第一篇：機車駕駛室的人機工程學設計

人機工程學小組論文

題 目： 機車駕駛室的人機工程學設計 班 級： 鐵車二班 學 號: 20097836 姓 名： 陳 明 指導教師： 李懷仙 人機工程學是近幾十年才發展起來的一門新興邊緣科學。它主要研究工程技術設計如何與人體尺寸、生理和心理特性相適應的問題, 其目的在于獲得最高效率及作業時的安全和舒適。機車駕駛室是機車乘務員的作業場所,在機車駕駛室的設計中,應用人機工程學,其目的就是使所設計的機車駕駛室不僅能滿足機車乘務員的作業要求,而且能使機車乘務員操作方便、舒適、安全,減少體力疲勞和精神負擔。筆者主要從人-機關系和人-環境關系兩個方面來分析機車駕駛室的設計,使其更適宜于人的操作,有效地發揮機車乘務員和設備的作用,從而使人-機-環境系統總體性能達到最優。從人-機關系方面考慮機車駕駛室的設計 1.1 操縱臺面板的設計

機車操縱臺是列車運行的人機界面,是機車乃至列車設備系統的集中反映,操縱臺上器件設置是否科學合理,對乘務員能否全面準確地完成駕駛職能有很大影響。(1)GB,U IC有關操縱臺布置的幾項原則[ 1, 2 ] GB /T67696 OR7.2 等同):“正常運行時使用的操縱裝置均應靠近司機,盡可能集中在司機操縱臺上?！盪 IC6172000中3規定(與U IC617-6 OR2.1等同):“司機駕駛室的所有裝置可由單人操作(司機室的布置應做到所有裝置可單人操作)?！?2)操縱臺面板的人機工程學設計在頭部保持靜止,而眼睛正常活動的狀態下,根據人眼對視覺信號的覺察效果的優劣可以將視野分為3個區域:良好

視區(A)、有效視區(B)和不適宜視區(C),如圖1 所示[ 3 ]。一般將最重要的和需要頻繁視察的信號置于A區,而實踐證明,視距為800mm遠時,操縱臺面板最優尺寸范圍如圖2所示,其中O為視野中心[ 4 ]。

對于操縱臺面板上控制系統,手的功能可及范圍是將肘關節伸直,即呈180°狀態,以肩關節為軸心旋轉時, 3個手指(拇指、食指、中指)所能抓握操縱器的區域。這個區域一般用第五百分位數的男子人體活動模板來確定,也可使用作圖法。手臂可視為二桿系統,如圖3所示[ 3 ]。

國內于1997年曾分別對DF11內燃機車和SS4型電力機車的機車乘務員就儀表、顯示器的鏈值進行過問卷調查,得出的基本結論是:第一鏈值層為與制動有關的壓力表,第二鏈值層為與速度控制有關的儀表和顯示屏,第三鏈值層為與功率、力有關的儀表,第四鏈值層為與機車設備狀態有關的儀表和顯示屏。根據人機工程學,在布置控制器或顯示器時,還應考慮功能性,即將功能上相關的控制器或顯示器,布置在鄰近位置上,對在操作程序上彼此有聯系的幾個控制器,按使用順序予以合理布置,一般是由左至右(推薦采用)或由上到下2種方法兼用排列。幅控制系統設計還要考慮各種操作件的造型、色彩和運動方向。操作手柄的外型一般要根據手幅的長度、手握的粗度、手掌肌肉和手柄接觸位置來設計。按鈕接通/斷開要有燈光色彩的顯示。按鈕、旋鈕和手柄三者的運動方向應符合外力的方向。顯示裝置設計還要考慮選擇顯示器和儀表的易讀性和準確性。對于定量讀數的顯示,選擇電子式數字顯示。對于定性讀數的顯示,由于它不要求具體的數字,且模擬顯示更為靈敏、方便,因此選用指針式顯示。

1.2 座椅的設計

在機車駕駛中,乘務員主要采用坐姿工作,人與機器的一個重要接口即為座椅。座椅的設計與布置直接影響到乘務員的乘座舒適性和室內其它相關設施的布置。合理安置座椅,改善人與座椅之間的關系,對于給乘務員創造一個舒適安全的工作環境,起至關重要的作用。

考慮座椅應有良好的靜態特性、動態特性及足夠的結構強度、剛度,并能進行適當的調節,還要符合乘務員的了望要求,根據人機工程學設計理念,對座椅進行如下設計要求: ①乘務員坐定在座椅上,在最佳視角范圍內對側窗幾何中心進行了望時,其頭部轉動的角度不得超過60°,透過側窗觀察后視鏡時,應能看見站臺的發車信號。②座椅高度可以調節,其可調范圍應該滿足不同身高使用者的要求,使用者的腳和腿能保持在舒適位置。③座椅有背靠,背靠應該大小合適,設計成彎曲形,以適合人的腰椎形體,工作中根據需要加以調節,使其能分擔部分體重及工作受力。④為支撐上肢,座椅兩邊應有扶手,尺寸和角度均應符合人體尺寸要求。⑤具有旋轉調節功能,有充足的旋轉范圍,滿足使用者工作的需要。⑥質地。椅面的質地應柔軟并具有一定彈性和透氣性,以緩沖局部壓力,提高舒適度。

1.3 駕駛室前窗的設計

駕駛室前窗上緣離木地板的高度不得低于1.7m[ 2 ] ,而95%的人眼高不高于1.7m,因此機車乘務員站立操縱時符合了望條件。

設計機車乘務員了望條件時應注意:乘務員以松弛坐姿坐定在座椅上,在水平視線左右各35°范圍內了望前方時,前窗結構應無視覺干擾;乘務員坐定在座椅上,在最佳視角范圍內對側窗幾何中心進行了望時,其頭部轉動的角度不得超過60°;透過側窗觀察后視鏡時,應能看見站臺的發車信號[ 5 ]。因此,前窗玻璃采用整體式的,另外必須根據機車乘務員的眼橢圓范圍確定風動刮雨器刮掃前窗玻璃的面積和部位,并在滿足前窗振動抑制要求的前提下,以最細的支柱來減小視野死角。為防止霜凍結冰,前窗玻璃應設有加熱器,如電阻加熱元件。為避免刺眼陽光對機車乘務員的直射,前窗玻璃應設有遮陽板。從人-環境關系方面考慮駕駛室的設計

