设计中的人机关系探究

第一篇：设计中的人机关系探究

设计中的人机关系探究

浙江省桐乡市高级中学 王建献

【内容摘要】本文从人机工程学的角度分析通用技术教材《技术与设计1》中提到的设计中的人机关系，讲述了人机工程学的发展以及研究的主要内容，阐释了人机关系的主要目标“高效、健康、舒适、安全”的重要意义。

【关键字】人机关系 人机工程学 技术与设计1 高效 健康 舒适 安全

随著科学技术的进步、社会的发展、人类文明的不断提高，人们对工作和生活质量的要求也越来越高。创建优良的工作条件和舒适的生活环境，以满足人的生理和心理需要，将成为人类不断追求的目标。而人机工程学正是一门研究人、机、环境如何才能达到最佳匹配，使“人—机—环境”系统能够适合人的生理和心理特点，以保证人安全、健康、高效、舒适地进行工作和生活的学科。通用技术教材《技术与设计1》中的相关内容正是人机关系工程学的一个重要的研究方面，无论什么产品，最终都是为人所用，因此对于产品设计来说，人机关系是一个最重要的考虑因素，本文从人机工程学的角度分析设计中的人机关系，旨在对教材进行深入探析，对学生理解有困难的知识点进行详细讨论，从而加深学生对人机关系的理解。

人机工程学是由人体科学、工程科学、劳动科学和企业管理科学等相互融合的一门综合性新兴边缘学科．它形成于20世纪40年代，到60年代已成为推动工业发展的技术动力之一，在工业发达国家受到普遍重视．人机工程学在我国70年代末逐渐兴起，虽然由于其效果呈现的间接性和习惯的阻碍作用，使其发展和应用受到一定的影响，但由于学科的先进性和适用性，经广大专业工作者的不懈努力，已逐渐为人们所认识，近几年在理论研究和实际应用上都得到了发展。而随着新课程改革的深入，《通用技术》成为学生的必修课程，人机关系也进入了中学的教学范畴。目前人机工程学在国防、宇航、工业、交通运输、医学、农业和教育等各个领域得到了十分广泛的应用，因此作为未来社会接班人的中学生，确实有必要掌握正确的人机关系知识，从而为以后的工作和生活打下基础。

人机工程学以人、机、环境三要素为对象，以人为中心，着重研究人体因素、人机界面、作业环境、人机系统设计，重点落实在如何应用人机工程学的原理和 方法进行人机系统的设计与分析评价。

人体因素主要研究人在工作过程中的生理、心理特征，是人机工程学的基础理论。内容包括：人的形体参数、人体力学、人的机能特征、人的作业能力与疲劳、人的自然倾向和可靠性等，是研究人机系统的基础和设计依据。

人机界面是人机工程学研究的重点，内容包括：显示器、控制器、作业空间和用具，主要介绍设计原则、方法和必要的数据、资料及其使用条件。

人在不同的作业环境条件下有不同的生理、心理反应，作业环境主要是指热、声，光、空气等环境对人体的影响。

人机系统的设计分析是人机工程学的综合应用性内容，具体研究如何应用人机工程学基本理论、原理和数据解决实际问题。

《技术与设计1》高度概括了人机工程学的核心研究内容，总结成了人机关系的两个重要方面，即人机关系要实现的目标：高效、健康、舒适、安全和实现合理人机关系要注意的四个方面：普通人群和特殊人群、静态的人和动态的人、人的生理需求和心理需求、信息的交互。这里有一点应该指出的是教材对人机关系要实现的目标的先后处理上跟人机工程学略有不同，人机工程学把安全放在人机关系的首位，这体现了以人为本的思想；而教材把高效放在了首位，体现了以技术价值为重点的思想。这虽然是一个细节，却体现了两种的不同的评价角度，教学过程中可以对此进行讨论，从而加深学生的认识，提高学生研究的热情。

由于人机工程学内容的综合性、涉及范围的广泛性以及学科侧重点的不同，人们对它的认识也有多方面。美国著名人机工程学专家W.E.Woodson认为：人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，亦即对人的知觉显示、操纵控制、人机系统的设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的研究，其目的是获得最高的效率和作业时感到安全和舒适。前苏联的学者将人机工程学定义为：人机工程学是研究人在生产过程中的可能性、劳动活动方式、劳动的组织安排，从而提高人的工作效率，同时创造舒适和安全的劳动环境，保障劳动人民的健康，使人从生理上和心理上得到全面发展的一门学科。国际人机工程学会（International Ergonomics Association，简称IEA）对人机工程学的定义为：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因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作、生活和休假时怎样统一考虑工作效率、健康、2 安全和舒适等问题的学科。《中国企业管理百科全书》中对人机工程学所下的定义：人机工程学是研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。综上所述，无论怎么理解，人机关系的核心内容始终是研究如何在设计中实现人机关系高效、健康、舒适和安全的目标。

