人机工程学概论 .ppt

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1、人机工程学概论 现在学习的是第1页，共48页人机工程学的发展简史 2车辆设计和使用中的人机工程问题 4人机工程学的研究内容3 1机器设计中的人体因素 3 3未来车辆人机工程学面临的新课题3 5返回总目录第 1 章目录现在学习的是第2页，共48页1.1 人机工程学的研究内容定 义基本概念研究对象研究内容回到本章目录现在学习的是第3页，共48页“Ergonomics”， “Human Engineering” 日语称为 “人间工学”俄语音译为 “”美国： “Human Factors”1.1.1 人机工程学的定义回到本节目录现在学习的是第4页，共48页 在我国，本学科处于初创阶段，名称尚不统一，有

2、“人机工程学”，“人类工效学”、“人体工程学”和“工效学”等不同提法。 “Ergonomics” = “Ergon” + “Nomos” “Ergon”的意思是 “出力”、“工作”， “Nomos”的意思是 “正常化、规律”。 “Ergonomics”的含意就是 “人出力正常化”或“人的工作规律”。现在学习的是第5页，共48页 C C Wood 的定义为：“设备的设计必须适合人的各方面 的 因 素 ， 以 便 在 操 作 上 付 出 最 少 能 耗 而 求 得 最高效率”。 W B Woodson 的定义为：“人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，即对人的知觉显示、操纵控制、人机系统设

3、计和布置、作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高的效率及人在作业时感到安全和舒适”。 A Chapanis 的定义为：“人机工程学是在机器设计中考虑如何使人操作简便而又准确的一门学科”。现在学习的是第6页，共48页 E J McCormick 和 M S Sanders 在Human Factors in Engineering and Design一书中给出人机工程学的简要定义为：“为人的使用而设计” 和 “工作和生活条件的最优化”。 K H E Kroemer, H B Kroemer, K E Kroemer-lbert 等人在Ergonomics-How to Design

4、 for Ease and Efficiency一书中给出人机工程学的简要定义为：“为适当地设计人的生活和工作环境而研究人的特性” 和“工作的宜人化”。现在学习的是第7页，共48页 封根泉的定义为：“为了研究解决机器系统设计与人体有关的种种问题，使整个人机系统的工作效能达到最优而建立起来的一门科学，就是人体工程学”。 赖维铁的定义为：“人机工程学是运用生理学、心理学和其它有关学科知识，使机器和人相互适应，创造舒适和安全的环境条件，从而提高工效的一门学科”。 钱学森的定义为：“人机工程是一门非常重要的应用人体科学技术，它专门研究人和机器的配合，考虑到人的功能能 力 ， 如 何 设 计 机 器 ，

5、 求 得 人 在 使 用 机 器 时 整 个人和机器的效果达到最佳状态”。现在学习的是第8页，共48页回到本节目录 曹 琦等人给出的定义为：“人机工程学是研究并优化人机系统的科学”。 国际人机工程学会 (International Ergonomics Association, 简称 IEA) 的定义为: “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;以及在工作中、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” 。 本书的定义为：“人机工程学是从人的生理和心理特点出发， 研 究 人 、 机 、 环 境

6、相 互 关 系 和 相 互 作 用 的 规律, 以优化人-机-环境系统的一门学科”。现在学习的是第9页，共48页人机系统(man -machine system) 指“人”与他所对应的“物”共处于同一时间及空间时所构成的系统。 “人”指的是在所研究的系统中参与系统过程的人; “机”则泛指一切与人处于同一系统中并与人交换着信息、物质和能量的、供人使用的物; “环境”指的是“人”、“机”共处的、对“人”和“机”有直接或间接影响的周围外部条件。1.1.2 人机工程学的基本概念回到本节目录现在学习的是第10页，共48页现在学习的是第11页，共48页人机界面 (man -machine interfac

7、e) 人机系统中,“人”与“机”之间能够相互施加影响、实现相互作用的区域。 (1) 第一类 控制系统人机界面 (2) 第二类 直接作用型人机界面 (3) 第三类 间接作用型人机界面现在学习的是第12页，共48页人机关系 (man -machine relationship)（1 1）机宜人）机宜人（2 2）人适机）人适机 机宜人是有条件的机宜人是有条件的, , 人适机也是有限度的。人适机也是有限度的。 人机系统中的机宜人与人适机是相对的。人机系统中的机宜人与人适机是相对的。 任何一个人机系统都必然是既要尽量做到机宜任何一个人机系统都必然是既要尽量做到机宜人人, ,也要设法做到人适机。调整这种人

