人機(jī)工程學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書及報(bào)告書

實(shí)驗(yàn)1人體模板制作一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆杖梭w模板、百分位的概念，掌握國家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于人體模板的規(guī)定，通過自己動(dòng)手，制作某一百分位人體模板一套，培養(yǎng)理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容人體模板的制作。三、 實(shí)驗(yàn)器材及材料卡紙、剪刀、刀片、螺栓、白乳膠等。四、 試驗(yàn)學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)五、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容每人制作中國成年男性、女性P5、P50、P95百分位的坐姿、立姿人體模板中的1套。六、 要求1、 符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。2、 制作精美、線條圓滑流暢，無毛刺。3、 簡(jiǎn)單記述制作流程及體會(huì)。七、 參考資料：1、丁玉蘭.人機(jī)工程學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2004年2、 彭莉、林麗.基于人機(jī)系統(tǒng)適配理念的人體模板的設(shè)計(jì)，見附錄。3、 阮寶湘邵祥華.工業(yè)設(shè)計(jì)人機(jī)工程[M]..北京：機(jī)械工業(yè)出版社2005附錄1基于人機(jī)系統(tǒng)適配理念的人體模板的設(shè)計(jì)彭莉、林麗.0引言現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，如搞純物質(zhì)功能的創(chuàng)作活動(dòng)，不考慮人機(jī)工程學(xué)的需求，那將導(dǎo)致創(chuàng)作活動(dòng)的失敗。因此，如何解決“產(chǎn)品”與人相關(guān)的各種功能的最優(yōu)化，創(chuàng)造出與人的心理和生理機(jī)能相協(xié)調(diào)的“產(chǎn)品”，這是當(dāng)今設(shè)計(jì)中的新課題。人機(jī)工程學(xué)的原理和規(guī)律，將是設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)前考慮的問題。人機(jī)工程學(xué)是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的各種因素；研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用；研究在工作中，家庭生活中和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學(xué)科。人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是人機(jī)工程學(xué)的一個(gè)重要組成部分，它是把人作為系統(tǒng)中的一部分，把人-機(jī)-環(huán)境三者作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行研究。人機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)將人和機(jī)器作為相互聯(lián)系的兩個(gè)基本部分構(gòu)成一個(gè)整體，人不再是被動(dòng)地去適應(yīng)機(jī)器，而是與機(jī)器共同完成一個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)，從而可以獲得系統(tǒng)的最高綜合效能。然而，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮人機(jī)需要，則必然要對(duì)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有一定了解和掌握，這對(duì)一些設(shè)計(jì)者來說無疑是一難點(diǎn)，因此利用人機(jī)系統(tǒng)適配理念，設(shè)計(jì)出設(shè)計(jì)用人體模板必將對(duì)大多數(shù)工程設(shè)計(jì)人員有很大的指導(dǎo)和輔助作用。1人機(jī)系統(tǒng)適配理念在人們?nèi)粘Ｉ罨蚬ぷ髦?，人■機(jī)（械）系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常普通也非常重要，例如人們穿鞋、開車、看電視、使用電腦、操作機(jī)器等，均離不開人機(jī)學(xué)的考慮，人機(jī)系統(tǒng)適配就是如何使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與人的各種因素及系統(tǒng)環(huán)境相適應(yīng)，例如舒適、安全、省力、高效等等，使人機(jī)關(guān)系協(xié)調(diào)，人機(jī)系統(tǒng)達(dá)到整體優(yōu)化⑵。人-機(jī)系統(tǒng)適配（Fitness）是研究人機(jī)工程學(xué)的前沿課題，適配設(shè)計(jì)的研究，是以系統(tǒng)方法為主導(dǎo)，以人-機(jī)系統(tǒng)為導(dǎo)向的決策程序?yàn)榛A(chǔ)，充分考慮人-機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，研究一種決策值界定程序，并應(yīng)用于人-機(jī)系統(tǒng)的適配設(shè)計(jì)，推動(dòng)人機(jī)系統(tǒng)科學(xué)化、自動(dòng)化與資訊化。