工业设计中的人机工程学

工业设计中的人机工程学（精选10篇）

工业设计中的人机工程学 篇1

机工程学和工业设计在基本思想与工作内容上有很多一致性：人机工程学的基本理论“产品设计要适合人的生理，心理因素”与工业设计的基本观念“创造的产品应同时满足人们的物质与文化需求”，意义基本相同，侧重稍有不同；工业设计与人机工程学同样都是研究人与物之间的关系，研究人与物交接界面上的问题，不同于工程设计(以研究与处理“物与物”之间的关系为主)。由于工业设计在历史发展中溶入了更多的美的探求等文化因素，工作领域还包括视觉传达设计等方面，而人机工程学则在劳动与管理科学中有广泛应用，这是二者的区别。

工业设计是一项综合性的规划活动，是一门技术与艺术相结合的学科,同时受环境/社会形态、文化观念以及经济等多方面的制约和影响,即工业设计是功能与形式、技术与艺术的统一,工业设计的出发点是人,设计的目的是为人而不是产品,工业设计必须遵循自然与客观的法则来进行.这三项明确地体现了现代工业设计强调“用”与“美”的高度统一，“物”与“人”的完美结合，把先进的技术科学和广泛的社会需求作为设计风格的基础，概而言之，工业设计的主导思想以人为中心，着重研究“物”与“人”之间的协调关系。

人机工程学，在美国有人称之为人类工程学“HUMAN ENGINEERING”，人因工程学“HUMAN FACTORS(ENGINEERING)”，在欧洲有人称之为“ERGONOMICS”，生物工艺学，工程心理学，应用实验心理学以及人体状态学等待。日本称之为“人间工学”，我国目前除使唤用上述名称外，还有译成工效学、宜人学、人体工程学、人机学、运行工程学、机构设备利用学、人机控制学等。人体工程不的命名已经充分体现了该学科是“人体科学”与“工程技术”的结合，实际上，这一学科就是人体科学，环境科学不断向工程科学渗透和交叉的产物，它是以体科学中的人类学、生物学、心理学、卫生学、解剖学、生物力学、人体测量学等为“一肢”；以环境科学中的环境保护学、环境医学、环境卫生学、环境心理学、环境监测技术等学科为“另一肢”，而以技术科学中的工业设计、工业经济、系统工程、交通工程、企业管理等学科为“躯干”，形象地构成了本学科的体系，从人机工程学的构成体系来看就是一门综合性的边缘学科，其研究的领域是多方面，可以说与国民经济的各个部门都有密切的关系。由于社会分工不同，分为职业性和非职业性两类。职业类指从事物质文明和精神文明创造活动中对工具、设备、环境进行设计、加工的专业活动，在这个范畴中运用人机工程学以便创造符合人的生理及需求的、高效、优化和完美的“人－机－环境”系统；非职业范畴指自我服务性范畴，如家务活动，休息及娱乐活动等，在这个范畴中，运用人体工程学以便创造出高效率，减少疲劳，有利于身心健康的高质量生活。总而言之，人体工程学不仅有利于专业化分工的专门性创造活动，也有利于人类大的生活领域；不仅适合对生产工具、设备及环境的创造，而且适合人们整个生活、娱乐、休息、工作、学习等各领域。显然研究和应用人体工程学原理和方法成为工为设计人员所面临的新课题。

人机工程学研究内容及其对于设计学科的作用可以概括为以下几方面：

为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数：应用人体测量学、人体力学、生理学、心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和肌能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、体重、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时相互关系和可及范围等人体结构特征参数提供人体各部分的发力范围、活动范围、动作速度、频率、重心变化以及动作时惯性等动态参数分析人的视觉、听觉、触觉、嗅觉以及肢体感觉器官的肌能特征，分析人在劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳程度以及对各种劳动负荷的适应能力，探讨人在工作中影响心理状态的因素，及心理因素对工作效率的影响等。人体工程学的研究，为工业设计全面考虑“人的因素”提供了人体结构尺度，人体生理尺度和人的心理尺度等数据，这些数据可有效

地运用到工业设计中去。

为工业设计中“产品”的功能合理性提供科学依据：现代工业设计中，如搞纯物质功能的创作活动，不考虑人机工程学的需求，那将是创作活动的失败。因此，如何解决“产品”与人相关的各种功能的最优化，创造出与人的生理和心理肌能相协调的“产品”，这将是当今工业设计中，在功能问题上的新课题。人体工程学的原理和规律将设计师在设计前考虑的问题。

为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则：通过研究人体对环境中各种物理因素的反应和适应能力，分析声、光、热、振动、尘埃和有毒气体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程序，确定了人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度，从保证人体的健康、安全、合适和高效出发，为工业设计方法中考虑“环境因素”提供了设计方法和设计准则。以上几点充分体现了人机工程学为工业设计开拓了新设计思路，并提供了独特的设计方法和理论依据。社会发展，技术进步，产品更新，生活节奏紧张，这一切必然导致“产品”质量观的变化。人们将会更加重视“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”、和“效率”等方面的评价，人机工程学等边缘学科的发展和应用，也必须会将工业设计的水准提到人们所追求的那个崭新高度。

工业设计中的人机工程学 篇2

(一)什么是设计

如果说艺术是在一张白纸上绘画,那么设计就是在一定范围内绘画,设计是具有目的性、方向性的实践活动。

有一位老师这样问过我一个发散性问题:回到最早的生活情境,你能想象现在的汽车最初是有什么发展而来的吗?可见设计是具有方向性、目的性的。看看身边的种种,都是设计的结果,俗话说“衣食住行存大道”,服装、日用品、建筑、交通工具,正是设计在其中起作用,才会让我们的生活这样舒适,也唯有设计才能改变生活和创造生活。

从工业产品角度来说设计,设计可以说是艺术和理性地完美结合,是一种对产品形象的创新设计,但它并不是一味追求造型形态的外观设计,而是在此基础上通过功能、结构、色彩、材料的附加设计形成一种供人类使用的产品。人们说“民族的才是世界的”,我想说具有民族特性的设计才是独特的,才是有意义的。

(二)对设计的理解

在我看来设计是一种经验、一种思维、一种态度、一种感受。

设计是一种经验,对于历经多事的长者,他们会凭借着自己多年的生活阅历,简单的设计制作供自己使用的产品。对于设计者本身,通过自己生活经验再加上多次反复的设计经验,已经熟练地掌握了设计方法和设计流程,这一切可以用熟能生巧来总结。

设计是一种思维,好的设计不是把所有好的东西都堆砌到一起,不是人们喜欢什么东西就给他搬过来,需要提炼、升华、再加工,这样设计才会完美。

设计是一种态度,它并不是一种技能,他是捕捉事物本质的感觉能力和洞察能力。作为设计师,就是将信息以一种新、奇、特的设计语言来表达对生活的态度。设计来源于生活,反映着生活,设计就是一种对未来的态度。

设计是一种感受,设计是以人为本,好的设计会在形态上让人眼前为之一亮,在色彩上中和环境因素使人舒服愉悦,给人以美的享受,给人以一种中肯、舒适的感受。这也是设计追求的根本目的。

二、人机工程学在设计实践中的应用

(一)人机工程学含义

人机工程学是研究人、机、环境三大要素之间的关系。从设计的角度看,是基于人的因素对机与环境的功能、结构、形态空间、界面、材料、色彩、照明等做出适宜人的设计。

(二)人机学在设计实践中的应用

从工业设计这一范畴来看,大至宇航系统,城市规划,建筑设施,自动化工厂,机械设备,交通工具……小至家具,服装,文具以及盆,杯,碗,筷之类的生活用品,总之这一切物,在设计和制造时,都必须把人的因素作为一个重要条件来考虑,来解决人在工作生活中遇到的问题,这些问题包括产品的直接使用过程中遇到的问题,也包括使用过程中遇到的不舒适的问题。

人机工程学贯穿整个设计流程中,在确定设计项目的同时,也要确定人机矛盾在所有矛盾中的地位。在调查分析时,必须进行使用者的生理特征、动作特征、心理特征以及产品的使用环境特征的调查。产品的创新来源于对使用者的使用特征分析,例如,在针对传统车把在骑行过程中的手和前臂疼痛的问题,对于手掌造成的压力问题,解决方案是研究人体手部解剖学,提出一个优化方案,适度加宽手把呈似扁椭球形结构,防止手掌麻木,加大手臂与手掌的角度,减小对手掌的压力。在设计草图时,必须把人机与产品形态的构建结合。在计算机辅助设计时,利用计算机软件的人机分析功能模块进行人机分析确认。在制作实体模型是,要让使用者真实地感受改良过的人机关系,并对前期的工作进行试验,检验。经过人机整合这一过程,修改模型。

在设计中,最重要的是人机整合,汽车座椅的布置,根据人体的舒适性坐姿,选择座椅的坐面高度、坐宽、坐深、坐面倾角,靠背的高、靠背与座面夹角。根据人机整合,调整并确定座椅与方向盘和加速踏板的相对位置,座椅的水平调节量和垂直调节量,通过力学分析,最舒适坐姿是稍离靠背向前移,并保持身体与腿之间的夹角在90°—105°。并对环境进行分析,通过人机整合,对设计做适当改动。一件优良的产品的设计,人机问题常考虑不止一个方面的。

结语

现代设计是一个为了人们使用而创造新型和改进产品的过程,核心是以“人”为中心。人机工程学在现代设计中的应用对于整个工业领域发展的影响及产品的优质程度起着关键性的作用。但实践上,这无疑是对设计师的一个挑战,在设计中,怎样切合实际的做好人机调整,这是个问题!

摘要：人机工程学是研究“人—机—环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系,为解决该系统中人的工作效率、健康、安全等问题提供理论方法的科学。本文首先,直接叙述我自己对设计的理解,第二部分直落主题,什么是人机学,又写人机学在设计中的应用,并列举。

关键词：设计,人机学,理解,应用

参考文献

[1]付黎明.工业产品设计美学研究[M].吉林大学出版社,2012.

[2]丁玉兰.人机工程学[M].北京理工大学出版社,2000.

[3]袁修干,庄达民.人机工程[M].北京航空航天大学出版社,2002.

[4]黄斌,蒋祖华,严隽琪.汽车座椅系统动态舒适性的研究综述[J].汽车科技,2001(08).

