人机工程学与平面设计

人机工程学与平面设计（通用8篇）

人机工程学与平面设计 篇1

人机工程学与设计

问题·作业·思考·答案

第一类：人与物、人与机的关系

一、人的尺度是采用什么方法测量的？平均值是怎么算出来的？

二、人的活动分为那两种？

三、什么是身高、立姿眼高、肘部高度、挺直身高、坐姿眼高？

四、人体最大厚度、人体最大宽度是多少？

五、什么是人体的模板？人体模板有什么作用？

六、什么是人体的感觉？人体有多少种感觉？

七、什么是视觉的视域、视角、视力？人眼的视觉习惯有哪些？

八、什么是暗适应、明适应？

九、什么是触觉？什么是温度觉？什么是痛觉/

十、字符大小与视距的关系？不同照明条件和对比度下数码、字符的笔划宽、颜色的匹配及清晰程度？

十一、什么是拉力？什么是推力？什么是按力？什么是旋转力？

十二、什么是办公作业？手工作业？椅子与作业台的关系是什么?

十三、什么是心理空间？近身空间？私密（隐私）空间？

第二类

人与环境、人与空间

一、什么是建筑的模数？

二、建筑物的基本尺度（层高、门“单、双”、窗、）。

三、室内台阶和室外台阶的尺寸（高和宽）。

四、室外道路的尺寸（人行道、车道、残疾人道）；室内的通道（过道、楼梯）；灰色空间（阳台、走廊）。

五、车辆的最佳坡度是多少？人行道的最佳坡度是多少？

六、在正常情况下室内空间平均每人多少平方才合适？

七、为什么不同的场所有不同的层高？

八、残疾人（腿疾、眼疾）室内外用品尺寸分析。

九、什么是点光源？什么是面光源？什么是裸光源？什么是隐光源？它们对人的行为能产生哪些影响?

十、适合人们相互交流的空间有哪几种？（平等式、家人式、洽谈式、审问式、防卫式）

人机工程学与平面设计 篇2

随着人性化设计在各个行业的推崇, 人们生活品味的提高, 汽车 (对老百姓来说) 已不再是遥不可及的商品, 轿车进入家庭已经不再是空谈。那么, 对于如此一个普通消费的商品, 消费需求就要求它绝不能停留在功能的设计上, 更应该关乎其使用上的人性化。汽车的人性化设计体现在各个方面, 汽车的平顺性设计, 就是在人机工程学的理论体系下, 通过工程技术的配合来完成的。

2 什么是人机工程学

人机工程学是一门多学科的交叉学科, 研究的核心问题是不同的作业中人、机器及环境三者间的协调, 研究方法和评价手段涉及心理学、生理学、医学、人体测量学、美学和工程技术的多个领域, 研究的目的则是通过各学科知识的应用, 来指导工作器具、工作方式和工作环境的设计和改造, 使得作业在效率、安全、健康、舒适等几个方面的特性得以提高。国际人类工效学学会 (International Ergonomics Association, 简称IEA) 所下的定义是: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目互作用;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。

3 什么是汽车的平顺性

汽车行驶时, 由于路面不平等因素激起汽车的振动, 使乘员处于振动环境之中。振动影响着人的舒适性、工作效率和身体健康。保持振动环境的舒适性, 对保证驾驶员在复杂的行驶和操纵条件下具有良好的心理状态和准确灵敏的反应至关重要, 它将影响“人-汽车”系统的操纵稳定性, 对确保安全行驶是非常重要的。舒适的振动环境对于乘员, 不仅在行驶过程中很重要, 而且可以保证在到达目的地后以良好的身体和心理状态投入工作。汽车平顺性就是保持汽车在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定舒适度的性能, 对于载货汽车还包括保持货物完好的性能。由于平顺性主要是根据乘坐者的舒适程度来评价, 所以它有时又称为乘坐舒适性。它是现代高速、高效率汽车的一个主要性能。

汽车的平顺性可由图一所示的汽车振动系统框图来分析。系统的“输入”主要是由汽车以一定车速驶过随机的路面不平度所引起, 此“输入”经过由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元件和悬挂质量、非悬挂质量构成的振动系统, 传递到悬挂质量或人体, 这两部分的加速度就是“输出”的振动物理量。然后, 根据人体对振动的反应—乘坐者的舒适程度来评价汽车的平顺性。汽车振动系统的“输出”通常还要同时考虑车轮与路面间的动载, 它与车轮接地性有关, 影响操作稳定性。

研究平顺性的目的就是控制振动的传递, 使乘坐者不舒适的感觉不超过一定界限, 这就要掌握图一所示汽车振动系统各环节的特性—人对振动的反应, 汽车振动系统的传递特性和作为振动“输入”的路面不平度的统计规律。

由于路面不平度是随机变化的, 所以汽车产生的振动是随机振动。60年代以来, 随机振动理论不断完善、测试和计算技术有了很大提高, 有可能大量的采集和有效的处理汽车振动的随机数据, 并能对比较符合实际情况的多自由度车辆模型进行随机响应和设计参数分析, 这种工程技术可以保证汽车平顺性设计的正确实施。

4 人机工程学在平顺性设计中指导性的应用

汽车设计为什么要考虑平顺性, 我们从人机工程这个角度出发, 介绍人体对振动的反应。

机械振动对人体的影响, 既取决于振动频率与强度、振动作用方向和暴露时间, 也取决于人的心理、生理状态, 因此人体对振动作用的反应是一个十分复杂的过程, 而且心理品质和身体素质不同的人, 对振动的敏感程度有很大差异, 所以尽管30年代以来在这方面进行了许多实验研究工作, 但难以得到非常一致的结论。这里除了各个不同的学者采用的实验条件和方法不同以外, 更重要的是人体对振动的反应的评价和衡量是非常困难的复杂的问题, 目前对采用客观的心理物理量来评价的方法进行了广泛研究, 但还没有公认的和理想的评价指标界限, 故人体对振动的反应的评价主要靠感觉判断, 以主观感觉为最终依据。

70年代初, 国际标准化组织 (ISO) 在综合大量有关人体全身振动的研究工作和文献的基础上, 订出了国际标准ISO2631《人承受全身振动的评价指南》, 这样在人承受全身振动的评价方面才有了国际通用性标准, 而且得到了世界各国的重视, 已被许多发达的国家作为本国的国家标准。我国也确定了以“等效采用”国际标准ISO2631作为国家标准的编制原则。目前许多国家参照ISO2631来制定汽车振动环境, 也就是汽车平顺性的评价方法。应指出, ISO2631是以短时间简谐振动的实验研究成果为基础, 所以对于把它扩展到汽车行驶过程, 长时间随机振动环境, 以及其它一些冲击比较大的振动环境的适用性仍有争论, 至今还不断补充、修正。

国际标准ISO2631用加速度的均方根值 (RMS) 给出了在1~80HZ振动频率范围内人体对振动反应的三个不同界限:

(1) 暴露极限当人体承受的振动强度在这个极限之内, 将保持健康或安全。通常把此极限作为人体可以承受振动量的上限。

(2) 疲劳—工效降低界限这个界限与保持工作效能有关。当驾驶员承受的振动强度在此界限之内时, 能准确灵敏的反应, 正常地进行驾驶。

(3) 舒适降低界限此界限与保持舒适有关, 在这个界限之内, 人体对所暴露的振动环境主观感觉良好, 能顺利完成吃、读、写等动作。

人体是一个复杂的机械振动系统, 大量实验资料表明, 人体包括心脏、胃部在内的“胸—腹”系统在垂直振动4~8Hz、水平振动1~2Hz范围内会出现明显的共振。这就是人体对振动最敏感的频率范围。另外, 人体达到一定的反应界限, 如“疲劳”、“不舒适”等, 都是由人体感觉到的振动强度大小和暴露时间长短二者综合的结果。