環境是影響安全、工效、健康和舒適性的因素,噪聲、熱環境、色彩和照明等環境因素均會影響機車乘務員的操作質量。因此,機車駕駛室的設計也要從人-環境關系方面加以考慮。

2.1 噪 聲

噪聲是一種有害身體健康的刺激因素,可以對操作者產生干擾,影響重要的語言信息傳遞。擔當鐵路運輸的機車車輛產生的噪聲對機車乘務員的影響表現為乘務員的聽力下降、易于疲勞,影響對線路的了望以及接受音響信號的能力,因而可危及列車的安全。因此,要控制和減弱機車噪音。機車噪音的控制和減弱,一般是指使機車駕駛室內的聲強在不超過80～83Pb(A)的狀態下,乘務員能持續工作,聽力不受損傷,能接受音響信號。經過調查可知影響駕駛室噪音的因素為:機器間噪聲的強弱;柴油機、輔助機組減振消聲狀況;駕駛室圍護結構的隔振特性;駕駛室內的吸聲程度等。使駕駛室隔絕或減弱噪音是一項綜合性問題,須全面考慮隔聲、隔振和吸聲等各項措施。

在機車駕駛室設計中,主要采用以下措施來控制和減弱噪音: ①駕駛室的地板采用雙層浮筑型結構,其特點為用彈性墊將地板與支承架、四周墻壁完全隔開,嚴格避免剛性連接,起到顯著的隔聲效果。另外駕駛室的后壁、側壁和車頂也都用組合式阻尼材料層覆蓋。②在駕駛室和機器間設置四道隔墻,對四道隔墻的門窗均采用了雙層玻璃,很大程度上將噪聲封閉在機器間內。③隔墻上的小孔、縫隙都加以密封。如傳動軸通過孔四周的縫隙用鋼板和密封橡膠加以密封。④在駕駛室圍護結構的墻面上,均敷設軟質聚胺酯泡沫塑料作為吸聲材料。

2.2 熱環境

駕駛室的溫熱環境也是決定乘務員的作業效能和健康的重要影響因素。乘務員所處的環境條件主要包括空氣的溫度、濕度和風速這3種物理因素。高溫易使乘務員的注意力渙散,動作準確性下降,協調能力減弱;低溫易使肢體麻木,特別是影響手的精細運動靈巧度和雙手的協調動作。據研究,在夏季18～24℃,冬季17～22℃的條件下,乘務員的工作效率高、質量好。人機工程學稱它為溫度的“快感帶”。在機車駕駛室設計中,改善熱環境方面主要是設置取暖、通風和補充新鮮空氣的電氣空調設備,如在駕駛室頂部安裝加熱和通風的聯合裝置。當駕駛室內氣溫發生變化時,它可使新鮮空氣在控制好的溫度下進入駕駛室,通過駕駛室下部和上部設置進風口和排風口,形成氣流來控制室內溫度。

2.3 色彩和照明

色彩是人體視覺的生理特性以及人的心理屬性的綜合反映。好的色彩環境有助于提高工作效率,減少或避免差錯,提高人對信號、標志的辨別速度,且可加快恢復人的視覺能力,減少疲勞等;而壞的色彩環境將影響人的心理情緒和視覺功能,影響工作效率。駕駛室的色彩配置一般以較低明度的偏冷色,使機車乘務員在視覺和心理上產生柔和安靜的感覺,以愉快的情緒、飽滿的精神投入工作。照明環境應根據駕駛室的布局及窗戶的方位情況來設計,既要滿足工作照明,又要避免眩光。合適的照明能夠提高近視力和遠視力,有助于提高工作效率。當照明不良時,因反復努力辨認,易使視覺疲勞,引起視力下降、眼球發脹、頭痛及其它疾病而影響健康,并引起工作失誤和產生事故。為此,用日光燈照明,采用透明燈罩來提高光的漫射性能,使燈光柔和;將光源布置在視線外微弱刺激區;選用合適的材質或涂色降低反射系數,避免反射眩光。結束語

將人機工程學原理應運于機車駕駛室的設計中,可以在完成機車乘務員駕駛作業的前提下,提高機車乘務員的作業效率,有效發揮乘務員和設備的作用,減少乘務員的體力疲勞和精神負擔,從而使列車的運行更為安全可靠。結 論

綜上所述,這些降低噪聲的措施和途徑是在實踐中摸索出來的,其實降低機床噪聲的途徑還有很多,這就要求工程技術人員進一步研究、探索。

第二篇：人機工程學駕駛室座椅設計

人機工程學的車內座椅設計

題 目： 基于人機工程學的車內座椅設計 班 級： 09鐵道車輛2班 姓 名： 屈難平學 號: 20097831 基于人機工程學的駕駛室座椅設計

摘 要

以人機工程學的理論為基礎,介紹了座椅設計中座高、座寬、座深、座面傾角、靠背高度靠背傾角等座椅靜態參數的選取原則,以某輕卡座椅為例,用Pro/E建立座椅的模型,導入Man-neQuinPRO10。2中進行人機分析,并結合實例對座椅的各靜態參數進行選取。

關 鍵 詞:人機工程學;輕卡座椅;舒適坐姿;建模分析

人機工程學是一門邊緣學科,主要研究工程技術如何與人體尺寸、生理及心理特征相適應。在

輕卡駕駛室座椅的設計中,主要研究如何使座椅符合人體尺寸的需求,給駕駛員帶來舒適感,降低駕駛疲勞度,提高駕駛的安全性,同時也能大大防止駕駛員由于不正確的駕駛姿勢而導致的脊椎變形,以及由此引發腰痛、腰肌勞損等職業病。1.舒適坐姿的生理特征