工业设计中的人机工程学 篇3

关键词现代机械;设计思想;方法;人机系统

中图分类号TB18文献标识码A文章编号1673-9671-(2009)121-0044-01

1现代机械设计思想

1.1创新思维和方法

思维是人脑对于客观事物间接的、概括的反映,创新思维则是产生新颖性思维结果的思维。创新思维的基本要素是:敏锐的观察力,丰富的想象力,广博的知识结构以及锲而不舍的追求达到目标的注意力。根据创新思维过程的分析,总结出如下的创新思维法则(原理),在设计中主动运用,可以提高创新设计能力。(1)分析与综合思维法则,(2)发散与收敛思维法则,(3)对应与联想思维法则,(4)分解与组合思维法则,(5)换元与移植思维法则,(6)正向、迂回与反向思维法则。

1.2 “人-机-环境”系统观

现代机械设计是以“人-机-环境”系统观统一处理设计中的问题。该系统观要求设计者不仅要考虑机器功能实现,而且要考虑人的因素和环境因素,协调融合三者的关系,将机械设计发展成为“人-机-环境”系统的设计。设计者必须充分考虑以下问题:明确“人-机-环境”系统运行情况及其相互作用;“人-机-环境”系统的功能合理分配;重视人的生理和心理因素及人的行为科学;重视可持续发展的战略观。

2现代机械设计方法

2.1设计方法

1)基于功能原理的机械系统设计。此方法以机械设计为主,辅助考虑人、环境与机的关系。用功能分析与综合的原理确定机械系统方案,并借助价值工程评价选优。

2)人机工程学。在“人—机—环境”系统中,人与机之间形成一个界面,系统是否运转的良好。与这个界面的好坏有很大的关系。人机工程学的重点就是界面设计。人与机在界面上的耦合可以归纳为基于感觉器官的耦合、基于人体形态的耦合、基于力的耦合、以及人脑和作为现代机械主控设备——计算机之间的耦合。这些耦合涉及人和机各自的特征,界面设计的任务就是深刻认识这些特征,并在界面上建立双方最佳耦合关系。

3)产品造型设计。它是科学、美学与艺术的结合,以产品造型设计为主要对象的创新设计方法。产品造型设计是现代产品具有市场竞争力的要素之一。造型设计研究产品的功能、结构、形态、色彩、纹理、装饰等内容,将造型要素按照一定的原则和方法组合成美的形体,使产品不仅具有实用性、经济性,而且具有良好的人—机—环境的协调性,给人以强烈时代信息的美感、舒适感和安全感。

4)绿色设计。可持续发展战略从环境的角度,对产品设计提出了全新的要求。绿色产品设计就是把产品视为与人类环境生存的生命体。以其广义生命周期为研究对象,并行的考虑生命周期内每一阶段产品与人、环境的相互影响,拟定相应的设计策略,优选设计方案。

2.2机械学理论和方法

机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等,及计算机辅助分析(有限元法、模态分析、专家系统等)的不断发展,对机械的方案设计、运动设计、动力设计、工作能力(强度、变形、振动、摩擦与润滑等)设计等关键技术问题能作出很好的处理,一系列新的设计准则和方法正在形成。

2.3可靠性设计

现代机械产品的可靠性已成为其市场竞争力的关键指标之一。可靠性设计是综合可靠性数学、可靠性物理及可靠性工程等学科知识的新兴设计方法。它研究产品全寿命周期内质量指标变化规律,对零部件和整个系统进行可靠性设计。

2.4优化设计

机械产品设计的过程就是一个优化的过程。产品的优化是一个从宏观到微观,从全局到局部,从总体方案到零部件设计的优化过程,即可分为参数优化,结构优化及总体方案优化三个层次。对于三者优化的处理方法还有所不同,但随优化理论和计算机技术的发展,日趋形成完整的优化方法体系。

2.5计算机辅助设计

计算机辅助设计(CAD)是把计算机技术引入到设计过程,利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。它能够减轻设计人员的劳动,缩短设计周期和提高设计质量。CAD技术使得机械设计发生巨大的变化,并成为现代机械设计重要组成部分。

3人机系统理论在现代机械设计中的应用

机械设计工作者在设计中必须重点考虑的六大主要因素有:

1)必须坚持总体考虑。可采取两个途径来设计生产设备以提高人类的操作技能;第一,正确合理地分配人和机器的工作任务。第二,设计设备使其符合人的能力范围从而使操作人员能得心应手。

2)可维护性。机械设备从开始设计时就要考虑可维护性问题。因为随着科技的发展系统变得越来越复杂,并且系统内各部分相互依赖性更加增强,维护必要性的评价和及时提供故障检修方面的帮助变得及其重要,不可忽视。提供有关维护性必要信息的最佳人员是深受劣质设计影响的维护技工。

3)显示器的设计的要求。为了提高生产设备的工作效率,必须及时准确的向操作者提供机器设备工作状态的信息并使其能及时使用机器上的控制器对这些信息作出相应恰当的反应.,生产系统中之所以使用显示器,其根本目的是给操作者提供关于设备功能状况或过程的信息,这些信息可分为:必须知道的信息,最好知道信息还有历史信息。

4)控制器的设计的要求。信息是通过显示器提供给操纵者,这可以是动态视觉显示器如VDT或指示灯,静态显示器如标牌,符号或指令,或者是听觉,触觉显示器。机器操作者对显示的反应可以通过控制器或资料输入装置来实现,这可能是一个开关,操纵杆,踏板,键盘,书写笔等任何一种由操作者使用来影响一个系统特征的工具。如果控制器的操作与人们的习惯性一致,它的尺寸也与人体相适应,并且它们的运行特征在大多数人的力量和精确度很容易达到的范围内,那么系统的性能将得到极大的加强。

5)工具设计。在大多数工作中手持工具是用于执行所要求的精度和力度非人手可完成的任务,这些工具可能是电动的(如气枪、链锯、研磨机)或是手持的(如螺丝刀、钳子、扳手、夹钳),并且可能紧偶尔使用(开阀门)或者在一项装配操作中不停地使用,如打磨金属零件的毛边。很少有手持工具的大小设计可同时满足不同操作者的首部特征;把柄的大小常常根据电动工具产生的扭矩而定,而双炳工具的跨距设计要求与所使用的扣件大小必须相匹配。

6)设备的选择和评价。不管是识别工作场所设计中的缺陷还是计划购买新的工具,对所选择的干预措施或候选工具的评估都将有助于做出更合理的决定。

参考文献

[1]王成焘 主编.现代机械设计[M].上海:上海科学文献出版社,1999.

[2]张鄂 主编.现代设计方法[M].西安:西安交通大学出版社,1999.

[3]朱龙根 主编.机械系统设计(第二版)[M].北京:机械工业出版社,2001.

[4]丁玉兰 编著.人机工程学(第三版)[M].北京:北京理工大学出版社.

工业设计中的人机工程学 篇4

在现代文明高度发展的今天，明式家具依然是各国设计师尊奉的典范。明式家具的独到之处是多方面的，不仅具有“简、厚、精、雅”的艺术特色，还有丰富而严谨的榫卯结构，除此之外，在人机工程学上的应用也让我们后人叹为观止。人机工程学在现代设计过程中已成为设计师自觉考虑的一个重要因素，它的研究内容主要有下列几个方面：人体测量学，生理解剖学及心理学;目的是使人在使用产品时获得高效，舒服，安全，健康的感受。尽管人体工程学在20世纪初就作为一门科学被系统提出，人们也普遍认同此为人体工程学的起源，实际上早在数千年前，人类制造出来的物品如家具，劳动工具等已经反映出了人机工程学的运用。其中明式家具作为世界家具史上的经典，其人机工程学的应用不仅体现出中国古代劳动人民的智慧，而且更值得我们当代的设计师去研究、继承与发扬。下面主要从造型方面来进行论述明式家具设计中的人机工程学应用。

1.靠背造型中的人机设计

明式家具造型多曲中带直,曲而不弯,寓刚于柔, 暗喻隐忍之美，这也与中国书法的“一波三折”有着异曲同工之妙。通过各种直、曲线的组合，线与面交接所产生的凹凸效果，既增加了家具形体空间上的层次感，又丰富了线条在家具设计中的艺术表现力，更重要的是在人机工程学上对家具进行了一些巧妙的设计，比如明式家具中的椅子(图1)，(图2)。众所周知明式家具中的椅子和清式家具中的最大不同之处就是在靠背上。明式家具中椅子的靠背多半是呈“S”形而清式家具的椅子靠背多半是与坐面呈90°的直角。那么从人机工程学的角度去分析，“S”形的靠背是曲线是工匠根据人体特点设计的。人体脊柱的侧面，在自然状态时呈“S”形。明代匠师根据这一特点，将靠背做成与脊柱相适应的“S”形曲线;并根据人体休息时的必要后倾度，使靠背具有近于100度的背倾角。这样处理的结果，人坐椅上，后背与椅子靠背有较大的接触面，肌肉就得到充分的休息，因而产生舒适感。坐不易感到疲乏。而清式家具的90°的直角靠背则让人感到无时不刻得“正襟危坐”，这样人体就会很快感到疲劳和不适。

图1 明椅的靠背曲线 图2 人体脊柱的形状与组成 2.扶手造型中的人机设计

扶手的设计可以使手臂有所依靠，使人体处于较稳定的状态，它也作为改变坐姿和从坐椅上站起等动作的支柱，明代椅子中的玫瑰椅，官帽椅、圈椅等都有扶手，人体工程学要求扶手的高度一般以人的手臂可以自然下垂为宜，过低或过高都会让人感到不舒服，从表中可以看出，明代坐椅在扶手高度的设计，与人机工程学要求的尺寸还是非常吻合的。如图3，这把明式黄花梨圈椅，整个扶手造型流畅圆润，可以使人的手臂自然垂放在上面，加上“S”形或“C”形的靠背，使人坐在上面身体可以得到全部的放松，这也是古今中外的设计家所公认的第一椅具。

图3 明黄花梨圈椅

图4 明黄花梨四出头官帽椅

图4这具扶手椅尺

寸并不小，构件却很细;弯转弧度大,更是它的一个特点。搭脑正中削出斜坡,向两旁微微下垂,至尽端又复上翘。靠背板高而且薄,自下端起稍稍前倾,转而向后大大弯出,到上端又向前弯,与搭脑相接。如果从椅子的侧面看,宛然看到了人体自臀部至颈项一段的曲线。后腿在椅盘以上的延伸部分,弯转完全随着靠背板。扶手则自与后腿相交处起，渐向外弯，借以加大座位的空间，至外端向内收后又向外撇，以便就坐或站立。联邦棍先向外弯，然后内敛，与扶手相接，用意仍在加大座位空间。前腿在椅盘以上的延伸部分曰“鹅脖”，先向前弯，又复后收，与扶手相接。以上几个构件几乎找不到一件是直的。椅盘以下的主要构件没有必要再出现弧线，但迎面的券口牙子，用料窄而线条柔和，仍和上部十分协调。[1]3.边缘细部设计中的人机应用

3.1 桌案边沿处

翘头案等的边部(图5),更加实用,因为当案上放置物品时,由于有了翘头的制约而不容易从侧边滑出，特别方便当时的文人用卷轴书画的时候，不会滚落下地。当翘头构件包住板件的端面时,则可避免榫头暴露在空气中可能引起的木材缺陷。

图5 明黄花梨翘头案

3.2 一气呵成的扶手造型

将圈椅的椅圈扶手的末端略向外转,做成所谓的“鳝鱼头”状,有着减少视觉张力的作用。根据完形理论,一个未封闭的圆形比一个完整的圆更具张力,往往让人产生将其封闭的冲动。[2]但如果把未封闭处向外弯转,则可因形成了向外的张力而减弱原有的向内的张力,视觉效果更加宜人(图6)。