2設(shè)計(jì)用人體模板人機(jī)工程學(xué)研究的核心問題是不同的作業(yè)中人、機(jī)器、環(huán)境三者間的協(xié)調(diào)，基礎(chǔ)研究對(duì)象是人的生理、心理因素的反應(yīng)如何使“機(jī)”與這些因素相適應(yīng)，而這些常常難以發(fā)現(xiàn)或易于忽視。這樣的例子在我們身邊比比皆是，例如:我們?cè)谧鲭娔X操作時(shí)，常是手臂向前懸空著來操作鍵盤和鼠標(biāo)的。手臂的懸空形成了肩頸部的靜態(tài)施力，造成疲勞，而當(dāng)操作員脫離靠背又手臂懸空時(shí)，體重就全部需要由脊柱來承擔(dān)，其結(jié)果或者是腰背的疲勞酸痛，或者是腰肌放棄維持直坐姿勢(shì)而塌腰駝背，或者是把手腕抵在桌沿而引發(fā)腕管綜合癥。如此等等，使得計(jì)算機(jī)操作員的作業(yè)姿勢(shì)，大多不用打字教科書中推薦的正確姿勢(shì)。這里問題的關(guān)鍵和前面類似，即如果書本推薦的正確姿勢(shì)沒有適當(dāng)設(shè)計(jì)的桌椅的支持，就會(huì)是一種費(fèi)力的姿勢(shì)，而各種錯(cuò)誤的姿勢(shì)由于其省力而易于維持，便會(huì)成為人們事實(shí)上的作業(yè)姿勢(shì)。還有無數(shù)由于沒有很好的考慮人與機(jī)(械)、環(huán)境之間的適配關(guān)系，使以人為本的設(shè)計(jì)宗旨偏離了本來的出發(fā)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中考慮的“人的因素”提供人體尺度參數(shù)，應(yīng)用人體測(cè)量學(xué)、人體力學(xué)、生理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對(duì)人體結(jié)構(gòu)特征和肌能進(jìn)行研究，提供人體各部分的尺寸、體重、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動(dòng)時(shí)相互關(guān)系和可及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，提供人體各部分的發(fā)力范圍、活動(dòng)范圍、動(dòng)作速度、頻率、重心變化以及動(dòng)作時(shí)慣性等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析人的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺以及肢體感覺器官的肌能特征，分析人在勞動(dòng)時(shí)的生理變化、能量消耗、疲勞程度以及對(duì)各種勞動(dòng)負(fù)荷的適應(yīng)能力，探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素，及心理因素對(duì)工作效率的影響等。人機(jī)工程學(xué)的研究，為設(shè)計(jì)全面考慮“人的因素”提供了人體結(jié)構(gòu)尺度、人體生理尺度和人的心理尺度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可有效地運(yùn)用到設(shè)計(jì)中去⑶。但是，這些應(yīng)用，需要完備的人機(jī)工程學(xué)知識(shí)及設(shè)計(jì)實(shí)踐積累，這就要求設(shè)計(jì)者要具備這種素質(zhì)，而這一要求對(duì)一般的設(shè)計(jì)者來是說是很難達(dá)到的。發(fā)達(dá)國家解決這一問題的有效方法是使用人體模板間接地達(dá)到產(chǎn)品的人機(jī)要求。所謂人體模板，就是以人體測(cè)量尺寸為基礎(chǔ)，考慮到人體各部位運(yùn)動(dòng)舒適要求，制作出的輔助設(shè)計(jì)用模型。目前，發(fā)達(dá)國家在人體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用較多為二維人體模板，這種人體模板是根據(jù)人體測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和選擇而得到的標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸，利用塑料板或密實(shí)纖維板等材料，按照1：1、1：2、1:5等設(shè)計(jì)常用比例，制成人體各個(gè)關(guān)節(jié)均可活動(dòng)的人體側(cè)面模板。3設(shè)計(jì)用人體模板設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)對(duì)象及設(shè)計(jì)比例由于中國人的人體尺度與歐美國家的人有較大差異，因此，開發(fā)設(shè)計(jì)出適合于中國人自身特征的人體模板，是我國人機(jī)工程學(xué)研究工作的重點(diǎn)之一，亦是在我國產(chǎn)品設(shè)計(jì)中廣泛運(yùn)用人機(jī)學(xué)進(jìn)行指導(dǎo)的有效途徑⑴。它的研制開發(fā)，將填補(bǔ)我國這一領(lǐng)域的空白。3.1.1設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及設(shè)計(jì)對(duì)象設(shè)計(jì)用人體模板的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是我國成年人的人體尺度。