人机工程学 ergonomics

人机工程学Ergonomics

祁娜Department of Industrial Design, Xihua University

西华大学 /艺术学院 /工业设计 /QINA

课程安排：

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ATTENTION PLEASE!

1. 刘怀敏 / 编著，《人体工程应用与实训》，东方出版中心

2. 丁玉兰 / 主编，《人机工程学》，北京理工大学出版社 3. 孔庆华 / 编著，《人因工程基础与案例》，化学工业出版社

4. 王继成 / 编著，《产品设计中的人机工程学》，化学工业出版社

5. Jennifer Preece Yvonne Rogers Helen Sharp/ 著，刘晓辉、张景等 / 译《交互设计——超越人机交互》（ Interaction Design: Beyond

Human-Computer Interaction ），电子工业出版社

6. Jakob Nielsen/ 著，刘正捷等 / 译，《可用性工程》（ Usability

Engineering ），机械工业出版社

参考书：

第一章人机工程学概论

人机工程学的命名及定义人机工程学的起源与发展学科体系及研究方法与设计相关的研究内容对工业设计的作用

人机工程学的命名

欧洲：人类工程学或工效学（ Ergonomics ）美国：人类因素学（ Human Factors ）或人类因素工程学（ Human Factors Engineering ）中国：人体工程学、人机工程学、人类工效学、工程心理学等前苏联：工程心理学日本：人间工学其他国：人机控制学、机械设备利用学、宜人学

学科常用名称常用英文名称： Ergonomics ergo （出力、工作） Ergonomics nomics （正常化、规律）

常用中文名称：人机工程学

人机工程学定义国际人机工程学会（ International Ergonomics Association ）：

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因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作中、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。

《中国企业管理百科全书》：研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设

计的机器与环境系统适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。

人机工程学综合定义人机工程学是以人的生理、心理特性为依据，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。

人机工程学综合定义依据：人的生理、心理特性

研究内容：人机械人环境机械环境

目的：操作简便省力、安全、舒适人—机—环境的配合达到最佳状态

人－机－环境具体含义：

人——操作者或使用者；机——人操作或使用的物。可以是机器，也可以是用具、工具或设施、设备等。环境——是指人、机所处的周围环境。如作业场所和空间、物理化学环境和社会环境等。人 - 机 - 环境系统——由共处于同一时间和空间的人与其所使用的机以及它们所处的周围环境所构成的系统。

汽车：人 -机 -环境系统

种类要素例

汽车

人

机

环境

驾驶行动、驾驶姿势、乘坐舒适性、驾驶时的身心反映、反映时间、信息处理能力（视觉识别能力）

照明、车内空间、座位、窗玻璃、控制器的设计和配置、显示器的设计和配置

交通标识、信号、道路形状、道路设施、交通噪声

人机工程学简单定义

按照人的特性设计和改善人—机—环境系统的科学。

人－机－环境系统示意图

人

生理特性

心理特性

机械性能

环境状况

环境

机械

环境

人机工程学的起源与发展

经验期（二战前）创建期（二战 -1960 年）成熟期（ 1960 年 - 至今）


经验期

经验期


古埃及石

刻

古埃及石刻

经验期

经验期


紫檀雕四出头官帽椅

经验期

经验期

经验期

经验期

人机工程学的起源与发展 1 ．肌肉疲劳试验

1884 年，德国学者莫索对人体劳动疲劳进行了试验研究。对作业的人体通以微电流，随着人体疲劳程度的变化，电流也随之变化，这样用不同的电信号来反映人的疲劳程度。这一试验研究为以后的“劳动科学”打下了基础。

经验期

经验期

人机工程学的起源与发展 2 ．铁锹作业试验

1898 年美国学者泰勒从人机学角度出发，对铁锹的使用效率进行了研究。他用形状相同而铲量分别为5kg 、 10kg 、 17kg 、和 30kg 四种铁锹去铲同一堆煤，虽然 17kg 和 30kg 的铁锹每次铲量大，但实验结果表明，铲煤量为 10kg 的铁锹作业效率最高。他做了许多实验，终于找出了铁锹的最佳设计和搬运煤屑、铁屑、砂子和铁矿石等松散粒状材料时每一铲的最适当的重量。这就是人机工程学过程中著名的“铁锹作业实验”。

经验期

经验期

人机工程学的起源与发展 3 ．砌砖作业试验

1911 年吉尔伯勒斯对美国建筑工人砌砖作业进行了试验研究。他用快速摄影机把工人的砌砖动作拍摄下来，然后对动作进行分析，去掉多余无效动作，最终提高了工作效率，使工人砌砖速度由当时的每小时 120 块提高到每小时 350 块。

