工业设计中的人机工程学

第一篇：工业设计中的人机工程学

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。

第二篇：关于工业设计中人机工程学理论研究论文

摘要：近年来，人机工程学得到了飞速发展，并已逐步发展成为了一门多学科交叉的工业设计学科。人、机器以及环境之间的关系是人机工程学的主要研究目标。在科学技术飞速发展的今天，人机工程学该门学科具有一定的现实意义。本文从人机工程学角度入手，系统的阐述了人机工程学相关理论的研究速度，旨在进一步推动人机工程学理论研究工作的深入。

关键词：人机工程；人体性能；环境因素

人、机器和环境之间的关系是人机工程学的主要研究内容，该门学科的研究方法众多，评价手段非常丰富，包括心理学和生理学等等，通过对人机工程学理论的深入研究，我们能够通过多门学科的有效应用，为工业设计领域提供必要的理论依据，这种做法能够有效提高我国工业设计领域的工作效率，能够极大的改善工业设计的工作方式，因此，我们必须对其予以高度的重视。

一、人体特性

作业者以及机器的使用者在人机工程学理论中被称之为“人”，研究人机工程学理论中的“人体特性”应当从以下两个方面入手。一是深入的研究人体结构。[1]从本质上来说，该种研究方式就是在应用人体尺寸测量知识来实现对人体结构的研究，从而将单个主体同群体之间的差别挖掘出来，得出相关数据。这些数据能够为人体测量提供必要的标准。例如，在设计驾驶员座椅的时候，我们就可以以人体数据为标准，制作出适应驾驶员实际情况的座椅等等，由此可见，人机工程学理论在工业设计中占据着非常重要的地位。二是深入的研究人的具体劳动动作。在这里我们又将人的具体劳动动作称之为作业，其内涵是设计者通过作业这种手段，将材料逐步转变为与具体工作顺序相一致的活动。所谓作业空间是指作业者以及机器的使用者在工作的过程中，同机器以及工具等所需要的所有空间总和。之所以进行作业空间设计主要目的在于通过这种方式能够将人机系统的工程优势充分的发挥出来，从而不断的满足作业的需求。[2]笔者认为，在设计作业空间的过程中，设计者应当做到全方面的考虑诸多因素，例如个人的行为因素、设计作品的舒适度等等，只有这样做，才能够设计出符合大众需求的优秀作品。良好的作业空间具有以下几方面的优势，一是作业者的工作效率能够得到极大的提升；二是能够确保作业者四肢所分担的工作量保持适中；三是适应群体的范围非常广泛；四是安全性高，舒适、便捷。在设计作业空间的过程中，我们应当遵循以下几点要求：1）在设计作业空间的过程中，设计者应当以具体设施和元件的重要程度为依据，像显示器、控制器这类装置是比较重要的装置，因此，在布置这类装置的过程中，我们应当考虑布置区域是否能够方便作业者进行操作，笔者认为，这些设备可以安放在空旷的作业区内。[4]2）在设计作业空间的过程中，设计者还应当依照具体设施和元件的使用频率进行布置。在最佳操作区域内放置的设施和元件往往是一些使用频率较高的元件，值得注意的是，在依照该顺序进行摆放的过程中，应当尽可能的将上述元件安排的接近一些，这样做能够使整个操作过程形成一个流水线，极大地提高了工作效率。3）在设计作业空间的过程中，设计者除了应用上述顺序进行排序外，还可以依照不同设施和元件的功能来进行排序，这样，能够极大地方便操作，提升管理水平。值得注意的是，上述排列顺序并不是独立存在，是有机结合在一起的。设计者在进行空间布局的过程中，应当将上述顺序有机结合在一起，并在此基础上，充分考虑作业的安全性、人流的组织形式以及方便特殊人群等因素，可见，虽然空间布置看上去比较简单，其中所蕴含的道理则非常的多。

