人机工程学课程小结

人机工程学课程小结（精选8篇）

1.人机工程学课程小结 篇一

附件：

福州外语外贸学院

13年级《美术学》专业

《人机工程学》课程标准

课程编码：

适用专业：13年级美术学专业

编制单位：福州外语外贸学院美术与设计系

填 写 说 明

1.课程标准正文部分一级标题统一使用“黑体”、“四号”、“加粗”字体；二级标题使用“黑体”、“小四”、“加粗”字体；内容部分统一使用“仿宋”、“小四”字体；正文统一使用单倍行距；

2.课程简介部分应使用中英双语，字数控制在150字以内。

人机工程学

Ergonomics 课程编码： Course Code: 课程名称：人机工程学 Course Name: Ergonomics 课程学分、学时： 32 Class Hour: 32 Credit: 4 课程承担单位：美术与设计系（部）

制定人： 陈思 制定日期：2016年2月20日 审核人： 审核日期：

第一部分：课程简介

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、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。Course Describe（About 150 words）

The so-called ergonomics, that is the application of anthropometric, body mechanics research methods, labor physiology, psychology and other disciplines, labor, human structural features and performance characteristics of the study, provided the size of various parts of the body, weight, body surface area , specific gravity, the center of gravity as well as the various parts of the body in the event of the relationship and scope of the human body structure and characteristic parameters;also provides power range for various parts of the human body, as well as the habit of action and other body functions characteristic parameters, analysis of human vision, hearing , tactile feel and performance characteristics of skin and other sensory organs;psychological state of people at work and to explore factors;physiological changes in a variety of physical labor, energy consumption, fatigue and mechanism of human ability to adapt to various work loads analyst psychological factors affecting the efficiency of the like.一、课程性质：（仿宋小四）

《人机工程学》是一门新兴的边缘学科，它研究人机系统中“人”的因素以及“人-机-环境”三者之间的相互作用及协调关系，是工业设计专业的主要专业基础课。通过对本课程的学习，使学生掌握人机学的基础原理、研究方法、手段，从而能够根据人的生理、心理特点，学会应用这些知识去分析解决设计中与人的因素相关的问题。

二、课程目的：（仿宋小四）

（一）知识目标：

掌握人机关系的基本原理及方法；

掌握人体测量与数据应用、人体感知与运动特征、人的心理与行为特征等学科基础理论知识；

掌握人机的信息界面设计、工作台椅与工具设计、作业姿势与动作设计、作业岗位与空间设计、人与环境的界面设计、事故分析与安全设计等具体学科设计原理和方法；

了解人机系统总体设计、人机工程发展新趋势等学科综合应用与发展动态。

（二）技能目标：

能够在产品设计过程中充分考虑人、产品和环境的协调及统一，具有解决三者之间关系问题的能力；

具有以系统的观点分析与解决问题的能力；

具有以人为本的设计思想并应用于具体产品设计的基本能力；

能够从事生活用品、交通工具、信息产品、家用电器等工业产品的产品造型设计。

（三）素质养成目标：

能够解决从产品设计、制造到使用过程中的人机问题； 具有综合创新和设计实践能力；

具有良好交际能力和口头表达能力；

具有安全意识与环保意识等；

能自觉遵守单位的规章制度和职业道德，有强烈的工作责任感。

三、课程要求：（仿宋小四）

能够掌握人机学的基本理论，牢固树立设计为人的基本原则；初步掌握如何将人机学的基本原理和方法及相关数据应用到设计实践中去，从而使其设计物与人及环境相协调的能力；具有良好的职业素养和再学习能力等。

以适应工业设计专业人才需求为目标，以培养学生运用人机工程学的基本理论和方法解决实际设计中的人、机、环境三者之间协调关系的能力为主线，注重培养学生的创新能力、实践能力、应用能力及“以人为本”的设计与管理思想。

以实现应用型人才为培养目标，在必要的理论知识基础上，突出人机工程学的实用性和应用型；以人机工程学所涉及到的人、机、环境三要素的核心问题为主，又考虑到工业造型设计专业应掌握的该学科基础知识的特殊需要，来合理选择、安排教学内容；采用理论教学—实验教学—小课题设计—课程设计的教学链，在课程教学中始终贯穿与突出设计主线，围绕设计课题来组织教学；采用参与互动式、现场教学、案例教学法和项目实训法等的现代教学方法，强化实践性教学，提高教学效果和质量；努力寻找和积累相关的设计案例，进行优秀产品设计分析，通过这些案例，让学生能更深刻地理解并掌握人机工程学的知识与能力体系，为后续课程与将来工作奠定基础。

第二部分：教学资源

一、使用教材：（仿宋小四）

人机工程学.李达，姜勇，徐淑芳编著.电子工业出版社，北京，2014.1（高等院校工业设计规划教材）

二、推荐参考书：（仿宋小四）

[1] 人机工程学[M].丁玉兰主编.北京理工大学出版社，北京，2005.1.[2] 人机工程学[M].谢庆森主编.中国建筑工业出版社，北京，2005.8.[3] 人机工程学[M].赵江洪主编.高等教育出版社，北京，2006.5.[4] 工业设计人机工程[M].阮宝湘 邵祥华主编.机械工业出版社，北京，2005.5.[5] 人机工程学课程设计/课程论文选编[M].阮宝湘主编.机械工业出版社，北京，2005.5.[6] 产品设计中的人机工程[M].王继成主编.化学工业出版社，北京，2011.1.三、信息化教学资源建设：

利用现代信息技术开发适合行动导向教学的多媒体课件、动画及虚拟资源，通过搭建起多维、动态、活跃、自主的课程训练平台，使学生的主动性、积极性和创造性得以充分调动。

（1）视频要简短、要点要突出；

（2）动画要清晰、动作过程要严谨、科学，确实能帮助学生理解难点问题；（3）虚拟资源要实用，要具有交互性等。

四、其它教学资源的开发与利用：

1、教学文件和资料、案例、学习参考书、专业期刊等

2.充分利用本行业的企业资源，满足学生参观、实训和毕业实习的需要，并在合作中关注学生职业能力的发展和教学内容的调整。

第三部分：教学内容纲要与教学安排

一、主要教学方法（仿宋小四）

采用比较式、启发式和引导式教学，讲课中突出重点、详略得当，在教学环节中注重精讲多练，充分发挥学生的主观能动性，让学生自学和教师讲授、指导、解疑相结合。

灵活应用讲授法、现场教学、课堂讨论及综合能力训练等教学方法，多采用图片、动画、视频及虚拟等形象直观的教学资源，通过丰富的设计作品图例刺激学生感官，使学生能更直观感受设计作品的效果，增加授课信息量，扩充知识内容，提高学生的学习兴趣和积极性。

二、教学内容纲要

第一章 人机工程学的基本知识（课时：4课时）本章主要教学内容：（仿宋小四）

（1）了解人机工程学的命名、定义及起源与发展；（2）掌握人机工程学的研究内容与方法；（3）了解人机工程学体系及其应用领域；（4）了解人机工程学与工业设计的关系。学生应掌握的知识点：（仿宋小四）

人机工程学的基本概念和定义、发展历史、研究内容及学科体系。第二章 人体测量与数据应用（课时：4课时）本章主要教学内容：（仿宋小四）

（1）了解人体测量的基本知识；

（2）掌握人体测量中的主要统计函数；（3）掌握常用的人体测量数据；（4）掌握人体测量数据的应用。学生应掌握的知识点：（仿宋小四）

人体测量的基本术语、测量数据的应用、感知和反映特征、视觉和听觉机能及其特征。

第三章 显示装置的设计（课时：4课时）本章主要教学内容：（仿宋小四）

（1）了解人机信息界面的形成；

（2）掌握视觉信息显示设计、听觉信息传示设计；（3）掌握操纵设置、操纵与显示相合性设计。学生应掌握的知识点：（仿宋小四）

仪表显示设计的设计原则、灯光信号显示设计、听觉显示的类型和设计原则。第四章 操纵装置的设计（课时：4课时）本章主要教学内容：（仿宋小四）

（1）了解控制台的设计；（2）了解办公台的设计；（3）掌握工作座椅的设计；（4）掌握手握式工具设计。学生应掌握的知识点：（仿宋小四）

操纵装置的类型及其编码、手动操作装置的设计、操纵与显示的相合性。第五章 手握工具和工作桌椅设计（课时：4课时）本章主要教学内容：（仿宋小四）（1）了解作业姿势与人体机能；

（2）掌握作业姿势的设计原则与要点；（3）掌握作业姿势设计的辅助手段。学生应掌握的知识点：（仿宋小四）

手握工具设计的解剖学因素、工作座椅的设计原则及其功能尺寸。第六章 工作岗位和工作空间的设计（课时：4课时）本章主要教学内容：（仿宋小四）

（1）了解作业岗位的选择；

（2）了解手工作业、视觉信息作业岗位设计；（3）了解作业空间的人体尺度；

（4）掌握作业面及作业空间布置设计。学生应掌握的知识点：（仿宋小四）

工作岗位类型与选择、坐姿和立姿工作空间设计、作业场所布置的总体原则。第七章 工作环境（课时：4课时）本章主要教学内容：（仿宋小四）

（1）了解人体对环境的适应程度；

（2）掌握人与热、人与光、人与声环境；（3）掌握人与振动环境；（4）掌握人与毒物环境。学生应掌握的知识点：（仿宋小四）

热环境与人体热平衡、光环境的基本概念及其设计内容、色彩环境及其设计、噪声环境及其设计。

第八章 人机系统设计（课时：4课时）本章主要教学内容：（仿宋小四）

（1）了解总体设计的目标、原则、程序、要点和评价；（2）了解人机系统设计案例分析。

（3）了解绿色人机工程和虚拟人机工程；

（4）了解信息化、数字化和智能化人机系统。学生应掌握的知识点：（仿宋小四）

人机系统的类型、人机系统的设计方法、人机系统的可靠性。

第四部分：课程作业与考核评价

以过程考核为主，理论考核为辅。过程考核以“注重技能操作，兼顾知识运用，贯穿素质考核”为原则组织，每个任务或项目至少考核一次。

综合成绩分配：平时表现与作业占50%，期末大作业成绩占50%。

第五部分：编制依据

该课程标准是以依据《工业设计》专业调研报告和人才培养方案而编制的。

2.人机工程学课程小结 篇二

安全人机工程学是以安全为目标,运用人机工程学的基本理论和方法,对生产过程中的安全事故、机器设备、周围环境进行分析以及对人的生理、心理与行为进行分析研究,从人机关系中找到预防事故的方法[1,2]。其立足点为安全,主要阐述人与机保持什么样的界面关系,才能保证人的安全,即在实现一定生产效率的同时,如何最大限度地保障人的安全健康与舒适愉快[3,4]。其是一门多学科交叉的综合学科。该课程专业基础性较强,为后续电气安全、矿山通风安全、粉尘防治、工业卫生等专业课做铺垫;且该课程实践性也较强,所授知识直接与现场工程实践相衔接,有助于培养学生工程实践方面的综合设计能力。因此,如何设置该门课程教学内容和教学方法,进一步增强教学内容的逻辑性,保证科学合理组织教学活动,促进教学目的的顺利实现,是摆在授课老师面前的一个重要课题。

