《人機工程學(xué)》學(xué)習(xí)

1、目錄 TOC o 1-5 h z 一、 人機工程學(xué)是什么(2) HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 二、人機工程學(xué)發(fā)展歷程(4) HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 三、作業(yè)空間尺寸(6) HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 四、人的運動學(xué)基礎(chǔ)知識 (7)五、人機工程與我們的崗位創(chuàng)新 (16 ) HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 六、人機工程的經(jīng)典故事 (20)一、人機工程學(xué)是什么1、新人機工程學(xué)的定義200

2、0年，國際工效學(xué)協(xié)會發(fā)布了新的人機工程學(xué)定 義：人機工程學(xué)是研究系統(tǒng)中人與其他組成部分的互交關(guān) 系的一門學(xué)科。2、傳統(tǒng)人機工程學(xué)的定義人機工程學(xué)就是研究人、機和環(huán)境這三大要素之間的 關(guān)系，并為解決系統(tǒng)中人的作業(yè)效能、安全、心理和健康 問題提供理論和方法。3、“隨處可見人機，哪里都是工程”我們的日常生活和工作中，處處可見到“人”和“機” 的相互關(guān)系。比如以下的關(guān)系圖： 人在使用電梯的過程中，會涉及到許多人機工程的關(guān)系：關(guān)系結(jié)構(gòu)圖示研究的相關(guān)問題1、人與電 梯門的人 機關(guān)系電梯門寬咼是否符合人體 尺寸；自動開關(guān)的電梯門是 否會夾傷人；自動電梯門的 開啟關(guān)閉是否設(shè)置合理等 等。2、人與電 梯外按鍵

3、的人機關(guān) 系按鍵是否有標(biāo)識；按鍵標(biāo)識 能否讓使用者容易識別；按 鍵的高度是否符合人體操 作的舒適范圍等等3、人與電 梯箱體的 人機關(guān)系電梯箱體內(nèi)的照明、通風(fēng)是 否符合人的需求；箱體的長 寬高是否符合需求等等。、人機工程學(xué)發(fā)展歷程任何學(xué)科都有起源和歷史，人機關(guān)系的演變和發(fā)展可以 大體分為三個歷史時期：萌芽期：人類起源到20世紀(jì)30年代初步發(fā)展期：20世紀(jì)40年代-20世紀(jì)60年代快速發(fā)展期：20世紀(jì)70年代-至今1萌芽期的人機工程有了人類就有了造物，有了造物就有了人機關(guān)系。早 在石器時代，人類就學(xué)會了選擇石塊，打制成可供砍、砸、 刮的各種工具。人機工程學(xué)開始采用科學(xué)方法，系統(tǒng)地研究人的能力與 其

4、所使用工具之間的關(guān)系，興起于19世紀(jì)末-20世紀(jì)初。1884年德國學(xué)者Mosso進行了著名的肌肉疲勞試驗，可以說使科學(xué)人機工程學(xué)的開端。1898年美國學(xué)者泰勒在鋼鐵廠對鐵鏟鏟煤作業(yè)進行研究，用5KG 10KG 17KG 20KG四種裝煤鐵鏟對鏟煤作業(yè) 進行實驗，發(fā)現(xiàn)10KG鐵鏟效率最咼。他的研究成果成了 歐美一些國家為了提高生產(chǎn)效率而推行的“泰勒制”。1911年美國吉爾布雷斯夫婦對建筑工人砌磚作業(yè)進行 研究，通過快速攝影機將砌磚動作拍攝下來并進行分析， 去掉無用的動作，使砌磚速度由每小時 120塊提高到350 塊，作業(yè)效率提高一倍多。他們還對外科手術(shù)的過程進行 改進，將外科大夫自己取器械的方式

