人机工程学应用

人机工程学应用（共6篇）

篇1：人机工程学应用

人机工程学及其应用

一、人机工程学的定义

人机工程学是从人的生理和心理出发，研究人－机－环境相互关系和相互作用的规律，以优化人－机－环境系统的新兴学科。人机工程学研究在设计人机系统时如何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。

二、人机工程学的应用领域

人机工程的应用领域是十分广泛的，几乎涉及人类工作和生活的各个方面。下面列出几大类主要应用方向：

（1）人体工作行为解剖学和人体测量；工作事故，健康与安全包括人体测量和工作空间设计；姿势和生物力学负荷研究；与工作有关的骨骼、肌肉管理问题；健康人机工程；安全文化与安全管理；安全文化评价与改进；

（2）认知工效学和复杂任务；环境人机工程认知技能和决策研究；环境状况和因素分析；工作环境人机工程；

（3）计算机人机工程；显示与控制布局设计；人机界面设计与评价软件人机工程；计算机产品和外设的设计与布局；办公环境人机工程研究；人机界面形式；

（4）专家论证：多工作环境；人的可靠性专家论证调查研究；法律人机工程；伤害原因；人的失误和可靠性研究；诉讼支持；

（5）工业设计应用医疗设备；坐的设计与舒适性研究；家具分类与选择；工作负荷分析；

（6）管理与人机工程人力资源管理；工作程序；人机规则和实践；手工操作负荷；

（7）办公室人机工程与设计；医学人机工程办公室和办公设备设计；心理生理学；行为标准；三维人体模型；（8）系统分析；产品设计与顾客；军队系统；组织心理学；产品可靠性与安全性；服装人机工程；三维人体模型；军队人机工程；自动语音识别；

（9）人机工程战略；社会技术系统；暴力评估与动机；

（10）可用性评估与测试；可用性审核；可用性评估；可用性培训；试验与验证；仿真与试验；仿真研究；仿真与原型；

三、人机工程学的设计原理

人机工程设计基本原则主要是：

(1)以人为中心；(2)合理的人、机功能分配；(3)防错容错设计；(4)评价，再设计。

设计时把与人有关的诸因素统一、协调地加以考虑。机器和环境的设计要考虑人的特性，不能超过人的能力限度，而且要力求人操作时最省力、最方便、最舒适，使机器和环境宜人。使人适应机器和环境。

评价一件产品是否符合人机工程学的规范，主要标准为：（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。

在人机工程学中，产品的设计重点是放在操作者方面。一般来说，有反复性或持久性的使用动作，都会受到人体尺寸的影响，这包括静态和动态两种人体测量尺寸数据的影响。一般在产品的设计中，许多问题并不都能得到充足的人机工程学方面的数据，此时设计者就要采取假设、验证、综合等方法加以解决。

人的因素对工业产品设计的影响。有些，如人体测量尺寸、人的肌力、运动特性、生理特性等是可以测量的，是理性方面的；有些，如心理变化、环境作用等则不易直接测量，有些属于情感方面的，还难找出一套标准作为依据。因此，人机工程学的设计，不能以机械的态度对待。

人的需求分为7个方面：生理的需求，指人类免于饥饿、口渴、寒冷等的基本要求；安全的需求：指人免于危险的要求；归属需求：指人免于孤独的需求；尊严的需求：指人要求有成就感的需求等；认知需求：即人要求了解、探索的需求；审美需求：即人们追求秩序的需求；自我实现的需求：指人要求发挥自己的潜能，发展自己的个性，要求表现自己的需求。人的需求与产品之间的关系如下图所示：

与设计关系最为密切的需求因素可归纳为3个方面：生理性需求、心理性需求、智性的需求。

1、生理性需求：对待这种类型的需求，最重要的观念就是借助产品功能来弥补人们无法达到或不方便完成的许多工作。这种设计，不外乎就是把设计看成是人类本身系统的再延伸。例如，电话的设计就是听觉能力的再延伸，计算机是人脑的延伸。又如各类椅子、床等的设计，就是弥补人们自身所能承担的支撑能力范围的不足而产生的。

2、心理性需求：审美需求、归属需求、认知需求或自我实现的需求（马洛斯的分类）都是属于心理性的需求范围。产品设计中的造型美观、精致等一些使人赏心悦目的要求，就是出于这方面的考虑。为满足这种需求，对设计的要求是很高的。例如，要求产品能适合宜人性的要求，要体现某种使用者的身份、地位、个性，要满足使用者的成就感和归属要求等。

3、智性的需求：这类需求一般是指所设计的产品对人有一种特别的意义，例如具有开拓智慧、智力的意义。智性上的需求大致包括人们提高智能水平、解决问题的能力、效益、速度等方面。如现代计算机代替算盘的设计，现代电子衡器代替以前机械衡器，现代办公系统等的设计，都是为了满足人们的这种需求。广义上讲，现代的符号语言设计也是为了提高信息传递高效、简便、可靠的要求而设计的，也是为了满足人们的智性上的需求产品造型上强调信息传达性也是如此。

