1、1普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”國家級規劃教材國家級規劃教材工業設計人機工程工業設計人機工程 第2版阮寶湘等阮寶湘等 編著編著程能林程能林 孫蘇榕孫蘇榕 主審主審（課件編制（課件編制 阮寶湘）阮寶湘）機機 械械 工工 業業 出出 版版 社社2第一章第一章 人機工程學概論人機工程學概論 第一節第一節 人機學的研究對象和目的人機學的研究對象和目的 第二節第二節 人機學的形成和發展人機學的形成和發展 學科思想的演進學科思想的演進 第三節第三節 人機系統與人機工程設計人機系統與人機工程設計 第四節第四節 人機學與工業設計人機學與工業設計第二章第二章 人體尺寸及其應用方法人體尺寸及其應用方法

2、第一節第一節 人體尺寸概述人體尺寸概述 第二節第二節 中國成年人的人體尺寸中國成年人的人體尺寸 第三節第三節 其他國家的人體尺寸其他國家的人體尺寸 人體各部分尺寸的比例人體各部分尺寸的比例 第四節第四節 產品設計中人體尺寸數據的應用方法產品設計中人體尺寸數據的應用方法 第五節第五節 設施器物的人體尺寸適應性與動態人體尺寸設施器物的人體尺寸適應性與動態人體尺寸目目 錄錄3第三章第三章 桌椅設計桌椅設計 第一節第一節 桌椅設計概述桌椅設計概述 第二節第二節 坐姿生理解剖基礎坐姿生理解剖基礎 第三節第三節 座椅的功能尺寸座椅的功能尺寸 第四節第四節 坐墊與靠墊坐墊與靠墊 第五節第五節 辦公桌的功能尺

3、寸辦公桌的功能尺寸第四章第四章 顯示裝置顯示裝置 第一節第一節 人的視覺與聽覺特性人的視覺與聽覺特性 第二節第二節 顯示裝置的類型、設計與布置顯示裝置的類型、設計與布置 第三節第三節 信號顯示信號顯示4第五章第五章 操縱裝置操縱裝置 第一節第一節 手足尺寸與人體關節活動手足尺寸與人體關節活動 第二節第二節 人體的施力與運動輸出特性人體的施力與運動輸出特性 第三節第三節 操縱器的人機學原則操縱器的人機學原則 第四節第四節 操縱器的布置和控制臺操縱器的布置和控制臺 第五節第五節 常用操縱器的人機學要素常用操縱器的人機學要素 第六節第六節 操縱與被操縱對象的互動協調關系操縱與被操縱對象的互動協調關系

4、第六章第六章 產品設計人機學的若干專題產品設計人機學的若干專題 第一節第一節 手工具及其使用方式手工具及其使用方式 第二節第二節 床、柜等家具床、柜等家具 第三節第三節 安全性設計安全性設計 第四節第四節 維修性設計維修性設計5第七章第七章 視覺傳達設計與人機學視覺傳達設計與人機學 第一節第一節 文字設計文字設計 第二節第二節 圖形符號及標志設計圖形符號及標志設計 第三節第三節 展示設計展示設計第八章第八章 室內設計與人機學室內設計與人機學 第第一節一節 生活空間與人體尺寸生活空間與人體尺寸 第二節第二節 光環境與采光照明設計光環境與采光照明設計 第三節第三節 聲音環境和噪聲控制聲音環境和噪聲

5、控制 第四節第四節 室內熱環境室內熱環境 第五節第五節 振動環境振動環境第九章第九章 工作空間與工作崗位設計工作空間與工作崗位設計 第一節第一節 工作空間人體尺寸工作空間人體尺寸 第二節第二節 工作空間設計工作空間設計 第三節第三節 工作崗位設計工作崗位設計 第四節第四節 工作姿勢與肢體施力工作姿勢與肢體施力6第十章第十章 人機工程人機工程CADCAD軟件及應用簡介軟件及應用簡介 第一節第一節 人機工程人機工程CAD系統的組成和功能系統的組成和功能 第二節第二節 CATIA人機工程模塊簡介人機工程模塊簡介 第三節第三節 中國人人體模型的初步創建中國人人體模型的初步創建 第四節第四節 人機工程人

6、機工程CAD軟件應用實例軟件應用實例第十一章第十一章 人機學的其他專題及未來展望人機學的其他專題及未來展望 第一節第一節 人機工程的設計心理學應用人機工程的設計心理學應用 第二節第二節 人機學與新產品的創意開發人機學與新產品的創意開發 第三節第三節 人機工程設計的未來展望人機工程設計的未來展望附錄附錄 附錄附錄A 小作業：讀書報告小作業：讀書報告 附錄附錄B 大作業：課程設計與課程論文大作業：課程設計與課程論文 7 第一章第一章 人機工程學概論人機工程學概論 第一節 人機學的研究對象和目的 一、一、 引例引例人機學的思想萌芽源遠流長人機學的思想萌芽源遠流長魯智深的禪杖器物要和人（使用者）的各種

7、因素相適宜。器物要和人（使用者）的各種因素相適宜。人機工程學基本理論的簡潔表述。原始人狩獵所用的棍棒、石塊或投槍，半坡遺址中的石桌、石凳、陶土餐飲具， 人機學基本思想的萌芽是人自發的思維傾向，本能的行為方式。自發的思維傾向，本能的行為方式。工業設計人機工程（2版） 阮寶湘等 編著8 “人的因素人的因素”：不限于人體尺寸、體能、肢力等人體生理方面人體尺寸、體能、肢力等人體生理方面， 還涉及人的感知、認知、情感、精神、心理、社會等更深廣方面。人的感知、認知、情感、精神、心理、社會等更深廣方面。 在產品、視覺傳達、環境設計中都很重要。圖1-1 戲說張爺和他的蛇矛身高2.5倍的蛇矛， 張爺耍得開嗎？9

