翻页电子书制作,电子书制作,电子杂志制作

欢迎来到云展网,国内唯一的3D翻页电子书免费发布、阅读平台。上传PDF即可转换为翻页电子书!

汽车人机工程学—翻页版预览

阅读,搜索本杂志文字内容 点击阅读
阅读云展网其他3D杂志 点击阅读
3796 上传于 2017-11-01 14:42:48

汽车人机工程学

!"世纪全国高等院校汽车类创新型应用人才培养规划教材

汽车人机工程学

任金东主编

内容简介

人机工程学是汽车设计!尤其是概念设计"中需要考虑的重要内容#对于确定汽车设计初期的关键硬
点和尺寸#保证汽车良好的使用性能和乘员舒适性具有重要的意义$

本书对相关的人机工程学基础知识进行了简单介绍#并全面阐述了汽车设计中人机工程学方面的设
计和分析原理与方法$全书共分#章#涵盖了以下方面的内容%绪论&人体基本特性&人机界面'作业
空间和人机系统设计&作业环境设计&汽车人机工程设计辅助工具&汽车人机工程设计和汽车人机工程
虚拟仿真$

本书可作为高等院校车辆工程'车身工程专业本科生教材#也可供相关专业的教师'科技和工程人
员参考$

图书在版编目!"#数据

汽车人机工程学(任金东主编$)北京%北京大学出版社#!%"%&'
!!"世纪全国高等院校汽车类创新型应用人才培养规划教材"
()*+,#' # -%" "#./! %
& 汽*& 任*& 汽车工程)人 机系统)高等学校)教材& 01/"
中国版本图书馆 2(3数据核字!!%"%"第"11.%.号

书 名汽车人机工程学

著作责任者任金东主编

责 任 编 辑童君鑫

标 准 书 号()*+,#' # -%" "#./! %(45+%!%.

出 版 者北京大学出版社

地 址北京市海淀区成府路!%.号"%%'#"

网 址6778%((999&8:8&;<6778%((999&8:8/&;=>

电 话邮购部/!#.!%".发行部/!#.%/#!编辑部/!#.%//#出版部/!#.1,/!

电 子 邮 箱8:8,/"/-&;=>

印 刷 者

发 行 者北京大学出版社

经 销 者新华书店

#'#毫米?"%,!毫米"/开本"#印张彩插"插页"-,-千字

!%"%年'月第"版!%"%年'月第"次印刷

定 价-.&%%元

未经许可不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容
版权所有侵权必究举报电话$%$ &'()'$'*

电子邮箱+,-.-/-0./1,./23

前言

-汽车人机工程学.是 车 辆 !尤 其 是 车 身 "工 程 专 业 的 重 要 专 业 基 础 课 程 之 一$ 目 前#
本门课程多从面向目标用户的使用要求出发#以高效'舒适'健康'安全为目标#以人机
工程学基础理论和汽车设计学基本原理为依据#讲述和研究汽车产品开发过程中需要考虑
的人'机'环境之间的关系和优化匹配问题$

根据汽车人机工程学相关课程的教学要求#本书内容的组织以汽车设计为核心#注重
基本概念'原理和方法的讲述#强调内容的科学性'系统性和实用性$全书共分#章#涵
盖了以下几方面内容%

!""人机工 程 学 科 概 况% 包 括 学 科 定 义' 研 究 范 畴' 研 究 手 段' 发 展 历 程 和 展 望 等
内容$

!!"人体基本特性%包括人体测量学特性#人体在作业中的特点#人的视觉'听觉和
触觉的感知特性#人体作业能力和对振动的反应#人的心理特点和可靠性等$

!-"一般人)机)环境设计问题%包括典型的显示装置和操纵装置设计#作业空间和
人机系统设计与分析#作业环境的微气候'空气质量'照明和色彩设计等$

!1"汽车人机工程设计%包括 5 点装置'驾驶员眼椭圆'头廓包络'驾驶员手伸及界
面等基于统计学的设计工具#汽车产品开发过程#汽车人机工程方案设计#汽车人机工程
分析和汽车座椅设计等$

!."汽车人 机 工 程 虚 拟 仿 真% 结 合 汽 车 人 机 工 程 典 型 分 析 内 容 讲 述 主 流 2@A
3BC 一体化软件 2@4(@ 中人机工程学模块的应用方法$结合专业应用#用适当的篇
幅讲述主流人机工程专业软件的应用#也是本书区别于许多人机工程专业书籍的特色
之一$

本书中坐标系的约定如下%如未特意指出#一般均相对于汽车坐标系#即汽车行驶方
向为 轴负方向#驾驶员右侧为 轴正方向#轴正方向指向正上方#坐标系原点的选取
与车身制图标准一致$

本书主要面向高等院校车辆工程'车身工程专业本科生#也可供相关专业的教师'科
技和工程人员'研究生作为参考$全书图文并茂#给出了!-%多幅精美插图及很多数据图
表$为方便教学#每章后面给出了一些思考题#以便于学生掌握学习重点和加深理解书中
的内容$本书配有教学课件#向授课教师免费提供$

近"%多年来#从 2DE#)DE#借鉴国外产品发展到有自己的品牌'走自主开发的道
路#我国汽车工业已经发生了本质上的变化$但是#还应该看到#我们的产品在一些关键
地方还与国外强手存在差距$随着我国汽车工业的快速发展和社会文明程度的提高#无论
是汽车用户还是汽车制造商#都对汽车使用性能提出了更高的要求$作为汽车开发过程中
需要考虑的重要因素#科学的人机工程学设计不仅是汽车良好使用性能和安全的重要保
证#也是制造商产品研发中关注人性化的体现$因此#必须努力学习国内外长期积累的设
计经验和方法#并应用于产品开发的实践当中#加快人才培养#鼓励创新精神#才能缩短

与先进国家的差距
由于编者水平和精力有限书中难免会存在一些缺点和不足敬请各位读者批评指

教编者联系方式FG<HI<J=<K"/-&;=>
编者

!%"%年/月

目录

第%章绪论 *********** " !&1&!人的视觉特性 ***** 1#
!&1&-人的听觉特性 ***** .!
"&"人机工程学科的命名和定义 *** ! !&1&1人的皮肤感觉特性 *** .1
"&"&"学科命名 ******* ! !&.人的功能和心理特性 ***** ..
"&"&!学科定义 ******* - !&.&"人的作业能力与疲劳 ** ..
"&!人机工程学科的研究范畴**** - !&.&!人体对振动的反应 *** /%
"&!&"人机工程学的学科支柱 ** - !&.&-人的心理特点 ***** /1
"&!&!微观和宏观人机工程学 ** 1 !&.&1人的可靠性 ***** /#
"&-人机工程学科发展展望 **** "" 本章小结 *********** /'
"&1人机工程学的研究手段 **** "! 思考题 ************ /'
"&1&"人机工程学的研究方法 * "!
"&1&!人机工程学的研究工具 * "! 第4章人机界面作业空间和人机
本章小结 *********** "- 系统设计 ********* /,
思考题 ************ "1
-&"显示装置设计 ******* #%
第'章人体基本特性 ******* ". -&"&"显示装置的类型和选择 * #%
-&"&!显示装置的设计原理 ** #"
!&"人体尺寸 ********* "# -&!操纵装置设计 ******* #!
!&"&"人体静态尺寸及其测量 * "# -&!&"操纵装置的类型和特点 * #-
!&"&!人体测量数据的统计 -&!&!操纵装置的设计原则 ** #-
-&!&-操纵装置的设计原理 ** #1
特性 ******** "' -&-作业空间和人机系统设计 *** #,
-&-&"作业空间和人机系统
!&"&-我国成年人人体静态
尺寸 ******** !% 概述 ******** #,