5 结束语

汽车人机工程设计方法与应用研究 篇3

关键字 人体测量学 驾驶室 人机工程学 数字人体模型

中图分类号：U46 文献标识码：A

1论文研究背景

汽车发展的潮流是行驶安全性越来越好，技术含量越来越高，驾驶越来越舒适和人性化。在人们生活水平大幅提高的我国，随着汽车工业技术水平的不断提升和消费者的不断成熟，会对汽车的舒适性和安全性有着越来越高的要求，使得进一步研究和改善汽车的人机性能十分必要。从某种意义上讲，人机工程设计的好坏直接决定了汽车设计水平的高低。

2人体模型

驾驶室设计需要利用人体模型来尽可能的模拟现实中的人，从而缩短与人体有关的零部件的设计与评价周期。以人体参数为基础建立的人体模型是描述人体形态特征和力学特征的有效工具，是研究、分析、评价、试验人机系统不可缺少的重要辅助手段。科学、合理的建立人体模型是人机工程设计的基础。对于像装载机这样比较复杂的设计对象，应用人体模型是一种重要的辅助手段，它既可以表现设计结果，也可以用来调整设计，以确定最终设计尺寸。

3商用车人机设计工作原理

人机工程设计通常始于概念设计初期。了解目标驾驶员群体特点和人体尺寸，作为人机工程设计的依据，商用货车具有底盘高，驾驶室为平头，驾驶室内部高度方向空间大、长度方向空间紧凑等特点。此外，商用货车的驾驶员群体多数为男性。对于全新开发车型，商用货车人机工程设计主要内容和流程。

3.1踏板布置

加速踏板的安装位置和驾驶员座椅高度决定了驾驶员的基本乘坐姿态，对驾驶员坐姿舒适性和各項功能操作具有重要影响。此外，加速踏板位置还决定了驾驶室其它部件的布置位置，是车内布置的重要参考元素。加速踏板布置分析主要关注以下问题：

（1）踏板中心高度。会影响驾驶员踩关节舒适性。由于加速踏板踩踏频繁，其布置必须考虑长时间操作的舒适性。加速踏板未踩下时，应保证跺关节角度合适，以保证驾驶员踩关节舒适；

（2）踏板表面倾斜角度要合适，否则会影响踏板表面和脚底面的贴合；

（3）要保证驾驶员脚底施力位置始终处于踏板中心附近。

3.2转向盘布置

转向盘布置，包括确定中心位置、倾角和轮缘直径。合理地布置转向盘，对于改善驾驶员操纵姿势、减小操舵力，从而降低驾驶疲劳程度具有重要意义。确定转向盘的位置要考虑与仪表板和驾驶员之间的距离合适。转向盘轮缘到驾驶员躯干的距离不宜小于250mm，这个间隙是安全的重要保证。最终所确定的转向盘中心位置、倾角和转向盘直径，是通过反复进行驾驶员人体、座椅、转向盘布置和位置校核后得到的。现代转向盘上还集成了许多操纵钮键，如雨刮器开关，风挡玻璃洗涤器喷水开关，大灯、转向灯、小灯开关，喇叭按钮，巡航按钮等。布置这些的时候要考虑手指操作的伸及性。适当选择这些钮件的形式和操作顺序，保证操作方便性。

3.3仪表布置

仪表盘和仪表在宽度方向的位置应布置在可视区域内。为此，应该作出不受方向盘阻挡的可视区域。在可视区中心附近应该布置最常用、最主要的仪表，如：

车速里程表。在最重要的仪表周围布置一般性仪表，如：发动机转速表、燃油表、发动机水温表等。有些汽车仪表盘上还集成了发电机状态、灯光、变速档位、环境温度、路面倾斜度等仪表。

仪表罩要有足够的深度，以遮住射向仪表玻璃的光线。设计时应进行眩目检查。如果入射光经过仪表面反射后不会与眼椭圆相交，就不会产生眩目现象。仪表罩的布置不能影响前方下视野，其断面应该布置在前方下视野线Ld以下、公切线Ll的上方。仪表罩最前端与转向盘要保持一定的距离，免发生干涉。

4总结

本文是对商务汽车驾驶室设计方法构架及其相关参数评价方法的有益探索，以人机工程学为基本原理，对驾驶室进行人机工程设计，能够提供给驾驶员舒适的驾驶姿势，良好的视野和合理的操纵装置布局，以实现安全、舒适、健康、高效的人机系统设计目标。本课题的主要研究工作和成果如下：

（1）在驾驶室人机工程设计方法研究中，根据商用车和驾驶员群体的特点，研究了人机设计的前期条件、设计要求、设计流程、具体设计原理和基于统计学的设计工具，建立了适用于商用车任意目标驾驶员群体的通用人机工程设计方法。

（2）深入研究了驾驶员驾驶和乘坐姿势的舒适性。提出了采用人体肌肉负荷作为姿势舒适性的客观量度，而肌肉负荷从宏观上根据关节载荷计算来评价舒适度的方法。

（3）某商用车样车的人机性能进行了客观评价，分析了该车型踏板舒适性、仪表视野、驾驶室进出方便性和乘坐空间等方面的人机工程性能。

参考文献

[1] 郭竹亭.汽车车身设计[M].吉林科学技术出版社，1992（10）：36-83.

[2] 中城.中国商用车之路[J].世界汽车，2005（6）：64-65.

安全人机工程学课程设计(任务) 篇4

以吕梁学院阶梯教室安全人机工程设计为例

题目：阶梯教室的安全人机工程学评析与改进

目录 摘要

主要写该课程设计采用的方法、所做的工作和所得的结论，字数限制在300字以内。要求简明扼要。关键词

文献查阅是所需要的关键信息，如：安全人机工程学、课程设计、阶梯教室、人性化设计、人体参数、人机结合面等。前言

简要说明安全人机工程学的概念、涉及的学科领域、特性及其目的；简要说明安全人机工程学的国内外研究现状以及国内的应用情况；简要说明不考虑安全人机的阶梯教室可能带来哪些负面的问题；总结性地说明为了解决这些负面问题，我们应用安全人机工程学的原理和方法对阶梯教室在使用过程中出现的不合理问题进行了科学的分析，进而提出了符合安全人机工程学原理的人性化设计，为解决学生无意识碰撞致伤、降低学生的疲劳度、提高学生的学习效率提供了可行的设计依据。

1、阶梯教室门窗、桌椅及相关设施的人机关系

主要介绍人与阶梯教室所形成的系统中存在的人机关系，如：人机合理匹配关系（包括人与门、桌椅之间的尺寸匹配关系，人与门窗、桌椅之间功能匹配关系，人、机与周围环境的匹配关系等）；人机相互作用关系（包括人与门窗、桌椅之间的相互适宜关系，人、机与周围环境这一系统的采光、照明、颜色调配等关系）等。

这部分可以先写一些该人机系统区别于其他系统的特点，然后自然引入这个系统中存在的人机关系。

2、人体相关尺寸收集

主要介绍有关设计所需的人机学参数，如：学生用桌椅及相关设施这个人机系统设计及使用过程中应考虑的人体人机参数（坐姿人体尺寸、立姿人体尺寸、人体相关水平尺寸、人体活动空间相关尺寸）