8、想過感受過這些問題嗎？太高啦！太高啦！左撇子、右撇子 都合適！ 涂上黃色涂上黃色“警示條警示條”多好？多好？10想過感受過這些問題嗎？想過感受過這些問題嗎？從哪邊開呀？從哪邊開呀？開關和爐口如何對應？開關和爐口如何對應？一目了然一目了然 無所適從無所適從11 二、人機工程學的基本概念和定義二、人機工程學的基本概念和定義 1. .人機工程學的基本概念和定義人機工程學的基本概念和定義 國際人機工程學學會（國際人機工程學學會（IEA，International Ergonomics Association）1960的定義： 人機工程學是研究人在某種工作環境中的解剖學、生理學和心理學等方人機工程學是研

9、究人在某種工作環境中的解剖學、生理學和心理學等方面的因素；研究人和機器及環境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中與面的因素；研究人和機器及環境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中與閑暇時怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學科。閑暇時怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學科。 三句話，分別說明人機學的研究對象、內容與目的。人機學的研究對象、內容與目的。 IEA2008年8月的新定義： 人機工程學是研究系統中人與其他部分交互關系的學科，運用其理論、人機工程學是研究系統中人與其他部分交互關系的學科，運用其理論、數據和方法進行設計，應達系統工效優化及人的健康、舒適之目的。數據和方法進行設計，

10、應達系統工效優化及人的健康、舒適之目的。 新定義概略、簡潔，強調了系統中人與其他因素交互作用的觀念。強調了系統中人與其他因素交互作用的觀念。 設計應在多種約束和多重目標之間恰當地把握住平衡。人機工程學要求的“安全、舒適、高效”，是重要的，但受到其他條件的約束、其他目標的制衡，不是唯一的，也未必總是優先的。 人機學里的“機”或“機器” 是廣義的，指一切人造器物：大到飛機、輪船、火車，小到鉗子、筆、水杯；也包括建筑、環境及其中的設施等。12 2. 人機工程學的多種學科名稱人機工程學的多種學科名稱 人機工程學人機工程學簡稱人機學，人機學，常見的其他名稱有： 人類工效學，人類工效學，或工效學，工效學，

11、英文Ergonomics。出現最早，歐洲各國和世界其他地區通用。 人的因素（學），人的因素（學），英文Human Factors。美國、東南亞、我國臺灣采用。派生名稱：人因工程（學）人因工程（學），英文Human Factors Engineering。 人類工程學人類工程學，英文Human Engineering 。類似的名稱有人體工人體工程學程學。 其他名稱：工程心理學、人工程心理學、人-機機-環境系統工程學環境系統工程學、宜人性設計宜人性設計等。在日本，該學科的日文漢字是“人間工學人間工學”。 人機工程學人機工程學這名稱在國內流傳日廣，本教材隨俗從眾。13 三、日常生活中人機學問題的巡視

12、三、日常生活中人機學問題的巡視 例例1 大沙發豪華氣派，坐著卻腰疼。 例例2 2 賓館單人床配兩個同樣大小的枕頭，愚不可及。 例例3 舊式旅客列車的窗戶。 例例4 公共衛生間為什么總有人做不到 “便后沖水”？ 例例5 樓道里“人走關燈”的標語與徹夜長明的燈互相嘲笑。 例例6 升級換代產品雙肩背書包（圖1-2）。圖 1-2 書包提挎方式與脊柱形態14 例例7 “叫壺”，改善了傳遞信息的 “人機界面”。圖1-3 功能形態各異的剪刀例例8 閱覽室里，學生們坐在長條形桌案兩側專心致志地看書學習，抬起頭來略事思索，正巧對坐那位也抬起了頭，倒霉，是陌生的異性同學！設計心理學問題。 例例9 深色發亮的小藥片

13、塑料袋，說明文字很小，顏色與塑料袋顏色的 對比又弱； 存款單居然是白紙上印著橙黃色的字。 例例10 形形色色的剪刀，里面學問可不少（圖1-3）。 15例例11 老年人手機 圖1-4 老年人手機16 例例12 生產設備的正反兩例生產設備的正反兩例 反反 適合高1.37m、肩寬0.64m、手臂平展2m之畸形人畸形人使用的車床。 圖 1-5 畸形人 適用的車床 圖1-6 彈性懸掛的螺絲刀正正 把帶電機的旋具彈性吊掛著使用。 例例13 北京一些大醫院里的“電熱開水機”，水龍頭上有紅、綠兩個指示燈，想喝熱開水者很困惑：綠色表示“通行”，但也表示涼（溫度低）；紅色表示熱，但又表示“禁止”。 到底哪個燈亮表

14、示是熱開水呢？17例例14 “同學，引路標牌這么寫更好”圖1-7 同學，引路標牌這么寫更好 人機學問題比比皆是：床柜、桌椅、寢室、水房、浴室、餐廳、超市、網吧、實習工廠、銀行、郵局、學習文具、計算機、手機、實驗室、圖書館、運動場、公交車無處不在。 發現和思考人機學問題的深廣度，是檢驗學習效果的標準之一。18第二節 人機學的形成和發展 學科思想的演進一、中國古籍中的卓越論述一、中國古籍中的卓越論述考工記考工記和天工開物天工開物。圖 1-8 考工記中 兵器宜人性的論述要根據弓箭手的性格來配備弓箭，性情溫和、行動遲緩者：強勁急疾的硬弓； 暴躁性急、行動快猛者：柔韌的軟弓。用于劈殺大刀、劍戟，使用有方

15、向性，握柄截面應為橢圓，憑手握柄桿的感知，無須眼看可掌握刀刃、鉤頭的方向。 用于刺殺的槍矛，使用沒有方向性，柄桿的截面應該做成圓形。設計心理學應用的經典范例，令人叫絕！設計心理學應用的經典范例，令人叫絕！（譯文）（譯文）19 a）分金爐清銹清底 b）鑄鐘、鑄鼎 c）扎桕子黑粒去殼取仁d）琢玉圖 1-9 天工開物 插圖選 工作、勞動姿態都那么自然、舒展，很好地把握了工具、設備與人體尺寸的適應性問題！20 二、人機學的形成、發展和學科思想的演進二、人機學的形成、發展和學科思想的演進古代文明中科學思想萌芽，不等同于現代科學理論。人機學發展簡史和學科思想的演進，可分4個階段。1 1對勞動工效的苛刻追求