!&"&1其他国家人体静态尺寸 * !- -&-&!作业空间和人机系统的
!&"&.人体静态尺寸的差异 ** !. 设计原则 ****** '%
!&"&/人体静态尺寸的相关性 * !/
!&"&#人体动态尺寸 ***** !' -&-&-作业空间和人机系统
!&!人体生物力学特点 ****** --
!&!&"人体运动系统 ***** -- 设计的人体数据运用
!&!&!肢体质量'惯量和质心 * -#
!&!&-人体的出力 ***** 1% 准则 ******** '"
!&-人体作业特点 ******* 1! -&-&1典型的作业空间设计 ** '/
!&-&"作业姿势 ****** 1! -&-&.人机系统设计 ***** ,%
!&-&!操作灵活性 ***** 11 本章小结 *********** ,'
!&1人的感知特性 ******* 1. 思考题 ************ ,'
!&1&"人对信息的感受和处理 * 1.
第*章作业环境设计 ******* ,,

1&"室内微气候设计 ****** "%%

1&"&"室内微气候及其影响 .&1头廓包络 ********* "#%
因素 ******** "%% .&1&"概述 ******** "#%
.&1&!@ 类车头廓包络 *** "#"
1&"&!人体对微气候的反应和 .&1&-*类车头廓包络 *** "#1
热舒适 ******* "%! .&1&1头廓包络的应用 *** "#1
.&.驾驶员手伸及界面 ***** "#.
1&"&-室内微气候设计原理 ** "". .&.&"相关概念 ****** "#.
1&!空气质量的改善 ****** "!/ .&.&!驾驶员手伸及界面的
1&!&"空气污染及其危害 ** "!/
1&!&!空气污染防治 **** "-% 测量 ******** "#/
1&-环境照明 ********* "-!
1&-&"照明的度量 ***** "-! .&.&-驾驶员手伸及界面的
1&-&!照明对作业的影响 ** "-1 描述 ******** "##
1&-&-照明设计 ****** "-1
1&1色彩设计 ********* "-# .&.&1驾驶员手伸及界面的
1&1&"色彩的基本概念 *** "-# 定位 ******** "#'
1&1&!色彩对人的影响 *** "-'
1&1&-作业环境色彩设计 ** "-, .&.&.驾驶员手伸及界面的
本章小结 *********** "1% 应用 ******** "#'
思考题 ************ "1%
.&.&/驾驶员手伸及界面与
第)章汽车人机工程设计辅助工具 * "1"
个体伸及能力界面的
.&"5 点装置 ********* "1!
.&"&"53C 型 5 点测量 区别 ******** "#'
.&/驾驶员膝部包络线 ***** "#,
装置的构造 ***** "1! .&/&"驾驶员膝部包络线的
.&"&!5 点设计工具 **** "1/
.&"&-5 点装置上的基准点** "1' 生成 ******** "#,
.&"&15点装置的功能和应用 * "."
.&!驾驶员 5 点位置曲线 **** ".# .&/&!驾驶员膝部包络线的
.&!&"@ 类车)@L5 点位置 定位 ******** "#,

曲线 ******** ".# .&#驾驶员胃部包络线 ***** "'"
.&#&"驾驶员胃部包络线的
.&!&!*类车)@L5 点位置
曲线 ******** ".' 生成 ******** "'"

.&!&-踏板平面角 ***** ".' .&#&!驾驶员胃部包络线的
.&-眼椭圆 ********** "/% 定位 ******** "'"
.&-&"眼椭圆的定义和由来 ** "/%
.&-&!@ 类车'行程可调节座椅 .&'数字人体模型 ******* "'!
.&'&"数字人体模型的基本
眼椭圆 ******* "/"
原理 ******** "'!
.&-&-@ 类车'固定座椅
眼椭圆 ******* "/. .&'&!数字人体模型的功能和
应用 ******** "'#
.&-&1*类车眼椭圆 **** "//
.&-&.眼椭圆的理论解释 ** "/' 本章小结 *********** ",!
.&-&/眼椭圆的应用 **** "/, 思考题 ************ ",!

第&章汽车人机工程设计 **** ",-

/&"汽车产品开发过程概述 **** ",1
/&"&"汽车分类 ****** ",1
/&"&!汽车产品开发的一般

过程 ******** ",.

/&!汽车概念设计 ******* ",/ 第(章汽车人机工程虚拟仿真 *** !1,
/&!&"汽车概念设计概述 ** ",/
/&!&!汽车总体布置 **** ",# #&"2@4(@ 人机工程模块简介 ** !.%
/&!&-硬点和硬点尺寸 *** !%% #&!人体模型的建立 ****** !."
/&-汽车人机工程设计与分析 *** !%1 #&!&"建立目标群体人体

/&-&"乘员空间布置和人机 数据 ******** !."
界面设计 ****** !%.
#&!&!建立用于分析的人体
/&-&!驾驶员人机工程学性能 模型 ******** !.!
优化 ******** !!1
#&!&-设置人体模型的属性 ** !.-
/&-&-汽车人机工程学性能的 #&-典型汽车人机工程虚拟仿真 ** !.1
主观评价 ****** !-/ #&-&"人体模型的定位 *** !.1
#&-&!姿势评估 ****** !.'
/&1汽车座椅设计 ******* !-' #&-&-其他分析 ****** !/%
/&1&"汽车座椅概述 **** !-' 本章小结 *********** !/%
思考题 ************ !/%
/&1&!汽车座椅设计的参数
设计 ******** !1" 参考文献 ************ !/"

本章小结 *********** !1#
思考题 ************ !1'

绪!!论

通过本章的学习要求掌握人机工程学科的定义明确本学科的学科构成和研究范
畴了解本学科的发展状况和趋势

知识要点 能力要求 相关知识
!各国家对本学科的命名
!人机工程学科的 !了解人机工程学科的定义和特点
定义

!人机工程学科的 !了解 人 机 工 程 学 科 的 学 科 支 柱 学 !微观人机工程学科的分支研究内
学科状况 科构成和研究范畴 容和应用

!人机工程学科的发展简史和发展
趋势

!人机工程学科的 !了解人 机 工 程 学 科 的 研 究 方 法 和 研 !人机工程学科的研究方法描述性
研究手段 究工具 研究实验性研究

!人机工程学科的研究工具硬件工
具软件工具量表工具综合工具

!!提到微软公司人们首先想到的就是 !"#$%&'操作系统和 ())"*+办公软件其实
微软在计算机硬件产品的人机工程学研究与应用方面做得也很出色微软设计的人机
工程学键盘和鼠标居行业首位荣获了,--多项专利和行业奖项微软之所以重视计
算机硬件的人机工程学性能是因为它们是日常办公使用最为频繁的产品关系到办
公效率和人的健康并对公司的效益具有重要的影响

人机工程学是与人们的生产工作学习和日常生活关系最为密切的科学之一
人们在工作和生活中会与各种产品和工作场所打交道如果它们的设计没有充分考虑
人的因素就会给人带来不便与人们日常生活密切相关的计算机家电手机汽
车家具住房服装日用品作业工具生产车间等无处没有人机工程学的影
子无论是产品设计作业场所改善还是组织管理和工作过程设计其设计过程通
常都是与最终用户分开的这使得充分考虑用户特点和需求以用户为中心进行人机
工程学设计变得尤为重要很多大公司的产品设计部门都有专门负责人机工程学的设
计师使他们的产品不仅具有良好的使用功能更具有方便舒适安全的使用特点
可以说人机工程学是各行各业都必须考虑的最重要因素之一许多公司早已经将符
合人机工程学的规章制度和管理理念纳入公司的管理体系之中一些工业先进的国家
已经把人机工程学方面的性能指标作为国家标准予以制定更有许多公司都将其产品
符合人机工程学要求作为一个促销的卖点