经验期

经验期


时间：二战前特点：

经验的累积；运用心理学来选择和训练

人，使人适应机器


时间：二战 -1960 年特点：

重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人

创建期

创建期


时间： 1960 年 - 至今特点：

将人、机、环境作为一个完整的系统，使其获得最佳匹配，以保证系统整体最优。

成熟期

成熟期


成熟期

成熟期

美国亨利 ·德累夫斯事务所的人机学实验

实例—汽车系统

人——

驾驶员

机——

汽车

环境——

公路、交通标

识、行人


人机工程学学科体系

人机工程学

人体科学

技术科学

环境科学

生理学

心理学

劳动卫生学

人体测量学

人体力学

环境卫生学

环境医学

环境心理学

环境保护学

环境检测学

工业设计

工程设计

安全工程

系统工程

机械工程管理工程

常用的研究方法

研究方法

观察法观察法实测法实测法实验法实验法

模拟和模型试验法模拟和模型试验法调查研究法调查研究法

分析法分析法

实验法

眼动仪（ Eye Tracker ）是测试眼睛移动的高科技仪器。其运用领域非常广泛，包括心理学、人因工程学、医学、使用性测试、设计、市场调查等各个方面。

高性能，多功能，操作简单的头盔式眼动仪

高性能● 无须固定头部，更符合自然情境● 设备精简，头盔舒适、轻便、美观● 眼动追踪灵敏，稳定● 高效的实时图像处理能力● 有效排除玻璃镜片和隐形眼镜干扰● 复杂环境下也可保持记录的准确性

易于使用● 安装简单，移动方便● 校准简单，灵活● 软件界面友好，功能清晰● 数据分析高度自动化● 录制视觉景象和注视点叠加视频方便● 与其它软件兼容性强

实验法

模拟和模型试验法

研究车辆碰撞的人机系统的模拟与模型

看那些被测试的车型在基本上安不安全要看碰撞后的成员舱是否变形，撞击后车门有无在撞击中打开，有一部分图片能看到撞击后驾驶室的情况，就看有无油漆粘在上面，如有就表明在撞击过程中测试假人与粘有油漆部分发生接触。

老款奥迪 A6

汽车碰撞测试

老款奥迪 A4 ；测试时间为 2001 年

汽车碰撞测试

奥迪 TT ；测试时间： 2003 年

汽车碰撞测试

国产宝马新款 3 系；测试时间： 2005年

汽车碰撞测试

国产宝马新款 3 系；碰装位置：侧面；

汽车碰撞测试

汽车碰撞测试

国产宝马新款 3 系；图片显示为碰撞后的驾驶员位置情况。碰撞后仪表台无明显后移。


• 控制面板模拟器– 波士顿爱迪生公司（ Boston Edison

Company ）的”神秘 6 号”（ Mystic #6 ）


虚拟合作者的运动计算与仿真


人机工程学已渗透到我们生活的每一个细节乃至军事国防的方方面面。

与设计相关的研究内容人体因素研究：人体形态特征参数、劳动生理特征、劳动心

理过程、人的感知特征、人的可靠性、技术审美

机器因素研究：信息传达显示方法、操纵控制技术、安全

保障技术、舒适性及使用方便性技术

安全设计的凸现。

信息传递的设计· 界面设计

信息传递的设计——界面设计

环境因素研究：作业空间、物理环境、化学环境、生物环境、美学环境

人 - 机 - 环境系统综合研究：研究人机功能的合理分配、研究人机相互作用及

人机界面设计、研究人－机－环境系统的可靠性与安全、研究环境及其改善、研究作业及其改善

与设计相关的研究内容


案例：正泰—人机混成式生产

人具有什么特点？

机器具有什么特点？

生产到底用人还是机器？以什么为依据？


案例背景：对象：温州柳市一低压电器厂“正泰”背景： 2005 年，原材料大幅涨价，如钢材一年涨幅超过 200% ；浙江大范围电荒，很多地方开始执行生产企业“开三停四”供电计划；很多同类企业产品尚未销售亏损便已成定局，更多的则是采取提高售价，向市场转移成本，以求暂避劫难。