图6 圈椅扶手末端外弯形式

3.3 明式家具线脚之拦水线。

拦水线是明式家具常用的线脚之一。作为饮膳之用的桌案，沿桌面边缘多高起一线，以防酒水菜汁流沾衣衫，明式家具桌面边缘的拦水线可以防止汤水流下桌沿。这种细节处理充分体现了儒家“经世致用”的思想和对生活中人的关怀。如图7，有束腰炕桌展腿式半桌，这是两种形制较小的长方形桌案。酒桌远承五代、北宋，常用于酒宴。桌面边缘多起阳线一道，就是拦水线。

图7 有束腰半桌

3.4 踏脚枨的舒适。

明式椅子有很多具有踏脚枨，是专门给双腿提供“休息”的地方，如图8，明黄花梨交椅，脚踏可以供双脚休息，并且踏脚不是与托泥紧贴在一起的,而是似接若离,这一维妙的细部处理赋予这把椅子以活的灵魂。

图8 明黄花梨交椅，6.架子床与拔步床中的人机设计

中国有着几千年的文明史，在这几千年连续不断的历史中，中国人总结出了一套非常科学的生活方式。比如，中国的古老的大床，就是一种非常科学的产品。这种床统称架子床。架子床在人机工程学的考虑上是非常细致的：第一、有了四周的围栏，睡在上面心里感觉轻松，因为绝对不会有滚落床的忧虑。第二、床前左右两侧的围栏，也是设计得很妙。它让睡近床口的人，腰部不会有落空的感觉。第三、架子床把人睡眠的空间缩小了，如果再加上围帐，便仿如一间小屋。符合藏风聚气的风水需要。第四，架子床不仅可以增加卧室空间的私密性，而且冬天可以保暖，夏天可以防蚊。如图9，明黄花梨月洞式门罩架子床。

拔步床，又叫八步床，是体型最大的一种床。它是在架子床的基础上进行增加，正面设有浅廊，像间房子。拔步床的独特之处是在架子床外增加了一间“小木屋”，从外形看似把架子床放在一个封闭式的木制平台上，或称“地平”，平台长出床的前沿二三尺，平台四角立柱，镶以木制栏围，有的还在两边安上小窗户，使床前形成一个小长廊，使床前形成一个回廊，虽小但人可进入，人跨步入回廊犹如跨入室内，回廊中间置一脚踏，长廊两侧可以安放桌、凳类小型家具，用以放置杂物。这种床形体很大，床前有相对独立的活动范围，虽在室内使用，但宛如一间独立的小房子，浅廊里靠枕头的一侧，设有梳妆台，另一侧放置马桶。这种床对当时人的生活起到了很多方便的用处，过去没有卫生间，有了拔步床，夜里可以不出这张床就使用到马桶，早上起来，可以不出这张床就梳洗打扮更衣。如图10，明拔步床。

图9 明黄花梨月洞式门罩架子床 图10 明拔步床

7.尺度上的人机工程应用

7.1 屏风的高度是基于人的视觉高度为基础而设计的。

我国古代建筑大都是土木结构的院落形式，不如今世钢筋水泥房屋那么严紧。为了挡风，古人开始制造屏风这种家具。除了挡风之外，屏风还是建筑物中可以移动的精巧断隔，有的在床后安置屏风，亦作倚靠或挂置什物之用。如(图11)黄花梨仕女观宝图屏风，高245.5cm，长150cm，宽78cm。这个屏风是一对的，体形比较大，雕刻工艺精美，除了能够放在门口挡风遮尘外，屏心的油画也可以作为观赏品。

图11 黄花梨仕女观宝图屏风

7.2 柜架类尺寸的人机考虑。

柜子的高度、层高、开合方式等都是照人的使用习惯和生理尺寸而确定。架也有大小二式，大者为书架，高七尺余，与成人身体尺度相适，既要拿书方便，又要宜于书籍的保存，小架，可置于几上，用于放置“笔架及朱墨漆者"，既要美观又须使书房不显零乱，雅而有序。明代最流行的一种柜子叫万历柜，万历柜因样式流行于明代万历年间而得名，柜为架格和柜子的组合，上可陈设文玩，下可储放书籍物品。因上格透空明亮，故又名亮格柜。一般万历柜的高度尺寸，会比人的视线稍微高一点儿，眼睛稍微往上一抬，就能看见它的亮格了。如图12，明黄花梨万历柜。

图12 明黄花梨万历柜

7.3明椅的各构件尺寸。

如搭脑、扶手等部位的设计,其尺寸、线形变化、转角的曲度,都与人体的相应部分有着必然的联系。椅子上半部(靠背)和下半部(坐具)形成了很恰当的高矮比例关系，上半部(靠背)的高度是根据人坐时的背部脊椎高度而制定的，搭脑的高度与人头颈部平齐，适合头部的依靠。下半部(坐具)是根据人的下肢长短来制作的，有时还会设计一个脚踏来配合坐具使用时舒适的高度。

明式家具的适用和合理性还比例上，与现代人机工学的研究成果基本吻合。通过对传世实物的测量，发现许多明式家具的尺寸都是非常科学的，尤其是关键部位的尺寸基本能与人体测量的数据相符。如圈椅。圈椅座深440mm，座宽532mm，与人机工程学对座深和座宽的要求基本吻合。座高520mm，脚踏板高90mm，这是由于明式家具设计座椅时定为脚、臀、背三个支点，从膝到脚的高度为430mm，也正好与人机工程学对座高要求的420mm-440mm吻合，它们既是 简洁的，又是舒适的。如(图13)

图13明式圈椅尺寸图

7.4 床榻类尺寸符合人体尺度。

在《长物志》卷六——几榻卷中，关于家具的描述不但记述了人体尺度、比例、功能等因素，对不同形制的家具尺寸也有详细记载“榻座高一尺二寸，屏高一尺三寸，长七尺有余，横三尺五寸”。从现代人机工程学关于人体比例的测量可以看出这一尺寸显然非常符合人体伸展弯曲的需要，家具的适用性因之大大增强。(图14)

图14 紫檀三屏风独板围子罗汉床

8.结语

人机工程学课程设计 篇5

现在是人工智能的时代，下面是人机工程学课程设计，欢迎参考！

人机工程学课程设计

安全人机工程学是从安全角度出发，讨论人、机和人机相互关系的规律，运用系统工程的方法研究各要素之间的相互作用、相互影响以及它们之间的协调方式，通过设计使人一机系统的总体性能达到安全、准确、高效、舒适的目的。

机械系统过程的任何阶段都必须有人参与，人始终起着主导作用，是最活跃、最难把握，同时也最容易受到伤害的。由于机械设计违反安全人机学原则导致的事故时有发生，据国外资料统计，生产中有58％一70％的事故是与忽视人的因素有关。因此，机械设计应考虑与人体有关的人体测量参数、人的感知特性、反应特性及人在劳动中的心理特征，以减少人为差错，最大限度地减轻体力、脑力消耗及精神紧张感。

由于生理影响产生的危险。不利于健康的操作姿势、用力过度或重复用力等体力消耗产生的疲劳所导致的危险。

由于心理-生理影响产生的危险。在对机器进行操作、监视或维护时，由于精神负担过重、缺乏思想准备以及过度紧张等原因，造成心理负担过重而导致的危险。

由于人的各种差错产生的危险。受到环境不利因素的干扰或由于人-机配合、协调不当，使人产生各种错觉而引起误操作所造成的危险。

在机械设计中，根据安全人机学原则，通过减小操作者心理和生理的不利影响，协调好人、机的功能分配和相互作用来改善机器的操作性能和可靠性，从而减少机器使用各阶段的差错概率，以保障安全。机械设计时应考虑以下几个方面：

合理分配人机功能。在机械的整体设计阶段，要分析、比较人和机的各自特性，合理分配人机功能。在可能的条件下，尽量通过实现机械化、自动化，减少操作者干预或介入危险的机会。随着微电子技术的发展，人机功能分配出现向机器转移，人从直接劳动者向监控或监视转变的趋势，向安全化生产迈进。

适应人体特性。在确定机器的有关尺寸和运动时，应考虑人体测量参数、人的感知反应特性以及人在工作中的心理特征，避免干扰、紧张、生理或心理上的危险。

友好的人机界面设计。人机界面，即在机器上人、机进行信息交流和相互作用的界面。人、机相互作用的所有要素，如操纵器、信号装置和显示装置，都应使操作者和机器之间的相互作用尽可能清楚、明确，信息沟通快捷、顺畅。

作业空间的布置。这是指显示装置和操纵装置的位置，以及确定合适的作业面。它对操作者的心理和行为可产生直接影响。作业空间布置应遵从重要性原则、使用顺序原则、使用频率原则、使用功能原则。其中，重要性原则是第一位的，首先应考虑对安全关系重大的、对实现系统目标有重要影响的操纵器和显示器，即使使用频率不高，也要将其布置在操作者操作和视野的最佳位置，这样可以防止或减少因误判断、误操作而引起的意外伤害事故。

安全人机工程学课程设计(任务) 篇6

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

工业设计中的人机工程学 篇7

1、人机工程学的概念

人机工程学是研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。常指在研究如何在设计当中将机械设备、人机系统或人机环系统最大限度地符合人体尺寸、生理特征和心理特征,达到安全、舒适、高效生产和工作的目的。在通过系统地运用设计学、心理学和医学等有关科学知识,研究组成人机系统的机器和人的相互关系,以提高整个人-机-环系统的功效。一般人机工程学运用到设计人机系统中时,通常侧重于考虑人的特性和能力,以及人受机器、作业和环境条件的限制。人机工程学还研究人的训练、人机系统设计和开发,以及同人机系统有关的生物学或医学问题。

2、军用车辆设计的概念

军用车辆不同于一般民用车辆,与很多特种工程车辆也不甚相同,从功能来说,民用一般车辆是一种交通工具,驾驶就是它唯一的功能;特种工程车辆则在驾驶的基础上还需满足一些特殊功能,加装了诸如吊臂、铲斗等设备;而军用车辆时常要投入战场,并且要面临高温、高寒和高湿等极端环境的考验,因此不仅要加装武器设备,还要安装装甲等防护设备用以保障成员的安全。

二、人机工程学在军用车辆设计中的运用

从二战时期本学科进入科学人机工程学阶段至今,技术的发展突飞猛进,但是人类的心理和生理特征在使用军用车辆的这一过程中几乎没有发生任何变化。如此一来军用车辆的作战性能随着技术的发展和装备的更新换代越来越高,而与其对应的,能够发挥出的真正作战效能,却由于忽略了整个武器-人系统中“人的因素”而并没有得到应有的提升。人是装备技战术性能的积分器和控制器,正是由于武器系统中不可忽视的人的因素,将人作为军用车辆设计的中心,将整个武器-人系统作为一个整体来进行研究与设计在军用车辆的研发过程中就显得尤为重要。

1、对军用车辆本身的设计

从人机工程学角度提高军用车辆的适用性应该从两个方面入手,一方面是“硬件”,即军用车辆本身的研制设计,在研制的过程贯彻人机工程学的思想,从人配合、适应装备,向装备符合人的特性转变,综合考虑人在军用车辆中所要面对的各种环境,并给出相应的对策。

