人机工程学

发布时间：2023-06-16 作者：admin 来源：文学

人机工程学

2023年3月20日发(作者：工作任务管理)

第一章人机工程学绪论：

同学们你们所学的专业是产品设计，产品设计的目的是满足人的需求，包括物质层面也包括精神层面，

不管是我们设计一个产品、设计一个空间，人的需求是设计的出发点，也是设计的目的和归宿。人机工程学

是研究人、机、及其工作环境之间相互作用的学科。其研究目的是使在所设计的人机环境系统中，人尽其力，

“机”尽其用，环境尽其美，使整个系统安全、高效，且对人有较高的舒适度和生命保障功能。最终目的是

使系统综合使用效能最高。

设计需要感性的认识，更需要理性的思考。产品设计是艺术与科学技术相结合的学科，人机工程学的支

持就是赋予设计科学化的色彩，使设计更少的受设计者主观意想影响。产品设计要求设计最终将形式与功能

相统一，而人机工程学对设计的功能性，无论是满足物质性的功能还是精神性的功能的满足都起科学的支撑，

为人性化的设计提供了依据。形态判断设计价值的一种冲击。

1．1人机工程学的命名与定义

人机工程学是一门涉及诸多方面的综合性边缘学科。它在自身发展的过程中，逐步打破了各学科之间的

界限，并有机的融合了各相关学科的理论，不断地完善自身的基本概念，理论体系、研究方法以及技术标准

和规范。

1．1．1学科的命名

由于该学科研究和应用的范围极其广泛，各个领域的研究人员都试图从自身的角度来给本学科命名和

定义，因此，世界各国对本学科的命名不尽相同，即使在同一个国家里，命名也不统一。

美国的“HumanEngineering”译为“人类工程学”或“人体工程学”；HumanFactors;HumanFactorsEngineering

人类因素学或人类因素工程学

原苏联及东欧国家的“EngineeringPsychology”一般译为“工程心理学”；

日本的相应学科译为：人间工学人体工程学；人机工程学；人类工效学；人机控制学；宜人学等等。

国际上较为通用的名称是采用西欧各国的命名“Ergonomics”希腊语中的两个词根“Ergon”(工作、出力)和

“Nomics”(规律、正常化)构成的即“人类工效学”，本意为人的劳动规律，也可理解为把机械产品设计成十

分符合人类的工作或动作的法则或习惯，该词能全面的反映本学科的本质，词义能保持中立性。

"人机工程学"术语已被我国广大科技工作者所接受，并成为工程技术界较为通用的名称。

因本课程主要从研究人-机关系的角度为工业设计者提供有关这一边缘学科的基础知识，因采用人机工程学的

名称。

但是，任何一个学科的名称和定义都不是一成不变的，特别是新兴边缘学科，随着学科的不断发展，还

会发生变化。

1．1．2学科的定义

学科的命名一样，本学科所下的定义也不统一，而且随着学科的发展，在不断变化。

美国人类工程学专家C.C伍德（）：

设备设计必须适合人的各方面因素，以便在操作上付出最小的代价而求得最高的效率。

W.B.伍德森（n）:

人类工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，即对人的知觉显示、操作控制、人机系统设计及其

布置和作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于：获得最高的效率及作业时作业者感到安全和舒适。

A．查帕尼斯（is）:

人类工程学是在机械设计中，考虑如何使人获得操作简便而又准确的一门学科。

日本专家：

人类工程学是根据人体解剖学、生理学和心理学等特性，了解并掌握人的作业能力与极限，及其工作、

环境、起居条件等和人体相适应的科学

国际人类工效学学会(InternationalErgonomicsAssociation，简称lEA)界定本学科研究的范围引录如下：

“人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素，研究人和机器

及环境的相互作用；研究在工作中，家庭生活中和闲暇时间内怎样统一考虑工作效率，人的健康、安全和舒

适等问题的学科。”

《中国企业管理百科全书》将人机工程学定义为：

研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器与环境系统适合人的生理、心理等特点，

达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。

我国1979年出版的《辞海》中对人机工程学的定义：

人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和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研究的学科。用以设计使操作者

能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。

综上所述可以认为：

由此可见，人机学的研究范围很广，涉及的学科领域很多，是一门多学科相互渗透的交叉性学科。“人

机工程学是研究人与系统中其他因素之间的相互作用,以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优

化人类和系统效能的学科。

人机工程学将人类的需求和能力置于设计技术体系的核心位置,为产品、系统和环境的设计提供了与人类

相关的科学数据，追求实现人类和技术完美和谐融合的目标。

人机工程学是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机械、人与环境以及

机械与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、安全、舒适，人—机—环境的配合达到最佳状态的工程

系统提供理论和方法的科学。

因此，人机工程学可简单定义为：

按照人的特性设计和改善人—机—环境系统的科学。

1．2人机工程学的起源与发展

1．2．0人机思想的萌芽

人机工程学虽然是现代新兴的学科，但是有证据表明人机工程学原理在远古2500年前就已经为人所知

并保存了下来。那些在现今设计中所关注的人机工程学主题几乎都可以找到它的萌芽。考古发现的不同领域

人机工程学设计的例子证明了人类祖先对实用性和提高生活、改善工作条件的关注。种种征兆显示在古代已

经拥有很好的关于人的因素的知识，并借此实现以人为中心的设计目标。

（1）以人为中心设计理念的萌芽

Plato戏剧中引用的一句格言：“人是所有东西的测量尺度”。形象的表达了以人为中心的设计理念。有许

多例子可以表明这种概念如何应用于实际情况。比如用来测量长度的尺度单位的名称及大小都来源与人体。

使用这种测量系统，许多建筑的基本单元都与人体成比例。

（2）基于对人的因素良好知识的设计迹象

雕像和绘画表明了古希腊人有很好的人类学知识，他们利用人体各部分的相对比例关系作为设计的基本

比例。比如：庙宇圆柱的高度是其柱脚直径的8倍。而8：1正是女性身高和脚长之间的比。

由于了解人的视错觉特性，古希腊建筑师在设计建筑物时充分利用视错觉，给观者特别的感觉。例如帕

提亚神庙中巨大的柱子并非是笔直的，而故意设计成一定的弯曲弧度，却给人以挺拔精巧的感觉。

（3）人机工程设计建议

欧洲医学之父希波克拉底(Hippocrates)（公元前460~公元前370）在他关于外科手术的文章中，对手术场

所进行了具体的介绍和建议。他建议手术可以根据操作动作来决定站着或坐着进行，但总要采取最舒适的姿

势。他描述了这些动作姿势，并决定手术医生、病人及灯光源（包括自然光和人造光）的相对位置，以使手

术更容易，也能避免闪光刺眼。在同篇文章中，他也提出到手术用具应该放在靠近医生手术操作手边，但同

时又不能防碍操作动作。在另一篇文章中还提到手术用具应该具有怎样的形状、尺寸、重量及结构，以便使

用更方便。在这些文章中可以发现工作场所和工具设计应用人机工程学原理的明确资料。

（4）使劳动负荷最小化的设计

大理石是当时庙宇等公共建筑中使用的主要建筑材料。这种石材很重。如帕提农神庙的圆柱和横梁每根

重达10吨以上。由于大部分重要的公共建筑都健在山顶。更大大提高了大理石修砌的难度。研究推测，当

时采用了许多使劳动负荷最小化的设计。

大部分大理石琢刻工作都是在采石场完成。有两个好处。首先，在平地上雕刻更易进行。同时增加了安

全性。第二，运输的大理石块的重量可以减轻。

使用有动物或人力拖车来运输大理石。在必须被提升到山顶上时，在山顶部安装了一个大的定滑轮。系

在满载的拖车上的牵引绳通过定滑轮改变方向，这样骡马或人力只要沿斜坡往下拉，就可将满载的拖车拖到

坡顶，大大减轻了骡马或人力的工作负荷。

（5）安全性设计

为防止马车下滑，用杆相连的一对木制砌块系在马车下侧，垫在尾轮后侧，这个系统至今仍被用做天然

的停车制动器，例如当重型卡车停在斜坡上时的情况。

（6）日常器皿的人机学设计

在古代，壶罐是最常见的器皿。在各种壶罐中可以发现有多种巧妙的设计解决方法。多种多样、不同尺

寸的壶罐有不同的用途，适用于不同的人体尺寸。尤其是把手处。

公元前510年陶双耳瓶。公元1世纪古罗马陶制双耳尖底瓶

公元前16世纪时期的青铜罐（古代盛水容器）具有两个特别的把手。一个垂直置于罐口附近的颈部，另

一个水平至于靠近底部的位置。下面的把手能够很好的控制液体的流出，而上面把手可以提起水罐。使用时，

一只手用力提举，另一只手可抓住下面的把手，以控制水流出的方向。

两个水平、左右对称的手柄位于中间位置，第三个垂直安在颈部。当罐中充满水时，两个水平把手供两

手一起提举。第三个把手则用于在罐空载时供用户单手提拿。它也可以在肩扛时方便抓握以保持稳定。这个

例子显示了对同一种容器不同使用情况的关注：满载或空载、提或扛。

图是一些双耳瓶（两个手柄的罐，用以存放像酒、油之类的液体。特征是有两个对称位于瓶颈的垂直把

手，并都有一个窄小锥形的底部，当盛满液体要往其他容器灌注时，可充当第三个把手。这样还可以节约储

存空间，紧贴瓶颈的把手可让瓶子在有限的空间里安全存放。并允许智力放置与特殊地面或沙地。如果把手

位于瓶身，会很容易损坏。

（7）我国古代人机设计

《考工记》在察车之道中曾谈到各种车辆的尺度与人、马的关系。其云“凡察车之道，欲其朴属而微置……

轮已崇，则人不能登也，轮已庳，则于马终古登弛也。故兵车之轮六尺有六寸，田车之轮六尺有三寸……..”