在人机工程学的具体设计中要考虑的人机工程学因素主要包括以下5个方面：

（1）运动学因素：即研究动作的几何形式，探讨产品操作上的动作形式、人的操作动作轨迹以及与此有关的动作协调性与韵律性等。

（2）动量学因素：即研究动作与产生动量的问题，如水龙头把手和打火机的设计等。

（3）动力学因素：主要讨论产品动态操作上所需花费的力量、动作的大小等。

（4）心理学因素：主要探讨操作空间和动作等对人的安全感、舒适感、情绪等的影响。

（5）美学因素：主要指在心理感受的基础上，在形态的设计方面如何满足认得精神审美要求。

四、人机工程学在生活中的应用

人机工程学不但可以应用于宇宙飞船、喷气飞机、电气火车、汽车等复杂的机械系统，而且可以应用于日常生活用品设计之中。如台架、水龙头、把手、椅子、桌子等。人机系统并不是人与机械的简单结合，它们之间有着复杂的关系．因此：在人机系统中，人和机械下能割裂开来研究，应该根据人与机械的相互关系，用系统的观点对作业和环境条件进行分析研究，并正确使用分析结果。

应用举例：从人机工程学的观点来看，“椅子是坐的机器”。从简单的板凳到牙科诊所的医疗椅，座椅的复杂程度以及它与人的关系大不相同。座椅的设计，要依据坐的场所（如飞机、轮船、舰艇、坦克、公共汽车、办公、家庭、车站等），座椅的功能（休息、工作、休闲等）、座椅的材料（皮革、木头、水泥等）、人机工程学原则来进行设计。

同一张座椅，如果其背部曲线与座面的设计不同，给人的感觉完全是两样的。这一点则要靠人机工程设计与试验检测来完成。

座椅根据其使用目的，可以分为三类：

第一类为工作座椅。这类座椅用于办公室及各种坐姿操作场所。设计时应将舒适性与操作效率一并考虑。靠背根据工作性质，可以上下调节或前后调节，最好支撑在4～5节腰椎处。座面应近于水平，座椅高度应可调。

第二类为休息用椅，这类座椅适用于休息室及各种交通运输工具中，如飞机、汽车、火车、轮船中的乘客座椅。这类座椅应以舒适性作为设计重点。

第三类为多功能座椅。适用于多种场合，既可就餐时用，也可作为工作用椅或备用椅，便于搬动和堆贮。

从人机工程学的角度出发，设计不同的椅子，才能适应不同的要求，如减少引起疲劳、干扰操作的因素，如温度、湿度、气压、光线、色彩、噪声、振动、沙尘、空间等，更好的发挥它们的作用。

在考虑人的特性时，不但要考虑人的生理、心理特点，如人体尺寸、体力、感知能力、认识能力等，还要考虑人的心理需求，如实现自我的需要，心理空间的需要，互相尊重和友情的需要等；不但要考虑人的普遍特性，还要考虑人与人之间的个体差异。随着对“人”的认识逐步深入和全面，人机设计将更趋完美，其效果也更加明显。

篇2：人机工程学应用

安全人机工程学的应用

摘要：人机工程学是研究人、机(包括工业产品、建筑结构、环境规划、生活用品等)及其环境之间相互作用的`综合性学科.人机工程学运用人体测量学、生理学、心理学、生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段,综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题的研究,研究人机系统中人、机特性,人与机器以及人与环境的相互作用,人机界面设计,以及人在工作、生活中工作效率、人的舒适和安全健康等问题.作 者：楼霄翔 作者单位：浙江省安全生产宣传教育中心期 刊：劳动保护 Journal：LABOUR PROTECTION年，卷(期)：,“”(5)分类号：

篇3：人机工程学在平地机上的应用

1. 改进型操纵机构

卡特彼勒最新的M系列平地机完全取消了转向盘以及传统的操纵杆,将其功能完全集成到左、右2个电液控制手柄上(见图1),既提高了驾驶员的工作效率,同时也改善了前方视野。卡特宣称,将控制杆和转向盘替换为2个电子液压操纵手柄后,大约减少了78%的手部和腕部运动。与卡特类似,约翰迪尔G、GP系列平地机也取消了操纵杆(见图2),取而代之的是驾驶室两边的8个圆形控制器,但还是保留了转向盘。纽荷兰新型平地机F106、F156.7依然保留了转向盘及操纵杆,但操纵杆的下部隐藏在前方操纵台内,只能看到操纵杆上部,从而改善了前方视野。新型沃尔沃G970、G976、G990型及小松GD555、655、675-5型平地机将操纵杆下部向中间收拢,减小了对视野的影响。

2. 开放式后机罩

对平地机产品而言,其关键零部件基本都集中在机罩下部,主机厂历来对提高机罩的人性化设计以及性能非常重视。

从国外主流平地机来看,基本上都采用了开放式机罩。如约翰迪尔G、P系列平地机发动机仓、散热器室门(见图3)可以单独打开,同时散热器风扇装在一个铰链门上,也可以打开,大大方便了维修;纽荷兰G140型平地机采用整体式机罩,并且能够向上翻,可让维修人员最大限度地接触机罩下各部件,同时机罩下部的护板能够完全展开,站在地面就可对发动机进行常规维护;与其他平地机不同,沃尔沃将散热器分布在3个方向,组成一个框形结构(见图4),散热器罩及发动机罩可以完全打开,维护起来非常方便。

3. 六边形驾驶室

六边形驾驶室能改善驾驶员对铲刀、牵引杆及回转盘等的视野。日本小松二代以前的平地机都是采用六边形驾驶室,但由于成本较高以及液压阀难布置等原因,开发的GD555、655、675-3型平地机采用了四边形驾驶室。如今由于平地机操作视野受到极大重视,这几款平地机又采用了新设计的六边形驾驶室(见图5)。

4. 其他零部件

对于功能相近的零部件,趋向于集中布置。如约翰迪尔G、GP系列平地机的液压油、变速器、差速器的过滤器都装在一个地方,换滤芯非常方便;液压油管接头也布置在同一地方,有利于液压系统的检查。