早在石器时代，人类就学会了选择石块打制成可供敲、砸、割、刮的各种工具，从而产生了原始的人机关系。此后，在漫长的进化过程中，人类为了扩大自己的工作能力和提高自己的生活水平，便不断的创造发明，研究制造各种工具、用具、机器、设备等，但是却往往忽略了对自己制造的生产工具与自身关系的研究，于是导致了低效率（高效目标）甚至对自身的伤害（安全目标），19世纪末，人类开始有意识的研究人机关系，这一时代最具有影响力的人物便是教材案例分析里提到的现代管理学的先驱——泰勒，泰勒通过对铲煤和矿工的工具铁锹进行研究，找到了铁锹的最佳设计以及每次铲煤和矿石的合适重量。1911年，吉尔布雷斯夫妇通过快速拍摄影片，详细记录工人的的操作动作后，对其进行研究分析，将工人的砌砖动作进行简化，使砌砖速度从原来的120块/小时提高到350块/小时。这些案例的运用大大鼓舞了研究热情，从此人机关系的研究便在各行各业广泛开展起来。这一阶段，人机关系主要追求的目标就是“高效”，对于“高效”的理解有多个方面，主要包括性能、构造、精度、可靠性、自动化程度等方面，例如电子计算机技术，第一台计算机ENIAC是个庞然大物，性能每秒钟只能计算几千次，到现在我们大众使用的PC台式机、笔记本，电脑的性能和体积构造有了质的飞跃，每一次提升都是为了实现更高效的目标。但是仅仅达成了这个目标还不能算是合理的人机关系，就像我们上面看到的案例，高效目标的达成对于企业的管理者当然是有利的，但是对于第一线的工人却并比见得，随着工人合法利益的保护得到重视，一味追求高效而对工人缺乏人文关怀的人机关系研究逐渐被人所怀疑，“健康、舒适、安全”越来越受到人们的重视和关注，很多产品在性能很难提升的情况下都纷纷向更舒适、更健康、更安全的角度进行突破。

从教材对人机关系的定义我们就可以知道，人机关系的外延相当广泛，工人用机床加工零件，构成了“工人——机床”人机关系；学生用课桌椅上课，构成了“学生——课桌椅”人机关系。人机工程学之所以能不断发展，是由于人机系 3 统中人与机能够互相补偿各自的不足，因此人机系统要需要解决人与机的合理分工问题，随之而来的是人与机的信息交换问题——人机界面问题，为了使系统达到预期目标，人机之间的信息交换必须保证准确、迅速。

任何一个基本的人机系统都是由信息传递、信息处理、控制与反馈等基本环节组成，这就构成了一个控制系统，因为有人的参与，因此人机控制系统应该是一个闭环控制系统。按照人在系统中的作用，基本人机系统可分成如下三种类型：

1.手工劳动系统

主要由人和工具或辅助机械组成，人既是动力源又是控制者，系统的效率主要取决于人。比如通用技术课堂中的一些小制作，大部分都属于手工劳动系统。

2.半自动化、机械化系统

该系统由人和机械设备或半自动化机械设备构成，人在系统中主要担任操作者或控制者，动力一般由机械系统提供。这种系统中人与机械信息交换频繁复杂，对于操作者或控制者具有较大要求，一般需要专门培训。比如通用技术教室很多都配备了车床这一重要工具，但是很少被用到，就是因为缺乏专业技术人员。

3.自动化系统

该系统由人和自动化机械设备构成，人主要起到设定系统初始参数和过程中发生问题及时进行干预的作用。自动化机械本身是一个闭环控制系统，机械能根据操作者的要求自行进行正确的操作，只有当发生故障或不可控干扰时才需要人工干预。比如工业上的数控车床，我们使用的空调等都属于这类设备。

教材对人机关系的内容提出可谓“知其然而不知其所以然”，其实人机工程学从提出到发展也是经历了曲折的历程才逐渐被大众所认同的，通过对人机工程学的产生发展的探究，有助于学生更好的掌握研究人机关系的重要意义，从而提高学生对在产品设计中注重“高效、健康、舒适、安全”目标的达成的重要性的认识。

【参考文献】

《人机工程学》 朱序璋 西安电子科技大学出版社

第二篇：自行车设计中人机工程学分析

自行车设计中人机工程学分析

一、人d自行车系统组成

自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分

是完全合理的。因此，人在骑车时组成了人d车系统，该人-车系统中的人t车界面关系可由图

12b13来进行分析。

1·人与支撑部件关系

支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。

从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着密切的联系。人坐的位置怎样更合适，车架多高使人脚蹬起来用力才方便，如何保证人的上身有正确姿势，手握车把的距离多长才合适等，都是决定于人体特性的设计参数。

2·人与动力接受部件关系

动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。

3·人与传动部件关系

传动部件主要是滚珠、链条和链轮。人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。

4·人与工作部件关系

工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触而向前运动的力;另一方面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。

二、影响自行车性能的人休因素

影响自行车性能的人体因素很多，如图12-14所示。现主要分析下述几点:

1·人的体格因素

以身高H为基本因素，其他身体的能力与H成比例，并有与H'、H'成比例的特性。如手臂、腿、气管等的长度与身高成比例，从而以骨关节为中心所产生的力矩、步幅等，都取决于H的大小。肌肉、大动脉、骨铬的截面积以及肺泡的表面积等都可看成与H'成比例。肺活量、血液量、心脏容量等都可看成与H'成比例。体格对出力性能的影响，从理论上讲，弹跳能力与H成比例，速度能力与H，成比例，作功能力和H'成比例。但实际上因每个人身体素质不同，常有20乃以上的偏差。

2·人的下肢肌力

自行车骑行的原动力，主要是骑车人的下肢肌力。人骑车时，骨铬肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的，一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。肌肉收缩时产生的力，一般与肌肉的截面积成比例，约为每平方厘米40~5ON，通过一定训练的人可提高到65N。

3·人的输出功率

"人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为0·7马力(0·5lkW)，能持续10，左右。如果持续时间长，其值要小得多，持续lh，大约只有0·1~0·2马力(0·07~0·1SkW)。

4·人的脚踏速度

自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为70次/min，一般脚踏以60r/min节奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。

5·人的平衡机能

骑车人本身的平衡机能是影响自行车性能的重要因素，如果缺少平衡机能，哪怕是运动性能很好的自行车也不能平稳行驶;若人有很好的平衡机能，却可掩盖自行车设计上的某些缺陷。