16、對勞動工效的苛刻追求人機學的孕育人機學的孕育 F.W.泰勒（1856-1915）的“時間與動作研究”（Time and Motion Study），吉爾布雷斯夫婦的“砌磚作業實驗”等多項研究。圖1-10 F.W.泰勒1914年，教授閔斯特伯格的心理學與工業效率出版。 1919年布氏夫婦合著的疲勞研究出版。1919年英國 “工業保健研究部”，展開工效問題的廣泛研究，包括作業姿勢、負擔限度、體能、工間休息、工作場所光照、環境溫濕度，以及工作中播放音樂的效果等等。 至此，提高工效的方法開始建立在科學實驗的基礎上，有了現代科學至此，提高工效的方法開始建立在科學實驗的基礎上，有了現代科學的形態。的形態。

17、21但這一時期研究的核心，是最大限度地開挖人的操作效率。從人機關系方面考察，總體看是要求人適應于機器，即以機器為中要求人適應于機器，即以機器為中心進行設計；研究的主要目的是選拔與培訓操作人員心進行設計；研究的主要目的是選拔與培訓操作人員。 在學術理論上，與現代人機學是南轅北轍、存在對立南轅北轍、存在對立的。 因此，應該看作是人機學的孕育期人機學的孕育期。卓別林（1889-1977）與摩登時代圖1-11 卓別林222 2二戰中尖銳的軍械問題二戰中尖銳的軍械問題人機學的誕生人機學的誕生 一戰到二戰，飛機大幅度技術升級，但事故、傷亡頻發。投巨資研制的“先進”飛機未必能打勝仗，使人驚愕，進而醒悟：飛機

18、的技術性能必須與使飛機的技術性能必須與使用人的生理機能相適配。用人的生理機能相適配。圖1-12 飛機駕駛艙的 儀表和操縱器 二戰中入侵前蘇聯德軍的槍械問題，有的國家聘請生理醫學、心理學家參與設計，經費增加有限，卻事半功倍，效果顯著。正反的現實，使各國科技界終于認識到：器物設計必須與人的解剖學、生理學、心理學條件相適應。器物設計必須與人的解剖學、生理學、心理學條件相適應。 1947年，英國海軍部成立交叉學科研究組。 次年默雷爾建議構建一個新的科技詞匯“Ergonomics”， 新學科名稱及其涵蓋的研究內容為各國學者所認同， 現代人機學誕生。現代人機學誕生。23 當時美國人伍德說：“設備設計必須適

19、合人的各方面因素，使操作的付出最小，而獲得的效率最高。” 反映了這一時期人機學的學科思想。3向民用品等廣闊領域延伸向民用品等廣闊領域延伸人機學的發展和成人機學的發展和成20世紀五、六十年代后，人機學的研究和應用，從軍工迅速延伸到民用品等廣闊領域，主要有家具、家電、室內設計、醫療器械、汽車與民航客機、飛船宇航員生活艙、計算機設備與軟件、生產設備與工具、事故與災害分析等。 人機學的學科思想至此完成了重大的轉變：從以機器為中心轉變為從以機器為中心轉變為以人為中心，強調機器的設計應適合人的因素。以人為中心，強調機器的設計應適合人的因素。美國阿波羅登月艙設計中一個小插曲發人深省：過于強調過于強調“機器適

20、應人機器適應人”也是不全面的也是不全面的。 加之系統論的滲入，人機學學科思想又有新發展，IEA的定義明確：人機（及環境）系統的優化，人與機器應互相適應、人機之間應人機（及環境）系統的優化，人與機器應互相適應、人機之間應合理分工。合理分工。人機學的理論至此趨于成熟。244反思工業文明與可持續發展：人機學的更高階段反思工業文明與可持續發展：人機學的更高階段 反思工業文明的負面后果，以可持續發展理論為統領，人機學正經歷著新的學科思想演進。綠色設計、生態設計、節能設計、再生設計等理念，綠色設計、生態設計、節能設計、再生設計等理念，立足于人與自然保持持久和諧，回歸到中國古代立足于人與自然保持持久和諧，回

21、歸到中國古代“天人合一天人合一”的設計倫理的設計倫理。 數字技術、信息技術、基因技術急劇地改變著人類的文明進程，帶給人們空前福祉的同時，必須警覺其危及人們體魄和精神健康的負面影響，人機學今后將任重而道遠。 人機學此前的觀念是：要求人、機、環境三者和諧統一。以可持續發展理念為指導，則由人、機、環境三維加上一維（未來），演進為人、機、環境、未來四者和諧統一。 人機學的應用，以下方面可能形成今后熱點：計算機人機界面、永久計算機人機界面、永久太空站的生活工作環境、弱勢群體（殘疾人、老年人）的醫療和便利設施、太空站的生活工作環境、弱勢群體（殘疾人、老年人）的醫療和便利設施、海陸空交通安全保障、生理與心理

22、保健產品與設施海陸空交通安全保障、生理與心理保健產品與設施等等。25以設計體現對弱勢群體的關愛！ 萬能拐杖萬能拐杖（獲第十屆全球工業設計比賽金杯獎）26三、人機學的學術團體和教育三、人機學的學術團體和教育 1國際的和各國的學術團體及其主要活動國際的和各國的學術團體及其主要活動 （1）各主要工業國的學術團體及其活動英國最早建立人機工程學會，成立于1950年。隨后建立國家人機學學會的有：聯邦德國（1953），美國（1957），前蘇聯（1962），法國（1963），日本（1964）等。英國人機工程學會從1957年起發行會刊ERGONOMICS，堅持幾十年一直至今，貢獻卓著。美國人機工程學會發行會刊，

23、出版書刊、發布專利，是提供人機學研究成果、數據資料最多的國家。 在20世紀漫長的冷戰年代，為了軍備競賽，美國對人機工程研究投入巨大，1970年代有4400人從事人因工程研究，其中屬于軍事部門者850名。美國陸海空三軍制定了很多軍事人機工程技術標準。 （2）國際人機工程學學會國際人機工程學學會（IEA）成立于1960年。1961年舉行了第一屆國際人機工程學會議。此后，每三年舉行一次，至今未曾間斷。 （3）國際人機工程學標準化技術委員會代號ISO/TC-159，成立于1957年。272我國的學術團體及其主要活動我國的學術團體及其主要活動 （1）中國人類工效學學會英文：Chinese Ergonom