这部分要求有图、数据表格等内容。以上所需尺寸可以根据课本中给出的各种人体参数百分位数标准得到，同时也可以具体分析你们自己的人体参数。

3、阶梯教室门窗的安全人机工程分析

3.1 主要针对阶梯教室的门窗进行安全人机工程分析，如：从门的高度、宽度，门锁的高度，窗户的采光等方面分析现状所用阶梯教室存在的问题，给人造成的不良影响及按照什么样的尺寸设计，人在穿行、采光方面能更为舒适。

3.2 对阶梯教室门窗的合理性改良和设计，给出：你的设计思路、改良设计后的图形。

这部分需要将门窗的图片及其尺寸给出，即给出门窗图片并在其上标注尺寸。

4、阶梯教室桌椅的安全人机工程分析

4.1 主要针对阶梯教室桌椅进行安全人机工程分析，如：桌椅高度多大能使躯体感觉舒服；造成人体大腿、上部躯干、眼睛不舒服的主要原因及次要原因等；可以调查一下有多大百分比的学生用现在的桌椅感觉腰、肩、腿、颈、手臂、脚、眼睛等的疼痛、不舒服，并分析这些问题更多发生在哪个身高段，同时给出引起这些问题的原因；给出无论身材大小，阶梯教室桌椅设计为什么尺寸、什么形状能使人与桌椅更协调等。

4.2 对阶梯教室桌椅合理性改良和设计，给出设计思路、最终的设计图形 这部分需要将桌椅的实物图片给出，并在其上标注尺寸。

5、设计总结

主要写课程设计的特性及安全人机工程课程设计的总体感受。参考文献

你设计过程中参考过的标准、著作、教材、设计规范、论文等。以吕梁学院校园垃圾箱安全人机工程设计为例

题目：校园垃圾箱的安全人机工程学评析与改进

目录 摘要

主要写该课程设计采用的方法、所做的工作和所得的结论，字数限制在300字以内。要求简明扼要。关键词

文献查阅是所需要的关键信息，如：安全人机工程学、课程设计、校园垃圾箱、人性化设计、人体参数、人机结合面等。前言

简要说明安全人机工程学的概念、涉及的学科领域、特性及其目的；简要说明安全人机工程学的国内外研究现状以及国内的应用情况；简要说明不考虑安全人机的校园垃圾箱可能带来哪些负面的问题；总结性地说明为了解决这些负面问题，我们应用安全人机工程学的原理和方法对校园垃圾箱在使用过程中出现的不合理问题进行了科学的分析，进而提出了符合安全人机工程学原理的人性化设计，在此基础上对垃圾箱的优化设计提出建议，力图使垃圾箱被更加合理地、高效率地使用，同时使垃圾桶更加醒目、美观、干净卫生，让环保的理念真正深入在校大学生们的心中。

具体内容：

1）校园与环境（主题体现打造生态校园）

2）垃圾与垃圾箱（垃圾收集方法、垃圾箱的设计历史）3）垃圾箱设计的现状

1、校园垃圾箱现状调研

主要介绍： 1.1垃圾箱 1.2垃圾箱的分类 1.3垃圾箱的结构

2、改进方案

主要介绍：

2.1现有垃圾箱的宜人性分析 1）现有垃圾箱存在的问题； 2）垃圾箱的人机工程学分析

（1）尺寸。包括尺寸人机分析；垃圾箱尺寸

（2）颜色

（3）形状

（4）标志 2.2 设计方案 1）设计考量

（1）垃圾箱的高度

（2）垃圾投入口

（3）垃圾箱的颜色起到识别作用（给出建议颜色）

（4）垃圾箱应采用的结构及形状

（5）垃圾箱使用的材料

（6）垃圾箱部件的维修性

方案：给出你自己的设计方案（给出设计图）

给出方案说明。

2.3 吕梁学院不同区域垃圾箱选择方案

（1）食堂

（2）商店

（3）教学楼

（4）宿舍

（5）图书馆

（6）校园内

设计小结

3、设计总结

主要写课程设计的特性及安全人机工程课程设计的总体感受。参考文献

高校桌椅设计的人机工程学研究 篇5

The Furniture of Sam Maloof4通过Sam Maloof的经历和他设计的以人为本的椅子为实例来探讨。然而通过上网搜索外文资料发现国外针对高校桌椅设计的人机工程学专向研究还没有不过在美国、英国等发达国家都已建立了较为完善的人体测量体系并定期进行人体尺寸数据的采集和更新这就为产品的设计和生产提供了科学的依据。对本课题而言科学准确的人体尺寸数据是设计的重点我国应该借鉴国外丰富的经验对人体测量数据及时进行补充和更新。1.2.2 国内研究现状 国家标准局早在年就制定颁发了《学校课桌椅功能尺寸》在年又制定颁发了《学校课桌椅卫生标准》。但遗憾的是这两项国家标准当时并不包含高等学校课桌椅部分直到年颁发了新国家标准—《学校课桌椅功能尺寸》5才增加了高等学校课桌椅部分的尺寸依据和技术要求。而这一切的前提应建立在科学的人体尺寸数据基础上。然而我国自年颁布的国家标准— 《中国成年人人体尺寸》6以来由于这方面工作的艰辛就再也没有更新只是随后于年发布实施了—《工作空间人体尺寸》7。显然在此基础上进行人机工程学的各种应用研究并不能适应时代发展的要求。因此现在迫切需硕士研究生学位论文 第一章 绪论 3 要进行一次大样本的人体测量以建立起最新的人体尺寸数据库为工业设计或人机工程应用提供所需的人体尺寸数据。总之随着青年身高、体重的发展变化及时代发展国内存在课桌椅标准再修订的问题本课题的研究便是建立在国家建设部《基于室内空间设计的大学生人体尺寸的研究》项目上进行应用的最终制定出符合实际的高校桌椅产品尺寸标准。1.2.3 主要存在问题 高校课桌椅设计所依据的人体尺寸标准仍旧沿用我国于年颁布的国家标准—《中国成年人人体尺寸》和年颁布的国家标准—《工作空间人体尺寸》正如前面所述其应用是不适应时代发展要求的。所以研究解决人体尺寸问题及其应用制定出一套符合实际的高校大学生人体尺寸标准并将其应用于桌椅设计中可谓迫在眉睫。通过初步市场调研显示高校课桌椅的设计多为各个厂家相互模仿抄袭设计开发新产品的步子不大造成产品程式化、商业化严重尺寸标准含糊、功能性差市场千篇一律、缺乏亮点已无法满足大学生日益增长的个性化需求。通过对身边不同院校的大学生进行问卷调查后得知以上的同学对其所使用的课桌椅有很大的意见课桌椅尺寸设计不合理不符合人机学的要求给学习带来很多不便。因此在我国高校课桌椅设计的人机工程学研究亟待开发更广阔的空间。1.3课题的主要研究内容 本课题通过对某高校教室用课桌椅和图书馆阅览室桌椅进行实地调研并对其使用者高校青年学生进行抽样调查分析全面研究使用者对于产品的生理、心理需求根据收集的资料和调研结果利用人机工程学的原理和方法得出评价结果提出高校桌椅设计存在的具体问题并加以解决。从实际出发针对高校大学生群体合理选择人体样本依据课桌椅设计常用的人体尺寸进行调查和实测对测量的数据开展统计分析等研究工作制定出符合实际的高校大学生人体尺寸标准最终将其应用到高校桌椅设计中为发展和完善高校课桌椅产品标准提供一个科学依据。全面探讨高校桌椅设计的人机工程学要素将实际的人体测量数据应用于高校桌椅的功能尺寸设计中最终制定出一套高校桌椅设计的具体参数为高校桌椅设计系统提供全面科学的数据参考标准。

第一章 绪论 硕士研究生学位论文 1.4课题的主要研究方法 本课题对高校桌椅设计进行人机工程学研究主要是运用人体科学及统计学等相关学科的研究方法及手段包括文献法、观察法、比较分析法、实测法、数理统计法、调查研究法等。以下是本课题的主要方法介绍 观察法