6·人的手和握力

影响刹车性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和儿童，手的大小和握力都不相同。据试验，为了长时间施闸而不致使手有疼痛的感觉，希望只用最大握力的10%左右便能得到必要的减速度。

7·人的疲劳

人体疲劳和疼痛是对骑车出力性能的不利因素，其产生原因有人体因素，也有自行车结构因素。疲劳和疼痛一般是由于部分肌肉负担过大，骑车姿势不合适，以及体重对鞍座的体压分体不合适等引起的。此外，影响出力因素还有人的最大摄氧量。

三、自行车设计结构要素分析

影响自行车性能的因素除了上述人的因素外，还有许多机械因素，如图12-15所示。为了获得自行车较佳的性能，必须把人的因素与机械因素有机地结合起来，以使人--车协调。为此，着重分析与人体相关的结构要素。

1·速比

大小链轮的齿数比，与链轮直径比相一致，一般控制在2·3~4·0的范围内。利用速比关系可取得骑行时所必要的功率和必要的速度。速比要合适，如果太小，无论人的肌力有多大，由于不能充分提高转速，所以就得不到大的输出功率。也由于速比小，在限定的曲柄转速下，得不到必要的骑行速度(后轮转速)。速比过大时，要求的踏力也大，容易使人疲劳。为了保持不疲倦的持续骑行，希望肌肉的负担约力最大肌力的10始，按此选择速比和曲柄转速，可得到比较好的效果。

2·曲柄长度

传统的自行车设计，一般从杠杆原理考虑比较多，对人研究少，认为曲柄越长越有力。曲柄过长后，为了不使脚蹬碰到前泥板，不得不加大中轴至前轴的距离(前心距)。这样势必加长车架，影响了正确的坐车姿势，使人感到臀部痛。若能按人的身长或下肢长来考虑曲柄长度，则可使人省力和舒适。通常曲柄长度的基准，取人体身长的1/10，也相当于大腿骨长的 1/2。

3·三接点位置

正确的骑车姿势，是由骑车人和自行车三个接点位置决定的，如图12-16(a)中所示的鞍座位置A、车把位置B、脚蹬位置C。按三点调整法，AB和AC约等，一般AB=(AC一 3)cm，A点略低于B点，约为5cm。

4·鞍座位置

鞍座装得过低，骑行时双脚始终呈弯曲状态，腿部肌肉得不到放松，时间长了就会感到疲软无力;鞍座装得过高，骑行时腿部的肌肉拉得过紧，脚趾部分用力过多，双脚也容易疲劳。骑车时适当的用力部位是脚掌。设计或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窝部位中心紧靠鞍座中部，使手的中指能触到装配链轮的中轴心为宜。人体各部尺寸都有一定的联系，只要腋窝中心至中指的长度确定下来，鞍座高度便可大致确定。行驶较快的车，鞍座位置要向前移动，行驶较慢的车，鞍座位置要向后移动，否则都不利于骑行，如图12-16(b)、(c)所示。

5·车闸

设计时，闸把开挡、力率和闸把力要与人手的大小和握力相适应。灵敏度高的车闸，随着闸把上力的增大，刹车力也按比例地增加。如果闸把力到达某一程度不发生刹车作用，继而又骤然生效，说明这种车闸设计不良。在紧急情况下操纵时，理想的施闸力和减速度见表12-4。

四、人-车动态特性分析

1·动态稳定性

自行车的稳定是行驶过程中的稳定，是一种动态平衡的稳定性。动态稳定性影响到自行车骑行中的动作，包括直进稳定性和前后左右方向的稳定性，见图12-17(a)。显然，稳定性对安全行驶是必不可少的特性。

2·力学特性

自行车行驶在平地上转弯的条件是侧向力(与离心力平衡)与自行车总重量(人和车的重量)的合力作用线要通过轮胎与地面的接触点。这当然与骑车人有关，但更重要的是自行车的造型要有适合这种力学特征的结构形式。

3·转向特性

自行车转弯时可能有三种情况:

人体和车身向内倾的角度相等。即骑车人身体的中心线和车子的中心线一致时，自行车就可以转弯，即所谓中倾旋转，见图12-17(b);骑车人的倾斜角比车子的倾斜角大时，此时的转弯即所谓内倾旋转，见图12t17(c);骑车人的倾斜角比车子的倾斜角小时，此时的转弯即所谓外倾旋转，见图12-17(d)。

第三篇：设计中的人机关系

设计中的人机关系

一、教材分析：

生活中，我们每个人无时无刻不与身边的物品发生联系。当我们使用这些物品时，物品就与人产生了一种相互的关系。这种相互的关系称为人机关系，人机关系要实现的目标和如何实现合理的人机关系。

二、教学目标：

本节课授课类型是新课授课。针对高中学生的知识水平及年龄特征，确立以下教学目标：（1）、理解人机关系的含义

（2）熟悉人机关系在设计中要实现的目标（3）了解在设计中如何合理运用人机关系。

三、教学重点：

（1）人机关系的概念

（2）人机关系在设计中要实现的目标

四、难点熟悉一些有关技术设计的分析方法方面的相关知识，为今后技术设计的构思打下坚实的基础

五、教法、教具（教学方法）

利用多媒体以案例分析和师生互动交流为主，如果单纯的口头语言讲授很难让学生理解和接受，而直观图片和教具、详实的技术资料的使用可以辅助教师激发学生的学习兴趣，充分调动学生学习的积极性和主动性，降低知识难度，加快节奏，增大课容量，以达到提高教学质量和效率的目的。

六、学生情况分析

通过对第一章“走进技术世界”的学习，学生对技术有了较为深刻和全面地了解，基本形成了对待技术的积极情感和正确使用技术的意识，理解了“技术引人而生，为人服务”的技术理念。在本章的第一节中学生理解了技术与设计的关系，能够分析设计在技术发明和革新中的作用，了解了技术更新对设计产生的重要影响。通过前面相关知识的学习，同学们已经形成了“我要设计”的探究欲望。