圖1所示為人體在各種不同姿勢下腰椎的彎曲形狀。曲線B表示人體松弛側臥時,脊柱呈自然彎曲狀態;曲線C是最接近人體脊柱自然彎曲狀態的坐姿;曲線F是當人體的軀干與大腿的夾角呈90°時的情形,此時脊柱嚴重變形,椎間盤上的壓力不能正常分布。因此,欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然彎曲形態,軀干與大腿之間必須有大約135°的夾角,并且座椅的設計應使坐者的腰部有適當的支撐,以使腰曲呈弧形自然彎曲狀態,腰背肌肉處于放松狀態人坐著時,大腿和上身的質量必須由座椅來支承。人體結構在骨盆下面有2塊圓骨,稱為坐骨結節,如圖2所示。這2塊小面積能夠支持大部分上身的質量。覆蓋在它們外面的皮膚能獲得豐富的動脈血液供應,就像腳底一樣。而在臀部的邊緣部分,血液循環則大不一樣,這部分靜脈較多(包含較少的氧)。當人坐著的時候,覆蓋著坐骨結節的皮膚能夠更好地經受持久的壓力。因此,座面上的臀部壓力分布在坐骨結節處最大,由此向外壓力逐漸減小,直至與座面前緣接觸的大腿下部,此處壓力為最小。座墊的柔軟程度要適當,坐骨部分的座墊應當是支承性的,它要承受加在座位上的大約60%的質量,而其余部分則應當比它更柔軟些,以便能夠把質量分布在更大的面積上。座椅靠背上的壓力分布中,肩胛骨和腰椎骨2個部位應最高,此即靠背設計中所謂的“兩點支承”準則。在靠背的兩點支承中,上支承點為肩胛骨提供憑靠,稱為肩靠,其位置處于第5-6節胸椎的高度；下支承點為腰曲部分提供憑靠,稱為腰靠,其位置處于第4-5節腰椎的高度。

圖1 人體在各種不同狀態下腰椎的彎曲形狀 圖2 股骨正常位置

腿的主動脈緊靠著大腿下表面和膝蓋的后面,在這個部位上,任何持續的壓力都會給人造成極端的不舒適和腫脹感覺,需要借助于適當減短座深、把座墊前緣修圓和采用較軟的泡沫塑料座墊等措施來防止這種情況發生。同時,還要使座面離地板的高度足夠低,以便使腳能踩著地板,讓人的這個重要部位感覺不到有任何壓力。坐骨下面的座面應當是近似水平的。圖2表示帶有股骨的骨盆部位的前視圖,從圖中可看出股骨在股節中從連接骨盆的球孔向外伸去。用平坦的座面,股骨的這一部分在坐骨平面之上,因此不承受過分的壓迫。但是,如果座面是斗形的(圖3),則彎曲的座面會使股骨趨于向上轉動(箭頭所示)而受載,造成髖部肌肉承受反常的壓迫,從而引起不舒適感。故需注意避免采用斗形座面。應當注意斗形的座面不論從什么觀點看,都是不適用的,因為它不能適應人體大小的整個系列,它還把身體質量平均地分配在整個臀部,而不是讓較多的質量集中在坐骨結節部位。

圖3 斗形座位將股骨推向上方

使股骨處于受載狀態,舒適的坐姿,應保證腰曲弧處于正常自然狀態,腰背肌肉處于松弛狀態,從上體通向大腿的血管不受壓迫,保持血液正常循環。因此,最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移,使上體略向后傾斜,體腿夾角保持在90°-115°。小腿向前伸,大腿與小腿、小腿與腳面之間也有合適的夾角,如圖4示,10°<θ1<20°;15°<θ2<35°;80°<θ3<90°;90°<θ4<115°;100°<θ5<120°;85°<θ6<95°。針對具體情況,在舒適范圍內選取合適的角度。

圖4 舒適坐姿的關節角度 輕卡座椅靜態參數的選取

1)座高。座高指地面至座面上坐骨支承處的高度。座椅高度應該使駕駛員大腿接近水平,小腿自然放置。如果座面過高,就會導致小腿懸空,使大腿肌肉受椅面前緣壓迫,腿部血液循環受阻,小腿麻木腫脹;座面過低會增加背部肌肉負荷。所以座高的設計先要考慮較小身材的操作者。

2)座寬。座寬應滿足臀部就坐所需的尺度,使人能自如地調整坐姿,座寬取值時應適當大于臀寬。通常以大身材女性的臀寬尺寸上限為設計依據,以滿足能容納身材粗壯者的需要。由于駕駛室空間的限制,座寬尺寸不能太大,以免影響變速操縱桿、停車制動桿等的尺寸和操作。

3)座深。座深是指椅面的前后距離。正確的設計應使臀部、腰部都得到支持,座面前緣與小腿間應留有適當的距離,保證小腿可自由活動。座深不宜太大,防止矮小身材的人坐上之后,座面前緣壓迫膝窩處的壓力敏感部位,迫使人前移,背部得不到靠背支持,產生極度不適。如果要得到靠背的支持,則必須改變腰部正常曲線,也會產生不舒適。為了滿足大多數人的需求,座深應按較小百分位的群體設計。這樣,身材矮小的人能夠坐著舒適,身體高大的人也只要小腿能得到穩定的支持,就不會在大腿部位引起壓力疲勞。

4)座面傾角。座面傾角是座面與水平面夾角。座面后傾可以起到2個作用:一是由于人體重力作用,使坐者軀干后移,使背部抵靠靠背,以獲得支持,從而使背肌得到放松,降低背部靜壓;二是防止坐者從座面前緣滑出座面,這對在常處于顛簸環境中的駕駛員尤為重要。但如果座面過分后傾,在進行駕駛操作時,脊椎因身體前屈而會被拉直,破壞正常的腰椎曲線,形成一種費力的姿勢,同時還會壓迫腹部,長期駕駛會造成生理上的傷害。因此傾角不能太大,一般為4°-8°。