车的各种尺度取决于人的尺度，所谓“轮已崇----‘意思是：车轮太高则人不易上下，轮太低，拉车的马就会

十分费力终日如爬坡。

明代著名戏曲家李渔设计了一种暖椅和凉杌，暖椅内设一储炭火抽屉，“御尽其寒，使四肢均受其利”。

充分考虑了人机环境系统进行设计以人为本。

英国是世界上开展人机工程学最早的国家，但本学科的奠基性工作实际上是在美国完成的。所以，人机

工学有“起源于欧洲，形成于美国”之说。虽然本学科的起源可以追溯到20世纪初期，但作为一门独立的

学科已有60多年的历史。在其形成与发展史中，大致经历了以下三个阶段

1．2．0经验人机工程学

19世纪后期，一系列的发明、发现为西方工业的迅速发展提供了新技术基础，机械化的生产方式和机器

大工业日趋成熟，并转而追求效率。这时的机械设计多以功能的实现为目标，机械生产出来后，让人去适应

机器，以它们的运转来决定与调节着工人的生产活动。生产的效率与节奏完全由机器所决定，操作者只能被

动地跟随机器的节奏工作，以便使机器充分发挥其效率。由于机器设计没有充分考虑人的因素，对操纵机器

的工人必须加以选拔与训练，并要尽量创造条件使他们保证机器高效率工作。基于工业生产的实际要求促成

了心理工艺学和泰罗制的产生和发展。

20世纪初，美国学者F.W.泰罗（）在传统管理方法的基础上，首创了新的管理方法和

理论，并据此制定了一整套以提高工作效率为目的的操作方法，考虑了人使用的机器、工具、材料及作业环

境的标准化问题。例如他曾经研究过铲子的最佳形状、重量、研究过如何减少由于动作不合理而引起的疲劳

等。

其中比较典型的是“铁锹作业试验研究”。1898年他用形状相同而铲量不同的四种铁锹(每次可铲重量分别

为5kg、10kg、17kg和30kg)，分别去铲同样一堆煤。试验结果，用10kg的铁锹铲煤效率最高，因此他设计

了许多大小不同的铁锹,以适应装卸不同的物料.在此以后,他还进行过搬运生铁的研究,通过制定每次的

搬运量,搬运速度,休息时间,使作业者充分发挥劳动潜力,从而提高工作效率。继之，吉尔布雷斯(Frank

B．Gilbreth)通过高速摄影机将建筑工人的砌砖动作拍摄下来，并对其中有效动作和无效动作进行分析研究，

提出合理方案，从而使工人的砌砖速度提高近3倍。泰罗和吉尔布雷斯的试验研究成果为人机学的建立奠定

了基础。

其后，随着生产规模的扩大和科学技术的进步，科学管理的内容不断充实丰富，其中动作时间研究、工

作流程与工作方法分析、工具设计、装备布置等，都涉及人和机器、人和环境的关系问题，而且都与如何提

高人的工作效率有关，其中有些原则至今对人类工程学研究有意义。因此人们认为他的科学管理方法和理论

是后来人类工程学发展的奠基石。

从泰罗的科学管理方法和理论的形成到第二次世界大战之前，成为经验人机工程学阶段，这一阶段主要

研究内容是：研究每一职业的要求；利用测试来选择工人和安排工作；规划利用人力的最好办法；制定培训

方案，是人力得到最有效的发挥；研究最优良的工作条件；研究最好的管理组织形式；研究工作动机，促进

工人和管理者之间的通力合作。

在经验人类工程学发展阶段，研究者大都是心理学家，其中突出的代表是美国哈佛大学心理教授H.闵斯

特泼格，在其代表作《心理学与工业效率》中，提出了心理学对人在工作中的适应与提高效率的重要性。闵

的心理学研究工作与泰罗的科学管理方法联系起来，解决了选择、培训人员与改善工作条件、减轻疲劳等实

际问题。

这一阶段主要特点是：机器设计的主要着眼点在于力学、电学、热力学等工程技术方面的优选上，在人

机关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应于机器。

1．2．1科学人类工程学

科学技术的发展，使机器的性能、结构越来越复杂，人与机器的信息交换量也越来越大，这样单靠人去

适应机器已很难达到目的。

第二次世界大战期间,一些国家,特别是英国和美国,•大力发展各种效能高、威力大的新式武器装备.由

于片面地注重了功能和技术研究,忽视了人的因素，忽视了对使用者操作能力的研究和训练,因而由于操作

失误而导致失败的教训屡见不鲜。以飞机为例,由于座舱及仪表的显示位置设计不当,经常造成驾驶员读仪表

或操作错误,进而发生事故.由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理尺寸而造成武器命中率低等现象经常

发生。据统计，美国在第二次世界大战中飞机事故率的80％是由于人机工程方面的原因造成的。失败的教训

引起决策者和设计者的高度重视。

通过研究分析认识到，在人和武器的关系中，主要的限制因素不是武器而是人，并深深感到“人的因素”