篇4：人机工程学应用

关键词：产品设计 人机工程学 教学实践 课程设计

人机工程学是产品设计专业必不可少的教学内容。然而，作为一门传统的工学课程，人机工程学却很难真正融入艺术类院校产品设计专业的教学体系中。在查阅的多本关于产品设计中的人机工程学的专著和教材中，发现其教学内容多数还是工科体系中的人机学内容，知识范围广泛庞杂。在多篇关于产品设计中人机工程学的教学实践的论文中发现，在以往的教学中，多数还是从知识体系出发进行理论学习，也有的根据知识单元，进行了分散的实践练习。这显然是难以达到在具体项目实践中，应用人机学理论、原理、数据和方法进行产品设计的要求的。

基于以上这些问题的考虑，在最近两年的人机工程学课程的教学中，作者从人机工程学与产品设计的关系出发，基于课程设计组织教学内容，进行教学实践。

一 产品设计应用人机工程学

人机工程学是研究人、产品（物）及其使用环境之间相互作用及具体应用的学科，它在许多领域具有广泛的应用价值。从产品设计角度来看，产品是为人使用为人服务的，因此产品的设计必须满足人的生理、心理需要。人的因素已经成为工业设计的主要甚至决定性因素，人机学的内容包括人体测量、人的行为、感知科学等。这些科学知识在设计过程的不同阶段会有不同层次的应用，如何将科学知识转变为在从事具体设计时有效解决问题的能力，是这门课程的主要目标。

在《工业设计应用人机工程学》（胡海权编著）一书中，作者提出了“工业设计应用人机工程学”的概念，把它看作是一种以人机工程学为研究对象的设计方法，“作为工业设计师的我们毕竟不是人机工程学的研究者，而是其应用者”。从这一角度出发，我们可以将产品设计中的人机工程学理解为人机学的一个分支，或可称之为“产品设计应用人机工程学”。对于产品设计师来说，人机工程学是一种关注人的设计理念，是注重行为分析的设计方法，是能够为产品的合理性提供数据的科学工具，也是设计方案人机关系优劣的评判依据。

因此对于产品设计专业，人机工程学的教学应该注重应用，而且应该将人机学知识的学习融入完整设计过程之中，并逐渐将对知识的应用转化为自觉的设计理念和设计方法。

二 课程特点

（一）教学思路

在作者所在的院校产品设计专业为艺术类招生，学生的优势在于感性思维和形象思维，而大部分学生的逻辑思维能力较差。作为工程学科的人机工程学的教学，如果以理论讲授和人机实验为主要内容，会显得枯燥且学习效果不佳，难以达到预期的学习结果。因此“工课艺学”成为这门课程教学的总体思路。即在教学中引进合适的课题，由学生自定题目进行产品设计实践，在实践过程中应用人机工程学的基本原理和研究方法。理论学习的内容和进度也围绕项目流程而展开，进行相应的讲授和指导。

（二）教学内容与教学方法

人机工程学是一门独立的学科，有完备的理论体系，知识内容广泛。而对产品设计来说，主要是对其理论和原理的应用，所涉及的相关知识只是其中的一部分。为了更好的把握教学内容，有必要在了解整体理论体系的基础上，从产品设计的一般流程出发，结合产品设计不同阶段对人机工程学不同层次的应用，对教学内容进行取舍和重新组织。

产品设计是一个复杂的非线性的过程，而且在不同企业其开发流程也有所区别。为了便于讨论，这里将产品设计流程根据工作内容简化为以下几个阶段，即：立项、设计调研、分析定位、概念方案设计、方案细化和模型制作。在设计过程的不同阶段，人机工程学皆有不同层次的应用，如（图1）所示。

1 设计立项。对于课程设计，主要是教师拟定主题，学生再选定具体的产品类型或方向。在第一次课通过讲授“人机工程学与产品设计”的内容，帮助学生认识人机系统，识别产品使用过程中的人机交互关系，也为正确选题作准备。

2 设计调研与分析定位，对应的教学内容为“产品设计中的人机分析”。首先需要强调的是，人机工程学从理念和方法上，为设计师提供了关注用户及其使用行为的视角，但并不是所有项目都需要进行人机调研与分析。因此在项目开始时，需要考量产品的人机系统关系，当人机关系的改进可以成为创意点或创新的突破口时，或者改进产品的可用性成为设计的主要目标时，才需要将人机关系的调研与分析作为设计调研的重点。

在人机调研分析阶段，首先需要对限制条件进行分析。所谓限制条件，是指由人机系统的工作目标决定的那些影响人机关系的外界因素。凡是在系统目标规定内无法改变的因素，都是设计的限制条件。分析清楚了限制条件，也就给人机问题的研究和解决划定了明确的目标和界线。

其次是对使用者的调查分析，包括：对使用者的生理特征、心理特征、动作特征以及产品使用环境的调查与分析。

人机调研与分析是重要内容，在教学过程中，这一部分内容采用了“设计师的方式”进行。如用摄影法进行人的尺度的调查，或通过影像记录产品的使用环境、使用过程以及使用者的动作特征等。甚至可以在调查的基础上，模拟并记录典型的使用情境，以便更好的发现人机问题，将其与设计方案对接。

3 概念方案设计。在调研分析阶段，已经逐渐明确主要的人机问题，形成初步的设计定位和解决方案。在进行概念设计时，就需要将人机分析与产品形态的构建相结合，将抽象的或文字描述的解决方案，转化为表达产品形态的手绘草图或简单的实物模型，可称之为概念的视觉化。