1 课程建设

1.1 重视实验教学

人的生理和心理特征是安全人机工程学课程的重点内容之一,这部分内容比较抽象,学生不易理解。为了使学生深入形象的理解所学内容,针对该章节设置了三个实验,分别为人机动作协调实验、人的安全反应限度实验和人体疲劳测定实验。通过实验,让学生了解人的协调、反应限度和疲劳情况,巩固和加强学生对理论知识的认识和理解。学生通过实验熟悉了实验装置、性能和操作流程,并通过亲自操作和对实验现象的观察,使学生掌握一定的基本实验技能。通过对实验数据的整理和分析,培养学生创新思维,分析数据的能力以及实事求是的科学态度。

1.2 构建教辅资料

为了培养学生的学习兴趣,提高学生的学习能力,在教学中要充分利用网络平台,给学生提供多种辅助教学资料,帮助学生开拓视野,提高课堂教学效果。如在图书方面,可依托安徽理工大学图书馆丰富的电子资源和馆藏图书,如《Ergonomics》、《International Journal of Industrial Ergonomics》、《Applied Ergonomics》等国外知名期刊;《人机工程学》、《人机工学与设计》、《人机界面设计》、《人机交互技术:原理与应用》、《人机功效参数》、《Ergonomics and the Management ofMusculoskeletal Disorders(Second Edition)》、《Ergonomics for Therapists(Third Edition)》和《Ergonomics in the Garment Industry》等国内外参数书。在多媒体教学资料方面,可通过网络资源下载各种动画、视频,如工作环境危害有害因素、人体测量项目、色彩对人的心理作用等方面flash和视频。

1.3 整合课程内容

安全人机工程学主要阐述如何在人机间合理分配功能,在保证生产效率的同时,最大限度的保障人的安全健康与舒适愉快。随着科学技术水平的飞速发展,该学科发展迅速。很多学者从不同角度开展研究和应用,出版或发表了许多安全人机工程学方面的著作和论文。这些著作或论文有些结合作者的行业特色,如航天、医疗、石油、采矿、交通等,有些内容与后续的航天安全技术、采矿安全技术、噪声控制技术等专业课内容重复。

为了使学生学有所用,在教学过程中,尝试将《国家注册安全工程师》、《国家注册安全评价师》和《国家注册消防工程师》等考试要求来组织教学内容。围绕人机结合面这一中心,通过讲述人体的人机学参数、人的生理和心理特性、人机功能分配、作业环境布局等原则,培养学生进行人机系统安全设计、人机系统安全分析和评价的基本能力[5]。使得学生能够将所学内容与现场工程实践相衔接,构建理论教学、实践教学和注册工程师三位一体的时间体系。学生毕业后进入工作岗位也能迅速进入角色,独立完成工作任务。

2 改进课堂教学方法和手段

2.1 增加实践教学

安全人机工程学属于一门实践性和应用性较强的学科,对于接触社会较少的大三学生来说,不容易理解,单纯在课堂上讲授理论知识难以取得较好的教学效果。因此,除了课堂讲解外,还应为学生开设实验课和课程设计,以实现实践性教学的目的。

在实验课方面,紧密围绕课程所学内容、目的及教学对象,增设与专业背景(矿山特色)相关的实验。如作业环境测定实验(温度、湿度、光环境等),可在实验室模拟煤矿井下工作面实际情况,对其进行温度、湿度、照明、风速等数据测定。并在实验过程中结合矿山特色,煤矿井下工作面温度高、湿度大、光线差,给学生提出这样的问题“在该环境中工作,人的职业能力有何变化,如何测试”等[6],启发学生思考,并给出改进方案。

在课程设计方面,积极引导学生从矿山类企业生产系统中选题。如对煤矿井下温度、湿度、风速、照明、噪声等作业环境要素进行测定,让学生运用所学知识对矿山企业的作业环境进行分析和评价,找出存在问题并从人机学角度提出改进方案,大大提高学生学习热情和效果。

2.2 增加案例教学

在实际教学过程中,若老师采用灌输式教学方式,则不能激发学生学习的热情。尤其对于《安全人机工程学》这种专业性和实践性较强的课程。因此,要想学生对该门课程产生兴趣,任课老师不仅要有丰富的知识结构,还要掌握先进的教学方法,即可增加互动式案例教学方式。具体做法如在讲完第二章人体的人机学参数后,给学生布置设计教室桌椅高度的课后作业,让学生利用安全人机学知识分析桌椅设计因素,最后根据学生提交作业情况展开讨论,指出其不足,并提出改进措施。

任课老师通过在教学实践中的不断积累,丰富了案例素材,对于作业前、讨论中的教学内容安排有了一定的体会[7]。案例教学不仅培养了学生的自主学习能力、创新能力和团队协作能力,还培养了学生运用安全人家工程学知识解决实际问题的能力。同时在讨论中锻炼了语言表达能力,学生积极参与,课堂气氛活跃,教学效果较好。

2.3 多媒体网络资源配合教学

由于安全人机工程学课程比较抽象,在教学过程中如果老师仅按照PPT讲课,那么学生只能被动地接受这个过程,教学效果不理想。而如果利用多媒体计算机,在教学过程中增加动画、录像、图片等内容,展现现场实际场景,让学生增加感性认识,变枯燥无味知识为动态清晰知识,那么教学效果将得到大大提升[8]。

此外,要利用网络平台加强与学生沟通,包括课程PPT、电子教案共享、网上布置作业、网上答疑、在线讨论等,给学生提供与老师自由交流的机会。老师将课程所有学习资料全部放在网上,学生可以随时查阅。老师与学生在网上互动,如学生对老师讲课提建议、讨论国内外研究发展动态以及分析事故案例调查报告等,学生可以提出问题,老师可对学生的评论进行点评或解答,大大提高学生参与的积极性,并且增强与学生的感情。

3 结束语

“安全人机工程学”课程在安全工程专业教育中占有重要的地位,为满足社会对安全工程高级应用型人才的需求,“安全人机工程学”课程教学方法需不断改进和优化。本文针对安全人机工程课程建设情况,提出该课程教学方法改革和优化思路,即增加实践教学、案例教学和多媒体网络资源配合教学相结合的多元教学方法。结果表明,采取多元化教学方式使得“安全人机工程学”课程教学效果有了很大提升,同时提高学生学习的积极性和实践应用能力,有助于培养创新型和复合型人才。

摘要：结合安徽理工大学“安全人机工程学”课程建设情况,介绍了重视实验教学,构建多样教辅资料和整合课程内容的教学手段。提出了改进该课程传统教学方法的具体实施方案,即增加实践教学、案例教学和多媒体网络资源配合教学相结合的多元教学方法。结果表明,采取多元化教学方式使得“安全人机工程学”课程教学效果有了很大提升,同时提高学生学习的积极性和实践应用能力,有助于培养创新型和复合型人才。

关键词：安全人机工程学,课程建设,教学方法

参考文献

[1]欧阳文昭,廖可兵.安全人机工程学[M].北京:煤炭工业出版社,2002.

[2]王淑云,蒋复量,刘迎云,等.基于核特色的“安全人机工程学”教学内容和方法的优化与创新探讨[J].中国地质教育,2014,26(2):76-79.

[3]朱方,刘宏,解清杰.“安全人机工程”课程建设与教学方法实践[J].中国电力教育,2013(22):136-137.

[4]吴建松,杨小彬,秦跃平.“安全人机工程学”教学方法优化与实践[J].安全,2015(5):64-67.

[5]郭红光,王飞.安全人机工程学教学改革的探索与研究[J].山西经济管理干部学院学报,2014,22(4):93-95.

[6]王淑云,蒋复量,刘迎云,等.基于核特色的“安全人机工程学”教学内容和方法的优化与创新探讨[J].中国地质教育,2014,26(2):76-79.

[7]刘辉,袁昌明,王信群,等.《安全人机工程》教学内容设置与教学方法研究[J].科学咨询(科技·管理),2011,22(8):94-95.

3.人机工程学课程小结 篇三

关键词：人机工程学；教学改革；实践性教学

我国高等教育为了适应当前高速发展的经济和经济结构的战略性调整，正经历一场大的变革，其核心内容就是人才培养目标的转变，即由传统的培养文化型、学科型专门人才向培养具有创新能力的应用型人才的转变。许多院校为了跟上高等教育改革与发展新形势的步伐，已经或正在对工业设计专业的教学体系进行调整和改革。人机工程学作为工业设计专业课程体系不可缺少的一门专业基础课，为了适应工业设计专业人才培养目标的转变，其教学目的、教学内容、教学方法等也应作相应调整改革。其中实践性教学是本课程的一个重要教学环节，包括室内实验、市场调查、课程设计、设计比赛和校企合作项目。设计中人机问题的考量，仅通过书本上的概念与理论，没有一定的实践经验，学生没办法很好的掌握与消化。加强实践教学不但是课程本身的需要，也是为了培养21世纪具有创新能力人才的需要。

1 人机工程学学科特点及教学现状

人机工程学是一门工业文明背景下产生的多学科交叉综合性边缘科学，素有起源于欧洲，形成和发展于美国之说。人机工程学又叫人类工程学、人类因素工程学、人间工学或人体工程学等，是把人-机-环境系统作为研究的基本对象，运用生理学、心理学和其它有关学科知识，根据人和机器的条件和特点，合理分配人和机器承担的操作职能，并使之相互适应，从而为人创造出舒适和安全的工作环境，使工效达到最优的一门综合性学科。

人机工程学作为工业设计专业的专业基础课程，有着承上启下的作用，为后续的专业课程教学打下基础。由于人机工程学最早是应用于工程技术类科学，随着社会发展，技术的进步才延伸至设计领域，所以许多高校在教学时依然采取传统的“理论讲授+问答作业+闭卷考试”的模式进行教学，这种以理论教学为主的方式，方法单一，内容枯燥，很难调动学生的学习积极性，课程效果不佳。因此，原有的人机工程学课程的教学模式需要进行相应的改革，根据该课程的特点和教学目标，采用理论与实践相结合的教学模式，融“教、学、做”于一体，强化学生的设计思维和实践能力的培养。

2 课程教学内容改革

首先明确教学内容改革的目的，是为了培养具有创新性应用型人才。教学内容的组织方式是在必要的理论知识基础上，突出工业设计专业人机工程学的实用性和应用型；适当删减原先主要是适合工程技术专业工科学生的纯理论研究性的教学内容，同时着力加强本学科与工业设计专业的关联。[1]