我国在人机工程学方面的研究与应用对比国外还存在差距随着人才的培养以及
相关研究与应用的深入和普及人机工程学在我国各行各业受到越来越多的重视在
各界人士的共同努力下相信在不久的将来人机工程学科必将像数学等基础学科一
样普及像汽车行业一样蓬勃发展在经济建设和社会发展中发挥着不可替代的重要
作用

!"!! 人 机 工 程 学 科 的 命 名 和 定 义

!"!"!!学科命名

人机工程学是一门建立在很多基础学科之上的综合交叉学科由于其研究内容和应用
范围非常广泛相关的领域专家学者都曾试图从不同角度为它命名

在美国人类因素工程学./01#21*3%4'5#6"#++4"#6人类工程学./01#5#6"7
#++4"#6工程心理学5#6"#++4"#68'9*:%;%69都是人机工程学的研究范畴

在欧洲人机工程学被称为 546%#%0"*' 546%#%0"*'一词最早由波兰学者<1'347
=+>%&'?"于@ABC年在 !"#$%&"'()'($*#%+刊物中提出但当时没有引起人们的关注
@DED年英国学者 FG2G.GH/44+;;根据两个希腊词根 +46%#和 #%0%'重新 发
明了这个词作为人机工程学科的名称 +46%#的意思是 出力工作 #%0%'
的意思是 正常化规律546%#%0"*'的含义就是 人出力正常化或 人的工作规

!!

律'!&546%#%0"*''一词由于较全面地反映了本学科的本质"又来自希腊文"为便于各国
语言翻译上的统一且使词义保持中性"因此目前较多国家采用该词为本学科命名!例如*
在日本"该名字被称为人间工学!这一名称已经被国际标准化组织$I#3+4#13"%#1;J31#$14$
(461#"=13"%#"IJ(%采纳!

在我国"人机工程学又有人体工程学#人类工效学#人+机+环境系统工程等称谓!
本书采用 &人机工程学'作为学科名称!

!"!"#!学科定义

美国著名人机工程学家 !G5G!%%$'%#认为* &人机工程学研究的是人与机器相互
关系的合理方案"亦即对人的知觉显示#操纵控制#人机系统的设计及其布置和作业系
统的组合等进行有效 的 研 究" 目 的 在 于 获 得 最 高 的 效 率 和 作 业 时 感 到 安 全 和 舒 适'!
5G<GH*K%40"*?和 HGJGJ1#$+4'在 (,$-"'."/#0%*1'2'31'&&%1'3"'(4&*13')一书中
的定义为*&为人的使用而设计'和 &工作和生活条件的最优化'!

苏联学者将人机工程学定义为* &研究人在生产过程中的可能性#劳动活动方式#劳
动的组织安排"从而提高人的工作效率"同时创造舒适和安全的劳动环境"保障劳动人民
的健康"使人从生理上和心理上得到全面发展的一门学科'!

我国学者封根泉在其 (人体工程学)一书中将人机工程学定义为* &为了解决机器系
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'!

国际人机工程学会$I#3+4#13"%#1;546%#%0"*'L''%*"13"%#"I5L%的定义为*人机工程
学是研究人在工作环境中的解剖学#生理学和心理学等方面的因素"研究系统中各组成部
分的相互作用"研究在工作#生活和休假时如何统一考虑工作效率#健康#安全和舒适等
问题的学科!

从汽车设计角度出发"本学科的作用在于通过对人在汽车使用中的生理#心理以及
人+车+环境相互作用等方面的研究"指导汽车及其部件设计"使汽车更好地满足使用
要求!

!"#! 人 机 工 程 学 科 的 研 究 范 畴

!"#"!!人机工程学的学科支柱

由于人机工程学是一门应用人体生理和心理方面的能力特性来设计和改善工作系统
$包括人员#作业#工具#设备#作业场所#作业管理和作业环境%"使得人员能在安全#
卫生和舒适的情况下发挥最大工作效率"提高工作和生活质量的科学"因此"本学科不仅
包含了自然科学和工程领域的人+机+环境系统科学问题"还研究了经济和社会领域的组
织#管理#经济#效率等问题!它是一门建立在人类科学#工程科学和社会科学之上的综
合性交叉学科"如图@G@所示!

@G 人类科学./01#J*"+#*+

人类科学是人机工程学的基础"其范畴涵盖了医学$H+$"*"#+%#人体测量学$L#3:4%7

!"

Ergonomics/HumanFactorsEngineering

(Medicine) (Physics) (Ecology)
(Psychology) (Mechanics) (Economics)
(Sociology) (Management)
(Pedagogics) (MaterialScience)
(Cybernation)

图!"!!人机工程学的三大学科支柱

M%0+349%#生理学$8:9'"%;%69%#生物力学$N"%0+*:1#"*'%#心理学$8'9*:%;%69"包括认
知心理学 K%6#"3"O+等%#社会学$J%*"%;%69"如组织构造学 P+*3%;%69#管理学 H1#16+7
0+#3#运筹学 (M+413"%#1;Q+'+14*:等%#教育学$8+$16%6"*'%等!

,G 工程科学5#6"#++4"#6J*"+#*+

人机工程学的建立和发展与工程科学是密不可分的*一方面"工程科学是人机工程学
赖以生存和发展的基础"人机工程学中的各种研究必须借助工程科学来实现"另一方面"
工业是人机工程学的最主要应用领域之一"工程科学搭起了人机工程学在工业设计领域应
用的桥梁!这里的工程科学泛指与设计和应用有关的学科$机械设计#测量和控制等%以及
一些基础学科"例如*物理学$8:9'"*'%#力学$H+*:1#"*'%#数学$H13:+013"*'%#统计学
$J313"'3"*'%等!

RG 社会科学5*%#%0"*1#$J%*"1;J*"+#*+

人机工程学作为一门综合科学"不仅研究产品或人机系统如何保证操作者高效#舒
适#健康#方便地操作或工作"还研究组织#管理#生产#工作组设计及工作流的系统结
构和组织等"例如*研究生产车间的组织和管理"以保证高效地生产,研究企业人力资源
的组织和管理"以使得企业人力结构#组织架构和管理机制最优!经济和社会科学又包括
生态 学 $5*%;%69%#环 境 科 学#系 统 科 学#经 济 学 $5*%#%0"*'%# 产 业 规 律 $I#$/'34"1;
S1&%#管理学$H1#16+0+#3%等!

!"#"#!微观和宏观人机工程学

人机工程学研究的内容和领域"从大的分类和研究领域性质上可以分为微观人机工程
学$H"*4% 546%#%0"*'%和宏观人机工程学$H1*4% 546%#%0"*'%!

@G 微观人机工程学

微观人机工程学主要研究工具和工作区设计规则!在不断发展的过程中"它又形成了
传统人机工程学和系统人机工程学两个分支!

@%微观人机工程学的分支
$@%传统人机工程学!传统人机工程学就是传统意义上的人机工程学$546%#%0"*'%"
其研究目的是通过对工作任务#工作环境和人机交互进行分析"提高整个工作系统性能"
降低人的工作负荷$J34+''%!&负荷+紧张'概念是一种评估工作系统的传统方法!其基本
思想是*工作系统内的每个人都处于相同的作业环境下"它们构成了作业者的工作负荷,
但不同的人 由 于 生 理 和 心 理 特 征 不 同" 对 工 作 负 荷 所 表 现 出 来 的 反 应 不 同" 用 紧 张 度

!#

$J341"#%标志!
传统人机工程学还有一个研究领域"即研究人机系统$H1# H1*:"#+J9'3+0"HHJ%

的各个特性!例如*通过分析和优化 HHJ内的显示装置和操纵装置布局"优化作业者的
位置#视野等"以获得最佳系统工作效能!

