人机工程设计

人机工程设计（精选12篇）

人机工程设计 篇1

引言

汽车对我国百姓来说已不再是奢侈品, 而仅仅成为一种出行的代步工具。然而, 随着汽车数量的激增, 交通事故已经成为危害人民生命安全的一大问题, 引起社会对汽车安性的极大关注。根据相关部门统计数据, 大约有50%以上的交通事故是由疲劳驾驶引起的。

造成汽车驾驶员疲劳的因素有很多, 其中汽车座椅的舒适度是其中之一。针对这种情况, 本文意图引入人机工程设计原理, 对汽车驾驶员行驶途中出现疲劳感的基本因素进行考察, 并结合这些因素提出改进汽车驾驶座椅的设计;根据人体舒适感, 提出座椅动态设计理念。

1 疲劳驾驶影响因素分析

所谓疲劳驾驶, 一般是指当汽车驾驶员在长时间 (持续约4个小时) 驾驶后, 其身体的生理和心理机能出现大幅度下降, 大脑的思考判断能力、身体的反应操作能力会受到较大程度的削弱, 而这些症状会通过驾驶员自觉或不自觉的意识而有所表现。当驾驶员出现以上这些情况时, 就很可能已处于疲劳驾驶状态[1]。一般来说, 疲劳驾驶主要来源于坐姿、震动、温度和湿度等因素。

1.1 人体坐姿舒适度

当人体处于最佳坐姿时, 其体重会得到均衡分配。当大腿呈水平状自然放松, 双脚着地, 手臂也不承受身体压迫时, 驾驶员会感觉较为舒适。一般来说, 人处于坐姿时, 身体所产生的大约3/4的压力由座椅承受, 因此座椅的设计要尽可能使得乘坐者的臀部受重更为合理均匀。

1.2 震动产生疲劳

汽车在行驶过程中会不可避免地发生震动。当驾驶员坐在汽车上时, 震动会通过座椅传递到驾驶员身体, 从而对驾驶员造成影响。震动对人体所带来的影响不容忽视, 当震动幅度过大, 或者持续时间较长时, 人体的动态反应能力和身体生理机能等都会出现减退。此外, 当驾驶人员长期处于震动的空间中时, 震动特性传递到驾驶人员的神经中枢, 会刺激大脑皮层, 使人产生兴奋。如果驾驶员长时间处于这种状态, 其脑细胞的工作效率将会衰减, 从而产生疲劳感。

1.3 温度和湿度影响身体感受

研究人员发现, 汽车驾驶员在20℃左右的驾驶温度和50%左右的驾驶相对湿度时的驾驶状态最佳。就汽车座椅来说, 其对驾驶员所处温度、湿度的影响主要表现在座椅表面温度和湿度上, 座椅表面状况会对人体的背部、臀部等部位造成影响。当座椅所用材质透气性不佳时, 会造成人体产生不适感, 从而加剧人体疲劳感。

2 汽车驾驶座椅人机工程设计

2.1 静态设计

从人体生物学的角度来看, 驾驶员的最佳坐姿是臀部离开座椅的靠背并稍向前移, 这时驾驶人员的上半身和大腿之间的夹角保持在100°左右。与此同时, 大腿、小腿和双脚脚掌之间也要有一定的角度[2], 具体参见图1和表1[3,4]。

一个好的汽车座椅设计通常体现在整车布局提供的空间内。根据百分位假人要求, 按照人体工程学要求设计出符合H点 (Hip Point, 躯干与大腿相连的旋转点) 、外观及舒适度的座椅, 如图2所示。

此外, 对汽车座椅的表面温度和湿度进行调控, 可以实现对驾驶员身体状况的调整。汽车座椅在设计时要选用透气性更为良好的材料包覆座椅, 并在座椅中加入通风式设计, 以降低人体长时间倚靠在椅背上所产生的热量感和潮湿感。例如, 空调座位上使用孔网状面料, 使得座椅下有多个风扇产生空气流通, 通过空气循环穿过皮肤, 移动的空气带走体内的热量, 可以更好地提升驾驶人员的驾驶舒适度, 实现缓解疲劳的作用[5]。而在座椅上安装按摩、顶腰、智能化传感和监测系统等, 也作为提高舒适度的要求逐渐被纳入到座椅人机工程设计中。

2.2 动态设计

汽车座椅动态设计主要指减少震动对人体的影响。在章节1.2中已提到震动对人体的影响, 这里再对震动产生的主要机理和座椅设计的注意事项加以探讨。

一般来说, 震动是由各种路面状况和汽车本身机械工作而产生的。在汽车行驶时, 驾驶员会受到来自水平和竖直两个方向震动的叠加, 其中包含直线震动和角震动。在这些震动模式中, 竖直震动和角震动对驾驶人员的影响最大, 人体各主要部位的共振频率参见表2。

汽车座椅在设计时要参照整车路谱, 在座椅震动试验台 (图3) 上模拟道路行驶, 找出座椅共振点, 并将其作为设计要点, 避开敏感震动频率, 以保证座椅舒适度[6]。此外, 座椅空气悬挂和纵向减震系统 (图4) 也作为动态设计内容加入座椅设计行列中。

3结语

通过全文论分析可以发现:汽车驾驶座椅人机工程设计研究对提升驾驶安全具有重要意义。当前, 我国大部分汽车厂家对这一问题仍未起到足够重视, 对汽车座椅舒适度研究仍较薄弱, 在设计座椅时更多只是考虑其美观性, 而忽视了对其静态、动态舒适度的设计。对此, 呼吁各大汽车生产厂商加以重视, 将汽车座椅舒适度的研发纳入重点工作日程中。

参考文献

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人机工程设计 篇2

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?

人机工程学关于氩气刀笔设计研究 篇3

关键词：人机学 市场特点 手部尺寸 心理特征

1、前言

氩气刀是近几年来在临床应用的新一代高频电刀，其工作原理是利用高频电刀提供的高频、高压电流，再利用氩气的特性达到一种完善的临床效果。与一般高频电刀相比，具有止血快、失血少、无氧化和焦痂等的特点。随着科学技术的发展进步，对医疗器械的设计要求不仅仅停留在制造和使用上，还要求具有人性化的特点，要求考虑到医护人员和患者的使用。

中国古代设计有着悠久的文化历史，广泛表现出设计严谨、结构流畅、使用方便舒适的特性，在体现古人智慧光芒的同时，也映射出中国传统人机工程学的思想。目前，关于这方面的研究，国内学者多集中于制作、形态设计等领域，成果颇丰，但从工学、人机学角度的研究较少。本文希望通过传统人机学角度对手术刀笔进行深入思考。

2、手术刀笔现有问题及市场特点分析

2.1 市场调研反馈分析

在做产品的市场调研的同时，对产品的使用环境以及使用过程进行调查，其中包括深入了解产品的误操作过程、产品的工作状态，以及医生能够熟练使用产品的时间、工作环境对产品性能和材料以及色彩的要求等方面。

在调研过程中，对目前市场上的氩气刀进行总结归纳，并且调研了类似产品和周边产品，发现了氩气刀存在的一些问题：例如形态太过方正，并且扁平，抓握不方便；按键位置不合理；手握位置触感不强；按键反馈不明显；材料易发生开缝断裂；整体形态设计感不强，形态有待推敲。

2.2 市场特点分析

首先手术刀笔是一种相对公众化的产品，下面对“公众化，个人化”做了意象尺度分析，得出医疗产品尤其是手术刀笔产品在服装、消费类电子产品、家用电器、办公机械等产品类别中的分布位置。由于其面对的是相关科室的医生集体，医疗器械相对于别的产品而言是一种公众化的产品，而非个性化产品，因此医疗器械的设计相对保守，造型设计非标新立异，反映的应是社会主流审美文化。

其次是对医院的特殊环境、医生特殊的社会属性进行分析，在医院的环境里，考虑到医生和病人特殊的心理状态，对医疗产品有专门要求，过分鲜艳的色彩和过分激烈的形态是不允许的，所以医疗器械只能有选择性的接受时尚审美文化因素。

3、氩气刀应用人机工程学的重要性

人机工程学是研究如何使机械设备系统、人机系统和人机环境最大限度地适合人类的形态、生理和心理特征，以求达到安全、舒适、高效生产和工作的目的。同时医疗器械品质的优良，直接关系到我们的生活水平和品质的好坏，所以医疗器械的设计就变得非常的关键，而应用人机工程学来研究医疗器械，可以提高产品的使用安全性，减少使用过程中对人体的危害和降低损耗，从而减少不安全的因素。人机工程学重点在于用户研究，也就是对人的研究，强调“以人为本”，研究的是人的能力、极限、缺陷以及与机器之间的利用关系。

氩气刀在外科手术中具有非常重要的地位，在治疗气道狭窄、食道癌和腹腔镜胆囊切除术等手术中具有非常重要的作用。如果氩气刀设计不合理，就会使医生在长时间手术的过程中容易感到疲劳，甚至在高强度的工作下产生痛觉、麻木等感受，严重影响医生的情绪、操作效率和操作质量，并直接关系到患者的健康。研究表明，医生在手术过程中由于误操作而造成的医疗事故远高于产品本身故障造成的医疗事故。因此，在对氩气刀设计和改良的过程中必须要考虑人机因素，从而减少和避免发生误操作的几率，进而保障产品使用安全。

4、氩气刀人机学分析

医疗人员是氩气刀产品的使用者，因此对医疗人员的手部尺寸参数，特别是手部对产品操作适应性的研究是非常重要的。

4.1 手的生理特征分析

在刀笔设计中，要考虑刀笔的长度、刀笔直径、手握状态和触觉的舒适性。刀笔的长度应接近或者略超过手弯曲工作时的长度，这样可使手在工作时有适当的活动范围。刀笔的直径要与正常的人们所使用的笔尺度大小相符或者略粗，直径太大会影响抓握；直径过小会使肌肉紧张而疲劳，并且降低稳定性。另外，刀笔的结构应该使手保持较自然状态，这样既可以使操作者操作灵活并且舒适。

手掌的掌心肌肉最少，指骨间肌和手指部位是神经末梢布满的区域。指球肌、大鱼际肌、小鱼际肌是肌肉较多的部位。氩气刀在操作的过程中，直接接触部位有拇指、食指的指球肌、中指第一关节内侧和虎口位置，而几乎每一块肌肉都会用力，呈握笔姿势，其中力量集中在拇指和食指，而为保证使用稳定性手腕还要保持用力，高强度工作下会造成手指疲劳、手腕僵直和疼痛。

4.2 触觉与手指接触部分分析

虽然指球肌部分是指尖布满神经末梢，触觉最敏感的部分，但医生在操作氩气刀的时候会戴手套，使敏感度降低，所以在刀笔与手指接触部分应用适当的材料以增加触觉灵敏度。

在手抓握部分，有拇指、食指和中指三部分的生理机能面，刀笔与手指接触部分截面的基本形状应为三角形或者圆形，或者由圆形拓展开来的六边形和有很大圆角的四边形。这是因为在使用过程中，过于扁平的刀身使抓握截面变得细且窄，从而使抓握的稳定性大大降低。

