人机工程学概论

第一章人机工程学概论1.1人机工程学的命名及定义人机工程学是研究人、机械及工作环境之间相互作用的学科。

根据国际人类工效学会（IEA）为本学科下的定义，即人机工程学是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各种因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、家庭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。

1.2人机工程学的起源与发展有“起源于欧洲，形成于美国”之说。

其形成与发展大致经历以下三阶段：1.2.1 经验人机工程学（20世纪初-二战前）特点：机械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原理设计上，在人际关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应于机器。

1.2.2 科学人机工程学（二战至50年代末）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。

1.2.3 现代人机工程学（20世纪60年代至今）特点：1）着眼于机械装备的设计，使机器操作不越出人类能力界限之外。

2）与实际应用结合，通过实验研究，利用基本原理进行机械装备设计。

3）力求使心理学、生理学等学科专家与物理学、工程学的研究人员共同努力、密切合作。

现代人机工程学的研究方向是把人-机-环境系统作为一个统一的整体来研究，以创造最适合于人操作的机械设备和作业环境。

1.3人机工程学的研究内容与方法研究内容主要是：人的特性、机器特性、环境特性、人-机关系、人-环关系、机-环关系、人-机-环关系。

对工业设计师来说，从事本学科研究的主要内容可概括为以下几方面：1，人体特性的研究：与人体有关的问题。

2，工作场所和信息传递装置的设计：工作空间设计、作为设计、工作台及作业场所布置等。

3，环境控制与安全保护设计：安全防护，不存在对健康有害的影响。

4，人机系统的总体设计：人与机器之间的分工以及人与机器之间如何有效地交流信息等问题。

学科研究方法包括：观察分析法、实测发、实验法、模拟和模型试验法、计算机数值仿真法。

1.4人机工程学的体系及应用本学科是人体科学、环境科学不断向工程科学渗透交叉的产物：上肢1（人体科学）：人体解剖学、人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学。

上肢2（环境科学）：环境保护学、环境医学、环境卫生学、环境心理学、环境监测学。

下肢1（管理科学）：——下肢2（人文科学）：——躯干（工程科学）：工业设计、工业工程、工程设计、安全工程、系统工程、管理工程。

1.5人机工程学与工业设计人机工程学的发展与设计思想的演变：经验人机工程学（人适应机）——科学人机工程学（机适应人）——现代人机工程学（人机环系统系统协调）——未来人机工程学（人机环系统一体化）。

人机工程学研究的内容对工业设计的作用：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第二章人体测量与数据应用2.1 人体测量的基本知识人体测量学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。

人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类：人体构造尺寸：静态尺寸。

人体功能尺寸：动态尺寸（包括人在工作姿势下或某种操作活动状态下测量的尺寸。

）人体测量方法主要有以下3种：普通测量法、摄像法、三维数字法。

2.2 人体测量中的主要统计函数2.3 常用的人体测量数据2.4 人体测量数据的应用第三章人体感知与信息处理3.1 人在系统中的功能完整的人体形态和功能上可划分为：运动系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、循环系统、内分泌系统、感觉系统、神经系统九个子系统。

3.2 视觉机能及其特征视觉特征：1）眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快且不易疲劳。

2）视觉变化习惯从左到右，从上到下和顺时针方向运动。

3）人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向的估计要准确的多。

4）当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最优，依次右上限，左下限，右下限最差。

5）两眼运动总是协调、同步的，正常情况下不可能一只眼转动而另一只不动。

6）人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受。

7）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，其易辨认顺序是红、绿、黄、白。

当两种颜色相配在一起时，则①辨认的顺序是：黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑字。

3.3 听觉机能及其特征3.4 其他感觉技能及其特征肤觉：人体皮肤上分布着三种感受器：触觉感受器、温度感受器、痛觉感受器。

本体感觉：人在进行各种操作活动的同时能给出身体及四肢所在位置的信息，这种感觉称本体感觉。

包括耳前庭系统（保持身体平衡）和运动觉系统（感受身体不同部分的相对位置）。

3.5 神经系统机能及其特征神经系统分为中枢神经系统（脑和脊髓）和周围神经系统（中枢神经系统以外的神经）。

3.6 人的信息处理系统从人体各感觉通道传入的大量信息在大脑中枢进行复杂的处理，处理过程中，记忆机制有特殊意义。

记忆是各种信息处理活动的基础，记忆可分三种形式：1，感觉信息贮存：贮存过程衰减快，贮存信息数量有限。

2，短时记忆：比感觉信息贮存时间长，与贮存信息量多少有关。

3，长时记忆：凡比短时记忆时间长的时间过程，都属长时记忆。

是人脑学习的基础。

在人的记忆功能的基础上，产生大脑的学习功能。

而学习功能是人智能行为的基础。

复杂智能活动是人脑信息处理的高级形式；现代人机系统中需要充分发挥人脑信息处理的高级功能作用。

第四章人的心理与行为特征4.1 心理现象与行为构成心理学是研究人的心理现象及其活动规律的科学。

行为受遗传、成熟、环境、学习四个因素的相互作用、相互影响。

遗传因素：一经形成即被决定，后天无法对其发生影响。

成熟因素：受遗传因素和成熟环境两种因素的共同作用、共同影响。

学习因素：个体发展中必经的不可缺少的历程。

学习与成熟相互关联、相辅相成。

成熟提供学习的基本条件和行为发展的先后顺序，学习的效果受到成熟的限制。

环境因素：人与环境系统中的客观侧面。

是广义的环境，既微观又宏观，既自然又社会、既可以是自然的，又可以是人工的。

行为的产生分解为刺激、生物体、反映，即S（外在内在刺激）——O（机体，人）——R （行为反应）刺激分外在刺激（可分物理性刺激和心理性刺激）和内在刺激（生理性刺激与心理性刺激）。