4 方案细化。在草图方案的基础上，利用计算机软件按比例绘制2D效果图或建立3D数字模型，结合相关的人体测量数据和人体模板，对产品形态的尺寸进行调整。随着虚拟现实技术的发展，利用计算机进行人机交互分析也成为可能。但限于教学条件，该部分的教学内容主要还是利用人体测量数据绘制二维人体模板，用来对产品尺寸进行调整与确认。所以从概念设计后期开始讲授“人体测量与设计应用”、“应用人机学的一般参考准则”、“设计案例分析”等内容。

5 模型制作。对于人机工程学课程来说，制作全比例模型进行使用体验和感性的人机测试是必不可少的。要求用泡沫、油泥或木材等熟悉的材料，制作实物模型，但对于色彩、材质等只在效果图上体现，在实物模型中不作要求。模型完成后，各小组之间进行使用体验并记录，以作为进一步修改的依据。该部分课程内容为“人机测试评价”，主要还是通过设计案例的分析讲解。

在课程结束后，会要求学生将设计过程整理PPT进行作业汇报，教师除了点评之外，还会制定评价标准，由学生之间进行互评和答辩。

三 教学实践

（一）课程设计与进度安排

在作者所在的院校，人机工程学课程共8周，课内有32学时。以2013年～2014年度秋季学期的人机工程学课程为例，学生为大学本科三年级，已经学习过一些产品设计的专业设计课和专业基础课，在产品造型、材料加工和模型制作方面有较好的基础。在总体教学设计上，采取以学生为主体，以课程设计为导向的课程组织形式。将课程内容按设计流程分阶段，同时也将课程设计分解成若干个阶段性任务，给定完成的时间节点，其余的由学生自主安排。除了课堂上的理论学习和方案讨论之外，学生还需要利用课余时间来完成每次课的作业。

在这次课程中，给学生拟定了“手——与手有关的产品研究与设计”课程设计题目。要求学生每2～3人为一组，自定具体产品，应用人机工程学进行调查分析与设计。设计结果可以是对现有产品的改良设计，也可以是探索性的概念设计。

此外，还规定了具体的作业内容和完成时间，在每一项内容完成之后进行一次汇报，使教学有序的进行，如（图2）。

（二）学生作业分析

课程结束后，学生提交了课程设计的汇报PPT。学生在拟定的题目范围内，选择了开瓶器、鼠标、灭火器和雨伞等产品作为研究和设计的对象。这些产品主要是实用工具，注重功能性和可用性。就人机工程学这门课程而言，作业的核心内容在于“人机调研与分析定位”及对应的“人机解决方案”。

从作业的结果看，大多能按照设计的需要进行人机关系分析并提出相应的解决方案，达到在设计中应用人机学原理和方法的教学目标。作业中表现出了这些特点：

a 对产品的使用过程和使用方式进行观察，并用视频或图像的形式进行记录，分析其中的人机关系。或通过情境模拟和故事板的方式再现产品的使用，帮助发现所存在的人机问题。如（图3）所示，是对开瓶器使用方式的调查分析。（图4）为灭火器设计中的情境模拟和故事板。

b 结合产品的使用过程，用摄影法对手的生理结构、动作特征进行调查，根据所设计的产品进行特定的分析，在调查和分析中指出产品使用过程所存在的人机问题，为产品设计提供依据。有的小组还根据设计的需要尝试了新的研究方式，如用油泥模型研究手的抓握空间。如（图5），用摄影法研究使用开瓶器时手的动作特征，并用油泥模型研究手握空间。

c 在方案设计时，通过草图、模型等，尝试将人机问题的解决方案通过产品形态表现出来。进而通过查阅人机数据，绘制二维人体模板，进行相关人机尺寸和操作空间的研究，辅助完善设计方案。如（图6），用二维人体模板辅助研究使用鼠标时的动作特征。

d 设计方案大多是对现有产品的功能、使用舒适度和使用方式等进行改进，提出了产品原型，在造型、色彩、材质和可行性等方面还可以有很大的提升空间。最后的实物模型也比较粗糙，各小组之间进行了简单的使用体验和感性评价，没有就人机测试作进一步的研究。（图7），展示的是开瓶器方案设计阶段的概念草图、效果图、实物模型和使用体验。

四 教学效果分析

篇5：人机工程学在设计里的应用

班级：工业设计

姓名：陈晓清

学号：090602015

一、椅子

我们根据古籍资料开发了多款“第一把交椅”，选用优质的鸡翅木做原料，充分体现了其木质肌理细密，紫褐色深浅相间成文，予人以羽毛璀璨闪耀之感的特点。还原了这款历史上最有名的椅子！这种椅子的特点是木头的双脚交叉，张开以后才能平稳，所以又称“交床”。大约在唐以后，人们才把带后背与扶手的坐具称为椅子。在宋元时已出现了带靠背的交椅，分为直背与圈背两大类。明代的交椅就是圈背交椅的延续与发展，而前者直后背交椅，《三才图会》名之曰“折叠椅”。

明代交椅以造型优美流畅而著称，它的椅圈曲线弧度柔和自如，制作工艺考究，通常由三至五节榫接而成，后背椅板上方施以浮雕开光，座面多以麻索或皮革所制，前足底部安置脚踏板，装饰实用两相宜。扶手、靠背、腿足间，一般都配制雕刻牙子，另在交接之处也多用铜装饰件包裹镶嵌，不仅起到坚固作用，更具有点缀美化功能。交椅可折叠，搬运方便。

在交椅进入厅堂时，它的交叉折叠的椅足已失去了原来野外使用的功能，于是有人将它改成常规椅子的四条直足，这便成了“圈椅”。现传世的明式交椅，以黄花梨最珍稀，而杂木交椅的存世量不少。