在产品使用过程中，主要靠拇指和食指用力，并且极容易造成疲劳，长时间使用还会使手指麻木，若能使其他手指分担拇指和食指的用力，则可大大降低使用的疲劳度。虎口是一个非常好的助力部位，然而在很多手持器械的设计上虎口部位的设计常常被忽略。刀笔在设计时应充分考虑到虎口位置的特殊性，并借助虎口力量来增加产品使用过程中的稳定性，同时也可使手腕得到一定程度的放松。刀笔抓握后端截面既要拟合虎口形状，也要使刀笔在虎口部位的截面半径变化，其变化尺寸符合手指的活动范围，使其在使用过程中，借助虎口的位置增强刀笔在使用过程中的稳定性且对刀笔在使用中的活动范围不造成影响。

4.3 从心理情绪对设计的思考

和谐观是中国人文精神的价值形态。传统造物思想追求“人”、“物”、“天”整体和谐，这正是如今人机工程学追求的人一机一环系统的协调与优化。古人主张“人第一，物第二”，重视人与物间的有机联系，试图在人与物间建立一种人性化的关系：—方面从人的生理结构出发，注重物的功能性；另—方面又关注人的心理特征，注重人在使用物时的感受。

医生日常的工作异常繁忙，且工作压力很大，手术本就性命攸关，气氛紧张，而如果医疗器械总是冰冷而不近人情，难免会使医生产生焦虑、不安、烦躁等负面情绪。因此从视觉角度分析，要求产品在设计的时要分别从形态、材料、颜色等充分考虑，使产品具有亲和力，从而减少医生在使用过程中因产品外观设计不良而产生的负面情绪。人『生化设计中的情感性考虑。

医疗器械产品的形态设计的定位应考虑到医生及病人在仪器的使用过程中的心理感受，追求产品设计的情感化，使产品透露出亲和力是医疗器械工业设计的趋势。这类产品的形态表情不能太生硬，更不能让人产生面对刑具的恐惧感，太生硬会造成拒人千里之外的冷漠感。产生这种心理感受的原因是人们头脑中固有的形态符号语义错位。产品的亲和感是指产品的形态给人一种安全的、对人无害的、易于亲近、可以和平相处的心理感受，以利于产品与人沟通。

5、结语

人机工程设计 篇4

人机工效是汽车产品非常重要的使用性能, 一直是汽车厂商非常重视的内容。如同大多数产品一样, 用户极少参与汽车的设计过程, 这使得在设计中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。企业在进行设计方案的验证时, 除了采用虚拟验证之外, 还通常要制造产品的物理模型 (或样车) , 邀请技术人员和管理人员 (乃至目标用户) 对设计方案进行主观评价。这种物理模型评价试验称为物理模型测试, 具有直观、可靠的优点。虽然, 物理模型测试仍然是目前汽车虚拟设计评价所替代不了的, 但模型的制作成本通常较高, 为了节省开支, 通常只对少数认为可行的方案进行物理模型测试。物理模型测试需要在设计方案 (甚至是详细结构) 基本成形之后才能够进行, 因此, 时间上比较滞后, 加之方案的修改和再评价在原物理模型上很难实现, 必须返回设计环节进行改进, 使得设计周期大大延长。此外, 上述基于产品物理模型的主观评价方法不容易与其他评价手段相结合, 并且所制作的物理模型难以用于对一些人机工效问题进行深层次研究[1]。正是因为存在上述问题, 一些汽车公司对可调节和反复使用的产品物理模型进行了研究和开发, 并应用到了产品开发实践中, 取得了较好的使用效果[1], 较典型的是福特的一体化布置设计、评价系统 (integrated package design andappraisal system) [2-3]。

就可调节人机验证台架而言, 一些研究机构曾经进行过类似的研究和开发, 例如:国内一些研究机构就曾经针对不同的使用场合开发了专门验证前排驾驶工效的试验台架, 用于模拟汽车或飞机驾驶舱和分析验证驾驶员人机工效[4-8]。目前的可调节人机验证台架还存在下述问题:1通常主要用于某种人机工效试验研究, 很少用于实际产品的设计方案呈现;2少数用于产品验证的台架也主要针对某种特定车型进行验证, 同一个台架不能针对不同类型的车型进行验证。3一般不具有验证内饰设计的功能, 即使有内饰验证功能, 通常只适合安装某种车型的内饰, 而不能适合安装不同乘用车型的内饰, 因而内饰验证方面功能具有局限性。

受长安汽车公司委托, 吉林大学汽车工程学院主持开发了用于乘用车人机工效和内饰设计验证的可调节台架系统, 目标是既要克服目前可调节人机验证台架存在的上述问题, 还能在一个台架上实现乘用车开发过程中的人机工效和内饰设计的双重验证功能。

1设计需求分析和目标定位

1.1覆盖车型

覆盖足够宽泛的车型范围, 快速、准确地呈现各种车型的设计方案, 是人机台架系统最基本的功能要求。本文的人机台架系统主要面向乘用车 (M1类[9]) , 包括轿跑车、敞篷车、轿车、CRV、 SUV、MPV等车型。这些车型的一些典型设计参数范围如表1所示。台架的主体结构和尺寸仿照真实的三厢轿车设计, 但可以用于呈现整个乘用车范围内各种车型的设计方案。

1.2功能要求

为了能够快速、准确地表达各种乘用车的设计方案, 要求座椅、仪表板、操纵件 (转向盘、踏板、 换挡杆、手制动杆) 、立柱、顶盖和车身闭合件 (车门、发动机舱盖、后背舱盖) 等能够按照该车型的设计参数值在台架上进行布置, 因此, 必须将这些部位设计成具有足够的活动自由度部件, 并能够在各自的自由度方向上进行无级调节。主要的调节自由度见表2。从轿跑车到各级别轿车, 再到SUV、MPV等, 表2中很多部位的活动自由度 (与绝大多数汽车布置参数相对应) 都在一个较大的范围内变化。对于本身就带有调节功能的零部件 (或车身附件) , 如座椅、转向盘等, 其自身的调节范围远远不能满足要求, 必须额外补充调节量。 所有直线自由度的调节精度控制在1mm以内。

对于座椅、转向盘、换挡杆、仪表板等, 不同车型会采用不同厂家、不同规格和尺寸的总成, 这就要求它们能够方便地拆装。由于本台架的另一主要功能是对部分内饰的效果进行验证, 这也要求这些内饰能够方便地安装和更换。

容纳乘员的空间应该能够适合各种常见的人群, 因此, 相关布置参数的统计计算应考虑极限人体尺度的目标人群。计算所采用的部分人体尺寸参见表3。

在人机台架上验证的主要内容包括:1乘员乘坐和活动空间;2驾驶员和后排乘员视野;3驾驶员操纵的方便性和舒适性;4乘员上下车和进出方便性等。

1.3结构要求

台架除了要具备足够的结构强度之外, 还要有较高的刚度, 以保证各活动部件的调节机构能正常发挥作用, 避免造成零件磨损和调节精度下降;而整体结构则应尽可能轻量化。结构和机构的实现应确保使用中无危险。为了便于今后进行维护, 各部件及其调节机构应采用模块化设计和制造, 并尽量采用螺钉连接进行装配。除此之外, 在结构的设计上还力求做到受力均匀、变形协调、 强度相等和载荷传递路径短等[10]。

2概念设计

2.1总体框架

根据设计需求和目标定位, 确定了整个系统的总体概念方案。整个台架系统所包括的各部分内容见图1。目前的工作主要针对硬件系统的开发, 包括结构框架设计制造、车身零部件改装、各自由度调节机构设计制造和控制系统开发。

2.2定位基准系统

定位基准的合理选择对于设计、制造和使用非常重要。设计基准通常采用硬点来实现, 能够直接与现有的标准兼容, 如SAE J1100[11]。若某方面尺寸在标准中没有相关硬点定义, 则需要根据具体情况自行定义定位基准。制造基准的选取则更多地考虑保证设计和制造精度。使用中的定位基准包括一些硬点和厂商自定义的、用于定位一些形状不规则的零部件的基准。限于篇幅, 本文只介绍设计中的定位基准, 如图2所示。图2中, PRP为加速踏板基准点 (pedal reference point) , AHP为加速踏板踵点 (accelerator heel point) , SgRP为乘员的乘坐基准点 (seating ref- erence point) , FRP为后排乘员的踵点 (floor ref- erence point) [11]。除此之外, 在仪表板、立柱、车门、顶盖等处还自定义了一些基准, 用以表示对应的机构的位置, 由于涉及一些技术秘密, 本文不予列出。

2.3前排空间设计

本台架用于人机工效验证, 就必须能够适应各种身材和体型的人进行工效试验, 故应该按照极限尺寸的人来设计前后排乘员的乘坐空间。本文参照了欧美和亚洲国家的极限尺寸人体数据, 充分保证对绝大多数人群的设计适应度不小于99%。图3为前排乘坐空间设计结果。图3中, 空间p1-p2-p4-p3为综合考虑各国人体尺寸之后0.5到99.5百分位驾驶员乘坐空间范围;空间p1-p2-p6-p5为座椅调节机构的最小行程范围;空间p5-p6-p8-p7为台架补充的调节范围, 其中空间p3-p4-p8-p7是容纳可能出现的超大尺寸身材驾驶员的乘坐范围。图3中, x方向的坐标原点为PRP, z方向的坐标原点为AHP。为了验证所设计的范围, 图3中绘出了成年人最短下肢长度 (位置Ⅰ) 和最长下肢长度 (位置Ⅱ) , 分别对应于亚洲国家女性和荷兰男性, 可见, 设计范围已经完全覆盖目标群体尺寸范围 (完全容纳下肢长度) , 并且前后端都留出了必要的后备范围。

2.4后排空间设计

后排空间设计同样应保证能够表现各种乘用车型的设计方案, 因此, 需要对现有的典型乘用车后排空间大小和位置进行统计分析。图4中给出了典型的6辆各级别乘用车后排空间 (图中以L50表示, 定义为前后排乘坐基准点SgRP之间的前后距离) 尺寸。根据典型乘用车后排空间大小和位置的统计结果, 参照前排座椅的最前和最后位置, 最终确定后排所需的最大和最小空间及乘坐位置。

2.5其他空间设计

宽度方向需要确定座椅和立柱的调节范围, 高度方向需要确定顶盖高度、发动机罩C点高度和后备舱D点高度的分布范围, 确定的依据同样是对各种乘用车型参数所进行的统计分析结果。

3结构设计

3.1调节机构

绝大多数自由度都是沿着直线方向运动, 因此, 可采用直线滑动副和丝杠实现自由度调节, 利用步进电机进行驱动。各自由度调节机构的组成件尽量利用成熟的产品进行集成。个别结构和运动形式特殊的零部件则需要进行特殊加工。因此, 与绝大多数活动自由度相关的零部件结构形式和尺寸就根据已有产品的规格尺寸进行选型并确定下来。