5)靠背的高度。靠背的功用是保持脊柱具有一種輕松的姿勢。由于每個人的脊柱長度不同,身材也不完全相同,每個人的脊柱曲度變化存在著一定的差異,使靠背高度與其形狀之間出現了復雜的關系。靠背按其高度不同可分為低靠背、中靠背、高靠背及全靠背4類。低靠背為一點支承,只支承腰部;中靠背也是一點支承,支承在胸椎;高靠背為兩點支承,靠背下部支承于腰椎、上部支承于肩腳骨上;全靠背為三點支承,除支承于腰椎及肩胛骨之外還設有頭枕。靠背的尺寸主要與腰部、肩部、頭部的高度(決定靠背高)和寬度(決定靠背寬)有關,確定高度時還應計入座椅的有效厚度。6)靠背傾角?？勘硟A角指坐面與靠背的夾角。從保持正常自然形態的脊柱、增加舒適感角度看,靠背傾角取115°左右較為合適。3 座椅Pro/E建模實例分析

用Pro/E建立座椅的模型,然后導入ManneQuinPRO10.2中進行人機分析。ManneQuinPRO10.2的主要功能是:能為產品作人性化設計和評估提供3D的人體模型,可以對此人體模型作多種姿勢變換,進行全方位的模擬驗證。在進行分析之前,了解坐姿的人體尺寸是非常重要的。坐姿人體尺寸包括11項,如圖5所示,表1列出了我國成年人的人體坐姿尺寸。

圖5 坐姿人體尺寸 表1 坐姿人體尺寸

下面結合實例對座椅的各靜態參數進行分析: 1)座高。為了滿足大身材駕駛員的需求,應該取P99男性的人體尺寸進行計算研究。前面已經提過,駕駛員操縱腳踏板時,小腿與大腿間的舒適夾角應為110°-120°,以120°為優,如圖6所示。根據圖

5、表2可知AB代表坐深,P99男性的坐深AB為510 mm;BC為小腿加足高加上鞋高修正量30mm,取P99男性的尺寸得出BC=463+30=493mm。根據公式:AC2=AB2+BC2-2AB·BCcos120°,即AC2=5102+4932-2×510×493×cos120°=754 579,求得AC≈869 mm。實例中的輕卡駕駛室中DC為840 mm。根據勾股定理:AD2=AC2-CD2,即AD2=8692-8402=45 361。求得AD≈214mm就是舒適的座椅高度。實例的座椅的高度為200 mm,與214 mm的相差不大。用Pro/E建立如圖7所示的座椅三維模型,然后導入ManneQuin-PRO10。2中,采用P99男性的人體3D模型進行分析,可得知當人坐在高度為214 mm座椅上時,大腿與小腿夾角是120°,所以本例的輕卡座椅的高度是合理的。

2)座寬。根據P99的女性坐姿臀寬400 mm,再加上著裝功能修正量13 mm,座椅的座寬應為413 mm較佳。本例輕卡駕駛座椅的座寬尺寸為510 mm,大于413 mm。建模分析如圖8所示,座椅寬度大于P99的女性坐姿臀寬,因此,該輕卡的坐 寬是較為合理的,能滿足更大部分人群的使用。

3)座深。根據P5的女性人體坐深401 mm,再加上著裝修正量,座深應為415 mm左右。本例輕卡座椅的座深為460 mm,建模分析如圖9,看到小身材尺寸的女性的膝窩處的壓力敏感部位受到座面前緣的壓迫,所以建議縮小座深,改為415 mm左右。

圖6 小腿與大腿夾角

圖7 座椅高度分析驗證

圖8 座寬分析驗證

4)座面傾角。由圖9可知,該輕卡的座面傾角為5°。汽車駕駛座椅座面傾角一般為7°-12°,為了避免駕駛員因顛簸而滑出座椅,建議將座面傾角改為15°左右。

圖9 座深、座面傾角分析驗證

5)靠背高度。本例的座椅是三點支承的全靠背座椅。查詢GB/T14774─93《工作座椅一般人類工效學要求》可知,腰靠距座面的高度取165-210mm,腰靠圓弧半徑取為400-700 mm,推薦值為550 mm。如圖10所示,本例座椅的腰靠高度在170 mm左右,其表面為接近于平面的大圓弧?？勘掣叨葹?48 mm,表面弧度的設計與人體在正常狀態下的脊椎彎曲吻合度較大,因此其設計是較為合理的。

6)靠背傾角。本例的座椅靠背傾角調節范圍是:向后8°,向前7°。如圖10所示,靠背傾角為100°,向前調節后可達到93°,向后調節可達到107°,即本例的座椅靠背傾角范圍是93°-107°。查詢GB/T14774─93《工作座椅一般人類工效學要求》可知,靠背傾角取95°~115°。所以靠背傾角的度數也在合理的參數范圍之內。

圖10 座面傾角、靠背高度分析驗證

參考文獻

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[5] 史慧麗。轎車駕駛座椅的人機工程學研究與設計[D]。濟南:山東大學,2005。

第三篇：人機工程學

2012-2013年第一學期《人機工程學》科目論文

人機工程學論文

一、人機工程學工程是一門尋求人際環境和諧的科學

人機工程學綜合利用工程技術、人體科學、環境科學、心理學的理論、方法和手段，研究人機硬件界面、軟件界面設計、人與環境的界面設計、人的勞動（體力和腦力）規律，以及人機工程學的總體設計?？捎糜诘痪窒抻谝韵骂I域：機電產品的人-機器界面設計、顯示裝置與控制裝置設計；電子產品造型設計、儀器儀表設計、控制臺設計；人的作業績效管理，安全管理；化工與化學領域實驗室、工作場所設施布局設計與運行管理；建筑設計與施工作業管理；以及幫助人們在各種作業與生活中保持健康、安全、舒適和高效的身體姿勢。

二、人機工程學對生活的應用

人機工程學首先是對人體，機器，環境的各個方面進行單項研究，對這幾個大方面了解透徹，再尋求最適合人類生活的設計方式，實現人機環境系統和諧。人機環境系統中的環境因素有作業環境，微氣候，照明環境等。以下所述的就是幾項生活中運用人機工程學的實例。

