人机工程系学考试主要内容本科Word文档下载推荐.docx
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●冠状面:
通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。
冠状面将人体分成前、后两个部分。
●水平面:
在与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。
水平面将人体分成上、下两个部分。
●眼耳平面:
通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面。
3、影响人体测量数据差异的因素:
●年龄
●性别:
对于大多数人体尺寸,男性比女性大些(但有四个尺寸——胸厚、臀宽、臂部及大腿周长正相反);
在腿的长度尺寸起重要作用的场所(如座姿操作的岗位),考虑女性的人体尺寸至关重要。
●年代
●地区与种族
●职业:
一般体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动者稍大些
4、为了能选用适合各地区的人体尺寸,将全国人体尺寸的区域划分六个区域:
东北、华北区;
西北区;
东南区;
华中区;
华南区;
西南区
5、人体测量数据的主要统计函数
●正态分布:
分布出现若出现“两头小、中间大、左右对称”的情况,像“钟”形,就称为正态分布。
●均值:
统计学中,均值表示分布的集中趋势,即全部被测数值的算术平均值,用“平均值”来决定基本尺寸。
按平均值设计的产品尺寸只能适合于50%的人使用,另有50%的人不适合。
●标准差:
统计学中,标准差表示分布的离中趋势。
表明一系列变化数距平均值的分布状况或离散程度。
用“标准差”作为尺寸的调整量。
标准差大,表示各变数分布广,远离平均值;
标准差小,表示变数接近平均值。
●适应域:
一个设计只能取一定的人体尺寸范围,只考虑整个分布的一部分“面积”,称为“适应域”,适应域是相对设计而言的,对应统计学的置信区间的概念。
适应域可分为:
对称适应域、偏适应域。
对称适应域对称于均值;
偏适应域通常是整个分布的某一边。
●百分位:
百分位由百分比表示,称为“第几百分位”。
表示在某一人体尺寸范围内,使用者中有百分之几等于或小于该给定值。
例如,50%称为第50百分位。
人体测量中的每一个百分位数值,只表示某一项人体的尺寸,如人高和肩宽;
绝对没有一个人在各种人体尺寸的数值上都同时处在同一百分位上。
●百分位数:
百分位数是百分位对应的数值。
例如,身高分布的第5百分位数为1543,则表示有5%的人的身高将低于这个高度。
在人体测量资料中,常常给出的是第5、第50和第95百分位数值。
6、主要人体尺寸的应用原则
(1)极限设计原则:
主要内容包括设计的最大尺寸参考人体尺寸的低百分位;
设计的最小尺寸参考人体的高百分位。
(2)可调性设计原则:
设计优先采用可调式结构。
一般调节范围应从第5百分位到第95百分位。
由人身高决定的物体,应以第95百分位数值为依据(如门、入口、通道等);
由人体某些部位的尺寸决定的物体(椅子的坐高等),应以第5百分位数值为依据。
(3)平均尺寸设计原则:
设计中采用平均尺寸计算。
(多数专家不主张按平均尺寸设计)
7、运用百分位的原则:
●够得着的距离,一般选用低百分位(如第5百分位)的尺寸;
●容得下的距离,一般选用高百分位(如第95百分位)的尺寸;
●常用高度,一般选用第50百分位的尺寸;
如门铃、插座、电灯开关的安装高度以及营业柜台高度等
●可调节尺寸若确定百分位大小有一定困难,条件许可时,可增加一个调节尺寸。
如当身体尺寸在界限以外的人使用会危害健康时,其尺寸界限应扩大到第1百分位和第99百分位。
如紧急出口(99%)使用者与紧急制动杆距离应1%。
8、应用人体尺寸数据时应注意的要点
●弄清设计的使用者或操作者的状况
●确定所设计产品的类型
●选择人体尺寸百分位数
产品类型
产品类型定义
说明
Ⅰ型产品尺寸设计
需要两个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据
又称双限值设计
Ⅱ型产品尺寸设计
只需一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值和下限值的依据