5、改變?yōu)橹恍枵f出器械 名稱，由助手取器械并遞給大夫，這一成果一直沿用至今。2、初步發(fā)展期的人機工程第二次世界大戰(zhàn)中設(shè)計的大批武器，只考慮武器性能， 而忽略了操作者的協(xié)調(diào)關(guān)系，造成很多操作失誤引發(fā)的事 故。因此，首先在軍事領(lǐng)域中開展了人機工程的綜合研究 與應(yīng)用。二戰(zhàn)結(jié)束后，人機工程的研究成果廣泛應(yīng)用于非軍事領(lǐng) 域。這段時期的發(fā)展也使人機工程真正成為一門獨立的學(xué) 科3、快速發(fā)展期的人機工程進入20世紀(jì)70年代后，科學(xué)技術(shù)發(fā)展飛速，電子計算 機普及，自動化程度不斷提高，大大促進了人機工程學(xué)的 發(fā)展和進步。三、作業(yè)空間尺寸1、作業(yè)空間設(shè)計以人體尺寸為基本參數(shù)，從尺寸上保證 人體結(jié)構(gòu)的活動要求。影響作業(yè)空

6、間的因素很多，首先，視覺因素是對作業(yè) 空間起決定性的因素，視覺決定頭部位置，也決定了人體的姿勢。其次，作業(yè)的性質(zhì)(性質(zhì)分技能作業(yè)、體力作業(yè)和腦 力作業(yè)等)對作業(yè)空間也有影響。技能作業(yè)要求更多視覺 觀察，體力作業(yè)注重肌肉施力，各自作業(yè)空間設(shè)計都有不 同側(cè)重點。圖3-24表明，不同作業(yè)性質(zhì)要求不同的工作臺高度。2、立姿作業(yè)立姿作業(yè)在我們崗位作業(yè)中占有很大比例，立姿作業(yè) 的優(yōu)點是作業(yè)區(qū)域大，便于肌肉施力，作業(yè)者的體位容易 改變。圖3-27是立姿作業(yè)的人體尺寸參數(shù)。四、人的運動學(xué)基礎(chǔ)知識1肌肉運動運動系統(tǒng)的運動都需要通過肌肉收縮而牽動骨繞關(guān)節(jié) 運動，肌肉是人體運動能量的提供者，人的活動能力是靠 肌肉決

7、定的。2、肌肉的施力(1肌肉的施力有兩種方式，這兩種方式以及不同點如F表:肌肉施力方式定義施力方式主要區(qū)別動態(tài)肌肉施力肌肉運動時收 縮和舒張交替 進行血液隨肌肉收縮和舒張進入和壓出 肌肉，新成代謝順暢，肌肉不容易 疲勞，如圖5-8b ;靜態(tài)肌肉施力持續(xù)保持收縮 狀態(tài)的肌肉運 動收縮肌肉壓迫血管，阻止血液進入 肌肉，新成代謝不能順利進行，肌 肉容易疲勞，如圖5-8c ;(2)肌肉靜態(tài)施力的人體生理變化，與動態(tài)施力相比， 靜態(tài)施力會造成消耗加大，肌肉酸痛，心率加快和恢復(fù)期延長等現(xiàn)象，造成這個原因主要是肌肉缺氧，導(dǎo)致肌肉內(nèi) 積累大量乳酸造成。國外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，中學(xué)生單手提書包比背書包要消 耗多一倍的

8、能量，這主要由于手臂、肩、軀干部分靜態(tài)施 力引起的,如圖5-11 o國外學(xué)者還研究了手工播種土豆作業(yè)，同樣作業(yè)30分鐘，手提籃子心率增加量比挎著籃子心率增加量要多，可 見心臟負荷的增加是手提籃子的靜態(tài)施力造成的結(jié)果，如 圖 5-12 o（3）日常工作中，施力方式的識別：工作圖例施力方式識別出租 車司 機臀部和腰部肌肉處于靜 態(tài)施力（容易疲勞，甚 至患腰椎?。?；手和腳反 復(fù)運動來控制方向盤、 油門、檔位等，手和腳 的肌肉處于動態(tài)施力（不容易疲勞）。普通 銃床 操作腰部肌肉處于靜態(tài)施 力，容易疲勞，甚至患 腰椎病。普通 鉆床 操作腰部、手臂、肩膀肌肉 都處于靜態(tài)施力，手臂 和肩膀施力大，容易疲 勞