3.2结构验证

为了保证整个系统运行准确、可靠, 在最后确定结构形式和制造之前, 需要对结构的强度进行分析计算, 确保各个部件受力合理, 不会出现局部应力过大的现象。因此, 对于承载大的结构, 都利用MSC.Nastran软件进行了分析计算, 对结构强度和刚度进行了分析验证。

3.3机构DMU分析

由于需要调节的部位和自由度非常多, 一些部位的活动自由度和结构如果设计不当可能还会出现干涉的现象, 因此, 必须进行各部位自由度调节的功能分析, 即进行机构的DMU分析, 一方面验证自由度的功能和相应结构参数的合理性, 另一方面也验证不同自由度之间会不会出现干涉。

4制造和装配

对经过验证的结构和机构进行了制造和装配验证, 并估算了成本, 之后进行了加工、采购和集成。制造采用委托加工的形式。制造完毕的物理模型经过了功能评估、初步验收和最终验收, 结果表明, 本模型的设计和制造符合预期的技术要求。

5结语

本文研究并开发了专门用于乘用车人机工程学设计和验证的台架系统, 并申请了相关专利。 本台架系统目前已经实现了硬件和控制软件部分, 未来将要进一步对相配套的评价和分析软件进行开发, 从而在预期目标的基础上实现更为复杂、方便的功能。相对于目前的同类台架, 本台架的优势在于:1能够非常全面地验证乘员的人机工效;2能够针对各种乘用车型进行验证;3能够对内饰设计效果进行验证。

参考文献

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人机工程设计 篇5

课 程 设 计 说 明 书

（2014~2015学年第一学期）

课程名称：人机工程学

题

目：个性化餐厅的谈话椅设计 专业班级：工业设计1201 学生姓名：孙潞潞 学

号：2012000472 指导教师：姚静媛 设计周数：2周

2014年1月10日

目 录

一.设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1.1设计题目„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.2设计客体分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 1.3设计目标„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

二.调研与分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.1调研概要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.2调研结果分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6（1）存在的问题„„„„„„„„„„„„„„„„„„6（2）现有谈话椅的优点总结„„„„„„„„„„„„„10 2.3分析归纳„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11

三.设计的展开„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.1方案构思总述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 3.2方案说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12（1）.方案一„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12（2）.方案二„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13（3）.方案三„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14（4）.方案四„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15（5）.方案五„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 3.3方案总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

四．设计的深入„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 4.1最终方案的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„19 4.2最终方案说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19

五． 确定尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22

六． 设计小结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 6.1方案总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 6.2设计感悟„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 七． 参考资料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26

设计任务书

1.1设计题目：个性化餐厅的谈话椅人机学设计。

1.2设计客体分析

在设计重要考虑到人-机-环境系统问题，即座椅设计首先考虑到人与机器的相互作用问题，再结合环境问题加以设计。

（由于主题是对谈话椅的设计，将人体在座椅上做的时间定为长时间，如三个小时左右，设计过程中涉及到的人机问题均按长时间处理。）

人与机器的相互作用问题，首先考虑人体坐姿。从生理学、解剖学和人体力学几方面分析，坐姿有以下特点：（1）坐姿解除了包括上肢在内的整个上身重量对双腿的压力，减轻了足踝、膝、髋等关节所受的压力，也减轻了全身肌肉。尤其是腿部肌肉的负荷，可减少人体能量的消耗。（2）站立式血液向腿部汇集，而坐姿放松了腿部肌肉组织，使腿部血管内压降低，血液较易向心脏回流循环，能缓解疲劳。（3）坐姿有利于维持身体的稳定，也有利于情绪的安定。（4）坐姿解放了双脚，使腿脚易于参加操作，还能利用靠背发挥腿脚的蹬力。（5）坐姿的不利方面有：操作范围、动作幅度小于立资操作：不能借助体力、腰力，因此双臂操作力小于立姿：坐姿增加了人体对于环境震动的敏感度等。谈话椅可当做工作椅也可做休闲椅，普通坐姿时可当做工作椅，后仰时可当做休息椅，于是在设计时要同时考虑

到两种情况，并做出设计。座椅设计的人与机的结合就要从坐姿出发进行设计。

座椅设计与环境问题：餐厅不仅是人们进餐的场所，同时也是重要的社交场所和公众汇集的地方，在餐厅中，人们不但在吃，同时还在说。餐桌上的交谈，人们总是希望能相互听请对方，但又不希望本桌上的交谈内容被邻近的餐桌听到，餐厅中嘈杂的声音对听请讲话是不利的，但对保障交谈的私密性又有帮助，在餐厅环境及造型不易改动的前提下，可通过对座椅的设计来改善这种情况。

在确认以上两个设计原则后，再加上与主题个性化餐厅的结合，满足各方面要求，即可进行设计。对于个性化餐厅谈话椅的人机学设计，首先需要的是足够多的对现有谈话椅进行研究，以缺点列举法为主进行设计，如果有必要则需要对座椅进行全新的设计。其次运用希望点法，开发更符合人机要求的完成工序的结构。1.3设计目标

本设计旨在建立一个与环境相合能完成必要目标且又符合人机学原理、让更多的人对就餐谈话感到舒适满意的座椅。

通过本课程设计实践，要培养自己独立完成文献资料检索和解决实际问题的能力，更好地理解和掌握人机学设计的原理和方法，掌握运用人机学设计的基本技能，熟悉运用绘图（包括计算机绘图）表达设计意图的方法，进而培养自己运用设计原理分析问题、解决问题的能力。

二．调研与分析

2.1调研概要

调研地点：太原理工大学周边酒店及餐馆。调研时间：人机工程课程设计课时以内的所有时间。

调研方式：主要是观察法，再有询问的方式。以及网上查阅资料的方式。

调研目标：自身体验餐厅中的谈话过程，尽量了解谈话过程中出现的问题，在长时间体验时可能会出现的对于平衡调节理论的要求：对已有的设施进行细致的优劣判别，是否解决了一些问题,有没有必要存在，对不足，能如何合适的进行改进，哪些东西有必要保留；列出现行谈话椅的不足。如在设计过程中运到问题，进行再次调查，同样的问题有没有得到解决，是否有改进的空间，利用一切机会去观察在餐馆中存在和发生的一切。对餐馆谈话椅有足够的认识，为接下来的设计阶段做好各方面的准备。事实证明在接下来的设计中，因不断对座椅的深入了解，我发现了更多需要解决的问题也得到了很多设计的启示。

2.2 调研结果分析

（1）、存在的问题

1、椅身的外形尺寸角度设计问题

a.椅面，外形：有些椅面被设计成弧凹形，本是想与人的臀部形状保持一致，但弧凹形的高度差较大（大于25cm），人坐在一面伤时，股骨两侧会往上移，使髋部肌肉受到挤压，造成不适，因此并不合适。尺寸：一般餐厅座椅不可调节，椅面前缘高度或翘起，或平角，但对于谈话椅来说，在餐厅除了就餐外，还有的是时间更为长久的交谈，在交谈过程中，整个人处于一种放松的状态是较为舒适的，因此，在设计中，要同时考虑到就餐及休闲两种不同状态下的椅面倾角。b.椅背，外形：坐下后脊柱曲线形态与站立时相比发生变化，腰椎段的曲度变化最大，由向前凸趋于变直，甚至略向后凸，因此腰椎间的压力不能在维持正常均匀的状态，这种影响主要发生在伤神没有依靠的情况下，因此，在座椅设计中，加上靠背设计，会使人在长时间坐时保持舒适。若座椅靠背有一定的后仰角度，是整个上身的体重能较多的由后仰的靠背承担，脊柱形态变化对舒适性的影响程度有一定的缓解。尺寸：有些餐馆椅子虽有靠背，但在实际感受中并不舒服，原因是角度没有掌握好，是人体在坐姿后仰时脊柱有了较大的弯曲变形而不舒适。当椅背与椅面成120度角时，腰椎处有腰靠支撑，坐直腰椎形态变化小，腰椎椎间盘压力小，是较为理想的状态。

c.头枕，在很多餐馆中，靠背的长度一般较短，后仰时只能使背部休息，而脖子处一直处于工作状态得不到休息，为缓解颈椎的压力，可在椅背处安装头枕，头枕的位置一般处于颈椎之上、后脑勺的下部，这一位置因人体身材高矮不同有很大差异，因此在设计过程中可设计为可调节式设计。d.扶手，扶手外形并无特殊规定，一般与椅面平行。尺寸：在实际感受中，有的扶手设计很不舒适，有的扶手设计过高，肩部肌肉紧张，时间稍长，就会感到酸痛，是不适宜的，有的扶手设计过低，使肘部“追”着扶手走，自然使脊柱弯曲，时间稍长会使人体不舒服。扶手的高度在设计时一般略低于“坐姿肘高”。扶手的长度过短则起不到扶手的作用，过长既让人不舒适又浪费空间，所以扶手的长度一般约为肘长，扶手前端设计为弧形，大致符合人手自然状态的弧度。e.座面高度，有些坐椅在感受过程中，小腿够不到地面，或者刚好够到而无法施力，全身重量由大腿与座面前缘之前的接触点或面来承担，背肌处在一个紧张的状态。就餐时短时间内不会感觉到背肌的负荷，但时间一长便能感觉出背部酸痛。若座面高度设计合理，可使小腿获得支撑，降低大腿与椅面前缘之间的体压，降低背肌的紧张。

2、座椅材质的选择问题

在材质这一方面，几乎每个餐馆都有不同，大多数餐馆选用木质材料，部分餐馆为了顾客的方便舒适采用很软的棉垫。一项研究报告指出，人坐在硬椅面上，上身体重约有75%集中在左右两坐股骨尖下各25cm2左右的面积上，这样体压分布过于集中，若在椅面上加上适当材料的垫子，一面与人体接触面积会增加，坐骨下的压力峰值将大幅度下降，即可改变体压分布情况，但是有些餐馆坐垫太软，不利与生理调节。在一些餐馆，就坐时间太长，椅背椅面处温度会攀升，湿度增加，使人感觉不舒服。优良的椅垫应避免人体接触部分湿度的攀升，保持皮肤的干爽，同时保温性能适当，不宜过强或过弱，以特拉纶长毛绒、聚酰胺丝绒、聚酰胺制长毛绒作为蒙面材料较符合人机学。

3、就餐谈话过程中外界干扰问题

前面提到过，在交谈过程中，人们总是希望交谈双方可以相互听清对方，却又不被外界其他人所干扰。于是在设计过程中便需要考虑到抗干扰这一方面的东西。抗干扰主要考虑后方以及两侧的干扰，需在两侧加以遮挡，挡住眼部及耳部，即可起到阻隔干扰的作用。

