第一章概论
作业要求：
一、简答题：
1、 人机工程学的英文名称如何表达？如何解释？
欧洲：Ergonomics 人类工程学或工效学。
美国：Human Factors ; Human Factors Engineering人类因素学或人类因素工程学。 其他：工程心理学（前苏联）；人间工学（日本）；人体工程学；人机工程学；人类工效学；人机控制学；宜人学等。
国际人机工程学会（International Ergonomics Association）：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因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作中、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。
2、人机工程学的发展经历了哪些阶段？每个阶段有什么特点？ 第一阶段称为经验人机工程学，是人适应机器的被动阶段。 第二阶段称为科学人机工程学，是让机器适应人的阶段。
第三阶段称为现代人机工程学，是将人-机-环境作为一个整体来研究的阶段
3、人机工程学的主要研究内容是什么？
对工业设计师来说，从事本学科研究的主要内容可概括为以下几个方面。 1.人体特性的研究 2.人机系统的总体设计
3.工作场所和信息传递装置的设计 4.环境控制与安全保护设计
4、人机工程学的主要研究方法有哪些？
目前常用的研究方法有： 1.观察法 2.实测法 3.实验法
4.模拟和模型试验法 5.计算机数值仿真法 6.分析法 7.调查研究法
二、 思考题：
1、 “人机关系”的含义，指生活中我们与使用的物品发生的相互关系。由此概念深入探
究 “机”的所指：
问：请大家说一下以下事例中的人和机都是什么？ 1) 司机手握方向盘 2) 学生在教室中上课
3) 农民用锄头锄地 4) 妈妈在厨房做饭
问：概括来讲这几个事例中人机关系的“机”代表什么呢？
人机工程学里面所说的“机”，或“机器”是广义的，泛指一切人造器物（图1-2）所示:大到飞机，轮船，火车，生产设备，小到一把钳子，一支笔，一个水杯；也包括室内外人工建筑，环境及其中的设施，等等。
2、请学生列举与他发生人机关系的事物，并拿其中的一个来分析。 举例说明:椅子的使用
人机关系：背部、臀部——缓解疲劳；腿、脚——支撑身体；与椅子的各个部发生人机关系。
分析结果：人机关系是多方面的，只有产品的每个部分与人的肢体发生的人机关系都合理才是最好的设计！
3、由以下具体案例演示，回答人机关系最终实现什么目标？
该学科的根本目的是通过揭示人、机、环境三要素之间相互关系的规律，从而确保人-机-环境系统总体性能的最优化。 案例演示：
用碗倒水（水洒出来）,显然这个倒水的工具不好用，如倒热水就更不安全,几乎任何一个目标都没有达到。
问：平时如果我们想往这种水瓶中倒水会用什么工具呢？（提示：漏斗、水瓢等）
现在没有这样快捷的工具可以帮我完成这个任务，同学们是否可以帮我把这个碗改造一下，让它可以变成更方便倒水的工具呢？
组织实物改造比赛：请同学们做一次设计师，10分钟时间用工具和材料来改造碗。要求： a、 画出设计图；
b、 以为人服务、以人为本为设计理念，尽量满足高效、健康、舒适、安全这四个目标； c、 突破漏斗和水瓢的形态，作出更新型的设计。
课后请大家想想怎样改进你刚刚设计的作品才能实现更合理的人机关系，如果想在设计中实现更合理的人机关系还要兼顾哪些问题？ 提示：
a、我们设计出的产品适合什么人群使用呢？ b、要设计成什么颜色的？
c、 如果是老人或小孩的话用起来是否方便呢？如果想让盲人也可以使用的话又要怎么设计呢？
第二章人的因素研究
作业要求：
1、什么是人体测量学？
人体测量是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在尺寸上的差别，为各种设计活动提供尺寸依据。人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类：即人体构造尺寸和功能尺寸的测量数据。人体构造尺寸是指静态尺寸；人体功能尺寸是指动态尺寸，包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸。有时，也将人体生理参 数的测量包括在人体测量学内容中。
2、简述人体测量百分位数的概念，列举并解释设计中最常用的三种百分位数?