近几年,越来越多的军用车辆加装了空调,军用车辆的热环境已经得到了巨大的改善,但是这仅仅是因为人对热环境的舒适程度较为敏感,以及对热环境的调节较易实现。除此之外,还应对军用车辆本身和其搭载的武器设备运转所造成的振动和噪声导致的车内振动环境和声环境恶化予以改进。振动可能会导致车内乘员视觉模糊进而影响对信息的接收,也可能使操作出现误差,带来不良后果;而噪声达到70db之后就会对人的正常工作产生各种不利影响,诸如影响乘员注意力、降低工作效率、降低工作质量等,因此应当在设计时考虑使用各种缓震材料和减小噪声的措施,以消除不利影响。在对军用车辆其中的设备进行设计时,在现有技术许可的条件下按照设备和人的特长进行分工。将重复的、精确但易使人疲劳的、危险的、劳动强度大的工作交由机器设备来完成,而将机器难以处理的、复杂的、灵活的、需要发挥人主观能动性并综合实际情况做出判断的控制动作留给人来完成。

人机界面按照人的视觉特性对于观察范围及距离、背景、闪烁、色彩、亮度、眩光、符号大小、运动、显示形式的敏感程度、人的反应时间等;人耳对于声音的强度、频率、信号或语音的识别、耐受噪音的能力等;人的躯干和四肢的骨骼、肌肉的能力及工作耐受力、能量的输出等:人体的尺寸、体重,工作时的姿态,作业空间大小、状态和工作面等来配置操作台或驾驶舱的大小、形式、色彩、气温、气压、供氧、过载、照明、隔音、缓冲、防振、操作仪表的型式、操纵手柄需要的力、操纵装置的间距、按钮的样式、座椅的形态及可调范围、安全及救生装置等来提高人工作的可靠性。军用车辆机械化、自动化在减轻人的工作强度、体力消耗方面有助于减轻人的劳动强度和降低工作的差错率。军用车辆外界的战场环境是客观的,复杂多变的,也是不以人的主观意志为转移的。但军用车辆研制者可以在乘员周围的工作空间内,形成一个安全、舒适的小环境,从而提高车辆乘员的工作可靠度。

2、对军用车辆人员的培养

对人员的重视是“软件”。以履带型军用车辆为例,车组乘员必须每天对车辆的机油、变速箱油、刹车油进行更换加注;对电子系统进行保修;并且定期进行履带调整和车况检查、全车武器系统(如主炮与机枪等)进行清洁。由此可以看出,对军用车辆乘员的技术水平要求是较高的,所以,必须注重人员的培训与选拔,挖掘人的潜能,对于军用车辆乘员这样技术含量较高的兵种,提高其职业化的程度,有必要通过长期训练保证乘员的技战术水平。

仿照飞行员使用飞行模拟器进行训练,可以研发军用车辆训练用模拟器,在技术水平允许的情况下尽可能真实的模拟训练或实战中军用车辆的周围环境、车内的气温、气压、光环境、振动环境、噪声环境等,此举不仅能够提高乘员的车辆操作技术水平,有效降低部队在训练中军用车辆的小时消耗,还能够对使用人员进行人机测试,研究人与车辆的有机联系,测量人员在军用车辆中时的各项生理指标,为下一步的人机工程改进和新装备的研制提供人机依据。

3、对军用车辆的人机性能进行测试

通过使用人机仿真软件如JACK或RAMSIS等对已研制的方案进行人机工程仿真可以将软件与硬件结合起来,一方面通过将国家标准规定的人体尺寸数据导入软件,可以建立起符合中国人体尺寸的仿真人模型数据库,另一方面,将军用车辆的模型导入后配合仿真人模型,设定对应参数和载荷后,就可以通过虚拟仿真的方式对舒适度、疲劳度、可视域、可达域等一系列人机参数进行测试,这一研究方法可以在军用车辆正式定型投产之前对车辆的人机性能进行检验,提前发现问题并帮助设计人员提出改进建议,避免投产之后需要修改导致的资源浪费。

三、结语

军用车辆作为一种高度特殊化的车辆,运用人机工程学的原理进行设计是我国武器发展的必然趋势。只有符合人机工程原理的军用车辆才能发挥出应有的作战效能,并不断推进我国军事装备的创新。

参考文献

[1]丁玉兰.人机工程学(第四版).北京:北京理工大学出版社,2011.01

[2]袁修干,庄达民.人-机-环境系统工程计算机仿真.北京:北京航空航天大学出版社,2001.

工业设计中的人机工程学 篇8

摘要：《人机工程学》是工业设计的专业基础课，是一门理论性较强的学科。共享课程建设是精品开放课程建设项目的组成部分，旨在促进教育教学观念转变，引领教学内容和教学方法改革，优质课程教学资源通过现代信息技术手段共建共享，提高人才培养质量，服务学习型社会建设。双语教学是培养具有国际竞争能力的外向型人才的需要，是当前高校教学改革的热点。本文主要介绍了《人机工程学》共享课程的双语教学课程建设。

关键词：工业设计 人机工程 共享课程 双语教学 课程建设

中图分类号：G642.41

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2016）02-0098-02

共享课程建设是精品开放课程建设项目的组成部分，旨在促进教育教学观念转变，引领教学内容和教学方法改革，推动高等学校优质课程教学资源通过现代信息技术手段共建共享，提高人才培养质量，服务学习型社会建设。以课程资源系统、丰富和适合网络传播为基本要求，形成网络教育多层次、多类型的优质课程教学资源共建共享体系，为学生提供优质课程教学资源。开展双语教学是我国高等教育发展的必然趋势，也是高等教育国际化的重要内容。双语教学是建设一流研究型大学，参与国际竞争，培养具有国际视野、国际交流能力和国际竞争力的高素质人才的现实需要，适应经济全球化和世界科技革命的挑战。

目前，我国高校的双语教学在理论与实践上仍处于初级阶段，开展双语教学的模式不尽相同，许多高校还没有建立科学合理的双语教学质量评价机制，不利于双语教学的开展与提高。青岛大学机电工程学院工业设计专业使用《Human Factors in Engineering Design》作为教科书，进行了英语授课的教学试点。根据双语教学实践，就双语教学教学大纲的制订、教材的选择、教案的编写、教授方法和考核及成绩评定方式，进行了有益的探讨。

一 双语教学的现状

1 双语教学师资缺乏

合格的双语教学师资是开展双语教学的一个关键。师资是开展双语教学的核心，双语教学的教师不仅要具有扎实、深厚的专业知识、丰富的教学经验，更要有相当高的英语水平，特别是准确流利的口语表达能力。双语教学师资最好是有出国留学与出国进修经历的教师，很多高校这样的双语教师不多，大部分从事双语教学的教师是具有博士、硕士学位的中青年骨干教师，虽然他们具有较好的英语基础，但仅限于较强的读写能力，而在双语教学中的口语与听力能力相对较弱，准确的英语发音与流利的表达能力不足，势必影响双语教学的质量与效果。

2 学生外语水平参差不齐

目前，在校大学生在普通教育阶段接受的英语教学模式主要是应试教育，真正具有运用口语交流能力的不多。在一些高校双语教学过程中，学生的适应能力普遍不佳。学生的外语水平是开展双语教学的叉一个重要的因素。

3 原版教材选择难度大

外文原版教材是双语教学的基础，目前可供高校选择的原版教材种类不多，高校教师选择优秀外语教材的渠道窄，双语教学教辅资料不足，原版教材价格昂贵，对学生来说是一个较为沉重的负担。

4 双语教学管理力度不够

从管理层面上来看，学校对双语教学的认识与研究不足，从整体上对双语教学缺少科学合理的规划，在组织管理上还缺乏明晰的工作思路，在实施双语教学条件上缺乏有力的保障，在教学效果上缺少有效的评价手段。

二 改进和完善双语教学的措旖

1 重视国外优秀原版教材的引进

教材是学生和教师交流的重要课程资源，教师的教和学生的学都要依据教材展开，师生在围绕教材的互动过程中，实现语言、知识、思维的提高。因此，选择合适的双语教材是搞好双语教学实验的重要因素。教材问题应以引进原版教材为主、并尝试自编来解决，教师要充分利用我国现已面市的双语教学参考书籍和学科双语教材，对引进的原版教材要根据我国的教学大纲或课程标准的要求进行整合，吸收其先进的教育教学理念，采纳其好的学习方式。国内的双语教材一般侧重演绎、推理，国外的双语教材侧重培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。通过直接引进先进的、能反映学科发展前沿的原版教材，采用汉语授课和英语相结合的授课方式，加快教育与国际接轨，培养学生了解世界科技最新成果和进行国际学术交流的能力，培养具有国际竞争力的优秀高层次人才。

我们选用的是外文原版教材《Human Factors in EngineeringDesign》，是由美国加利福尼亚州立大学Mark 5.Sanders教授和普渡大学的Ernest J.McCormick所著，是国际上采用较广和影响较大的一部工业设计专业人因学课程教材。本教材系列的出版正值中国学术界工业工程学科经历巨大发展、实际工作中对工业工程的概念、方法和工具的使用兴趣日渐浓厚之时。在实际工作中有效地应用工业工程的手段将无疑会提高生产率、工作质量、合作的满意度和效果。该教材对工业工程、工业设计的本科生、研究生和工业界中需要解决工程系统设计、运作和管理诸方面问题的人士最为适用。《工程和设计中的人因学》（第7版）是人因学领域的一本经典教科书，为广大师生、管理人员和技术人员提供了一整套系统地处理工程和设计中有关人的因素的核心知识和有效工具。本书从1957年出版的第1版至今，不但在内容上始终反映了人因学的最新发展，而且在叙述上深入浅出，层次清晰，理论联系实际，实用性强，已经被国外许多知名大学作为核心教材使用。

2 加强对双语教师的培训工作

合格的师资队伍是双语教学能否顺利开展的关键，双语教学的核心是用英语学，而不是学英语。教师要具备较高的学科专业水平和外语水平才能够胜任这项工作，双语教学课程教师的备课、组织教学、批改作业等的工作量很大，需要付出更多的心血和精力。因此，这项工作对教师的职业道德和业务素质都提出了更高的要求，双语教学课程的开设数量及质量取决于师资力量，师资的培养成为双语教学的首要问题，没有合格的师资，就谈不上真正意义上的双语教学。院系要选派教学效果好、外语水平高的教师承担双语教学工作，特别要倡导学术水平高、教学效果好的教授积极承担双语或外语教学任务，并主动培育青年教师承担双语教学工作。

3 注重使用先进的教学方法和手段

开展双语教学要与教学方法的改革结合起来。双语教学是外语教学改革的重要组成部分，教师在教学中应当采用与之相适应的现代教学方法，充分利用各种视听音像手段和配套的外文参考资料，以提高课堂教学效果，增强学生听说读写，尤其是听说的能力。

双语教学课程要使用网络进行教学与管理，相关的教学大纲、教案、习题、参考文献目录等要上网并免费向学生开放。在图书馆设立国内外精品新版教材阅览室，为师生营造良好的阅读与学习的环境，为推进双语或外语教学提供一定的保证。

