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、

白底黑字等。

5、仪表设计的一般原则

●准确性原则：仪表显示设计应以人的视觉特征为依据，确保使用者迅速准确地获取

所需信息，尤其供数量认读的仪表设计应尽量使读数准确。

●简洁性原则：仪表的显示格式应简洁明了，显示意义明确易懂，以利于使用者正确

理解。

●对比性原则：仪表的指针、刻度标记、字符等与刻度盘之间在形状、颜色、尺度等

方面应保持适当的对比关系，以使目标清晰可辨。

●兼容性原则：应使仪表的指针运动方向与机器本身或者相应的控制器的运动方向相

兼容。

●排列性原则：同时使用多个仪表时，各仪表之间的排列应遵循以下原则：重要性和

使用频率原则、功能性原则、接近性原则、一致性原则、适应性原则。

6、荧光屏显示设计

●目标形状：目标形状辨认效率优劣次序：三角形、圆形、梯形、方形、长方形、椭

圆形、十字形。当干扰光点强度较大时，方形目标优于圆形目标。

●目标颜色：在单色显示屏上，白色、绿色、黄色、琥珀色对深灰色或黑色形成的颜

色对比最适合于图形和字符的识别。通常：白色、绿色等明快的颜色用作目标色，而深灰色或黑色作为背景色。

●目标与背景的关系：亮度对比度=（目标亮度-背景亮度）：背景亮度，其最小值：

3:1; 一般情况：6:1或15:1;较高值：30:1。

第七讲控制装置设计

1、控制器的排列

●重要性原则：按照控制器对实现系统的重要程度来决定位置安排的优先权。

●使用频率原则：按照控制器在完成任务中使用次数的多少决定其位置安排的优先

权。

●功能分区原则：一是具有相同功能的控制器或者所有与某一子系统相联系的控制

器，在位置上构成一个功能整体；二是所有同类设备上功能相近的控制器应安放在控制板的相对一致的位置。

●使用顺序原则：如果控制板上的控制器具有固定的操作顺序，那么它们的位置就可

以按其操作顺序从左至右或从上而下进行排列。

●与显示器的位置关系：两者最好能紧密相邻，为便于右手操作又不遮挡观看显示器

的视线，控制器应位于相联系的显示器的正下方或右侧；若控制器不能与相联系的显示器紧密相邻，则控制器的拍了应与显示器的排列相一致，或至少具有某种逻辑关系。

2、控制器的编码

●编码的基本要求

（1）所用代码应是可觉察、可辨认的，重要的控制器应在编码上予以突出；

（2）所用代码应与相应的功能具有概念上的兼容性；

（3）应尽量采用标准化的代码。

●常用的编码方式

●颜色编码对于这一编码方式，应尽可能地使用有标准意义的颜色。

●标记编码标记编码就是在不同的控制器上方或旁边，标注不同的文字、数字或符号，通过这些文字、数字或符号标示控制器的使用功能。

●大小编码大小编码是通过控制器的尺寸大小来分辨控制器，通常在尺寸上分为大、中、小三种，超过三种就不容易辨识。

●形状编码形状编码是将不同用途的控制器设计成不同的形状，以此使各控制器彼此之间不易混淆。形状编码可通过视觉辨认，但主要用于触觉识别。

●表纹编码控制器的表面纹理可以通过触觉加以辨认，人能很好地辨认光滑的、齿边的和滚花纹的表纹，因此可以用不同的表面纹理对控制器进行编码。

●位置编码位置编码是根据控制器在产品面板或控制台上的位置的不同来分辨控制器的，它们的位置可通过视觉或触觉辨认。

●操作方法编码只在某些特殊场合下使用，采用这种方法编码时，每个控制器都必须有各自独特的操作方法，并且只有按此种方法操作时控制器才能被启动。

3、控制与显示相合性设计

●运动相合性：

●直线运动控制器与直线运动显示器的配合：控制器与显示器均为直线运