在设计中是不能忽视的一个重要条件。设计好的高效能装置，除了工程技术知识外，还必须有心理学、生理

学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。

因此，二战期间，首先在军事领域中开展了与设计相关学科的综合研究和应用。如在设计武器时聘请解

剖学家、生理学家、心理学家为机器设计出谋献策，提供适合操作人员生理、心理需要的设计参数。这样，

就相继出现了“实验心理学”、“人体测量学”等学科。1957年，美国的麦克考·米克发表了第一部关于人机学的

专著《Eronomics》，1959年亨利-德雷夫斯（HenryDreyfuss）发表的《人的测量》标志着这一学科已进入了

较为成熟的阶段。

科学人类工程学一直延续到20世纪50年代末。在其发展的后一段，由于战争的结束，学科的综合研究

从军事领域向非军事领域发展，并逐步把应用在军事领域的研究成果来解决工业与工程设计中的问题，如飞

机、汽车、机械设备、建筑设施以及生活用品等。人们还提出在设计工业机械设备时也应集中运用工程技术

人员、医学家、心理学家等相关学科专家的共同智慧。

本学科在这一阶段发展的特点是：重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。

课堂思考问题：在公元前人们所设计的物品就已经体现了以人为中心的思想，为什么到了20世纪反而走了

弯路。

答案：1远祖时代,人类的生存环境是极为严酷的,人们不但受到洪水、严寒

等自然灾害的威胁,还常常遭到野兽的袭击。因此,人类最早的设计工作就是在受

威胁的情况下为保护生命安全而开始的。早期设计的如猎具、衣物、掩体、武

器等,都是为了抵御自然灾害和野兽的袭击。在这种情况下,设计便成了生死攸关

的问题。按照达尔文适者生存的理论,人类作为自然物种之一,其生存取决于适应

自然环境的能力,这种“适应”必须包括设计制造有用的工具来保护自己的能力。

在危急条件下,由生存的愿望和能力就会产生出生存设计。这种设计的质量决定

了设计者的生与死,因而常常是很成功的设计。如果设计失误,后果将是致命的。

因此,这些失误会马上得到纠正。经过无数次反复修改的过程,早期人类的设计在当时人们的物质条件下达到

了很高的水平。无论是澳大利亚土著居民所使用的飞镖,还是格陵兰人所用的兽皮筏都是这样。尽管这些设计

在技术上都是极为简单的,但在实际使用上却非常有效。人类的设计就是在满足生存最基本需求的工具的基础

上发展起来的。

2．过去的许多物品其设计者就是制造者和使用者，他们会本能的考虑人的生理心理及环境因素，不断在使

用中改进完善，成为适合自己的东西，最终就非常符合人机原理。而现今，产品设计者通常远离产品的最终

用户，所以考虑人的因素就不直接。

3．所以产品设计以用户为中心进行人机工程设计就会尤其重要。

1．2．2现代人机工程学

到了60年代，欧美各国进入了大规模经济发展时期，在这一时期，由于科学技术的进步，使人机工程学

获得了更多的发展机会。例如：在宇航技术的研究中，提出了人在失重情况下如何操作，在超重情况下人的

感觉如何等新问题。又如原子能的利用、电子计算机的应用以及各种自动装置的广泛使用，使人-机关系更趋

复杂。同时在科学领域中，由于控制论、信息论、系统论和人体科学中新理论的建立，在本学科中应用新理

论和新技术来进行人机系统的研究应运而生。所有这一切不仅给人机工学提供了新的理论和新的实验场所，

同时也给该学科的研究提出了新的要求和新的课题，从而促使人机工程学进入了系统的研究阶段。可以称为：

现代人机工程学发展阶段。也经历了几个阶段

1．1960—1980年快速发展（仍然不为普通人所了解）

到60年代，美国的人机工程学基本集中在复杂的军事工业的应用上，随着航天技术的发展，人机工程学

迅速成为航天工业的一个重要部分。随后，人机工程学迅速发展，开始在军事和航天工业以外的领域得以应

用，包括医药公司、计算机公司、汽车公司和其他消费公司。工厂也开始意识到人机工程学在工作场地和产

品设计方面的重要性。

例如瑞典设计师曾纳尔(RuneZernell)针对阿特拉斯-柯普柯公司生产的电钻手握不便及噪声大的缺点,利

用人机模型和“8小时执握”试验于1955年设计出了阿特拉斯LBB33型手持电钻,执握舒适,操作方便,而且噪音

小。由此可见人机工程原理在工具设计中的重要性。

罗维为美国宇航局设计的宇航器在宁静的太空里，如何使宇航员在座舱内感觉舒适、方便，并减少孤

独感，这是工业设计的一个新的课题。他设计了skylab里始终有一个窗户可以看到地球，并且为宇航小组的

每个成员设计了一个私人空间来缓解他们的压力并且得到休息。还为这个三人飞行小组设计了一个三角形餐

桌，这样在他们三人中就没有一个头领，因为他觉得三人中没有人去支配其他人是至关重要的。并且设计了

一套的宇航员在太空飞行中营养、卫生和排泄的方案。NASA的总负责人称赞罗维考虑到了宇航员的生活环

境的各个方面，为宇航员建立了一个合理，舒适的环境。当宇航员完成阿波罗登月飞行后，从太空向罗维发

来电报，感谢他完美的设计工作。

2．1980—1990年重新认识阶段（计算机、灾难人机工程学的重要性）

1979年ThreeMile岛上的核电站事故；

进入七十年代以后,随着电子技术的进步和计算机的广泛应用，操作系统对人的要求越来越高,系统中考

虑人的因素也显得越来越重要.特别是美国三里岛核电站事件的发生,对人类工效学的发展起了很大的推动

作用.

1979年3月28日凌晨4点,•在美国宾夕法尼亚洲哈里斯柏格附近的三里岛核电站,一个临时的障碍引

起该核电站一号机组供水系统和发动机自动关闭。在零点几秒之后,系统中建立的予备保险系统开始正常工

作,提供新的供水系统.紧接着四个关键性的错误一起发生了,以从末有过的事实证明人在复杂系统中的表

现是多么重要。

第一个错误发生在故障发生之前.予备供水系统的管道被维修工人关闭了。而这个维修工人从此就没有

上班.结果是核反应中心由于得不到循环冷水的供应以排除它的热量.温度开始升高,并把周围的冷水变成

蒸汽.压力迅速升高。

但是预备保险系统继续正常工作.圆形棒下降到反应堆使核反应程序放慢•.压力释放闸打开了以释放

在主冷却系统中产生的蒸汽.当压力下降到低于警戒水平后,自动释放闸收到了关闭的信号.正象在一个热

循环系统中当屋内温度达到了一定的温度时,热循环系统就自行关闭一样.在这时,第二个错误发生了.由

于闸门失灵,这个闸门并没有关闭.

在发动机关闭的一分钟之内,•三里岛核电站的操作人员正在试图从无数的红灯,警报中猜测到底发生

了什么事.虽然根据他们过去受训的经验他们对事故有一个大概的了解,但有一个信号使他们误入歧途.压

力释放显示器显示的是命令状态,而不是实际状态.操作人员以为压力释放闸是关闭的.这是第三个关键性的

错误.

同时,予备的自动保险系统继续工作.一个紧急水泵自动打开,开始向系统提供系统急需的冷却剂.在这

里,操作人员做出了一个决定使也许是一个小事故变成了大灾难.由于屏幕显示压力已经很高,释放闸已经

关闭,操作人员决定自已而不是用机器来控制系统.他们把紧急水泵关闭了.这个决定是基于操作人员的推

测系统中的冷却剂太多了而不是太少了.反应堆得不到急需的冷却剂,事故很快就到了不可收拾的地步.

事故的调查表明:第一,不是某一个失误,错误,事件或机器失灵导致这场事故.这场事故是由许多因素

共同引起的.第二,•人的错误是在许多不同的方面的,从操作人员错误地把紧急冷却剂关闭到设计人员设计

闸门的显示器时告诉人们应当做什么,而不是闸门当时的状态.第三,也许是最重要的,大量的信息和复杂

的显示形式超过了操作人员内在的,有限的能力,如注意力,记忆力,决策能力等.因此在三里岛事件中与在

其他事件中一样,虽然人的错误是事故的直接原因,操作人员本身并没有什么过错,而是系统的设计者应当

受到责备,因为他们给了操作人员无法胜任的工作.这就象在体力劳动中,•某一工作要求某人在某一关键时

刻扛起300公斤的重物.当这个人扛不起这个重量时,•我们能够埋怨这个人没有使出全身的力气吗?