七、课时安排：

2课时

八、教材分析：

在前面的一章的学习中，学生通过感悟技术的价值、理解技术的性质、展望技术的未来，逐渐懂得和理解了“技术因人而生、为人服务”的技术理念，但是如何在具体的设计中体现这种技术思想和理念，还是无从下手。“设计中的人机关系” 一节通过对“人机工程学”中人机关系的核心理念进行的逐步分析，使学生知道了什么是人机关系、人机关系要实现的目标是什么、如何实现合理的人机关系，知道了技术如何才能更好地为人服务.教材中指出“我们设计的产品都是从人的需求出发，最终实现为人服务的目的，因此，人机关系也就成为设计活动中必须考虑的核心问题之一”这一句话恰当的点中了我们为什么必须要学习人机关系这一重要问题，使学生在一开始就明白，只有认真地研究和分析人机关系，自己的设计才能更好地为人服务，从而产生“我要学”的愿望和需求

书中从人和物的关系分析入手，逐渐过渡到人的不同部位、不同层面与物的不同部位和不同层面之间的关系分析，使学生在设计分析时能正确地找到要解决问题的根源和着手点。在对人机关系进一步分析的基础上，还要告诉学生，环境也是人机工程学中的重要要素之一。

人机关系即是理念又是方法，它既是技术的价值和技术的性质的延伸又是技术设计构思的前沿，他为学生提供了设计分析的基本思想与方法。对人机关系的分析，最终还是在如何实现合理的人机关系部分落实到了人，落实到了技术为人服务这一最终目的。具体的体现了教材人文引领的独特特色，也为后面的发现问题等内容的继续学习作好了充分的准备。教材中选择的案例十分贴近学生的实际生活，能够使每一个学生在学习时都有话可说，有事可做。

九、教学步骤（过程）

1、复习导入概念

人机关系的概念——人机关系中所指的“机”除了人们通常所说的机器外，还包括各种各样的工具、仪器、仪表、设备、设施、家具、交通车辆以及劳动保护用具等。马上行动：

一、什么是人机关系 A、课本第28页

B、请学生 举例说明自己与周围什么物品构成了人机关系？（就身边的笔、桌凳、衣服、书、水壶、教室等物品回答）

2、分析案例

在人与某个产品构成的人机关系中，往往存在复杂的多方面关系。以开门为例，人走近门，便与门板构成人机关系；人要握住把手，便与门把手构成人机关系；人开门后要通过门，便与门框构成人机关系。人乘电梯到某一楼层去存在着很多方面的人机关系。在乘电梯到某一楼层去的过程中存在哪些方面的人机关系？

马上行动：论人坐在椅子上的时候，人体的一些部位与椅子构成了哪些人机关系。

3、小结：

当人们身处某一环境的时候，这时的人机关系就体现为人与环境的相互关系。在设计中，我们所设计的产品都是从人的需求出发，为人服务的。因此，人机关系也就成为设计活动中必须考虑的核心问题之一。二）、人机关系要实现的目标

人与机之间存在着复杂的关系,我们在设计中考虑人机关系,需要实现哪些目标呢？（1）高效在设计中，应把人和机作为一个整体来考虑，合理或最优地分配人和机的功能，以促进二者的协调，提高人的工作效率。

思考：铁锹作业试验 ”改进了哪些具体的人机关系而使工作效率大大提高 ?（2）健康 是指人在长期操作或使用产品的过程中，产品不会对人造成不良的影响。例如：如果课桌设计不合理，就会使学生处于不恰当的学习姿态，长时间的使用它，不仅使人感到疲劳，还会影响人的身体健康。

（3）舒适——在设计中考虑人体处于自然的状态，操作或使用的姿势能够在人们自然、正常的肢体活动范围之内，从而使人不致过早地产生疲劳。心理上的舒适感受也是人机关系应当考虑的目标。

（4）安全 在设计中考虑人在操作和使用过程中，产品对人的身体不构成生理上伤害.例如：产品与人的接触部分不允许有尖角和锋利的边槽，容易产生危险的地方应进行安全保护的设计，汽车的安全带设计，冲床的安全保护设计，儿童座椅前的护栏设计等。除了这四个目标，人机关系还可以考虑哪些目标？ 备：美观、实用、成本等 三）、如何实现合理的人机关系 如何实现合理的人机关系呢？

首先应该明确设计涉及哪些人机关系。

其次要考虑这些人机关系涉及哪些因素和技术指标。

在实现合理的人机关系的设计中，我们还应该注意处理好以下几个方面的关系。（1）普通人群与特殊人群

结论：大多数产品是为普通人群设计的，设计参照的标准是依据普通人群的数据确定的。但是特殊人群也是社会的重要组成部分，他们往往有着独特的需要。设计时，还应充分地考虑特殊人群的特点和需要。（2）静态的人与动态的人

人们使用产品时处于静态和动态两种状态交替之中，因此，设计的产品不但要符合人体的静态尺寸，也要符合人体的动态尺寸。

为了形成良好的人机关系，不仅要使产品符合人体静态尺寸，而且要让人在使用它时，能够方便施力、有足够的空间等。这样的设计有利于减少人体疲劳，提高效率，满足健康、舒适的要求。

（3）人的生理需求与人的心理需求 例如：

a茶座、咖啡厅的设计：

应以暖色调为主，空间要小一些，以营造温馨、宁静的效果 b办公室的设计：

以冷色调为主，空间要简洁明快，以求产生严谨、高效的工作氛围 c医院的设计： 以蓝色、白色为主，使病人产生平和的心态

设计中的人机关系，不仅要满足人的生理需求，而且要满足人的心理需求，产品的色彩、材质等都会对人的心理产生影响。视觉、听觉、触觉、味觉等都影响人的心理感受，如果能在设计中注意满足人在这些方面的心理需求，就可以将人机关系处理得更好。