动时有两种情形：一是两者都处于水平面或垂直面上；二是控制器处在水平面上，显示器处于垂直面上。

●旋转式控制器与直线运动显示器的配合：一般情况下，控制器的顺时针

运动可与显示器的从左至右、从下至上、从前向后等运动方向相配合，而控制器的逆时针运动可与显示器的从右至左、从上至下、由后向前等运动方向相配合。

●旋转式控制器与圆周式运动显示器的配合：控制器与显示器都采用旋转

运动时，两者的运动方向可以做到完全相合。

●空间相合性：指控制器和显示器在空间排列上保持一致的关系。特别在两者有一一

对应的关系时，若能使它们在空间排列上保持一致关系，操作起来速度快、差错少。

●习惯相合性

●编码和排列相合性

●控制-显示比（C/D比）：又称控制－反应比，是指控制器与显示器的移动量之比，

是连续控制器的一个重要参数。控制－显示比大，表示控制器灵敏度低，即较大的控制运动只能引起较小的显示运动；控制－显示比小，表示控制器的灵敏度高，即较小的控制运动能引起较大的显示运动。一般来说，在设计人机界面中的控制－显示系统时，C/D比的选择需考虑粗调和微调时间，而不是简单地选择高C/D比还是低C/D比。

第八讲工作台椅和手握工具设计

1、坐姿分析

●脊柱的形成与组成：人体脊柱是由7节颈椎、12节胸椎、5节腰椎，以及骶骨和

尾骨组成。椎骨也是由上至下逐渐变得粗大，尤其是腰椎部分承受的体重最大，所以腰椎也是最粗大。

●腰曲弧线：人体正常腰曲弧线是松弛状态下侧卧的曲线，欲使坐姿能形成几乎正

常的腰曲弧线，躯干与大腿之间必须有大于90度的角度，且在腰部有所支承。

●腰椎后突和前凸：正常腰弧曲线是微微前突，为使坐姿下的腰弧曲线变形最小，座

椅应在腰椎部提供两点支承。第一支承应位于第5、6胸椎之间，称其为肩靠。第二支承设置在第4、5腰椎之间的高度上，称为腰靠，和肩靠一起组成座椅的靠背。

●人在一般的坐姿作业时，由于身体通常需要前倾，只有腰靠起作用，因此可以不设

肩靠。

●而对于非频繁操作的起间歇休息支撑作用的座椅（如办公学习用座椅及餐厅座椅）

因人体通常需要间歇后仰，所以一般均应设置肩靠。

●此外，还有一类主要供人休息用的座椅（如飞机、汽车、火车等交通工具上供旅客

乘坐的座椅及安乐椅等），通常均应附加“头靠”以构成“三点支撑”。

●体压分布：坐骨结合处是人体最能耐受压力的部位，适合于承重，而大腿下靠近

表面处因有下肢主动脉分布，故不宜承受重压。

2、常用座椅设计尺度

●轻型装配用椅（Ⅰ型座椅）：这类座椅主要用于工厂装配作业和学生课椅，其支持

面曲线数据为：座位基准点（坐面高）为370～400mm，坐面倾斜角为0°～3°，上身撑角约为95°；有一个低靠腰的弧形靠背，有利于工作时对腰部的支撑，靠背点高约为230mm，从该点到上下两个靠背边缘的距离都短，支撑角近似直角。

●办公椅（Ⅱ型座椅）：这类座椅主要用于办公室和会议室，其设计数据为：座面高

为370～400mm，坐面倾角0°～5°，上身撑角约为110°；工作时以靠背为中心，具有与Ⅰ型椅相同的功能。不同之处在于，Ⅱ型椅的靠背点以上的靠背弯曲圆弧在人体后倾稍作休息时，能起支撑的作用。

Ⅰ型和Ⅱ型座椅的设计尺度Ⅲ型座椅的设计尺度

●轻度作业用椅（Ⅲ型座椅）：这类座椅主要用于餐厅和会议室，靠背的设计既要考

虑人体工作时对腰部的支撑，也要考虑人体略向后仰稍事休息时，能够适当地支撑人体。其设计数据是：坐面高350～380mm，坐面倾角为5°左右，上身支撑角约为105°。此类座椅的特点是坐面高度与Ⅱ型座椅接近，靠背的弯曲度则接近于Ⅳ型座椅，是介于工作座椅与休息用椅之间的作业用椅。因此，坐、立都很方便，在上身后仰时，也能使人体处于较为舒适的休息状态。