1984年12月4日UnionCarbide杀虫剂工厂有毒物质泄漏，4000人死亡，20000人受伤；

印度博帕尔(Bhopal)灾难是历史上最严重的工业化学意外，死伤者数以十万计，对环境更造成难以补救

的破坏。1984年12月3日晚上，联合碳化公司(UnionCarbide)在印度MadhyaPradesh的博帕尔的化工厂发

生毒气泄漏事件，估计导致3,500至7,500人实时死亡。当晚约40吨致命气体(主要是用来生产杀虫剂的中间

产物methylisocyanate)从工厂泄漏，6个防漏保险装置不是发生故障就是被关闭，加上警报器没有开启，附近

居民根本无从得悉意外的发生。结果导致很多居民在睡梦中死去，其它则勉强蹒跚到街上等待救援。吸入有

毒气体的最初反应包括呕吐，眼鼻喉被毒气灼伤引致剧烈的刺痛，大多数受害者的死因是由于呼吸困难窒息

致死。到现时为止意外已导致16,000人死亡，另外有几十万名居民的健康受到不同程度的影响,他们除了肺

部功能受到损害，神经、肠胃、生殖及免疫系统亦受到伤害。

1986年苏联Chernobyl核电站事故,300人死亡；

1989年PhillipsPetroleum塑料工厂在一场爆炸中夷为平地。

3．1990年以后科学发展阶段（人—机—环境系统的建立）

人类空间站的建立；

计算机和计算机工程的应用；

药物器械设计和老年人产品设计；

人民生活和工作质量设计；

现代人类工程学发展有三个特点：

１）不同于传统人类工程学研究中着眼与选择和训练特定的人，使之适应工作要求，而是着眼于工程设计及

各类产品设计。

２）密切与实际应用相结合，通过严密计划规定的广泛实验性研究，尽可能利用所掌握的基本原理，进行具

体的产品设计．

３）力求使实验心理学，生理学，功能解剖学，人类学等学科专家与物理学，数学，工程技术等方面的研究

人员共同努力，密切合作．

现代人机工程学的研究方向是：把“人－机－环境系统”作为一个统一的整体来研究的，

即在充分考虑人与机相互关系的同时，还要考虑到各种环境因素(如声、光、气体、温度、色彩、辐射等)以

及在高空或水下作业的生命保障系统等。这样，就把人机相互适应的柔性设计提高到人一机一环境的系统设

计高度，使人一机一环境的系统和谐统一，从而获得系统最佳的综合使用效能。

1.3人机工程学的研究内容与方法

1.3.1学科的研究内容

包括理论和应用两部分,但侧重于应用。对于学科研究的主体方向，由于各国科学和工业基础不同，各

国的侧重点不同:美国—工程和人际关系；法国---劳动生理学；前苏联---工程心理学；保加利亚---人体测量；

捷克和印度---劳动卫生学

虽然各国侧重点不同但综观本学科在各国的发展过程，可以看出确定本学科研究内容有如下的一般规

律。总的来说，工业化程度不高的国家往往是由人体测量、环境因素、作业强度和疲劳等方面着手研究，随

着这些问题的解决，才转到感官知觉、运动特点、作业姿势等方面的研究，然后在再进一步转到操纵、显示

设计、人机系统控制以及人机工程学原理在各种工业与工程设计中应用等方面的研究；最后则进入人机工程

学的前言领域：人机关系、人与环境关系、人与生态、人的特性模型、人机系统的定量描述、人际关系直至

团体行为、组织行为的功能方面的研究。

人机学研究的主要内容就是“人－机－环境”系统，简称人机系统(Man-machinesystem)。

构成人机系统“三大要素”的人、机、环境，可看成是人机系统中三个相对独立的子系统，分别属于行

为科学、技术科学和环境科学的研究范畴。

根据系统学第一定律知道：系统的整体属性不等于部分属性之和，其具体状况取决于系统的组织结构及

系统内部的协同作用程度。

因此，研究人机学应该做到既研究人、机、环境每个子系统的属性，又研究人机系统的整体结构及其属

性。力求达到人尽其力，“机”尽其用，环境尽其美，使整个系统安全、高效，且对人有较高的舒适度和生

命保障功能。最终目的是使系统综合使用效能最高。

1.3.1.1人的因素即人与产品关系的设计

在人与产品关系中，作为主体的人，既是自然的人，也是社会的人。在自然方面的研究包括：

①人体尺寸参数主要包括动态和静态情况下人的作业姿势及空间活动范围等，它属于人体测量学的研究范

畴。

②人的机械力学参数主要包括人的操作力、操作速度和操作频率，动作的准确性和耐力极限等，它属于

生物力学和劳动生理学的研究范畴。

③人的信息传递能力主要包括人对信息的接受、存贮、记忆、传递、输出能力，以及各种感觉通道的生理

极限能力，它属于工程心理学的研究范畴。

④人的可靠性及作业适应性主要包括人在劳动过程中的心理调节能力，心理反射机制，以及人在正常情况

下失误的可能性和起因，它属于劳动心理学和管理心理学研究的范畴。总之，"人的因素"涉及的学科

内容很广，在进行产品的人机系统设计时应科学合理地选用各种参数。

在社会方面的研究包括：

人在工作和生活中的社会行为、价值观念、人文环境等。目的是解决各种机械设备、工具、作业场所及

各种用具和用品的设计如何与人的生理、心理特点适应，从而才有可能为使用者创造安全、舒适、健康、高

效的工作条件

1.3.1.2"机"的因素

①操纵控制系统主要指机器接受人发出指令的各种装置，如操纵杆、方向盘、按键、按钮等。这些装置的

设计及布局必须充分考虑人输出信息的能力。

②信息显示系统主要指机器接受人的指令后，向人作出反馈信息的各种显示装置，如模拟显示器、数字显

示器、屏幕显示器，以及音响信息传达装置、触觉信息传达装置、嗅觉信息传达装置等。无论机器如何把信

息反馈给人，都必须快捷、准确和清晰，并充分考虑人的各种感觉通道的“容量”。

③安全保障系统主要指机器出现差错或人出现失误时的安全保障设施和装置。它应包括人和机器两个方面，

其中以人为主要保护对象，对于特殊的机器还应考虑到救援逃生装置。

1.3.1.3环境因素

环境因素包含内容十分广泛，无论在地面、在高空或在地下作业，人们都面临种种不同的环境条件，它们直

接或间接地影响着人们的工作、系统的运行，甚至影响人的安全。一般情况下，影响人们作业的环境因素主

要有以下几种：

①物理环境主要有照明、噪声、温度、湿度、振动、辐射、粉尘、气压、重力、磁场等。②化学环境主

要指化学性有毒气体、粉尘、水质以及生物性有害气体、粉尘、水质等。

③心理环境主要指作业空间(如厂房大小，机器布局，道路交通等)，美感因素(如产品的形态、色彩、装饰

以及功能音乐等)。

此外还有人际关系等社会环境对人心理状态构成的影响.

1.3.1.4综合因素

①人机间的配合与分工(也称人机功能分配)

应全面综合考虑人与机的特征及机能，使之扬长避短，合理配合，充分发挥人机系统的综合使用效能。

列出人与机的特征机能比较，可供设计时选用参考.根据列表分析比较可知，人机合理分工为：凡是笨重的、

快速的、精细的、规律的、单调的、高阶运算的、操作复杂的工作，适合于机器承担；而对机器系统的设计、

维修、监控、故障处理，以及程序和指令的安排等，则适合于人来承担。

②人机信息传递

是指人通过执行器官(手、脚、口、身等)向机器发出指令信息，并通过感觉器官(眼、耳、鼻、舌、身

等)接受机器反馈信息。担负人机信息传递的中介区域称之为“人机界面至少有三种。即操纵系统人机界面、

显示系统人机界面和环境系统人机界面。目的是使人与机器的信息传递达到最佳，使人机系统的综合效能达

到最高。

③人的安全防护

人的作业过程是由许多因素按一定规律联系在-起的，为了共同的目的而构成一个有特定功能的有机整

体。因此，在作业过程中只要出现人机关系不协调，系统失去控制，就会影响正常作业，轻则发生事故，影

响工效，重则机器损坏，人员伤亡。运用间接安全技术措施，使设备从结构到布局，均能保证其危险部位不

被人体触及到，避免事故发生。

1．3．2学科的研究方法

人机工程学的研究广泛采用了人体科学和生物科学等相关学科的研究方法和手段，也采用了系统工程、

控制论、统计学等其他学科的一些研究方法，而且本学科的研究也建立了一些独特的新方法，以探讨人、机、

环境要素间复杂的关系问题。

这些方法包括：测量人体各部分静态和动态数据；调查、询问或直接观察人在作业时的行为和反应特征；

对时间和动作分析研究；测量人在作业前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化；观察和

分析作业过程和工艺流程中存在的问题；分析差错和意外事故的原因；进行模型实验或用电子计算机进行模

拟实验；运用数字和统计学的方法找出各变数之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展成有关理论。