研究产品系统中“人”和“机”的工作状态。针对高校桌椅设计本文研究高校大学生和桌椅产品各自的工作状态比如对大学生伏案坐姿的分析、桌椅产品功能分析等大都采用观察法。

实测法

利用人体测量相关仪器设备对高校大学生群体进行实际人体坐姿尺寸测量的方法。例如身高、小腿加足高、坐深等尺寸的测量。调查研究法 这种方法包括简单的访问、专门调查直到非常精细的评分心理学和生理学分析判断以及间接意见与建议分析等。本课题通过针对高校桌椅使用人群进行问卷调查对高校大学生和桌椅进行关联分析了解青年学生对现今桌椅的满意度、心理影响和审美情趣了解青年学生对桌椅各方面的需求。从用户的立场去研究探讨高校桌椅的设计原则并顺应大学生的需

人机工程学在设计里的应用 篇6

班级：工业设计

姓名：陈晓清

学号：090602015

一、椅子

我们根据古籍资料开发了多款“第一把交椅”，选用优质的鸡翅木做原料，充分体现了其木质肌理细密，紫褐色深浅相间成文，予人以羽毛璀璨闪耀之感的特点。还原了这款历史上最有名的椅子！这种椅子的特点是木头的双脚交叉，张开以后才能平稳，所以又称“交床”。大约在唐以后，人们才把带后背与扶手的坐具称为椅子。在宋元时已出现了带靠背的交椅，分为直背与圈背两大类。明代的交椅就是圈背交椅的延续与发展，而前者直后背交椅，《三才图会》名之曰“折叠椅”。

明代交椅以造型优美流畅而著称，它的椅圈曲线弧度柔和自如，制作工艺考究，通常由三至五节榫接而成，后背椅板上方施以浮雕开光，座面多以麻索或皮革所制，前足底部安置脚踏板，装饰实用两相宜。扶手、靠背、腿足间，一般都配制雕刻牙子，另在交接之处也多用铜装饰件包裹镶嵌，不仅起到坚固作用，更具有点缀美化功能。交椅可折叠，搬运方便。

在交椅进入厅堂时，它的交叉折叠的椅足已失去了原来野外使用的功能，于是有人将它改成常规椅子的四条直足，这便成了“圈椅”。现传世的明式交椅，以黄花梨最珍稀，而杂木交椅的存世量不少。

二、自行车

1886年，英国的约翰.k.斯塔利，是一位机械工程师，从机械学，运动学的角度设计出了新的自行车样式，为自行车装上了前叉和车闸，前后轮的大小相同，以保持平衡，并用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶的车轮。斯塔利不仅改进了自行车的结构，还改制了许多生产自行车部件用的机床，为自行车的大量生产利推广应用开辟了宽阔的前景，因此他被后人称为“自行车之父”。斯塔利所设计的自行车车型与今天自行车的样子基本一致了。

1888年，爱尔兰的兽医邓洛普，从医治牛胃气膨胀中得到启示，他把家中花园里用来浇水的橡胶管粘成圆形，打足了气，装在自行车轮子上，前往参加骑自行车比赛，居然名列前茅，引起了人们极大的兴趣。充气轮胎是自行车发展史上一个划时代的创举，它增加了自行车的弹性，不会因路面不平而震动；同时大大地提高了行车速度，增大了车轮与路面的摩擦力。这样，就根本上改变了自行车的骑行性能，完善了自行车的使用功能。

同样是1888年，英国考文垂市的约翰.k.斯塔利 生产出了第一辆现代自行车———“安全”自行车。其主要特点是采用菱形车架，使得车身有更高的刚度和强度，后轮用链条驱动，并通过前叉直接把握方向。

骑行性能与自行车的结构尺寸有关，骑行者的体材与车辆相互匹配才会骑行轻快、舒适和操纵自如。人体与车辆在A、B、C3点接触,3个点组成一个三角形，它的边长和角度是自行车的重要参数。AB和AC的长度关系到骑行者能否最有效地发挥体力。BC 的长度和位置依车型和骑行者习惯而定，它决定骑行者的姿势和舒适性。（降速自行车）

自行车前后轮中心距L、前叉倾斜角θ和前叉伸距T也是自行车的主要参数，根据车型选定。一般来说，L、T值大而θ值小时，车辆稳定性好，直线行驶的自复力强，但灵活性差；反之，L、T值小而θ值大时，车辆灵活性强而稳定性差些。L值是根据骑车人的体材来选择,一般在900～1200mm;θ值在65°～75°;T值决定于θ值。前叉翘度H通常控制在前叉转向轴线和前轮中心垂线交点J的位置，J点离地面的高度一般为车轮半径R的15％～60％。另外，制造精度以及车轮重量（含轮胎）也影响骑行性能。

三、电话

提起人机工程学首先要介绍一个人物――亨利·德雷夫斯（Henry Dreyfess，1903-1972），他是人机工程学的奠基者和创始人。德雷夫斯起初是做舞台设计工作的，1929年他建立了自己的工业设计事务所。他1930年开始与贝尔公司合作，德雷夫斯坚持设计工业产品应该考虑的是高度舒适的功能性，提出了“从内到外（from the inside out）”的设计原则，贝尔公司开始认为这种方式会使电话看来过于机械化，但经过他的反复论证，公司同意按照他的方式设计电话机。这以后德雷夫斯的一生都与贝尔电话公司有结缘，他是影响现代电话形式的最重要设计师。

贝尔公司1927年首次引进横放电话筒，改变了以往纵放电话筒的设计，1937年德雷夫斯提出了从功能出发，听筒与话筒合一的设计。德雷夫斯设计的300型电话机，今天看起来虽然老式，但这一设计首次把过去分为两部分、体积很大的电话机缩小为一个整体。由于这个设计的成功，使贝尔公司与德雷夫斯签订了长期的设计咨询合约。

五十年代初期，制作电话机的材料由金属转为塑料，从而基本确定了现代电话机的造型基础。到五十年代末，德雷夫斯已经设计出一百多种电话机。

德雷夫斯的人机工程学的其它研究成果是在1955年以来他为约翰·迪尔公司开发的一系列农用机械中，这些设计围绕建立舒适的、以人机学计算为基础的驾驶工作条件这一中心，特点是外型简练，其中与人相关的部件设计合乎人体舒适的基本要求，这是工业设计的一个非常重要的进步与发展。德雷夫斯的设计信念是设计必须符合人体的基本要求，他认为适应于人的机器才是最有效率的机器。

四、汽车

1769年，法国人N.J.居纽(Cugnot)制造了世界上第一辆蒸汽驱动三轮汽车。1879年德国工程师卡尔.苯茨(KartBenz)，首次试验成功一台二冲程试验性发动机。1883年10月，他创立了“苯茨公司和莱茵煤气发动机厂”，1885年他在曼海姆制成了第一辆苯茨专利机动车，该车为三轮汽车，采用一台两冲程单缸0.9马力的汽油机，此车具备了现代汽车的一些基本特点，如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动前轮转向和制动手把等。1886年的1月29日，德国工程师卡尔?本茨为其机动车申请了专利。同年10月，卡尔本茨的三轮机动车获得了德意志专利权（专利号：37435a）。这就是公认的世界上第一辆现代汽车。由于上述原因，人们一般都把1886年作为汽车元年，也有些学者把卡尔.苯茨制成第一辆三轮汽车之年(1885)，视为汽车诞生年。一辆汽车）