工作工具中的人機工程學

人們在生活和工作時，離不開座椅，特別是以坐姿進行工作的人，每天都有1/3以上的時間在與座椅打交道，因此座椅設計除了材料運用得當及造型大方美觀以外，更重要的是要符合人機工程學設計原則。根據人類工效學原理，座椅的功能、尺度與人體生理特點密切相關。由于座椅的用途不同,對座椅的功能要求也各異。這些功能要求是人們工作和休息的重要條件。不恰當的功能、尺度會影響人們的工作效率和身體健康。好的座椅可以減輕人的勞動，使人感到心情愉快，而好的座椅得益于正確地使用人機工程學。

我們可以先分析人體靜態測量時的尺寸（圖1），對其作業時坐姿的調整范圍進行估算，再根據實際要求對座椅進行設計。

圖1

圖2 圖3

從人機工程學原理出發考慮，一個性能優良的座椅應當符合的基本要求如下：為人們提供一個舒適的坐姿，符合舒適坐姿的生理特性，減輕人們的肌肉酸痛和疲勞。以上圖2中的座椅符合人機工程學，圖3中的為普通座椅。圖2中符合人機工程學的座椅的結構和尺寸設計使人們的脊柱形態接近于正常自然狀態，可以減少腰椎的負荷以及腰背部肌肉的負荷，座椅的設計符合壓力分布不均勻原則，讓不宜承受重壓的大腿等部微微高于可以承受重壓的坐骨結節處，可以防止人們的疲勞發生。圖3中的普通座椅坐墊為平面的，長時間的坐著會使人感到疼痛，而靠椅不是人們的脊柱形態的正常狀態，會使靠在上面的人感到肌肉酸痛。綜上，符合人機工程學原理的座椅比普通更加舒適。

手工工具中的人機工程學

手工工具例如鉗子、簡單等是人們在日常生活和某些特定的工作中經常要用到的一些工具。它們的主要的作用區域是手腕臂以及上肢部分，如果設計不當，給使用者帶來的累計損傷疾病是十分嚴重的。通過應用人機工程學原理對手工工具的使用方式，使用狀態以及造成累計損傷疾病原因的分析，一方面可以提高工作效率和質量，另一方面可以提高安全性，減少疲勞和壓力，增加工作的滿意度和改善生活的質量。

圖4：符合人機工程學 圖5：普通剪刀

在上圖中左邊的剪刀屬于改進的人機工程學產品，它抬高了大拇指工作時的位置，使得大拇指的掌骨與腕骨之間的關節彎曲，減少了骨與骨之間的運動的摩擦，對保護手指關節是有利的，同時，它的下半部的施力處為一平面，這樣也可以減少施力時手指部位的受力，對食指，中指，無名指也起到了保護作用。右圖所示的剪刀是早期的樣式。這種剪刀的手部作用空間比較打，除了大拇指的其余四只手指受力比較均勻，但是大拇指的受力比較明顯。大拇指的遠節指骨和中節指骨間的關節伸展，長時間地保持這一姿勢對關節處的韌帶不利。其次，受力部位由手指轉移到了手掌內側的部位，長時間作用或是高強度的作用都會對肌肉組織產生影響。

日常用品中的人機工程學

鞋子對于我們每個人都是不可或缺的東西，它的功能很多：作為代步工具，保護雙腳,使其盡量不受運動損傷；可以搭配服飾,使我們更時尚前衛；對工人們來說,可以保護雙腳不與地面摩擦而破損。鞋子的作用很多，但其中最為重要的就是穿在腳上時的舒適度。其次，還應該關注的就是鞋子的耐用程度。

鞋子不合腳會對身體造成如下的傷害：1.鞋子的能量緩沖作用弱；2.鞋子對足部的擠壓與摩擦；3.令足部負重不合理。

因此在設計鞋子的時候應注意的要點：

1、理想的鞋跟高度在2-4厘米之間，最好不要超過6厘米。

2、鞋跟與足底凹陷處的弧度必須合腳，踝骨與腳尖不應該碰觸到鞋子。前腳要有一定擺動的余地、而后跟不能擺動。

3、鞋的重量每增加1克，對足部造成的負擔相當于在人的脊背上增加幾十克的重量。因此，鞋子應盡可能輕巧。

4、由于走的路多了，鞋底的防滑花紋被磨損殆盡，變的滑或是進水。鞋底的花紋不僅要有防滑功能也要同時具備放磨損的作用。

5、鞋底要有適當的厚度

和軟硬度，如果過軟，鞋底不能支撐腳掌，易使人產生疲勞感。其實，鞋的舒適感除了來自合適的軟硬度外，還取決于的鞋底的彎折部位，科學的彎折部位應位于腳前掌的跖趾關節處，這樣才與行走時腳的彎折部位相符

6、腳后跟要有一定的支撐能力，由于人的骨骼、關節、韌帶的影響，平衡及穩定能力的不同，鞋后幫如果太柔軟，腳在鞋中得不到相應的支撐，會使腳左右搖擺，容易引起踝關節及韌帶的損傷，還可能養成不良的走路姿勢。

7、鞋面不能太軟，如果鞋面（尤其是頭部）太軟，會難以抵抗硬物對腳趾的沖撞，加上我們可能會有走路有用腳踢東西玩的習慣，過軟的鞋面既不結實，又不安全，就容易挫傷腳趾。

8、鞋墊應提高承托，加有后跟承托杯的鞋墊可以減低步行時后跟著地時之擺動，從而減低疲勞及減低創傷的機會。

圖6 如圖6所示的鞋子就符合人機工程學原理，考慮到雙腳出汗，鞋子透氣性和鞋子對雙腳的保護作用等多方面因素。同時，鞋底也采用防滑和防磨材料，增強鞋子的耐用性，另外，承托也屬于一個適中的范圍。

三、人機工程學給予我的感悟

目前人機工程學的原理已經應用到很多工具中了，大大的提高了人們工作時的舒適性。人機工程學在各種工具（無論是座椅，手工工具，還是日常用品）的設計中，都有相當的應用，同時也趨于逐漸成熟的方向發展。利用人機工程學原理來進行各種生活工具的設計是社會發展的必然。符合人機工程學原理的人性化設計最實在，同時也是最前沿的潮流與趨勢，是一種人文精神的體現，是人與工

具完美和諧的結合，使人性化的設計真正體現出對人的尊重與關懷。

一個符合人機工程學設計的產品可以讓我們提高工作效率，完善工作環境，提高生活質量。因此，我覺得在未來很長一段時間內，社會在生產各種新產品的時候都會加大應用與人體工程學相關的設計知識來完善自己的產品。

第四篇：人機工程學

1、什么是人體測量學？

2、簡述人體測量百分位數的概念，列舉并解釋設計中最常用的三種百分位數?