二、自行车

1886年，英国的约翰.k.斯塔利，是一位机械工程师，从机械学，运动学的角度设计出了新的自行车样式，为自行车装上了前叉和车闸，前后轮的大小相同，以保持平衡，并用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶的车轮。斯塔利不仅改进了自行车的结构，还改制了许多生产自行车部件用的机床，为自行车的大量生产利推广应用开辟了宽阔的前景，因此他被后人称为“自行车之父”。斯塔利所设计的自行车车型与今天自行车的样子基本一致了。

1888年，爱尔兰的兽医邓洛普，从医治牛胃气膨胀中得到启示，他把家中花园里用来浇水的橡胶管粘成圆形，打足了气，装在自行车轮子上，前往参加骑自行车比赛，居然名列前茅，引起了人们极大的兴趣。充气轮胎是自行车发展史上一个划时代的创举，它增加了自行车的弹性，不会因路面不平而震动；同时大大地提高了行车速度，增大了车轮与路面的摩擦力。这样，就根本上改变了自行车的骑行性能，完善了自行车的使用功能。

同样是1888年，英国考文垂市的约翰.k.斯塔利 生产出了第一辆现代自行车———“安全”自行车。其主要特点是采用菱形车架，使得车身有更高的刚度和强度，后轮用链条驱动，并通过前叉直接把握方向。

骑行性能与自行车的结构尺寸有关，骑行者的体材与车辆相互匹配才会骑行轻快、舒适和操纵自如。人体与车辆在A、B、C3点接触,3个点组成一个三角形，它的边长和角度是自行车的重要参数。AB和AC的长度关系到骑行者能否最有效地发挥体力。BC 的长度和位置依车型和骑行者习惯而定，它决定骑行者的姿势和舒适性。（降速自行车）

自行车前后轮中心距L、前叉倾斜角θ和前叉伸距T也是自行车的主要参数，根据车型选定。一般来说，L、T值大而θ值小时，车辆稳定性好，直线行驶的自复力强，但灵活性差；反之，L、T值小而θ值大时，车辆灵活性强而稳定性差些。L值是根据骑车人的体材来选择,一般在900～1200mm;θ值在65°～75°;T值决定于θ值。前叉翘度H通常控制在前叉转向轴线和前轮中心垂线交点J的位置，J点离地面的高度一般为车轮半径R的15％～60％。另外，制造精度以及车轮重量（含轮胎）也影响骑行性能。

三、电话

提起人机工程学首先要介绍一个人物――亨利·德雷夫斯（Henry Dreyfess，1903-1972），他是人机工程学的奠基者和创始人。德雷夫斯起初是做舞台设计工作的，1929年他建立了自己的工业设计事务所。他1930年开始与贝尔公司合作，德雷夫斯坚持设计工业产品应该考虑的是高度舒适的功能性，提出了“从内到外（from the inside out）”的设计原则，贝尔公司开始认为这种方式会使电话看来过于机械化，但经过他的反复论证，公司同意按照他的方式设计电话机。这以后德雷夫斯的一生都与贝尔电话公司有结缘，他是影响现代电话形式的最重要设计师。

贝尔公司1927年首次引进横放电话筒，改变了以往纵放电话筒的设计，1937年德雷夫斯提出了从功能出发，听筒与话筒合一的设计。德雷夫斯设计的300型电话机，今天看起来虽然老式，但这一设计首次把过去分为两部分、体积很大的电话机缩小为一个整体。由于这个设计的成功，使贝尔公司与德雷夫斯签订了长期的设计咨询合约。

五十年代初期，制作电话机的材料由金属转为塑料，从而基本确定了现代电话机的造型基础。到五十年代末，德雷夫斯已经设计出一百多种电话机。

德雷夫斯的人机工程学的其它研究成果是在1955年以来他为约翰·迪尔公司开发的一系列农用机械中，这些设计围绕建立舒适的、以人机学计算为基础的驾驶工作条件这一中心，特点是外型简练，其中与人相关的部件设计合乎人体舒适的基本要求，这是工业设计的一个非常重要的进步与发展。德雷夫斯的设计信念是设计必须符合人体的基本要求，他认为适应于人的机器才是最有效率的机器。

四、汽车

1769年，法国人N.J.居纽(Cugnot)制造了世界上第一辆蒸汽驱动三轮汽车。1879年德国工程师卡尔.苯茨(KartBenz)，首次试验成功一台二冲程试验性发动机。1883年10月，他创立了“苯茨公司和莱茵煤气发动机厂”，1885年他在曼海姆制成了第一辆苯茨专利机动车，该车为三轮汽车，采用一台两冲程单缸0.9马力的汽油机，此车具备了现代汽车的一些基本特点，如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动前轮转向和制动手把等。1886年的1月29日，德国工程师卡尔?本茨为其机动车申请了专利。同年10月，卡尔本茨的三轮机动车获得了德意志专利权（专利号：37435a）。这就是公认的世界上第一辆现代汽车。由于上述原因，人们一般都把1886年作为汽车元年，也有些学者把卡尔.苯茨制成第一辆三轮汽车之年(1885)，视为汽车诞生年。一辆汽车）

甲壳虫型汽车

（世界第 1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。1934年，美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设计。1937年，德国设计天才费尔南德?保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。甲壳虫不但能在地上爬行，也能在空中飞行，其形体阻力很小。保时捷博士最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处，使“大众”汽车成为当时流线型汽车的代表作。船型汽车

这种汽车改变了以往汽车造型的模式，使前翼子板和发动机罩，后翼子板和行李舱罩溶于一体，大灯和散热器罩也形成整体，车身两侧形成一个平滑的面，车室位于车的中部，整个造型很象一只小船，所以人们把这类车称为“船型汽车”。鱼型汽车