常用的研究方法有：

1自然观察法：是研究者通过观察和记录自然情景下发生的现象来认识研究对象的一种方法。对动作分

析、功能分析、工艺流程分析都用此法。有目的、有计划的科学观察，是在不影响事件的情况下进行的。观

察者不参与与研究对象的活动避免对其产生影响，可以保证研究的自然性与真实性。

自然观察法也可以借助特殊仪器，这样更准确、更深刻地获得感性知识。如：要获取人在厨房里的行为，

可以用摄像机把对象在厨房里的一切活动记录下来，然后，逐步分析整理。松下电器为了设计电熨斗曾对公

司上百名员工家熨衣处安放摄象机，从中发现问题。发现电熨斗线防碍工作、电熨斗放置麻烦等问题。

2实测法：借助仪器设备进行实际测量的方法，对人体静态与动态参数的测量，对人体生理参数的测量

或对系统参数、作业参数的测量等。是普遍使用的方法如为了获得坐椅设计所需要的人体尺度，我们必须对

使用者人群进行实际的测量，对所测的数据进行统计处理，为坐椅的设计提供人体尺度依据

3实验法：当实测发受到限制时采用的一种方法一般在实验室进行。但也可以在作业现场进行。如为了

获得人对各种不同显示仪表的认读速度和差错率的数据时，一般在实验室进行。如需了解色彩环境对人的心

理、生理和工作效率的影响的同时，由于需要进行长时间和多人次的观测，才能获得比较真实的数据，通常

在作业现场进行实验。图1-2是驾驶员眼动规律实验装置。

4模拟和模型试验法由于机器系统一般比较复杂，因而在进行人机系统研究时常采用模拟的方法。模拟

方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器、机械模型以及各种人体模型等。通过这类模拟方法可

以对某些操作系统进行逼真的实验，可以得到更符合实际的数据。因为模拟器或模型通常比它所模拟的真实

系统价格便宜得多，但由可以进行符合实际的研究，所以得到较多的应用。图1-3研究车辆碰撞的人机系统

的模拟与模型。

5计算机数值仿真法

由于人机系统中的操作者是具有主观意志的生命体，用传统的物理模拟和模型方法研究人机系统，往往

不能完全反映系统中生命体的特征，其结果与实际相比必有一定误差。另外，随着现代人机系统越来越复杂，

采用物理模拟和模型方法研究复杂人机系统，不仅成本高、周期长，而且模拟和模型装置一经定型，就很难

做修改变动。为此，一些更为理想而有效的方法逐渐被研究创建并得以推广，其中的计算机数值仿真法已成

为人机工程学研究的一种现代方法。

数值仿真是在计算机上利用系统的数学模型进行仿真性实验研究。研究者可对尚处于设计阶段的未来系

统进行仿真，并就系统中的人、机、环境三要素的功能特点及其相互间的协调性进行分析，从而预知所设计

产品的性能、并进行改进设计。应用数值仿真研究能大大缩短设计周期，并降低成本。图1-4是人体动作分

析仿真图形输出。

6分析法分析法是在上述各种方法中获得了一定的资料和数据后采用的一种研究方法。目前，人机工程

学研究常采用如下几种分析法：

1）瞬间操作分析法生产过程一般是连续的，人和机械之间的信息传递也是连续的。但要分析这种连续传

递的信息很困难，因而只能用间歇性的分析测定法，即采用统计学中的随即取样法，对操作者和机械之间在

每一间隔时刻的信息进行测定后，再用统计推理的方法加以整理，从而获得研究人-机-环境系统的有益资料。

2）知觉与运动信息分析法由于外界给人的信息，首先由感知器官传到神经中枢，经大脑处理后，产生反

应信号再传递给肢体以对机械进行操作，被操作的机械状态由将信息反馈给操作者，从而形成一种反馈系统。

知觉与运动信息分析法，就是对此反馈系统进行测定分析，然后用信息传递理论来阐明人-机间信息传递的数

量关系。

3）动作负荷分析法在规定操作所必须的最小间隔时间的条件下，采用电子计算机技术来分析操作者连续

操作的情况，从而可推算操作者工作的负荷程度。另外，对操作者在单位时间内工作负荷进行分析，也可以

获得用单位时间的作业负荷率来表示操作者的全工作负荷。

4）频率分析法对人机系统中的机械系统使用频率和操作者的操作动作频率进行测定分析，其结果可以获

得作为调整操作人员负荷参数的依据。

5）危象分析法对事故或近似事故的危象进行分析，特别有助于识别容易诱发错误的情况，同时，也能方便

地查找出系统中存在的而又需用较复杂的研究方法才能发现的问题。

6）相关分析法在分析方法中，常常要研究两种变量，即自变量和因变量。用相关分析法能够确定两个以

上的变量之间是否存在统计关系。利用变量之间的统计关系可以对变量进行描述和预测，或者从中找出合乎

规律的东西。例如：对人的身高和体重进行相关分析，便可以用身高参数来描述人的体重。

7）调查研究法目前，人机工程学专家还采用各种调查研究方法来抽样分析操作者或使用者的意见和建议。

这种方法包括简单的访问、专门调查、直至非常精细的评分、心理和生理学分析判断以及间接意见与建议分

析等。

1.4人机工程学与产品设计

人机工程学与国民经济的各部门都有密切的关系。仅从工业设计这一范畴来看，大至宇航系统、城市规

划、建筑设施、自动化工厂、机械设备、交通工具……，小至家具、服装、文具以及盆、杯、碗、筷之类的

生活用品，总之为人类各种生产与生活所创造的一切“物”，在设计和制造时，都必须把“人的因素”作为

一个重要条件来考虑。

人机工程学研究的内容及对工业设计的作用可以概括为以下几个方面：

1.4.1人机工程学对产品设计的作用

1.4.1.1为产品设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数

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、体重、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机机

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征；

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。

1.4.1.2为产品设计中“物”的功能合理性提供科学依据

如搞纯物质功能的创作活动，不考虑人机工程学的原理与方法，那将是创作活动的失败。因此，如何解

决“物”与人的相关的各种功能的最优化，创造出与人的心理、生理机能相协调的“物”，这将是当今工业

设计中在功能问题上的新课题。

通常，在考虑“物”中直接由人使用或操作部件的功能问题时，如信息显示装置、操纵装置、工作台和

控制室等部件的形状、大小、色彩及其布置方面的设计基准，都是以人体工程学提供的参数和要求为设计依

据。

1.4.1.3为产品设计中考虑“环境因素‘提供设计准则”

通过研究人体对环境中各种物理、化学因素的反应和适应能力，分析声、光、热、振动、粉尘和有毒气

体等环境因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程度，确定了人在生产和生活活动中所处的各种环境

的舒适范围和安全限度，从保证人体的健康、安全、舒适和高效出发，为工业设计中考虑‘环境因素“’提

供了分析评价方法和设计准则。

1.4.1.4为进行人—机—环境系统设计提供理论依据

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”以及与“物”所共处的环境作为一个系统来考虑，

在这个系统中人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。

人机系统设计理论，就是科学地里利用三个要素之间的有机联系来寻求系统的最佳参数。

系统设计的一般方法，通常是在明确系统总体要求的前提下，着重分析和研究人、机、环境三个要素对

系统总体性能的影响，应具备的各自功能及其相互关系，如系统中机和人的职能如何分工、如何配合；环境

如何适应人；机对环境又有何影响等问题，经过不断修正和完善三要素的结构方式，最终确保系统最优组合

方案的实现。这是人机工程学为工业设计开拓了新的设计思路，并提供了独特的设计方法和有关理论依据。

1.4.1.5为坚持以“人”为核心的设计思想提供工作程序

一项优良设计必然是人、环境、技术、经济、文化等因素巧妙平衡的产物。为此，要求设计师有能力在

各种制约因素中，找到一个最佳平衡点。从人机工程学和工业设计两学科的共同目标来评价，判断最佳平衡

点的标准，就是在设计中坚持以“人”为核心的主导思想。

以“人”为核心的主导思想具体表现在各项设计均应以人为主线，将人机学理论贯穿与设计的全过程。

人机工程学研究指出，在产品设计全过程的各个阶段，都必须进行人机工程学设计，以保证产品使用功能得

以充分发挥。

本章课后作业：产品的人机性能的分析和评价

通过调查和分析，以三至五个你使用过的产品为例，对每一个产品回答以下几个问题：

一、产品属性：1)是什么类型的产品？2)产品的功能？3)产品的使用环境？

二、人机性能：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

了使用人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。

三、提出改进设计的建议

四、附上照片或草图

第二章人体测量与数据应用

2.1人体测量的基本知识

一、概述

人体测量学是人机工程学的重要组成部分。进行产品设计时，为使人与产品相互协调，必须对产品同人相关

的各种装置作适合于人体形态、生理以及心理特点的设计，让人在使用过程中，处于舒适的状态以及方便地

使用产品。因此设计师应了解人体测量学，生物力学方面的基本知识，并熟悉有关设计所必需的人体测量基

本数据的性质、应用方法和使用条件。（图2-1）

图2-1机床与人体尺度的关系

人体测量学(anthropometry)是人机工程学的一门分支学科，是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。

它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从

而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。

人体测量数据的种类

形态测量——人体体形尺寸、体积、重量、表面积

运动测量——人体的活动过程和活动范围的大小、动作范围、动作过程、形体变化、皮肤变化

生理测量——人体出力范围、人体感觉反应、人体疲劳

形态数据类型

静态尺寸——人体的构造尺寸

动态尺寸——人体的功能尺寸（人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸）

二、测量方法

1.普通测量法

2.摄影法

3.三维数学测量法（图2-2）

图2-2摄影法与三维数学测量法

三、人体测量的基本术语

1.测量姿势（参见国标GB3975－88中的规定）

（1）直立姿势（简称立姿）：被测者挺胸直立，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然

下垂，手伸直，手掌朝向体侧，手指轻贴大腿侧面，膝部自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足

大致成45°夹角，体重均匀分布于两足。为确保直立姿势正确，被测者应使足后跟、臀部和后背部与同一铅

垂面相接触。（图2-3立姿）

图2-3立姿

（2）坐姿：被测者挺胸坐在被调节到腓骨头高度的平面上，头部以

眼耳平面定位，眼睛平视前方，左、右大腿大致平行，膝弯屈大致成直角，足平放在地面上，手轻放在大腿

上。为确保坐姿正确，被测者的臀部、后背部应同时靠在同一铅垂面上。（图2-4坐姿）

图2-4坐姿

2.测量基准面

（1）矢状面人体测量基准面的定位是由三个互相垂直的轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定的。通过铅