3、讨论与分析

在我们的生活中，是不是也有很多类似的情况，并将它们列举出来。

为了形成良好的人机关系，不仅要使产品符合人体静态尺寸，而且要让人在使用它时，能够方便施力、有足够的空间等。这样的设计有利于减少人体疲劳，提高效率，满足健康、舒适的要求。如带显示灯的接线板。你还能想到哪些类似的产品？列举出来。

4、思考：如果汽车的喇叭声换成闪灯会出现什么后果？

选定了信息传递类型后，还要注意设计好信息源。信息源的布置应该符合安全、明确、快速定位的要求，并且要考虑操作流程、重要性、使用频率等方面。

电脑界面越来越人性化，用户只需轻轻点击鼠标，所有的任务就可以在系统提示下完成，操作起来非常简单、方便。例如，当电子邮件都接收完毕时，不仅有文字提示，同时还有声音提示。

想一想，电脑还有哪些操作界面充分考虑了人机关系？

5、阅读

汽车的颜色新西兰的专家们通过调查分析得出，浅颜色的车子看起来非常显眼，因此在车祸高发的。夜晚时段开浅色车子会很安全，而银灰色又是浅颜色中最能避免车祸的，因为这种颜色可以反射灯光，更容易令其他司机注意到。专家表示：“银灰色车遭遇车祸的概率只是其他浅颜色车子的一半。”研究小组还注意到，棕色车子遭遇车祸的概率最高，然后是绿色和灰色车子，而红色、黄色、蓝色车子则相对安全一些。

6、选择日常生活中的某一产品，分析其在人机关系处理上存在的缺陷，提出改进意见，并填写下表。

2.图示的两把剪刀，如果你站在工作台前用它们来裁剪布料，你觉得哪一把使用起来会比较方便、省力、效率高？如果你处于坐姿的状态下，使用它们来剪裁纸张，哪一把用起来会比较方便呢？ 分析其原因。

十、小结：

技术因人而生、为人服务，技术设计的最终目的是为了满足人的需求，达到人机关系的合理化，人机关系是设计时必须考虑的核心问题之一，因此在产品设计中要注意对人机关系的深入研究。人机关系在设计中要实现的目标来源于人的具体需求，它包括高效、健康、舒适和安全等诸多方面。要达到人机关系在设计中要实现的目标，首先应该明确设计涉及哪些人机关系。其次要考虑这些人机关系涉及哪些因素和技术指标。在实现合理的人机关系的设计中，我们还应该注意处理好普通人群与特殊人群的关系、静态的人与动态的人之间的关系、人的生理需求和心理需求之间的关系等。

十一、教学反思

1、一节好课首先要以课程标准为依据，村份利用好教材和教师用书，结合学校和当地的教学资源与学生的实际情况，适当调整教材的内容和添加必要的教学手段，以期收到更好的教学效果，让学生最大的获益。

2、通用技术课程就是要学生更多的亲身体验和感悟。所以课堂上要尽可能多地让学生面对实物进行探究、分析、学习。

3、学生情感态度价值观目标的实现，最好是通过课堂活动来达到。

4、所举案例要尽可能的是发生在学生身边的事例，这样学生才会有亲身的感受。

5，教学方法要层层深入，不断地让学生进行思考练习、再思考再练习，在这种主动学习的过程中使学生的思维得到升华

第四篇：作业岗位设计中人机工程学案例分析（范文模版）

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作业岗位设计中人机工程学案例分析

一、检验作业岗位设计原则

在工业生产中，涉及到控制产品质量水平的作业称之为检验。检验的方法有直观目视扫描，人工测量和自动测量。对于多品种、小批量产品的检验，一般采用目视扫描检验。产品通常在传送带上移动或自动送至检验作业岗位，而工艺过程控制是在时间限制的压力下检验产品。显然，检验作业的效能与产品质量控制水平密切相关。为了给检验人员创造一个方便、舒适的作业岗位，以保证检验效能，对检验作业岗位提出相应的设计原则。

① 使检验人员尽可能采用向下的观视角，而不用向前的和向上的观视角。

② 让被检产品向检查人员方向移动而不是离开检查人员方向移动，见图5-1。如果产品从右向左或从左向右横过检查人员的视野，不会出现很大差别。对每分钟移动18m 的产品至少应有30cm 观视范围，并排除观视范围内的所有障碍物。

图5-1 检验移动产品的观察方向

③ 工作面高度应由人体肘部高度确定。统计研究指出，人的肘部高度约为人体身高的63%，而工作面的高度在肘下25---76mm 是合适的。

④ 坐姿作业比站姿作业要好，因为心脏负担的静压力有所降低，而且坐姿时肌肉可承受部分体重负担。如选择坐姿作业，必须提供舒适的、且可调节的座椅。

⑤ 选用可调座椅时，可能会造成检验者脚不着地的情况，此时必须使用脚踏板支持下肢的重量。

⑥ 无论坐姿或站姿作业，都应给检查人员用辅助活动来中断检查周期的机会，以便调节视力和体力，减轻作业疲劳。通常一次连续监测时间不超过30min。

二、立姿检验作业岗位设计

1．纸张取样检验作业基本要求

在纸张生产系统中，纸幅以 0.6m / min 的速度运行，检验员在纸机尾端仔细检查宽度90cm--------------------------精品

文档-------

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-------------各类专业好文档，值得你下载，教育，管理，论文，制度，方案手册，应有尽有------------------------------的整个纸幅。当纸幅速度暂时降到 0.15cm / min 时，即从纸幅上取样。检验员用小刀切取长50cm 纸样，然后将两端拼接起来，以保证纸幅继续运行。要求每隔15min 即切取纸样一张，取样时间约需3—4s。取样工作需在平台 面上进行，工作台置于靠近纸机尾端，使纸幅自左至右通过检验员的视野。纸幅从纸机出来时，方向可以改变；能升高至地上190cm 处，然后降至90cm 的卷取高度，在任何角度都能适于目测和取样抽查。