二、机器系统

作业者以及机器的使用者所操作和使用的产品就是指人机工程学中的“机”，值得注意的是，大家在理解这一概念的过程中，应当明确这里所说的“机”并不是狭义的机器。机器系统主要研究和设计人机界面层次，它具有一定的具体性。一般情况下，我们会将机器系统划分为两个方面，一是显示设计，二是控制设计。很早以前的一段时间内，我们都是通过手工技能来实现对机器质量的控制的，在这种情况下，作业者及机器的使用者与机器之间的协调配合就显得非常重要。常见的手动控制机器的作业包括机床操作等等。随着社会的发展，科学技术水平的提升，大型智能机器应运而生。与传统机器不同，大型智能机器的输出量非常大，其操作幅度也越来越复杂，这就要求作业者以及机器使用者（人）具有较强的决策能力，能够正确的判断信息，并以此为依据选择正确的操作方案。现如今，人机工程学的主要研究内容已经逐步向显示器与控制器的设计方向转变。显示器在工作过程中占据着非常重要的位置，主要原因在于，现如今的生产过程中，操作人员需要大量的处理信息，这就要求操作人员具备精准的、快速的信息处理速度，而上述这些要求则必须通过显示器来实现；控制器在信息传递的过程中也发挥着巨大的作用。笔者认为，设计师在设计控制器的过程中，应充分考虑操作人员的性别特征以及生理尺寸，这样才能够提高工作效率。

三、环境因素

在人机系统中，环境的作用也非常的重要。所谓环境主要是指人们工作的环境以及生活的环境。这些小环境往往与人机系统存在着密切的联系。工作环境不好，会给作业者带来一定的负面影响，例如，作业者如果长期在声音较大的环境下工作，就会导致听力有所下降等。因此，必须对环境因素给予高度的重视。通过长期的研究与实践我们可以得出这样的结论，在深入了解人体对环境中各种因素适应能力的基础上，我们可以确定什么样的环境才能够保障作业者以及机器使用者工作的舒适度，才能够确保他们的安全，使整个作业在安全的环境下进行，这样做，能够极大地提高作业者以及机器使用者工作的积极性，保障他们的健康。四、结语总而言之，工业设计中人机工程学理论的研究具有非常重要的意义，它能够进一步提高作业者的工作效率，保障作业者的人身安全，除此之外，还能够实现流水操作，从而推动工业领域的发展，正因如此，我们应当对其予以高度的重视。

作者:王兴 单位:九江职业技术学院

参考文献:

[1]卢兆麟,汤文成.工业设计中的人机工程学理论、技术与应用研究进展[J].工程图学学报,2009,06:1-9.[2]刘继航.工业设计中的人机工程学理论、技术与应用研究进展[J].科技展望,2015,09:280.[3]姚君,刘淼,陈亚明,王菊.基于人机工程学知识的设计认知与应用方法研究[J].包装工程,2010,06:5-8.[4]谢正文,吴超.近十年我国人机工程学应用研究进展[J].工业安全与环保,2005,03:52-53+19.

第三篇：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

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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：人性化设计中的人机工程学工业设计论文

人性化设计中的人机工程学工业设计论文作者：本站

来源：网络

发布时间：2006-9-21 15:13:00 发布人：admin

--李梁军，黄朝晖

[关键词]人性化设计；人机工程学；系统；人；机；环境[摘 要]通过对人性化产品设计具体案例的分析来说明了人性化设计中所包含的人机工程学因素，并进一步阐述了在产品设计中的人机工程学的工作步骤，指出中国未来的产品设计必须以创意与革新为首要条件，符合人机工程学，使人性化的设计真正体现出对人的尊重和关心。同时也是最前沿的潮流与趋势，是一种人文精神的体现，是人与产品完美和谐的结合。

社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏的加快„„等等一系列的社会与物质的因素，使人们在享受物质生活的同时，更加注重产品在“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”和“效率”等方面的评价，也就是在产品设计中常提到的人性化设计问题。