9、和酸痛（4）減少靜態(tài)施力的方法。避免不“自然”的身體姿勢避免長時間抬手作業(yè)合理設(shè)計作業(yè)面高度，可減少手臂靜態(tài)施力。盡可能雙手交替作業(yè)（5）事實上，日常作業(yè)都是既有靜態(tài)施力，也有動態(tài)施 力，很難具體劃分彼此界限，也很難避免。但我們通過學(xué) 習(xí)肌肉施力的概念，通過改進，可以減少靜態(tài)施力，多想 辦法我們能做得更好。3、骨和關(guān)節(jié)運動（1在肌肉收縮牽引力作用下，骨繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，使人體 產(chǎn)生各種運動和操縱姿勢，這稱為骨人體運動，這也是人 機工程學(xué)的主要內(nèi)容之一。（2）人體運動時間和精度手的運動速度與運動習(xí)慣有關(guān)，一般是與手的運動習(xí) 慣一致的運動，其速度較快，準(zhǔn)確較高。由于人體結(jié)構(gòu)的特點，人的運動在某些方向上速

10、度更 快，國外學(xué)者對不同方向的運動時間進行研究，分析歸納 如下：在水平方向的前后運動比左右方向運動快；手在垂直面的運動速度比在水平面的運動速度快，準(zhǔn)確度也比水平面的高；“從上往下”比“從下往上”的運動速度快；手朝向身體的運動比離開身體方向運動快，但后者準(zhǔn)確度高；順時針方向的操作動作比逆時針方向的快；單手在外側(cè)60角左右的直線動作和雙手在外側(cè)30 角左右同時的直線動作速度都最快，效果最好，如圖5 5；從精度和速度來看，單手操作較雙手操作為佳 ；這樣的結(jié)果，對于工作區(qū)域的設(shè)計有很大意義，比如 設(shè) 計裝配線上物品的放置等。手的力量人的大部分工作都是由手來完成的，因此手的力量在工 作中起著更為重要的作

11、用，手的力量和運動方向、肘關(guān)節(jié) 的角度等有密切的關(guān)系。國外學(xué)者 Clarke研究表明，當(dāng) 肘關(guān)節(jié)為60 - 120時，手臂產(chǎn)生的內(nèi)收力最大，如圖 5-32。人的作業(yè)和動作效率從能量的角度分析，肌肉收縮產(chǎn)生的能量分為兩部分： 熱能和機械能。機械能占有的比例越大，作業(yè)效能越高。為了提高作業(yè)效率，國外專家 Barnes等人研究總結(jié)出 “動作經(jīng)濟性原則”。這些原則簡單可以歸納成4個方面：同時使用兩只手，避免一手操作一手空閑；力求減少動作數(shù)量，避免一切不必要的動作；盡可能減少動作距離，避免出現(xiàn)全身性動作；尋求舒適的工作環(huán)境，減少動作難度，避免不合理的 工作姿勢；重體力作業(yè)的合理操作對于重體力作業(yè)的改進，

12、一方面要努力提高作業(yè)效率， 另一方面要減輕人的實際作業(yè)強度，設(shè)計一些節(jié)省體力的工具和設(shè)備，可以減少操作者的工作量，如下圖：搬運重物過程中，提起重物時，腰部椎間盤回承受一 定壓力，用不同方法提起重物時，對腰部椎間盤的影響是 不同的。如圖7-19,直腰提起重物，椎間盤壓力變化比較小。彎 腰提起重物，椎間盤壓力會突然增大，這是因為彎腰提起 重物，椎間盤壓力分布不均引起的。為了避免腰椎損傷和疲勞，在提起重物的時候要直腰， 上身盡量伸直，彎曲膝蓋，如圖7-21。4、手工具設(shè)計人類使用手工具的歷史和人類的歷史一樣久遠，從早 期人類使用的石器，到現(xiàn)代社會的電鉆，人的生活和工作 都離不開手工具，正確設(shè)計手工具