8、机相互匹配也要设法做到人适机。调整这种人机相互匹配关系最根本的制约条件就是人的可能性与人关系最根本的制约条件就是人的可能性与人的可靠性。的可靠性。回到本节目录现在学习的是第13页，共48页回到本节目录 人机工程学的研究对象是人-机-环境系统简称人机系统。 人机工程学既要研究人-机-环境系统的各个组成部分的属性,更要着重研究人-机-环境系统的总体属性,以及人、机、环境之间的相互关系的规律。1.1.3 人机工程学的研究对象现在学习的是第14页，共48页人机工程学主要由两个学术研究方向构成： 1. 研究和实验 确定工程设计所必需知道的有关人的特征和特性的具体数据。 2. 应用和工程 设计宜人化的用品

9、、工具、机器、环境、作业程序、工作任务等。1.1.4 人机工程学的研究内容回到本节目录现在学习的是第15页，共48页1. 人机工程学的学科构成现在学习的是第16页，共48页2. 人的特性的研究（1）人体尺寸及人体测量技术（2）人体的力学性能（3）人的劳动生理功能（4）劳动中人的心理过程（5）人的信息传递能力（6）人的可靠性（7）人员的选拔和培训（8）人的动作时间研究（9）人体模型现在学习的是第17页，共48页3.机的特性的研究（1）信息传递技术（2）操纵控制技术（3）安全保障技术（4）动力学仿真技术（5）宜人化技术现在学习的是第18页，共48页4. 环境特性的研究（1）作业空间（2）物理环境（

10、3）化学环境（4）生物环境（5）美学环境现在学习的是第19页，共48页5. 人-机关系的研究（1）人机系统功能分配（2）人机界面优化匹配（3）人机系统特性协调（4）人机系统可靠性（5）人机系统安全性现在学习的是第20页，共48页6.人-环境关系的研究7. 机-环境关系的研究8. 人-机-环境系统总体性能的研究回到本节目录现在学习的是第21页，共48页现代的科学的经验的回到本章目录学术组织与刊物 现在学习的是第22页，共48页 经验的人机工程学一直延续到第一次产业革命时期。1.2.1 经验的人机工程学回到本节目录现在学习的是第23页，共48页 自有人类社会开始，就有了最原始的人机关系人与器物的关

11、系。原始人狩猎用的棍棒、石块或投枪,其尺寸、重量总是与人的体能大体相适应的。大约两千四百多年以前的战国初期，我国就出现了第一部科技汇编名著考工记。它的历史与科学价值名闻中外，联合国教科文组织已决定将考工记译成六种联合国的工作语言（中、英、法、俄、西班牙，阿拉伯文）以广流传与研究。在这部古代科技名著中，对一些器物制作应考虑的宜人性问题已有相当深入、十分精彩的论述。现在学习的是第24页，共48页兵器握柄的形状弓箭的制作和使用掘土工具 “耒”1.2.1 经验的人机工程学回到本节目录现在学习的是第25页，共48页回到本节目录 随着人类社会的发展, 人创造和使用的器物和机器不断得到改进, 由简单到复杂地

12、逐步完善。这种实际存在的人机关系及其发展，可称为经验的人机工程学。我国古代的指南车，是最早的自动控制系统, 其设计原理与现代人机工程学的反馈原理相吻合, 是经验的人机工程学的典型应用实例。现在学习的是第26页，共48页 第一次产业革命时期(17501890年) 第二次产业革命时期(18701945年) 第一次世界大战期间 第二次世界大战期间 第三次产业革命开始(1945年)以来 1.2.2 科学的人机工程学回到本节目录现在学习的是第27页，共48页 第一次产业革命时期(17501890年) 以法国 Jacquard 在纺织机械上使用穿孔卡片进行程序控制和英国 Watt 设计蒸汽机的调速器为代表