为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，人们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车。1952年，美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代。如果仅仅从汽车背部形状来看，鱼型汽车和甲壳虫型汽车是很相似的。但如仔细观察，会发现鱼型汽车的背部和地面所成的角度比较小，尾部较长，围绕车身的气流也就较为平顺些，所以涡流阻力也相对较小。

楔形汽车

“鱼型鸭尾式”车型虽然部分地克服了汽车高速行驶时空气的升力，但却未从根本上解决鱼型汽车的升力问题。在经过大量的探求和试验后，设计师最终找到了一种新车型――楔形。这种车型就是将车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。

楔形造型主要在赛车上得到广泛应用。因为赛车首先考虑流体力学(空气动力学)等问题对汽车的影响，车身可以完全按楔形制造，而把乘坐的舒适性作为次要问题考虑。如20世纪80年代的意大利法拉利跑车，就是典型的楔形造型。楔形造型对于目前所考虑到的高速汽车来说，无论是从其造型的简练、动感方面，还是从其对空气动力学的体现方面，都比较符合现代人们的主观要求，具有极强的现代气息，给人以美好的享受和速度的快捷感。日本丰田汽车有限公司的MR2型中置发动机跑车(尾部装有挠流板)，可以称之为楔形汽车中的代表车。汽车造型的发展是以更好地将空气动力学设计方案与乘坐舒适性恰当地予以结合，在充分考虑到以上两个关键问题的基础上，努力开发人体工程学领域的新技术，以设计、制造出更完美、更优秀的汽车为目标的。

五、飞机

莱特兄弟与人类历史上第一架飞机。大多数飞机由五个主要部分组成：机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置。

二十世纪最重大的发明之一，是飞机的诞生。人类自古以来就梦想着能像鸟一样在太空中飞翔。而2000多年前中国人发明的风筝，虽然不能把人带上太空，但它确实可以称为飞机的鼻祖。

1927年至1932年中，座舱仪表和领航设备的研制取得进展，陀螺技术应用到飞行仪表上。这个装在万向支架上的旋转飞轮能够在空间保持定向，于是成为引导驾驶员能在黑暗中、雨雪天中飞行的各种导航仪表的基础。这时飞机中就出现了人工地平仪，它能向飞行员指示飞机所处的飞行高度；陀螺磁罗盘指示器，在罗盘上刻有度数，可随时显示出航向的变化；地磁感应罗盘，它不受飞机上常常带有的大量铁质东西的影响，也不受振动和地球磁场的影响。这些仪表以灵敏度高、能测出离地30多米的高度表和显示飞机转弯角速度的转弯侧滑仪，此外还有指示空中航线的无线电波束，都是用来引导驾驶员通过模糊不清的大气层时的手段。

1939年9月14日世界上第一架实用型直升机诞生，它是美国工程师西科斯基研制成功的VS－300直升机。西科斯基原籍俄国，1930年移居美国，他制造的VS－300直升机，有1副主旋翼和3副尾桨，后来经过多次试飞，将3副尾桨变成1副，这架实用型直升机从而成为现代直升机的鼻祖。

篇6：人机工程学应用

摘要：运用人机工程学原理，针对汽车驾驶座持，从驾驶员生理特性与作业环境两个方面分析了影响驾驶舒适性及安全性的原因，在此基础上从坐姿舒适性，振动舒适性，操作舒适性，安全性等四个方面论述了人机工程学在汽车座椅设计中的应用，完成了对汽车驾驶座椅从分析到设计的系列开发过程。

关键词：汽车驾驶座椅 人机工程学 设计

一、引言

随着时代的发展，当今社会已由工业社会向信息社会即后工业社会过渡，人类赖以生存的生活空间和生活方式，处处都是经过设计并不断完善的设计世界。现代设计，作为一种广泛的文化活动，已成为人们生活中的一部分。人们开始追求高品质的舒适生活,于是按照人体工程学设计的产品也就越来越受到大众的欢迎。人体工程学的产品也就成了现代社会人们追求的目标。先以汽车座椅为例,人体工程学的家具并不是人们头脑中所想象的仅有数据符合的座椅,它还包括除了人体生理数据之外的很多因素。它的设计原则除了常见的尺度设计原则,人体机能和环境设计原则,健康设计原则外还应该讲求黄金分割比的设计原则。并指出在这些原则的指导下好的人体工程学座椅是功能与美学相结合的产品,可以为人带来身心两方面的享受。

二、舒适驾乘首要在于座椅设计

通过对汽车座椅设计中的人机因素分析,即尺度、形态、功能、色彩四方面的具体分析,寻求汽车座椅设计与人机工程学的关系,从而论证目前汽车座椅设计中人机工程学应用的一些局限性,即学科内涵与目标的矛盾、共性原则与个性需求的矛盾、统计与个案的矛盾以及合理与合情的矛盾,通过对这些应用矛盾的透析,探求出汽车座椅设计中人机工程学应用的原则,从而最终为汽车座椅产品设计中人机工程学的应用探索出一条道路。

而人机工程学在汽车座椅设计中的作用主要体现在以下几方面：

1、为确定汽车空间范围提供依据。

2、为设计汽车座椅提供依据。

3、为确定感觉器官的适应能力提供依据。

三、汽车座椅人机工程学分析

1、人体坐姿生理特性分析（1）坐姿时脊柱的形态

人坐着时，身体主要由脊柱、盆骨、腿和脚支撑。脊柱位于人体的背部中央，是构成人体的中轴。人处于不同的坐姿时，脊柱形态不同，只有座椅的结构和尺寸设计使驾驶员的脊柱形态接近于正常自然形态，才会减少腰椎的负荷以及腰背部肌肉的负荷，防止驾驶疲劳发生。