2．立姿检验员岗位设计特点

为保证检验效能和减轻检验员的疲劳，该岗位设计有以下特点：

① 在此项设计中，纸幅速度每分钟为0.3m，应有观察距离30cm或使总观察区为60cm。

② 眼高尺寸要求，在检验点的纸幅不应高于地面145cm。应使高度对较矮的检验员，在检验工作中也能向下观察。但最好保证检验员的向下视角，至少不小于450。

③ 在质量控制工作中，工作面须高出地面91cm。为此，检验员能用足够的力量切取纸样，纸幅宽度为90cm，以便检验员能弯腰突臀够到纸幅的另一边。切取纸样和拼接纸幅的工作面高度在91cm 处，这是一个适宜的高度。

④ 由图5-2(a）所示，纸幅（A）从高c m 的纸机中出来，直接引向高122cm 的检验岗位C，当纸幅以0.6m / min 速度运行至检验员身边时，取长度至少为50cm 的纸幅样品后，即将其领回至高91cm 的检验台和拼接台（D）。工作台面长度至少60cm，不同的台高是为了检验员能方便地完成不同的检验工序。

⑤ 假定检验员能站在离纸幅约50cm 处，用几何法或三角函数来分析目测工作的要求。以图5-2(b）中对视角计算法予以说明。假设在设计中对边为o，邻边为a，直三角形和斜边为 h，则可从三角形的各边之间的三角函数关系来计算视角。

⑥ 为寻求目测工作的最佳设计方案，可规定检验员俯视角45。如图5-2(b）所示，作为三角形对边与邻边之间的最大比值，tg45等于1。

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图5-2 立姿检验作业岗位

三、坐姿检验作业岗位设计

图5-3 坐姿检验作业岗位

1．瓶子包装检验作业岗位的原设计

在检验瓶子和包装瓶子的工作中，检验员可站在或坐在工作台旁。瓶子沿着运输带从右边送入，从左边送出，以每分钟6个的速度经过检验员。要求检验员从中取出产品进行检验，剔除不合格产品，将其余的放入包装箱中。在图5-3所示的原设计方案中，工作台高85cm(A）、宽30cm、台面厚5cm，在其下方留有80cm 立腿空隙，腿部前伸方向空隙为35cm。椅子可调--------------------------精品

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至地面高63cm。一般检验者能向前取到瓶子的距离是51cm。工作台与输送带的间距为15cm(B)，输送带固定于输送机上，离地高100cm，输送带嵌于一个高为5cm(C）的护轨中，以保证瓶子排列整齐成行，并不致从输送带中掉出。对原设计方案进行调查分析，对于坐姿和立姿两用的工作岗位，多数检验员喜欢采取坐姿，因坐姿比立姿工作舒适得多。当然，有时还得站起来拿取瓶子或搬移装满合格品的箱子。但对这样的检验岗位，却有许多检验员抱怨肩臂酸痛。从人体劳动生物力学分析可知，手臂和肩膀出现酸痛，认为是肌肉组织产生静负载。此种静负载主要是和检验员需过度抬臂并臂伸在18cm 以上，从输送带上取出每个瓶子有关。

2．瓶子包装检验工作岗位改进设计

通过对原设计方案的参数和存在间题的分析，认为改进检验及包装瓶子的作业岗位设计从而减轻全日工作人员的肩臂酸痛则成为改进设计的主要目的。为此目的，按照坐姿和立姿工作岗位的设计原则，来寻求改进设计的思路。首先发现在原方案中没有脚踏板，对坐姿的作业岗位台面高度在85cm 时，是太高些；而对于坐、立姿工作岗位则嫌太低；同时由于检验员在作业岗位容腿及伸腿的空隙受到限制。为减轻检验员在工作过程中肩臂肌肉静负荷，可采取两种基本方法之一，即升高检验员或降低输送带。

因为输送带不能降低，那就只有把检验员工作面升高，然而工作面又不能简单地采用提高座椅高度的方法来实现。显然，改进设计比新设计要受到更多的限制。由于原设计方案的限制，只能采取较为特殊的改进设计方案，其要点如下：

① 设置一木制平台，置于输送机的任一边，以将工作面升高到100cm 处。由于检验作业岗位也可能要处理一些应急事件，故设置的木制平台不宜过小，并须备有低的护轨，以防人们不小心从边缘滑下。这一改进措施可解决检验员过度抬臂而产生静负荷。

② 在椅子或工作凳前设置一踏脚板，以减轻腿部悬空的不适，从而减轻全身疲劳。

③ 如检验员工作台有足够的空间，可将在检验员正前方的工作台部位剖成半圆开口，使检验员更接近伸展部位，以减少手臂向前伸展所引起的肩臂负荷。此外，这一开口的另一优点是当检验员将座椅推向工作台时，其身后的通道空间加大，有利于进行相关的辅助工作。

通过对原设计方案的改进，解决了原方案存在的关键间题，使检验员在工作时感到舒适并不易疲劳。最后需要说明的是，以上所介绍的几个产品设计中人机工程学分析范例，目的在于说明人机工程学分析的一般思路和方法。由于工业设计的对象千变万化，不同的设计对象，所涉及的人机工程学因素差异很大。