垂轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。

（2）正中矢状面在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面称为正中矢状平面。正中矢状平面将人体分

成左、右对称的两个部分。

（3）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。

（4）水平面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。

（5）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（OAE）。

3.测量方向

（1）在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。

（2）在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向称为内侧，将远离正中矢状面的方向称为外侧。

（3）在四肢上，将靠近四肢附着部位的称为近位，将远离四肢附着部位的称为远位。

（4）在上肢上，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。

（5）在下肢上，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。

4.支承面和衣着

立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。

5.基本测点及测量项目

四、人体测量的主要仪器

在普通测量法中常用的人体测量仪器有：

❖1.人体测高仪，见图2-7；

❖2.人体测量用直脚规，见图2-8；

❖3.人体测量用弯脚规，见图2-9；

此外，还有人体测量用三脚平行规，坐高椅，量足仪，软卷尺以及医用磅秤等。

图2-7图2-8图2-9

2.2人体测量中的主要统计函数

总体——统计学中，把所要研究的全体对象的集合称为“总体”。在人体尺寸测量中，总体是按一定特征被

划分的人群。因此，设计产品时必须了解总体的特性，并且对该总体命名，例如，中国成年人、中国飞行员

等。

样本——统计学中，把从总体取出的许多个体的全部称为“样本”。各种人体尺寸手册中的数据就是来自这

些样本，因此，设计人员必须了解样本的特点及其表达的总体。

描述一个分布，必须用两个重要的统计量：均值和标准差。前者表示分布的集中趋势；后者表示分布的

离中趋势。

均值——为相加，n为测量的人数，为各单独测量值。

方差——





2)(







标准差——



)









SD为标准差，其他符号与上面的相同。

抽样误差——

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，表示设计的适应域，称为“第几百分位”。例如，50%称为第50百分位，

用PK表示。

百分位数——百分位数是百分位对应的测量数值。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。

在人机工程学设计中常用的是第5、第50、第95百分位。第5百分位数代表“小身材”，即只有5%的人

群的数值低于此下限值值；第50百分位数代表“适中”身材，即分别有50%的人群的数值高于或低于此值；

第95百分位数代表“大”身材，即只有5%的人群的数值高于此上限值。

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。在设计中，当需要得到任一百分位数值

时，则可按下式进行计算：

1%～50%之间的数值:

50%～99%之间的数值:

)(KSxx





)(KSxx



Sxxz/)(

例1设计适用于90%华北男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？

解：由表（2-6）查知华北男性身高平均值

=1693mm，标准差SD=56.6mm.

要求产品适用于90%的人，故以第5百分位和第95百

分位确定尺寸的界限值，由表查得变换K=1.645；

即第5百分位数为：x=1693-（56.6*1.645）=1600mm

第95百分位数为：x=1693+（56.6*1.645）=1786m

结论：按身高1600-1786mm设计产品尺寸，将适应用于90%的华北男性。

讨论：平均值是作为设计的基本尺寸，而标准差是作为设计的调整量的。

注意：例中被排除的10%的人，是10%的矮小者还是高大者或者大小各排除5%即取中间值，取决于排除后

对使用者的影响和经济效果。

当需得到某项人体测量尺寸Xi所处的百分位P时，可按下列步骤及公式求得:

再由下式求得百分位P：

式中：p——概率数值，根据上面公式求得的Z值，查正态分布表获取。

例2已知女性A身高1610mm,试求有百分之多少的东北女性超过其高度。

解:由表2-6查得东北女性身高平均值=1586mm标准差为51.8mm。由上式求得Z值为:

根据Z=0.463值查表得p=0.1772(取近似值0.177)，求得P值为

P=0.5+0.177=0.677

结论：身高在1610以下的东北女性为67.7%，超过女性A身高的东北女性则为32.3%。

2.3常用的人体测量数据

一、我国成年人人体结构尺寸

参阅GB10000－88我国成年人人体尺寸国家标准，主要包括：

❖1.人体主要尺寸

❖2.立姿人体尺寸

❖3.坐姿人体尺寸

❖4.人体水平尺寸

❖5.各大区域人体尺寸的均值和标准差

❖6.我国香港地区成年人人体尺寸

二、我国成年人人体功能尺寸

1.人在工作位置上的活动空间尺寸

A、立姿活动空间：

立姿时人的活动空间不仅取决于身体的尺寸，而且也取决于保持身体平衡的微小平衡动作和肌肉松弛、

脚的站立平面不变时，为保持平衡必须限制上身和手臂能达到的活动空间。

B、坐姿的活动空间

C、单腿跪姿的活动空间

D、仰卧的活动空间

2.常用的功能尺寸

GB/T13547-92国家标准提供的立、坐、跪、卧、爬等常取姿势的主要功能寸，参阅表2-8

三、影响人体测量数据差异的因素

1、年龄

注意：在采用人体尺寸时，必须判断对象适合那些年龄组，要注意不同年龄组尺寸数据的差异。

例如：

人体尺寸增长过程：男20岁、女18岁。（结束）

手的尺寸：男15岁、女13岁。（达到一定值）

脚的大小：男17岁、女15岁。（基本定型）

成年人：身高随年龄增长而收缩；体重、肩宽、腹围、臀围、胸围却随年龄增长而增长。

2、性别

（1）、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）

（2）、同整个身体相比，女性的手臂和腿较短，躯干和头占的比例较大，肩较窄，骨盆较宽；

（3）、皮下脂肪厚度及脂肪层在身体上的分布，男女也有明显差别；

（4）、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。

3、年代

在使用人体测量数据时，要考虑其测量年代，然后加以适当修正。

Sxxz/)(

一组数据：欧洲居民每隔10年身高增加1—1.4cm;美国城市男性青年在1973—1986年的13年间身高增加

2.3cm;日本男性青年在1934—1965年的31年间身高增加5.2cm、体重增加4kg、胸围增加3.1cm;我国原广州

中山医学院男性在1956—1979年的23年间身高增加4.38cm、女性身高增加2.67cm。

根据统计，我国与20年前相比，现在中国17岁孩子的体重整整多了8公斤。与20年前的标准相比，男孩

子的胸围增大了8公分，身高增长了5厘米。未成年人平均身高增长7.5cm。

4、地区种族

注意点：

由于不同国家、不同地区、不同种族的人体尺寸的差异，即使是同一国家，不同地区的人体尺寸也有差

异。因此，在设计中考虑产品的多民族的通用性。

如：按美国人的尺寸设计的产品：德国人（90%）、法国人（80%）、意大利人（65%）、日本人（45%）、

泰国人（25%）、越南人（10%）

5、职业

不同职业的人，在身体大小及比例上也存在着差异。例如，一般体力劳动者平均身体尺寸都比脑力劳动

者稍大些。

补充

人体体积计算公式

V=1.015W—4.937式中V——人体体积（L）；W——人体重量（kg）。

人体表面面积计算公式

男性B=100H女性B=77H

式中B——人体表面面积（cm2）；H——身高（cm）。

2.4人体测量数据的应用

一、人体尺寸应用的原则

❖使用最新数据和标准化原则

❖极限设计原则

❖可调性设计原则

❖动态设计原则

❖平均尺寸设计原则

设计中常用的人体尺寸

A.身高B.立姿眼高C.肘部高度D.坐高E.坐姿眼高F.坐姿肩峰高H.坐姿两肘间宽J.臀宽（坐宽）

K.肘部平放高度L.坐姿大腿厚度M.膝盖高度O.腿弯高度(坐高)P.臀部至腿弯长度(座深)R.臀部至膝

盖长度S.臀部至足尖长度T.臀部至脚后跟长度U.坐姿垂直伸手高度V.立姿垂直伸手高度w.立姿侧

向手握距离

二、产品人体尺寸设计的步骤和方法

●1、识别所有与产品设计相关的人体尺寸；

●2、确定预期的用户人群（成人、儿童、老人等）；

●3、选择一个合适的预期用户的满足度;

1)确定所设计产品的类型;

2)选择人体尺寸的百分位(满足度).