24、ics Society，簡稱CES，1989年6月成立。已協同國家技術監督局制定了百十個人機工程的國家標準。 （2）中國人類工效學標準化技術委員會 （3）其他的人機學學術組織機械、冶金工業等系統在1980年代成立了本行業的工效學學會； 中國工業設計協會中國工業設計協會下屬的人機工程學專業委員會于1985年建立； 中國系統工程學會下的“人-機-環境系統工程專業委員會”成立于1993年。 3人機學的專業教育人機學的專業教育（1）高等教育中開設人機工程學課程的專業有管理（勞動安全和衛生）、工業設計、航空航天、車輛設計與交通工程、機械工程、環境工程等。 （2）人機工程學也被作為這些專業碩士、博士學位的

25、一個研究方向。28第三節 人機系統與人機工程設計一、人機系統與人機界面一、人機系統與人機界面1 1系統系統 系統系統 為達一定目標，由相互依賴、交互作用的若干部分組成的整體為達一定目標，由相互依賴、交互作用的若干部分組成的整體。 雖然總體的高效能一般依賴于各子系統的優良效能，但更依賴于各子系統之間的協調關系。 如不能在互動中協調發揮作用，則子系統的“獨善其身”對整個系統并無價值，在系統設計中是不適宜的。 2 2人機系統人機系統 人機系統人機系統特指人與機（器）組成的系統人與機（器）組成的系統。 環境因素結合進去，就是人人-機機-環境系統環境系統。 人使用一把鉗子、一支筆時，各構成了簡單的人機系

26、統。騎自行車、開機床、用手機、駕駛汽車時，也各構成了人機系統。復雜的人機系統由多人、多“機”構成。例如由數百人、數百臺設備構成的生產線，戰爭中的一個軍事單位、大公司的辦公系統等。人人- -機機- -環境系統環境系統？ 29 3 3人機界面人機界面 單人單機人機系統及其工作（運行）狀態，圖1-13。 人駕駛汽車或飛機，典型反映了這一運行過程。 圖1-13 單人單機人機系統人機界面人機界面一般把機器上實現人與機器互相交流一般把機器上實現人與機器互相交流溝通的顯示器、控制器稱為人機界面；溝通的顯示器、控制器稱為人機界面； 機器上與人的操作有關的實體部分，機器上與人的操作有關的實體部分，也是機器的人機

27、界面。也是機器的人機界面。 “實體部分實體部分” 例如剪刀的兩個把手， 其形式、尺寸等直接影響剪刀的使用，應看做剪刀的人機界面；自行車座的位置、形狀、軟硬、材質等對自行車騎行很有影響，也應算做自行車人機界面的一部分，等等。30二、人機工程設計二、人機工程設計1人機工程設計的內涵和目的人機工程設計的內涵和目的 有文獻稱以下10種產品為 20世紀偉大的人機界面裝置：擴音器 按鍵式電話汽車轉向盤 磁卡交通燈 遙控器 陰極射線管（CRT） 液晶顯示器鼠標/圖形用戶界面 條形碼掃描器圖1-14 汽車轉向盤什么是什么是“人機工程設計人機工程設計”？人機工程設計與其他設計有什么區別？人機工程設計與其他設計有

28、什么區別？ 人機工程設計的對象是人機界面，涉及解剖學、生理學、心理學等人機工程設計的對象是人機界面，涉及解剖學、生理學、心理學等人的因素；人的因素； 要達到的目標是生活、工作的舒適、安全、高效要達到的目標是生活、工作的舒適、安全、高效。以車床設計車床設計為例來說明，。（略）31 * * 課堂討論課堂討論 以下產品中的哪些部分屬于人機工程設計的對象、哪些部分不屬于？ 照相機、電話機，洗衣機，汽車，。（選12種產品討論即可）圖1-15 電動牙科椅1底板 2支架 3椅座 4扶手 5椅背 6頭托 7頭托按鈕 8控制開關 例 電動牙科椅電動牙科椅 工程技術設計工程技術設計 椅座、椅背、頭托的升降、仰俯調

29、節機構，控制電路及傳動系統，部件材料及其強度、剛度。 人機工程設計人機工程設計 尺寸及各部件的調節范圍（適應患者的不同身材，便于牙醫操作），控制開關的選型及安置，照明要求等。 工業造型設計工業造型設計 式樣、色彩、 材質外表等，涉及工業美學、人的心理因素、精神因素，與人機工程也相關。322人機合理分工人機合理分工產品設計是設計人機系統中產品這個子系統。 實質是把人機系統的總功能進行分解以后，把某部分功能“分配”給了產品子系統。同時，也把另一部分功能分配給了（使用）人這個子系統。 以設計樓道走廊的照明燈為例，人機功能分配，或者說人機分工，是產品設計首要和頂層的問題。 這個問題處理不當，其后的設計

30、無論怎么好，必存在根本性的缺陷。 人機合理分工的基本原則，是發揮人與機器各自的優勢。 為此需弄清人與機器各自的所長和所短。 表1-1是人與機器在感受能力、控制能力、工作效能、信息處理能力、可靠性、耐久性、適應性和創造性等方面的機能對比。 表1-1 人與機器的機能對比（略）人機分工并不單純是人機工程本身的問題，它更取決于社會、經濟、科技發展水平等更廣泛的條件。33 3人機關系人機關系 三、人機工程技術標準簡介三、人機工程技術標準簡介1 1人機工程的國際技術標準人機工程的國際技術標準 國際人機工程學標準化委員會（代號ISO/TC-159）是國際標準化組織（ISO）的下屬組織。ISO/TC-159已