人体测量的数据常以百分位数 PK 作为一种位置指标、一个界值。一个百分位数将群体或样本的全部测量值分为两部分，有K%的测量值等于和小于它，有(100-K)%的测量值大于它。例如，在设计中最常用的是P5、P50、P95三种百分位数 。
3、简要描绘出人体脊柱侧面曲线，列出四个生理弯曲；其中与坐姿舒适性直接相关的是哪部份？（本题答案仅供参考）
在侧位上有四个生理弯曲，分别是颈曲、胸曲、腰曲和骶曲，颈曲和腰曲向前，胸曲和骶屈向后。
是腰曲
4、你熟悉总体、样本、均值、标准差、适应域、百分位、百分位数的含义吗？
（1） 均值 表示样本的测量数据集中地趋向某一个值，称为平均值，简称均值。均值是描述测量数据位置特征的值，可用来衡量一定条件下的测量水平和概括地表现测量数据的集中情况。
（2） 方差 描述测量数据在中心位置(均值)上下波动程度差异的值，叫均方差，通常称为方差。方差表明样本的测量值是变量，既趋向均值而又在一定范围内波动。
（3） 标准差 方差的平方根。由方差的计算可知，方差的量纲是测量值量纲的平方，为使其量纲和均值相一致，则取其均方差的平方根值，即标准差，来说明测量值对均值的波动情况。
（4） 抽样误差 又称标准误差，即全部样本均值的标准差。当测量方法一定，样本容量越多，则测量结果精度越高。因此，在可能范围内增加样本容量，可提高测量结果的精度。
（5） 百分位数 人体测量的数据常以百分位数 PK 作为一种位置指标、一个界值。一个百分位数将群体或样本的全部测量值分为两部分，有K%的测量值等于和小于它，有
(100-K)%的测量值大于它。例如，在设计中最常用的是P5、P50、P95三种百分位数。其中，第5百分位数是代表“小”身材，是指有5%的人群身材尺寸小于此值，而有95%的人群身材尺寸均大于此值；第50百分位数表示“中”身材，是指大于和小于此人群身材尺寸的各为50%；第95百分位数代表“大”身体，是指有95%的人群身材尺寸均小于此值，而有5%的人群身材尺寸大于此值。
5、人体尺寸的应用原则主要掌握什么数据？ 见附表
6、为何要进行人体测量尺寸的修正？
（1）生活工作中要穿鞋袜衣裤、又适宜全身自然放松与人体测量条件不一致，人体尺寸数据能用吗?怎么用?
（2）人有高矮胖瘦，公用产品、公共设施设计时，该以什么样的人体尺寸为依据呢? 解决上述第一个问题的方法是：应用人体尺寸数据时引进尺寸修正量。尺寸修正量的构成见图
为了克服人们心理上产生的“空间压抑感”、“高度恐惧感”等心理感受，或者为了满足人们“求美”、“求奇”等心理需求，在产品最小功能尺寸上附加一项增量，称为心理修正量。
7、简述人体测量数据的选用原则。
①一般产品，大、小百分位数常分别选P95和P5，或酌情选P90和P10。
②涉及人的健康、安全的产品，大、小百分位数常分别选P99和P1，或酌情选P95和P5。 ③成年男女通用的产品，大百分位数选用男性的P90、P95、P99；小百分位数选用女性的P10、P5、P1；III型产品设计选用男50百分位数、女50百分位数人体尺寸的平均值(P50男+P50女)／2。
8、试分析墙上挂画的最佳高度。 见附表立姿眼高
9、试分析剧场前后排座椅的高度差设计，如何取百分位？ 10、试分析骑马姿势和普通坐姿有何不同。
第三章显示装置的设计
作业要求： 1. 填空题
⑴ 在人机系统中，按人接受信息的感觉通道不同，可将显示装置分为＿视觉显示、听觉传示和触觉感知
⑵ 仪表显示装置按其认读特征分为数字仪表显示仪和刻度指针式仪表两大类。
⑶ 听觉传示装置大体可以分为两类，一类是音响及报警装置，另一类是言语传示装置 ⑷ 在布置视觉显示装置时，显示信息的表面应＿＿＿；如果条件不允许，显示器表面也可按＿＿＿的观察角布置。 2．选择题