●4、获取正确的人体测量数据表并查找出需要的基本数据

●5、产品功能尺寸的确定

1)确定功能修正量（客观量）

（1）着装修正量（表2-12）

（2）姿势修正量（p36)

（3）操作功能修正量(p36)

（4）年代、年龄修正量

2)确定心理修正量（主观量）

产品功能尺寸

最小功能尺寸＝人体尺寸的百分位数＋功能修正量

最佳功能尺寸＝人体尺寸的百分位数＋功能修正量＋心理修正量

三、人体身高在设计中的应用

人体尺寸百分位的选择

着装修正量

四、产品人体尺寸设计案例——单人床的人体尺寸设计

人体尺寸：长、宽、高

使用人群：中国西南地区青年男性（18-25岁）

II型产品，满足度:95%

长度:极大尺寸,P95，身高ｈ:1740.27

宽度：极大尺寸,P95，肩宽ｗ：465

高度：极小尺寸,P5，小腿加足高：380

修正量，功能尺寸的确定

1.长度

躺卧空间长度=h＊1.05+h1+h2+a+b

=1827.28+50+100+50+50

=2077.27

总长度：2～2.2m

２、宽度

睡眠与床宽的关系：最小宽度为70cm，当宽度小于50cm时，翻身次数减少30%，睡眠质量受到严重影

响。

宽度=(2.5～3)w=1162~1395

合理宽度：1.2~1.4m

3、高度

为考虑到使用者上床、脱衣、穿鞋等活动的方便，床的适宜高度选取小腿的长度,即40~45cm。

第三章人体的机能

3.1人在系统中的功能

3.1.1人是系统中的重要“环节”

把操作者作为人机系统中的一个“环节”来研究，人与外界发生联系的主要是三个子系统，即感觉系统、

神经系统、运动系统见图3-1。

3.1.2人的感知与反应机能（感知响应）

1.反射弧（反射的生理结构基础）

反射是神经系统调节肌体活动的一种基本形成.反射活动的全部结构组成反射弧；反射弧具有五个基

本环节，即感受器——传入神经元——中间神经元——传出神经元——放应器。见图3-2（a）。

2.信息链

人机系统的信息在人的神经系统中的循环过程形成信息链。见图3-2（b）。

3.1.3感觉通道与适用的信息

人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道（80%）、听觉通道（14%）和触觉和其他通道（6%）。其适用场

合参阅表3-1。

3.2视觉机能及其特征

3.2.1视觉刺激

视觉的适宜刺激是光。人的两眼可以感受到的光波只占整个电磁光谱的一小部分，其波长为380～780nm，

见图3-3。

视觉系统由眼睛、视神经和视觉中枢的共同活动组成。见图3-4。

眼睛是视觉的感受器官，人眼是直径为21～25mm的球体，其基本构造与照相机类似，见图3-5。

视网膜最外层细胞包括视杆细胞和视锥细胞，它们是接受信息的主要细胞。如表B1。

图3-4人的视觉系统

图3-5眼睛结构示意图

右视野左视野

处理文字的能力较强处理数字的能力较强

数字

文字

表B1视网膜的视杆细胞和视锥细胞的不同性质

3.2.3视觉机能

1.视角与视力

视角：由瞳孔中心到观察对象两端所张开的角度。（如图3-5）

α=2arctg(D/2L)

α—视角；

D—被看物体上两端点的直线距离；

L—眼睛到被看物体的距离。

临界视角：眼睛能分辨被看物体最近两点的视角。

（按标准规定，人站在离视力检查表5m远处观看表中第十行“E”字，若能分辨清楚，视力为1.0即视力正

常，此时的临界视角=1´。）

视力：眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度，以临界视角的倒数来表示。

视力=1/能够分辨的最小物体的视角

2.视野与视距

视野：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。(静视野、注视视野、动视野)

动视野:见图3-6。

水平视野（单视野/双视野）:

1.5º—3.0º——特优视区；（物象落在黄斑上）

10º以内——最优视区；

10º—20º——瞬息视区；（能在很短的时间内看清物体）

20º—30º——有效视区；（需集中注意力看）

其余：良好视区。

垂直视野:（如图3-6）

水平视线上下1.5º为特优视区；

水平视线以下10º为最优视区；

水平视线以上10º，以下10º—30º内为有效视区；

其余：良好视区。

视距：指人在操作系统中正常的观察距离，几种工作视距推荐值参阅表3-2。

在水平面内最大固定双眼视野为180°，扩大的视野为190°，在标准视线左右各10°～20°视野内可

以辨别字。在标准视线左右各5°～30°视野内可以辨别字母，在标准视线右30°～60°范围是颜色视野，

人最敏锐的视力是在标准视线两侧各10°的视野内。

在垂直面内，标准视线为水平视线，最大固定视野为115°，标准视线上方50°，下方70°，扩大的视

野为150°，站立时的自然视线低于水平线10°，坐着时自然视线代于水平视线15°；人在很低松驰的状态

中，站着和坐着时的自然视线偏离标准视线分别是30°和38°。因此，人在轻松的时刻观看展览时，展示

物的位置在低于标准视线30°的区域里。

表3-2不同工作任务视距的推荐值

3.中央视觉和周围视觉

中央视觉（明视觉）—视维细胞（感色能力强、能清晰分辨物体）。

周围视觉（暗视觉）—视杆细胞（观察空间范围和正在运动的物体）。

操作者在进行作业时，除要注视操作对象外，还要求看到周围情况。如果视野很小或缺损，将会对工作

效率产生影响，甚至造成工作事故。因而，在选择车、船驾驶员时，必须检查其正常视野范围。如果各方面

的视野都缩小10°以内者称为工业盲。

4.双眼视觉和立体视觉

双眼视物：视野范围较大；具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力；能形成立体视觉。

5.色觉和色视野

色视野是指颜色对眼的刺激能引起感觉的范围。（图3-7）

图3-7人的色视野

6.暗适应和明适应(视觉的适应)

人眼随视觉环境中光亮度的变化而感受性发生变化的过程，有暗适应和明适应两种。见图3-8

任务要

举例

视距离（眼至

视觉对象）单

位：cm

固定视野

直径单

位：cm

备注

最精细

的工作

安装最小部件

（表、电子元件）

12～2520～40

完全坐着，部分地依靠

视觉辅助手段（小型放

大镜、显微镜）

精细工安装收音机、25～3540～60坐着或站着

中等粗

在印刷机、钻井

机床旁工作

50以下至80坐或站

粗活包装、粗磨50～15030～多为站着

远看

黑板、开汽车

150以上

250…

坐或站

图3-8明适应与暗适应

根据视觉的明暗适应特征，要求在设计工作面照明时，需使其亮度均匀而且不产生阴影，否则，眼睛的

频繁明暗调节，不仅会增加眼睛的疲劳，而且会引起错误操作。

7、眩光

物体表面产生的刺眼和耀眼的强烈光线，称为眩光。

8、对比感度

式中：CP——临界对比度△Lp——临界亮度差Lp——背景亮度Lo——物体的亮度

SC——对比感度

注意事项：

❖目标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（背景与物体具有不同

的颜色），也可以用亮度（背景与物体在亮度上有一定的差别）。

❖人眼刚刚能看辨别到物体时，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度；临界对比的倒数称为对比感度。

❖目标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（背景与物体具有不同

的颜色），也可以用亮度（背景与物体在亮度上有一定的差别）。

❖人眼刚刚能看辨别到物体时，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度；临界对比的倒数称为对比感度。

3.2.4视觉特征

❖1.疲劳程度：水平优于垂直。

❖2.视线变化习惯：左—右，上—下，顺时针。

❖3.准确性：水平尺寸和比例的估计更准确。

❖4.观察情况的优先性：左上—右上—左下—右下视区,仪表的布置必须考虑这一点。

❖5.设计依据：以双眼视野为设计依据。

❖6.接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓。

❖7.颜色的易辨认顺序：红、绿、黄、白；









❖颜色相配时的易辨认顺序：黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑字、白底红字。

❖8、物体的颜色在有色光源的照射下会产生变化，显现的颜色与物体本色，照射光线的颜色之间的

关系有一定规律性。如表B2。

表B2显现的颜色与物体本色、照射光的颜色之间的关系

❖9、眼睛在直视方向的最小分辨角和分辨颜色的情况。如表B3。

表B3最小可辩角度和分辨颜色的情况

❖10、视觉损伤

❖11、视觉疲劳

照明的基本概念

1、光通量

光源在单位时间内向周围空间辐射并引起视觉的能量，称为光通量，用符号φ表示，单位为流明（lm）。

光通量是光源的一个重要参数，是照明设计的必备数据。

当波长为555nm的黄、绿光的辐射功率为1W时，人眼感觉量为680lm，所以1lm就相当于波长为555nm

的单色光辐射功率为（1/680）W时的光通量。

1光瓦=680lm

2、发光强度

光源在空间某一特定方向上单位立体角内（每球面度）辐射的光通量空间刻度，称为光源在该方向上的

发光强度（简称光强），用符号Iθ表示，单位为坎德拉（cd）。其计算公式为：

Iθ=φθ/ωθ

式中：ωθ——球面所对应的立体角（sr:立体弧度）

φθ——在ω立体角内所辐射的光通量（lm）

Iθ——表示光通量在空间各个方向上的分布情况。

3、照度

照度是用来表示被照面（点）上光的强弱。投射到被照面上的光通量与被照面的面积之比称为该面的照

度，用符号E表示。定义式为：

E=φ/S

式中：φ——被照面上接受的光通量(lm)