又称单限值设计
ⅡA型产品尺寸设计
只需一个人体尺寸百分位数作为尺寸上限值的依据
又称大尺寸设计
ⅡB型产品尺寸设计
只需一个人体尺寸百分位数作为尺寸下限值的依据
又称小尺寸设计
Ⅲ型产品尺寸设计
只需要第50百分位数(P50)作为产品尺寸设计的依据
又称平均尺寸设计
按产品的重要程度又分为涉及人的健康、安全的产品和一般工业产品两个等级。
在确认所设计的产品类型及其等级之后,选择人体尺寸百分位数的依据就是满足度。
产品重要程度
百分位数的选择
满足度
Ⅰ型产品
涉及人的健康、安全的产品
一般工业产品
选用P99和P1作为尺寸上、下限值的依据
选用P95和P5作为尺寸上、下限值的依据
98%
90%
ⅡA型产品
选用P99和P95作为尺寸上限值的依据
选用P90作为尺寸上限值的依据
99%或95%
ⅡB型产品
一般工业产品
选用P1和P5作为尺寸下限值的依据
选用P10作为尺寸下限值的依据
Ⅲ型产品
选用P50作为尺寸的依据
通用
成年男、女
通用产品
选用男性的P99、P95或P90作为尺寸上限值的依据
选用女性的P1、P5或P10作为尺寸下限值的依据
第三讲人机系统
1、人机系统的定义
人机系统是由相互作用、相互联系的人和机器两个子系统构成的,且能完成特定目标的一个整体系统。
2、人机系统的基本模式
人机系统的基本模式由人的子系统、机的子系统和人机界面所组成。
●人的子系统可概括为S-O-R(刺激-加工-反应),包含S-O(刺激-加工)和O-R(加工-反应)两个子系统。
●机的子系统可概括为C-M-D(控制-运转-显示),又可分为C-M和M-D两大子系统。
●人机界面:
人与机之间存在一个相互作用的“面”,所有的人机信息交流都发生在这个作用面上,通常称为人机界面。
●人机交互作用:
就是人与机器互相进行信息交换的过程。
一方面是人的输出信息发向机器,经转换后成为机器的输入信息,另一方面是机器的输出信息发向人,转换为人的输入信息。
3、人机功能分配
●适合机器的工作
(1)枯燥、单调、笨重的工作;
(2)强度大、快速操作、高级运算的工作;
(3)危险性大或操作环境恶劣的工作;
(4)可靠性、高精度的和程序固定的工作。
●适合人的工作
(5)编制、设计程序;
(6)处理意外事件、排障维修;
(7)变换频繁的工作;
(8)探索性、决策性工作。
4、人机系统类型
●按人机结合方式可分为串联式人机系统、并联式人机系统和混合式人机系统三种。
●按有无反馈控制可分为开环式人机系统和闭环式人机系统。
●按系统自动化程度可分为手控式人机系统(人力系统)、机控式人机系统(半自动系统)和监控室人机系统(全自动系统)。
第四讲人体感知、信息处理与运动系统
1、感觉与知觉的定义
●感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物个别属性的反映,感觉是人们了解外部世界的渠道,也是一切复杂心理活动的基础和前提。
●知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。
2、感觉的特征
●适宜刺激:
人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感,能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激。
●适应:
感觉器官接受刺激后,若刺激强度不变,则经过一段时间后,感觉会逐渐变弱以至消退,这种现象称为“适应”。
●感受性和感受阈限:
分为绝对感受性和绝对感受阈限;
差别感受性和差别感受阈限。
刚刚能引起感觉的最小刺激量,称为绝对感觉阈限的下限,感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。
绝对感受性与绝对感觉阈限值成反比,也就是说,引起感觉所需要的刺激量越小即绝对感觉阈限的下限值越低,绝对感受性就越高,感觉越敏锐。
若刺激量过大,超过了正常限度,将使感觉消失而引起痛觉,甚至造成感官的损伤。
刚刚使感觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。
刺激量在上、下阈限之间才能引起感觉。