因此在这样的情况下有必要对实践性教学内容进行调整，淘汰和改革一些与新的培养计划和教学要求不符的实践教学内容，增加了大量的综合性、应用性和设计性实验项目，形成科学合理的实验教学管理体制和切实可行的实验教学运行机制来达到应用型本科人才的培养目标。调整后的实践性教学内容包括市场调查、室内实验和课程设计等3个部分。市场调查就是学生通过对周遭事物的分析观察，了解到人机工程学的广泛应用；室内实验主要是要求学生掌握人体生理结构及其相关尺寸；课程设计要求学生以组为单位完成命题式设计项目，进行充分的人-机-环境分析，最终完成草绘方案到实物的转变。同时，在教学安排上，我们可以有所调整，将以前的先把理论教学全部完成，再进行实践练习的排课方式改变为根据课堂理论教学内容和教学进度，将部分实践内容穿插进行，这样将理论教学与实践性教学紧密结合起来，使学生能够及时掌握所学知识，并为后续课程的理论教学打好基础，提高了教学效果。

3 课程教学方法创新

首先，人机工程学是工业设计专业的必修专业基础课程之一，为满足应用型工业设计专业的培养方案，本课程的教学应以实践性为主线，理论与实践紧密结合，在课程教学中始终贯穿与突出设计主线，围绕设计课题来组织教学。[2]

其次，改革传统的以理论教学为主的教学方式。在理论讲授过程，结合各种相关的实际案例，对理论、原理、公式和数据等枯燥的理论内容进行分析讲解。这种教学方式的转变，不仅提高了学生的学习兴趣，同时也培养了学生的设计思维能力。

第三，按照课程实践任务的相关性原则，进行课程设置。针对不同的知识点，辅以相关的案例分析，完成相应的课程实践任务，调动学生学习的积极性和参与性，培养学生的实践能力和创新能力。

4 实践性教学的设计内容

人机工程学是应用性很强的一门学科，其课程教学改革的重点之一就是融入大量的实践教学部分。实践性教学的内容包括调查报告、室内实验和课题设计3个部分：

调查报告室内实验课题设计

对生活中常用物品进行人机分析；对手握式工具-削皮器，进行产品分析，并提出相应改良意见人体尺寸测量；人体切片模型制作；人体作业姿态分析座椅设计，以实物呈现并制作相应设计报告书

4.1 调查报告

调查报告是培养和锻炼学生综合运用所学理论和专业知识，去独立分析问题并提出相应解决方案的能力，在此过程中更是增强了自身的感性认识。本课程设计了两次调查报告：一是在讲解完人机工程学概论后，让学生对生活中常用物品进行人机分析，分别找出两件合理和不合理产品，并进行分析；二是学习完手握式工具设计后，以削皮器为例，寻找市场上3款不同款式的削皮器，结合用户体驗，分析产品的优缺点，并提出相应的改良意见。在调研过程中，学生通过调查分析汇总，加深了对人机工程学相关理论的认识。报告以幻灯片的形式呈现，在陈述过程中，学生调研的不同案例能形成交叉影响。此环节，一方面调动了学生在学习过程中的积极性与主动性，将以往的被动吸收变成主动认识；另一方面增加了师生之间和学生之间互动，形成活跃的课堂氛围。

4.2 室内实验

本课程在学习了解人体测量参数和数据后安排了一次实验课，以三人一组为单位，选取其中一名组员为测量对象，获得相关人体尺寸数据，制作出1：1人体切片模型并借助其模型分析立姿作业、坐姿作业等不同作业状态下，分别涉及到的人体参数。通过理论与实践的结合，学生对人的生理结构有了进一步的了解，也使得学生充分认识人体与尺寸，为后续设计奠定基础。

4.3 课题设计

课题设计是本课程教学的重要实践环节，也是其核心内容。课题设计的主题-为坐而设计，即设计一款座椅，其满足的功能不限，休闲椅、工作椅、公共座椅任选，以实物呈现并制作相应设计报告书。完成本课题设计有一定难度，其设计内容几乎涉及到人机工程学课程主要知识点的各个方面，通过设计应用了人机的原理，所以用作設计实践非常合适。此次课程设计是工业设计专业大二学生第一次设计实践，巩固人机工程学相关知识点的同时，也培养了他们分析问题和解决问题的设计思维，并且深刻了解设计的综合性与复杂性。最终，通过作品展示及点评，学生们获益良多。

5 课程教学改革的成效

在人机工程学教学改革的研究中，深刻（下转第页）（上接第页）认识到首要任务是提高学生学习兴趣，在教学过程中将理论讲授、市场调查、室内实验、设计实践等不同教学方法综合运用。在结合相关案例讲授完新的理论知识点后，会安排学生进行相应的实践训练，最后点评分析学生的实践成果。通过这样的方式，调动学生学习积极性的同时，也让学生对所学知识有了深刻、全面的理解。包豪斯的创始人格罗佩斯认为：“培养学生的原则是要使他们具有完整的认识生活、认识统一的宇宙整体的正常能力。”所以，在人机工程学的实践教学中，必须重视学生的专业理论和实践应用能力的结合。

21世纪我国高等教育教学改革的新形势，是培养大学生的创新能力。人机工程学具有社会性和实用性，通过人机工程学课程实践性教学改革建立起来的教学实践模式，可以被各高校相关学科借鉴。同时，将学生在课程实践中取得的优秀的科研成果转化为课堂案列分析内容，实现理论为实践服务，实践促进理论，教学与理论相互依存，相辅相成。[3]学生将人机工程知识点应用于课题设计的过程中，不仅重新梳理了知识框架，也了解了设计的基本要求，增强了学生分析问题和解决问题的设计思维能力，同时也为后续专业课的学习打下坚实的基础，增加学习的信心。

参考文献：

[1] 陈静波.工业设计专业学生素质的培养[J].装饰，2004（2）：23.

[2] 闫朝华.人机工程学课程教学的改革与实践[J].合肥学院学报（社会科学版），2008（4）：113-116.

4.车辆人机工程学 课程论文 篇四

基于人机工程学评价与仿真的人体模型建模

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（东北农业大学工程学院，哈尔滨，150030）

摘要： 随着人机工程技术的不断完善，参数化的人体模型已不再仅是作为一种静态的视觉参考，而是在此基础上融入了人体结构、人体功能和人体力学等方面的特征,使人体模型不仅具有合理的外观、精确的尺寸，还具有合乎实际的运动形式。随着研究的不断深入，参数化的人体模型已经成为一种有效的辅助工具，直接参与到工作环境的设计与评价过程中来。尽管不同的人机问题对应着不同的设计要求，但应用在人机工程上的人体模型的设计原则是一致的，即要达到：外观合理、尺寸精确、运动逼真。参数化的人体模型的设计目前存在以下三方面的难点：

（1）从外观上看，基于简单几何体搭建的人体模型具有必要的人机工程测量基准，但模型的外形较生硬、失真度较大；基于曲面表达的人体模型外形较逼真但是缺少准确的测量基准。

（2）从尺寸的精确度上看，人体模型的尺寸都是经过简化或是估算得到的，模型的尺寸不能真实体现个体的形态。

（3）从运动情况来看，目前多数人体模型只能进行静态的尺寸测量，少数模型即使能够实现连续的动作仿真，但逼真度不高。

本文针对当前人体模型设计过程中上存在的诸多问题，开发了参数化的人体模型。首先，人体模型采用数据库管理系统进行参数化建模，同时加入各肢体段的质量数据和各个关节的活动角度范围数据。其次，在运动仿真方面，本文根据人体模型各个关节的自由度数目，用特定的函数驱动关节运动，对模型整体进行运动学和动力学仿真，从而实现人体模型的简单连续运动。关键词：人机工程学、UG二次开发、人体模型、碰撞检测、运动仿真

车辆人机工程学 课程论文 人体模型国内外研究现状

1.1 国外发展概述

最近几年，欧美许多国家和亚洲其他国家对人体模型方面的研究向着更精细的方向发展，不再仅仅是追求外形上的相似性，更关注内部结构、姿势重构、运动仿真以及热效应等生理效应方面的内容。

Forbes.PA.等2006年提出了一种用于预测侧面碰撞引起胸部损伤的多尺寸的人体模型，文中给出了第50百分位的人体模型的有限元模型，并且模型加入了材料属性能更好的预测人体局部的损伤情况。Kim Ki-Sun等人研究了基于纵向、垂直、俯仰运动的惯性测量的坐姿人体模型的动态建模[9]。Sancisi N等人创建了人体膝关节的一种单自由度的球形机械模型，并在假肢和矫形器的设计中深入研究了人体膝关节的运动学特征。Satoru Takada等开发一个在给出的环境条件下可以预测热响应的人体热模型，能实现人体温度调节。Hee-Deok Yang等对三维人体姿势的重构做了相关的研究，分别从捕捉三维立体图像序列、捕捉有效的视觉特征、分析轮廓的相关向量等方面入手研究了人体模型的姿势重构[12-15]。文献中研究了用于电磁仿真软件中的一个动态的人体模型，在人体表面固定天线来模拟动态人体的运动和姿势并捕捉运动数据。Steffen Knoop等在动态三维人体模型的关节上设置人工智能通讯点的方式来跟踪人体外轮廓的运动，模型由一系列刚性圆柱体组成，连接这些圆柱体的关节定义为一些人为的通讯点（迭代最近点）来跟踪算法，并计算相关的力和力矩情况。Seung-YeobBaek等开发一种能集成到各种产品设计应用程序中的参数人体建模框架，该建模框架由创建数据库、统计分析和模型生成三个阶段组成。Jared Gragg等研究提出了一种混合方法预测最佳司机座椅调节范围以满足不同人不同车辆的直接姿态预测，该混合方法结合了边界数值、人口抽样和个别抽样等数值操作。

综合国外人体模型的发展可以看出，国外的人体模型尽管做的外形的逼真度很高而且功能很完善，但是由于种族和生活区域等因素的不同，以国外人体作为标准的人体尺寸不仅在数值上有一定的差异，而且由于在工作过程中不同的操作习惯，也将影响人体模型的运动规律等运动仿真的相关参数的设计。1.2 国内发展概述

人体模型的运动控制方法有很多，选择不同的运动控制方法，实现运动的路径会有一定的差异，但是最终都能实现预定运动的目的。目前，国内对人体模型的运动控制的研究分路径研究、步态研究、灵巧关节、姿势驱动和姿势重构等几个方面进行。运动仿真方面有运动规律仿真，运动轨迹仿真等。