4 建立科学的教学评价体系

双语教学除了必须加强双语教学管理与研究，加强师资队伍建设，加强教学基本条件建设之外，更要建立科学合理的教学质量评价体系，作为检验教师教学水平、教学能力、教学效果的必要手段。由于双语教学的特殊性与规律性，加强教学评价更为重要。高校双语教学评价标准应因地制宜，不宜直接采用严格意义上的双语教学要求，适当降低标准，在评价上做到分步实施，逐步到位。完整的双语教学质量评价一般包括教材评价、授课教师评价、考试方法评价、学生满意度评价等。

5 加强过程监控，保证双语教学质量

双语教学作为一个特殊的教学形式，和其他教学过程一样，也必须采用教学质量监控手段来达到“以评促建、以评促教、以评促管”的作用。双语教学是一个系统完整的教学过程，更应注重教学全过程的监控，充分发挥教学质量监控的诊断与修正功能。

6 设立双语教学专项基金

每年以课程立项的方式有计划、有重点地对双语教学课程给以经费资助，主要用于购置国外原版教材、相关教学资料，教学内容、方法、手段等课程改革与建设，以及开展双语教学研究等。

三 结语

人机工程学对耳机设计的优化 篇9

人机工程学对耳机设计的优化

摘要

人机工程学是一门专门研究人体及身心与外界事物联系的技术学科。该学科的发展已经有60多年历史，在其自身的发展过程中，逐步打破了与之相关学科间的界限，形成了一门研究和应用范围都极为广泛的综合性交叉学科。其根本研究方向是通过揭示人一机一环境之间相互关系的规律，最大限度地适合人类的形态，生理和心理特性，以求达到人一机一环境系统总体性能的最优化的目的。本文的研究基于目前人们对音乐的热爱，随处我们都可以看见人们戴着耳机听着音乐，在大学里更是普遍，许多大学生边听着音乐边学习，或者做其他的事情，我们已经不能离开没有音乐的生活，但是长期戴着耳机会对人的耳朵造成伤害，在一些戴耳机听音乐的青年人中听力减退的情况已越来越多。而且耳机戴久了会特别不舒服，出现头疼等症状。这是因为人戴上耳机后，外耳道口即被耳机紧紧堵塞住。高音量的音频声压会直接进入耳内而损伤听力，造成不可恢复的听力损害。长期用耳机听音乐，听觉就会出现疲劳、损伤，引起听力减退，人体就会出现烦躁不安、头晕、失眠、记忆力减退、注意力不集中、思维反应迟钝、异常心理障碍等情况，对身体健康十分有害如果不戴耳机听音乐，又会对他人造成干扰，故本文对耳机进行分析和改进，让人能享受音乐的美感的同时减少对耳朵的伤害。

关键词：人机工程学

耳机

健康

优化改进

一、耳机的概述

耳机根据其换能方式分类，主要有：动圈方式、动铁方式、静电式和等磁式。从结构上功能方式进行分类，可分为半开放式和封闭式；从佩带形式上分类则有耳塞式，挂耳式，入耳式和头戴式；从佩戴人数上分类则有单人耳机和多人耳机；从音源上区别，可以分为有源耳机和无源耳机；有源耳机也常被称为插卡耳机。

图1-1

二、听觉机能及其特征

1.人的听觉系统

人耳的基本结构如图1-2所示，外界的声波通过外耳道传到鼓膜，引起鼓膜振动，然后经杠杆系统的传递，引起耳蜗中淋巴液及其底膜的振动，使基底膜表面的科蒂式器中的毛细胞产生兴奋。机械能形式的声波就在此处转变为听神经纤维上的神经冲动，并以神经冲动的不同频率和组合形式对声音信息进行编码，然后被传送到大脑皮层听觉中枢，从而产生听觉。

（a）人耳的基本结构

（b）耳蜗

2.人听觉的特性

频率相应：对于具有正常听力的青少年来说（年龄在12~25岁之间）能够觉察到的频率范围大约是16~20000Hz。而一般人的最佳听闻频率范围是20~20000Hz

动态范围：可听声取决于声音的频率外，还取决于声音的强度。听觉的声强动态范围可用下列比值表示：

/正好能听见的声强

(1)听阀

在最佳的听闻频率范围内，一个听力正常的人刚刚能听到的正弦式纯音的最低声强Imin，称为相应频率下的“听阀值”。可根据各个频率f与最低声强Imin绘出标准听阀曲线，如图1-3

图1-3 该曲线可以得出以下结论：

①在800-1500Hz这段频率范围内，听阀无明显变化；②低于800Hz时，可听响度随着频率的降低而明显减小。例如，在400Hz时，只有在1000Hz时测得的“标准灵敏度”的1/10；在90Hz时，只有“标准灵敏度”的1/10000;而在40Hz时，只有“标准灵敏度”的1/1000000；③在3000-4000Hz之间达到最大的听觉灵敏度，在该频率范围内，灵敏度高达标准值的10倍；④超过6000Hz时，灵敏度再次下降，大约在17000Hz时，减至标准值的1/10。

(2)痛阀 对于感受给定各频率的正弦式纯音，开始产生疼痛感的极限声强Imax，称为相应频率的“痛阀值”，如图1-3(3)听觉区域

图1-3还绘出了由听阀与痛阀两条曲线所包围的“听觉区”（影线部分）

三、耳机在人机工程学上的应用与优化设计 1.耳机的频率响应

对于具有正常听力的青少年来说（年龄在12~25岁之间）能够觉察到的频率范围大约是16~20000Hz。而一般人的最佳听闻频率范围是20~20000Hz，可见人耳能听闻的频率比为：fmax/ fmin =1﹕1000，人到25岁左右时，开始对15000Hz以上频率的灵敏度显著降低，当 频率高于15000Hz时，听阈开始向下移动，而且随着年龄的增长，频率感受上限逐年连续降低。但是对于f<1000Hz的低频率范围，听觉灵敏度几乎不受年龄的影响，见下图。因此听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。为了满足人的频率需求，耳机在设计时使其能够重放的频带相当宽，一般的耳机为20~20000Hz，优秀的已经可以达到5Hz-40000Hz。2.耳罩与耳塞的结构特性

耳罩是头部与发声单元接触的部件，它对于动圈式耳机是至关重要的，其功能是将低频反射回来，保证低频的重放。根据人耳的外部形状，耳罩一般被设计成两种样式，一种压在耳朵上，叫压耳式耳罩（如下图1-4），这种耳罩在调整头带长度时要注意：头带短，对头顶的压力大，耳罩对头的压力就小，头带长时相反，三点的压力要取得平衡才是最舒适的。另一种耳罩呈杯状，环绕着耳朵，叫绕耳式耳罩（如下图1-5）。这两种设计都是为了使其贴住耳廓而不至于滑落。另外在耳罩的内部一般填充海绵，使其尽量的柔软，并在外面蒙上皮革或绒布，使人耳感觉舒适。而耳塞的外部形状、尺寸大小是根据人耳外耳道的特征而设定的，它能够适合多数人佩戴使用。

图1-4 压耳式耳罩

图1-5 绕耳式耳罩 3.耳塞的材料选择

人体听觉的形成是由外界的声波通过外耳道传到鼓膜，引起鼓膜的振动，然后经杠杆系统的传递，引起耳蜗中淋巴液及其底膜的振动，使基底膜表面的科蒂氏器中的毛细胞产生兴奋。科蒂氏器和其中所含的毛细胞，是真正的声音感受装置，听神经纤维就分布在毛细胞下方的基底膜中，机械能形式的声波就在此处转变为听觉神经纤维上的神经冲动，并以神经冲动的不同频率和组合形式对声音信息进行编码，然后被传到大脑皮层听觉中枢，从而产生听觉。劣质的耳塞是听力健康的杀手，他过于尖锐的高音容易在瞬间使你的听力过度疲劳，导致听力衰退，而过于厚重，缺乏细节的低音好比慢性毒药很容易使耳朵酸痛，紧张敏感，头部满涨，造成听力水平的慢慢降低。因此，耳塞的设计需充分利用人机工程学的原理，使其为人长期佩戴也不会对人体造成伤害。在材料的选择上，塑料材质一般含有邻苯二甲酸盐，容易使皮肤产生过敏症状；而金属耳塞经过氧化处理，主要成分是三氧化铝水合物，同红宝石成分基本相同，对人体无不利影响。另外，从环保角度，塑胶耳塞不利于回收，一般处理方式是任其变质；金属加工品则可以无限次回收循环使用，不会对环境造成污染。

3.耳塞的舒适性

在耳塞上套入海绵套，能够有效地解决棱角对耳朵的伤害，同时也增强了耳塞的低频表现。在材质上，更多地运用防滑塑胶和橡胶，防滑塑胶能够使耳朵跟耳机之间更好的贴合，而橡胶的柔软特性，除更加舒适外还可进一步防止声音的外露，达到更好听音效果。例如水珠型设计的正式面世，使耳塞前盖的设计得到了充实，而且由于在舒适度和密封性上比传统的圆形前盖更加优秀，无论是日系还是欧美系产品都多次使用，SONY更把这样的设计运用到其最顶级的8系列耳塞上，成为耳塞历史上最辉煌的一个经典。

四、通过人机工程学原理个人对耳机的改进

头戴式耳机存在过于太大，且上部的跨弧直接接触头的顶部，长时间戴的话会对头的顶部造成压迫感，使人感到疲劳，针对这种情况，采用后挂式，从人们戴眼镜的角度考虑的，眼镜是一种常见的头部使用工具，但是长时间戴眼镜并没有对头部造成压迫感，眼镜的稳定性也是比较高的，同时眼镜的镜腿利用到了人的耳部构造，来达到稳定效果，所以后挂式耳机采用眼镜腿的原理和人的头部构造设计而成，解决了原来头戴式耳机的问题，减少对人体的伤害。再者使用耳机使得耳近距离接触声音刺激，接触噪音源较近，加之其频率特性较高，声音强度越大，对听力的损伤也更明显。所以无论怎么改进还是会对人的耳朵造成伤害，所以最好的办法还是减少对耳机的使用值得推荐的一个原则为“60-60”原则：即人们在使用耳机时，音量不宜过大，建议一般不要超过最大音量的60%，也可以根据自身的情况，将音量调至更低，只要保证能听清楚即可。另外，连续使用耳机的时间不宜超过60分钟。故可以在耳机出植入一个小芯片，设置温馨提示，当用耳塞听音乐超过一小时时，发出语音提醒，提醒用户休息会耳朵。

五、结束语

从人机工程学在产品设计中“以人为本”的设计理念出发，详细分析了耳机中的人机因素，并做了一些改进，阐明了产品的每一个设计细节都和人有关系，都要以人的使用为中心，值得注意的是在设计中要考虑共用性设计的方法，为更多的人群提供舒适便利的生活，达到人一机一环境系统总体性能的最优化的目的。参考文献

安全人机工程学课程设计说明书 篇10

安全人机工程课程设计

说明书

姓

名：

赵亚杰

专

业：

安全工程

班级学号：

安全1201班

18号

指导教师：

周乾

日

期：

2015.01.02

城建学院

摘要

安全人机工程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；人和机器及环境的相互作用；工作中、家庭生活中怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究手段和方法，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。本次课程设计针对城建学院501教室现有的一些不足提出了一些修改意见，首先通过对教室及其中摆设的尺寸进行整体测量，考虑到人体尺寸百分位数，我国利用我国大学生的人体基本尺寸，课桌椅设计尺寸、温度环境和光环境等因素，找到存在的人机学问题。把学生、教室、教室环境看做一个系统的三大要素，对照相关标准设计数据使系统三要素形成最佳组合的优化系统，让学生在教室上课时感到更加的舒适和人性化，提高听课率。