（2）坐姿体压分布

当座椅上的人处于坐姿状态时，人的身体重量作用于座垫和靠背上的压力分布称作坐姿的体压分布。可见，坐姿体压分布包括座垫上的体压分布和靠背上的体压分布两部分。

（3）座垫上的体压分布

根据人体组织的解剖学特性可知，坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位，适合于承重，而大腿下靠近表面处因有下肢主动脉分布，故不宜承受重压。据此座垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来分布，即在坐骨处压力最大，自大腿部位时压力降至最低，这是座垫设计的压力分布不均匀原则。图1为坐姿时座垫上的体压分布。

（4）靠背上的体压分布

靠背上的体压分布也以不均匀分布，压力相对集中在肩胛骨和腰椎两个部位。从这两个部位向外，压力应逐步降低。

2、环境分析

把驾驶员——座椅组成的系统看作一个典型人机系统，该系统所处的环境对系统中的驾驶员的影响主要体现在以下两个方面，具体分析如下：

（1）振动

驾驶员坐在行使中的汽车上所承受的振动属于全身振动的范畴。有关研究表明，人体最敏感的频率范围为纵向振动4~8Hz，横向振动1~2Hz。当外界振动接近器官的共振频率时，即产生共振，振幅迅速增大，此时引起器官的生理反应最大。

振动对驾驶员操作的影响主要表现为视觉作业效率的下降和操作动作准确性变差。当振动频率低于2Hz时，由于眼肌的调节补偿作用，使视网膜上的映像相对稳定，因此对视觉的干扰作用不大，但当振动频率大于4Hz时，视觉作业效率将受到严重的影响，振动频率为10~30Hz时，对视觉的干扰最大，振动频率为50Hz、加速度为2m/s2时，视觉下降约50%。振动对操作动作准确性的影响，主要是由于振动降低了手（或脚）的稳定性，从而使操纵动作的准确性变差，而且振幅越大，影响越大。

（2）温湿度

研究表明，驾驶员在驾驶状态下的舒适温度为18℃～23℃，舒适湿度为40%～60%，代谢量为1.0～2.0met。座椅对人体热环境的主要影响因素有：座椅表面的温度和湿度。座椅表面的温湿度特性将影响人体背部、臀部、下体等部位的散热性能及皮肤的呼吸功能，当其温湿度特性与人体生理机能不适应时将引起人体局部不快感，从而加速人体疲劳的形成。

四、汽车座椅的人机工程设计

汽车驾驶座椅的人机工程学分析，安全舒适的汽车驾驶座椅的设计必须满足以下要求：意识坐姿舒适性（静态舒适性）；二是振动舒适性（动态舒适性）；三是操作舒适性；四是安全性（包括主动安全性及被动安全性两个方面）。

上述要求具体到驾驶座椅的设计中满足驾驶员坐姿舒适性的座椅尺寸结构设计、满足驾驶员振动舒适性的座椅抗振减振设计、满足操作舒适性的座椅空间位置设计以及满足驾驶员的安全性的汽车驾驶座椅主动安全性及被动安全性的设计。

1、座椅尺寸结构设计

驾驶座椅尺寸结构设计的研究把注意力集中在人体生理结构特点对驾驶舒适程度的影响上，寻求最佳的座椅结构形式、尺寸、轮廓形状及材料选择。

（1）座椅尺寸设计

座椅尺寸设计主要参数包括：椅面高度、宽度、深度、椅面倾角；靠背的高度、宽度和倾角。座椅尺寸设计涉及主要参数如图2所示。

椅面高度A：椅面高度定义为椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。在设计时主要考虑到两点：椅面过高会使大腿肌肉受压，椅面过低就会增加背部肌肉负荷，驾驶座椅的椅面高度应低些。

椅面宽度B：在空间允许的条件下，以宽为好。但对于汽车驾驶座椅来讲，驾驶员坐姿单一，不涉及变换姿势，通常设计应满足最宽人体需要为准。

椅面深度C：指椅面前缘至靠背前面水平距离。其尺寸应满足：腰部得到靠背的支撑；椅面前缘与小腿之间留有适当距离，以保证大腿肌肉不受挤压，腿弯部分不受阻碍。

靠背高度D及宽度：靠背的高度和宽度与坐姿肩高和肩宽有关，对于汽车驾驶座椅靠背的高度应采取高靠背，最好加靠枕。

靠背倾角α：靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。

椅面倾角β：指椅面与水平之间的夹角。主要考虑到为了防止人体臀部向前滑动而是椅面前缘向后倾。此角不易过大，否则会增加大腿下平面与座垫前缘的压力，从而减少双脚着地的负荷，阻碍血液循环，引起身心疲劳。

通过以上座椅尺寸参数的确定，以保证驾驶员人体脊柱曲线更接近于正常生理脊柱曲线。舒适坐姿的各关节的角度应该满足图3中所示的要求角度。

（2）座椅结构设计

为了保证座垫上合理的体压分布，座垫应坚实平坦。太软的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，从而导致腰酸背痛现象的产生。研究表明：过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易产生疲劳。

依据靠背上体压分布不均匀原则，在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支撑，即就是人体背部和腰部的合理支撑。汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支撑，第一支撑不位位于人体第5—6胸椎之间的高度上，作为肩靠；第二支撑设置在腰曲部位，作为腰靠。肩靠能减轻颈曲变形，腰靠能保证坐姿下的近似于正常的腰弧曲线。