甲壳虫型汽车

（世界第 1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。1934年，美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设计。1937年，德国设计天才费尔南德?保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。甲壳虫不但能在地上爬行，也能在空中飞行，其形体阻力很小。保时捷博士最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处，使“大众”汽车成为当时流线型汽车的代表作。船型汽车

这种汽车改变了以往汽车造型的模式，使前翼子板和发动机罩，后翼子板和行李舱罩溶于一体，大灯和散热器罩也形成整体，车身两侧形成一个平滑的面，车室位于车的中部，整个造型很象一只小船，所以人们把这类车称为“船型汽车”。鱼型汽车

为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，人们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车。1952年，美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代。如果仅仅从汽车背部形状来看，鱼型汽车和甲壳虫型汽车是很相似的。但如仔细观察，会发现鱼型汽车的背部和地面所成的角度比较小，尾部较长，围绕车身的气流也就较为平顺些，所以涡流阻力也相对较小。

楔形汽车

“鱼型鸭尾式”车型虽然部分地克服了汽车高速行驶时空气的升力，但却未从根本上解决鱼型汽车的升力问题。在经过大量的探求和试验后，设计师最终找到了一种新车型――楔形。这种车型就是将车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。

楔形造型主要在赛车上得到广泛应用。因为赛车首先考虑流体力学(空气动力学)等问题对汽车的影响，车身可以完全按楔形制造，而把乘坐的舒适性作为次要问题考虑。如20世纪80年代的意大利法拉利跑车，就是典型的楔形造型。楔形造型对于目前所考虑到的高速汽车来说，无论是从其造型的简练、动感方面，还是从其对空气动力学的体现方面，都比较符合现代人们的主观要求，具有极强的现代气息，给人以美好的享受和速度的快捷感。日本丰田汽车有限公司的MR2型中置发动机跑车(尾部装有挠流板)，可以称之为楔形汽车中的代表车。汽车造型的发展是以更好地将空气动力学设计方案与乘坐舒适性恰当地予以结合，在充分考虑到以上两个关键问题的基础上，努力开发人体工程学领域的新技术，以设计、制造出更完美、更优秀的汽车为目标的。

五、飞机

莱特兄弟与人类历史上第一架飞机。大多数飞机由五个主要部分组成：机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置。

二十世纪最重大的发明之一，是飞机的诞生。人类自古以来就梦想着能像鸟一样在太空中飞翔。而2000多年前中国人发明的风筝，虽然不能把人带上太空，但它确实可以称为飞机的鼻祖。

1927年至1932年中，座舱仪表和领航设备的研制取得进展，陀螺技术应用到飞行仪表上。这个装在万向支架上的旋转飞轮能够在空间保持定向，于是成为引导驾驶员能在黑暗中、雨雪天中飞行的各种导航仪表的基础。这时飞机中就出现了人工地平仪，它能向飞行员指示飞机所处的飞行高度；陀螺磁罗盘指示器，在罗盘上刻有度数，可随时显示出航向的变化；地磁感应罗盘，它不受飞机上常常带有的大量铁质东西的影响，也不受振动和地球磁场的影响。这些仪表以灵敏度高、能测出离地30多米的高度表和显示飞机转弯角速度的转弯侧滑仪，此外还有指示空中航线的无线电波束，都是用来引导驾驶员通过模糊不清的大气层时的手段。

1939年9月14日世界上第一架实用型直升机诞生，它是美国工程师西科斯基研制成功的VS－300直升机。西科斯基原籍俄国，1930年移居美国，他制造的VS－300直升机，有1副主旋翼和3副尾桨，后来经过多次试飞，将3副尾桨变成1副，这架实用型直升机从而成为现代直升机的鼻祖。

人机工程学与平面设计 篇7

人机工程学是研究人—机—环境三者之间相互关系的新兴学科,其应用多种理论、方法和测试手段,分析人与系统因素间作用关系,研究作业过程中人的生理变化、能量消耗及对环境适应情况,达到实现最佳状态的目的[1]。驾驶室作为驾驶员操作机器运行的主要控制平台,是典型的人机交互环境系统,其设计的合理性直接影响驾驶员的工作状态与效率。结合人机工程学对驾驶室进行优化设计与配置,在保证作业效率及安全性的同时可减少驾驶员体力疲劳和精神负担。

近些年,国内外学者结合人机工程理论,将计算机辅助设计、人体模型仿真分析等先进技术应用于驾驶室设计中。美国凯斯纽荷兰公司将多种航空技术应用于驾驶室设计中,提高驾驶舒适性及安全性[2]。英国诺丁汉( Nottingham) 大学研制开发出人机交互系统软件SAMMIE,可对驾驶过程中人员状态变化进行实时监测,为驾驶室优化设计提供数据参考[3]。西北农林大学对收获机械驾驶室进行了人机工程学设计,并提出了未来联合收获机驾驶室的人机工程研究方向[4]。上述研究多以汽车人机工程学为基础进行设计,无法完全适用于农业装备驾驶室,具有一定局限性,因此研究适用于农业装备驾驶室的人机工程设计具有重要意义。

在此背景下,本文以国产某种农业收获机械驾驶室为研究载体,对人机工程学理论进行研究,结合中国人体尺寸数据,对驾驶室进行舒适性分析,改进其驾驶舒适跨点、驾驶座椅及驾驶操纵装置,优化各器件间配置关系。在此基础上,运用CATIA( Computer Aided Three - dimensional Interactive Application ,计算机辅助三维交互应用) 对驾驶员驾驶姿态、操作可达性和视野范围等状态进行模拟仿真,并进行驾驶对比试验检验其设计合理性,为农业机械驾驶室的人机工程设计提供重要参考依据。

1 基于人机工程驾驶室器件开发设计

从驾驶员舒适性角度出发,以人机工程学为理论基础,结合中国人体尺寸数据,对驾驶室进行舒适性分析,改进设计驾驶舒适跨点、驾驶座椅及驾驶操作装置。

1. 1 驾驶舒适跨点

驾驶舒适跨点是驾驶过程中人体躯干与大腿间交接点,是标定驾驶室座椅空间尺寸的基准点,其设计的合理性直接影响驾驶员坐姿的舒适性、安全性、视野可达性及手伸界面。本文从人体舒适角度出发,根据驾驶室座椅设计原则,利用数值规划软件Lingo对驾驶跨点位置进行优化求解。

以适宜的跨点位置线为基础进行优化,定义跨点相对定位参考点的水平方向距离X与跨点的高度Z是为线性关系。建立模拟驾驶坐姿模型,以脚踵点O为坐标原点,驾驶室水平地面为X轴,竖直面为Z轴,建立XOZ直角坐标系,如图1( b) 所示。根据实际驾驶员坐姿疲劳情况,将坐姿模型简化为人体躯干、大臂、小臂、大腿、小腿、脚踝及手掌等7 部分,各部位间夹角以Qi表示( i = 1,2,. . . ,9) ,具体参数如表1 所示。根据确定舒适驾驶坐姿下的各部位角度范围[5,6,7],如图1( a) 所示。

设驾驶舒适跨点坐标为( Hx,Hz) ,利用人体几何关系建立跨点求解方程为

其中,θ 为脚踵及踝点连线与踏板平面间夹角( °) ; L1为大腿轴线长度( mm) ; L2为踝关节与脚踵点间距离( mm) ; L3为踝关节与加速踏板平面间距离( mm) ; L4为小腿轴线长度( mm) 。

根据人体统计学,得到驾驶员( 男女) 各比例段身体尺寸数据[8],应用数值规划软件Lingo确定目标函数和约束条件,优化出最适跨点范围,利用Mat Lab软件绘制不同的跨点舒适度范围曲线,如图2 所示。