人體尺度是指人體所占有的三維空間，包括人體高度、寬度和胸廓前后徑，以及各部分肢體的大小等。它通常是由直接測(cè)量的數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計(jì)分析得出。根據(jù)《中國成年人人體尺寸》(GB10000-88)，選擇人體模板的基本設(shè)計(jì)參數(shù)，以此為設(shè)計(jì)用人體模板設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)［4］。人體模板是以我國成年男女為對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這是基于成年男女在生理上存在較大的差別，而人機(jī)設(shè)計(jì)，又十分強(qiáng)調(diào)“差之毫厘，失之千里”，所以，設(shè)計(jì)用人體模板在設(shè)計(jì)時(shí)就必須反映出這個(gè)差別，并在設(shè)計(jì)中給予滿足。3.1.2設(shè)計(jì)比例的選擇由于在工程設(shè)計(jì)中，常用的比例有1：1、1：2、1:5,而設(shè)計(jì)用人體模板又是直接用于輔助設(shè)計(jì)或校驗(yàn)人機(jī)系統(tǒng)是否適配，為了能直接為設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙上校驗(yàn)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能否達(dá)到人機(jī)適配，所設(shè)計(jì)的人體模板就必須有1：1、1：2、1:5的比例與產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程圖相配，基于這一思想，我們所設(shè)計(jì)的人體模板就有1：1、1：2、1：5三種比例⑸。3.2設(shè)計(jì)用人體模板百分位數(shù)的選擇3.2.1人體尺寸百分位數(shù)的選擇人體尺寸百分位數(shù)是人體尺寸的一種位置指標(biāo)，一個(gè)界值，百分位數(shù)為K的人體尺寸以PK表示，它將產(chǎn)品的使用者群體或樣本的全部觀測(cè)值分為兩部分：有K%的觀測(cè)值等于或小于它，有（100-K）%的觀測(cè)值大于它。在設(shè)計(jì)使用中，常用的有P50、P5、P95三種。3.2.2人體模板百分位數(shù)的選擇根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用人體尺寸百分位數(shù)的通則》（GB/T12985-91），將產(chǎn)品按所用百分位數(shù)的不同分為I型、II型、III型三類⑶。I型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)，需要兩個(gè)人體百分位數(shù)作為尺寸上限值和下限值的依據(jù)，故這類產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)又稱雙限值設(shè)計(jì)。對(duì)于一般工業(yè)產(chǎn)品，選用P95和P5作為尺寸上、下限值的依據(jù)。例如汽車駕駛員可調(diào)試座椅設(shè)計(jì)，即屬此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)。I型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)只需要一個(gè)百分位數(shù)作為尺寸上限或下限值的依據(jù)，故稱之為單限值設(shè)計(jì)。其中又分為IA型、IB型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)°IIA型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)又稱為大尺寸設(shè)計(jì)，它只需一個(gè)人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸上限值的依據(jù)，一般選擇p99或p95；ib型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)又稱為小尺寸設(shè)計(jì)，它只需一個(gè)人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸下限值的依據(jù)，一般選擇P1或P5為下限值的依據(jù)。m型產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)只需要第50百分位數(shù)（p50）作為產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)的依據(jù)，故又稱為平均尺寸設(shè)計(jì)。根據(jù)各類產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)的要求，在進(jìn)行人體模板設(shè)計(jì)時(shí)，選擇P5、P10、P50、P90、P95的人體尺寸，作為模板設(shè)計(jì)尺寸依據(jù)。3.3人體模板尺寸修正由于人體模板是設(shè)計(jì)者直接進(jìn)行人機(jī)選擇適配設(shè)計(jì)的工具，或用于校驗(yàn)產(chǎn)品是否人機(jī)適配，故在進(jìn)行人體模板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮人的生理及心理要求，對(duì)人體測(cè)量尺寸進(jìn)行修正，作為人體模板的設(shè)計(jì)尺寸。在對(duì)人體測(cè)量尺寸進(jìn)行修正時(shí)，主要有功能修正及心理修正。