$,%系统人机工程学!系统人机工程学通过系统分析"将人机系统的组成元素及其相
互作用定义出来,研究复杂人机系统中人的基本特点"研究人机交互的信息传递特性!其
目的是研究在人机系统框架下如何设计人机界面"以获得良好的人机交互性能!因此"系
统人机工程学研究的是如何优化人机交互性能"减少工作失误以及提高人机系统可靠性!

,%微观人机工程学的研究内容
$@%人体因素的研究!人的生理#心理特性和能力限度是人+机+环境系统设计的基
础!从工程设计的角度出发"人机工程学研究与人体有关的主要问题"包括人体形态参
数#人的感知特性#人的行为特性与可靠性#人在劳动过程中的生理心理特征等"从而为
与人体有关的机电设备#工具#用品#用具#设施#作业以及人+机+环境系统设计提供
有关人的数据资料和要求!
$,%人机系统的 总 体 设 计 研 究! 人 机 系 统 总 体 效 能 的 高 低 首 先 取 决 于 总 体 设 计 的 优
劣"所以要在整体上使机与人相适应!应根据人和机各自的特点合理分配人机功能"使其
在人机系统中发挥各自的特长"并互相取长补短#有机配合"保证系统的功能达到最优!
$R%工作场所和信息传递装置设计研究!工作场所包括工作空间#座位#工作台或操
纵台等!工作场所设计得是否合理将对人的工作效率和健康产生直接的影响!只有使作业
场所适合人的特点"才能保证人以无害于健康的姿势从事劳动"这样才能既高效地完成工
作"又感到舒适或不致过早产生疲劳!
人与机#环境之间的信息交流是通过人机界面上的显示器和操纵器完成的!为了使人
机之间的信息交流迅速#准确且不易使人感到疲劳"要研究显示器"使其和人的感觉器官
的特性相 匹 配, 研 究 操 纵 器" 使 其 和 人 的 效 应 器 官 相 匹 配" 以 及 它 们 之 间 的 相 互 配 合
问题!
$E%作业改善的研究!人机工程学研究人从事不同作业时的生理#心理变化"并据此
确定作业的合理负荷和能量消耗"制定合理的休息制度"采取正确的操作方法"以减轻疲
劳#保障健康#提高作业效率!
人机工程学还研究作业分析和动作经济原则"寻求经济#省力#有效的标准工作方法
和作业时间"以消除无效劳动"合理利用人力资源和设备"提高工作效率!
$B%环境控制与安全保护!人机工程学所研究的工作效率不仅是指使从事的工作在短
期内能有效地完成"而且是指在长期内不存在对人体健康有害的影响"并使事故危险降低
到最低限度!人机工程学通过研究温度#湿度#照明#色彩#振动#噪声#空气污染#加
速#失重#辐射等一般工作与生活环境条件对人作业活动和健康的影响"以及研究控制和
改善不良环境的措施"来保护操作者免遭因作业而引起的病痛#疾患#伤害!随着科学技
术的进步"计算机终端$T"43/1;U"'M;19P+40"#1;"TUP%显示中的人体因素"计算机设计
与使用的人机工程学问题"工作成效的测量与评定"人在异常工作环境条件下的生理效应
以及与机器人设计相关的智能模拟等也已经成为人机工程学研究的重要内容!
R%微观人机工程学的应用
微观人机工程学通常因其应用领域的不同而具有不同的研究内容"因此又区分为两个

!$

主要应用领域"即产品设计和生产!
产品设计中的人机工程学研究如何使产品满足使用者的需要"通常还要考虑人的变化

$例如*人体尺寸#人的认知特点%!此领域研究的特点是通常产品使用者的情况不太清楚!
生产中的人机工程学主要致力于使生产中的工作环境和作业适合人的操作要求"降低

工作者的劳动强度"提高操作效率!与产品设计中的人机工程学相比"生产中的人机工程
学研究中"人$操作者%的特性是已知的!

微观人机工程学主要应用于以下几个领域*
$@%产品与环境设计*如航空航天系统$主要是飞行器驾驶舱#乘客舱#航天员工作
环境等%设计#办公场所设计$计算机显示终端#办公座椅#工作区#软件人机工程问题%#
机器设备设计#汽车设计#家电设计#身心障碍者辅助设备设计#医疗设备设计#国防武
器系统设计等!
$,%生产#维修和维护等作业设计*如化学工厂#核电站等人的可靠性占重要因素的
场合的维修作业设计"航天器#潜艇#汽车等维修作业设计"生产车间工人作业设计等"
以提高作业安全性和工作效率"并保证人员健康!
$R%工业与公共安全*如劳动和公共安全防护"以及一些极端工作环境$冷#热#工
作区狭窄#超压#失重#超加速度#破坏性场合等%下的人机问题!

,G 宏观人机工程学

宏观人机工程学科是从系统科学和组织心理学演化而来的"主要研究工作系统的结构
和组织#工作分工#管理策略等问题"以及其与微观人机工程系统之间的关系和影响"以
提升人们工作与生活的质量!研究内容大致分为组织结构研究和工作过程组织两大类!在
研究过程中"工作任务#工作内容和工作时间是主要的考虑因素!从系统结构上看"它考
虑相互关联的E个子系统*人员$8+4'%##+;%#技术#组织结构和外部环境!宏观人机工程
学通过对人员+组织+环境+机器界面的研究"为组织设计和优化人员+系统功能提供必
要的理论和方法!研究的目标是使工作系统从微观和宏观上都达到和谐"以提高生产率和
工作满意度"增进人员的绩效$如提高工作的速率#安全性和正确性%"减少能力的浪费与
疲劳"保证人员健康#安全"减少不必要的训练和降低训练成本"减少对特殊技巧和能力
的依赖"促进人力资源的合理使用"减少人为错误所引发的事故"降低时间和设备的损
失"激发员工的责任和义务意识!从研究特点上看"宏观人机工程学属于自顶向下$P%M
U%&#%结构的社会技术系统方法"用于组织#工作系统#工作$或者作业"英文为<%>%的
设计!例如*在作业场所设计中"它并不是孤立地研究单个操作者作业空间"而是研究不
同操作者作业空间的相互作用"以合理地组织工作流#分配工作时间!

人机工程学发展简史

英国是世界上开展人机工程学研究最早的国家但本学科的奠基性工作实际上是由
美国完成的所以人机工程学有 起源于欧洲形成于美国之说从总体上看人
机工程学的发展过程大致可划分为E个阶段即原始人机工程学阶段经验人机工程学
阶段科学人机工程学阶段和现代人机工程学阶段

!%

!!@G 原始人机工程学阶段
从原始社会开始!人类在谋求生存#发展的过程中!开始制造各种各样的简单器

具"人类利用这些器具进行狩猎#耕种!从而有了人与器具的关系)))原始人机关系"
虽然没有系统的人机工程学研究方法!但当时人们所创造的各种器具从形状的发展变化
来看是符合人机工程学原理的"

原始人狩猎用的棍棒#石块或标枪!其尺寸#重量总是与人的体能大体适应"青铜
器时代以后!人类新制造的工具大大向前发展了"在大约,E--多年前的战国初期!我
国就出现了第一部科技汇编著作 *考工记+"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#精彩的论述"例如! *考工记+指出各种兵器握柄
的形状!应随其用途的不同而不同"用来刺杀的兵器!如长矛!其握柄截面应该是圆形
的!这样在刺杀中握柄就不会向某一方向挠曲,而用来劈杀的兵器!如大刀!使用时有
一定的方向性!握柄的截面应做成椭圆形!在使用中才不易转动!且不必看便能感知刀
刃的方向"