所谓人性化产品，就是包含人机工程的产品，只要是“人”所使用的产品，都应在人机工程上加以考虑，产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的。我们可以将它们描述为：以心理为圆心，生理为半径，用以建立人与物(产品)之间和谐关系的方式，最大限度地挖掘人的潜能，综合平衡地使用人的肌能，保护人体健康，从而提高生产率。仅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、碗筷之类各种生产与生活所创造的“物”，在设计和制造时都必须把“人的因素”作为一个重要的条件来考虑。若将产品类别区分为专业用品和一般用品的话，专业用品在人机工程上则会有更多的考虑，它比较偏重于生理学的层面；而一般性产品则必须兼顾心理层面的问题，需要更多的符合美学及潮流的设计，也就是应以产品人性化的需求为主。

那么，对于一件产品是如何来评价它在人机工程学方面是否符合规范呢? 以德国Sturlgart设计中心为例，在评选每年优良产品时，人机工程上所设定的标准为：

1)产品与人体的尺寸、形状及用力是否配合；

2)产品是否顺手和好使用；

3)是否防止了使用人操作时意外伤害和错用时产生的危险；

4)各操作单元是否实用；各元件在安置上能否使其意义毫无疑问的被辨认；

5)产品是否便于清洗、保养及修理。

一般情况下，在设计教育中常以上述第三项较为强调，而消费者在购买商品时，则是以产品的视觉效果、商场气氛及价值来决定购买行为的成立与否，但作为一名好的设计师应为产品长期使用的效果及舒适性负责，尤其是避免伤害与危险的防止更是不可忽视的考虑因素。如，在操作计算机的上机姿势中，在现行的上机条件下，操作员常常是手臂向前悬空着来操作键盘和鼠标的。手臂的悬空形成了肩颈部的静态疲劳，使得操作员不得不将背部靠在椅子靠背上作业(后靠姿势会加大悬空的手臂的前伸程度，从而增大肩部所需要的平衡力矩，加快肩颈部的疲劳)，而当操作员脱离靠背又手臂悬空时，体重就全部需要由脊柱来承担，其结果或者是腰背的疲劳酸痛，或者是腰肌放弃维持直坐姿势而塌腰驼背，或者是把手腕抵在桌沿而引发腕管综合症。那么，要解决诸如此类的问题，设计师就必须充分考虑人机工程学的因素。

所谓人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人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以及心理因素对工作效率的影响等。

人机工程学因素往往是企业提高其竞争力的手法之一。若说“人性化产品”是与“人”合为一体的产品设计，“人机工程因素”则是设计工业产品时的人机界面所必须考虑的因素。在我国即将加入WTO所面临的冲击下，中国的制造业无不是严阵以待，企图在竞争中保持优势。管理大师麦克·波特(MICHAEL PORTER)曾说过，企业具备竞争优势的两个方式，一是扩大生产规模，走向规模经济，才能占有成本上的优势；另一个便是创造企业或产品的附加值，制造消费者趋之若鹜的心理。在现今产品和质量逐步提高，且消费者对商品品质要求越来越高的情况下，各产品制造商们无不力求突破，希望能出奇制胜，打动消费者的心。拿当今世界上提出的“健康”人机工程学的新要求为例，即是用某些考虑人机因素的辅助性产品，如：电动腰靠、紫外线阻隔(UV、CUT)等来提高产品人性化的层次，籍此创造其他品牌无法模仿的优势，而赢得消费者青睬的。

究竟什么样的产品需要人机工程呢？在设计上又如何表现，才能成为符合人机工程学的产品呢?