（2）现有谈话椅优点总结

1、一般餐馆谈话椅坐宽足够宽，椅面面积较大，坐在椅面上使臀部较为舒适。

2、有些餐厅针对不同地点的座椅进行了不同的设计，如在餐馆中间，一般座椅设计较为小巧，不会太占空间，靠近窗户的地方，一般都被人们选来作为交谈的地方，设计舒适，占地面积较大。

2.3 分析归纳

座椅设计经过很多年的发展已经积累了很多好的因素，已经能够很好的完成它的功能目标。但现在的座椅还是存在一些有待解决的人机问题。在接下来的设计中，主要是对座椅的分析中去解决一些问题，从座椅的原始功能出发一层一层的去分析那些解决了的和没解决的问题，在对那些有待解决的问题进行再设计。

三．设计的展开

3.1方案构思总述

在设计初期，综合考虑各个问题后，结合餐馆实际情况加以设计。根据设计任务的要求做出了五个初步方案，并绘制了一些草图。我将谈话椅的位置固定在包间以及窗边，包间的座椅设计可排除外界环境的干扰，窗边的设计在考虑到座椅本身的设计之外，还要考虑与个性化餐厅主题的结合以及与周围环境的结合。将窗边座椅设计固定为两人谈话，即相互面对的两人，排除一切外界干扰因素，只留下对面互相交谈的双方。

3.2方案说明

（1）方案一

1、这个方案的设计主要考虑在包间内的座椅设计，不考虑再接环境的干扰因素，除了加入设计座椅本身需要的考虑的问题之外，对外形加以创造设计。

2、这个方案取自中国传统的八卦阵图，将图分割之后即可得出座椅的大致造型，在左侧凹处加入固定座垫，改善椅面的弧度，使之更符合人机学。

3、右侧突出部分可作为人体休息时侧倚之用，人们在坐的时间长了之后，恰好后背没有可以休息的地方，便会自然而然的向侧方倒去，八卦图一分为二之后所得的造型可以让人在休闲时获得依靠。

4、鉴于八卦图原图为圆形，自然方知是不稳定，所以在底部加以支撑，支撑处主要放在就坐处，即按图示来说，偏左方一点，使整个座椅更为稳定。

（2）方案二

1、这个方案同第一种方案，都是为了包间内的座椅设计。

2、这个方案外形取自象征百年好合的百合花，将其中一片花瓣作为靠背，相邻的两片花瓣作为扶手，剩余两片花瓣作为座椅支撑，为了使整个座椅稳定，在座椅后背处加固定处理。

3、座椅材质选取较为柔软，主要为交谈一段时间后休息之用，造型优美。

（3）方案三

1、这个方案除了对上述调研过程中提出的问题进行设计改进之外，同时考虑进了外界环境的干扰因素。

2、设计造型取自英文字母大写“V”,对字母做加厚处理即得出基本造型。在底部加上支撑后，往上在适当的坐深处设置坐面，并加上相应的扶手。对字母V的高度加以延伸，将椅背与椅侧高度同时延伸过头，可阻隔外界干扰。

（4）方案四

在综合考虑了各个方面的因素后，做出了如下方案：

人体在普通就坐时，座位角为6°即可，而在休息的时候，一般整体后仰，为了配合人体各方面因素的变化，在休息时，座位倾角增大为10°，靠背角度变为120°，此时，能使人体得到最大程度的休息。在椅背与椅座间设置装置，使靠背没有压力时处于115°角状态，有压力时，向后倾斜5°，变为120°。因为需要考虑环境因素，因此在外围加上外罩，外罩仿照一般的吊椅造型，在需要隔音时加上外罩，不要隔音时去掉即可。

（5）方案五

这个方案是在方案四的基础上加以造型改进，考虑到个性化餐厅的主题，我将主题定为“你好，阳光”，这款椅子是在窗边摆放的椅子，好友或家人一起去餐厅时，坐在窗边，享受温暖的阳光，坐在独特的纯木质且符合人机的座椅上聊天用餐，会让人更好的享受生活。所有材质换成木材制作，与主题相得益彰，材质改进之后，对造型加以改进，即可得最终的方案。

3.3方案总结

以上的五个方案采用循序渐进的方法，在一步步的设计中加入了更多人机因素，一步步走向完善，在方案中有可能因为特别重视某个问题而忽略了其他方面等等一些不足，但通过这样的探索一些问题也找到了能解决的相应办法。我的方案大多数太过注重造型而忽略了一些实际的东西，因此在一步步改进中，一步步加入调研做提出的问题

并找出相应解决方法，看上去是五个不同的方案，其实内在过程一步步联系，最终得出较为可靠的方案，在对五个方案进行分析总结后我进入了更为深入的方案设计中。

四．设计的深入 4、1最终方案的选择

几个方案之间相互独立又相互联系，每个方案都有自己的独到性，而又有一些不足，在一次次提出问题后又想办法解决问题，在对几个方案进行认真分析之后，我取其精华去其糟粕，组合设计之后，得出了最终的方案。4、2最终方案说明

椅身方面，在遵循人机尺寸的基础上，椅座处先用两边框架打好结构后，再在内部空间加以细化，木材相互穿插而过，形成了网格状的造型，木材穿插时不是单纯的垂直交叉，而是在原有垂直基础上稍微做弧度处理。每一根穿插的木条截面均为椭圆形，在穿插胶结好之后使人坐起来更舒适。椅背采用木条并列的方式制作好，在上部下部加

上直木条加以固定，既美观又大方。扶手处前端做了圆滑处理，使人在扶手时更为舒适愉悦。椅腿部位直接用一根木条弯曲而成，并稍微向外偏移一个角度，使其更加坚固。

椅座与椅背连接处，左右用一根木条固定，这两根木条的作用是在椅子闲置不用时通过回弹作用使椅子恢复原状，在人进行倚靠时，椅背会稍微向后偏移一个角度，但在扶手与连接处木条的作用下，不会因用力过猛而导致椅子损坏。

椅子的框架结构除了用较为粗壮结实的木条外，在外部均加了一层螺旋结构，不仅美观，更增加了框架的坚固性。

在外罩方面，仍然是边缘框架采用坚固的木材换成一周，再在外部加上一层螺旋结构，与椅子相得益彰，增加美观程度与坚固性，后罩部分采用镂空形式，若为全实的外罩，人坐在里面会感到憋闷不已，但若是镂空状，不仅可以有效地隔音，增加美观性，还能使人更加舒适。

外罩与椅身没有连接设计，是为了方便两者分离，在不需要隔音的状态下，直接使用椅子就好，若需要隔音，只需将两者简单拼装即可。选择木材的主要原因，除了其具有独特的色泽与花纹外，还因为选用木材能更好地衬托主题。在功能方面，木材本身具有调湿特性，可调节餐厅内的湿度，而且其吸声隔音的效果好，即使是镂空外罩，也能起到一定的隔音效果。

五．尺寸的确定

1、坐高工作椅坐高比坐姿人体尺寸中的“小腿加足高”低10~15mm,取适合男女50百分位数身高的座高，男子：413+（25-6）-10=422mm,女子:382+(20-6)-10=386mm,将数值四舍五入为圆整的数值后，得工作椅的座高范围为380~420mm，休闲谈话椅是为了舒适之便，一般座高较工作椅低一些，取370mm。

2、根据阿克布罗姆靠背曲线以及人体坐姿生理分析，可知，就餐时，座面倾角取6度，椅背与椅面夹角为115度，在谈话休闲时，座面倾角取10度，椅背与椅面夹角为120度。

3、单人椅坐宽宜略大于人体水平尺寸的“坐姿臀宽”，根据 “GB/T14774-1993 工作座椅一般人类工效学要求”给出的坐宽数值范围为370~420mm，谈话椅为了舒适之便，将其范围加大一些，取500mm，座长取500mm。

4、扶手高度宜略小于坐姿人体尺寸中的“坐姿肘高”，“GB/T14774-1993 工作座椅一般人类工效学要求”推荐的扶手高度为210~250mm,我们取210mm。

5、整个椅身为纯天然木材制作，没有椅垫，因此直接取椅座厚度为100mm,椅背的厚度一般比椅座稍小一些，取90mm。

6、根据阿克布罗姆靠背曲线，腰靠突出部位距椅垫长度取175mm,凸起角度约为20度。

7、椅背为全靠背形式，椅背长度应大于人体坐姿尺寸的头长+身长，经研究计算后，取mm为宜。

主要的尺寸结果如下图：

六.设计小结

6.1方案总结

设计方案循序渐进，一步步从原有状态下提出问题解决问题，虽然可能有某些问题没有考虑到或者无法解决，但整体来说已经对现有座椅进行了深入改造。椅身与外罩部分可以分离或组合，若在包间内，可直接将外罩拆下，防止阻碍同伴间的交流，在外部大厅内，将外罩组装上，便可阻隔外部环境干扰。6.2设计感悟

这次的设计过程是第一次自主完整地设计成品的一个过程，在之前的一些设计方案中，大多数只考虑造型，设计较为简单，但在加入了人机与功能因素时，设计难度便大大增大了。而且老师提出的五个方案中选取一个着实让人有些应付不来，平时看得少了解的知识少，设计中有点没有思路，不过在广泛的查阅后便大致有了一些思路。这次的设计不仅仅是空想，而是实实在在的对于问题的解决，在实践过程中一步步遇到问题提出问题解决问题，慢慢完成对方案的设计。

七.参考资料

1.阮宝湘、邵祥华主编，《工业设计人机工程》，机械工业出版社，2005 2.GB/T16251-1996 工作系统设计的人类工效学原则 3.GB/T10000-1998 中国成年人人体尺寸

4.GB/T12985-1991 在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则

人机工程设计 篇6

以期利用人机工程学原理有效改善当前国内轨道交通驾驶室设计当中的不足，为我国轨道交通驾驶员提供一个健康、安全、舒适的作业环境，在最大程度上降低由于驾驶室设计原因引起的人为误操作率。

【关键词】驾驶室;人机工程设计;舒适度

我国驾驶室人机工程方面的研究刚刚起步，有许多不完善的地方。随着现代科技的快速发展，列车在控制技术上得到了较大的进步，列车驾驶室中涉及到的电子设备、操纵装置以及显示装置组件增多。对于逐步自动化控制的列车来说，驾驶室当中人机信息交流急剧增多。这在很大程度上给驾驶室的整体设计带来一定的困难。驾驶室人机工程的设计需要考虑到为驾驶员创建一个舒适、健康的作业环境，而且要保证驾驶室符合驾驶员的生理特性，在最大程度上保证驾驶员在长时间的作业状态下保证列车的安全运行。

本文基于当前国内轨道交通驾驶室人机工程设计当中的若干问题进行了探讨，以期利用人机工程学原理有效改善当前国内轨道交通驾驶室设计当中的不足，为我国轨道交通驾驶员提供一个健康、安全、舒适的作业环境，在最大程度上降低由于驾驶室设计原因引起的人为误操作率。