,G 经验人机工程学阶段
随着人类社会的发展!人类创造和使用的工具不断得到改进!由简单到复杂逐步完
善"这个时期的人机关系及其发展只是建立在人类不断积累的经验和自发的基础上!称
为经验的人机工程学阶段"经验的人机工程学阶段一直延续到第一次产业革命时期"在
我国的古典家具中!如太师椅!可以很明显地看到人机理念的影子"
RG 科学人机工程学阶段
第一次产业革命%@CB-)@AD-年&以蒸汽机的广泛使用为主要标志!以机器为主体
的工厂取代了以手工劳动为主体的手工工厂,生产技术发生了根本的变革!从手工劳动
时代进入机械化生产时代!从畜力时代进入蒸汽机时代"以法国<1*V/14$在纺织机械上
使用穿孔卡片进行程序控制和英国 !133设计蒸汽机的调速器为代表!开始实现自动调
节和控制"这时!人们所从事的劳动在复杂程度和负荷量上都有了很大的变化,改进工
具以改善劳动条件#提高劳动效率已成为一个迫切问题"
@AAE年!德国学者 LGH%''%进行了著名的肌肉疲劳试验"他通过测量流经人体的
微电流的变化!对人体劳动疲劳进行了研究!该项研究可以说是科学人机工程学的开
端!并为后来形成的 '劳动科学(学科奠定了基础"
人们开始对经验人机工程学所提出的问题进行科学研究!人机工程学由经验逐步上
升为科学"第二次产业革命%@AC-)@DEB年&以内燃机和电动机的广泛使用为主要标志!
生产技术从机械化时代进入了电气化时代"@D世纪末,-世纪初的第二次产业革命使得
工业企业的生产规模不断扩大!生产效率进一步提高"为获得更高的生产效率!人们开
始注意到如何有效地利用人的生理和心理资源的问题"
@ADA年!美国学者 24+$+4"*? !GP19;%4进入美国的伯利恒钢铁公司后!从人机工
程学的角度出发!对铁锹的使用效率进行了研究!找出了铁锹的最佳设计和搬运煤屑#
铁屑#沙子和铁矿石等松散粒状材料时每一铲的最佳重量!这就是著名的 '铁锹作业实
验("同时!他还进行了操作方法的研究!在传统管理方法的基础上首创了新的管理方
法和理论!考虑了人使用的机器#工具#材料及作业环境的标准化问题!制定了一套能
提高工作效率的操作方法"P19;%4的 '科学管理(活动使得社会上对于科学管理的兴趣

!&

高涨"P19;%4关于操作方法的研究成果在美国和西欧一些国家得到推行!并成为大大提
高劳动生产率的 '泰勒制("P19;%4被后人认为是科学管理的创始人!他的研究为科学
人机工程学的建立奠定了基础"

@D@@年!241#?NGW";4+3:夫妇首次采用高速摄影方法对美国建筑公司工人砌砖作业进
行了试验!他们用高速摄影机将工人砌砖动作拍摄下来!对动作过程进行分析研究!去掉
无效动作!以提高有效动作的效率!使工人的砌砖速度由每小时@,-块提高到RB-块"

24+$+4"*? !GP19;%4和 241#?NGW";4+3:夫妇的这些研究影响很大!后来成为人机
工程学的重要分支 '时间与动作研究(%P"0+1#$H%3"%#J3/$9&的主要内容"他们的突
出贡献是在理论上提出了 '动素(的概念!动素是组成各种动作的最小单元"他们归纳
出@A个动素$寻找#选择#抓取#移动#定位#装配#使用#拆卸#检验等!用来记
录和描述各种作业过程"他们将这种新概念#新方法用于各种生产作业!详尽研究操作
人员的作业动作过程!进行剔除#精简#归并和规范化!取得了显著效果!使很多劳动
作业提高了效率"W";4+3:夫妇为记录各种生产程序和流程模式制定的生产程序图和流
程图至今还被广泛应用"他们还制定了人事工作中的卡片制度)))这是现行工作成绩评
价制度的先驱"

在 '泰勒制(出现之前!心理学就已经成为了一门独立的科学!但是将心理学直接
应用到工业生产领域!研究如何适应和转变工人的心理#激发工人的干劲以提高生产效
率!还是,-世纪初才开始的"在当时的工业中!人们最主要的注意力是放在材料和设
备的问题上,也有一些人注意到了工人的心理状态对工作效率的影响!如工作单调问
题#疲劳问题#兴趣和愉快#工作报酬等"

第一次世界大战中!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"这期间的突出代表是工业心理学的主要创始人#
被尊称为 '工业心理学之父(的美国哈佛大学心理学教授 ./6% H/#'3+4>+46!他于
@D@,年出版了 *心理学与经济生活+一书!提出了心理学对人在工作中适应环境与提
高效率的重要性!堪称人机工程学的最早著作"他把心理学的研究工作与 24+$+4"*?
!GP19;%4的科学管理方法联系起来!对选择#培训人员!改善工作条件!减轻疲劳等
问题作了大量的研究"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!从人的因素出发!用心理学的理论和方法解决机器设计中出现的许多问题!
学科名称改为 '工程心理学("

第二次世界大战期间!由于战争的需要!一些国家%特别是美国&大力发展高效能和
威力大的新式武器和装备!但由于片面注重新式武器和装备的功能研究!而忽视了其中
'人的因素(!新式武器和装备的性能大大提高了!却没有充分考虑人的生理和心理特
点!忽视了对使用者操纵能力的训练!武器和装备的设计不能适应人的要求!结果往往
因操作者难以掌握而不能发挥武器或装备的效能!还经常发生差错和事故"这引起了决
策者和工程师的高度重视!迫使人们深刻认识到人的因素是机器设计中不可忽视的重要
方面"于是!工程技术设计思想发生了根本性的转变!由 '人适应机器(转变为 '机器
适应人("同时人们还认识到!要设计好一个现代化设备!只有工程技术知识是不够的!
还必须有生理学#心理学#人体测量学#生物力学等其他学科方面的知识"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"

科学人机工程学一直延续到,-世纪B-年代末"第二次世界大战结束后!本学科的
综合研究与应用逐渐从军事领域向非军事领域发展!进入制造业#通信业和运输业等!
并逐步应用军事领域中的研究成果来解决工业与工程设计中的问题"以电子技术的广泛
应用为主要标志的第三次产业革命开始%@DEB)&以来!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!人机协调问题显得越来越重要!从而促使人机
工程学的研究和应用得到更迅速的发展"第二次世界大战后的控制系统越来越复杂!无
论是简单的汽车仪表盘还是复杂的核电站控制中心!都涉及控制效率问题"如何设计出
高效#准确的人机界面!越来越为设计界所关注"

EG 现代人机工程学阶段
,-世纪X-年代!欧美各国进入了大规模的经济发展时期!科学技术的进步使人机
工程学获得了更多的发展机会"同时!在科学领域中!由于信息论#系统论#控制论和
人体科学等新理论的建立!在本学科中应用 '新三论(进行人机系统的研究便应运而
生"所有这一切不仅给人机工程学提供了新的理论和新实验场所!也给该学科的研究提
出了新要求和新课题!从而促使人机工程学进入了系统的研究阶段!使该学科走向成
熟"随着人机工程学所涉及的研究和应用领域的不断扩大!从事本学科研究的专家所涉
及的专业和学科也越来越多!主要有人体解剖学#生理学#心理学#工业与工程设计#
工作研究#建筑与照明工程#管理工程等领域"
,-世纪C-年代以后!在指导思想上有人主张应特别强调人类的基本价值!强调在
系统#工具#环境设计中考虑操作者的个体差异!让科学技术不仅在产品上能满足人类
要求!而且使人类在操作机器的过程中也获得满足"