天津大学的刘艳等人研究了用于人机测试的虚拟人，提出了一种能实现手臂的无碰撞可达测试的路径规划算法。并通过对IK算法的进一步研究，达到实时、逼真、柔性的控制，并可以根据周围环境进行实时反应。山东大学的汪丽等提出了基于VRML（Virtual Reality Modeling Language）的三维人体建模方案，并给出了人机工程仿真软件的总体框架。但创建的人体模型只是考虑了位置和时间特性的运动学问题，未考虑力等真正实现运动的原因。西南石油大学的邓丽提出了一种基于人体姿势驱动的工作空间的研究方法，通过调节二维的人体杆状模型的下肢关节角度，从而确定坐姿的下肢工作空间。但是针对不同的布局，需手动输入权值数据，影响准确程度。上海大学的王企远提出并验证了人体下肢髋关节、膝关节和踝关节转角变化规律的数学建模方法，并制定了一套完整的步态规划方法，但患者只能被动的跟随步行腿的步态运动。浙江大学的徐孟开发了一个运动状态下的人体外力模型，能实现力和扭矩分析，但脊柱关节链的运动约束有一定偏差。浙江大学的陈逸帆研究了基于解剖学的人体模型，并通过施加约束的逆向运动学方法实现人体模型的运动姿态控制，但研究未添加头部，手、脚等的关节约束，没能实现交互操作及碰撞检测等。

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在人体模型的姿势重构方面，研究者的切入点也各不相同，取得的成果也很多。有研究者提出在给出所有骨骼的视觉特征的基础上，首先从候选的姿势库中找到有关的候选姿势，动态的设计候选的姿势来形成连续的姿势序列，从而创建特定姿态的人体模型的方法。在文献中提出一种新的算法,能减少着衣、图像噪音和背景等因素引起的不确定数据的影响，从多个视频图像轮廓中提取一个体积数据(立体像素)来捕捉少量标记模型的人体动作。文献中提出的一种主动形状模型(Active Shape Model)能主动的探测和跟踪人体动作过程中的变形情况。在CATIA中人体模型被普遍应用于自动布局，可以用摄影的方法来测量人体尺寸并用测量到的尺寸在CATIA软件中快速的创建人体模型[49]，也可以在SolidWorks中实现虚拟人姿势重构。运输设备的几何参数是影响操作者舒适度的关键因素，基于舒适度或人机评价需求的人体模型可以用来分析设备的几何参数对人体舒适性的影响，模拟和评价操作中的人体可达域和视域等。

目前，国内有很多人进行了人体模型的跑步或步行的运动控制技术及路径规划问题研究，也取得了很多成果。武汉理工大学的任静丽等分析了跑步运动的关键时刻及关键阶段，建立了沿指定路径的跑步运动模型。所研究的模型外观上未能实现手指描述，虚拟交互方面也未实现碰撞检测。西北工业大学的罗贯提出了一种16关节，39个自由度的人体模型，模型未包含手部的详细描述，通过控制上肢、下肢、躯干等关节的姿态实现步行、跑步等基本运动，运动仿真方面未能实现多刚体系统模型的碰撞检测。国防科学技术大学的彭善跃对平面五连杆描述的点接触两足机器人的跑步运动进行研究，并搭建了仿真平台并验证了控制策略的有效性。但是研究未实现三维人体建模，导致仿真结果与实际的运动状态会存在一定的差异。

并且，随着对人体模型研究的不断深入，越来越多的研究者开始关注手部的灵巧运动研究。北京航空航天大学机器人所的张玉茹等人提出了一种食指的运动学模型。该模型建立在人手解剖学模型的基础之上，分析了侧摆和屈曲两种关节运动结构，并且考虑各个手指之间的运动耦合关系。武汉理工大学的曹文祥研究了虚拟人手的运动学方程，并用Pro/E软件实现人手五指的装配建模，能实现伸屈和收展运动，却没有考虑动力学分析问题。山东大学的冯志全研究了三维人手的跟踪问题，通过单目视觉跟踪的方法获取人手运动过程中每一时刻的姿态和位置。济南大学的朱德良用OpenGL搭建了虚拟装配平台实现了人手的三维建模，并提出了一种手势跟踪算法，实现手部运动的跟踪，研究中因数据手套检测不到力反馈及重量感，故无法准确反映碰撞信息。

从目前国内在人体模型的运动控制及仿真方面的发展现状来看，应用的运动函数不同，得到的仿真的逼真度就不同。还没有一种运动控制函数，能实现与真实人体的运动一模一样的运动，无论函数多么复杂，结果都会存在不可避免的偏差。即使从仿真需求上看，效果上已经达到了逼真要求，却未能实现精确的碰撞检测。相信随着越来越多的研究者加入到人体模型的研究队伍中来，经过不断的改进与创新，我国在虚拟人体模型领域的研究将取得更为显著的成果。

车辆人机工程学 课程论文 人体模型简化处理

目前，研究人机工程学问题的方法有很多，人体模型是模拟与模型试验法和系统分析评价法中的一种重要的人机工程学的研究工具。本文动态人体模型的开发过程主要包括:(1)抽象人体所包括的肢体及关节；(2)确定各个肢体及关节的几何尺寸和外形；(3)描述人体模型关节运动方式并限定其运动范围；

(4)对人体模型的各个关节的运动进行机械描述并确定各个关节的自由度；

2.1 人体模型的躯体组成

人体是一个复杂的有着不规则表面的实体，而且人与人之间各部位尺寸也有很大的差别，因此，只有经过了简化的人体尺寸和外形才能符合人机工程学的相关评价和仿真的功能的需求。经过简化的人体模型包括：躯干主关节链、左右上肢关节链、左右下肢关节链。肢体组成如图2.1所示。

(a)有向关节图

(b)EHuman 肢体图

图2.1 肢体组成图

其中在躯干主关节链上髋关节和腰关节之间是躯体的腹部，腰关节和胸关节之间是腰部，胸关节和颈关节之间是胸部，颈关节和头部之间是颈部。在左上肢上，左肩关节连接胸部和左上臂，左肘关节连接左上臂和左前臂，左腕关节连接左前臂和左手。在左下肢上，左髋关节和左膝之间是左大腿，左膝关节和左踝关节之间是左小腿，左踝关节连接左小腿和左脚。

在人体模型的躯体组成的表示方法中，头、胸、腰、腹及手掌和足都是用长方体进行描述的，而颈部是圆柱体，大腿、小腿、上臂、前臂、手指等是用圆台进行描述的。

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2.2 人体模型的各部分尺寸

人机工程学标准分为主观标准和客观标准。主观标准主要用于评价主观指标，如一些与人的主观感受相关联的评价指标；客观标准用于评价客观指标，如一些可用精确数值或某一区间的数值来表示的评价指标。

本论文参照的客观标准有：国家标准GB/T10000-1988《中国成年人人体尺寸》和GB/T13547-1992《工作空间人体尺寸》中给出的人体静态测量尺寸，《中国成年人人体尺寸》中列出7个百分位，涵盖人体主要尺寸、水平尺寸、头部、手部、足部、坐姿和立姿共47项人体尺寸数据；《工作空间人体尺寸》中给出了站姿、坐姿、跪姿、爬姿、俯卧姿等人体相关尺寸项目。

由于人的年龄、性别、种族及职业等的差别，很多人体尺寸会随着这些因素的改变而变化。同时人体表面是不规则的曲面，所以不可能得到精准的符合人体的数据，只能是经过处理的简化了的尺寸数值。人体测量学给出了相关的测量及简化标准，如人体测量中经常用到均值、方差、标准差、标准误差等统计函数来统计分析人体测量变量间的相互关系。

简化人体各部分的尺寸也就是对人体各部分的尺寸进行估算。估算人体尺寸的方法有很多，一般常用的有回归方程估算法，比例缩放估算法、概率统计值估算法、用“加减”运算估算法、混合群体估算法及偏差系数值估算法等。利用这些方法可以推算和获取人体模型所需的人体尺寸数据。本论文直接从GB10000-1988中查取所要用到的各个尺寸值，在标准中没有列出的百分位数的人体尺寸通过百分位数法给出。

2.3 关节类型及运动范围

人体是由多个关节连接起来的链式肢体段的组合。人体的关节按运动性质可分为单轴关节、双轴关节、多轴关节等。其中只允许在一个平面中活动的关节是单轴关节，例如肘关节和如图2.2中4所示的近位指关节等；允许在两个维度上作屈伸和收展运动的关节称为双轴关节，如图2.2中5所示的腕关节；多轴关节允许在三个维度上作各种运动，具有三个自由度，如肩关节。

图2.2 关节的类型

根据关节类型把人体关节的运动分为滑动、摆动、旋转、环转四种基本运动形式。滑动运动一般活动量微小，本文研究中忽略滑动运动。摆动运动通常指相连两肢体的屈伸和收展，如肘关节的的伸和屈、腕关节的内收和外展。旋转运动指某一肢体段向内侧或向外侧旋转，如肩关节的旋内和旋外。环转运动是屈、展、伸、收的一次连续运动。

为了研究人体工作姿态的舒适度，首先要知道人体各个关节的最大活动范围，而且还要明确各个关节的舒适范围，舒适范围是评价中判断是否舒适的主要依据。因为本文开发的人体模型的外形描述

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细化到手指的各个指关节，手指的指掌关节能实现手指的摆动运动和绕关节轴的旋转运动，近位指关节和远位指关节只能在一个方向上实现手指的伸和屈。表2-2给出手指关节的最大运动角度，同时给出各个手指的指掌关节和近位指及远位指关节的运动副描述形式和自由度数目。

表2-1手指关节活动范围

表2-3给出的是人体主要关节的坐标描述和最大运动角度及舒适活动范围。并且给出了分别绕坐标轴运动的活动状态。在表中所列的关节局部坐标系的转动轴X、Y、Z定义符合右手法则。

表2-2人体关节活动范围

2.4 人体模型的自由度

通过简化人体运动的自由度，在一定程度上能降低多自由度系统运动问题求解的复杂性。因此，考虑在不影响运动逼真性的前提下，如何用最少的自由度描述人体运动问题，是简化问题的关键。

人体是由上肢、下肢和躯干五条关节链组成。每条关节链上的关节运动都是从该关节链的起始端传递而来的。因此，运动链的起始端的运动自由度对整个关节链的运动影响最大，若简化此处关节的自由度，可能会使肢体末端不能到达预定的运动位置。另外，若简化某些关节处的常规运动所需的自由度，如简化头部的左歪、右歪，则会导致头部运动僵化，不能实现头部某些常规运动。因此在人体关节的自由度简化的过程中，一定要保留运动起始端的关节自由度，尽量不要去掉一些常规运动所需