一、驾驶室环境设计

驾驶室内的环境主要是指驾驶室内客观的理化条件和结构空间。驾驶室中的理化条件如果达到良好，不仅可以使驾驶员精神饱满、心境愉悦，而且可以减轻驾驶员的作业疲劳，提高操作的可靠度。

（一）驾驶室光环境设计

光环境主要从以下两个方面对轨道交通工具的运营产生影响：影响列车的运营安全、影响驾驶员的视觉健康。

驾驶室照明环境的设计至少应考虑以下三方面的要求：照度标准、光线质量、避免眩光。

适当提高照度，不仅可以减少人的视觉疲劳，而且可以提高人的工作效率。

对轨道交通工具驾驶室的光环境进行设计时，对于自然光环境的控制主要采用在驾驶室玻璃窗上安装遮阳帘的形式，对于人工光环境的设计，要确保所使用的灯具的照度满足要求，要求在额定电源电压下工作时，灯具发光表面基准轴 1300mm 处的照度应为 120lx。采用冷白色及中性色的光源，显色指数大于等于 80，操纵台面显色最小照度应大于 60lx，照度均匀度最小值应大于等于 0.7，而作业面的临近周围的照度均匀度不应小于 0.5，通道和其他非作业区域的一般照明的照度值不宜低于操纵台平均照度值的 1/3，在地板面上应始终保证有 301x。此外，在光环境设计时要避免直接眩光以及间接眩光。当总照明电路断开后，为了方便驾驶员可以无任何困难的观察、走动，驾驶室内仍需要保持一定的光线亮度。还需注意的是，仪表等照明光线不应刺眼，对驾驶员视觉造成不良影响。

（二）驾驶室噪声环境设计

噪声是一般是由大量的不同频率和强度的音调所组成。鉴于驾驶员工作及环境的特点，主要从控制噪声源与控制噪声的传播两方面入手，进行设计控制。控制噪声源方面，轨道交通工具驾驶室的噪声环境在设计时应该分清其噪声源，针对不同的噪声产生原因采取不同的方法，进行相应的控制。

（三）驾驶室振动环境设计

在对轨道交通工具驾驶室的振动环境进行设计时，可以采取一些措施来消除或者减小振动，从而阻止振动的传播，将振动对人的不良影响和损害降至最小。

二、驾驶室座椅与操纵台设计

（一）驾驶室座椅的设计

对于轨道交通工具驾驶员来说，一个正确的作业姿势能够有效降低人体的疲劳感，不仅对驾驶员的身体健康有利，而且能够在很大程度上提高驾驶员的工作质量。当前，我国轨道交通工具驾驶员主要采用坐姿进行驾驶作业。

在驾驶室的座椅设计上应当保证其适合驾驶员的生理结构特性。以座椅尺寸的设计来说，欧洲人的体型较大，座椅尺寸应该大一些，而亚洲人的体型相比之下显得小些，在座椅尺寸的设计上应当小些。与此同时，座椅尺寸是否合适严重影响了驾驶员的坐姿舒适性、以及能否保证驾驶员保持正确的坐姿。鉴于舒适性和视觉性的双重要求，座面一般上倾 0。-5。，靠背向后倾斜 5～15°。座垫应该前高后低，有一定的倾斜度，即座垫相对于水平面的夹角，一般取 0°至 5°。靠背高度的设计，进行设计时选择 50 百分位的中国成年男女“坐高”进行设计，同时要考虑功能修正量，另要考虑到枕骨的位置。总而言之，在驾驶室座椅的设计上应当讲座椅尺寸满足我国驾驶员人体尺寸放在第一位，其次再考虑座椅的材质、以及美观。

在驾驶室座椅的设计当中，应当足以预留一定的额外空间。之所以这样说是因为驾驶员在作业当中通常会长时间保持一个姿势在座椅上一动不动，往往会给驾驶员带来身体上的疲劳感，留出一定的空间可以让驾驶员对座椅进行一定的调动，获得肌肉上的放松，减少身体疲劳感。

（二）驾驶室操纵台设计

驾驶室操纵台由操纵装置与显示装置共同组成。在人机系统当中，信息显示装置具有重要的作用，通过该装置，机器以视觉、触觉以及听觉等形式向人相关信息。在对驾驶室操纵台的设计当中应当考虑到驾驶员的视野问题。

除了在操纵台显示装置视野上的问题，操纵台上的操纵装置的设计也应当尽可能符合驾驶员的人体结构特点。对于驾驶员来说，其作业期间大部分时间都是在操纵台上进行的，若操纵台的设计在尺寸与形状上不合理，很容易造成驾驶员生理疲劳以及颈、肌肉、背、肩、腰和腕关节的疼痛。相关研究表明，当操作台高度为720～750mm时最适合我国驾驶员生理特点。此外，设置一定的操纵台台面倾斜度有利于驾驶员更好的作業，台面与水平之间的倾角在5°-18°之间为宜。

三、驾驶室作业空间设计

驾驶室的作业空间是驾驶员操纵机器时所需的活动空间以及机器、被加工对象等所占有的空间总和。驾驶室作业空间设计应当以“以人为中心”思想进行的设计。轨道交通工具驾驶室的作业空间设计应当以其中设备、设施的合理匹配作为最首要的设计依据。在驾驶员处于舒适、正确的驾驶姿势时，驾驶室内的空间设计要达到以下标准：驾驶室内的空间尺寸设计要协调，达到对空间的最有效利用、操纵台容膝空间设计合理。驾驶室的高度至少应为2000mm，前窗玻璃到驾驶座椅身后最近的物体之间在驾驶室纵向上的最小距离为1500mm。同时，为了更好地对人体进行支撑以及使坐姿舒适，轨道交通驾驶室的脚踏板要设计有15°～25°的倾角。

参考文献：

[1]毛恩荣，张红，宋正河.车辆人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

[2]阮宝湘，等.工业设计人机工程[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]马江彬.人机工程学及其应用[M].北京：机械工业出版社，2001.

人机工程设计 篇7

随着汽车的普及,汽车从代步工具发展成与人日常生活不可或缺的一部分,形成了独特的汽车文化。现代人也因此要求汽车具有人文精神,也即要求汽车设计能体现人机协调,使用操作方便、舒适,且能适应人的各种生理和心理要求,从而提供工作效率、保障安全、维护健康。因此现在及未来的汽车设计必须注重人性化设计,运用人机工程学来指导汽车产品的设计。

1、轻型卡车设计上的人机工程分析

轻型卡车主要由底盘、驾驶室、货箱三个部分组成,其中也人互动较多的部分为驾驶室,因此驾驶室就是轻型卡车设计中人机工程应用最多的部分,卡车的示意图如下:

驾驶室设计上的人机工程应用主要分为四个方面:上下车的方便性设计、各操纵件的操作方便性设计、驾乘员舒适性活动空间设计、驾驶员直接间接视野。

2、上下车的方便性分析

上下车方便性主要体现在四个方面:车门的开度、踏步的高度及有效踏步空间、扶手位置、座椅位置

2.1 上车门通道方便性

2.1.1 根据统计一般人体

上半部分横向宽度大约为650mm,下半部分横向宽度大约为250mm,方便驾乘员上下车的要求为:车门打开时,上部通道宽A18不小于650mm;下部通道宽A19不小于250mm。

本车侧门开启角度至少为84度,按照该角度开启车门,由图可知:上通道A18=973>650,满足要求,下通道A19=373>250,满足要求。

2.1.2

而靠边停车时,方便人员上下的要求:在距整车600mm的侧面壁障情况下,设计R点与Φ135圆柱中心X向间距推荐大于300mm。

由图可知:在距整车600mm的侧面壁障情况下,设计R点与Φ135圆柱中心X向间距为407,满足推荐大于300mm,故满足要求。

2.1.3

驾驶员上下车时一般是躯干直接侧向平移离开(进入)驾驶座较为方便,因此设计R点与门洞密封条在X向间隙推荐不小于10mm。

由图可知:设计R点与门洞密封条在X方向的间隙为131,大于推荐值10mm,满足要求。

2.2 踏步舒适性分析,如图所示:

3、各操纵件的操作方便性分析

3.1 换挡机构和手刹制动的区域分析

如图所示:驻车制动在R点为中心半径为600mm的区域范围内,满足操作舒适性要求。换挡机构在部分极限位置状态时不在舒适区域范围内,不满足舒适性要求。

3.2 踏板操作人机分析

3.2.1

以驾驶员的乘座观察角度,踏板布置顺序由左到右分别为:离合踏板,制动踏板,加速踏板,在离合踏板和制动踏板之间还有转向管柱及护罩,如图所示:

3.2.2

将三踏板正交投影于“P”平面,并做出“P”平面与车身内饰件的相交截面。测出各踏板间距,如图所示:

可得下表:

在“P”平面内,电子加速踏板的投影与制动踏板的投影间距过小,不满足舒适性推荐值。

3.3 手伸界面校核

根据推荐性标准《SAEJ287v001--驾驶员手伸》,输入数据为:R点(-30,-540,460),方向盘设计中心点(-478,-540,756),踵点(-745,-340,40),踏板角53度,靠背角15度,并选取驾驶员三点式安全带方式,90:10男女人体比例。得出单指操作手伸界面与三指操作手伸界面如下:

如图所示:单指操作件有前大灯调节开关组、收音机开关组、空调按钮组、中控开关组,在单指手伸界面范围内,满足要求。

如图所示:三指操作件有收音机旋钮、空调旋钮组在三指手伸界面范围内,满足要求。

如图所示:全掌操作件有摇把手、换挡手柄、驻车手柄、方向盘在全指手伸界面范围内,满足要求。

4、驾乘员舒适空间分析

4.1 膝部空间与腹部空间分析

根据《SAE J1521v002膝部空间》可以得出加速踏板的膝部空间:

其中H30=420,可得X=-446,Z=80,故可得膝部空间如下:

如图所示:膝部包络面与仪表台间隙为70,与方向盘间隙为37,满足间隙要求。

根据《saej1522v002腹部空间》可以得出腹部空间,其中H30=420,可以得知X=-72.79mm,Z=202.588mm。故可以得出腹部空间如图所示:

如图所示:腹部包络面与方向盘间隙为82,满足间隙要求。

5、仪表炫目校核如下

5.1 由前风窗玻璃的光线通过仪表面的反射如图所示:

由图可知:反射线不通过眼椭圆,即不会造成炫目,满足要求。

5.2 由仪表发出的光线经过前风窗反射如图所示:

由图可知反射线不通过人体的眼椭圆,即不会造成炫目,满足要求。

5.3 侧风窗无光反射

所有照明灯和警示灯不应因侧风窗出现反射而影响夜间驾驶的视线,特别是不能影响观察外后视镜。即所有照明灯和警示灯不应因前门窗的反射而出现在眼睛椭圆视圈之内,同时组合仪表在侧风窗的投影不能出现在驾驶员观察外后视镜的透明区域。