人机工程学科学术组织的形成和发展

科学人机工程学阶段的晚期!迅速发展的人机工程学科在各个领域中的作用越来越
显著!引起了各学科专家和学者的关注"@DED年@,月!英国学者 FG2G.GH/44+;;提出
了 '546%#%0"*'(这个词!作为人机工程学的学科名称"@DB-年成立了英国人机工程
学研究协会!@DBC年发行了会刊 *2%30'0-1/*+!该刊物现在已成为国际人机工程学会
的会刊"美国在@DBC年成立了人机工程学会并发行了会刊 *,$-"'."/#0%*+!以后在
该领域发展更快!是世界上出版人机工程学书刊最多的国家"

@DX-年国际人机工程学会I5L 正式成立!该学术组织为推动各国人机工程学的发
展起到了重大作用"@DX@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R年举行一次"

自,-世纪 X- 年 代 开 始!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的研究机构!从事人机工程学的研究#
应用和人才培养工作"

!(

!!随着人机工程学在工业应用中的日益广泛!它的标准化问题变得越来越重要"国际
标准化组织IJ( 于@DCB年设立了人机工程学标准化技术委员会%IJ(-KP)@BD&!负责
制定人机工程学方面的标准"

人机工程学在我国起步较晚"新中国成立前仅有少数人从事工程心理学的研究",-
世纪X-年代初!也只有中科院#中国军事科学院等少数单位从事个别问题的研究!而
且研究范围仅限于国防和军事领域"但是这些研究却为我国人机工程学的发展奠定了基
础"C-年代初本学科的研究曾一度停滞!直至,-世纪C-年代末才进入较快的发展时
期!到,-世纪A-年代初才作为一门学科确立起来!在各高校及研究所开始建立研究
室"@DA-年!封根泉编著的我国第一本专著 *人机工程学+出版"@DA-年E月!国家
标准局成立了全国人类工效学标准化技术委员会"@DAE年!国防科工委成立了国家军用
人)机)环境系统工程标准化技术委员会"这两个技术委员会的建立!有力地推动了我国
人机工程学研究的发展"@DAB年全国工业造型设计学会成立!下设人机工程学专业委员
会"@DAD年全国 性 的 学 术 组 织)))中 国 人 类 工 效 学 学 会 %K:"#+'+546%#%0"*'J%*"+39!
K5J&正式成立!@DDB年D月学会会刊 *人类工效学+创刊"@DD@年@月!K5J成为国
际人机工程学会正式成员!这是我国人机工程学科发展的又一里程碑"中国科学院心理
学研究所和一些高校分别建立了人机工程学研究机构!开设了人机工程学课程"有关人
机工程学方面的教材#专著和学术论文等出版物也日益增多"各行业对人机工程学的应
用研究越来越重视!有关的研究机构和高校也在开展人机工程学方面的研究!各项有关
人机工程学的技术标准陆续制定!许多高校已经专门培养人机工程学方向的博士#硕士
研究生"目前!我国人机工程学已应用于许多领域!如交通运输#铁路#航空航天#农
业#医疗卫生#教育系统等!并取得了不少可喜成绩,同时也促进了本学科与工程技术
和相关学科的交叉渗透!使人机工程学成为国内科坛上一门引人注目的学科"

人机环境系统工程简介

,-世纪C-年代末和A-年代初!在钱学森的倡导下我国兴起一股学习和运用系统工
程理论的热潮"航天医学工程研究所在钱学森亲自指导下开始学习与运用系统工程理
论"陈信和龙升照结合自己的科研实践!分析与运用国内外有关资料!于@DA@年写成
*人)机)环境系 统 工 程 %学 &概 论+ 一 书! 它 的 完 成 标 志 着 一 门 综 合 性 技 术 科 学)))
人)机)环境系统工程 %H1# H1*:"#+ 5#O"4%#0+#3J9'3+05#6"#++4"#6!HH5J5&
在我国诞生"

人)机)环境系统工程不但把航天医学工程研究所的各项医工结合的科研任务结合
起来!特别是对各类军事作业与武器装备的研究更有突出的指导意义!成为这一时期完
成各项科研任务的总指导思想!且对今后的研究工作也有重要的指导作用!受到国防科
工委领导重视"@DAE年国防科工委正式成立 '人)机)环境系统工程专业标准化技术
委员会(!负责指导与制定国防科学技术标准的科研工作"几年来已有数十项军用标准
研制与建立起来"@DAC年!国 防 科 工 委又组建 '人)机)环境系统工程专业组(!隶属

!)*

于国防科工委科技委!负责全军有关方面的研究工作!在军内外有E-余家科研机构承
担着这方面的研究!不断出现新的成果"

人)机)环境系统工程是运用科学理论和工程方法!正确处理人#机#环境三大
要素的关 系! 深 入 研 究 人)机)环 境 系 统 最 优 组 合 的 一 门 科 学! 其 研 究 对 象 为 人)
机)环境系统"系 统 中 的 '人( 是 指 作 为 工 作 主 体 的 人!如 操 作 人 员#决 策人员,
'机(是人所控制的一切对象的总称!如飞船#汽车#生产过程等, '环境( 是指人#机
共处的特定工作条件!如温度#噪声#振动等"系统最优组合的基本目标是安全#高
效#经济"

人)机)环境系统工程的研究内容主要包括C个方面$!人的特性研究,"机的特
性研究,#环境特性的研究,$人)机关系的研究,%人)环境关系的研究,&机)环
境关系的研究,'人)机)环境系统总体性能的研究"

人)机)环境系统工程研究的意义在于$!为人类社会的健康和可持续发展提供了
科学方法,"为社会生产力的发展提供了技术手段,#为国防现代化建设和部队战斗力
的提高提供了切实可行的技术途径"

!"$! 人 机 工 程 学 科 发 展 展 望

目前"以人为中心的设计理念已经成为现代技术发展的一个基本点!设计的难点已经
不在于产品本身"而在于找出人与产品最适宜的联系途径与手段,类似地"在宏观社会领
域"也追求人员#时间#资源#组织和工作的有效分配和流动!展望未来"随着科学技术
的不断向前发展"与人相关的问题也会不断出现"这一方面要求对出现的问题采用系统科
学的方法加以解决"另一方面也要求人们对自身$人和人类社会%的认识不断加深!凡是与
人有关的东西"就存在人机工程学问题!今后"随着微观和宏观人机工程学的发展"人机
工程学的研究将进一步渗透到经济和社会发展的各个领域!

现代高度发展的科学技术在为人类创造了极大便利的同时"也已经将人类自身置于尴
尬和危险的边缘!气候的恶化#疾病的大规模流行#经济和社会的动荡#能源的不断减
少#人口的不断增多等!所有这些"都要求人类社会团结起来#共同应对!

人机工程学几乎包含与人相关的一切事物!虽然不能期望人机工程学能够解决所有问
题"但只要研究#应用和推广人机工程学的技术与标准"就可以对人类社会的发展起到促
进作用!

在近期和不远的将来"人机工程学的研究领域将集中在以下几个方面*
$@%人体测量学和人体生物力学!包括RU-EU 人体测量与数据库#人体生物力学资
料#数字人体建模和仿真等!
$,%工作生理#心理和安全!包括工作生理能力与负荷的测量与标准#工作生理能力
资料库#生理周期与工作设计#工作负荷#肌肉骨骼系统伤害与评估#公共安全设计#个
人防护设计#人员可靠性#人的失误与意外事故的行为模式#心理工作负荷与绩效#系统
紧急操作程序等!
$R%产品与环境设计!包括设计方法学"产品和系统设计"机器#工具#消费产品#

!))

环境等的设计标准"身心障碍者的辅助产品设计"无障碍环境设计标准"创新和全方位设
计"感性工程"文化符号研究等!