（3）座椅材料选择

座椅材料的选择主要考虑到以下两个方面：振动舒适性以及座椅对人体热环境的主要影响。座椅材料是座椅的主要减振元件，要想使座椅获得较低的振动传递率，使座椅有较高的振动舒适性，必须采用合适的座垫和靠背减振材料。根据驾驶室的微气候环境，调整座椅表面的湿温度特性，可以适当调节人体代谢，达到减轻疲劳的目的。

2、座椅舒适性设计 通过查阅相关资料并对当前市民针对汽车座椅舒适性的市场调查考证，由生物动力学研究表明，长时间地承受高强度的全身振动对于人体健康的损害是相当严重的。主要是腰脊和相关的神经系统会受到影响。新陈代谢以及源于机体内部的一些其他因素会恶 化这个影响，通常认为环境因素，如身体姿势、低温及气流会引起肌肉疼痛。由本小组研究人员取证分析，得到以下结论：

（1）、座椅舒适度的指标

根据人机工程学原理,为保证良好的舒适度，针对静态舒适度，设计中应遵循以下原则：① 座椅尺寸应与人体测量尺寸相适宜；②座椅应可调节，能使乘坐者变换姿势，并最大范围 满足各类人体的乘坐要求；③座椅应能使乘坐者保持舒适坐姿，靠背结构和尺寸应给腰部 充分的支撑,使脊柱接近于正常弯曲状态。

（2）、座椅舒适度的影响因素 座椅的几何尺寸是影响座椅舒适度的因素，但研究发现这并非唯一最主要的影响因素。许多 文献都提及腰部支撑的重要作用。腰托的形状和位置，对于是否能使人保持良好坐姿，减少 人体疲劳具有重要作用。从人机工程学的角度来讲，腰部是体现座椅功能的关键部位。因此，座椅的腰托是影响舒适性的关键因素。腰托的安装位置在座椅靠背结构设计中十分重要。

（3）、座椅舒适度的研究方法 从汽车座椅设计及改善的角度出发，消除座椅不舒适性最理想的方法是能建立定量模型，预测座椅的不舒适性。国内外研究中,建立的模型主要有如下3种：利用模糊理论建立的模型、线性模型和神经网络模型。

目前，国内在座椅舒适度的研究上还存在一些缺陷：①没有针对中国人体特征尺寸的座椅舒 适性研究；②对于座椅静态舒适性评价还没有形成一套客观系统的体系；③在应用神经 网络建模方法评价舒适性中，对输入量的界定还不够清晰明确，有待进一步研究。

3、座椅空间位置设计

座椅空间位置设计就是为了达到操作舒适性的目标，而进行驾驶室座椅空间位置设计以确保驾驶员有良好的视野，同时对汽车转向盘、脚踏板等操作部件有恰当的操作要求距离，以达到操作舒适性的最终目的。

图4列出了驾驶作业空间设计的主要指标。

4、座椅安全性设计

座椅安全性设计的内容主要包括以下几个方面:座椅强度的设计、座椅结构型式的设计、靠 背的设计、坐垫的设计、头枕的设计。

（1）座椅强度的设计

座椅强度的设计是安全性设计的首要内容。汽车行驶中，座椅要承受复杂的载荷。汽车座椅 必须有足够的强度，以确保座椅上的人所受的伤害最小；座椅的寿命应足够长，不致过早变 形或损坏；受冲击载荷作用时，座椅不应发生断裂、严重变形等损坏现象。所以设计座椅时 必须对汽车座椅的强度进行计算，尽量以最少的材料、最小的质量满足强度要求。

（2）座椅结构型式的设计

座椅整体结构的安全性设计应考虑的是其对其他约束系统效能的影响及与其他约束系统之间 的连接方式等。

（3）靠背的设计

靠背的安全性设计应考虑靠背的强度、倾角、基本尺寸及其形状。靠背的强度设计不但应该 在“追尾”等后部碰撞时给乘员提供良好的保护，而且也要考虑侧碰时对乘员的保护。而靠 背倾角、基本尺寸及其形状对尾部碰撞的严重程度有很大影响。

（4）坐垫的设计

坐垫一般不会造成对乘员的直接冲击伤害，但坐垫的结构可以影响到乘员运动过程、约束力 加到乘员身体上的方式及外部载荷(加速度、力等)的绝对值大小。坐垫深度设计的原则是在 充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理的支撑。坐垫深度不应该超过人的大腿长度。（5）头枕的设计

头枕是一种用以限制乘员头部相对于躯干向后移位的弹性装置，其作用是在发生碰撞时，减 轻乘员颈椎可能受到的损伤。尤其是在汽车受到追尾碰撞时，可抑制乘员头部后倾，防止或 减轻颈部损伤。现多采用模拟计算和试验验证相结合的研究方法，该方法重复性好、存储信 息量大、开发周期短且开发费用低。

五、汽车座椅人机工程学的应用

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。

六、结束语

从人机工程学的角度出发，进行汽车驾驶座椅的设计，是使驾驶座椅具有良好坐姿舒适性、振动舒适性、操作舒适性和安全性的必要手段。

目前，虽然已有企业在利用人机工程学的研究成果来设计驾驶员座椅了，但对设计出来的驾驶座椅还不够完善，因此建立一个从分析——设计的系列开发过程有着非常重要的意义。参考文献

[1]王惠军 《汽车造型设计》 国防工业出版社，2007年 [2]郭竹亭 《汽车车身设计》 吉林科学技术出版社，1992年 [3]黄天泽 《汽车车身结构与设计》 机械工业出版社，2003年