如图所示:组合仪表在侧风窗的投影位于观察外后视镜的区域之外,满足要求。

5、结论

通过上述分析,本轻型卡车能满足基本的人机工程要求。本文通过对轻型卡车的人机工程分析,找出其是否满足舒适性要求,按照舒适性要求指导产品的设计,达到人性化设计的目的,使人-汽车相互协调,满足顾客的安全、舒适需求。当然汽车设计的人机工程还有很多方面,还需要进一步的应用才能达到真正的人性化设计。

摘要：汽车的人机工程设计就是把人-汽车-环境系统作为研究的基本对象,根据人的生理和心理条件及特点来设计汽车各操纵件,并使之相互适应,从而为驾乘人创造出舒适和安全的环境。本文针对某轻型卡车的人机工程设计进行研究。主要包括操作方面的人机工程设计、活动空间方面的人机工程设计。

关键词：轻型卡车,人机工程

参考文献

基于人机工程学的老年手机设计 篇8

1 人机工程学的含义

国际人机工程学学会对人机工程学的定义是:“研究人在工作环境中的解剖学、生理学、心理学等方面的因素, 研究系统中各组成部分的交互作用 (效率、健康、安全、舒适等) , 研究在工作和家庭中、在休假的环境里, 如何实现人-机-环境最优化的问题的学科”。人体工程学以人为本, 一切为人服务, 运用人体生理、心理测量和计量等方法, 研究人体结构、功能、心理、力学等方面的因素, 以适合人的身心活动要求, 取得最佳的使用效能。

2 老年人生理及心理特点

步入老年以后, 人体各方面的功能逐渐衰退, 在生理和心理上都发生了相应的变化。生理方面, 身体机能衰退, 视觉、听觉和触觉等器官退化, 感觉迟钝, 反应迟缓, 记忆力减退, 创造性下降, 学习、接受新知识比较困难。心理方面, 退休以后, 子女成家立业, 老年人缺少陪伴, 容易产生孤独、失落、自卑、焦虑、恐惧、抑郁等心理。有的老年人还多疑、敏感、固执、偏激等。正是因为离开了工作岗位, 对衰老恐慌, 老年人特别希望有适宜于老年人使用的专属产品, 让老年人在使用过程中获得自信, 重新融入社会。

3 人机工程学在老年手机设计中的具体应用

老年人特殊的生理和心理特性, 决定了老年手机设计的特殊性。老年手机的设计要以老年人为本, 充分运用人机工程学的原理进行全面系统的设计, 在设计上充分体现出对老年人的关怀和尊重, 让他们在视觉上感到亲切友好, 在使用上感到方便舒心, 在精神上感到愉悦快乐, 并产生良好的情感体验。

3.1 老年手机的功能设计

3.1.1 老年手机功能设计的基本原则

随着老年人生理机能逐渐衰退, 学习能力下降, 一些功能复杂、操作麻烦的产品对老年人来说很难学会, 操作不便, 进而令老年人产生受挫情绪。因此, 人性化的老年手机的具体设计原则为:1) 手机定位清晰, 以满足老年人的需求为出发点, 专门为老年人而设计;2) 手机功能不要太过复杂, 尽可能简单明确, 为老年人生活提供便利。

3.1.2 老年手机功能设计的具体要求

老年手机在功能设计上要以功能实用, 操作简便为核心, 从人机工程学的角度出发, 制订一些专门针对老年人需要的特殊功能, 从而很好地弥补老年人生理上的缺陷, 让老年人容易上手, 感觉自己和健康人没有什么区别, 从而维护老年人的自信。

超长待机。手机电池待机时间一般在十天以上, 减少老年人充电的麻烦, 省力省心;超大音量。按键带有响亮提示音, 来电铃音超大, 老人不必担心听不到电话铃音;语音朗读功能。语音报出来电姓名、电话号码, 语音报出所有菜单和短信内容, 当老人看不清, 读不懂时, 语音可为老年人提供协助, 实用贴心;FM收音机功能。FM可用免提收听, 外置伸缩设计的天线, 达到专业收音机效果, 使老年人随时随地都能享受收音机带来的快乐;高清的MP3或MP4功能。将经典老歌、戏曲名段、相声小品存入手机存储卡, 可随时赏听, 丰富老人的娱乐生活;智能定位功能。通过智能定位技术, 子女可通过手机客户端智能定位老人的位置。这样一旦老人遇到紧急情况, 只需用设置好的亲人电话发个短信给老人, 即可收到老人实时方位, 安全放心;丰富的“一键通”功能。一键求助:在手机背面设置红色SOS紧急求救键, 长按3秒自动给预设号码发送求救信息, 同时自动发短信和打电话给预先设定好的求助联系人。一键拨通亲情号:可以按*或者#键号键自动拨打设定好的亲人电话。一键收音机:一键即可打开收音机, 清晨散步锻炼, 非常惬意。一键助听:设定专门的按键为助听键, 当接通电话后, 可按助听键扩大对方的声音。一键手电筒:长按手电筒按钮, 前置手电灯泡即亮, 再次长按按钮灯泡即灭, 给老人夜间行动提供方便;定时开关机。可设置每天自动开关机, 节约时间, 给老年人提供更多便利。

3.2 老年手机外观设计

一个好的老年手机设计除了有实用功能外, 还要有审美功能。手机的外观主要包括形态、色彩、材质这三个方面。老年手机外观设计以美的外形、结构和色彩向老年人传播审美信息, 满足、激起和发展老年人的审美需要, 给老年人带来美的感官享受。

3.2.1 老年手机外观造型设计

老年手机整体造型应大气稳重, 忌小巧新奇;手机键盘布局设计。对键盘的布局进行定量化研究, 通过绩效实验的方式获得各手指的工效最佳范围参数, 优化键盘设计, 从而减轻拇指的劳动强度, 将一部分工作分配给拇指以外的手指去做, 各手指分工合作, 操作协调;超大按键。设计超大的凸出按键和字体, 每一个按键都达到1.5平方厘米以上, 可让手指快速找到按键, 防止误按相邻键位, 操作准确, 手感舒适。同时, 按键上的数字符号和按键底色形成鲜明对比, 大而清晰, 不戴老花镜一样看的清楚;大屏幕。设计超大屏幕, 分辨率高, 对比强烈, 高画质, 明晰直观, 富有立体感。设计超大屏幕字体, 比普通手机字体大4倍以上, 一目了然, 易于识别。输入电话时, 用超大字体突显正在输入的数字, 确保老年人输入正确号码;外壳和按钮的材质宜选择具有防滑效果的磨砂材质, 比如磨砂漆、钢琴漆等, 防刮耐磨, 手感良好, 便于握持, 经久耐用;防脱设计。手机机身侧面采用条纹式的防滑、防脱纹理, 能够解决老年人因生理机能衰退而出现手机容易滑脱的问题。

3.2.2 老年手机色彩设计

色彩设计在整个老年手机开发流程中必不可少, 美观宜人的手机色彩设计能对老年人的生理和心理产生良好的影响。其设计原则主要包括以下两方面:1) 满足老年人的心理需要。根据老年人宁静、安详、不喜繁杂的特点, 老年手机色彩一般以低明度和低纯度、淡雅柔和的色彩为主色调, 比如米白色、粉色系、米黄色系、清新的黄绿色系等。这些颜色令人感觉亲切舒适, 对缓解老年人的心理压力和心理负担有明显帮助。2) 满足老年人的审美和情感需求。现在老年人在审美上的追求日益提高, 老年手机的色彩设计要改进以往色彩单一的特点, 可在素雅柔和的主色调上搭配明快的暖色系, 比如红色、橙色等鲜艳色彩。增加老年手机的个性化和时代感元素, 帮助老年人塑造热爱生活的积极心态, 令老年人心情开朗, 保持活力。

结论

综上所述, 老年手机设计应充分应用人机工程学的原理, 尊重老年人生理和心理的具体需求, 为老年人量身设计方便、实用、美观、舒适、体贴的老年手机, 确保老年人能顺畅开心地与亲友进行沟通联系, 更好地感受现代生活的气息, 体验现代科技的便利。

摘要：随着经济的高速发展, 中国正迈入老龄化社会, 截至2009年底, 中国60岁以上的老人有1.67亿, 居世界之首。我国的老年产品设计现状还远远不能满足当代老年人的需求, 老年产品的设计、开发和生产被长期忽视, 设计形式枯燥单一、科技含量低、缺乏人文关怀。本文从人机工程学的角度出发, 对老年手机设计进行探讨, 充分考虑老年人的需求, 设计出便捷、宜人、身心愉悦的老年手机。

关键词：人机,老年手机,设计

参考文献

[1]丁玉兰.人机工程学[M].北京理工大学出版社.2005.

[2]张峻霞.人机工程学与设计应用[M].国防工业出版社.2010.

[3]张品.老年人家居产品调查与无障碍设计研究[J].山东师范大学学报.2010.

人机工程学与汽车平顺性设计 篇9

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

人机工程设计 篇10

驾驶室设计是轿车设计中非常重要的部分, 设计是否合理直接影响到驾驶员的安全、效率、舒适和健康。“以人为中心的设计”理念在汽车工程领域已被普遍接受, 人机工程学理论和计算机技术的发展, 为依据人机工程学理论和利用计算机手段进行驾驶室设计提供了条件, 使设计方法程序化, 从而缩短了设计周期, 使设计的结果更加合理。本文将阐述人机工程学在汽车驾驶室设计中的作用。

1 国内外研究现状

人体工程学理念是在欧美地区最早提出, 作为独立学科有40多年的历史。按照国际工效学会作出的定义, 人体工程学是一门“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问题的科学”[1]。在1960年国际人体工程学协会成立, 另外1971年美国提出实验安全车 (ESV) 计划, 为了改善车身保护乘员的能力, 在被撞试验车上安装“假人”, 促进车身结构强度与刚度的分布同乘员被撞部位的身体结构特点相适应;到了2000年以来, 世界各大汽车公司更加理解“以人为本”的设计理念, 不仅应用于改善汽车的操作方便性与乘坐舒适性, 而且更多的被引入安全性车身结构设计中。

我国研究汽车驾驶室人机工程较晚, 但也有一定的发展。在973、863、十五计划中均将人机交互工程列为重要内容。1980年, 全国人类工效学标准纯技术委员会正式成立, 在1984年国防科工委成立了国家军用人一机一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, 很大的促进了我国人机工程学研究的发展。在1989年中国人类工效学学会也创建了, 并在1995年创办了学会会刊《人类工效学》。目前, 人机工程学在我国有待发展, 同时也亟需宣传和普及。尤其在运用人机工程学来设计轿车驾驶室方面同国外发达国家有很大差距。