车辆人机工程学 课程论文 的自由度。

在上肢中，肩关节、肘关节和腕关节的联合运动实现了手臂的运动。肩关节处于人体上肢运动链的起始端，能够实现内外摆和上下摆、前后摆，并且运动范围较大，所以肩关节的3个自由度不能简化。人体模型构造过程中表现为肩关节分别绕肩关节所在局部坐标系的X、Y、Z轴作旋转运动。肘关节实现前臂相对于上臂的运动，简化为具有一个自由度的关节，人体模型中表现为绕肘关节所在坐标系的Z轴作旋转运动。腕关节实现手和前臂之间的内外摆和弯曲运动，表现为绕其所在坐标系的Y、Z轴作旋转运动，属常规运动所必需的自由度，故不能简化，如图2.3所示。

图2.3上肢关节自由度定义

在下肢中，髋关节、膝关节和踝关节实现了腿部的运动，髋关节处于人体下肢运动链的起始端，可实现大腿的前后、左右、内外摆动，保留3个自由度。反映在人体模型中即是绕着髋关节所在局部坐标系的X、Y、Z轴作旋转运动。膝关节实现小腿相对于大腿的伸屈，简化为1个自由度。踝关节简化为2个自由度，实现脚部前后摆动和左右旋转运动。

在躯干中，腰关节处于躯干运动的起始端，分别实现腰部的前后弯、左右弯、左右转，有3个自由度。反映在人体模型中是绕着腰关节所在局部坐标系的X、Y、Z轴作旋转运动。上下胸部关节各有一个自由度，实现躯干的前屈。

本文所要创建的人体模型EHuman共包含17个躯干肢体段和每只手15个手指段，共47个肢体段，46个关节，共包含72个自由度。关节自由度数目在表2-

1、表2-2中已列出。

车辆人机工程学 课程论文 人体模型的运动仿真

人体模型的运动是动态人体模型开发的难点和重点。人体模型的运动包括关节的调节形成的“静态运动控制”和运动仿真模块实现的“动态运动控制”。所谓的“静态运动控制”就是通过分别调节人体模型各个关节的角度，实现不同姿态展现。“动态运动控制”则是通过运动仿真模块，实现运动规律、运动轨迹的仿真，进而达到碰撞检测等评估功能的实现。

要想实现人体模型的运动仿真，首先要建立运动机构主模型，进而分析该主模型的运动规律。运动仿真模块（Motion Simulation）可以建立多种不同的解算方案，并且在不影响装配主模型的前提下独立修改每个解算方案。该模块可进行机构的干涉分析、运动轨迹分析和动力学分析等。

人体模型中肢体段抽象为连杆（刚体），关节抽象为运动副。不同的关节抽象为不同的运动副，如颈关节、腰关节、肩关节等有3个自由度的关节抽象为球面副；腕关节、踝关节等有2个自由度的关节抽象为万向节；膝关节、肘关节等有1个自由度的关节抽象为旋转副。

对于运动仿真开发的程序控制来说，首先是仿真的参数预定义部分，包括单位类型、测量类型、参考类型等；其次是创建连杆，包括连杆的名称、质量特性、初始速度的定义等；接下来是关节种类、运动极限及运动驱动类型等的定义；最后进行运动仿真的解算方案参数的定义。下面给出解算方案参数类型定义的程序框架：

Struct uf_motion_solver_parameters_s { uf_motion_solver_ts olver;/*求解方案已使用，查找定义部分*/ double max_step_size;/*解算方案的最大允许步长，想要得到更详细的结果，增大这个数值，想要更快得出结果，减小这个数值。*/ double max_solver_error;/*解算方案的最大允许误差，想要得到更精确的结果，增大这个数值，想要更快得 出结果，减小这个数值。*/ Int max_integrator_iterations;/*动力学分析的最大允许迭代次数，若解算器求解的问题具有收敛性，则增大这个数值。*/ Int max_kinematics_iterations;/*运动学分析的最大允许迭代次数，若动作模型求解的问题具有收敛性，则增大这个数值。*/ Int max_statics_iterations;/*静力学分析的最大允许迭代次数，若动作模型求解的问题具有收敛性，则增大这个数值。*/ Int use_mass_properties;/*确定是否在分析中使用质量特性，如果是“FALSE”，则表示不能进行动力学仿真，或者运动学仿真中也没有惯性数据。*/ };Typedef struct uf_motion_solver_parameters_s uf_motion_solver_parameters_t;

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3.1人体模型的肢体段生成连杆

连杆（Links）通过运动副的连接构成了空间机构。将人体的肢体段抽象为连杆后（即把肢体段都抽象为刚性体），人体模型的各个肢体段和关节一起组成一个机构，这个机构就是运动的人体模型。因此，进行人体模型的运动分析的第一步就是创建连杆。机构要运动，必须有一个机架，因此创建连杆的过程中必须要有一个连杆与地固连，不能移动，即人体模型的某一个肢体段应创建为固定连杆。因为本文中把人体模型的髋关节作为人体模型的根关节，故把人体模型的腹部作为固定连杆。

在创建连杆之前，要先定义中心线，中心点及描述模型的其他几何体，以便对运动副和其他机构对象定义和定向，并将这些描述性的几何体放在连杆的定义中。本文创建的人体模型包括骨骼的线框模型和体表的实体模型两种表达形式，并且，每个关节用直径为相应关节尺寸的球体表示，在创建连杆的过程中，连杆要包含肢体相连处的近端（所谓近端就是与根关节靠近的关节坐标方向）的关节球。这样在创建的肢体连杆上就包含了便于描述运动副位置及方位定义的相关信息。

机构的运动分析过程中，若不考虑反作用力时，可以不定义质量特性（Mass）。但当进行动力学分析和反作用力的静力学分析时，必须为每个连杆输入质量、质心和惯性矩等参数。人体模型的质量特性的相关参数在第2章和第3章的相关章节做了计算。

材料特性（Material）是计算质量和惯性矩的关键因素，UG的材料功能可以创建新材料，检索材料库中的已有材料，并将这些材料特性赋给机构中的实体。UG运动仿真模块中的材料默认密度值为7.83×10-6kg/mm3（千克每立方毫米）；可以继承装配主模型在建模模块中赋予的材料特性。

如图3.1所示，以右上臂为例创建肢体连杆，选择连杆对象为右上臂，定义连杆质量特性、速度参数等，并定义材料特性。其中，质量特性包括质量、质心、和惯性矩，这些参数均在前面的章节中给出了计算公式或表格。通常情况下，系统可以根据模型的在材料信息，自动计算质量特性，也可以得到精确的运动分析结果。但是，本文是通过质量特性的用户自定义选项，手动输入质量特性的相关数据。

图3.1 创建右上臂

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3.2人体模型的关节生成运动副

运动副（Joints）的作用就是连接人体模型中相互接触的两个肢体段，并通过一定的约束条件使其产生相对的运动。另外，为了人体模型做规定的运动，必须添加约束限制各个肢体段之间的运动，保留所需的自由度和去掉多余的自由度。将关节抽象为运动副后，肢体段抽象为连杆，运动副就把各个连杆连接在一起，从而使人体模型运动。在创建关节运动副之前，人体模型中的肢体连杆没有约束，运动规律不确定。没有创建运动副的肢体连杆具有6个自由度（DOF），分别是沿坐标轴方向的移动和绕坐标轴的转动。

对于UG的运动仿真模块来说，可添加的运动副的种类很多，包括旋转副、球面副、万向节、滑动副、柱面副、平面副、螺旋副等。人体模型作为一个复杂的空间机构，严格来说，包含的运动副类型很多，但是经过前面章节的简化处理，把人体模型的关节均简化为旋转类运动副，忽略微小的移动。当关节具有一个转动自由度时，运动副简化为旋转副。当关节具有两个转动自由度时，原理上可以处理为万向节，但是在运动仿真模块中，万向节不可以加驱动并且不能限制运动极限，故把具有两个运动自由度的关节定义为“类万向节副”，使其具有两个方向上的转动自由度。球面副在仿真中也不能加驱动，不能限制旋转运动的运动极限，同理把球面副定义为一种“类球面副”，使类球面副具有三个互相垂直方向上的转动自由度。

前面已经提到，创建连杆时要包含中心点、中心线等描述性几何体，以便在创建运动副时定义运动副的方向，以肘关节的旋转副的创建为例，首先选择要创建运动副的连杆（前臂），原点为肘关节处关节球的球心坐标，因为肘关节的旋转副的旋转轴是肘关节处局部坐标的z轴，故z轴定义为指定方位，咬合连杆选择上臂，如图3.2所示。

图3.2 创建旋转副

3.2.1单自由度关节生成旋转副

旋转副有一个转动自由度，是连接两个连杆的常用运动副，如图3.3(a)所示。旋转副可以在两个连杆之间添加约束，也可以对单个连杆添加约束使之与地固定，但允许绕空间一点旋转。在运动仿真模块中，旋转副旋转的正向由右手法则决定，右手的大拇指指向为正Z轴方向，手指弯曲的方向即是旋转的正向。旋转副可以定义其运动极限。人体模型的运动仿真中定义的旋转副有：肘关节、膝关节、车辆人机工程学 课程论文

胸部关节及手指的近位指和远位指关节等。

3.2.2两自由度关节生成万向节

万向节有两个转动自由度，连接两个成一定角度的转动连杆，如图3.3(b)所示。因为在运动仿真中，万向节不能添加驱动，不能规定万向节的运动极限。类万向节就是把两个垂直方向上的转动转换成旋转副，把两个旋转副封装成一个运动副。人体模型运动仿真中定义的类万向节副有：踝关节、腕关节等。

3.2.3三自由度关节生成球面副

球面副连接两个连杆，有3个自由度，球面副没有方向，当创建球面副时，只需指

定连杆和球面副的原点即可，如图3.3(c)所示。因为球面副不能加驱动，不能规定球面副的运动极限，所以把球面副简化成三个相互垂直坐标中上的转动副。把这三个转动副封装成一个运动副，称为“类球面副”。对类球面副的三个转动方向上的运动可以进行运动范围的限制。人体模型运动仿真中定义的类球面副有髋关节、肩关节、颈关节等。

(a)旋转副

(b)类万向节

(c)类球面副

图3.3 运动特征

3.3运动仿真中的力和运动驱动

3.3.1定义人体模型的运动驱动

在运动仿真模块中运动驱动类型包括：无驱动、运动函数、恒定驱动、简谐运动驱动、关节运动驱动等。

在所有的运动驱动类型中，运动函数驱动（Motion Function）、恒定驱动（Constant）、简谐运动驱动（Harmonic）均是基于时间的运动仿真，关节运动驱动（Articulation）是基于位移的驱动。添加驱动就是使运动副以特定的步数和步长按一定的规律运动。图3.4给出添加了驱动的（a）旋转副、（b）类万向节、（c）类球面副的显示图标。