关键词：安全人机工程；教室；课桌椅；光环境；温度环境

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前言

随着我国高校招生规模的不断扩大和高校信息化进程的逐步加快，大学校园硬件建设高速度发展，各类先进设备不断引入，提高了学生的学习效率，但同学们每天大量使用的课桌椅却并不尽如人意。本设计针对城建教学楼501教室的现状，从课桌椅的空间分布和舒适度等方面，并根据国家相关的设计规范与问卷调查反馈信息，发现课桌椅的设计时存在着许多问题，并提出相应的优化解决方案。

在学生听讲过程中，视觉的应用是最为重要和普遍的，大约80％以上的信息是由视觉得到的，当室内照明不良时，因反复努力辨认，易使视觉疲劳，学习效率下降。本设计通过对教室的现状分析，从照明类别、照明设备的空间分布，整体视觉感的角度提出相应的优化措施。

教室内的温度环境是决定人的作业效能和健康的重要因素。不当的温度环境会直接影响人的情绪，疲劳感和健康，从而使作业效率降低。本设计通过对教室内的供暖设备，从热源位置的选择、管道的敷设，暖气片的安装位置等方面，找出现有状况下的问题，然后提出优化方案。

目录

第一章 绪论..............................................1 1.1 设计目的.............................................1 1.2 设计步骤.............................................1 1.3 设计背景.............................................1 第二章 教室现状调研分析..................................3 2.1 对我校教室的人机学问卷调研...........................3 2.2 对我校教室的问卷进行分析与总结.......................4 2.3 教室整体测量数据.....................................4 2.4 教室局部测量数据.....................................5 2.5 课桌椅测量数据.......................................6 第三章 现存问题及分析....................................7 3.1 课桌椅的问题及分析...................................7 3.2 课桌的问题及分析.....................................9 3.3 温度环境的问题及分析................................10 3.4 教室布局的问题及分析................................12 3.5 光环境的问题及分析..................................13 第四章 优化方案及经济性原则.............................16 4.1 课桌椅的优化方案及经济性原则........................16 4.2 温度环境的优化方案及经济性原则......................17 4.3 教室布局的优化方案及经济性原则......................18 4.4 光环境的优化方案及经济性原则........................19

赵亚杰：城建教学楼501教室安全人机的分析与优化

第五章 教师工作空间的设计...............................21 5.1 讲台的现状分析......................................21 5.2 设计原则............................................21 5.3 改进措施............................................22 结论....................................................23 参考文献................................................24 致谢....................................................25

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第一章 绪论

1.1 设计目的

教室是我们每日学习生活的地方，每个教室我们都会有很深的感情，但是，这并不能掩盖教室设计的不足，大部分的教室设计循规蹈矩，缺乏人性化设计，事实上，教室环境是关系到教学和学习效果的一个重要因素，教室设施的错误设计或不合适的配置，会对学生的身心健康带来不可忽视的影响。因而，本设计以平时感受到的教室功能的不足之处为出发点，根据国家相关设计规范，查找一些改进教室的人性化设计方案进行分析。这里针对城建教学楼501教室进行安全人机的分析与优化。

1.2 设计步骤

1.501教室及实用情况的调研

为了解城建教学楼501教室的现状，对该教室进行实地测量，主要采用拍照、量尺寸和分发调查问卷的方式了解现有状况，使我们队研究对象有了一个初步感性的认识。

2.设备尺寸及其分析

根据第一步的调研成果，对调查对象的数量及外观进行细致的比较，分析所得的数据和调查问卷，从而对现状有了较深入和理性的了解。然后用人机学的原理对研究对象进行人机学优缺点的剖析，得出相应结论，并提出了改进措施。

3.进行可行性分析与经济行分析

对于提出的改进措施是否可行，合理，是否符合国家相关的设计标准，对于和可行的优化方案，在对其进行经济性分析，即有效花费在承受范围之内，并且能取得预期的效果。

1.3 设计背景

本文重点是对教室布局优化的讨论。501教室的布局形式太单一化，这虽然有利于节约建房成本，但是大大限制了教室的功能。例如，我们现在都强调小组合作，很多课堂上都是分小组讨论进行的，但现如今用的桌椅都是成排的，很不利于同学间相互交流。

照明也是影响教室最重要因素，照明的好坏不仅影响学习效果、听课质量，长期更影响我们的眼睛。

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教室的座椅和课桌是最直接的人机结合面，它们的舒适程度直接影响到学生学习时的效率与效果，教室讲课时舒适度。因而，对课桌椅的改进也是必要的。

温度环境是决定人的作业效能和健康的重要因素。当气温低于21°C时，人一般不出汗。随着气温的增高，出汗量逐渐增加，这时温度的影响也越来越大。在气温低于35°C时，空气的流动性则能增加人体的散热，而当气温高于皮肤的温度时，情况就比较复杂了。一方面空气的流定能增加人体的散热，而另一方面通过对流的方式，又使人体吸热增加，而且气温愈高，吸热量就愈多。因此，温度环境因素对人体的影响要做综合的分析。

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第二章 教室现状调研分析

2.1 对我校教室的人机学问卷调研

亲爱的同学，您好！首先感谢您的帮助。

现针对学校教室进行一份人机学调查，请在下列中选择您认为合适的选择。

1.您对教室的环境及设备的整体满意程度：（A）100%（B）70%

（C）50%

（D）20%

2.您对教室的桌椅满意度：

（A）100%（B）70%

（C）50%

（D）20%

3.您是否觉得教室的桌椅存在尺寸问题？（A）是

（B）否

4.您是否觉得教室的椅子的后仰角度太小？（A）是

（B）否

5.您是否觉得教室的课桌和座椅高度不搭配？（A）是

（B）否

6.您是否觉得教室的椅子发出的噪音太大？（A）是

（B）否

7.您是否觉得教室椅子坐的很舒适？（A）是

（B）否

8.您是否觉得黑板上的板书受到外界灯光的干扰？（A）是

（B）否

9.您是否觉得黑板与第一排课桌的距离不合适？（A）是

（B）否

10.您觉得黑板的尺寸是否合理？（A）是

（B）否

11.您是否觉得日光灯影响会影响到你看黑板？（A）是

（B）否

12.您是否觉得整个教室的布局存在问题？（A）是

（B）否

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13.您是否觉得冬季教室内的采暖温度过低？（A）是

（B）否

14.您是否觉得冬季教室内的空气湿度过小？（A）是

（B）否

2.2 对我校教室的问卷进行分析与总结

从调查问卷的汇总中可以看出，对于教室存在问题的主要有一下几个方面的问题：

1、教室课桌椅的尺寸、位置、材质问题

1)靠背的后仰角太小，看黑板时身体过于正立。

2)课桌和座椅高度不搭配，在看书和写字时，学生的身体刻意的前倾。座椅面通常是后仰的，书写起来很不舒服。

3)当课上回答完问题坐下的时候，椅子发出的噪音太大，影响老师上课。

4)椅子材质过硬，尤其是冬季，坐着不舒服。

5)有些桌椅未及时修理。

2、黑板的尺寸大小、位置问题

1)桌椅离黑板设计不合理，前排同学看黑板需要后仰，感觉很疲劳。2)黑板太过光面，反光严重。

3、教室环境设施尺寸、高度、位置和室内环境、照明问题

1)窗户太大，使得光线容易进入，造成学生看不清黑板。

2)课上不开窗户，使得室内空气不易流通，导致室内空气污浊，缺氧、室温上升。3)天花板的颜色和灯设计不是很合理。4)室内的灯光效果不是很好。

5)冬季室内温度过低，让人产生不适感。6)窗户缺少窗帘。

2.3 教室整体测量数据

501教室开间长13.8m,进深长9.3m,总面积128.34m2，共80个座位。

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2.3.1 每层阶梯高度

详情见表2-1。

表2-1 每层阶梯高度表

尺寸 第一层

第二层

第三层

第四层

第五层

实际数据150

150

100（mm）

2.3.2 每排数据

详情见表2-2。

表2-2 每排数据表

各排 圆半径（m）

距前排距离(m)桌椅数(个)第一排 1.8 1.8（距黑板）第二排 3.0 1.2 18 第三排 4.2 1.2 18 第四排 5.4 1.2 16 第五排 6.6 1.2 12 第六排

7.8

1.2 2.4 教室局部测量数据

详情见表2-3和表2-4。

表2-3 局部测量表1

名称 数量 长（mm）宽/高(mm)日光灯 16 1200 100（宽）窗户 10 600 1200 门 2 1500 2000 黑板

5500

1200（高）

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表2-4 局部测量表2 名称 数量 长（mm）宽（mm）

高（mm）

散热器 5 1200 100 700 讲台 2 2200 1200 180 多媒体操作台 1

1200

800

1000 2.5 课桌椅测量数据

如图2-1和表2-5所示。

图2-1 改进前课桌椅示意图 表2-5 改进前课桌椅尺寸表

人侧

局部

桌缘

尺寸课桌 课桌 课桌 椅面 椅面 靠背 靠背 桌下容

与靠

（m 高度 宽度

深度

高度

宽度

深度

宽度

膝高度

背面

m）

距离

实际

700 500 130 410 400 400 400 250 200 数据

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第三章 现存问题及分析

3.1 课桌椅的问题及分析

3.1.1 课桌椅的问题阐述

1.座面倾角过大，坐着不舒服。

2.座椅之间间距过小，不方便出入问题。3.课桌椅高度无法进行高度调节的问题。4.靠在靠背上时，感觉容易下滑。

3.1.2 课桌椅的设计规范

根据GB/T 3976－2002《学校课桌椅功能尺寸》其中关于高等学校课桌椅的规定，详见表3-1。

表3-1 高校固定式课桌椅的主要尺寸

尺寸名称 桌面高（h1）桌面深（t1）每个席位桌面宽（b1）桌下净空高（h2）桌下净空深（t2、t3）

座面高（h4）座面有效深（t4）靠背上缘距座面高（h5）靠背点距座面高（ω）

210 靠背下缘距座面高（h5）坐人侧桌缘与靠背点之间的水

420平距离

810～850 每套课桌椅前后长

170 尺 寸 730±10 350 600 ≥620

≥300 410±10，360

靠背点以上向后倾斜6º～10º

≥340

角。使h1-h4≤320mm 或与后排桌前侧一体化

说 明

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3.1.3 课桌椅的设计原则

1.必须能提供坐者有足够的支撑与稳定作用。

2.必须能使坐者改变其姿势，但其椅垫必须足以防止坐姿行为中的滑脱现象。

3.座椅座高：正确的座高应使坐者大腿保持水平，小腿垂直，双腿平放在地面上。对工作用椅而言，人体通常需以较直立式姿势且双脚平放于地面，其座高宜比休息用椅稍高。座高宜设定为可调整式的，以适应多数人使用，工作用椅座高为35-50cm。