$E%人类信息处理与决策!包括计算机软硬件人机界面#多媒体和虚拟现实#自动化
系统设计#产品人机接口#故障诊断#人工智能#人类决策行为和决策支持系统#色彩与
视觉传达#标志与形象识别等!

$B%组 织 管 理 ! 包 括 人 力 资 源 规 划 # 考 评 制 度 # 轮 班 制 度 # 现 场 改 善 # 参 与 式 人 机
工程#X等!

!"%! 人 机 工 程 学 的 研 究 手 段

人机工程学从很大程度上说是一门实验科学"其主要任务是把与人的能力和行为有关
的信息及研究结果应用于设计中"而这些知识主要来源于实验和观察!

!"%"!!人机工程学的研究方法

人机工程学研究是通过对与设计对象有关的因素进行调查#观测"获得有关的特性#
规律和结论"从而指导和服务于设计!这些因素大体可以分为系统级#任务级和人员级三
大类!系统级因素反映整个系统的基本性能"多用于评价研究"例如*武器系统的可靠
性#办公系统的舒适性等!任务级因素描述任务执行的状态和结果"例如*机器的执行效
率#一项工作的完成时间等!人员级因素用于描述执行任务时人的行为和反应"例如*人
员绩效#生理指标#主观反应等!

就研究方法而言"包括实验性研究和描述性研究两种方法!实验性研究是人为控制某
些因素"通过实验的方法获得这些因素的影响规律!实验性研究方法对于发现基本规律和
原理非常有用"但很多情况下的研究都是在真实世界中进行的"并且实际情况中的任务更
能够发现复杂的#实际的规律!然而实际情况下从事研究时"往往不能够像实验性研究那
样对因素变量进行控制"只能直接测量一些因素并进行分析"称为描述性研究!观测法#
调查问卷法#故障分析法等都属于描述性研究!

人本身是非常复杂的巨系统"至今还有许多方面的规律没有被人类掌握"这给从事复
杂的人机系统设计带来了困难!另一方面"大型和复杂人机系统的实验和修改成本非常
高!随着计算机软硬件技术和仿真水平的发展"利用计算机来模拟人#机#环境的特性及
其相互作用"甚至对非常复杂的人+机+环境系统进行建模和模拟已经成为在方案试运行
$建造样机#管理制度试行等%之前"对系统进行充分论证的有效手段!

!"%"#!人机工程学的研究工具

为了能够对本门科学进行研究"需要配备一些工具"这些工具包括硬件工具#软件工
具#量表工具和综合工具!

硬件工具主要是对人体生理和心理"乃至机器和环境参数进行测量的器材和设备"例
如*生理参数测量仪器#人体反应和认知测量仪器#温度计#湿度计#照度计#噪声计#
. 点装置等!常见的心理参数测量仪器见表@ @!

!)!

感知类 表! !!常见的心理参数测量仪器 情绪和技能类
记忆类

!眼动仪#数据手套#动景器# !注意力分配仪#速示器#记 !动作稳定器#简单选择反应测

深度知觉仪等 忆鼓#多重选择器等 试仪#选择反应测试仪等

!!软件工具包括人体仿真和人机交互软件"动作#行为观测与认知分析软件等!典型的
人体仿真和人机交互软件有<1*?#J1)+&%4?#QLHJIJ#JLHHI5#L#9>%$9等!动作#
行为观测与认知分析软件能够记录被研究对象各种动作和行为发生的位置#时刻#持续时

间和发生次数"并进行统计分析!认知分析软件通过对操作者各种行为的统计结果来分析

人的认知过程!

量表工具用于在描述类研究中对难以量化的因素进行度量与分析!对于一些典型的研

究"已经有现成的量表可供使用!例如"(!LJ$(O1?% !%4?"#68%'3/4+L#1;9'"'J9'7
3+0"作业姿势分析系统%量表可界定工作时的身体姿势"并按照其可能引发伤害的程度来

区分等级,快速上肢操作评估$Q1M"$YMM+4S"0>L''+''0+#3"QYSL%量表以图表形式
给出了不同上肢姿势#作业活动形式#是否有躯干参与及躯干姿势#作业对象重量情况的

得分规则"用于对频繁地重复性上肢作业进行分析和优化,与 QYSL 类似"快速全身评

估$Q1M"$5#3"4+N%$9L''+''0+#3"Q5NL%量表综合考虑出力#动作重复和不当姿势等因
素"评价对象为作业者全身"用于对坐姿作业进行分析!

综合工具是将硬件#软件#量表工具综合应用"对复杂人+机+环境系统进行评价的

人机系统!图@G,为研究轿车驾驶舒适性等性能的系统"由虚拟现实系统"计算机"可调

节轿 车 模 型" 被 试 者" 人 体 运 动 跟 踪 系

统"立体眼镜#数据头盔和 手套"人体

仿真和 人 机 交 互 软 件 等 组 成! 虚 拟 显 示

系统负 责 显 示 交 通 场 景" 并 通 过 数 据 头

盔和数 据 手 套 实 现 人 机 交 互! 轿 车 模 型

的座椅# 转 向 盘# 顶 盖 等 皆 可 调 节" 以

体现新 车 型 设 计 方 案" 或 再 现 已 有 车 型

的设计 方 案! 被 试 者 戴 数 据 头 盔 和 手 套

于车内 进 行 驾 驶 操 作" 通 过 人 体 运 动 跟

踪系统# 数 据 头 盔 和 数 据 手 套 将 其 状 态

采集到 人 体 仿 真 和 人 机 交 互 软 件 中 进 行

操作工效分析和设计方案优化! 图!"#!轿车人机工程性能评价系统

本章小结

!!本章介绍了人机工程学科的基本定义构成和研究范畴人机工程学科是建立在
人类科学工程科学和社会科学之上的综合交叉学科在其发展过程中形成了宏观

!)"

和微观两个分支人机工程学是依赖于实验的科学具备必要的实验工具是从事人机
工程学研究和应用的保证

关键术语
人机工程学!微观人机工程学!宏观人机工程学!人机系统
@G 人机工程学科的定义是什么.
,G 简述人机工程学科的学科支柱#学科分支和研究范畴!
RG 人机工程学的研究方法和常见的研究工具有哪些.

!)#

人体基本特性

通过本章的学习要求掌握人体尺寸生物力学参数作业感知功能和心理等方
面的基本特性为后面章节的学习奠定基础

知识要点 能力要求 相关知识

!人体测量学和生 !了解人体测量学和生物力学的定义 !人体测量的内容
物力学
!常见人体尺寸项
! 人 体 尺 寸 和 生 物 !了解人体尺寸和生物力学参数内容 !人体尺寸分布的差异
!人体尺寸的相关性
力学参数 !掌握人体测量数据的分布特点 !人体运动系统组成
!人体肢体质量质心和惯量的计算
!人体作业特点 !了解人体站姿和坐姿的作业特点 !人体的出力特点
!人的感知特性 !了解人体视觉听觉皮肤觉特性
!人体作业姿势类型和特点
!人的功能和心理 !了解人体作业能力和疲劳特点 !作业姿势设计原理
特性 !了解人的心理特点 !人体动作灵活性
!掌握人体对振动的反应特性
!人对信息的感受和处理过程
!人对信息感受的类型及特点