(a)旋转副

(b)类万向节

(c)类球面副

图3.4 驱动类型

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运动函数驱动是用户用数学函数和XY表格函数给运动副输入驱动参数。如定义简谐函数为SHF（TIME,60D,PI,360D,0,10），表示：自变量x定义为TIME（时间）；自变量的相位偏移0x为60度；振幅a为PI；频率为360度；正弦函数中的相位偏移为0；平均位移为10。常用的运动函数还有多项式函数和Step函数等。恒定运动驱动只需设定初始位移（Initial Displacement），初始速度（Initial Velocity）和加速度（Acceleration）即可。

3.3.2添加运动仿真中的操纵力

在运动仿真中力主要包括标量力（Scalar Force）、矢量力（Vector Force）、重力和扭矩。简言之，标量力指只有大小不规定方向的力，在仿真分析阶段标量力的方向是不断变化的，但力的起点和终点是固定不变的。矢量力是既有大小又有方向的力，标量力的方向在某一坐标系中始终保持不变。

当定义力时，须选择第一个连杆（作用连杆Action Link），用于定义作用力的作用点；选择第二个连杆（基础连杆Base Link），用于定义大小相等、方向相反的反作用力的作用点。矢量力是有一定大小，以某方向作用的力，且其方向在绝对坐标系（Absolute Coordinate System）和用户自定义坐标系（User Defined Coordinate System）的其中一个坐标系中保持不变。在所有外力中，重力是比较常见的一种矢量力。重力（Gravity）在运动仿真模块运行过程中，默认的重力方向是负Z方向，大小为9806.65N。

在人体模型的运动仿真中要定义的力有由外部施加的力，该力应是人体某部位（手、脚）直接同外部控制器接触时所要施加的操纵力的反作用力。还有运动过程中身体内部肌肉产生的肌肉力。在人体模型的运动仿真中，忽略人体内部产生的肌肉力，只考虑人体工作过程中受到的外部力。在正常工作状态下，人体受到的外部力就是人体手、脚的操纵力大小。如向食指添加大小为147N的拉力，可以在新建载荷里选择矢量力，然后添加如图3.5所示的矢量力。

力矩是作用力与力臂的乘积。拿转动手臂来说，转动轴是肘关节和肩关节，手臂运动产生的转矩可以改变臂部肌肉的收缩从而可以完成推或拉的动作。同样，身体其它部位产生的力矩也可以完成各种各样的动作。扭矩可使物体产生扭转，使用时必须考虑扭矩大小和旋转轴。

扭矩的大小由两方面的因素组成，一个是扭矩的大小，更一个是扭矩的作用周期。扭矩的旋转轴有3种：现有的旋转副的旋转轴、用户自定义坐标轴、绝对坐标系中的坐标轴。扭矩分为标量扭矩和矢量扭矩两种。两类扭矩的主要区别在旋转轴的定义上：标量扭矩必须施加在旋转副上，旋转轴必须采用旋转副的轴线；矢量扭矩则是施加在连杆上，其旋转轴可以是用户自定义的矢量也可以是坐标轴。

图3.5 添加矢量力

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3.4人体模型的运动仿真

在UGNX的运动仿真模块中，分析类型包括运动学分析和动力学分析两大类。

在机构运动学分析中，不考虑产生运动的原因，只考虑运动驱动。也就是说，在假定的条件下，机构运动学分析将解答在特定的时间、特定的位置物体之间的相互关系，如速度、加速度、干涉情况等，而不提供如反作用力及机构中出现的动力学运动。动力学分析要考虑运动的真正原因，如作用力、摩擦力、个别组件的质量（或重量）和惯性等，主要用于预测或确定产生特定运动所需的力。

通过前面章节的各种准备工作，搭建了可以进行运动仿真的环境，并且把人体模型这个复杂的机构中的各个肢体段定义为连杆，关节定义为相应的运动副。又进一步通过施加力或是约束对连杆和运动副添加了运动驱动，最后就可以对整个系统创建不同的求解方案了。运动规律仿真即是仿真机构的运动规律，如模拟运动的位移轨迹，得出速度图像、加速度图像等。在进行运动规律仿真之前，要先利用封装选项（Packaging Options）来收集或封装特定的、感兴趣的对象信息，以便于在随后的分析过程中进行测量、跟踪、干涉等操作。封装选项包括测量（Measure）、跟踪（Trace）、干涉检查（Interference）三个功能。

测量功能用来测量人体模型的肢体对象或对象上的点与空间环境之间的距离或角度，并定义了人体模型和周围环境对象之间的安全区域（Clearance Zones），即最小允许距离，运动一个步长系统就会比较测量距离和最小允许距离的大小，如果测量结果小于这个最小距离时，系统会发出安全警告并暂停运动。

跟踪功能生成或保存人体模型肢体某一对象在每一分析步骤开始时的状态和位置。可以在绝对（Absolute）参考框架或相对（Relative）参考框架中，进行运动仿真分析或关节运动。跟踪功能可以生成人体模型肢体段上某一位置点或多个位置点的运动轨迹。

干涉检查功能是用来比较和检查人体模型的某一肢体与所在周围环境之间的干涉重叠量。干涉检查选项需要规定干涉动作，即发生干涉时系统是要高亮显示（Hilite）还是创建实体（Solid）或者是显示相交曲线（Curve）。高亮显示就是发生干涉的物体高亮；而选择创建实体选项时，干涉出现时系统会生成一个描述干涉体积的非参数化的相交实体；显示相交曲线则是发生干涉时显示干涉发生部位的相交曲线。人体模型运动过程中可能会碰撞到周围环境中的设备或控制器，通过干涉功能可以直观的检测碰撞现象。

车辆人机工程学 课程论文 总结

结合国内外的发展现状和现有的研究技术，本文在人机工程学相关理论及标准的基础上，总结并吸取了前人研究成果，并针对目前人体模型研究上存在的问题或不足，进行相应的改进和创新，构建了适合于人机工程学评价与仿真的参数化的动态人体模型。

通过比较几种典型的模型构建的方法，最终用线框模型描述人体模型的骨骼，不仅精确描述了人体的肢体组成，而且精准定位了关节位置；用实体模型描述人体模型的外观，上下肢用圆台描述，而且手部描述从单个长方体块细化到用圆台描述手部五指的各个手指段。利用UGNX的运动仿真模块进行人体模型的运动仿真，把人体关节的运动形式转化为运动仿真中的运动副的运动形式。同时对人体的手、脚的操纵力进行研究，把人体对操纵设备所施加的力转化为运动仿真过程中所要输入的力和力矩信息。

本论文研究中还存在一些不足，从功能角度出发，对人体的关节自由度进行了一定程度的简化，在运动仿真逼真度上有所损失。

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参考文献：

5.人机工程学课程小结 篇五

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

产品设计说明书

专 业 ： XXXXXXXXXXXXXXXXXXX 班 级 ： XXXXXXXXXXX 姓 名 ： XXXXXXXX 学 号 ： XXXXXXXXX 作 品 ： 小 风 扇 完成时间 ：2013年 5 月 3

日

人机工程学产品设计说明书

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 前言

随着生活水平的提高，空调成为与现代生活中联系最紧密的产品之一。可是实际上，虽说空调更加舒适，更加随心所欲，但是长时间使用会导致空调病的发生，同时免疫力降低。因此，相对于空调，电风扇使用起来相对比较安全，对人体健康无害。但是对于某些特定环境（如学生宿舍），原有的风扇安装不合理并且空间狭窄以至于不适合额外安装普通风扇，使得夏天酷热难耐。针对这一情况，我们需要在这种特殊环境下仍然能够方便使用的风扇。这种风扇充分利用了人机工程学原理，方便实用，符合人性化需求，适用于上述场合。

人机工程学是本世纪中叶发展起来的一门新兴学科，它研究人和机器及环境的相互作用，把人的因素作为产品设计的重要条件和原则，使设计出来的机器操作简便、省力、安全、可靠、高效、舒适。

随着现代的社会科学技术突飞猛进，社会也在不断进步，人们对生活的要求也不仅仅在吃饱穿暖上了，人们开始注意到生活质量，从而对生活的环境有了更新的要求。人们要求产品要更加的人性化，这就使得人机工程学在我们的生活中大规模的运用。人机工程在生活中可以说是无处不在，从桌椅板凳到锅碗瓢盆，从行车走路到穿着打扮，都离不开人性化的设计。人机工程学使得我们有了更好的的生活环境。

关键词：电风扇

人机工程学

6.人机工程学 篇六

3产品尺寸设计分类：⑴Ⅰ型产品尺寸设计。例：汽车驾驶室的座椅、自行车座的位置、腰带和手表表带的长短、落地式或台式麦克风的话筒高度。⑵Ⅱ型产品尺寸设计。又分ⅡA型产品尺寸设计（大尺寸设计）和ⅡB型产品尺寸设计（小尺寸设计）。ⅡA型产品尺寸设计的例子：床的长度和宽度、防护栏杆的高度、热水瓶把手孔圈大小、礼堂座位的宽度、屏风的高度。ⅡB型产品尺寸设计的例子：防护栏干的间距、电风扇罩子的间距、浴室里上层衣柜的高度、阅览室上层书架的高度、读报栏高度的上限、公共汽车上踏步的高度。⑶Ⅲ型产品尺寸设计 例：一般门上的把手、门上锁孔离地面的高度、大多数文具的尺寸、公共场所休闲椅凳的高度等。

4产品功能尺寸是指为确保实现产品某一功能而在设计时规定的产品尺寸。5视角是确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。

6视距是指人在操作系统中正常的观察距离；一般操作的视距范围在38—76cm之间。

7暗适应？当人从亮处进入暗处时，刚开始看不清物体，而需要经过一段适应的时间后，才能看清物体，这种适应过程称为暗适应；暗适应过程大约需30min左右才能趋于完成。

8听觉刺激？对于人来说，只有频率为20~20000Hz的振动，才能产生声音的感觉。9反应时间又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间距。10影响运动的主要因素？运动时间、运动类型、运动方向、操作方式。

11刺激？（1）外在物理性刺激，在生活中随处存在，可以通过人的感觉器官而感受到（2）内在刺激时不依赖于身体外表感觉器官而产生的刺激。

12形象记忆、听觉记忆与动作记忆。所谓“百闻不如一见”，“看十遍不如做一遍”，这体现了实践对记忆的重要影响。在安全工作中，单纯背诵安全操作规程、安全生产条例的效果远不如熟练掌握，即依靠动作操练来记忆其内容更为理想。13思维的基本过程？分析、综合、比较、抽象和概括。

14逻辑思维？抽象的推理性思维。逻辑思维的思维方式导致人的思维的教条化，影响人们创造性的发挥，但逻辑思维又是创造性的基础，缺乏逻辑常识的人很难得出合乎物理规律性结果；因此，在提倡创造性思维时，千万不可反对逻辑思维。15人机信息三种方式：视觉显示、听觉显示、触觉显示。