13、成為人機工程學(xué)重十分 重要的內(nèi)容。手工具設(shè)計考慮的因素很多，主要從人體手的尺寸以 及力學(xué)原理進行分析。研究表明，在處于抓握方式下，抓 握物和人的手臂呈大約70時，人的手腕保持自然狀態(tài)， 如圖5-63。簡單來說，手工具設(shè)計就是人使用工具時盡量使手保 持自然狀態(tài)。典型的手工具設(shè)計和分析（右圖是改進以后）：內(nèi)容圖例分析尖嘴 膠鉗 把手符合手 和腕的轉(zhuǎn) 動，使手 腕保持自 然狀態(tài)， 避免腕部 位酸疼。手鏟 把手手鋸 把手改進 抓握 把手 方式避免掌部 壓力過 大，使用 更舒適。改進 按紐避免單個 手指重復(fù) 運動，減 少手指疼 痛。五、人機工程與我們的崗位創(chuàng)新1根據(jù)立姿作業(yè)的人體尺寸參數(shù)，我們能更好改進

14、我們 的操作位置，使之更便于操作。改進成果1:制作風(fēng)動扳手存放架，提高存放位置，使存 取扳手的位置處于人手最有利抓握的范圍。改進成果2:提高翻轉(zhuǎn)機操作面板，使其處于人手操作最 適宜的范圍。2根據(jù)作業(yè)空間設(shè)計尺寸，重體力工作要求的工作臺高 度，我們對相關(guān)崗位的作業(yè)高度進行改進。改進成果3：裝缸蓋氣門崗位，打緊噴油器雙頭螺柱作業(yè), 作業(yè)高度偏高，非常累，容易腰椎勞損，增加踏板（相當(dāng) 于降低工作臺高度）后，作業(yè)條件得到很大改善。3、根據(jù)中學(xué)的物理知識，在扭距一定的情況下，加大力 臂可以減少作用力。改進成果4:調(diào)缸蓋氣門崗位，轉(zhuǎn)動曲軸比較費力，員工勞動強高。加大力臂可以減少轉(zhuǎn)動力。根據(jù)中學(xué)學(xué)過的杠 桿

15、原理M= FX L，我們可以更深入分析改進過程：改進前改進后假設(shè)轉(zhuǎn)動曲軸的扭矩：M=30 N.mM= FX L30 Nm = F X 0.5 mF = 60N需要60牛頓的轉(zhuǎn)動力才能轉(zhuǎn) 動曲軸假設(shè)轉(zhuǎn)動曲軸的扭矩：M=30 N.mM= FX L30 Nm = F X 1 mF = 30N需要30牛頓的轉(zhuǎn)動力才能轉(zhuǎn) 動曲軸結(jié)論：力臂L由0.5m加長為1m后，轉(zhuǎn)動力減少一半, 加長力臂可以更省力！在人機工程理論知識的指導(dǎo)下，我們崗位創(chuàng)新碩果累 累，總結(jié)以上幾個成果，我們可以編成一個膾炙人口的順 口溜：增加架子，便操作。提高按鈕，腰桿直。加個踏板，不疲勞。杠桿原理，省力多。只要我們多想一點，多做一點，我們就會做得更好！六、人機工程的經(jīng)典故事美國阿波羅登月艙設(shè)計中，原方案是讓兩名宇航員坐 著，即使開了 4個窗口，宇航員的視野也十分有限，很難 觀察到月球著陸點的地表情況。為了尋找解決方案，工程 師互相爭論，花費很多時間。一天一位工程師抱怨宇航員 的座位又重又占用空間，另一位工程師馬上想到，