!人体作业的生理特性
!人的作业能力及其影响因素
!作业疲劳及其规律
!人体在振动环境中的反应和舒适度
的评价
!人的心理特点及可靠性

!!图,G@展示了较典型的作业场所"图,G@%1&为发电厂控制室!其特点是监控的显
示和操纵装置非常多!设计的重点是充分考虑作业者的尺寸和作业姿势#感知特点#
心理特点和可靠性等因素!对显示和操作区域的整体尺寸#功能布局#显示和操纵装
置的分区和排列#环境照明和温度等进行合理的安排!以保证监控和操作准确!不出
现失误"图,G@%>&为发动机装配线!这个场所对操作工人的作业效率#舒适性和安全
性要求较高!因此要求具有合适的作业面高度和零件摆放位置!以保证作业姿势的舒
适性,同时!要有合适的环境温度!通风要合理!噪声也要控制在一定范围内"对于
办公场所!必须在考虑作业人员工作姿势的基础上!合理匹配显示器#座椅#办公桌的
位置和尺寸!并同样保证作业区域良好的照明和色彩匹配!如图,G@%*&所示"图,G@%$&
为重型货车驾驶室!设计时在满足驾驶员正常驾驶操作的情况下!重点考虑长时间驾乘
的舒适性!要求合理设计与驾乘相关的座椅#仪表板#操纵件等人机界面元素"因此!
无论是作业场所!还是具体的产品!都需要依据人体的基本特性来设计"

图#"!!典型的作业场所

!)%

人体基本特性包括人体尺寸和其他物理方面的特性"如肢体的容积#质量#质心位
置#转动惯量"人体的力特性"人体的作用范围"人的感觉#知觉和心理特点"等等!人
体测量学$L#3:4%M%0+349%和人体生物力学$N"%0+*:1#"*'%就是研究人体基本特性的科学!
通过对人体特性的测量"确定个体和群体之间的差别"为工业产品造型设计和人机工程设
计提供人体测量数据!

人体测量学是应用科学的物理测量方法测量人体来获取人体基本数据"用于制定
工程设计标准#设计方案评价等"以保证所设计产品对于目标用户群体的适应度的
科学!

生物力学是介于机械结构科学和生物材料科学之间的交叉学科!人机工程学涉及的人
体生物力学主要由人体测量学#力学#生理学和工程科学等学科的相关知识组成!本学科
主要研究人体肢体的尺寸#质量和惯量#成分特性"研究连接各肢体的肌肉#肌腱和关节
特性"研究人体在力#振动#冲击等作用下的反应"研究人体施加力#转矩等给操纵件#
工具和其他设备带来的主动反应等!

人体测量的基本内容包含以下几个方面*
$@%形态测量!对人体的基本尺度$肢体长度#廓径%#体型#表面积#体积等所进行
的测量"称为形态测量!它是以检测人体形态为主的一种测量方式!
$,%生 物 测 量 ! 对 人 体 的 环 节 质 量 # 质 心 和 惯 量 " 人 体 骨 骼 和 肌 肉 特 性 " 感 知 反 应
和出力大小等进行的测量"称为生物测量!它是以检测人体生物指标为主的一种测量
方式!
$R%运动测 量! 在 运 动 的 状 态 下" 对 人 体 的 动 作 范 围# 动 作 状 态 $肢 体 位 置# 速 度#
加速度#转动中心位置等%以及动作过程中的体型变化#皮肤变化等方面所进行的测量"
称为运动测量!它是先对人体在静态下用形态测量方式测量之后进行的"是以检测人体的
动作过程为主的一种测量方式!

#"!!人 体 尺 寸

#"!"!!人体静态尺寸及其测量

人体尺寸决定了人体占据的几何空间和活动范围"是人机系统或产品设计的基本资
料"主要包括人体静态尺寸和人体动态尺寸"它们均通过人体测量来获取数据!人体的静
态尺寸是结构尺寸!人体的动态尺寸是功能尺寸"包括操作者在工作姿势或某种操作活动
状态下测量的尺寸!

许多国家都建立了适合不同要求的人体静态尺寸数据库"WN@----+@DAA标准定义
了我国成年人人体尺寸数据!从人机工程学角度出发"为保证产品满足使用者要求"必须
以群体人体尺寸统计数据作为设计依据!群体数据统计特征包括均值#标准差#百分位数
等"通过从群体中抽取一定数量的个体作样本进行测量和统计分析获得!由于各国家#各
标准采用的测量项目和标准不同"记录的人体数据也存在差异"这成为影响人体数据$库%
使用的一个问题!

我国 WNRDCB (人体测量术语)标准中列出了人体测量参数的测点和测量项目!其

!)&

中"头部测点有@X个"测量项目有@,项,躯干和四肢部位的测点有,,个"测量项目有
XD项!WNBC-R (人体测量方法)标准中规定了适用于成年人和青少年的人体参数测量
方法!

#"!"#!人体测量数据的统计特性

为了在产品设计中正确应用人体测量数据"必须清楚从人体形态学和测量学角度来说
群体的人体测量数据是如何分布的!同时还要用合适的方法对数据的分布进行定义"并能
很方便地将这些数据用于设计!

@G 人体测量数据的分布特点

对于单一性别群体而言"大多数人体一维的测量数据$静态人体某项指标的测量数据%

都近似符合正态分布!图,G,示意了成年人人体身高的正态分布特点!图,GR为成年人人

体身高的累 积 分 布 曲 线 $年 龄 在 @X(X- 周 岁
之间%!任何正态分布的人体尺寸变量的线性

组合仍符合高斯分布"但这些变量的乘积不

符合 高 斯 分 布" 例 如 人 体 周 长# 人 体 表 面 数

5 50 95 Hs 据$两个一维变量的乘积%#人体体积方面的

5 50 95 数据$R个一维变量的乘积%"可以根据这些特

图#"#!人体身高分布概率密度函数 点来处理和运用人体数据!

100 1 23 4
90
80 15
70 25
60 3 95
50 4 95
40
30 15001540 16001660170017601800 18701900 2000
20 /mm
10
0

图#"$!成年人人体身高的累积分布曲线

为使某些人体测量数据服从正态分布"可以对该变量进行变换!例如"人体的质量
不符合正态分布"其分布类似于带正偏移的对数正态分布"但对该变量取立方根变换"
得到的新变量就基本符合正态分布!有的变量需要进行很复杂的变换之后才能符合正态
分布!

有时需要研究多于一个变量时它们的联合分布特点!对于多项指标"如果这些指标各
自服从正态分布"则其联合分布符合多维正态分布!例如"大客车的乘客门设计需要同时
考虑乘员身高和体宽两个因素"它们的联合分布为二维正态分布"其概率密度函数图形如

!)'

图,GE所示! f(H,W)
,G 人体测量数据的统计描述
W/mm

通常"设计者应用的是群体的数据
而不是某一个体的数据!设人体包含'
个尺寸"对于某个体"其尺寸可用向量
5 来表示"即

#7@& H/mm
7,
图#"%!人体身高和体宽的二维联合
56" %60711"16@","2"' 正态分布概率密度函数
/

$7''

$, @%

式中"71代表某一人体尺寸!

对于单一性别群体来说"静态人体测量数据近似符合正态分布!用1和1分别表示每
个尺寸的均值和标准差"则总体 5 的均值向量 和协方差矩阵8 可表示为

#@&

6"/,%6 011"16@","2"' $, ,%

$'' 2 @'@'+
) @, @,@, 2 ,',' !1"96@","2'
(/
86 019 16 ,@@, ,, $, R%
/ /

*'@@' ',,' 2 ', ,
则5 的概率密度为

:$5%6:$7@"7,"2"7'%6 $,)%', @$$+38%@,&@,$5;%<8;@$5;% $, E%

对式$, E%进行变换"即令+1671;11"则= 的概率密度函数变为

:$=%6:$+@"+,"2"+'%6 @ &;,@3=<;@=4 $, B%

'
-$,)%,) 1$$+3%@,
16@

)@ @, 2 @'+

,@ @ 2 ,' ',
/ / ( /
1

16@
0 $ %1-式中"为相关系数矩阵"且6
,而$+38 6$+35 !

*'@ ', 2 @,

RG 百分位

百分位是人体测量学中的一个术语"用以表示人体某项尺寸数据的等级!以DB3:百

!)(

点击阅读翻页书版本