16仪表显示种类？按功能可分为读数用仪表、检查用仪表、追踪用仪表和调节用仪表等；按结构形式可分为指针运动式仪表、指针固定式仪表和数字式仪表等。

17仪表的形式？垂直形、水平形、半圆形、圆形、开窗形。

18人眼的观察效率？以左上方为最优，其次是右上方、左下方，而以右下方为最差，仪表应按其重要程度和使用频率的要求分别布置在观察效率不同的方位上。

19角笛的声音又吼声和尖叫声两种；长用做高噪声环境中的报警装置。

汽笛声频率高，声强也高，适合用于紧急事态的音响报警装置。

20位置编码？利用安装位置的不同来区分操纵器。如将操纵器设在某一位置上表示系统某种功能的类型，并实现标准化，则操纵者可不必注视操作对象，而能很容易地识别操纵器并正确的进行操作。常用与脚踏板编码。21人体不同坐姿的消耗？仰卧100；坐姿103~105；立姿108~110；跪姿130~140；弯腰150~160.22作业动作的类型？（1）定位动作（2）逐次动作（3）重复动作（4）连续动作（5）调整动作 23作业岗位的分类？按姿势分为坐姿岗位、立姿岗位和坐、立姿交替岗位。24影响热环境条件的主要因素？气温、气湿、气流和热辐射。25作业场所的光环境有天然采光和人工照明。

26噪声对机体的其他影响？噪声在90dB以下，对人的生理作用不明显。90dB以上的噪声，对神经系统、心血管系统等有明显的影响。

27振动对人体的影响？主要取决于振动的强度，而振动强度一般是用加速度有效值来计量的。除了振动强度外，还有两个十分重要的因素。其一是振动频率，实验证明，人对4~8Hz的振动感觉最敏感，频率高于8Hz，或低于4Hz，敏感性就逐渐减弱。其二，对于同强度、同频率的振动来说，振动的影响还同振动的暴露时间有关。

28人的失误内在因素？生理能力：体力、体格尺度、耐受力，有否残疾、疾病、饥渴；心理能力：反应速度、信息的负荷能力、作业危险性、单调性、信息传递率、感觉敏度；个人素质：训练程度、经验多少、熟练程度、个性、动机、应变能力、文化水平、技术能力、修正能力、责任心。

29人机系统的评价方法？实验法、模拟装置法和实际运行测定法。

问答：1视觉特征？（1）眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不易疲劳；一般先看到水平方向的物体，后看到垂 1

直方向的物体（2）视线的变化习惯于从左到右，从上到下河顺时针方向运动（3）人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计要准确得多，因而水平式仪表的误读率比垂直式仪表的误读率低（4）当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最优，依次为右上限，左下限，而右下限最差（5）两眼的运动总是协调的、同步的，在正常情况不可能一只眼睛转动而另一只眼睛不动；在一般操作中，不可能一只眼睛视物，而另一只眼睛不视物（6）人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受（7）颜色对比与人眼变色能力有一定关系。2知觉的基本特征？（1)整体性（2）选择性（3）理解性（4）恒常性（5）错觉

3思维的基本特征？（1）思维的间接性（2）思维的概括性（3）思维与语言具有不可分性。

4仪表的标数原则？（1）通常，最小刻度不标数，最大刻度必须标数（2）指针运动式仪表标数的数码应当垂直，表面运动的仪表数码应当按圆形排列（3）若仪表表面的空间足够大，则数码应标在刻度记号外侧，以避免它被指针挡住‘若表面空间有限，应将数码标在刻度内侧，以扩大刻度间距（4）开窗式仪表窗口的大小至少应能显示被指示数字及其上下两侧的两个数，以便观察指示运动的方向和趋势（5）对于表面运动的小开窗仪表，其数码应按顺时针排列（6）对于圆形仪表，不论表面运动式或指针运动式，均应使数码按顺时针方向依次增大（7）不做多圈使用的圆形仪表，最好在刻度全程的头和尾之间断开，其首尾的间距以相当于一个大刻度间距为宜。

5听觉信息传示装置使用目的和使用条件具体内容？（1）为提高听觉信号传递效率，在有噪声的工作场所，须选用声频与噪声频率相差较远的声音作为听觉信号，以削弱噪声对信号的掩蔽作用（2）使用两个或两个以上听觉信号时，信号之间应有明显的差异；而对某一种信号在所有时间内应代表同样的信息意义，以提高人的听觉反应速度（3）应使用间断或变化信号，避免使用连续稳态信号，以免人耳产生听觉适应性（4）要求远传或绕过障碍物的信号，应选用大功率低频信号，以提高传示效果（5）对危险信号，至少应在两个声学参数上与其他声信号或噪声相区别；而且危险信号的持续时间应与危险存在时间一致。

6手握式工具设计原则？（1）必须有效地实现预定的功能（2）必须与操作者身体成适当比例，使操纵作者发挥最大效率（3）必须按照作业者的力度和作业能力设计，所以要适当地考虑到性别、训练程度和身体素质上的差异（4）工具要求的作业姿势不能引起过度疲劳。

8作业面高度的确定应遵循的原则？（1）如果作业面高度可调节，则必须将高度调节至适合操作者身体尺度及个人喜好的位置（2）应使臂部自然下垂，处于合适的放松状态，小臂一般应接近水平状态或略下斜；任何场合都不应使小臂上举过久（3）不应使脊椎过渡屈曲（4）若在同一作业面内完成不同性质的作业，则作业面高度应可调节。

9设计的基本原则？（1）合理的照度平均水平，同一环境中，亮度和照度不应过高或过低，也不要过于一致而产生调感（2）光线的方向和扩散要合理，避免产生干扰阴影，但可保留必要阴影，使物体有立体感（3）不让光线直接照射眼睛，避免产生眩光，而应让光源光线照射物体或物体的附近，只让反射光线进入眼睛，以防止晃眼（4）光源光色要合理，光源光谱要有再现各种颜色的特征（5）让照明和色相协调，使气氛令人满意，这称为照明环境设计没的思考（6）创造理想的照明环境不能忽视经济条件的制约，因而必须考虑成本。

10与材料有关的准则？（1）少用短缺或稀有的原材料多用废料，余料或回收材料作为原材料，尽量寻找短缺或稀有原材料的代用材料，提高产品的可靠性或使用寿命。（2）尽量减少产品中的材料种类，以利于产品废弃后的有效回收。（3）尽量采用相容性好的材料，不采用难以回收或无法回收的材料。(4)尽量少用或不用有毒有害的原材料。

设计题：

（一）一般工作场所座椅：1座椅设计要点（1）工作座椅的结构型式应尽可能与坐姿工作的各种操作活动要求相适应，应能使操作者在工作过程中保持身体舒适、稳定并能进行准确得控制和操作（2）工作座椅的座高和腰靠高必须是可调节的（3）工作座椅可调节部分的结构构造，必须易于调节，必须保证在椅子使用过程中不会改变已调节好的位置并不得松动（4）工作座椅各零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边，各部结构不得存在可能造成挤压、剪钳伤人的部位（5）无论操作者坐在座椅前部、中不还是往后靠，工作座椅坐面和腰靠结构均应使其感到安全、舒适（6）工作座椅腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性（7）工作座椅一般不设扶手（8）工作座椅的结构材料和装饰材料应耐用、阻燃、无毒。2工作座椅必须具有的主要构件：坐面、腰靠、支架。3座椅主要参数：座高360~480mm；座宽370~420mm，推荐值400mm；座深360~390mm，推荐值380mm；腰靠长320~340mm，推荐值330mm；腰靠宽200~300mm，推荐值250mm；腰靠厚35~50mm，推荐值40mm；腰靠高165~210mm；腰靠圆弧半径400~700mm，推荐值550mm；倾覆半径195mm；坐面倾角0°~5°，推荐值3°~4°；腰靠倾角95°~115°，推荐值110°。

（二）办公室座椅设计基本尺寸：坐面高370~400mm，坐面倾角2°~5°，上身支撑角约110°；工作时以靠背为中心，与一般作业场所座椅最显著的不同之处是，靠背点以上的靠背弯曲圆弧在人体后倾稍时休息时，能起支撑的作用。该类型的椅子也可以作为会议室用椅。

7.人机工程学课程小结 篇七

轨道车辆作为交通工具，在出现的早期，人们也只是期望以此节省时间、提高效率、减少人的疲劳奔波，因此车辆的设计制造起点不高、方式方法也不是很好。然而，随着人们生活水平的提高和科学技术的进步，人们对生活环境、交通工具的乘坐环境在舒适性、效率性和安全方便等方面有了更高的要求。技术和科学的进步也要求车辆等交通工具的设计对解决这一系列问题应该有更严谨和更科学的方法。这就要求车辆设计师们应该对“人”有一个科学全面的了解，在车辆设计过程中充分糅入人体工程学相应内容，以便设计生产的车辆产品能够适应市场的发展需要和满足人们日益增高的要求。

二、人体工程学

人体工程学又称为人类工学或人类工程学，是第二次世界大战后发展起来的一门新学科，它以人-机关系为研究对象，以实测、统计、分析为基本的研究方法。

从科学性和技术性两个方面给人体工程学作的定义如下：人体工程学是研究“人-机-环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决该系统中人的效能、健康问题提供理论与方法的科学。

人体工程学研究的重点是系统中的人。人体工程学在解决系统中人的问题的主要途径有两条：(1)使机器、环境适合于人;(2)通过最佳的训练方法，使人适应于机器和环境。在车辆设计中，解决系统中人的问题的主要途径则是前者，即在设计初期就应该充分地考虑各种因素，尽量地使所设计生产的产品能够适合于人、服务于人。

三、人体工程学与车辆设计的联系

随着生活质量的不断提高，人们逐渐改变了思想观念，人们对事物的要求也由单纯的物质性提高到物质性和精神性相结合，人们开始关注其美观性、适用耐用性、舒适性等性能。这就要求设计师在进行设计时不能再单纯地只是为了生产制造而设计，而应该切实地以人为主体，充分考虑产品对人的适用性。因此，在设计时结合人体工程学理论，将会很大程度地提高产品的适用性，从而增大其市场效应。

（一）人体工程学应用于车辆设计时的常用人体尺寸

身高、眼睛高度(包括站立时眼睛高度和坐时眼睛高度)、正常坐高、肩高、肩宽、膝弯高度、臀部-膝腿部长度、臀部-膝盖长度、垂直手握高度。

（二）车辆设计时应考虑到的人体活动

人的动作空间主要分为人体处于静态时的肢体活动范围 (称为作业域) 和人体处于动态时的全身动作空间 (称为作业空间) 。其中作业域是二维的，作业空间是三维的。

人们工作时常采取的姿态基本上可归纳为四种，即站、坐、跪和躺。在车辆设计时，若能针对性地将作业域和作业空间融入，则能很大程度地提高产品相关性能和使用舒适度。例如，在设计车辆室内的桌子或控制台面等时，就应充分考虑水平作业域(即手臂尽量外伸左右运动所形成的最大轨迹范围)和手臂自然放松左右运动所形成的区域，根据室内有限空间尽量合理地设计桌子或控制台面形式及布置。并且在生产过程中时常会有生产作业施工困难或无法施工的问题，其主要原因就是在设计过程中只是考虑了如何去设计出产品，而没有结合作业域和作业空间去系统考虑设计。