⑴仪表刻度盘的大小对仪表的认读速度和精度有很大影响。一般来说＿＿＿的刻度盘在认读准确性上没有本质差别。
（A）17.5～70mm （B）35～70mm （C）17.5～35mm （D）70～125mm
⑵刻度标记的宽度一般以小刻度标记作为基准，其宽度以占刻度间距的＿＿＿为宜。 （A）1/5～1/10 （B）1/2～1/5 （C）1/20～1/40 （D）1/5～1/20
⑶作为警戒、禁止、停顿或指示不安全情况的信号灯，最好使用＿＿＿；提请注意的信号灯用＿＿＿；表示正常运行的倍号灯用＿＿＿？
（A）红色，黄色，绿色 （B）黄色，红色，绿色 （C）绿色，红色，黄色 ⑷设计言语传示装置时，其言语的清晰度必须在＿＿＿以上才能正确传示信息？ （A）65% （B）75% （C）85% （D）96% 3. 问答题
⑴ 仪表刻度盘的形状有哪几种，其读数效果有何不同？ 仪表刻度盘的形状一般分为开窗式、圆形式、半圆形式、水平直线式、垂直直线式等五种。
⑴ 仪表的选择与布置的人机工程原则？ 为了使仪表显示的信息能最有效地传达给人，应保证每个仪表面都处于最佳观察范围内，并做到等视距。当观察者正前方一块仪表板内需布置较多的仪表时，可把仪表板设计成圆弧形和梯形(图3-13)。
当采用梯形板面时，两侧板面与中央板面之间的夹角以65°(外侧锐角)为最优；双人使用时，可采用45°～55°的夹角。布置一般仪表图3-14 仪表板的垂直分区 时，其视距最好在560～750mm范围内。
现代工业生产中，为提高视觉工作效率，使
图3-13 仪表板在水平面内的形式 用多个仪表时应根据其功能和重要程度，突出重
点，分区布置。仪表的分区布置原则是：一般常用仪表应布置在20°～40°的水平视野范围内；最重要的仪表，应设置在视野中心3°范围内，这一视野范围人的视觉工作效率最优；40°～60°区域只允许设置次要的仪表；除了不常用和不重要的仪表外，一般不宜设置在80°水平视野之外。所有仪表原则上都应设在人不必转头或转身即可看见的视野范围之内。
仪表在垂直面上的分区布置，可按观察角的优劣选择，如图3-14所示。这是坐姿操作、监控的仪表台板，按不同观察角划分为四个区域，可布置不同性质的仪表。
A区域处在最佳观察范围，视觉工作效率高。此区域可布置需经常观察的各类显示仪表和记录仪表。
B区域正好处于上肢的正常操作范围内，因此它一般是仪表台的附带操纵台，可布置启动、制动、调节和信息转换的按钮和旋钮等。也可布置次常用的显示仪表。
C区域一般布置次常用的仪表，即操作者可间隔一定时间巡视这些仪表的工作状态。 D区域的仪表，操作者需仰视才能观察，故只适宜布置那些用得极少但又不能缺的仪表。 为了使分区布置的仪表彼此间有明显的区别，区与区之间可采用不同的背景颜色、分界线或图案来分开，仪表分区所采用的背景图案最好能与仪表的功能相联系。性质重要的仪表区，在仪表板上应有引人注目的背景颜色。
⑵ 信号灯位置设计人机工程原则？
对于仪表板上的信号灯：重要的应设置在视野中央3°范围内，一般信号灯安排在离视野中心20°以内，只有相当次要的才允许设置在离开视野中心60°～80°(水平视野)以外。但所有信号灯都应设置在观察者不用转头或躯干的视野范围内。
当操纵控制台上有多种视觉显示器时，信号灯系统应与其它显示系统形成一个整体，避免相互之间的重复和干扰。
当信号灯的含义与某种操作反应有联系时，必须考虑信号灯与操纵器的位置关系，一般是将信号灯设置在该操作器上或在它的上方，且信号灯的指示方向最好与操纵器的动作方向相一致，做到准确、形象化。
⑶ 听觉传示装置的选择原理？ 1.音响传示装置的选择原则
在设计和选择音响、报警装置时，应注意以下原则，