工业设计师指出，就电脑的相关部件和设备而言，如键盘、鼠标等输入装置，因使用者可能长时间利用其从事工作或娱乐，接触的时间较长，在使用时也可能十分投入。因此，人机工程学就成了设计上最主要的条件之一。

人机工程学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究。在人机工程学中将这个系统称为“人——机——环境”系统。这个系统中，人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。本学科的人机系统设计理论，就是科学地利用三个要素间的有机联系来寻求系统的最佳参数。

系统设计的一般方法，通常是在明确系统总体要求的前提下，着重分析和研究人、机、环境三个要素对系统总体性能的影响，如系统中人和机的职能如何分工；如何配合；环境如何适应人；机对环境又有何影响等问题，经过不断修正和完善三要素的结构方式，最终确保系统最优组合方案的实现。这是人机工程学为工业设计开拓了新的思路，并提供了独特的设计方法和有关理论依据。

作为一个全息系统的局部，一个产品中包括了我们这个商品社会中的全部信息。一件设计优良的产品，必然是人、环境、经济、技术、文化等因素巧妙融合、平衡的产物。开始一项产品设计的动机可能来自各个方面，有的是为了改进功能，有的是为了降低成本，有的是为了改变外（转载自中国教育文摘http://www.edUzhai.net，请保留此标记。）观，强化“柜台效应”，以吸引购买者，更多的情况是上述几方面兼而有之。于是，对设计师的要求就可能来自功能、技术、成本、使用者的爱好等各种角度。不同的产品设计的重点也大不相同，暖水瓶的设计显然就要比香水瓶的设计考虑更多的人机问题；再以肇及设计所设计的电脑游戏遥感器为例，乍见此产品时，看似不符合人机工程学，但实际使用时却很合手，操控性良好，而且遥感器外型颇酷，用此摇杆玩空战游戏，有操控战斗机的味道。相比于市场上其他同类型的产品，即使售价比一般产品高出许多，也一样大受欢迎，足见其魅力所在。但也有这样一种产品，在市场上受到欢迎，是因其外型讨好且成本不高所致，但缺点是产品轻，因此，在使用时本来一只手操作很方便，却不得不双手并用才行，这就是该产品在人机工学上的不足之处；但在成本、售价及市场因素的考虑下，厂商还是推出此种产品。而对于专业用品就不同了，例如美发师每天所使用的吹风机，除草机工人所使用的修剪机就绝对不能轻视人机工程学在生理层面上的考虑。

然而，一个好的产品设计是可以涵盖形态和人机因素的，产品的外形一样也可以有机会作人机工程的发挥。以TEAGE为微软所设计的易用鼠标球而言，该鼠标是特别为儿童体验电脑而设计的，在方案决定之前对儿童的抓握方式进行了研究，黄白两色相间的鼠标球使儿童们在学习电脑时，增加了趣味性和功能性。该产品已经超脱了产品造型上的束缚，除让其更好用之外，也同时赋予了产品新的意义与想象空间。

除了一般的大众消费品之外，专为特殊族群所设计的产品在人机工程学上也有更多的考虑。如，残疾人用的瓷器套具，此套设计是专为残疾人做的餐具，又不让人直接看出它们是专为残疾人做的。故而，设计师在充分考虑了人机工程学的基础上，特别处理手把的凹凸，使患者拿在手里有一种心态上的平衡感，既能看到，又能摸到，但又不那么显眼。

再以医疗设备来说，病床、医疗椅等产品，在设汁上不只是考虑操作要符合人机工程学，在材料上也应力求人性化，增加产品的亲和力，以提高产品的“EQ”。

由于学科来源的多样性和应用的广泛性，人机工程学中采用的各种研究方法种类很多，有些是从人体测量学、工程心理学等学科中沿用下来的，有些是从其他有关学科借鉴过来的，更多的是从应用的目标出发创造出来的。其中常用于一般产品设计领域的方法有如下几类：