3、簡要描繪出人體脊柱側面曲線，列出四個生理彎曲；其中與坐姿舒適性直接相關的是哪部份？

4、你熟悉總體、樣本、均值、標準差、適應域、百分位、百分位數的含義嗎？

5、人體尺寸的應用原則主要掌握什么數據？

6、為何要進行人體測量尺寸的修正？

7、簡述人體測量數據的選用原則。

8、試分析墻上掛畫的最佳高度。

9、試分析劇場前后排座椅的高度差設計，如何取百分位？

10、試分析騎馬姿勢和普通坐姿有何不同。

1.填空題

⑴ 在人機系統中，按人接受信息的感覺通道不同，可將顯示裝置分為＿＿＿、＿＿＿和＿＿＿。

⑵ 儀表顯示裝置按其認讀特征分為＿＿＿和＿＿＿兩大類。⑶ 聽覺傳示裝置大體可以分為兩類，一類是＿＿＿，另一類是＿＿＿。

⑷ 在布置視覺顯示裝置時，顯示信息的表面應＿＿＿；如果條件不允許，顯示器表面也可按＿＿＿的觀察角布置。2．選擇題

⑴儀表刻度盤的大小對儀表的認讀速度和精度有很大影響。一般來說＿＿＿的刻度盤在認讀準確性上沒有本質差別。（A）17.5～70mm（B）35～70mm

（C）17.5～35mm

（D）70～125mm ⑵刻度標記的寬度一般以小刻度標記作為基準，其寬度以占刻度間距的＿＿＿為宜。（A）1/5～1/10

（B）1/2～1/5

（C）1/20～1/40

（D）1/5～1/20 ⑶作為警戒、禁止、停頓或指示不安全情況的信號燈，最好使用＿＿＿；提請注意的信號燈用＿＿＿；表示正常運行的倍號燈用＿＿＿？（A）紅色，黃色，綠色

（B）黃色，紅色，綠色

（C）綠色，紅色，黃色

⑷設計言語傳示裝置時，其言語的清晰度必須在＿＿＿以上才能正確傳示信息？（A）65%（B）75%（C）85%（D）96%3.問答題

⑴ 儀表刻度盤的形狀有哪幾種，其讀數效果有何不同？ ⑴ 儀表的選擇與布置的人機工程原則？ ⑵ 信號燈位置設計人機工程原則？ ⑶ 聽覺傳示裝置的選擇原理？

1、人機系統中（）是將人的信息傳送給機器，用以調整、改變機器狀態的裝置。A.顯示裝置 B.操縱裝置 C.報警裝置 D.符號指示裝置

2、結合設計案例，說明在設計中如何避免或減少人的靜態施力。

3、對手機用戶使用手機時的動作進行分析，也可以選擇使用手機的某個功能來進行分析，比如接聽電話的動作過程等。

4、在控制設計時，用戶使用手套是設計中需要考慮的因素。請分析在設計中如何考慮用戶使用手套的情形。

5、比較顯示設計和控制設計的編碼原則和方法。

6、鼠標的設汁是控制設計中常見的形式。觀察你周圍使用的鼠標，研究用戶在使用鼠標時有什么不舒服或者疼痛，根據研究的結果改進鼠標設計。

7、論述手握式工具設計原則。

8、簡述對于操縱與顯示的相合性設計應該遵循的設計原則。

一、簡答題：

1、人機工程學的英文名稱如何表達？如何解釋？

2、人機工程學的發展經歷了哪些階段？每個階段有什么特點？

3、人機工程學的主要研究內容是什么？

4、人機工程學的主要研究方法有哪些？

二、思考題：

1、“人機關系”的含義，指生活中我們與使用的物品發生的相互關系。由此概念深入探究 “機”的所指：問：請大家說一下以下事例中的人和機都是什么？1)司機手握方向盤2)學生在教室中上課3)農民用鋤頭鋤地4)媽媽在廚房做飯問：概括來講這幾個事例中人機關系的“機”代表什么呢？

2、請學生列舉與他發生人機關系的事物，并拿其中的一個來分析。舉例說明:椅子的使用人機關系：背部、臀部——緩解疲勞；腿、腳——支撐身體；與椅子的各個部發生人機關系。分析結果：人機關系是多方面的，只有產品的每個部分與人的肢體發生的人機關系都合理才是最好的設計！

3、由以下具體案例演示，回答人機關系最終實現什么目標？案例演示：用碗倒水（水灑出來）,顯然這個倒水的工具不好用，如倒熱水就更不安全,幾乎任何一個目標都沒有達到。問：平時如果我們想往這種水瓶中倒水會用什么工具呢？（提示：漏斗、水瓢等）現在沒有這樣快捷的工具可以幫我完成這個任務，同學們是否可以幫我把這個碗改造一下，讓它可以變成更方便倒水的工具呢？組織實物改造比賽：請同學們做一次設計師，10分鐘時間用工具和材料來改造碗。要求：a、畫出設計圖；b、以為人服務、以人為本為設計理念，盡量滿足高效、健康、舒適、安全這四個目標；c、突破漏斗和水瓢的形態，作出更新型的設計。課后請大家想想怎樣改進你剛剛設計的作品才能實現更合理的人機關系，如果想在設計中實現更合理的人機關系還要兼顧哪些問題？ 提示： a、我們設計出的產品適合什么人群使用呢？b、要設計成什么顏色的？c、如果是老人或小孩的話用起來是否方便呢？如果想讓盲人也可以使用的話又要怎么設計呢？