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第五篇：设计中的人机关系教学设计

《设计中的人机关系》教学设计

教师教育学院

金晓霞 【教材分析】

本节课《设计中的人机关系》选择江苏教育出版社出版的《技术与设计1》的第二章第二节，人机关系是进行设计必须学习的基本内容。人机关系又是“技术是为了满足人的需求”这一思想的具体体现，本身起到有技术的性质到技术设计的过渡作用。通过本节课的学习，使学生知道技术设计从何处着手，才能更好地为人服务，才能实现技术设计“以人为本”的核心设计理念。【学情分析】

高二的学生分析问题的能力见长，通过对第一章“走进技术世界”的学习，学生对技术有了较为深刻和全面地了解，基本形成了对待技术的积极情感和正确使用技术的意识，理解了“技术引人而生，为人服务”的技术理念。在本章的第一节中学生理解了技术与设计的关系，能够分析设计在技术发明和革新中的作用，了解了技术更新对设计产生的重要影响。通过前面相关知识的学习，同学们已经形成了“我要设计”的探究欲望，所以安排一定的动手设计环节，既丰富课堂内容，也调动他们积极性。【教学目标分析】

一、知识与技能

1、理解人机关系的含义

2、熟悉人机关系在设计中要实现的目标

3、了解在设计中如何实现合理的人机关系

二、过程与方法

1、通过举例分析和讨论，学会从人机关系的不同角度、不同层面进行设计分析的方法

2、通过讨论和实践，能够掌握实现合理人机关系的基本思想方法

3、通过学习，使学生形成技术设计应“以人为本”的核心设计理念

三、情感态度与价值观

1、通过案例分析，培养学生科学地对待技术设计的态度

2、通过学习“人机关系要实现的目标”，形成关爱他人的积极情感

3、通过本节的学习，培养学生技术应“以人为本、为人服务”的价值观 【教学重难点】

教学重点：使学生形成“以人为本”的核心技术设计理念

教学难点：人机关系的具体分析和应用 【课时安排】

1课时 【教学准备】

多媒体设备、课件、视频、削皮器、水果刀、苹果 【教学方法】

讲授法、讨论法、任务驱动法 【教学过程】

一、讲解故事，引入新课（10分钟）

师生问好

师：前面几节课我们已经学习了技术的价值和技术的性质。了解了设计与技术之间的关系，设计是技术发展的重要驱动力，同样的技术的发展也为设计提供了很好的平台，那么怎么样的设计才能满足人们的需求，技术才能真正做到“因人而生，为人服务”的目标呢？这就涉及到我们今天要讲的内容，我们先来看几则小故事（播放ppt）第一个故事是讲曹操的，设计时他嫌门太大了，对门的尺寸不满意，还出题考验工匠。第二个故事是出自论语的“割鸡焉用牛刀”说明用牛刀来杀鸡太大了，有点大材小用。我们再来看一个“猜一猜”（播放ppt）,儿童家住十楼，下楼选择坐电梯，而上楼时却是走路的，大家想一想为什么啊？ 生：.........师：很好，有同学已经猜到了，因为儿童身高比较小，只能按到最下面的按钮，大家都坐过电梯，有这样的经验，电梯的数字基本上都是下面的小，上面的大，“10”位于比较靠上面的位置，他够不着，那么以上这三个事例都说明了什么问题呢？（播放ppt）生：.........师：说明了这些设计的人机关系都不够合理，那么什么是人机关系呢？这就是我们今天要研究的第一个知识点（播放ppt）人机关系是指人在生活中接触到各种物品，人与物品之间的关系就称为人机关系，在这里要注意，人机关系中的“机”不仅仅是指机器，也包括工具、家具、衣物，甚至是我们周围的环境，比如说空气、水等，简单地说，机就是指我们接触到的一切物品。明确了人机关系的概念以后，我们再来看一组练习（播放ppt）练习一：找出下列活动中的“人”和“机” 生：........师：大家都掌握的很不错，我们在这里还要注意一下，人机关系是一种比较复杂的关系，我们以人开汽车为例（播放ppt）人坐在汽车里，那么，人的手与方向盘构成的人机关系，人的手与挂挡的杆子也构成了人机关系，脚与油门也是人机关系，还有人的背与椅子之间也是人机关系，所以这之间的联系是很复杂的。清楚了这一点以后，我们在来看书上的案例分析和马上行动，给大家3分钟左右的时间去完成，等一下，我们来校对答案。练习二：完成书本上的马上行动和讨论 生：完成书上练习

师：好，大家差不多都完成了，我们一起来校对一下答案，首先是讨论题，我们按照顺序来说，首先人站在门口接触到电梯门，所以他们之间构成了人机关系，然后人要进入电梯，必须先按下数字，所以人与电梯外按键构成了人机关系，人进入电梯后与箱体之间也构成人机关系，最后人要到几楼也必须要按下数字，所以又与电梯内的按键构成了人机关系。再来看我们的马上行动请同学起来回答一下 生：.........师：这位同学回答的很好，那么通过以上的这些学习，大家对于人机关系这一块的内容都有了比较深刻的理解。人机关系是人机工程学的一块内容，对设计者来说是很重要的，那么大家觉得合理的人机关系应该是怎么样的，它应该达到哪些目标呢？这就是今天这堂课我们要重点学习的内容。