31、制定發布了一批人機工程國際技術標準。 2我國的人機工程技術標準我國的人機工程技術標準中國人類工效學標準化技術委員會于1980年建立，下設基礎、人體測量和生物力學、控制與顯示、勞動環境、工作系統的工效學要求、顏色、照明、勞動安全等8個分技術委員會。我國已經制定、發布了百十個人機工程的技術標準。 學習、應用人機工程學，應該了解人機工程的技術標準。優良的人機關系應該是“機宜人機宜人”和“人適機人適機”的結合。機宜人：器物設計要適合解剖學、生理學、心理學等各方面人的因素。 人適機：充分發揮人在能動性、可塑性、創造性，通過學習訓練提高技能等方面的特長，使人機系統更好地發揮效能。34第四節 人機學與工業設

32、計 人機學由3類不同領域的學科互相滲透、匯聚而成： 第第1類，人機學的源頭學科類，人機學的源頭學科 如解剖學、生理學、心理學、人體測量、人體力學、社會學、系統工程等。 第第2類，人機學的應用領域類，人機學的應用領域 主要是各類設計，如工業設計、工程設計、工作過程和工作空間設計等。 第第3類，人機學的類，人機學的“共生共生”學科學科 如勞動科學、管理科學、安全工程、技術美學等。 人機學也是應用型學科，通過具體的設計實踐，才能加深理解、學會應用。一、人機工程學與其他學科的關系一、人機工程學與其他學科的關系二、人機工程學與工業設計二、人機工程學與工業設計* * 課堂討論課堂討論 人機工程學與工業設計

33、是否有密切的關系？ 闡述你的觀點，并加以簡要說明或論證。 人機工程與工業設計所處理的，均為人機工程與工業設計所處理的，均為“人和物人和物”之間的關系，兩者之間的關系，兩者有著工作對象和目標的一致性有著工作對象和目標的一致性，因此實際工作中兩者常融合在一起考慮，密不可分。35 第二章第二章 人體尺寸及其應用方法人體尺寸及其應用方法工業設計人機工程（2版） 第一節 人體尺寸概述一、人體測量簡史一、人體測量簡史 祖國醫學典籍內經靈樞中的骨度篇，已有人體測量的記載闡述。 意大利文藝復興的先驅達芬奇（14521519）著名的人體比例圖。 文藝復興巨匠米開朗琪羅（14751564）創作的著名雕塑大衛。古代

34、對人體尺寸、形態的關注，主要著眼于建筑、雕塑、文化。古代對人體尺寸、形態的關注，主要著眼于建筑、雕塑、文化。圖2-1 達芬奇圖2-3大衛圖2-2 人體比例圖阮寶湘等 編著36 # 比利時人奎特萊特1870年出版人體測量學。 # 20世紀初建立了人體測量統一的國際標準。 # 德國人類學家馬丁的人類學教科書1914年出版，為沿用至今的各國人體尺寸測量方法奠定了基礎。 # 1919年，美國進行了10萬退伍軍人的多項人體測量工作，所得數據用于軍服的設計制作。# 我國于1988年發布了相應的國家標準# 現在世界各先進國家都有本國的人體尺寸國家標準。 # 二戰后，美、英兩國又進行了大規模的海空軍人體測量，

35、 1946年提出研究報告航空部隊人體尺寸和人員裝備,這是人體尺寸用于人機工程人體尺寸用于人機工程設計設計的重要文獻。GB/T 100001988 中國成年人人體尺寸中國成年人人體尺寸 。37二、人體測量方法簡介二、人體測量方法簡介人體測量的3個方面：形態測量形態測量: 人體尺寸、體重體型、體積表面積等； 生理測量生理測量: 知覺反映、肢力、體能、疲勞及生理節律等； 運動測量運動測量： 動作范圍、各種運動特性等。 人體尺寸數據的科學性主要是可比性、適用性可比性、適用性兩方面。可比性可比性 指國際、國內測量方法嚴格統一。適用性適用性 指測量的項目、數據是設計等實用中所需要的。 為此, ISO/ T

36、C159/SC3制定了標準 ISO 7250：1996。與此國際標準等效的我國的相應國家標準是：GB/T 57031999 用于技術設計的人體測量基礎項目用于技術設計的人體測量基礎項目GB/T 5706.1-5704.41985 人體測量儀器人體測量儀器。38（一）人體測量儀器（一）人體測量儀器圖2-5 人體測量用直腳規圖2-4 人體測高儀圖2-6 人體測量 用彎腳規圖2-7 人體測量用角度計 圖2-8 人體測量 用軟尺39（二）（二）人體測量的條件簡介人體測量的條件簡介 圖2-9 人體測量 基準面和基準軸 國家標準GB/T 57021999的規定如下。1 1衣著和支撐面衣著和支撐面被測者不穿

37、鞋襪，只穿單薄內衣（背心褲衩）。 立姿測量 站立在地面或平臺； 坐姿測量 座椅面為水平面、穩固、不可壓縮。 2 2測量基準和基準面測量基準和基準面測量基準面 矢狀面、冠狀面、水平面、眼耳平面矢狀面、冠狀面、水平面、眼耳平面測量基準軸 鉛垂軸、矢狀軸、冠狀軸鉛垂軸、矢狀軸、冠狀軸。 人體尺寸測量均在測量基準面基準面內、沿基準軸基準軸的 方向進行。40 3 3測量姿勢測量姿勢 基本測量姿勢為直立姿勢直立姿勢（立姿立姿）和正直坐姿正直坐姿（坐姿坐姿）。 *立姿立姿 挺胸直立，頭部以眼耳平面定位，平視前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直。手掌朝向體側，手指輕貼大腿外側，腰部自然伸直，兩足后跟并攏、前端

38、分開約成45角。 被測者足后跟、臀部和后背部與同一鉛垂面相接觸。 *坐姿坐姿 挺胸端坐在腓骨頭高度的平面上，頭部以眼耳平面定位，平視前方，膝彎曲大致成直角，足平放在地面上，手輕放在大腿上。 被測者臀部和后背部靠在同一鉛垂面上。 41（三）測量項目及其定義（三）測量項目及其定義國標GB/T 57031999共列出56個人體測量項目，分別為 *立姿12項（含體重） *坐姿17項、 *特定體部14項（含手、足、頭等） *功能項目13項（含頸、胸、腰、腕、腿等圍度） GB/T 57031999對56個項目都做了定義、測量方法、測量儀器的說明。 選摘兩個示例如下。 *肩高肩高：從地面到肩峰點的鉛垂距離。