正泰策略：结果：逆市飚扬，质量不仅没有因为压力而缩水，

而且价格保持着足够的竞争力策略：“混合型”生产，即人机功能分配



机的特点分析：虽然自动化生产效率高，但设备购置费是一笔

最大的投入，终端车间的 4条自动生产线，一条要 500 多万元人民币，设备的逐年折旧肯定会加大企业的生产成本。

越是复杂的设备，维修成本也越高。目前终端车间的自动线每年的维修费也要几十万元。一条自动线一般能够替代五六十个工人，按目前正泰的工资水平计算，这些工人一年的工资才只有 10 多万元。



人的特点分析：人要比机械更灵活。比如在组装时，一个零件如果稍微有一点变形，人会自动调整一下方向把它安装上，但自动线就不行，会马上就淘汰掉，这样无形增加了采购质量和成本，同时生产的材料消耗也随之上升。

在整个正泰工业园，只有 12条全自动生产线，手工仍占 70% 以上，目前终端公司的装配仍是由手工完成。



人机混合式：在正泰终端电器公司的第一间生产车间，通道右边是真

正的手工生产线，一排排望不到头的工作台，没有我们惯常所见的传送带。年轻的女工将工件拼装好后，就会用一根普通的橡皮筋轻轻捆起，放到一边，隔一段时间由搬运工送到下一个工序。几千个工作台上同时传来的“卡卡”的工件碰撞声，显得热烈而忙碌。

另一边是四条纯粹的自动化生产线，工件由机器手传到下一个工序，长长的生产线上只有两个工人走来走去，来回巡视。除了拼装和包装工序外，中间的几个工序已经都由机器来完成。



“混合型”生产优势：利用人机交互式生产，缓解电力供应紧张不仅仅成本得到了有效控制，提高了效率，而且生产线更具有了弹性，在处理多品种多规格订单时有时更加明显。

这里因此成为目前全球最大的小型断路器生产中心，目前日产量可以达到 24万台。



应根据人、机各自特征，仔细研究生产线分解与劳动力要素配置的关系，按照每道工序的特点，对工序进行重新整合

如定型的、量大的产品以机为主，用生产线；订单小的，特别是一些有客户附加要求较特殊的产品，需在生产中间加工序，可以人工为主

对于一些经常自动流水线生产效率并不高的工序，也可从整条生产线上抽离出来，采用密集劳力的方式单独进行加工，这样改进后效率会提高很多。

因为机器对标准的要求较高，而人具有足够的适应能力。充分利用人力和机器的不同特点可实现利润最大化。


不要迷信自动化

信息传递的设计——交互设计

信息传递的设计环境因素研究

人机工程学对工业设计的作用

为设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数

为工业设计中“物”的功能合理性提供科学依据

解决“物”与人相关的各种功能的最优化，创造出与人的生理、心理机能相协调的“物”，这是当今工业设计中在功能问题上的新课题。


为工业设计中考虑“环境”因素提供设计准则

通过研究人体对环境中各种物理、化学因素的反应和适应能力，分析声、光、热、振动、粉尘和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程度，确定了人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，从保证人体的健康、安全、舒适和高效出发，为工业设计中考虑“环境因素”提供了分析评价方法和设计准则。


为进行人－机－环境系统设计提供理论依据系统设计的一般方法是在明确系统总体要求的前提下，着

重分析和研究人、机、环境三个要素对系统总体性能的影响，应具备的各自功能及其相互关系。

人机工程学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素特性的基础上，将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究，即“人－机－环境”系统。

人机工程学为产品设计开拓了新的设计思路，并提供了独特的设计方法和有关理论依据。


为坚持以“人”为核心的设计思想提供工作程序 >>>



案例：医院输液区域的规划

医院输液区有哪些问题？

可以如何改进？


规划思路： 2006 年上海某医院输液室开始设立红、黄、蓝、绿、粉红等颜色的不同输液区域，病人根据病情轻重辨“色”对号入座

具体规划：红色区域：收治病情较严重，并需要吸氧的患者，离护士站

不可超过 10米黄色区域：收治行动不便、用药后会引起尿频的患者，离厕

所最近蓝色区域：收治呼吸道感染的患者，需每天进行重点消毒粉红色区域：收治年老体弱不能久坐的患者，安排床位让病

人躺着输液绿色区域：收治病情较轻和年纪较轻的患者，安排病人尽快地进行输液



医院输液区域规划示意图



从人的生理、心理特征出发，不仅可以为病人提供一个良好的治病环境，而且大大提高了治疗效果和医疗服务质量

本次课应该掌握的重点及思考题

1 、人机工程学的综合定义？

2 、人机工程学与设计相

关的研究内容有哪些？

3 、人机工程学对工业设计

有什么作用？

人机工程学 ergonomics

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