由图2 可知: 影响跨点舒适范围因素主要为脚踵点位置、不同百分位人体尺寸及座椅靠背倾角。脚踵点位置移动及座椅靠背倾角变化,将导致舒适跨点范围变化; 不同百分位人体尺寸间差异,将导致舒适跨点曲线范围不同。通过整合,得到90% 人群舒适跨点的分布范围,如图2 ( d) 所示。其中,AB段区域为90% 人群跨点横向位移调节范围; CD段区域表示90% 人群跨点纵向位移调节范围。有利于驾驶员坐姿舒适性的座椅水平调节量为230 ~ 270mm,竖直调节量为170 ~ 200mm。

1. 2 驾驶室驾驶座椅

舒适驾驶座椅是安全驾驶作业的首要保证,其座椅的参数与布置直接影响驾驶员坐姿与视野可达性,同时可减小相对振动产生的疲劳强度。

根据人体解剖学[9],舒适驾驶坐姿应保证人体的大部分质量有较大支撑面积,单位压力均布在座椅靠背及椅面上,压力分布应从小到大平滑过渡,避免突变,其压力变化如图3 所示。根据人机工程学原理,结合中国人体实际尺寸分布,主要对驾驶座椅高度、座椅深度、座椅宽度、座面倾角及靠背倾角进行分析设计。

合适的座椅高度应低于小腿高度,保证保持大腿基本水平,大腿、小腿以及臀部皆可获得地面及椅面支撑。正确的座椅深度应可有效承担臀部力量,且使靠背方便地支撑腰椎部位,设计时应以女性较小百分位尺寸为基准。座椅宽度应较坐姿臀宽稍大,便于驾驶员可自由调整坐姿,同时靠背倾角应使人体脊柱处于正常状态。整体设计时,应保证座椅椅面材料软硬适宜,具备一定的耐磨性及防滑性等[10]。

1. 3 驾驶室操纵装置

驾驶室操纵装置主要分为手控操纵装置和脚控操纵装置两类。其中,手控操纵装置包括方向盘、操纵杆等,脚控装置为离合脚踏板等。合理合计相关操纵装置,可提高手脚操纵灵活性和准确度,减少驾驶疲劳度,提高驾驶安全性。

1) 方向盘。方向盘是驾驶员最重要的控制装置之一,其设计与布置的合理性直接影响驾驶安全性、舒适性及作业效率。其主要设计参数为方向盘平面与水平面夹角和方向盘的尺寸参数。

在驾驶过程中,驾驶员对方向盘施加一定的力产生扭矩,从而完成对其操纵。方向盘与水平面夹角与作用力间关系曲线如图4 ( a) 所示。分析可知: 驾驶员对其作用力随方向盘与水平面夹角增大而先减小后增大; 当夹角成90°时,驾驶员作用力值为最小,此时驾驶员腕关节处于最自然状态,但当需要用较大的力操作时较为费劲; 当夹角成0°时,最方便驾驶员对方向盘进行施力,但此时腕关节处于非自然的操纵状态,操作易疲劳,因此本文将方向盘与水平面夹角选定为15° ~ 70°范围内。参考中国人体坐姿数据,设定方向盘直径为350 ~ 380mm,方向盘截面直径为30 ~35mm,方向盘三维效果如图4( b) 所示。

2) 手操纵杆。驾驶室手操纵杆主要实现克服较大阻力的操纵,但并不适合于精确调节或连续作业,其主要设计参数为手柄形状和控制范围。

参照人体生理学特征,对操纵杆手柄形状及尺寸进行设计,以提高驾驶员操纵的舒适性。人体手掌掌心处肌肉最少且指骨间充满神经,为驾驶员最佳减震系统,因此手柄不应完全贴合掌心,保持一定空间使得振动受力无法集中,减少了长时间操作产生的手部疲劳[11]。图5 为常见的手柄形状,其中球形手柄适于摆动角度大于或等于30°操纵系统; 锥形和锭子形手柄适于摆动角度小于30°操纵系统。本文选取应用较广泛的锭子形手柄为操纵杆端头。

手操纵杆操纵角度和位移量应控制一定范围内,操纵范围过大,将增加驾驶员手臂位移量,加快驾驶疲劳积累。本文设计操纵杆控制角度以30° ~ 60°为易,前后角度不宜超过90°,左右角度不宜超过45°; 前后位移量不易超过350mm,左右位移量不易超过150mm。操纵范围如图6 所示。

3) 脚控踏板。当需要较大作用力进行操作,通常采用脚控操纵系统。其中,对于需要较大操纵力、速度快且准确性高的操作应选用右脚。

脚踏板角度是影响脚部施力的重要因素,如图7所示。适度角度应使驾驶员操纵踏触踏板时,身体下肢及脚踝关节处于舒适状态[12],其计算值为

其中,Z为拇指基准点到踵点水平距离( mm) 。

2 驾驶室总体布局设计

驾驶室作业空间设计主要是驾驶员在坐姿状态下,对驾驶室内座椅和控制器件进行总体配置,保证驾驶安全性及作业效率,同时提高驾驶员舒适性,减少驾驶疲劳积累。

2. 1 驾驶室内部器件布置

1) 手伸界面布置。驾驶员手伸界面是在正常姿势驾驶过程中,驾驶员身系安全带,右脚置于加速踏板上,双手握住方向盘,当进行其他操纵时双手所能伸及的最大空间,为操纵封闭曲面球形范围。为保证驾驶员行车安全,在行车过程中涉及各种操纵件应布置在手伸界面范围内。

根据驾驶员驾驶操作区域分布,将其分为水平工作区域、垂直工作区域及二者构成的立体封闭工作区域,如图8 所示。其中,“1”为上肢操作最佳范围,适宜配置使用频繁器件,如倒车系统、换挡系统及点火系统等; “2”为上肢操作较易范围,适宜配置使用较频器件; “3”为上肢操可达到最大范围,适宜配置使用不频繁器件。

2) 方向盘布置。方向盘布置主要考虑两方面影响: 一是最下缘同座椅间距离,保证人体腹部包络曲面与方向盘最下缘无法发生干涉现象; 另一方面对方向盘平面同水平面夹角进行考虑,保证方向盘最上缘无法遮挡驾驶员下视野。

根据经验推荐的合理数值范围,设计驾驶室座椅与方向盘下缘间水平距离L1在300 ~ 400mm范围内,垂直距离H1应大于230mm。同时,方向盘上缘不能进入驾驶员的前方视野,前下视野角度用 α 来表示,其取值范围为10° ~ 18°,如图9 所示。

2. 2 驾驶室整体布置

综合上述研究分析,本文设定脚踏板位置距座椅跨点距离为720mm,大小身材皆可通过调节座椅的前后距离来得到踵点到座椅的舒适距离。驾驶室脚控装置主要包括左脚离合控制器和右脚加速踏板控制器,将其以方向盘的轴线为中心对称布置,各踏板轴线距方向盘轴线距离为240mm,整体驾驶室布置如图10 所示。

3 虚拟人机系统舒适性评价仿真

以CATIA V5R20 人机工程设计模块为研究平台,通过调节驾驶员各种操作状态和运动姿势,进行驾驶室舒适性评价仿真分析。

3. 1 人机驾驶模拟前处理

采集100 个中国驾驶员相关数据为样本,以CATIA软件中人体构造模块为研究平台,进行尺寸数据编辑,得到虚拟中国人人体模型,并输入至姿态编辑模块,模拟静态驾驶动作[13],如图11 所示。