①在有背景噪声的场合，要把音响显示装置和报警装置的频率选择在噪声掩蔽效应最小的范围内，使人们在噪声中也能辨别出音响信号。
②对于引起人们注意的音响显示装置，最好使用断续的声音信号；而对报警装置最好采用变频的方法，使音调有上升和下降的变化，更能引起人们注意。另外，警报装置最好与信号灯一起作用，组成“视、听”双重报警信号。
③要求音响信号传播距离很远和穿越障碍物时，应加大声波的强度，使用较低的频率。 ④在小范围内使用音响信号，应注意音响信号装置的多少，避免相互干扰、混淆。 2.言语传示装置的选择原则
言语传示装置比音响装置表达更准确，信息量更大，因此，在选择时应与音响装置相区别，并注意下列原则：
①需显示的内容较多时，用一个言语传示装置可代替多个音响装置，且表达准确，各信息内容不易混淆。
②言语传示装置所显示的言语信息，表达力强，较一般的视觉信号更有利于指导检修和故障处理工作。同时语言信号还可以用来指导操作者进行某种操作，有时可比视觉信号更为细致、明确。
③在某些追踪操纵中，言语传示装置的效率并不比视觉信号差。例如，飞机着陆导航的言语信号，船舶驾驶的言语信号等。
④在一些非职业性的领域中，如娱乐、广播、电视等，采用言语传示装置比音响装置更符合人们的习惯。
第四章 操纵装置设计
作业要求：
1、人机系统中（ ）是将人的信息传送给机器，用以调整、改变机器状态的装置。 A.显示装置 B.操纵装置 C.报警装置 D.符号指示装置
2、结合设计案例，说明在设汁中如何避免或减少人的静态施力。 设计要点如下：
避免弯腰及其它不自然的姿势，见图7-8（a） 避免长时间抬手作业，见图7-8（b） 坐姿工作比立姿工作省力
双手作业时，手的运动方向相反或不对称 作业位置与视距的关系，见图7-9
常用工具、零件、材料与操作者的位置关系 手在较高位置作业时，应增设支承物 利用重力作用，见图7-10 3、对手机用户使用手机时的动作进行分析，也可以选择使用手机的某个功能来进行分析，比如接听电话的动作过程等。
4、在控制设计时，用户使用手套是设计中需要考虑的因素。请分析在设计中如何考虑用户使用手套的情形。
5、比较显示设计和控制设计的编码原则和方法。
6、鼠标的设汁是控制设计中常见的形式。观察你周围使用的鼠标，研究用户在使用鼠标时有什么不舒服或者疼痛，根据研究的结果改进鼠标设计。
7、论述手握式工具设计原则。
1、一般原则
工具必须满足以下基本要求，才能保证使用效率： （1）必须有效地实现预定的功能；
（2）必须与操作者身体成适当比例，使操作者发挥最大效率；
（3）必须按照作业者的力度和作业能力设计，所以要适当地考虑到性别、训练程度和身体素质上的差异；
（4）工具要求的作业姿势不能引起过度疲劳。 2、解剖学因素
（1）避免静肌负荷 （2）保持手腕处于顺直状态 （3）避免掌部组织受压力 （4）避免手指重复动作
8、简述对于操纵与显示的相合性设计应该遵循的设计原则。 1、运动相合性
根据人的生理与心理特征，人对操纵器与显示器的运动方向有一定的习惯定式 。 2、空间相合性
操纵器和显示器配合使用时，操纵器应该与其相联系的显示器紧密布置在一起，操纵器一般布置在显示器的下方。 3、操纵-显示比
在操纵中，通过操纵装置对机器进行定量调节或连续控制，操纵量则通过显示装置（也可以是机器本身或其执行机构
第五章工作空间的设计应用
作业：
（一）填空题