2 人体特性的研究

人的生理、心理特性和能力限度, 是人一机一环境系统最优化的基础。解决轿车驾驶室的设计如何与人的生理、心理特征相适应, 从而为驾驶者创造高效、安全、健康、舒适的驾驶条件[2]。因为个体有差异, 对一定量的样本统计的人体测量值是离散的随机变量, 所以在人机系统设计中, 测量值通常是人体测量百分位数。国际通用的是P5、P50、P95百分位数, 其中P5表示“小”身材的人群, P50表示“中”身材的人群, P95表示“大”身材的人群。国标GBl0000—88《中国成年人人体尺寸》提供了我国成年人人体尺寸的基础数据, 为我国人机系统设计提供了依据。共有身高、体重、上臂长、大腿长、小腿长六项人体主要尺寸数据, 主要尺寸见表1。

3 汽车座椅设计分析

在轿车驾驶中, 驾驶员通常采用坐姿工作, 座椅即是人与汽车的重要接口。座椅的设计与布置直接影响到驾驶员的乘坐舒适性和室内其它相关设施的布置。驾驶员与座椅之间关系的改善, 对于给驾驶员创造一个舒适安全的工作环境起到十分重要的作用。

研究调查发现, 在坐姿状态下, 最舒适的坐姿是臀部稍离靠背向前移, 保持上体与大腿间角在95°~120°, 同时, 小腿向前伸, 大腿与小腿、小腿与脚掌之间也应达到一定角度[3]。根据人体工程学研究的结果, 在人体保持正常的腰曲弧线时, 各椎骨之间的间距正常, 人体腰部会感觉舒适, 即为人体在松弛状态下的脊椎所呈的自然曲线。人体脊椎构造及正常腰曲弧线的形状如图1所示。显然, 舒适的座椅对人体的支撑应保证人体在安定姿态下处于正常的腰曲弧线。

考虑到舒适性和安全性, 驾驶员座椅位置的计算是非常重要的。目前普遍采用的是SAEJl517给出的计算方法。这是费力朴 (Philippart eral.) 采用回归公式推导出的是用于七个百分位的座椅位置计算公式。在试验中, 让驾驶员选择合适的驾驶位置, 记下该位置的参数, 通过对大量参数进行回归计算, 得出了用于七个百分位的适宜座椅计算公式:单位均为mm:

式中Xi为第i百分位身材驾驶员的H点位于足部拇指参考点之后方的水平距离, Z为H点离加速踏板点的高度。从上面公式可以看出, 当驾驶员以比较舒适的姿势驾驶轿车时, 座椅的水平位置与座椅的高度之间的关系。

4 座宽、座深及倾角设计分析

按照人机工程学原理, 驾驶室座椅座宽应满足臀部就坐所需的尺度, 确保驾驶员能自如的调整坐姿。如果座宽太小则会导致拥挤压迫, 影响乘坐的舒适度。由于驾驶室空间的限制, 座宽的尺寸也不能太大, 防止影响变速操纵杆、仪表盘等的尺寸和操作。因此, 根据P95女性坐姿臀宽382mm, 再加上着装功能修正量13mm, 座椅的座宽应为395mm较佳。现行的轿车驾驶座椅的座宽尺寸为400mm, 略大于395mm。

座深是指椅面的前后距离。正确的设计应使臀部得到全面的支撑, 腰部得到靠背的支持, 座面前缘与小腿可自由活动。为适应绝大多数使用者, 坐深应按较小百分位的群体设计。这样, 身材矮小者能够做着舒适, 身材高大的人也只要小腿能得到稳定的支持, 就不会在大腿部位引起压力疲劳。根据P5的女性坐深401mm, 再加上着装修正量, 座椅座深应为415mm左右。

座面与水平面夹角称为座面倾角。座面后倾可以起到两个作用:一是由于人体重力作用, 使坐者躯干后移, 使背部抵靠靠背, 以获得支持, 从而使背肌得到放松;二是防止坐者从坐缘滑出坐面。后者在振动颠簸的环境中尤为重要, 汽车驾驶座椅的座面倾角一般为7°~12°。对于轿车驾驶座椅的设计, 除要考虑正常的腰椎曲线, 还应考虑驾驶员的安全。所以其座面倾角应比一般汽车座椅稍大, 经调查研究发现, 轿车驾驶座椅座面倾角以15°为宜[5], 这样, 既能保证一定的舒适度, 又可避受驾驶员在驾驶过程中因路面颠簸而滑出座椅的情况发生。

5 方向盘的设计分析

在汽车驾驶过程中, 方向盘是使用时间最长的操纵装置, 因此它的设计好坏对驾驶员驾驶舒适性影响很大。从人机工程学的角度来看, 主要是通过方向盘的角度、位置及大小等几个方面来进行分析:

(1) 角度

根据人机工程学原理, 方向盘的倾斜角度对驾驶员施加到方向盘上的力影响非常大, 如果方向盘的安装角度越平缓, 驾驶员可以施加的力就越大, 方向盘安装角度与力的关系如图2所示。从驾驶员手腕关节的自然姿势角度考虑, 方向盘的安装角度通常应选在便于活动的15°~70°之间[6]。

(2) 位置

方向盘的设计除了要考虑到它的安装角度之外, 还需要考虑到它的安装位置。它离座椅的远近和离地板的高度等都应有一个合适的尺寸, 以便驾驶员能够在驾驶过程中保持肢体各部分的操纵舒适性。可以考虑以P50的人手臂舒适姿势操作时的尺寸作为设计参考依据, 这样大身材和小身材人在操纵时都可以通过部分调整进行使用[7]。

(3) 大小

根据人机工程学原理, 转向盘和手掌接触的部位也应有适合指形的波纹, 横截面应为椭圆形或圆形, 来保证操纵舒适、握持牢靠;另外, 转向盘大小应满足动作肢体的人体测量学指标, 根据研究调查所知, 转向盘直径为330~600mm, 握把直径为20~50mm[8]。

6 仪表盘人机工程设计

当汽车行驶时, 驾驶员需要随时获得汽车的行驶状况才能保证驾驶的安全舒适, 而仪表板是准确反映行驶状况的唯一装置, 所以, 如何运用人机工程学来设计好仪表板的各项

功能并合理布置是很重要的。针对驾驶室显示装置的布置, 在其最重要的仪表布置时, 通过结合人机工程学的原理, 并考虑到车内部空间的有限性, 较理想的布置是将其设置在水平视野的25°范围和垂直视野 (在视水平线下30°以内范围) 的10°范围之内[9], 如图3所示。

针对仪表刻度盘的设计, 主要可以通过其形状的不同来进行不同的选择。其类型有:开窗式、圆形、半圆形、水平直线型和垂直直线型[10]。其读数认读效果是不同的, 开窗式认读范围小、视线集中、动眼扫描路线短, 误读率最低, 因此优于其它四种形式。圆形和半圆形次之, 但由于它给出了两维空间的位置刺激, 并且符合长期来人们观察仪表所形成的习惯, 因此, 圆形式和半圆形式优于直线式。由于人眼睛的运动规律是水平运动比垂直运动速度快、准确度高, 故水平直线式又优于垂直直线式。综合人机工程学考虑, 可将轿车的仪表盘面设计成略大于半圆的大半圆式盘面 (图4) 。这样可以满足多数盘面设计的要求, 不仅能使最大和最小刻度之间区分明显, 也使表盘在显示较多刻度时仍保持其刻度间的较大间距。

7 结论

本文运用人机工程学的基本原理和理论, 紧紧围绕“机宜人”的思想进行驾驶室的设计。结合国内轿车驾驶室设计的基本情况, 对轿车驾驶室的各个部分进行了比较全面、系统的分析和研究, 建立了相应的设计原则和方法。具体的研究工作总结如下:

(1) 通过对人体特性的研究, 详细阐述确定座椅设计的理论依据, 对靠背曲线进行了优化, 为轿车驾驶座椅的设计提供了科学依据。

(2) 运用人机工程学基本理论对显示装置进行设计分析, 并结合现行轿车显示装置情况, 提出了能降低识别疲劳和减少误读率、合理优化的仪表显示装置形式。

综上所述, 此次设计研究是针对国内, 从人—机关系和人—环境关系两个方面对轿车驾驶室进行设计分析, 使人不再是被动地去适应汽车, 充分考虑人的因素, 减少驾驶疲劳, 最大限度适应最终用户, 从而使轿车驾驶室的人一机一环境系统总体性能达到最优。

参考文献

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[9]廖琪梅.人体工程学在汽车车身设计中的应用[J].上海工程技术大学学报, 2002, 16 (2) :99-105.

高校教室的人机工程评价及其改进 篇11

摘 要：本文利用人机工程学的原理和方法，对某高校教室的室内色调、温度和通风设置等条件进行全面系统的分析、评价，发现不足之处，总结其合理之处，并对之加以改进，从而为同学们的学习创造一个更加良好的学习环境。

关键词：人机协调、分析评价、改进

中图分类号：TP391

人机工程利用心理学、生理学、医学、人体测量学、美学和工程技术等多个方法，研究不同的作业中人、机器及环境三者间的协调，并最终通过指导工作器具、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。教室的设计如能恰如其分的运用人机工程原理，能使得学习环境更加良好。

1 教室内色调分析

色彩对人的心理状态有着不可忽视的影响。人们处于不同的颜色环境中，除了视觉辨别力受到影响、视野发生变化外，人的心理感觉也会有所变化，不同的颜色会产生不同的抽象概念和不同的感觉。

（1）冷暖感。如红色、黄色和橙色给人以暖的心理感觉；蓝色的衣服看上去凉爽。（2）兴奋和压抑感。如红色、黄色等暖色调给人以兴奋感，使人情绪高涨、精神振奋、易于激动；蓝色等冷色调使人冷静，抑制人的情绪。（3）轻松和压抑感。明度高的颜色会使人感到轻松、自在、舒畅的感觉；明度低的颜色使人产生压抑和不安的感觉。（4）软硬感。明度高的颜色感觉软；明度低的颜色感觉就硬等等。

每种颜色都具有特殊的心理作用，虽然个体之间的感觉存在着差异，但某些感觉特征却是一致的，主要表现在对视觉工作能力和视觉疲劳的影响。单就引起眼睛疲劳而言，蓝、紫色最甚，红、橙色次之，黄绿、绿篮、绿、淡青等色引起视力疲劳最小。使用亮度过强的颜色，瞳孔收缩与扩大的差距过大，眼睛易疲劳，而且使精神不舒适。

根据颜色的效果，合理的选用颜色，在工作场所构成一个良好的颜色环境，可以得到很好的效果，如：（1）增加明度，提高照明设备的利用效果；（2）注意力集中，减少差错、事故和消耗，提高工作质量和工作效率；（3）发挥颜色对人心理和生理的作用，使精神愉快，减少疲劳；（4）改善劳动条件，使环境整洁，有美感。