当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时,它们在强度上的差别必须达到一定程度,才能引起人的差别感觉。
差别感觉阈限即为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量,对最小差别量的感受能力则为差别感受性,两者成反比关系。
●相互作用:
在一定条件下,各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将因受到其他刺激的干扰影响而降低,这种使感受性发生变化的现象称为感觉的相互作用。
●对比:
同一感受器接受两种完全不同但属同类的刺激物的作用,而使感受器发生变化的现象称为对比。
分为同时对比和继时对比。
●余觉:
刺激消失后,感觉可存在一极短的时间,这种现象叫余觉。
(现象)
3、知觉的基本特性
●知觉的整体性:
把知觉对象的各种属性、各个部分知觉成为一个同样的有机整体,这种特性称为知觉的整体性。
●知觉的理解性:
根据已有的知识经验去理解当前的感知对象,这种特性称为知觉的理解性。
●知觉的恒常性:
人们根据已往的印象、知识、经验去知觉当前的知觉对象,当知觉的条件在一定范围内改变的时候,知觉对象仍然保持相对不变,这种特性称为知觉恒常性。
包括形状恒常性、大小恒常性、颜色恒常性、明度恒常性、听知觉恒常性。
●知觉的选择性:
人们总是按照某种需要或目的主动地有意识地选择其中少数事物作为知觉对象,对它产生突出清晰的知觉映像,而对同时作用于感官的周围其他事物则呈现隐退模糊的知觉映像,从而成为烘托知觉对象的背景,这种特性称为知觉的选择性。
●错觉:
错觉是对外界事物不正确的知觉,即我们的知觉不能正确地表达外界事物的特性,而出现种种歪曲。
总的来说,错觉是知觉恒常性的颠倒。
4、人的信息接收与传递
●信息计量:
信息是可以严格定量的。
信息量以计算机的“位”(bit)为基本单位,称为彼特。
●信道容量:
信道的关键是信道的容量,即单位时间内可传输的最大信息量。
信道容量与单位时间内能正确辨认的刺激数量有关。
●信息冗余度:
冗余度在通信理论中表示一定数量的信号单元所携带的信息量低于它所能携带的最大信息量的程度。
信息编码如果过剩,即如果存在信息的冗余度,则会使传信绩效降低,但却有利于提高通讯的抗干扰能力。
5、人的信息加工
●人的信息加工过程为:
感觉贮存(又称感觉登记、感觉记忆或者瞬时记忆)——知觉过程(可分为自上而下和自下而上两种方式)——思维与决策过程——执行过程——反馈
6、信息的贮存
人的记忆可分为感觉记忆、短时记忆、长时记忆
●感觉记忆:
是记忆的初始阶段,它是外界刺激以极短的时间一次呈现后,一定数量的信息在感觉通道那迅速被登记并保持一瞬时的过程,又被称为瞬时记忆或者感觉登录。
●短时记忆:
又称工作记忆或操作记忆,是指信息一次呈现后,保持时间在1min以内的记忆。
●长时记忆:
是记忆发展的高级阶段,其保持时间在1min以上。
具有极大的容量,可以说没有限度,但是并不意味着人总是能记住和利用长时记忆中的信息
7、人的信息输出:
影响信息输出质量高低的主要因素是反应时间和运动准确性
8、反应时
●反应时间:
又称反应时,是指刺激作用于人倒人明显作出反应开始时所需要的时间,即刺激呈现到反应开始之间的时间间隔。
人接受到刺激时并不会立即有反应,而是有一个发动过程。
反应时又可分为简单反应时和选择反应时两种。
●简单反应时是指单一信号、单一运动反应、有准备条件下测得的反应时,同一感觉器官接受的刺激不同,其简单反应时也不同。
具有刺激信号简单,容易反应,不必进行识别、判断的特点。
●选择反应时是指呈现的刺激不只一个,要求对各个刺激出现时作出不同的反应而测得的相应的时间。
具有刺激信号内容多而复杂,需要进行识别、判断和选择,容易出错的特点。
●触觉和听觉反应时最短,其次是视觉
9、运动准确性
●速度-准确性互换特性:
定位运动时间与目标宽度成反比
●快速定位运动的准确性:
随着运动时间的延长,垂直方向和水平方向上的准确性均提高。
同时,随着运动距离的增加,准确性下降。
●在垂直面上,手臂做前后运动时颤抖最大,颤抖方向是上下的;
在水平面上,做左右运动的颤抖最小,前后方向颤抖
●盲目定位运动的准确性:
正前方盲目定位准确性最高,右方稍优于左方,在同于方位,下方和中间均优于上方。
10、骨在人体中的主要功能和作用:
●构成人体的支架,具有维持体型、支撑软组织和承担全身重量的作用;
●形成体腔壁,具有保护大脑和内脏器官及帮助呼吸的作用;
●是人体运动的杠杠,肌肉牵动骨绕关节转动,从而产生各种运动;
●骨中的红、黄骨髓具有造血、储藏脂肪的功能,同时还是人体内矿物盐的储备仓库。
11、骨杠杆
●人体运动的产生主要是靠肌肉的收缩,还必须借助于骨杠杆的作用。
在人体骨杠杆中,关节是支点,肌肉是动力源,肌肉与骨的附着点称为力点,而作用于骨上的阻力的作用点成为重点(阻力点)。
●平衡杠杆:
支点在重点与力点之间,类似天平秤的原理,见图(a);
●省力杠杆:
重点在力点与支点之间,类似起重机的原理,见图(b);
●速度杠杆:
力点在重点与支点之间,阻力臂大于力臂,见图(c)。
人体骨杠杆
12、骨连接
●直接连接:
两骨之间通过结缔组织、软骨或骨相连接,其间无间隙,活动范围很小或根本不活动;
●间接连接:
两骨之间借助膜性囊互相连接,其间具有腔隙,活动性较大,又被称为关节。
14、肌力
●坐姿手臂操纵力:
右手臂的力量大于左手臂;
手臂处于内、外下方时,推力、拉力均较小,但其向上、向下的力量较大;
拉力略大于推力;
向下的力略大于向上的力;
向内的力大于向外的力。
●立姿手臂操纵力:
手臂最大拉力在肩下方180度方向上;
最大推力在肩上方0度方向上;
伸直前臂时,向前推的力略大于向侧推的力。
●脚的操纵力:
脚产生的力的大小与下肢的位置、姿势和方向有关。
下肢伸直时脚所产生的力大于下肢弯曲时所产生的力,坐姿有靠背支持时,两脚蹬踩可产生最大的力。
最大蹬力一般在膝部屈曲160度时产生;
下肢向外偏转约10度时的蹬力最大。
15、人体操作姿势与用力关系
●人手的垂直运动快于水平运动,且准确性高;
●手从上往下运动比从下往上运动快;
●在水平面内,手的前后运动比左右运动快,作旋转运动比作直线运动快,且逆时针方向比顺时针方向快;
●大多数人的右手运动比左手快,力量大,且右手向右运动比向左运动快;
●手朝向身体方向的运动比离开身体方向的运动快,但手离开身体方向的运动准确度比朝向身体方向时的要高;
●单手操作比双手操作的精确度高,速度快。
16、避免静态施力
●避免长时间或反复地向前或向两侧弯腰;
●避免长时间地抬手作业或上臂上举进行作业,当手不得不在较高位置作业时,应使用支撑物来托住肘关节、前臂或者手
●避免负荷不平衡,单侧肢体承重或单手操作;
●避免头部和眼睛的不自然姿势,造成头部和颈部肌肉的静态施力;
●避免长时间地单手或双手前伸;
●避免长时间静止不动地站立于一个位置上;
●避免长时间、高频率地使用一组肌肉;
●双手同时操作时,手的运动方向应相反或者对称运动;
●作业位置应按工作者的眼睛和观察时所需要的距离来设计;
●常用工具应按使用频率或操作频率安放在人的附近。
第五讲视觉特征和视觉显示装置设计
1、视网膜
●视网膜是眼睛的感光装置,内有两种感光细胞:
视杆细胞(杆体细胞)和视锥细胞(椎体细胞)。
在视网膜的中央部位,有一凹陷,称为中央凹。
中央凹及视网膜中心仅有视锥细胞,向视网膜外缘方向视锥细胞逐渐减少,视杆细胞逐渐增加。
视锥细胞对光线的敏感度较低,数量较视杆细胞要少,具有感受强光和分辨颜色的能力,主要在白天看物时起作用;
而视杆细胞对光刺激很敏感,其功能为眼睛在昏暗光线下看见东西的主要神经元,数量较多,但不能分辨颜色,主要在弱光(暗光)时起作用。
2、视觉的空间特性
●视角:
被看目标物的两点光线投入眼球时的夹角。
●视力:
又称视敏度或视锐度,是指眼睛分辨视野中很小间距的能力,通常用被辨别物体最小间距所对应的视角倒数表示,即:
视力=1/临界视角。
一个人若能分辨0.5′视角的物体细节,其视力为2.0。
在一定视距条件下,能分辨物体细节的视角越小,视力就越大;
视力下降,则临界视角值增大。
●视力与光照亮度、物体的运动、人的主体因素有关。
看静止物体的视力高于看运动物体的视力;
年龄愈大,看运动视标的视力下降越快;
视网膜不同部位的视力有明显差别,中央凹处视力最高,离中央凹越远,视力越低。
●视野:
指人的头部和眼球固定不动的情况下,眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围,常以角度来表示。