人的心理活动一般分三大类型：人的认知活动：如感觉、知觉、主义、记忆、联想、细微等心理活动；人的情绪活动：如喜、怒、哀、乐、美感、道德感等心理活动；人的意志活动：在认识和情绪活动基础上进行的行为、动作、反应的活动。

4.2 感觉与知觉特征感觉是一种最简单而又最基本的心理过程。

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。

知觉是在感觉的基础上产生的，感觉到的事物个别属性越丰富、越精确，对事物的知觉也就越完整、越正确。

虽然感觉和知觉都是客观事物在大脑中产生的反映，但又有区别。

感觉反映客观事物的个别属性，知觉反映客观事物的整体。

在生活中，人都是以知觉的形式直接反映事物，感觉只作为知觉的组成部分，很少有孤立的感觉存在。

心理学把感觉和知觉统称为“感知觉”。

特征：整体性、选择性、理解性、恒常性（大小恒常、形状恒常、明度恒常、颜色恒常）、错觉4.3 注意与记忆特征人的各种心理活动均有一定的指向性和集中性，心理学上称之为“注意”。

注意分无意注意和有意注意。

以记忆方法分，记忆分机械记忆与意义记忆。

以时间特性分，记忆分瞬时记忆、短时记忆、长时记忆。

此为记忆过程的三个不同阶段，三者相互联系、相互补充、各有特点，各有用途。

瞬时记忆作为对内容的全景式扫描，为记忆的选择提供基础，且为潜意识充实了信息；短时记忆作为工作记忆，对当时的认知活动具有重要意义；长时记忆将有意义和有价值的材料长期保存下来，有利于经验的积累和日后对信息的提取。

4.4 想象与思维特征想象可分为无意想象和有意想象。

科学研究和科学创作大体上可分为三个阶段：第一阶段：准备阶段，包括问题的提出、假设和研究方法的制定；第二阶段：研究、创作活动的进行阶段，包括实验、假设条件的检查和修正；第三阶段：对创作研究成果的分析、综合、概括以及问题的解决，并用各种形式来验证、比较其创作研究成果的质量和结论。

思维的基本过程是分析、综合、比较、抽象、概括。

思维是人脑对客观事物间接和概括的认识过程；思维具有间接性、概括性、与语言不可分性。

按思维的性质或思维时所采用的形式，思维可以分为具体思维（包括动作思维和形象思维）和抽象思维。

按思维的指向不同，思维可以区分为发散思维与集中思维。

发散思维和集中思维作为两种不同的思维方式，在一个完整的解决问题的过程中是相互补充、相辅相成的。

发散思维是集中思维的前提，集中思维是发散思维的归宿；发散思维运用于提案阶段，集中思维运用于决定阶段。

只有将两者结合起来，才能使问题的解决既有新意、不落俗套，又便于执行。

4.5 创造性心理特征创造力五要素：知识、经验、才能、心理素质、机遇。

创造性三个推动力：创造性欲望、创造性思维、创造性实践。

创造性形成机理：心理素质是核心；知识、经验、能力是基础；灵活的思维不断探索方向；实践是成功之路。

创造性思维包括：动作思维、形象思维、逻辑思维、直觉思维。

第五章人体生物力学与施力特征5.1 人体运动与骨杠杆5.2 人体生物力学模型5.3 人体的施力特征肌力的大小取决于以下几个生理因素：单个肌纤维的收缩力；肌肉中肌纤维的数量与体积；肌肉收缩前的初长度；中枢神经系统的机能状态；肌肉对骨骼发生作用的机械条件。

除此之外，还与施力姿势、施力部位、施力方式和施力方向有关。

肌力的大小与持续时间有关，随着时间延长，人的力量很快衰减。

5.4 合理施力的设计思路5.4.1 避免静态肌肉施力：当静态施力无法避免时，肌肉施力的大小应该低于该肌肉最大肌力的15%。

如果作业是简单的重复性动作，则肌肉施力的大小也不得超过该肌肉最大肌力的30%。

避免静态肌肉施力的设计要点:1)避免弯腰或其他不自然的身体姿势。

2)避免长时间地抬手作业。

3)坐着工作比立着工作省力。

4)双手同时操作时，手的运动方向应相反或者对称运动。

5)作业位置高度应按工作者的眼睛和观察时所需的距离来设计。

6)常用工具应按其使用的频率或操作频率安放在人的附近。

7)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。

8)利用重力作用。

5.4.2 避免弯腰提起重物提起重物时必须保持直腰姿势。

正确的提重方法——直腰弯膝。

5.4.3 设计合理的工作台第六章人机的信息界面设计6.1 人机信息界面的形成通常人机界面有信息性界面、工具性界面、环境性界面。