13、，开始实现自动调节和控制。与此相适 应 ， 人 机 工 程 学 开 始 由 经 验 逐步上升为科学。 1884 年德国学者 A Mosso 迸行了著名的肌肉疲劳 试 验 ， 该 项 研 究 可 以 说 是 科 学 人 机工程学的开端。现在学习的是第28页，共48页 第二次产业革命时期(18701945年) 1898 年美国学者 Frederick W Taylor 进行了著名的铁锨铲煤作业的试验研究。 Frank B Gilbreth 夫妇首创采用当时先进的高速摄影（电影拍摄）方法，研究工人的砌砖作业动作过程。 20 世纪初, F W Taylor 关于操作方法的研究成果在美国和西欧一些国家得

14、到推行,并成为大大提高劳动生产率的“泰罗制”, F W Taylor 的研究为科 学 人 机 工 程 学 的 建 立 奠 定 了基础。现在学习的是第29页，共48页 第一次世界大战期间 各参战国都聘请心理学家解决战时兵种分工、特种人员选拔和训练、军工生产中的作业疲劳等问题。 美国哈佛大学心理学 Munsterberg教授的代表作 心 理 学 与 经 济 生 活 和 心 理 工 艺 学原理是人机工程学的最早著作。 这一时期的研究者多是一些心理学家, 当时的学科名 称 是 “ 应 用 实 验 心 理 学 ” , 其 特 点 是 选择和训练人,使人适应机器。 战后，心理学的应用推广到非军事领域，学科

15、名称改成了“工程心理学”。现在学习的是第30页，共48页 第二次世界大战期间 工程技术设计思想开始发生了一个根本性的转变: 由 “使人适应机器”转变为“使机器适应人”，生理学家、心理学家、医生和工程技术专家共同研究解决武器和装备的优化设计的实践，促进了人机工程学作为一门独立的新兴学科的形成和发展。现在学习的是第31页，共48页 第三次产业革命开始(1945年)以来 以电子技术的广泛应用为主要标志。随着工业技术的发展，工程技术设计中与人的因素有关的问题越来越多，人机协调问题越来越显得重要，从而促使人机工程学的研究和应用得到更广泛而迅速的发展。 回到本节目录现在学习的是第32页，共48页 20 世

16、纪 80 年代，进入 “现代的人机工程学” 发 展 阶 段 ， 其 突 出 特 点 是 ： 人 - 机 - 环 境 系 统的最优化。 “产品语义学” 产品的 “认知” 问题，成立了专门的研究方向。 归结为两个极朴素的要求： 第一，看到它，马上知道它是做什么用的； 第二，比较容易弄清楚该怎么用。1.2.3 现代的人机工程学回到本节目录现在学习的是第33页，共48页 1992年, 联合国环境与发展大会通过了著名的关于环境与发展的里约热内卢宣言,以保护生态环境为前提, 提出了经济与科技活动所必须遵循的 “可持续发展原则”。 其后不久, 我国制定了国家的 “可持续发展战略 ”, 把环境保护提升到了现代

17、化建设的国策之高度。现在学习的是第34页，共48页 可持续发展原则使人机工程学的学术思想又产生了极大的扩展和深化: 在空间方面，将所考虑的环境延伸到了整个自然界的大环境;在时间方面，不仅要考虑人造器物 给 当 今 人 们 带 来 的 效 益 ， 而 且要充分顾及对未来子孙后代的影响。现在学习的是第35页，共48页 可持续发展原则对人类的设计和生产活动提出了一系列新的准则: 应该减少资源和能源的消耗，应该推行 “绿色包装”，不但从源头上去减少垃圾，还要开拓废弃物资的再生利用，。只要设计得当，让事物又 好 又 省 又 美 是 完 全 做 得 到的。现在学习的是第36页，共48页 “从清晨起床到夜晚

18、人睡，智能化的电子产品为人安排好了一切:定时唤醒人们起来，自动地定时做好早餐，自动地定时定购所需物品， ” “智能化的个人交通工具，能让人在户外足不涉地 ”，“恒温控制的居室，让人终年生活在四季如春的环境中”对于人类的未来生活，报刊上不断出现这样的描述。如果今后多数社会成员的生活，真的都象那样完全不费脑子，不费力气，人类的子孙们，会一代比一代更聪明健壮，还是相反？现在学习的是第37页，共48页 人机工程学研究的目的是使人 “安全、健康、舒适、高效” , 在未来，这也许仍然没有错。但是必须从更高的视角来把握其含义: 产品、设施、环境的创造，既要让人们现今生活得美好，更要有利于人类自身德、智、体的