39、 測量方法：被測者足跟并攏，身體挺直站立，肩部放松，上臂自然下垂。 測量儀器：人體測高儀。 *手寬手寬：在第到第掌骨頭水平處，掌面橈尺兩側間的投影距離。 測量方法：前臂水平，手伸直，四指并攏，掌心朝上。 測量儀器：人體測量直角規。 42（四）人體測量圖例（四）人體測量圖例a）上臂長 b）前臂長 c）頭長的測量 d）容貌耳長 e）兩眼內寬 f）兩眼外寬 g）頭圍 h）髖關節外展活動 I）掌側屈 j）尺側偏 k）足背屈圖2-10 人體尺寸 測量方法的示例43三、人體尺寸數據的部分特性三、人體尺寸數據的部分特性1技術標準中的人體尺寸數據技術標準中的人體尺寸數據人體尺寸有個體的和群體的兩種。工業產品或

40、公共設施，是為所有公眾或特定人群設計的。 例如過街天橋的防護欄桿，間距和高度設計，必須考慮所有公眾的情況。所以，人機工程學技術標準所提供的，是群體的人體尺寸數據人機工程學技術標準所提供的，是群體的人體尺寸數據。 為掌握某群體的人體尺寸，采用隨機抽樣隨機抽樣的方法，從該群體中抽取出若干（例如n個）個體，得到一個容量容量為n的樣本樣本，測量樣本中每個個體的人體尺寸，得到一組樣本觀察值樣本觀察值。 然后依照數理統計理論，數理統計理論，從樣本觀察值推斷出該群體的人體尺寸數據。20世紀80年代中后期，為制定國標GB/T 100001988中國成年人人中國成年人人體尺寸體尺寸，抽取的男性、女性樣本量分別為

41、11170人和11151人之多，每一個人又有多個測量項目，是一項繁重、艱巨的工作。442人體尺寸數據的部分特性人體尺寸數據的部分特性（1 1）群體的人體尺寸數據近似服從正態分布規律）群體的人體尺寸數據近似服從正態分布規律 中等尺寸的人數最多； 對中等尺寸偏離值越大，人數越來越少； 人體尺寸的中值就是它的平均值，等等。 以中國成年男子（1860周歲）的身高為例（圖2-11） 圖2-11 中國成年人身高數據服從正態分布規律 中值1678mm是中國男子身高的平均值，接近此身高的人數密集；身高與1678mm差得越多人數越少，且身高高于和低于這一數值的人數大體相等。45（3 3）人體尺寸間的比例關系，隨

42、種族、民族而不同。）人體尺寸間的比例關系，隨種族、民族而不同。 即人體尺寸的線性關系Y = aX + b，所有種族都適用；但式中的系數a和b，隨不同種族而不同。 新中國成立初期，我國陸軍士兵嫌蘇式火炮高了一些，往炮膛里裝炮彈過于費勁；而我國戰斗機飛行員卻嫌蘇式戰斗機座艙蓋罩低了一些，頭頂幾乎要挨著蓋罩顯得局促。這就是不同人種人體尺寸比例不同引起的問題。 （2 2）人體尺寸間一般具有線性相關性）人體尺寸間一般具有線性相關性 身高、體重、手長等是基本人體尺寸數據。 取基本人體尺寸之一作自變量，其他人體尺寸一般是該自變量的線性函數： Y = aX + b式中 Y某一人體尺寸數據 X某一基本人體尺寸

43、a，b（對特定人體尺寸函數）常數 對人體各基本結構尺寸基本結構尺寸與身高身高的關系，上式中 b=0， 上式簡化為 Y =aX。 （參看表2-9和圖2-17）46第二節 中國成年人的人體尺寸一、一、GB/T 100001988 中國成年人人體尺寸中國成年人人體尺寸簡介簡介1GB/T 100001988 的適用范圍的適用范圍 此標準提供了我國法定成年人（男1860歲，女1855歲）人體尺寸的基礎數據，適用于工業產品、建筑設計、軍事工業以及工業的技術改造設備更新及勞動安全保護。 對于每項人體尺寸，按男、女各4個年齡段給出數據：男男 1860歲， 1825歲， 2635歲， 3660歲女女 1855歲

44、， 1825歲， 2635歲， 3655歲 2人體尺寸的項目人體尺寸的項目 國標列出7組、47項靜態人體尺寸數據，分別是： 人體主要尺寸 6項 立姿人體尺寸 6項 坐姿人體尺寸 11項 人體水平尺寸 10項 人體頭部尺寸 7項 人體手部尺寸 5項 人體足部尺寸 2項473人體尺寸分布狀況的描述人體尺寸分布狀況的描述 人們高矮胖瘦很不相同；任何一項人體尺寸，人們都有大、中、小的差異。要全面完整地顯示中國成年人人體尺寸情況，應描述清楚對于每一項人體尺寸，具有某一數值的人占多大的比例，這就叫人體尺寸的“分布狀況分布狀況”。 GB/T 100001988用兩種方法描述人體尺寸的分布狀況。（1）第一種方

45、法：每項人體尺寸都給出）第一種方法：每項人體尺寸都給出7個百分位數的數據個百分位數的數據這7個百分位數分別是：1、5、10、50、90、95和99百分位數。 用符號P1、P5、P10、P50、P90、P95、P99來分別表示它們。 前3個叫小百分位數，后3個叫大百分位數，50百分位數稱為中百分位數。 百分位數是一種位置指標，K百分位數PK將群體或樣本的全部觀測值分為兩部分，有K的觀測值等于和小于它，有（100-K）的觀測值大于它。例例1 從表2-1可查得，中國成年男子（1860歲）身高的95百分位數是 P95 = 1775mm，這就表示：中國成年男子（1860歲）中有95的人身高等于和小于17