第五篇：人機工程學

1人機工程學范圍內的人體形態測量數據主要有兩類，即人體構造尺寸和功能尺寸的測量數據。2測量的基準面？（1）矢狀面（2）正中矢狀面（3）冠狀面（4）水平面（5）眼耳平面。

3產品尺寸設計分類：⑴Ⅰ型產品尺寸設計。例：汽車駕駛室的座椅、自行車座的位置、腰帶和手表表帶的長短、落地式或臺式麥克風的話筒高度。⑵Ⅱ型產品尺寸設計。又分ⅡA型產品尺寸設計（大尺寸設計）和ⅡB型產品尺寸設計（小尺寸設計）。ⅡA型產品尺寸設計的例子：床的長度和寬度、防護欄桿的高度、熱水瓶把手孔圈大小、禮堂座位的寬度、屏風的高度。ⅡB型產品尺寸設計的例子：防護欄干的間距、電風扇罩子的間距、浴室里上層衣柜的高度、閱覽室上層書架的高度、讀報欄高度的上限、公共汽車上踏步的高度。⑶Ⅲ型產品尺寸設計 例：一般門上的把手、門上鎖孔離地面的高度、大多數文具的尺寸、公共場所休閑椅凳的高度等。

4產品功能尺寸是指為確保實現產品某一功能而在設計時規定的產品尺寸。5視角是確定被看物尺寸范圍的兩端點光線射入眼球的相交角度。

6視距是指人在操作系統中正常的觀察距離；一般操作的視距范圍在38—76cm之間。

7暗適應？當人從亮處進入暗處時，剛開始看不清物體，而需要經過一段適應的時間后，才能看清物體，這種適應過程稱為暗適應；暗適應過程大約需30min左右才能趨于完成。

8聽覺刺激？對于人來說，只有頻率為20~20000Hz的振動，才能產生聲音的感覺。9反應時間又稱為反應潛伏期，它是指刺激和反應的時間間距。10影響運動的主要因素？運動時間、運動類型、運動方向、操作方式。

11刺激？（1）外在物理性刺激，在生活中隨處存在，可以通過人的感覺器官而感受到（2）內在刺激時不依賴于身體外表感覺器官而產生的刺激。

12形象記憶、聽覺記憶與動作記憶。所謂“百聞不如一見”，“看十遍不如做一遍”，這體現了實踐對記憶的重要影響。在安全工作中，單純背誦安全操作規程、安全生產條例的效果遠不如熟練掌握，即依靠動作操練來記憶其內容更為理想。13思維的基本過程？分析、綜合、比較、抽象和概括。

14邏輯思維？抽象的推理性思維。邏輯思維的思維方式導致人的思維的教條化，影響人們創造性的發揮，但邏輯思維又是創造性的基礎，缺乏邏輯常識的人很難得出合乎物理規律性結果；因此，在提倡創造性思維時，千萬不可反對邏輯思維。15人機信息三種方式：視覺顯示、聽覺顯示、觸覺顯示。

16儀表顯示種類？按功能可分為讀數用儀表、檢查用儀表、追蹤用儀表和調節用儀表等；按結構形式可分為指針運動式儀表、指針固定式儀表和數字式儀表等。

17儀表的形式？垂直形、水平形、半圓形、圓形、開窗形。

18人眼的觀察效率？以左上方為最優，其次是右上方、左下方，而以右下方為最差，儀表應按其重要程度和使用頻率的要求分別布置在觀察效率不同的方位上。

19角笛的聲音又吼聲和尖叫聲兩種；長用做高噪聲環境中的報警裝置。

汽笛聲頻率高，聲強也高，適合用于緊急事態的音響報警裝置。

20位置編碼？利用安裝位置的不同來區分操縱器。如將操縱器設在某一位置上表示系統某種功能的類型，并實現標準化，則操縱者可不必注視操作對象，而能很容易地識別操縱器并正確的進行操作。常用與腳踏板編碼。21人體不同坐姿的消耗？仰臥100；坐姿103~105；立姿108~110；跪姿130~140；彎腰150~160.22作業動作的類型？（1）定位動作（2）逐次動作（3）重復動作（4）連續動作（5）調整動作 23作業崗位的分類？按姿勢分為坐姿崗位、立姿崗位和坐、立姿交替崗位。24影響熱環境條件的主要因素？氣溫、氣濕、氣流和熱輻射。25作業場所的光環境有天然采光和人工照明。

26噪聲對機體的其他影響？噪聲在90dB以下，對人的生理作用不明顯。90dB以上的噪聲，對神經系統、心血管系統等有明顯的影響。

27振動對人體的影響？主要取決于振動的強度，而振動強度一般是用加速度有效值來計量的。除了振動強度外，還有兩個十分重要的因素。其一是振動頻率，實驗證明，人對4~8Hz的振動感覺最敏感，頻率高于8Hz，或低于4Hz，敏感性就逐漸減弱。其二，對于同強度、同頻率的振動來說，振動的影響還同振動的暴露時間有關。

28人的失誤內在因素？生理能力：體力、體格尺度、耐受力，有否殘疾、疾病、饑渴；心理能力：反應速度、信息的負荷能力、作業危險性、單調性、信息傳遞率、感覺敏度；個人素質：訓練程度、經驗多少、熟練程度、個性、動機、應變能力、文化水平、技術能力、修正能力、責任心。

29人機系統的評價方法？實驗法、模擬裝置法和實際運行測定法。

問答：1視覺特征？（1）眼睛沿水平方向運動比沿垂直方向運動快而且不易疲勞；一般先看到水平方向的物體，后看到垂 1

直方向的物體（2）視線的變化習慣于從左到右，從上到下河順時針方向運動（3）人眼對水平方向尺寸和比例的估計比對垂直方向尺寸和比例的估計要準確得多，因而水平式儀表的誤讀率比垂直式儀表的誤讀率低（4）當眼睛偏離視中心時，在偏離距離相等的情況下，人眼對左上限的觀察最優，依次為右上限，左下限，而右下限最差（5）兩眼的運動總是協調的、同步的，在正常情況不可能一只眼睛轉動而另一只眼睛不動；在一般操作中，不可能一只眼睛視物，而另一只眼睛不視物（6）人眼對直線輪廓比對曲線輪廓更易于接受（7）顏色對比與人眼變色能力有一定關系。2知覺的基本特征？（1)整體性（2）選擇性（3）理解性（4）恒常性（5）錯覺