（三）车辆设计中应考虑车辆内环境与人的知觉联系

我们所设计生产制造的车辆主要还是使之去适用于人，在车辆的其他系统性能都已达到一定水平后，人们的要求日益趋向于提高其舒适度性能，其实这也就是对车辆内部环境设计提出新的更高的要求。

环境和人总是息息相关的，良好的环境可以促进人的身心健康，提高工作效率，并且人的知觉和环境也是相互对应的，视觉-光学环境、听觉-声学环境、触觉-温度和湿度环境。

1．视觉联系

在操作控制和视觉空间的设计时常需要作视野分析的考虑。一般地，人的眼睛正常的视野范围是向上55°，向下70°，向左向右各约94°;特别是如司机室和其他类型的控制室等，人们往往需要注视某一方向，并兼顾控制仪表。这种情况下就要进行相应的视野分析，使用频率高的、需要辨认的就要考虑布置在主视野范围内;不常用的或提示性与警告性的则可以考虑放在余视野范围内。一般地，有这样的规则：重要的在3°以内，一般的在20°～40°以内，次要的在40°～60°;并且因为视觉效率太低，所以一般不在80°视野之外设置。另外，一些对视觉观察不利的因素也尽量要安排在视野之外，如强眩光。

目前，车辆上照明也是一个较重要的系统部分。在车辆设计中，依据不同的情况对照明灯具的选型、布置也不同。若是需要灯光引起人们的注意，则其亮度至少要两倍于背景的亮度。亮度的大小取决于环境背景的要求，也不是越大越好，应避免分散注意力和眩光，因此在与环境相适应的同时还要控制光强的变化。例如，夜间车辆的头灯灯光易产生眩光，这会造成产生残像、破坏视力、分散注意力、产生视觉疲劳等不良反应。消除眩光的方法主要有两种：一是将光源移出人的视野范围，人的视线活动大部分集中在视平线以上，水平线以上25°、45°更好;二是采取间接照明，反射光和漫射光都是良好的间接照明，能消除眩光，同时间接照明也能消除阴影(阴影也会对人的视线观察有影响);在车辆头灯的设计布置时可考虑眩光对司乘人员的影响，对灯进行合理的选型和布置。在客室照明设计时，除了要考虑以上情况外，还应考虑到整体的照度平衡。

2．听觉联系

听觉是除视觉以外人类的第二大感觉系统，人类听觉系统所能测(听)到的声音频率范围是20～20000Hz。在车辆设计时，需要考虑到处于室内听觉环境的人，并且应从两方面进行考虑：一是如何使想让人们听到、听清楚或人们爱听的声音更清晰、效果更好;二是如何使不想让人们听到或人们不爱听的声音消除。前者是音响、声学设计的问题，设计师需要从音响的选型、声学方面着手;后者是噪声控制的问题，设计师在设计时首先应该判断分析噪声源所在，尽量减少噪声源;其次是采取对噪声源隔声处理或封闭噪声源等的处理措施。例如，对车辆底部的噪声控制，可采取在地板(或地板型材)胶合减振树脂或填充发泡树脂等措施进行隔声处理(见图1)。

3．触觉联系

设计上的触觉问题主要是解决压力和温度的问题。在车辆中有诸多设备需要人去操作控制，人的身体与设备的接触面的大小对人的触觉舒适有着直接影响。例如，在设计门的拉手时，过小的拉手会使人在操作时手受到过大的力，产生疼痛感;而反之，合适的拉手会给人操作简洁舒适的感觉。另外，例如静电这个词对人们而言已经不陌生，特别是在一、二月份空气干燥的时候，人们经常会遇到静电作用的问题。人体之所以有静电，与人走路时鞋和地板(或地毯)摩擦有重要关系，可以采取相应的措施来消除或解决这一问题。如在地板(或地毯)材料选型方面选择不易产生静电的材料，或利用车辆空调系统将客室内温度控制在20℃，湿度大于60%，也能消除静电问题。

此外，在车辆设计时还有可能会需要考虑到人的行为心理方面的因素。诸如，在客室座椅间距或客室立柱扶手间距的布置上考虑人际距离的问题，通过车窗的设计形式来解决幽闭恐惧的问题(因为绝大多数人在封闭的空间总会产生一种“危机感”)等。(下转第40页)

四、结语

综观现今社会市场上的各类产品，其不断更新换代的最终目的都是为了更好地服务于人，都是为了解决适应“人”的问题。同样，汽车、火车、飞机等交通工具，在社会大潮流下的不断更新改进亦是为了更好体现其服务于“人”的性能。人机工程学又是主要以“人”为本，主要研究对象是“人-机”关系。因此，利用人机工程学，将其合理地应用于车辆设计中，将会使最终的车辆产品更加适用于“人”，适用于市场。

参考文献

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[7]国家技术监督局.GB 13547-92工作空间人体尺寸[S.]北京:技术标准出版社, 1989.

8.安全人机工程学教学改革探索 篇八

【摘 要】《安全人机工程学》是安全工程专业课程，针对课程教学改革与实践进行了探讨，提出“兴趣-教学-分析-实践”的教学新模式。

安全人机工程学作为人机工程学的一个应用学科分支，其研究主要是以安全为目的，以工效为条件，它研究人、机、环境三要素之间的相互关系，以求达到人与机乃至环境相适应，建立更为安全的工作制度及环境的学科。正是因为这一学科研究对象主要还是人，所以如何将人机相关理论引入安全人机工程学教学中，笔者认为也是一个新的创新。

针对以往课程教学中存在的不足，同时兼顾学生实践与创新能力的培养，提高学生学习主动性及积极性，从专业特色及课程针对对象对该课程教学环节进行了改进，收到了较好的效果。

一、重视第一节课，提高学生学习兴趣

人对一件新鲜事物的认识虽然很多来自自身的感知，但是同样会受到诸多信息的影响，往往学生对一门新课程的兴趣也会受到相应感知的影响。很多时候老师会忽视了一门新课程的开篇，即第一节课。通过多年教学经验总结，一门课程的开篇相当重要，如果重视第一节课往往会更大程度地激发学生的学习兴趣。在介绍安全人机工程学第一节课中，笔者并没有局限在讲授本课程涉及的主要内容及课程安排，在开篇第一堂课中加入讨论环节，围绕更多我们周围的现状结合人机工程学提出讨论问题，如“人机工程学高速发展带给了人类有哪些问题？”学生们对问题的讨论往往会提出相应有关安全性的问题，顺其自然地引入安全人机工程学概念，会让学生更清晰地了解课程的重要性。

重视第一节课的开篇，不仅让学生产生浓厚的学习兴趣，而且让学生熟悉安全人机工程学的授课方式，习惯于自身加入到课程学习过程中，这样学生的学习将充分体现自主学习，为本门课程奠定基础。

二、课前素材准备充分，多媒体相结合效果好

安全人机工程学这门课程的特点是知识点多且杂，其很多理论往往与时代进步的大背景息息相关。在每堂课之前，充分准备素材，会让学生体会到学习这门课是与自己乃至周围的人、物、环境都是息息相关的。素材的准备是为了上好一节课的必要辅助手段，

由于安全人机工程学涉及很多知识要点，特点是关于人、机、环境三要素中的人、机要素，如果要研究它们的特点，自然要通过展示，仅仅通过黑板板书、教师的口头语言，对于一些特性是没有办法讲述清楚的。利用多媒体具有图、文、声并茂并且有活动景象的特点，很多知识的表述将是十分清楚。比如：在讲述人的测量基准面通过图片3D形式展示出；再有对于人的知觉特性里对于事物的理解性，展示相应的抽象图让学生理解人的感知是有个性特点的。

充分发挥多媒体的交互式学习环境，让学生更便于主动参与其中。认知学习理论认为人的认识不是外界刺激直接给予的，而是外界刺激与人的内部心理过程相互作用的结果。运用多媒体这一现代信息技术工具，发挥其直观、互对性强等特点，可以事半功倍地让学生理解掌握知识难点。知识的传授如果仅仅用照本宣科的方式传授给学生，并不能通过语言简单地讲解清楚，学生对知识的获取兴趣将大大的打折扣。

三、课堂讨论结合现实案例，提高学生分析能力

一堂课如何吸引学生注意力，更多取决于学生的兴趣。如何让学生在学习过程中更大程度地发挥积极、主动、创新是教育教学研究的新课题。当代大学生身处在大学校园，不过个体上已经处在社会大环境中，各种新鲜事物、热门事件往往会引起学生极大的兴趣。

在安全人机工程学教学过程中引入热门事件作为案例，让学生首先运用安全人机工程学相关原理分析思考问题，并在课程中让学生分组讨论，这种知识点运用方法往往会让学生切身体验知识的活学活用。例如，在讲解轨迹交叉理论时，首先通过结合国航4.15空难，分析事件诸多构成因素得出结论；再结合社会热点事件如南京饿死幼童事件，让学生运用课堂学习的知识点进行讨论分析，活学活用，加强了学生掌握运用新知识点的能力。

安全人机工程学是实践性很强的一门学科，其教学目的是让学生具有较强的动手能力和分析应用能力。充分利用当代大学生的独立性、体验性等多方面特点，运用社会热点事件作为课堂案例进行分析，这种理论联系实际的教学方法，让学生在讨论过程中对于知识点不仅起到巩固的作用，同时对于学生分析问题能力的提高也有着非常好的效果。

四、课后习题方式灵活，巩固课堂知识点

学习的过程分为学和习两个过程。学，更偏重于课堂学习，通常是在教学情境中，通过教师与学生交互完成学这一过程。习，则更侧重于课堂外学生如何巩固课堂学习的内容。习题的设定对于学生学习巩固新知识具有不可替代的作用。但是学生对习题很多时候会表现出反感情绪，这是因为书本上的习题虽然针对性强，但是综合及实践性偏弱，学生的兴趣不高。

针对这一问题，对于安全人机工程学的课后习题设计就需要一些技巧性。首先，书面的习题是以章为单位，这样学生在做习题时是对整章的知识点进行复习巩固的。其次，针对每章小节为单位，设计了多种形式的思考、讨论、分析问题。通过将课后习题与课堂内容的灵活结合，知识的巩固及叠加效应十分明显。