3. 2 姿态分析模拟

进行驾驶姿态仿真分析,建立人体坐姿舒适角度范围与操纵舒适性间关系模型,并赋予不同范围以不同分值,通过虚拟仿真得到各个作业状态下驾驶员躯干、大腿、小腿、大臂和脚踝关等部位姿态评分。通过仿真结果可知: 各部位姿态分数处于78 ~ 100 分范围内,可满足人机工程驾驶舒适性要求。虽人体各个部位皆非处于最佳状态,但其整体效果最佳,肘部及腿部姿态仿真如图12 所示。

3. 3 操作驾驶可达性模拟

进行操作驾驶可达性仿真,设定人体模型在背部靠紧椅背,仅依靠肩周运动,对其左右手可达区域方位进行模拟分析,如图13 所示。由仿真结果可知: 右手可达区域覆盖控制装置右半部分全部及左侧操纵大部,左手可达区域覆盖左侧操纵装置的大部分和右侧操作小部,且两侧皆作业范围皆足够覆盖工作范围,证明驾驶可达性效果良好。

3. 4 驾驶员视野区域模拟

进行操作驾驶视野区域模拟,设定模型背部与驾驶座椅间固定约束,依靠颈部调整头部方向,以控制相关视野范围,对驾驶员进行平视、视野上下限及左右限模拟,进行驾驶员视野仿真,如图14 所示。

分析可知: 对于4 个方向驾驶员视野良好,驾驶员视野下限可以掌握整个方向盘面板及脚踏板、左右视野容纳驾驶室两侧外部情况,证明了驾驶室整体布置的合理性。

4 驾驶舒适性对比试验

为检验驾驶室设计合理性及仿真分析可行性,以改进前后驾驶室为试验平台,进行驾驶舒适性试验。

4. 1 试验对象

为避免年龄与疾病等外部条件对试验结果影响,分别选取20 名男子和20 名女子作为试验样本,年龄31 ± 5. 2 岁; 被测男子身高范围160 ~ 177cm,体重范围48 ~ 75kg; 被试女子身高范围152 ~ 166cm,体重范围42 ~ 66kg; 皆具有3 年以上驾驶经验。所有样本均身体健康,无心脑血管疾病及睡眠充足,且在试验前无疲劳症状,情绪稳定。驾驶环境对比如图15 所示。

4. 2 试验方案与结果

测试时间为2015 年9 月10 日,测试期间气温18~ 25℃ 。考虑时间和天气等因素对试验的影响,选择天气晴朗的工作日,试验过程中驾驶室温度变化不大,对测试结果不会产生影响。分别对改进前后驾驶室进行试验测试,试验前驾驶员静坐在驾驶室中10min,调整其驾驶坐姿。驾驶员连续驾驶60min,驾驶过程中驾驶员控制驾驶室内相关器件( 座椅、方向盘、操作杆及脚踏板等) ,并调整其最佳视觉角度[14],如图15 所示。

测试结束后,采用被试自我疲劳评价的方式进行疲劳舒适性主观评测[15]。调查问卷的驾驶疲劳程度等级划分为5 级: 非常舒适、有点舒适、无影响、有点疲劳、非常疲劳。试验中,每个样本共填写7 份主观疲劳调查问卷,对应时刻为0、10、20、30、40、50、60min。根据调查问卷的结果,求得各个时刻对各器件的舒适疲劳度得分的平均值。

具体试验结果如图16 所示。由图16 可知: 随驾驶时间增加,驾驶员对两种驾驶室主观舒适性皆呈逐渐下降趋势。在0 ~ 20min驾驶时间内,对于两种驾驶室平均舒适性评价一致; 在20 ~ 60min驾驶时间内,改进前驾驶室驾驶员疲劳累积趋势加快。由此证明,改进后驾驶舒适性优于改进前,驾驶室设计布局合理。

5 结论

1) 以人机工程学为理论基础,结合中国人体尺寸数据,对驾驶室进行舒适性分析,改进设计驾驶舒适跨点、驾驶座椅及驾驶操作装置,优化各器件间布置关系。

2) 以CATIA人机工程设计模块为研究平台,对驾驶姿态、操作可达性和视野范围进行虚拟仿真试验,证明了仿真分析驾驶室舒适程度的可行性。

3) 对改进前后驾驶室舒适性进行主观对比试验,结果表明: 随驾驶时间增加,驾驶员对两种驾驶室主观舒适性皆呈逐渐下降趋势。在0 ~ 20min驾驶时间内,对于两种驾驶室平均舒适性评价一致; 在20 ~60min驾驶时间内,改进前驾驶室驾驶员疲劳累积趋势加快。改进的驾驶室总体布局合理,可满足驾驶员对驾驶室驾驶舒适性及安全性需求。

摘要：为提高驾驶室舒适性及安全性,以国产某种收获机械驾驶室为研究载体,对人机工程学理论进行研究,结合中国人体尺寸数据,对驾驶室进行舒适性分析,改进其驾驶舒适跨点、驾驶座椅及驾驶操纵装置,优化各器件间布局配置关系。基于CATIA软件人机工程设计模块,对驾驶员驾驶姿态、操作可达性和视野范围进行模拟仿真,检验驾驶室设计合理性。对改进前后驾驶室舒适性进行主观对比试验,结果表明:随驾驶时间增加,驾驶员对两种驾驶室主观舒适性皆呈下降趋势;在0~20min驾驶时间内,对于两种驾驶室平均舒适性评价一致,在2 0~6 0 min驾驶时间内,改进前驾驶室驾驶员疲劳累积趋势加快;改进后的驾驶室总体布局合理,可满足对驾驶舒适性及安全性需求。该研究证明了人机仿真系统分析驾驶室舒适程度的可行性,为驾驶室的人机设计改进提供了参考依据。

人机工程学与平面设计 篇8

关键词：产品设计 人机工程学 教学实践 课程设计

人机工程学是产品设计专业必不可少的教学内容。然而，作为一门传统的工学课程，人机工程学却很难真正融入艺术类院校产品设计专业的教学体系中。在查阅的多本关于产品设计中的人机工程学的专著和教材中，发现其教学内容多数还是工科体系中的人机学内容，知识范围广泛庞杂。在多篇关于产品设计中人机工程学的教学实践的论文中发现，在以往的教学中，多数还是从知识体系出发进行理论学习，也有的根据知识单元，进行了分散的实践练习。这显然是难以达到在具体项目实践中，应用人机学理论、原理、数据和方法进行产品设计的要求的。

基于以上这些问题的考虑，在最近两年的人机工程学课程的教学中，作者从人机工程学与产品设计的关系出发，基于课程设计组织教学内容，进行教学实践。

一 产品设计应用人机工程学

人机工程学是研究人、产品（物）及其使用环境之间相互作用及具体应用的学科，它在许多领域具有广泛的应用价值。从产品设计角度来看，产品是为人使用为人服务的，因此产品的设计必须满足人的生理、心理需要。人的因素已经成为工业设计的主要甚至决定性因素，人机学的内容包括人体测量、人的行为、感知科学等。这些科学知识在设计过程的不同阶段会有不同层次的应用，如何将科学知识转变为在从事具体设计时有效解决问题的能力，是这门课程的主要目标。

在《工业设计应用人机工程学》（胡海权编著）一书中，作者提出了“工业设计应用人机工程学”的概念，把它看作是一种以人机工程学为研究对象的设计方法，“作为工业设计师的我们毕竟不是人机工程学的研究者，而是其应用者”。从这一角度出发，我们可以将产品设计中的人机工程学理解为人机学的一个分支，或可称之为“产品设计应用人机工程学”。对于产品设计师来说，人机工程学是一种关注人的设计理念，是注重行为分析的设计方法，是能够为产品的合理性提供数据的科学工具，也是设计方案人机关系优劣的评判依据。