46、75mm，有（100-95） = 5的人身高大于1775mm。48表2-1 人體主要尺寸 （單位mm）例例2 從表2-1可查得，中國成年女子（1855歲）體重的5百分位數是 P5 = 42kg，這就表示：中國成年女子（1855歲）中有5的人體重等于和小于42kg，有（100-5） = 95的人體重大于42kg。49（2 2）第二種方法：給出人體尺寸均值和標準差）第二種方法：給出人體尺寸均值和標準差這是GB/T 100001988描述人體尺寸分布狀況的補充方法，只對6個地區（華北和東北，西北，東南，華中，華南，西南）中國人的身高、體重、胸圍3個人體尺寸，男1860歲、女1855歲各一個年齡段的人

47、體尺寸給出了均值和標準差。 人體尺寸的均值和標準差常用于人體尺寸的理論分析。二、常用人體尺寸數據摘錄及簡要分析二、常用人體尺寸數據摘錄及簡要分析在7組人體尺寸中選摘5組，男、女各一個年齡段（男1860歲、女1855歲）的數據作簡介如下。1人體主要尺寸人體主要尺寸圖2-12 人體主要尺寸表2-1 人體主要尺寸 （單位 mm）50 思考兩個問題思考兩個問題： 為什么表中的6項尺寸被列為“主要人體尺寸主要人體尺寸”？ 中國成年男、女的平均身高是1678mm和1570mm，是否覺得矮了一點？2立姿人體尺寸和坐姿人體尺寸立姿人體尺寸和坐姿人體尺寸表2-2 立姿人體尺寸 （單位mm）圖2-13 立姿 人體

48、尺寸51圖2-14 坐姿人體尺寸 表2-3 坐姿人體尺寸 （單位mm）52 國標表列的這些人體尺寸項目，對工作、勞動、器物設計都比較重要。 表2-4中舉例簡要說明其應用場合。 人體尺寸項目 應用場合舉例2.1 立姿眼高 立姿下需要視線通過、或需要隔斷視線的場合，例如病房、監護室、值班崗亭門上玻璃窗的高度、一般屏風及開敞式大辦公室隔板的高度等，商品陳列櫥窗、展臺展板及廣告布置等2.3 立姿肘高 立姿下，上臂下垂、前臂大體舉平時，手的高度略低于肘高，這是立姿下手操作工作的最適宜高度，因此設計中非常重要。輪船駕駛，機床操作，廚房里洗菜、切菜、炒菜，教室講臺高度等都要考慮它2.4立姿手功能高 這是立姿

49、下不需要彎腰的最低操作件高度；手提包、手提箱不拖到地面上等要求，均與這一人體尺寸有關2.5 立姿會陰高 草坪的防護欄桿是否容易跨越、男性公廁中小便接斗的高度、自行車車座與腳踏的距離等都與它有關表2-4 國標中部分人體尺寸項目的應用場合舉例533.1 坐高 雙層床、客輪雙層鋪、火車臥鋪的設計，復試躍層住宅的空間利用等與它有關3.3 坐姿眼高 坐姿下需要視線通過、或需要隔斷視線的場合，影劇院、階梯教室的坡度設計，汽車駕駛的視野分析，需要避免視覺干擾的窗戶高度，計算機、電視機屏幕的放置高度，其他坐著觀察的對象的合理排布等3.5 坐姿肘高 座椅扶手高度設計，與坐姿工作、坐姿操作有關的各種機器與器物，例

50、如坐姿操作生產線工作臺的高度，書桌、餐桌的高度設計等3.6 坐姿大腿厚 椅面之上、桌面抽屜下面的空間，是否容得下大腿、或允許大腿有一些活動余地3.8 小腿加足高 很重要，座椅椅面高度設計的依據3.9 坐深 座椅、沙發座深設計的依據543人體水平尺寸人體水平尺寸圖2-15 人體水平尺寸表2-5 人體水平尺寸 （單位mm）554人體頭部尺寸人體頭部尺寸圖 2-16 人體頭部尺寸表2-6 人體頭部尺寸 （單位mm）56三、人體尺寸的地區差異和時代差異三、人體尺寸的地區差異和時代差異人體尺寸因種族、氣候、飲食結構種族、氣候、飲食結構等方面的長期影響而存在差異。 GB/T 100001988給出了全國6

51、個地區人群體重、身高和胸圍3種人體尺寸的數據。表2-7 中國6地區成年人的體重、身高、胸圍 我國華北、東北地區人群的身材較為高大，下面依次是西北、東南、中南、華南4個地區，而西南地區人群的身材較為矮小。以身高均值的差距為例：華北、東北地區與西南地區 男子相差 （16931647）mm46mm。 女子相差 （15861549）mm37mm。 57 人體尺寸的百分位數與均值和標準差的換算公式為 PK = xK 式中 PK 人體尺寸的K百分位數 x 相應人體尺寸的均值 相應人體尺寸的標準差 K 轉換系數，見表2-8。求150百分位之間的百分位數時，式中取“”號；求5099百分位之間的百分位數時，式中

52、取“”號。表2-8 由均值和標準差計算百分位數的轉換系數58 例例 求華北地區女子（1855歲）身高的95百分位數P95 。解解 由表2-7查得華北地區女子（1855歲）身高的均值x和標準差分別為 x = 1586mm， =51.8 由表2-8查得轉換系數 K =1.645。 代入算式 P95 xK1586（1.64551.8）mm=1671mm。 2時代差異時代差異在社會經濟發展快的時期體現較為明顯。（1 1）成年人人體尺寸的時代差異）成年人人體尺寸的時代差異歐美國家，20世紀初開始明顯；日本發生在20世紀后半葉。中國70年代末以來經濟發展快。如今子女們身材大多超過了父母。 國標GB/T 1

53、00001988根據80年代中期的數據制定，部分數據如男、女平均身高1678mm、1570mm，對比當代大學生明顯偏低了。據報道：1997年中國男子平均身高達1692mm，比國標數據高 14mm 。平均身高約10年內增加14mm，屬超常的快速增長。生活水平提高引起的人體尺寸增加，一般會延續幾十年，接著趨于穩定。歐美在20世紀后半葉，日本在近十幾年，身高增加已很緩慢。歐美國家在世紀之交的年代，身高已趨穩定，體重還有小幅度的增加。59 （2 2）青少年人體尺寸的時代差異）青少年人體尺寸的時代差異 由營養改善導致的人體尺寸增加，青少年還因為發育年齡的提前而比成年人更顯著。 20世紀末上海高校的上海籍