4.座椅宽度：座宽的设定必须适合于身材高大者,其相对应的人体测量值是臀宽。座宽宜采用较高百分位的女性测量值为设计依据。对于排列成行的座椅，其座宽则应以两肘间的距离为基准,。坐椅座宽宜为38-48cm。本文中讨论的桌椅布局形式利于将座椅设计的更加人性化，可以使用舒适的工作用椅。

5.座椅座深：学习工作用椅使用者分布很广，其座深可取身材较矮小者人体测量值作为设计依据，椅座深建议为30-40cm。

6.座椅座面角度：坐在前倾 5 度的座面比坐在后倾式者有较少的肌肉伸张，而座面压力分布更为均匀，但应注意防止身体有下滑趋势。

7.座椅座垫：椅垫具有两种重要功能,首先它有助于将坐骨结节和臀部的体重所产生的压力予以分散，若此种压力无法排除则会引起不舒适甚至疲劳感等；其次它使身体采取一种稳定的姿势,将身体凹陷入椅垫并予以支撑。坐垫必须有充分的衬垫和适当的硬度，使之有助于将人体的压力分布于坐骨结节附近。建议坐垫前端应比人体膝窝高低约 5cm，而且使膝窝感受不出压迫感, 坐垫前端宜有半径2.5-5cm 的弧度。

8.座椅靠背：靠背，特别是在腰部的支撑，可降低脊柱所产生的紧张压力。座椅的设计必须提供正确的腰部曲度，使脊柱处于自然均衡状态。成年人腰部前弯曲率厚度约为 1.5-2.5cm,纵向弧度约为25cm半径，中心位置约在座面上方 23-26cm 处，而腰椎的支撑点位置则应稍高一些,以达到支撑人体背部重量的目的。

9.座椅靠背角度：为了防止人体坐姿向前滑动和引导腰弯部位(包括骶椎)依靠在靠背上，设计时必须考虑靠背与坐垫之间的角度。从人体脊柱形状而言，靠背角度在115 度较为合适，接近自然的腰部形状。

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3.1.4 课桌椅设计百分点及静态与动态尺寸的选择

实际设计中，桌椅不可能满足一个群体内的所有的尺寸范围，尤其学校中的使用者的尺寸范围更大，因此一般的满足群体内的90%的人就达到了设计要求，也就是第5个百分点和第95个百分点之间的人群。同时人体尺寸测量数据分为静态尺寸和动态尺寸（人体正在运动的尺寸）。一般来说静态尺寸的正负偏差为5mm；动态尺寸的正负偏差为20mm。

3.2 课桌的问题及分析

3.2.1 课桌的问题阐述

1.课桌椅色彩单

一、造型呆板的问题。

2.现有课桌椅用材浪费不环保，不物美价廉、经济适用。3.桌面深度不够，容易掉书。4.看书久了，容易脊椎疼痛。5.课桌下部空间狭小，伸不开腿。6.课桌太窄，无法摆放课本和文具。

3.2.2 课桌的设计原则

1.桌面高度设计：设计桌面高度时，可以从两个方面加以考虑：一是当座椅高度未定时，通常是以群体坐姿肘高的上限数来设计，这样的设计可使手臂肘部得到依靠，减少学生书写时的疲劳：二是当座椅高度一定时，桌面下缘至座椅面的距离，应以群体坐姿大腿厚的上限值来设计，并考虑使膝部有一定的上下活动的余地。而桌面上缘的空间则考虑学生放书包、书籍用。由于桌子是坐着使用的，所以确定桌面高的正确方法是座高加上合理的桌面椅面高度差，即桌高=座高+桌椅高度差。高校桌面高度设计以坐姿肘高为尺寸依据，选取男生90百分位作为上限值，男=307mm，再适合附加穿衣修正量—6mm，则桌椅高度差约为300mm时，桌高在700mm—720mm内比较适宜，同样满足国家标准中桌椅高差h1—h4=320mm。国家标准GB/T3326—1997男女通用的中等尺寸的办公桌椅要求，与高校桌椅最佳尺寸相符。

另外，针对于阶梯教室的固定式桌椅的高度差数值仅为190±10mm，这是完全不合理

赵亚杰：城建教学楼501教室安全人机的分析与优化 的。由于座椅与后排桌前前侧一体化，然而在设计两者高度差的时候未考虑阶梯教室的地面的高度差及台阶的高度，以至于造成学生就坐的座面和伏案的座面的高差减小，腿部活动空间受限。所以，对于阶梯教室的固定一体化桌椅，为了保证大学生合理的坐姿空间，其后侧桌的高度=桌椅高度差（300mm）+台阶高度。

2.桌下抽屉与净空高：由于桌子净空高不够导致学生在桌子底下脚伸不开，而由于桌子的适合高度为700mm—720mm，为了保证课桌下部空间尺寸，则课桌抽屉尺寸小于100mm，这就导致抽屉无法完成收纳学生物品的功能，形同虚设。

所以，为了解决桌下空间尺寸和抽屉功能的矛盾问题，并且抽屉设计位置不影响桌下腿部活动空间的位置。

解决此问题可以从以下三方面考虑：使抽屉深度减小；将抽屉设置于下部空间；将抽屉设置于座椅下部闲置空间。

3.桌椅的水平间距设计：桌椅水平距离是桌近缘向下所引垂线与座椅前缘之间的水平距离。这个尺寸空间的设置直接影响大学生使用桌椅时的坐姿，是一个决定性的重要因数。

这个问题主要出现在多媒体教室的固定式桌椅，由于室内空间有限，教室容量较大，桌椅大多固定于地面上，此时，就要严格科学的考虑学生的实际使用情况来设定桌椅的水平间距。一般大腿厚的上限数值为设计依据，这样可以使人较方便地进出。坐姿大腿厚的男154mm，加入适当功能修正量10mm，所以一般以160—200mm为宜。

4.课桌椅色彩设计：色彩三要素：色相、色彩的相貌；明度，色彩的明暗程度；彩度、色彩的饱和程度。在高校桌椅设计中既要保证课桌椅单体色彩的美观，对大学生产生的心理作用，还要保证各种色彩在教室环境内的协调性。总体来说课桌椅的设计要求色彩明朗、精神饱满。因此，选取一些冷暖适中的色彩，并提高色彩的明度、降低色彩的饱和度就是折中的好办法。这样可以选取红橙黄色或者蓝青色等颜色。这样既可以创造愉悦的氛围，又不至于使学生过于兴奋，达到轻松愉悦的环境氛围。

3.3 温度环境的问题及分析

3.3.1 教室布局的问题阐述

由于长春市属于亚寒带气候，冬季十分寒冷。所以对于采暖的温度要求比较高，现如今，501教室通过校内锅炉房直接供暖的方式进行采暖，采暖期为每年11到第二年4月。

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教室内共有6台散热器，但仍然存在温度较低，冷热分布不均匀的情况。改进前的教室暖气片示意图如图3-1所示。

图3-1 改进前暖气示意图

3.3.2 温度环境的设计原则

根据研究，人体最适宜的温度在18℃－24℃，人体最适宜的健康湿度在45％RH－65％RH之间，人体皮肤表面温度约为33℃。据有关医学保健方面的测试资料表明，当人的正常体温为37℃时，人体皮肤表面的温度约为33℃左右，当室内温度高于33℃时就会有热的感觉，而低于33℃时则会有凉的感觉。然而，当环境条件为温度25℃，相对湿度50％，气流速度0.15米／秒时，人体处于最正常最理想的热平衡状态，也就是说，感觉最为舒适，反应最为良好。在设计时充分考虑人的因素，不但利于人的健康，而且也更经济，节能。

对于供暖系统来说，必须要考虑到供暖的空间大小，对于我们学校来说，教室、宿舍居多，大小不一，要考虑各个教室，宿舍，办公室的空间大小，来决定安装暖气片的个数。一般暖气片每片的散热面积在1.2—1.6平方米，钢制暖气片散热面积数值要小些，铜铝和铝制暖气片的散热数值则要大些，这样，我们在设计供暖系统时就要根据每个空间的面积来确定暖气片数量。譬如，面积为10平方米的房间，选用每片散热量为1.5平方米的暖气

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片，需要的片数大约在6片左右即可。

1.暖气片安装的位置： 从经济，节能的角度考虑的话，暖气片的安装位置也要必须注意，暖气片的安装位置都在窗户的下面。现在新型的暖气片颜色丰富，造型多变，用于取暖的同时也是家中颇有特色的一种装饰品，于是一些人随意选择暖气片的摆放置，成为一种误区。其实，暖气片位置的选择从经济，节能的角度考虑是有讲究的。

2.选择合适的墙面：暖气片并不是安装在任何位置都能发挥其最好的作用。想达到最佳的采暖效果，应该安在外墙的窗下，如果是落地窗也可以安装在窗与窗之前的墙上，反正只要是靠外墙的地方，都会达到不错的采暖效果。

3.把握合适的安装尺寸：一般暖气片沿外墙窗下安装，距地面100mm以上，背面距墙多为30mm，利用暖气片与墙面的空隙促使气体流动并隔热。暖气片尽可能明装，必须设罩时，要选用对散热无严重影响的罩型。

3.4 教室布局的问题及分析

3.4.1 教室布局的问题阐述

平时上课最常用的教室布局方式，是一排排整齐的桌椅，符合填鸭式的教学方式。如今，大学里上课，学生和老师都喜欢互相交流，但是，目前的教室布局并不适应现在上课经常需要讨论的现实情况。同时，相邻的两个人之间距离非常小，不符合大学生的习惯。改进前教室布局示意如图3-2所示，A-A剖面图如图3-3所示。

图3-2 改进前教室布局平面图

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图3-3 A-A剖面图

3.4.2 教室布局的设计原则

1、统筹规划：因为教室中不仅摆放着桌椅，还有其他重要设备，比如黑板，日光灯，卫生工具等。一定要全盘规划，做到空间布局合理、利用率高、使用方便、美观大方、协调一致。

2、充分、合理利用空间：充分利用空间，合理布局，主要是为了方便学生和教师走动，这样就要求留有足够的空间以免造成不便。

3、美观大方，构思新颖：美观大方、富有格调的教室会令人心旷神怡，心情愉快，从而提高工作和学习效率。

3.5 光环境的问题及分析

3.5.1 光环境的问题阐述

1.现在教室中，用于课桌面照明的灯，大多为单、双管普通支架式荧光灯具，它们垂直于黑板安装，由于灯管裸露，这对后排学生还是有很强的直接眩光。

2.有些教室存在高亮度的问题，一方面原因由于设计不合理(照度达800-1000Ix)。另一方面反映在南向的“阳光”教室中。一般来说，太阳光在桌面上照度可达数千Ix以上，在这种高照度下，学生无法看清老师在黑板上的板书，造成严重视觉疲劳。其效果是学生

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书本和课桌面形成很强的反射眩光，从而学生反映眼睛累。

3.教室内灯具分布不合理。教室白天太阳光直射学生桌面，严重影响教室的视觉环境等。众所周知，学生视力下降,近视率上升，是诸多因素综合作用的结果。但是，除原发性因素外，用眼过度疲劳则是引发近视的主要因素了。在正常用眼状态下，照明条件合理与否，直接影响用眼的疲劳程度。