19、全面发展。一定要让科技进步促进人类自身的健康发展！回到本节目录现在学习的是第38页，共48页 1949 年 12 月, K F H Murrell 第一次提出了 “Ergonomics” 这个词作为人机工程学的学科名称。 1950 年成立了英国人机工程学研究协会,1957 年发行了会刊Ergonomics,该刊物现在已成为国际人机工程学学会的会刊。 美国在 1957 年成立了人机工程学学会，发行了会刊Human Factors, 成为世界上出版人机工程学书刊最多的国家。1.2.4 人机工程学的学术组织与刊物回到本节目录现在学习的是第39页，共48页 1960 年正式成立了国际人机工程学学会,

20、1961 年在瑞典的斯德哥尔摩举行了第一届国际人机工程学学术会议, 此后每三年举行一次, 至 2003 年为止, 已举行了 15 次国际人机工程学学术会议。 自20 世纪 60 年代开始,俄罗斯(前苏联)、日本、德国、法国、荷兰、瑞典、瑞士、丹麦、芬兰等国也都相继成立了人机工程学学会或专门研究机构, 从事人机工程学的研究、应用和人才培养工作。 国际标准化组织(International Standardization Organization, 简称 ISO )于 1975 年设立了人机工程学技术委员会(TC - 159),负责制订人机工程学方面的标准。各国根据自己的具体情况也制订了许多人机工

21、程学的标准和规范。现在学习的是第40页，共48页 人机工程学在我国起步相对较晚, 目前处于大力发展阶段。 1989 年正式成立了全国性的学术组织 - 中国人类工效学学会 ( Chinese Ergonomics Society, 简称 CES )。回到本节目录现在学习的是第41页，共48页机器设计中的人体因素 1. 人体对作业负荷的耐受性 2. 人体参数 3. 人体的生物力学特性 4. 人的感知响应特性 5. 人的适宜劳动姿势回到本章目录1.3 机器设计中的人体因素现在学习的是第42页，共48页1.4 车辆设计和使用中的人机工程问题 1. 机动车辆驾驶操纵人机界面的优化匹配 2. 机动车辆的行

22、车安全性及车内乘员的人体 保护技术 3. 机动车辆乘员的乘坐舒适性 4. 机动车辆的噪声控制 5. 机动车辆车内小气候环境的宜人化控制 6. 机动车辆驾驶员的驾驶适宜性 7. 机动车辆的道路适应性 8. 人-车-路系统的综合优化回到本章目录现在学习的是第43页，共48页1.5 未来车辆人机工程学面临的新课题 车辆设计和使用中的人机工程问题既广泛又典型,几乎复盖了人机工程学的全部主体内容, 它们一直是过去几十年中研究的热门。其中, 尤以轿车设计和使用中的人机工程问题技术上最具有代表性和先进性。 车辆人机工程专家面临的挑战将是怎样使得人体特性的差异如此巨大的轿车驾驶者和使用者群体中的大多数人、在大

23、部分时间里对轿车的使用性能都感到满意。回到本章目录现在学习的是第44页，共48页 整个道路交通环境的改善将使轿车的驾驶者成为整个智能交通运输系统的组成部分之一, 从而将其控制目标转向于谋求有限的道路通行能力的优化利用及整个系统的安全、高效运行。 随着能源与环境问题的倍受人们关注,车辆技术发展的又一趋势可能是各种非石油燃料车辆,特别是电动汽车的大量使用,这些新型的车辆将带给驾驶者许多新的驾驶操纵特性,对车辆设计和使用提出某些新的人机工程问题。现在学习的是第45页，共48页 由于信息技术的发展和社会生活网络化程度的提高，轿车作为通勤交通工具的功能比率将渐趋下降，而用于休闲娱乐的功能比率将渐趋提高, 轿车的行驶速度也许不再是最主要的使用性能要求了，而人们对轿车的宜人性、乘坐舒适性的要求却会比现在高得多, 轿车作为一个活动的家，将要求车内空间增大，内部装饰更具有家庭的温馨气氛。 现在学习的是第46页，共48页 未来社会大环境的其他变化，必将为人机工程学的发展提供新的机遇和更加广阔的前景,也必将对车辆人机工程学提出许多新的研究课题, 从而引起车辆人机工程学研究重点的转移。现在学习的是第47页，共48页进入第2章返回总目录现在学习的是第48页，共48页