1，测量方法

测量方法是人机工程学中研究人形体特征的主要方法，它包括尺度测量、动态测量、力量测量、体积测量、肌肉疲劳测量和其他生理变化的测量等几个方面。

2．模型工作方法

这是设计师必不可少的工作方法。设计师可通过模型构思方案，规划尺度，检查效果，发现问题，有效地提高设计成功率。

3．调查方法

人机工程学中许多感觉和心理指标很难用测量的办法获得。有些即使有可能，但从设计师工作范围来看也无此必要，因此，设计师常以调查的方法获得这方面的信息。如每年持续对1000人的生活形态进行宏观研究，收集分析人格特征、消费心理、使用性格、扩散角色、媒体接触、日常用品使用、设计偏好、活动时间分配、家庭空间运用以及人口计测等，并建立起相应的资料库。调查的结果尽管较难量化，但却能给人以直观的感受，有时反而更有效。

4．数据的处理方法

当设计人员测量或调查的是一个群体时，其结果就会有一定的离散度，必须运用数学方法进行分析处理，才能转化成具有应用价值的数据库，对设计产生指导意义。

当今的工业设计师面临着多种活动和课题，例如：电视资讯、互动电视、通用遥控器等，与企业合作的范围也很广，在实施产品的人性化设计过程中，通常采用如下的设计程序：

1)建立并运用资料库(这在前面已有论述)；

2)决定研究主题；

3)观察阶段：

*目标轮廓 *访识/观察 *使用模式/议题

4)发展阶段：

*关键议题 *产品概念 *测试与评估

在整个研究过程中，人机工程师和工业设计师都必须全程参与，但在各个阶段为主为辅的角色会有不同。例如：产品概念由工业设计师主导，测试则由人机工程师主导，每个步骤以剧本的形式来串连沟通。每件产品都有各自的在人机工程学上的特色，特别是消费性产品。以汽车内部设计来说，就有三个表达人机工程需求的方式：一是操控界面，如方向盘的设计；二是座椅及内装设计，如一些大客车座椅，或者老板椅的靠背上部，都有一道鼓起来的凸包。对于大多数的中国人来说，这个凸包常常是顶在后脑勺，使得身体后靠在椅背时，不得不稍稍低头。从设计上来说，这道凸包本来是用来垫靠颈部凹处，使人的头颈更舒服的。问题的出现是由于这些座椅的设计和生产直接从国外引进，而生产者又没有重新考虑中西方人在身材方面的不同，尺寸上完全照搬。结果西方人垫颈的凸包就顶住了我们的后脑勺；三是情报沟通系统，如导航系统设计及安全警报功能。

在新的世纪里，我们以新的方式来感知世界，人们越来越多的在追求一种新的生存环境和生存空间，毫无疑义，未来的人性化设计具有更加全面立体的内涵，它将超越我们过去所局限的人与物的关系的认识，向时间、空间、生理感官和心理方向发展，同时，通过现代高科技技术如虚拟现实、互联网络等多种数字化的形式而扩延。IDEO设计公司的数字化收音机正是基于这一观念上的最新数字广播概念设计，通过对使用者状况的设计构想，研究收音机的可能外观和操作方式。无论在造型上还是在界面设计上，都使人机交互关系达到物我两忘的状态。该收音机上的显示屏幕以图形界面来说明音频节目的内容。设计范围包括个人化家用收音机、个人可携式收音机和演艺工作者的专业收音机。

中国未来的产品设计必须以创意与革新为首要条件，唯有真正好用且务实的商品才能在市场上脱颖而出，让消费者感到贴心且实惠的产品方是企业制胜的绝佳利器。符合人机工程，人性化的设计是最实在，同时也是最前沿的潮流与趋势，是一种人文精神的体现，是人与产品完美和谐的结合。使人性化的设计真正体现出对人的尊重和关心。

[参 考 文 献]

[1] ＜人机工程学＞．丁玉兰．主编．北京理工大学出版社．

[2] ＜人机工程学设计应用＞．严扬．编著．中国轻工业出版社．

[3] ＜世界著名设计公司卷＞．蔡军．徐邦跃．编著．黑龙江科学技术出版社．

作者联系地址：

李梁军: 湖北美术学院设计系，湖北武汉 430060

黄朝晖: 华中科技大学机械工程学院工业设计系，湖北武汉 430060

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