1．近身作业空间设计应考虑的因素：______、_______、________、_______、____。 2．作业场所布置原则：_____________、_____________、_____________、__________。 3．一般把视野分成三个主要视力范围区：__________、________、_____________。 4．影响坐姿作业空间的因素：_______、________、__________、________、_____________。 5．影响立姿作业空间的因素：____________、_____________、_______、___________。 6．作业范围是作业者以站姿或坐姿进行作业时，手和脚在水平面和垂直面内所触及的最大轨迹范围。它分为__________、_____________、_____________。 （二）名词解释题 1.作业空间
作业空间就是人进行作业所需的活动空间以及机器、设备、工具所需空间的总和。人在各种情况下劳动都需要有一个足够的、安全、舒适、操作方便的空间。这个作业
空间的大小、形状与工作方式、操作姿势、持续时间、工作过程、工作用具、显示器与控制器的布置、防护方式及工作服装等因素有关。
2.视野
是指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，常以角度来表示。
视野的大小和形状与视网膜上感觉细胞的分布状况有关，可用视野计来测定视野的范围 3.中心视力范围
在视网膜上分布着视锥细胞多的中央部位，其感色力强，同时能清晰地分辨物体，用这个部位视物的称为中央视觉。
4.瞬间视力范围
瞬间视力是指眼睛在观察移动目标时，捕获影像、分解、感知移动目标影像的能力。这种
能力伴随着通过动态视力捕捉影像和短时间内大脑信息处理的过程以及机体的相应的反应过程。例如，拳击比赛中每一名拳击选手都要利用动态视力捕捉对手的快速行为变化。几毫秒的时间内，你可以打倒对手或被对手打倒。拳击选手通过动态视力捕捉攻击手的出拳，同时躲避攻击拳。优秀的棒球运动员，可以看得到写在棒球上的阿拉伯数字，也可以捕捉到棒球的旋转方向和移动变化。很多体育竞赛中，你跟别人的差距只是零点几秒。可想而知，在竞争时代动态视力对每一名竞争者来说多么重要！
5.个人心理空间
个人心理空间是指围绕一个人并按其心理尺寸要求的空间。
通常把确定心理空间的距离分为四个范围，即：
亲密距离、个人距离、社交距离、公共距离 （三）简答题
1.什么是作业空间？近身作业空间？
作业空间就是人进行作业所需的活动空间以及机器、设备、工具所需空间的总和。人在各种情况下劳动都需要有一个足够的、安全、舒适、操作方便的空间。这个作业空间的大小、形状与工作方式、操作姿势、持续时间、工作过程、工作用具、显示器与控制器的布置、防护方式及工作服装等因素有关。 近身作业空间
指作业者在某一位置时，考虑身体的静态和动态尺寸，在坐姿或站姿状态下，其所能完成作业的空间范围。 1. 坐姿近身作业空间
2. 站姿近身作业空间 3. 脚的作业空间 4. 受限作业空间，
2.作业空间设计的含义？
人操纵机器时所需要的活动空间，加上机器、设备、工具、用具、被加工对象所占有的空间的总和，称为作业空间。作业空间设计，就大范围而言，是把所需用的机器、设备和工具，按照人的操作要求进行合理的空间布置。就由人操纵的一台机器而言，是从人的需要出发，
对机器的操纵装置、显示装置相对于操作者的位置进行合理的安排。 3.作业空间设计的一般要求
(1) 作业空间设计必须从人的要求出发，保证人的安全、健康、舒适、方便。
(2) 从客观条件的实际出发，处理好安全、健康、舒适、高效、经济诸方面的关系。 (3) 根据人体生物力学、人体解剖学和生理学的特性,合理布置操纵装置和显示装置。 (4) 按照操纵装置和显示装置的重要程度进行布置。 (5) 按操纵装置的使用频率和操作顺序进行恰当布置。
(6) 按操纵装置和显示装置的功能，将功能相同或相互联系的装置布置在一起，以利于操作者进行操和观察。
(7) 作业面的布置要考虑人的最适宜的作业姿势、操作动作及动作范围。 (8) 注意安全及人流、物流的合理组织。