该教室内各种色调分析：黑板为墨绿色，使人感觉安静、柔和，且明度适中，不会引起人眼的刺激感或不适感；座椅和桌面为淡黄色的暖色调，使人感觉柔和、温暖，且能给人带来一定的兴奋感，故而该设计的合理的。之所以不用浅蓝等其他浅色因为浅黄色对眼睛的叶黄素水平没什么影响，而蓝光会造成眼睛的叶黄素水平降低。叶黄素有助于延缓眼睛的老化、退化、病变，减少眼疾的发生率，还可以保护视网膜免受光线的伤害。所以我们可以看到大多数的书桌写字台是以黄色为主；多媒体操作台采用了棕褐色，给人一种严肃、庄重的感觉，有利于教师对课堂纪律的维持；地面为微黄色，其产生的生理效果与淡黄色类似；教室前面的台阶为青绿色，与地板的微黄色之间对比明显，故而当老师迈上讲台时容易分辨，不易踢到台阶；墙壁为白色，能给人一种较为明快、轻松的感觉。

综合评价：该教室的色调大多采用的都是非刺激性色调，总体上使人感觉良好，设计是很合理的。

2 教室内光照分析

2.1 采光与照明对心理状态的影响。照明环境不但要使人看清对象，而且要给人舒适的感觉。研究表明，照明会影响人的情绪，影响人的一般兴奋性和积极性，从而也影响工作效率。一般认为，明亮的房间会使人愉快。应照明不足，学生在看书学习时会产生疲劳，引起心理上的变化，长时间持续会对学生在生理上造成一定影响。改善学习环境的照明条件，改进学习环境，可以改善视觉条件，节省工作时间，提高工作质量，保护视力，减轻疲劳，提高学习效率和学习兴趣。

室内照明宜采用镶嵌灯，可以保持天花板的平整，因而也就保持了室内原有的声学特性；可以防止前排灯光对后排人员的影响；由于学生看投影的同时还需记录，采用镶嵌灯既可以照亮课桌，又不会过多地增加室内的亮度。

是否舒适愉快在很大程度上取决于光的数量、照明的均匀性、照明的稳定性、光色效果、亮度分布。

自然光源：太阳光透过北面墙的5个窗户（高：2.46m，宽：2.52m，距地：0.94m）照射到教室，分布均匀，整个教室非常明亮。.

人工光源：镶嵌的荧光灯共有20盏，其中黑板上面安装2展，可以在写黑板时打开；其它18盏主要均匀分布在桌椅的正上方即教室的座位上方有3排，每排6展，全部打开时照明较为均匀。

夏季光照比较强烈，会对室内上课同学造成一定影响，故而在两侧窗户上均安装了淡青色窗帘，拉上即可将自然光的强度调节至合理的水平，同时淡青色给人一种清新、凉爽的感觉，该设计很合理。

20展镶嵌灯基本上保证了教室的各个方位的照明，而交错的光线也削弱了由于荧光灯本身性质而造成的闪光，使灯光柔和不刺眼，保证了视觉的舒适。由于黑色对光的反射作用不强，因此经常有看不清黑板的现象，而黑板旁的两盏灯，不仅起到了照明的作用，也提高了黑板的亮度增强了光线的反射，使同学能看到黑板。

2.2 眩光的影响。物体表面产生刺眼和耀眼的强烈光线叫眩光，它多来源于外界物体表面过于光亮、亮度对比过大或直接强光照射。眩光常常使眼睛无法适应，看不清事物，造成眼疲劳。

该教室中也受到眩光的影响。一是由于窗户面积过大，几乎占满整面墙，因此在天气晴好自然光强烈的时刻会不可避免的由直射太阳光造成的眩光，刺激眼睛；二是由于黑板的特殊照明产生由于反射造成的眩光。

为防止黑板的反射眩光，其表面应以耐磨无光泽的材料制成，该教室黑板没有达到要求，最好换成磨砂质的玻璃黑板

结论：该教室的亮度分布比较均匀、照度适宜。

3 教室内温度分析

温度对人的影响—在高温的学习环境中会使人体出现一系列生理变化，表现为脉搏加快、体温升高、头晕、头痛、恶心、极度疲劳等，会在一定情况下影响学习效率；在低温环境中则会表现出血压降低、脉搏呼吸减弱、有时还会出现局部冻伤等症状，也会影响学习；在极度潮湿的环境和噪音环境下则表现出烦恼、焦急、讨厌、生气的不愉快的心情，进而降低学习效率。

教室内装有空调，冬季时能起到很好的保暖作用，再加上室内上课同学的人体散热效应，使得室内温度保持在20度以上；但是夏秋季节时，室内温度较高，有时甚至达到30度以上，室内温度过高，调节温度能力不够，会使人心浮气躁，不适宜于学习。这是不合理的，应提高夏季空调系统的工作能力。给同学们创造一个舒适的上课环境。

4 室内通风分析

教室的通风主要分为自然通风（通过有目的的开口，在风压和热压的作用下产生空气的自然流动）和人工通风（通过通风设备进行通风，如加装风斗，排气扇等）两大种。

良好的通风不仅可以保持空气的新鲜，保持大脑氧气的供给，空气的流动也可促使人体散热，根据有关规定：居室窗户通风面积应该大于地面总面积的二十分之一。而教室使人员的大量集中地，应该保持更高的水平。

由上述参数刻看出，该教室的窗户面积为地面总面积的五分之一以上，远大于规定的要求，利于空气对流，能够提供良好的通风条件。

另外，教室窗外有大量绿化植物，一定程度可保持教室空气的清新。窗外风景美好课间休息的时候，可以透过窗户欣赏一下外面的风景，使人心旷神怡，神清气爽。

综上所述：从室内色调、光照、温度、通风等四个方面对某高校教室进行分析后可知该教室的设计虽然存在着一些缺陷，但在总体上符合人机工程学的要求。

参考文献：

[1]何春俐，张连军.人性化设计中的人机工程学[J].机械管理开发，2010，1.

关于人机交互设计界面问题探究 篇12

1 人机交互界面设计特点

近年来互联网对社会带来了极大的影响, 不仅为信息沟通提供了便利渠道, 同时对人类生活的方方面面都产生了影响。最初人们只能利用互联网进行数据传输, 现在互联网已经可以为多媒体提供全面的支持, 在多种平台中运行巨大的信息系统。在互联网快速发展的今天, 其应用范围也逐渐扩大。目前互联网已经在业务管理、商业办公等多方面得到了广泛的应用。互联网界面就是以互联网技术为基础的一种人机界面, 人机交互界面设计的方法在互联网用户界面设计中同样适用。以互联网界面为例, 在界面设计过程中需要对以下几方面因素展开分析:第一, 用户定义与使用环境。互利网用户可能是来自世界不同角落的, 因此这些用户的语言和文化背景都各不相同, 他们利用的技术平台也存在明显差别;第二, 市场与竞争者分析。互联网站竞争者可以通过网络查询和发现信息, 因为竞争对手的网站设计都是透明的, 所以在分析市场与竞争者时, 可以快速得到很多可用的信息;第三需求、任务分析与目标定义。网站拥有者可以充分利用科学技术将信息发表在网站上, 只要提供超级链接, 就能将其他网站的连接放在自己的网站上。

2 人机交互界面设计的约束条件

互联网运行的技术平台是用户界面设计的重要约束性条件, 这些条件可以反映到界面设计准则上, 下面主要针对互联网用户界面设计的相关约束条件展开分析。

2.1 屏幕可用空间

不同用户在浏览网站时所用的显示器, 其分辨率、尺寸都是不同的, 网页设计人员应结合不同显示器的情况来设计网页尺寸, 这样才能保证用户的正常使用。如果网页不能在显示器上完全显示出来, 那么用户将利用移动浏览器上方和边缘的滚动条来完成网页内容的观看。这不仅使用户在使用过程中面临很多不便, 同时一旦用户忽略了滚动条, 可能会使用户不能完全看到网页上的重点内容, 因而导致可用性问题的出现。

2.2 浏览器的不一致性

随着互联网的发展浏览器也在不断更新和发展, 因为产品开发周期以及竞争等多方面因素的影响, 不同浏览器在功能支持上存在一定的差别。某个浏览器的版本可能在其他浏览器中不能正常显示, 通常情况下同种浏览器的功能都是向下兼容的, 因此, 在较低版本支持下的网页在较高版本网页中可以正常运行, 但是相反的条件下就不能正常运行。不同流量器之间的差异就显得更大, 特别是在一些复杂功能支持上, 这种情况就更加明显。

2.3 网络速度

网页显示速度过慢, 用户可能会面临可用性的问题, 网页中使用最多的元素是文字和图像, 其中, 文字对网页大小的影响是非常小的, 一个正常大小的图像相当于很多页的文字, 因此, 在网页设计时, 对图像大小进行控制显得非常关键。

3 产品设计下人机交互应用分析

3.1 手机的交互设计

手机键盘在设计上主要利用了人机交互设计的理念, 利用设计界面用户可以随便输入自己想要联系的人, 并与其展开对话交流。还可以利用界面设计编辑短信, 用户与联系人之间实现文字上的交流。近年来设计界面操作系统得到了广泛应用, 与iava系统相比, 现在广泛使用的ios系统和安卓系统的优势非常明显, 例如可以实现触屏操作。随着交互设计越来越完善, 现在用户可以在手机操作界面上轻松的进行软件操作, 人机交互得到了很好的实现。现在以电子书阅读为例来说, 在其设计上充分考虑到了增强用户在阅读上的真实感, 在页面设计中应用了实体书页面的形式, 为读者带来一种真实的感受, 在阅读的同时还能对颜色、亮度等方面进行调节, 只要用户用手指轻触屏幕, 就能将其调整到用户想要的颜色和亮度, 大大增加了电子书阅读的舒适感。

3.2 平板电脑的交互设计

与手机相比平板电脑的交互设计优势更加明显, 从屏幕上来看, 平板电脑要比手机大很多, 不管是听音乐、看电影, 还是工作、学习, 都可以体现出巨大的实用性特点。例如, ipd平板电脑存储空间非常大, 可以存储很多书籍、音乐、电影等, 充分满足了用户在休闲和学习上的需要。从设计方面来看, ipd采用触控式按键转盘, 采用流动形式的菜单, 并具有自定义的功能。交互设计界面的优化性能非常明显, 同时在操作上还具有非常明显的便捷性特点, 用户可以利用日常生活中的习惯性动作电机界面, 这样就可以实现对ipd的操作, 可见人机交互设计完全符合了用户的日常行为与习惯。

4 结语

人机交互设计是系统发展的一个阶段, 在人机交互设计过程中, 还要对很多问题进行分析, 例如人机交互设计怎样能设计出最优化的系统, 来满足用户在舒适性、方便性等方面的需求。总之, 在产品创新及技术革新的前提下, 人机交互设计也会不断创新和发展, 这样才能使其与市场需求相契合。所以人机交互设计的优化不仅可以有效增强用户的满足感, 同时还是科技创新的一种主体, 这还需要设计师进行不断完善。

参考文献

[1]杨叶, 陈琳, 董启标.基于Phone Gap的跨平台移动学习资源设计与开发探究[J].现代教育技术, 2014, (2) :100-107.

[2]周毅, 张衍.以信息构建与信息交互为定位的信息管理专业教育——以美国i School联盟院校为样本的分析[J].中国图书馆学报, 2014, (6) :67-82.