●轻度休息椅（Ⅳ型座椅）：Ⅳ型座椅具有最适合于休息的椅坐姿势的支撑曲面，其

坐面比Ⅲ型座椅略低，靠背的倾角也较大，其设计数据是：坐面高为330～360mm，坐面倾角为10°～15°上身支撑角约为110°。

●中度休息椅（Ⅴ型座椅）：Ⅴ型座椅的腰部位置较低，适于身体放松，具有半躺性

支撑曲线的靠背。这类座椅适合于家庭客厅和会议室内长时间会聚、闲聊之用.该类椅子讲究舒适，使人久坐而不疲劳，其设计数据为：坐面高280～340mm，坐面倾角为5°～10°，上身支撑角110°～115°，靠背可支撑整个腰部和背部。

Ⅳ型一般作业用椅的设计尺度 Ⅴ型休息椅的设计尺度

● 高度休息椅（Ⅵ型座椅）：Ⅵ型座椅是类似现代一些大型客机、电气火车以及长途

汽车上有靠背的躺椅。座椅靠背的倾角超过了120°，增设了靠头和足凳，能使人体伸展放松，是休息功能最好的椅子。其设计数据为：坐面高为210～290mm ，坐面倾角为15°～23°，上身支撑角为115°～123°。

Ⅵ型休息椅的设计尺度

3、与手握式工具有关的疾病

● 腕骨与前臂上的桡骨及尺骨相连，桡骨连向拇指一侧，而尺骨连向小指一侧，自

然状态尺骨和挠骨平行，当他们交错时完成手腕旋转。腕关节的构造与定位使其只能在两个面动作，这两个面各成90度，一面产生掌屈与背屈，第二个面产生尺偏

与桡偏。

●腱鞘炎：是由长期重复尺偏或腕外转的动作引起的。工具设计应避免操作时手腕

尺偏掌屈和腕外转。

●腕道综合症：是一种由于腕道内正中神经损伤所引起的不适。手腕过度屈曲或伸

展造成腕道内腱鞘发炎、肿大，从而压迫正中神经，手指局部神经功能损伤或丧失，引起麻木刺痛、无抓握感觉，肌肉萎缩失去灵活性。工具设计应避免操作时非顺直的手腕状态。

●网球肘：是一种肘部组织炎症，由手腕过度桡偏引起。尤其是当桡偏与掌内转和

背屈状态同时出现时，肘部桡骨头与肱骨小头之间的压力增加，导致网球肘。工具设计应避免操作时手腕过度桡偏。

●扳机指：是由类似扳机动作的操作中，是由手指反复弯曲动作引起的。工具设计

应避免操作时使拇指或采用指压板控制。

4、手握式工具的解剖学原则

●避免静态肌肉施力在使用工具时，如需抬高胳膊或将工具握持一段时间，会使肩、

臂及手部肌肉处于静态施力状态，这种静态负荷能使肌肉疲劳，降低连续工作的能力，甚至在一天之内产生肌肉疼痛，严重的会引起肌腱炎、腱鞘炎，腕管综合症等多种疾病。

●保持手腕处于顺直状态手腕顺直操作时，腕处于正中的放松状态，但当手腕偏离

其中间位置，处于掌屈、背屈、尺偏等别扭的状态时，就会使腕部肌腱过度拉伸，可导致腕部酸痛、握力减小。在设计工作场所时，应使工件置于适宜的位置，减小在从事装配、维修操作中手腕的过分偏扭，通过改变工作方位，减轻肌腱受到的应力。

●避免手掌所受压力过大好的把手设计应该具有较大的接触面，使压力能分布于较

大的手掌面积上，减小压力；或者使压力作用于不太敏感的区域，如拇指和食指之间的虎口位；也可以将手柄长度设计成甚至手掌之外。

●避免手指重复动作如果反复用食指操作扳机式控制器时，就会导致扳机指（狭窄

性腱鞘炎），扳机指症状在使用气动工具或触发器式电动工具时常会出现。设计时应尽量避免食指作这类动作，而代替以拇指或指压板控制。

5、手柄设计

●手柄形状：应根据手的结构和生理特征来进行设计。应设计成使其被握住的部位与

掌心和指骨间肌之间留有适当的间隙.

●手柄直径：取决于工具的用途和手的尺寸

●手柄长度：取决于手掌宽度，以第5百分位的女性至第95百分位的男性的掌宽为

依据。

●手柄间距：手柄最大用力点之间的距离最好为65～90mm.