二、讲授重点，突破难点（20分钟）

师：首先我们来看一个案例（播放ppt）从刚才的案例中，我们可以看到，当人们把多余的动作去掉时，砌砖的效率提高了很多，而随着机械化生产的发展，从当时研究动作及时间的分配，进而研究人和机器设备组合的利用率，从而提高了生产效率，所以人机关系要实现的第一个目标就是高效。再来看例子（播放ppt），我们如果要把这个水池给灌满，会选择哪个水桶? 生：.........师：有同学说选择最大的，可以装最多的水？这样做合理吗？最大的水桶装的水比较多，但是人不一定能提得动，所以在这里还要考虑人自身的情况。因此在实现高效目标时，要把人和机当作一个整体来考虑，最优地分配两者展开工作。接下来我们来做一个实验，用这个削皮器来削苹果，请大家记一下削完这个苹果需要多少时间，哪位同学愿意上来配合？ 活动一：学生上台削苹果，做实验 生：上台展示

师：这位同学完成的差不多了，我们来看一下两位的时间，他削的速度还是比较快的，我们用掌声谢谢他的配合，今天我还带来了一个削苹果神器，我们一起看一看（播放视频），大家看完这个的时候都发出了感叹，它削皮的速度相当快，效率非常高，而且它不仅可以削皮，还可以去核，切片，方便不同的人食用。削皮器的这样一个演变过程，充分实现了人机关系中高效这一目标。除了这个以外，这里还有一个神器（播放视频），这个是用来切西瓜的，一刀下去，西瓜很自然地全部被切开，而且每一块的大小都是比较均匀的，比起我们之前用刀来切是不是也高效了很多啊？那么这两件工具除了体现高效以外，还体现了什么？ 生：..........师：还体现了安全性，传统用刀来切和削都容易伤到手，有一定的危险性，但是有了这样的工具，手就可以被保护，相对安全了。所以人机关系要实现的第二个目标就是安全。我们一起来看一下具体的例子。比如说我们的安全帽，它的设计就是为了保护人的头部安全，还有楼梯上是扶手，儿童床的护栏都是出于安全这样的目的设计的。还有我们的汽车安全气囊，我们一起来看一下它是怎么工作的（播放视频），它在汽车发生碰撞的时候弹出来，可以保护人的头部和颈部的安全，请大家再来看一下我们学校的哪些设计考虑到了安全这个目标？ 生：..........师：大家都提到了很多，举的例子也很到位，我们继续往下看，要实现的第二个目标就是健康（播放ppt）这是一张高跟鞋的图片，大家可以看到它的鞋跟非常高，这么高的鞋跟对人的健康是很不利的。据美国调查研究表明鞋跟高度超过6厘米对脚踝的伤害是非常大的，而超过7厘米的高跟鞋对人的颈椎也有很大的伤害，超过8厘米的高跟鞋会使人视网膜承受的压力比普通人高几倍，从而引发一系列的问题，所以高跟鞋的设计是不利于人的健康的。我们再来看一张图片（播放ppt）,大家看这张桌子跟你们平时用的有什么不同之处？ 生：........师：这个桌面是倾斜的，我们看书的时候可以不用弯着腰，低着头，对我们颈椎的健康还是比较有利的。同时它的表面是绿色的，对我们的眼睛有好处，可以保护我们的视力，这样的设计是不是体现了健康这样的目标啊？我们可以发现这张桌子除了健康之外，用起来也是比较舒适的，舒适就是我们今天要讲到的第四个目标（播放ppt）还是来看具体的图片吧（播放ppt）我们平时用的鼠标都是下面这一种，比较普通，大家有没有见过上面那一组鼠标？它叫做人机工程学鼠标，比我们平时用的高级一些。我们平时用的是平的，人在使用的时候手臂是扭转过来的，这样手会很不舒适，因为经络不畅通，长期下去会得鼠标手的病，现在很多长期操作鼠标的人都有这样的问题。针对这一点，人们就设计出了人机工程学鼠标，把鼠标竖着，手臂的经络就比较顺畅，手也比较舒服。有了人机工程学鼠标那么自然而然地也诞生了人机工程学键盘，这个键盘与之前的键盘的不同之处就是它把键盘分成了两个区域，这样两只手之间的距离就不至于太拥挤，打字也会舒适一些。我们这里还有一双非常高级的鞋子（播放ppt）它的鞋底装有电脑芯片，可以测算你走路的状态，然后对鞋子进行调整，以保持最舒适的感觉。刚才我么提到的这些主要都是指生理上的舒适，那么同样的心理上的舒适也是非常重要的（播放ppt），大家看这个房间的设计，很整洁，很明亮，给人的感觉非常舒适，那么除了健康、舒适、安全、高效，大家觉得合理的人机关系还应该实现哪些目标？ 生：.........师：同学们还举了很多例子，我们这里也有一些典型的目标，一起来看一下（播放ppt）这是一部手机，看起来非常时尚、美观，相信大家在选购手机的时候也会考虑这些的。再来看最后一个这是竹编的收纳盒，它体现了什么目标啊？ 生：.........师：对了，它体现了环保或者说可持续发展的目标，我们刚才提到的所有目标说到底都是体现了一种“以人为本”的设计理念这些都是从人的角度出发，为满足人的需求而产生的。生：..........三、综合练习，巩固知识（6分钟）

师：现在大家对于人机关系已经很了解了，对于它要实现的目标也比较清楚了，下面我们就来看一组练习，找一找图上是哪些设计不够合理，你认为应该如何改进？ 练习三：找找图片上人机关系设计不合理的地方，并改进 师：大家都观察的很仔细，也提出了很多的修改意见，非常好

四、分析总结，课后练习（4分钟）师：总结知识点，并给出一些练习【板书设计】

设计中的人机关系

一、人机关系的概念

“机”接触到的一切事物

二、人机关系需要实现的目标

高效（把人和机作为一个整体进行考虑）

健康

舒适（生理上、心理上）

安全

【课后反思】

1、请学生回答后，要对他们进行鼓励和肯定

2、内容的衔接上要更加圆滑些，避免平铺直叙