54、新生，與50年代學生相比，平均身高增加100120mm之多。遠高于同期成年人身高的差異，原因是現今學生的身高在中學時期多已長成，而在50年前，上大學后繼續長身高的學生為數不少。 2002年一份文獻指出，19952002年的7年間，我國1217歲的男生增高 69mm，加重5.5kg；女生增高55mm，加重4.5kg。 可見，設計中用青少年人體尺寸數據時，更要注意數據由來的年代。60第三節 其他國家的人體尺寸 人體各部分尺寸的比例一、其他幾個國家的成年人人體尺寸一、其他幾個國家的成年人人體尺寸表2-9 部分其他國家成年人的身高數據 （單位mm）61二、人體各部分尺寸的比例二、人體各部分尺寸的比例體

55、態正常者，人體各部分靜態尺寸之間，有近似的比例關系。表2-10 部分人體尺寸與身高的近似比例關系圖2-17 部分人體尺寸的標號（對應表2-10）人種不同，比例關系也不同，表2-10給出了亞洲人和歐美人人體各部分尺寸的兩種比例數據。62第四節 產品設計中人體尺寸數據的應用方法人體尺寸數據應用人體尺寸數據應用的兩個問題：第一，生活中要穿鞋襪衣褲穿鞋襪衣褲、又要全身自然放松全身自然放松，與人體測量條件不一致，人體尺寸數據能用嗎？怎么用？人體尺寸數據能用嗎？怎么用？第二，人有高矮胖瘦人有高矮胖瘦，公用產品、公共設施設計時，該以什么樣的人體該以什么樣的人體尺寸為依據呢尺寸為依據呢？ 打虎武松 矮腳虎王英

56、 相撲運動員 苗條女郎圖圖2-18 高矮胖瘦不同，依據誰來設計？高矮胖瘦不同，依據誰來設計？國家標準國家標準 GB/T 129851991 在產品設計中應用人體百在產品設計中應用人體百分位的通則分位的通則對上述兩個問題給出了處理的原則。 ？63一、尺寸修正量一、尺寸修正量解決第一個問題的方法:引進人體尺寸修正量引進人體尺寸修正量。圖2-19 尺寸修正量的構成（一）功能修正量（一）功能修正量功能修正量包含以下3部分。1 1穿著修正量穿著修正量 例如穿鞋修正量穿鞋修正量 立姿身高、眼高、肩高、肘高、手功能高、會陰高等， 男子 25mm， 女子 20 mm。 著衣著褲修正量著衣著褲修正量 坐姿坐高、

57、眼高、肩高、肘高 6 mm； 肩寬、臀寬等13 mm； 胸厚18 mm； 臀膝距20mm。注意注意 戴帽子、手套，穿馬靴等情況下怎么辦？怎么辦？自己研究解決自己研究解決!GB/T 129851991提供的數據適合于工作時穿平跟鞋、穿夾衣夾褲的“一般情況”。非“一般情況”，如女性穿高跟，冬季穿厚衣褲等情況下怎么辦？怎么辦？ 自己研究解決自己研究解決! 642. 2. 姿勢修正量姿勢修正量 全身取自然放松姿勢引起的人體尺寸變化。立姿身高、眼高、肩高、肘高等， 10 mm；坐姿坐高、眼高、肩高、肘高等， 44 mm。3. 3. 操作修正量操作修正量（即實現產品功能所需的修正量）上肢前展操作，對于“前

58、展長： 按按鈕，12 mm； 操作扳鈕開關，25 mm； 取卡片，20 mm等。注意注意 手腳操作動作多得很、 復雜得很，怎么辦？怎么辦？自己研究解決自己研究解決!（二）心理修正量（二）心理修正量為了消除空間壓抑感、恐懼感或為了美觀等心理因素而加的尺寸修正量。例如 高平臺上的護欄高度；工程機械駕駛室、崗站崗亭、坦克艙室的內空間；為造型美觀把鞋加長等，增加的都是心理修正量。心理修正量應根據實際需要和條件許可兩個因素來研究確定。心理修正量應根據實際需要和條件許可兩個因素來研究確定。同學們試著舉出幾個例子來吧！同學們試著舉出幾個例子來吧！65尺寸修正量有尺寸修正量有正負值正負值，總修正量是各修正量的

59、，總修正量是各修正量的代數和代數和。尺寸修正量功能修正量心理修正量尺寸修正量功能修正量心理修正量 （穿著修正量姿勢修正量操作修正量）心理修正量（穿著修正量姿勢修正量操作修正量）心理修正量二、二、 人體尺寸百分位數的選擇人體尺寸百分位數的選擇解決第二個問題的方法:先確定產品尺寸設計的類型，再選擇采用的百分位數。先確定產品尺寸設計的類型，再選擇采用的百分位數。（一）產品尺寸設計的類型（一）產品尺寸設計的類型分為以下分為以下3類類4種種1型產品尺寸設計型產品尺寸設計需要大個子和小個子兩個人體尺寸作為產品尺寸設計的依據。需要大個子和小個子兩個人體尺寸作為產品尺寸設計的依據。 為了大個子和小個子均能適用

60、，產品的尺寸應能調節，分別需要一個大百分位數和小百分位數的人體尺寸作設計的依據者。例如 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口筒的高度等。662型產品尺寸設計型產品尺寸設計 又分為以下兩種（1）A型產品尺寸設計型產品尺寸設計 （又稱（又稱“大尺寸設計大尺寸設計”）只需要按大個子的人體尺寸作為產品尺寸設計的依據。只需要按大個子的人體尺寸作為產品尺寸設計的依據。 若產品尺寸只要能適合大個子的需要，就必能適合小個子，因此只需要選擇大百分位數的人體尺寸作為設計的依據者，屬于A型產品尺寸設計。 例如 床的長度和寬度， 過街天橋上防護欄桿的高度， 熱水瓶把手孔圈