4.窗户太大，使得光线容易进入，造成学生看不清黑板。改进前的教室日光灯示意图如图3-4所示。

图3-4 改进前的日光灯示意图

3.5.2 光环境的设计标准

教室照明的国家标准(GB7793-87)如下：

1、凡教室均应装设人工照明。

2、教室课桌面上的平均照度值不应低于150lx，其照度均匀度不应低于0.7。

3、教室黑板应设局部照明灯，其平均垂直照度不应低于 200lx，照度均匀度不应低于0.7。

4、教室照明宜采用荧光灯。

5、为了减少照明引起的直接眩光，教室不宜采用裸灯照明。灯具距课桌面的最低悬挂高度不应低于1.7m。灯管排列宜采用其长轴垂直于黑板面布置。对于阶梯教室，前排灯

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不应对后排学生产生的直接眩光。

6、照明设计计算照度时，照度补偿系数取1.3。照度均匀度：在给定的工作面上，最低照度与平均照度之比。

照度补偿系数：新的照明器在工作面上产生的平均照度与同一照明器在使用一定时间以后，在同样条件下所产生的平均照度之比。

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第四章 优化方案及经济性原则

4.1 课桌椅的优化方案及经济性原则

4.1.1 提出优化方案

详情见表4-1和图4-1。

图4-1 改进后课桌椅示意图 表4-1 改进后课桌椅尺寸表

局部 尺寸座面 椅面 座面 座面 靠背 靠背 课桌 课桌 课桌（mm高度 宽度

深度

角度

高度

角度

高度

深度

宽度）实际

400 460

400

0°

520

8°

770

400

500 数据

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4.1.2 可行性与经济性

1.上表为优化设计后的学习工作用椅尺寸表，各种尺寸都是在符合人体测量的基础上进行改进设计而成的。同现在使用的各种教室用椅相比，它显然在人体生理结构方面更具优势，通过对尺寸的定量设计使得使用者使用时更为舒适。例如，靠背的设计能有效提供支撑力，减少肌肉受力，使使用者学习时的有效时间更长，并且方法可行，虽修改幅度不大，但效果尚佳，符合可行性原则。

2.改进后的设计应用了理论知识中提及的各种人体工程学原理以及人体解剖学原理，综合考虑了各种影响因素。可以说是一种理想设计，故对于实际中不同的学习工作场景还需要改进或舍弃一些优化设计。例如，高低可调节的功能、椅座可旋转的功能在座椅密集布置的情况下并不适用，可优先应用其靠背、坐垫的各种设计，在一定程度上满足需要即可，况且针对学校座椅数量较多的问题，小幅改动可以节省校方重新购买设施所用的经费，只需在原有基础上调节尺寸即可，符合经济性原则。

4.2 温度环境的优化方案及经济性原则

4.2.1 提出优化方案

针对教室采暖设备供热温度较低的问题。本设计建议采用局部调整暖气片位置，数量的方式，以提高教室内温度。

改进后教室暖气分布如图4-2所示。

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图4-2 改进后的暖气分布图

4.2.2 可行性与经济性

针对教室暖气温度不高的问题，本设计采用增加暖气数量的方式以提高室内温度，由于楼体结构不易更改，且更改的花费巨大，不符合经济性原则，而单纯的增加暖气数量并不影响的建筑整体建构，只需在相应位置增设给水立管和采暖设备即可，符合可行性原则。

4.3 教室布局的优化方案及经济性原则

4.3.1 提出优化方案

改进后的教室布局如下图4-3和图4-4 B-B剖面图所示。

这种布局竖向成排，一般是八纵列，保持80个座位不变，有利于教师在上课过程中的观察和同学间、师生间的交流是比较好的一种形式，国外已经有不少的教室采用这种方式。

图4-3 改进后的教室布局平面图

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图4-4 B-B剖面图

4.3.2 可行性与经济性

这种方案的优点是教师只要在讲台上两边走动一下，就可以方便地看到学生的情况了；同样也增进了学生与老师间的课堂交流，增进学生间的友谊。在原有教室大小的基础上可以实现，也不需要花费太大的改进费用。

这种方案的缺点是空间的利用率不高，改进后的布局比改进前相比，所能坐下的学生数量有所减少。

4.4 光环境的优化方案及经济性原则

4.4.1 提出优化方案

1、教室尽可能采用带格栅的支架灯作为主照明，这样可以明显地改善后排学生视觉效果。

2、为防止太阳光直接照在桌面上，教室必须安装窗帘。建议学校可配备一只便携式照度计，检查教室光照度状态。以分析室内照度均匀度，同时也可了解灯管长久使用所出现的光衰现象，做到及时更换灯管。

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3、学校的一般教室的照明灯具，都应该使用三基色荧光灯，这不但可以与普通荧光灯更亮约 20%，而且显色指数>80%，学生视觉疲劳程度会得到改善在学校的功能性教室里，例如，美术教室，幼儿园的活动室、绘画室，展示室等场合，则可以安装高显色荧光灯，这种灯的光谱与阳光近似，被照物体非常鲜艳逼真,在这种光照下人眼的疲劳感，也会明显降低。

根据以上分析结果，对教室灯光光源分布做了改进（如图4-4所示）：

图4-4 改进后的光源分布图

4.4.2 可行性与经济性

本设计简单调整了了教室的光源分布。这样的光源分布，针对后排同学可以有效减少发生炫光的发生。减少直接影响用眼的疲劳程度，同时加装窗帘可以有效减少自然光源进入，防止学生看不清黑板的情况出现，具有可行性。

同时改进措施不会花费过多费用，校方易于承受，符合经济性原则。

安全人机工程课程设计

第五章 教师工作空间的设计

5.1 讲台的现状分析

1.造型单一，大多数是长方体的造型。

2.有些多媒体操作台就是一个简单的长方体的台面，没有其它的的结构。3.在台面下面增加了一个储物柜，有的在两边有箱子。4.有些讲台现在增加了一些结构，比如在外边缘增加了一块板。5.材料单一，绝大多数是用的木材，少数多媒体操作台有用塑料的。6.高度和位置都是固定不可调的。

7.有些多媒体操作台在制造时没有进行足够的倒角和圆角。8.很少的多媒体操作台有其他的辅助上课设备。

5.2 设计原则

人机系统工作效能的高低首先取决于它的总体设计。而人机配合成功的基本原因是两者都要有自己的特点且要相互适合才行。对于大学多媒体操作台的人机设计而言，首先要考虑到大学老师的上课特点，特别是老师的活动空间，来决定多媒体操作台台面的尺寸。再要对老师的身高和肘高等要素进行统计分析来确定多媒体操作台的高度。这些尺寸的设计直接影响到老师上课的方便性，如果尺寸过大或过小都会使老师用起来不舒适。所以在人机系统中，要充分发挥人与机械各自的特长，互补缩短，以达到人机系统整体的最佳效率与总体功能，这是人机系统设计的基础。

从尺寸既环境分析入手，在尺寸的选择时要充分考虑到人的活动空间和范围，有以下几个方面。

1.老师的身高，这又联系着肘高，肘的高低影响着多媒体操作台的高度。当人处于立姿作业时，操作台面的高度影响着人的舒适度特别是人手的舒适度，根据立姿作业的姿势，台面的高度受到肘高的影响。所以在确定多媒体操作台高度时要统计教师的肘高。根据人机工程学的作业面高度的确定方法，一般作业面的高度应该在肘部以下10-20cm，对于特定的作业环境，其作业高度取决于作业性质、个人喜好、座椅高度、作业厚度等。

2.老师上课是在多媒体操作台台面上的活动范围，包括最大范围和最小范围。这就要

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求测量人在水平作业面的各项尺寸来确定台面的尺寸，老师上课主要活动姿势是站立着双手撑着桌子的边缘讲课，当老师坐着时候的操作范围比较大，根据这个人机分析这就可以确定多媒体操作台的长度和宽度。考到作业姿势和环境还要对台面边缘进行一定的圆角处理，这是从安全性的因素考虑。

3.大学老师在上课时会在多媒体操作台和黑板之间不断地活动，而这个活动距离是有一点限度的，可以根据这个活动空间来确定辅助功能单元的运动方式和模式。

4.从老师上课时所用的工具入手分析，大学老师在教室上课时最常用到的工具是粉笔，老师会经常在黑板和多媒体操作台之间更换粉笔，从这个动作姿势和动作的活动空间，可以设计一个装置使得老师更换粉笔更容易且运动的距离最小，提高老师讲课的效率，同时可以设计一个收集废弃粉笔的装置来收集不要的粉笔。

5.结合有些教学的需要，有些班集体在会经常在教室里面放置一些常用的书刊杂志等书籍，另外老师上课时会随身带上一些物品以便上课使用如包、茶杯、直尺等用品。怎样让这些物品放置有序，让人很快就能找到也是应该考虑的人机因素，根据这些问题可以设计一个装置来专门放置这些物品，但又要使这些装置不影响老师上课，所以在设计这个装置的尺寸和位置是又要合理布置安排。

5.3 改进措施

通过设计原则确定一下主要尺寸：

1.主多媒体操作台高度——肘高：考虑到大学教室的情况，选取男性第95百分位：取平均肘高为100cm，再根据肘高一般在作业面下20cm左右，所以取主讲台高度为120cm。

2.根据人手水平操作面的正常尺寸和最大尺寸的数据，主最面的长度设计为120cm，宽度设计为80cm。

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结论

本课题采用理论与实践相结合的方法，首先运用人机工程学的基本原理和方法，对教室照明、布局、座椅、光环境、温度环境的现状进行人机学分析，找出了对现有情况存在的具体问题。制定了相应的优化方案，并讨论了优化方案的可行性与经济性。

我们主要是针对以下几点进行优化：

1.光环境：改进光源布局、采用三基色荧光灯，并在窗户上加装窗帘。2.课桌椅：根据相关设计规范，提出改进后课桌椅尺寸表。

3.教学布局：采用叉形布局，美观实用。有利于教师观察，增进交流。4.温度环境：增加采暖设备的数量，以提高冬季室内温度。

赵亚杰：城建教学楼501教室安全人机的分析与优化

参考文献

[1] 李红杰，鲁顺清主编.安全人机工程学[M].武汉：中国地质大学，2006.7 [2]GB/T3976—2002《学校课桌椅功能尺寸》[M]，北京，中国标准出版社，2002 [3]GB10000—88《中国成年人人体尺寸》[M]，北京，中国标准出版社，1989 [4]GB7793-87《中小学校教室采光和照明卫生标准》[M]，北京，中国标准出版社，1987

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致谢

这次安全人机工程课程设计，感谢周乾老师的悉心指导，感谢周俊、王宽在设计过程、资料收集和测量过程中的给予我的帮助，使我顺利完成本次安全人机工程城建教学楼501教室安全人机的分析与优化，你们是我最坚强的后盾。通过这次设计，让我明白知识的重要性，我会加倍努力，认真学习专业知识，为我的未来打好基础。