分水平视野(单视野/双视野)和垂直视野。
在水平面内,最大固定双眼视野为180度,扩大视野为190度;
在垂直面内,标准视线为水平视线时,最大固定双眼视野为115度,扩大视野为150度。
●视距:
指人在操作系统中正常的观察距离。
一般操作的视距在380~760mm之间,其中以560mm处最为适宜,视距过近或过远都会影响人的认读速度和准确性。
观察时头部转动角度,左右均不宜超过45°
,上下均不宜超过30°
。
●对比感度:
物体与背景有一定的对比度时,人眼才能看清其形状。
这种对比可以用颜色或者亮度来表示。
人眼刚刚能辨别物体时,背景与物体之间的最小亮度差称为临界亮度差,临界亮度差与背景亮度之比称为临界对比,临界对比的倒数称为对比感度。
对比感度与照度、物体尺寸、视距和眼的适应情况等因素有关。
在理想情况下,视力好的人,其临界对比约为0.01,对比感度为100。
3、视觉的时间特性
●视觉适应:
分为暗适应和明适应
暗适应:
当人从亮处进入暗处,刚开始眼睛什么也看不清楚,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。
明适应:
人由暗处进入亮处,眼睛感受性降低的过程,即开始时瞳孔缩小,使进入眼睛中的光通量减少,眼的感受性随之降低,此时,视杆细胞停止工作,而视锥细胞数量迅速增加。
●视觉后像:
人的视觉是由光刺激引起的,光作用于眼睛,引起视网膜上感光细胞的神经冲动,传至大脑的视神经中枢,从而产生视觉。
因此,视觉过程总是滞后于刺激过程。
当外界物体的视觉刺激停止作用后,投放在视网膜上的影像感觉并不立即消失,还能保留一个短暂时间,这种现象称为视觉后象(或视觉残象)。
视觉后象有正负之分。
当视觉神经兴奋尚未达到高潮,由于视觉惯性作用残留的后像叫正后像,其性质、特点与刺激物相同。
如看电影时一个人物镜头过去后,很短时间内仍保持着这个人物的视觉形象就属于正后像;
现代动画的制作原理。
负后像则是神经兴奋过度疲劳引起的,因此,其性质特点与刺激物相反。
如,当人注视日光灯一段时间后,把眼睛转向白色墙壁时,就会在墙上看到一个日光灯影子,就是负后像。
●闪光融合:
断续的闪光由于频率增加,人们会得到连续的感觉,这种现象叫做闪光融合。
●闪光掩蔽:
在某种条件下,当一个闪光出现在另一个闪光之后,这个闪光能影响到对前一个闪光的觉察,这种效应称为视觉掩蔽。
在研究光的掩蔽效应时,目标物可出现在掩蔽光之前,或者同时出现,也可出现在掩蔽光之后。
4、视觉的基本特征
●人眼在观察物体时,视线习惯于从左到右和从上往下移动,顺时针进行,且水平方向优于垂直方向,对水平方向的尺寸和比例的估计要比垂直方向更为准确、迅速和省力;
●当观察对象偏离视中心时,在相同的偏离条件下,人眼观察的优先次序是左上、右上、左下和右下象限;
●双眼观察时,两眼的运动是同步的、协调的,因而通常都是以双眼视野作为设计依据;
●人眼对于表面轮廓比形体更为注意;
直线轮廓比曲线轮廓更易于接受;
观察人时,视线集中于眼,其次为嘴、耳和轮廓。
●颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。
当人从远处辨认前方的多种不同颜色时,其易辨认的顺序依次为红、绿、黄、白。
●当两种颜色相配在一起时,则易辨认的顺序是:
黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑字等。
5、仪表设计的一般原则
●准确性原则:
仪表显示设计应以人的视觉特征为依据,确保使用者迅速准确地获取所需信息,尤其供数量认读的仪表设计应尽量使读数准确。
●简洁性原则:
仪表的显示格式应简洁明了,显示意义明确易懂,以利于使用者正确理解。
●对比性原则:
仪表的指针、刻度标记、字符等与刻度盘之间在形状、颜色、尺度等方面应保持适当的对比关系,以使目标清晰可辨。
●兼容性原则:
应使仪表的指针运动方向与机器本身或者相应的控制器的运动方向相兼容。
●排列性原则:
同时使用多个仪表时,各仪表之间的排列应遵循以下原则:
重要性和使用频率原则、功能性原则、接近性原则、一致性原则、适应
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