应当注意，以上原则往往难以同时得到满足, 在实 际运用时，要根据实际人机系统的具体情况，统一考 虑，全面权衡，从总体合理性上加以恰当布置。 4.作业场所布置原则
1.应给以固定的工作地点，提供全部的工具和材料
2.工具和材料应放在固定的地点，以减少寻找所造成的人力和时间浪费
3.工具，物料和操纵装置应放在操作者的最大工作范围之内，并尽可能靠近操作者，但应避免放在操作者的正前方。应使操作者手的移动距离越小和移动的次数越少越好。 4.应利用重力进给、料箱和容器传送物料，并尽可能送到靠近使用的地方。 5.工具和材料应按最佳动作顺序排列布置。
6.应尽量利用下滑运动传送物料，以避免操作者用手处理已完成的工作。
7.应提供充足的照明。提供与工作台高度相适应并能保持良好姿势的座椅。工作台与座椅的高度应使操作者可以变换操作姿势，可以坐、立交替，舒适感较好。
8.工作地点的环境色应与工作对象的颜色有一定的对比，以减少眼睛的疲劳。
5.总体作业空间设计的依据、总体作业空间
不同个体作业场所的布置构成总体作业空间。总体作业空间不是直接的作业场所，它反映的是多个作业者或使用者之间作业的相互关系，如一个办公室或计算机房， 6.视觉运动规律?
①眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不易疲劳，一般先看到水平方向的物体，后看到垂直方向的物体。因此，很多仪表外形都设计成横向长方形。
※②视线的变化习惯于从左到右，从上到下和顺时针方向运动。所以，仪表的刻度方向设计应遵循这一规律。
※⑧人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计要准确得多，因而水平式仪表的误读率(28%)比垂直式仪表的误读率(35%)低。
※④当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最优，依次为右上限，左下限，而右下限最差。视区内的仪表布置必须考虑这一特点。
※⑤两眼的运动总是协调的、同步的，在正常情况不可能一只眼睛转动而另一只眼睛不动，在一般操作中，不可能一只眼睛视物，而另一只眼睛不视物。因而通常都以双眼视野为设计
依据。
※⑥人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接爱。
※⑦颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。
7.坐姿作业的特点？
坐姿作业通常在作业面以上进行，随作业面高度、手偏离身体中线的距离及手举高度的不同，其舒适的作业范围也在发生变化。
若以手处于身体中线处考虑，直臂作业区域由两个因素决定：肩关节转轴高度及该转轴到手心(抓握)距离(若为接触式操作，则到指尖)。图5-1为第5百分位的人体坐姿抓握尺度范围，以肩关节为圆心的直臂抓握空间。 8.立姿作业空间设计内容？
1，需经常改变体位的操作，因为站着比频繁起坐运动消耗能量少 2.常用的控制器分布在较大的区域，需要手足有较大幅度的活动者 3.在没有容膝空间的机器旁工作，坐着还不如站着舒服 4.需要用力较大的作业，在站立时易于用力。
5.单调的作业易引起心理性疲劳，立位时可以适当走动，有助于维持工作能力
9.辅助工作场所设计的原则？
10.座椅设计的原则？
① 人体的主要重量由坐骨结节承担。 ② 座椅的形式与尺寸应与功用有关。
③ 座椅应使就坐者保持舒适坐姿，即满足人体测量学参数。 ④ 座椅应保持就坐者上身稳定，可以变换或调节坐姿。
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