因此对于产品设计专业，人机工程学的教学应该注重应用，而且应该将人机学知识的学习融入完整设计过程之中，并逐渐将对知识的应用转化为自觉的设计理念和设计方法。

二 课程特点

（一）教学思路

在作者所在的院校产品设计专业为艺术类招生，学生的优势在于感性思维和形象思维，而大部分学生的逻辑思维能力较差。作为工程学科的人机工程学的教学，如果以理论讲授和人机实验为主要内容，会显得枯燥且学习效果不佳，难以达到预期的学习结果。因此“工课艺学”成为这门课程教学的总体思路。即在教学中引进合适的课题，由学生自定题目进行产品设计实践，在实践过程中应用人机工程学的基本原理和研究方法。理论学习的内容和进度也围绕项目流程而展开，进行相应的讲授和指导。

（二）教学内容与教学方法

人机工程学是一门独立的学科，有完备的理论体系，知识内容广泛。而对产品设计来说，主要是对其理论和原理的应用，所涉及的相关知识只是其中的一部分。为了更好的把握教学内容，有必要在了解整体理论体系的基础上，从产品设计的一般流程出发，结合产品设计不同阶段对人机工程学不同层次的应用，对教学内容进行取舍和重新组织。

产品设计是一个复杂的非线性的过程，而且在不同企业其开发流程也有所区别。为了便于讨论，这里将产品设计流程根据工作内容简化为以下几个阶段，即：立项、设计调研、分析定位、概念方案设计、方案细化和模型制作。在设计过程的不同阶段，人机工程学皆有不同层次的应用，如（图1）所示。

1 设计立项。对于课程设计，主要是教师拟定主题，学生再选定具体的产品类型或方向。在第一次课通过讲授“人机工程学与产品设计”的内容，帮助学生认识人机系统，识别产品使用过程中的人机交互关系，也为正确选题作准备。

2 设计调研与分析定位，对应的教学内容为“产品设计中的人机分析”。首先需要强调的是，人机工程学从理念和方法上，为设计师提供了关注用户及其使用行为的视角，但并不是所有项目都需要进行人机调研与分析。因此在项目开始时，需要考量产品的人机系统关系，当人机关系的改进可以成为创意点或创新的突破口时，或者改进产品的可用性成为设计的主要目标时，才需要将人机关系的调研与分析作为设计调研的重点。

在人机调研分析阶段，首先需要对限制条件进行分析。所谓限制条件，是指由人机系统的工作目标决定的那些影响人机关系的外界因素。凡是在系统目标规定内无法改变的因素，都是设计的限制条件。分析清楚了限制条件，也就给人机问题的研究和解决划定了明确的目标和界线。

其次是对使用者的调查分析，包括：对使用者的生理特征、心理特征、动作特征以及产品使用环境的调查与分析。

人机调研与分析是重要内容，在教学过程中，这一部分内容采用了“设计师的方式”进行。如用摄影法进行人的尺度的调查，或通过影像记录产品的使用环境、使用过程以及使用者的动作特征等。甚至可以在调查的基础上，模拟并记录典型的使用情境，以便更好的发现人机问题，将其与设计方案对接。

3 概念方案设计。在调研分析阶段，已经逐渐明确主要的人机问题，形成初步的设计定位和解决方案。在进行概念设计时，就需要将人机分析与产品形态的构建相结合，将抽象的或文字描述的解决方案，转化为表达产品形态的手绘草图或简单的实物模型，可称之为概念的视觉化。

4 方案细化。在草图方案的基础上，利用计算机软件按比例绘制2D效果图或建立3D数字模型，结合相关的人体测量数据和人体模板，对产品形态的尺寸进行调整。随着虚拟现实技术的发展，利用计算机进行人机交互分析也成为可能。但限于教学条件，该部分的教学内容主要还是利用人体测量数据绘制二维人体模板，用来对产品尺寸进行调整与确认。所以从概念设计后期开始讲授“人体测量与设计应用”、“应用人机学的一般参考准则”、“设计案例分析”等内容。

5 模型制作。对于人机工程学课程来说，制作全比例模型进行使用体验和感性的人机测试是必不可少的。要求用泡沫、油泥或木材等熟悉的材料，制作实物模型，但对于色彩、材质等只在效果图上体现，在实物模型中不作要求。模型完成后，各小组之间进行使用体验并记录，以作为进一步修改的依据。该部分课程内容为“人机测试评价”，主要还是通过设计案例的分析讲解。

在课程结束后，会要求学生将设计过程整理PPT进行作业汇报，教师除了点评之外，还会制定评价标准，由学生之间进行互评和答辩。

三 教学实践

（一）课程设计与进度安排

在作者所在的院校，人机工程学课程共8周，课内有32学时。以2013年～2014年度秋季学期的人机工程学课程为例，学生为大学本科三年级，已经学习过一些产品设计的专业设计课和专业基础课，在产品造型、材料加工和模型制作方面有较好的基础。在总体教学设计上，采取以学生为主体，以课程设计为导向的课程组织形式。将课程内容按设计流程分阶段，同时也将课程设计分解成若干个阶段性任务，给定完成的时间节点，其余的由学生自主安排。除了课堂上的理论学习和方案讨论之外，学生还需要利用课余时间来完成每次课的作业。

在这次课程中，给学生拟定了“手——与手有关的产品研究与设计”课程设计题目。要求学生每2～3人为一组，自定具体产品，应用人机工程学进行调查分析与设计。设计结果可以是对现有产品的改良设计，也可以是探索性的概念设计。

此外，还规定了具体的作业内容和完成时间，在每一项内容完成之后进行一次汇报，使教学有序的进行，如（图2）。

（二）学生作业分析

课程结束后，学生提交了课程设计的汇报PPT。学生在拟定的题目范围内，选择了开瓶器、鼠标、灭火器和雨伞等产品作为研究和设计的对象。这些产品主要是实用工具，注重功能性和可用性。就人机工程学这门课程而言，作业的核心内容在于“人机调研与分析定位”及对应的“人机解决方案”。

从作业的结果看，大多能按照设计的需要进行人机关系分析并提出相应的解决方案，达到在设计中应用人机学原理和方法的教学目标。作业中表现出了这些特点：

a 对产品的使用过程和使用方式进行观察，并用视频或图像的形式进行记录，分析其中的人机关系。或通过情境模拟和故事板的方式再现产品的使用，帮助发现所存在的人机问题。如（图3）所示，是对开瓶器使用方式的调查分析。（图4）为灭火器设计中的情境模拟和故事板。

b 结合产品的使用过程，用摄影法对手的生理结构、动作特征进行调查，根据所设计的产品进行特定的分析，在调查和分析中指出产品使用过程所存在的人机问题，为产品设计提供依据。有的小组还根据设计的需要尝试了新的研究方式，如用油泥模型研究手的抓握空间。如（图5），用摄影法研究使用开瓶器时手的动作特征，并用油泥模型研究手握空间。

c 在方案设计时，通过草图、模型等，尝试将人机问题的解决方案通过产品形态表现出来。进而通过查阅人机数据，绘制二维人体模板，进行相关人机尺寸和操作空间的研究，辅助完善设计方案。如（图6），用二维人体模板辅助研究使用鼠标时的动作特征。

d 设计方案大多是对现有产品的功能、使用舒适度和使用方式等进行改进，提出了产品原型，在造型、色彩、材质和可行性等方面还可以有很大的提升空间。最后的实物模型也比较粗糙，各小组之间进行了简单的使用体验和感性评价，没有就人机测试作进一步的研究。（图7），展示的是开瓶器方案设计阶段的概念草图、效果图、实物模型和使用体验。

四 教学效果分析