3思維的基本特征？（1）思維的間接性（2）思維的概括性（3）思維與語言具有不可分性。

4儀表的標數原則？（1）通常，最小刻度不標數，最大刻度必須標數（2）指針運動式儀表標數的數碼應當垂直，表面運動的儀表數碼應當按圓形排列（3）若儀表表面的空間足夠大，則數碼應標在刻度記號外側，以避免它被指針擋住‘若表面空間有限，應將數碼標在刻度內側，以擴大刻度間距（4）開窗式儀表窗口的大小至少應能顯示被指示數字及其上下兩側的兩個數，以便觀察指示運動的方向和趨勢（5）對于表面運動的小開窗儀表，其數碼應按順時針排列（6）對于圓形儀表，不論表面運動式或指針運動式，均應使數碼按順時針方向依次增大（7）不做多圈使用的圓形儀表，最好在刻度全程的頭和尾之間斷開，其首尾的間距以相當于一個大刻度間距為宜。

5聽覺信息傳示裝置使用目的和使用條件具體內容？（1）為提高聽覺信號傳遞效率，在有噪聲的工作場所，須選用聲頻與噪聲頻率相差較遠的聲音作為聽覺信號，以削弱噪聲對信號的掩蔽作用（2）使用兩個或兩個以上聽覺信號時，信號之間應有明顯的差異；而對某一種信號在所有時間內應代表同樣的信息意義，以提高人的聽覺反應速度（3）應使用間斷或變化信號，避免使用連續穩態信號，以免人耳產生聽覺適應性（4）要求遠傳或繞過障礙物的信號，應選用大功率低頻信號，以提高傳示效果（5）對危險信號，至少應在兩個聲學參數上與其他聲信號或噪聲相區別；而且危險信號的持續時間應與危險存在時間一致。

6手握式工具設計原則？（1）必須有效地實現預定的功能（2）必須與操作者身體成適當比例，使操縱作者發揮最大效率（3）必須按照作業者的力度和作業能力設計，所以要適當地考慮到性別、訓練程度和身體素質上的差異（4）工具要求的作業姿勢不能引起過度疲勞。

8作業面高度的確定應遵循的原則？（1）如果作業面高度可調節，則必須將高度調節至適合操作者身體尺度及個人喜好的位置（2）應使臂部自然下垂，處于合適的放松狀態，小臂一般應接近水平狀態或略下斜；任何場合都不應使小臂上舉過久（3）不應使脊椎過渡屈曲（4）若在同一作業面內完成不同性質的作業，則作業面高度應可調節。

9設計的基本原則？（1）合理的照度平均水平，同一環境中，亮度和照度不應過高或過低，也不要過于一致而產生調感（2）光線的方向和擴散要合理，避免產生干擾陰影，但可保留必要陰影，使物體有立體感（3）不讓光線直接照射眼睛，避免產生眩光，而應讓光源光線照射物體或物體的附近，只讓反射光線進入眼睛，以防止晃眼（4）光源光色要合理，光源光譜要有再現各種顏色的特征（5）讓照明和色相協調，使氣氛令人滿意，這稱為照明環境設計沒的思考（6）創造理想的照明環境不能忽視經濟條件的制約，因而必須考慮成本。

10與材料有關的準則？（1）少用短缺或稀有的原材料多用廢料，余料或回收材料作為原材料，盡量尋找短缺或稀有原材料的代用材料，提高產品的可靠性或使用壽命。（2）盡量減少產品中的材料種類，以利于產品廢棄后的有效回收。（3）盡量采用相容性好的材料，不采用難以回收或無法回收的材料。(4)盡量少用或不用有毒有害的原材料。

設計題：

（一）一般工作場所座椅：1座椅設計要點（1）工作座椅的結構型式應盡可能與坐姿工作的各種操作活動要求相適應，應能使操作者在工作過程中保持身體舒適、穩定并能進行準確得控制和操作（2）工作座椅的座高和腰靠高必須是可調節的（3）工作座椅可調節部分的結構構造，必須易于調節，必須保證在椅子使用過程中不會改變已調節好的位置并不得松動（4）工作座椅各零部件的外露部分不得有易傷人的尖角銳邊，各部結構不得存在可能造成擠壓、剪鉗傷人的部位（5）無論操作者坐在座椅前部、中不還是往后靠，工作座椅坐面和腰靠結構均應使其感到安全、舒適（6）工作座椅腰靠結構應具有一定的彈性和足夠的剛性（7）工作座椅一般不設扶手（8）工作座椅的結構材料和裝飾材料應耐用、阻燃、無毒。2工作座椅必須具有的主要構件：坐面、腰靠、支架。3座椅主要參數：座高360~480mm；座寬370~420mm，推薦值400mm；座深360~390mm，推薦值380mm；腰靠長320~340mm，推薦值330mm；腰靠寬200~300mm，推薦值250mm；腰靠厚35~50mm，推薦值40mm；腰靠高165~210mm；腰靠圓弧半徑400~700mm，推薦值550mm；傾覆半徑195mm；坐面傾角0°~5°，推薦值3°~4°；腰靠傾角95°~115°，推薦值110°。

（二）辦公室座椅設計基本尺寸：坐面高370~400mm，坐面傾角2°~5°，上身支撐角約110°；工作時以靠背為中心，與一般作業場所座椅最顯著的不同之處是，靠背點以上的靠背彎曲圓弧在人體后傾稍時休息時，能起支撐的作用。該類型的椅子也可以作為會議室用椅。

（三）座椅設計新觀念 1動態座椅2前傾式座椅3膝靠式座椅。