功能修正量(functionalcorrectionvalue)只指為滿足功能而做的尺寸修正，主要包括衣著修正量、穿鞋修正量、姿勢(shì)修正量等。心理修正量(psychologicalcorrectionvalue)是指為消除空間壓抑感、恐懼感或?yàn)榱俗非竺烙^等心理需要而做的尺寸修正量。這種修正量，在人體模板上只進(jìn)行注釋及標(biāo)注，如人體重心位置標(biāo)準(zhǔn)等，并在人體模板使用說明中予以說明。3.4設(shè)計(jì)后圖例3.4.1二維坐姿人體模板(圖1)3.4.2二維站姿人體模板(圖2)圖1圖1二維坐姿人體模板圖2二維站姿人體模板表1人體模板關(guān)節(jié)角的調(diào)節(jié)范圍人體關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)范圍關(guān)節(jié)部位關(guān)節(jié)名稱角度代號(hào)角度調(diào)節(jié)量P1腕關(guān)節(jié)a1140-200°P2肘關(guān)節(jié)a260-80°P3頭/頸關(guān)節(jié)a3130-225°P4肩關(guān)節(jié)a40-135°P5腰關(guān)節(jié)a5168-195°P6髖關(guān)節(jié)a665-120°P7膝關(guān)節(jié)a775-180°P8腳關(guān)節(jié)a870-125°根據(jù)工作中手的姿勢(shì)的不同，有下列幾種手的姿勢(shì)供選擇使用：1） 三指捏在一起的手，見圖1中的A型；2） 握住圓棒的手，手的橫軸為垂直面，見圖1中的B型；3） 握住圓棒的手，手的橫軸為水平面，見圖1中的C型；4） 伸開的手，見圖1中的D型。該模板表示站姿和坐姿時(shí)裸露人體（但標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須穿鞋）的側(cè)視圖。圖中身體各肢體上標(biāo)出的基準(zhǔn)線是用來確定關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)角度的。這些角度可以從人體模板上的相應(yīng)部分所設(shè)置的刻度盤上讀出來。人體模板可以在側(cè)視圖上演示關(guān)節(jié)的多種功能，但不能演示側(cè)面向外展和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。模板上帶有角刻度的人體關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)范圍，是指功能技術(shù)測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)節(jié)角度，包括健康人在韌帶和肌肉不超過負(fù)荷的情況下所能達(dá)到的位置，而不考慮那些雖然可能，但對(duì)勞動(dòng)姿勢(shì)來說超出了有生理意義的界限運(yùn)動(dòng)。3.4.3二維人體分散模板為了使設(shè)計(jì)者在使用人體模板時(shí)更方便和快捷，除了設(shè)計(jì)有整體模板外，還有人體分散模板，將人的身體各個(gè)部位進(jìn)行分散設(shè)計(jì)，使各個(gè)關(guān)節(jié)的活動(dòng)情況更加具體和直觀，只要使用分散模板進(jìn)行比較就可以很快得出結(jié)果。圖3為二維人體分散模板，其中陰影部分為各關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍。1175°；2135°；3150°；460°；5145°；675°；765°圖3二維人體分散模板4人體模板的運(yùn)用實(shí)例在應(yīng)用人體模板進(jìn)行輔助制圖、輔助設(shè)計(jì)、輔助演示或模擬測(cè)試的過程中，選擇人體模板的百分位數(shù)是很關(guān)鍵的問題。通常，必須根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)特征和設(shè)計(jì)參數(shù)來選用適當(dāng)百分位的人體模板，以表2為例來說明人體百分位的選用方法。表2設(shè)計(jì)參數(shù)與人體模板百分位的關(guān)系結(jié)構(gòu)特征設(shè)計(jì)參數(shù)舉例選用人體模板百分位外部尺寸手臂活動(dòng)觸及范圍應(yīng)選用“小”身材，如第5%內(nèi)部尺寸腿、腳活動(dòng)占有空間，人體、頭、手、腳等部位通過空間應(yīng)選用“大”身材，如第95%力的大小操作力應(yīng)選用“小”身材，如第5%斷裂強(qiáng)度應(yīng)選用“大”身材，如第95%4.1用于工作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾方面的問題：生產(chǎn)區(qū)域中的工作面高度、坐平面高度和腳踏板高度，這些尺寸主要是由人體尺寸和操作姿勢(shì)決定的。如借助于人體模板，可以很方便地得出在理想操作姿勢(shì)下各種百分位的人體尺寸所必須占有的范圍和調(diào)節(jié)范圍，由此很快確定或繪制出相應(yīng)的工作臺(tái)、座椅和腳踏板等設(shè)計(jì)方案2用于小汽車駕駛室的設(shè)計(jì)在進(jìn)行小汽車駕駛室設(shè)計(jì)時(shí)，駕駛室、駕駛座等相關(guān)尺寸也是由人體尺寸及其操作姿勢(shì)或舒適的坐姿確定的。但由于相關(guān)尺寸非常復(fù)雜，人與“機(jī)”的相對(duì)位置要求十分嚴(yán)格，為了使這種人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能更好地符合于人的生理要求，在設(shè)計(jì)中，可以采用人體模板來校核有關(guān)駕駛室空間尺寸、方向盤等操縱機(jī)構(gòu)的位置、顯示儀表的