S——被照面的面积(m2)，与光线垂直。

照度的单位为勒克斯(lx),表示1流明的光通量

均匀分布在1平方米的被照面上，即：

1(lx)=1(lm)/m2

4、亮度

发光体在视线方向单位投影面上的发光强度称为该物体表面的亮度，用符号L来表示，表达式为：

L=Iθ/Scosθ

式中Iθ----发光体在视线方向上的光强(cd)；

Scosθ----发光体在视线方向上的投影面积m2；

θ----视线方向与发光面法线（垂线）的夹角。

L的单位为坎德拉每平方米（cd/m2）

3.3听觉机能及其特征

3.3.1听觉刺激

听觉的适宜刺激是声音，声音的声源是振动的物体，人的听感范围：20～20000Hz。感受性最高的频率

范围:1000～4000Hz

3.3.2听觉系统

起主要作用的部位：内耳耳蜗

起辅助作用的部位：外耳、中耳、内耳的其它部分，见图3-9。

图3-9（a）人耳的基本结构（b）耳蜗

声学常识

一、声功率（W）

声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。在噪声监测中，声功率是指

声源总声功率。单位为W。

二、声强（I）

声强是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向单位面积的声能量。单位为W/m2。

三、声压（P）

声压是由于声波的存在而引起的压力增值。单位为Pa。

四、分贝、声压级

分贝：是声音音量的度量值，是指两个相同的物理（例A和A0）之比取以10为底的对数并乘以10（或

20）。

N=10lg(A/A0)或N=20lg(A/A0)

分贝符号为“dB”，它是无量纲的。

式中：A0是基准量（或参考量），A是实测度量。

声压级：LP=20lg(P/P0)

式中：LP＿＿声压级（dB）；

P＿＿实测声压（Pa）；

P0＿＿基准声压，为2×10-5Pa，该值是对1000HZ的纯音，人耳刚能听到的最低声压。

声功率级：Lw=10lg(W/W0)

式中：Lw——声功率级（dB）；

W——实测声功率（W）；

W0——基准声功率，为10-12W。

声强级：LI=10lg(I/I0)

式中：LI＿＿声压级(dB)；

I＿＿实测声强（W/m2）；

I0＿＿基准声强，为10-12W/m2。

五、响度和响度级

响度（N）：

响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念，它不仅取决于声音的强度(如声压级)，还与它的频率

及波形有关。响度的单位为“宋”,1宋的定义为声压级为40dB,频率为1000Hz,且来自听者正前方的平面波

形的强度。如果另一个声音听起来比1宋的声音大n倍，即该声音的响度为n宋。

响度级(LN)：

响度级是建立在两个声音主观比较的基础上，选择1000Hz的纯音作基准音，若某一声音听起来与该纯

音一样响，则该声音的响度级在数值上就等于这个纯音的声压级（dB）。响度级用LN表示，单位是“方”。

如果某声音听起来与声压级为80dB，频率为1000Hz的纯音一样响，则该声音的响度级就是80方。

不同声音的响度级可从ISO等响曲线上查出来

响度与响度级的关系

3.3.3听觉的物理特性

1.频率响应（感受性）

❖人耳能听闻的频率比为fmin/fmax=1：1000；

❖频率感受的上限随着年龄的增长而逐年连续下降，见图3-10；

❖听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。

图3-10听力损失曲线

2.动态范围（声音的强度）

听觉声强的动态范围=正好可忍受的声强/正好能听见的声强

（1）听阈：在最佳的听闻频率范围内，一个听力正常的人刚刚能听到给定各种频率的正弦式纯音的最低

声强Imin。图3-11

a、在800-1500Hz频率范围内，听阈无明显变化；

b、低于800Hz，可听声音的强度随着频率的降低而明显增大；

c、在3000-4000Hz之间，听觉灵敏度最高；

d、超过6000Hz时，灵敏度再次下降。

（2）痛阈：对于感受给定各种频率的正弦式纯音，开始产生疼痛感的极限声强Imax。

（1）与（2）都与频率有关系，是在某一频率下的听阈值或痛阈值。

（3）听觉范围：由听阈和痛阈两曲线所包围的听觉区,见图3-11。

图3-11听阈、痛阈与听觉区域

3.方向敏感度（双耳效应）

（1）时差：∆t=声音到两耳的时间差。人耳可觉察到的声音信号入射的最小偏角为3°，∆t=30us。

（2）由于头部的掩蔽效应，造成声音频谱的改变。

（3）人耳对不同频率、来自不同方向的声音的感受能力不同。见图3-12。

标准灵敏度：f=1000Hz，I0=Imin=10-12W/m2

图3-12听觉的方向敏感度

4.掩蔽效应

掩蔽：一个声音被另一个声音所掩盖的现象。

掩蔽效应：一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应。

3.4其他感觉机能及其特征

3.4.1肤觉

肤觉是仅仅次于听觉的一种感觉，可感受多种外界刺激，形成多种感觉。

1.触觉

触觉也称压觉或触压觉，是皮肤表面承受物体压力

或触及物体时，所产生的一种感觉。

(1)触觉的敏感性：图3-13

(2)触觉的定位能力：图3-14

图3-13男性身体各部分的触觉敏感性图3-14男性身体各部位刺激点定位的能力

(3)两点阈限

2.温度觉

高温作业：高于25度

低温作业：低于5度；

冷水作业：水温低于12度

3.痛觉

3.4.2本体感觉

本体感觉系统包括耳前庭系统和运动觉系统，可感受身体和四肢所在位置的信息。

1.平衡觉：人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉。

影响平衡觉的因素：酒、年龄、恐惧、突然的运动、热紧迫、不常有的姿势等。

2.运动觉：人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种感觉。运动觉涉及人体的每一个动作，是仅次

于视、听觉的感觉。人的各种操作技能的形成更有赖于运动觉信息的反馈调节。

3.5人的信息处理系统

3.5.1人的信号处理系统模型

人在人机系统中特定操作活动中的作用，可类比为一种信息传和处理过程，可以把人视为一个单通道的

有限容量的信息处理系统。见图3-17。

感觉信号处理反应

输入系统输出

图3-17人的信息处理系统

3.6.2信息计量

信息：客观世界的所有事物通过物质载体所发出的一切传递与交换的知识内容。

信息——————知识内容

信息可以严格定量，bit（位）为最小单位，byte（字节）为基本单位。

信息量的计算：

若某信号源含有n种状态（n种信息），每种信息（状态）出现的概率为Pi，则其中一种信息的信息

量：

该信号源的平均信息量为每种信息的信息量的数学期望（加权平均值）：

loglog

log





若n=2，两种信息用二进制编码“0”、“1”表示，若出现“0”的概率是P，出现“1”的概率是1-P，则该

信息量可由下式计算：

H=-Plog2P-(1-P)log2(1-P)；

注：当P=1/2时，则

H=-log2(1/2)=log22=1bit

若信号源S中有n个相互独立的不同信号，某个信号i出现的概率为Pi,且Pi之和为1，i信号应出现

nPi次，则所有信号的平均信息量为：

H=（-nP1log2P1-nP2log2P2-…-nPnlog2Pn）/n

=-∑Pilog2Pi(i=1…n)

显然，当Pi=1/n时,H达到最大

Hmax=∑(1/n)×log2n=log2n

3.6.3感觉的信息处理

人的反应时间与感觉刺激物的刺激量有关。

RT=a+bHT（HT为信息量）

1.信息传输速率

C=H/T

其中：C—信息传输速率；

H—传输的信息量；

T—传输的时间

人的感觉通道的信息传输速率。见图3-18

图3-18人的感觉通道信息传输速率

刺激信号的维数增多，C。

C---反映人的感觉通道传输信息的客观能力。

影响信息传输速率的主要因素

A、刺激的维数

B、刺激的速率与负荷

C、背景噪音

D、分时输入与处理

E、剩余感觉通道的利用

F、刺激与响应之间的协调性

G、感觉通道的选择

H、人的生理和心理状态

I、人的技术熟练程度

2.采样

采样间隔取决于刺激的频率。若刺激的变化频率为F，则T=1/2F，由此可见，采样频率降低，则采样周

期延长。

3.编码

辨认工作—数码、字母、斜线

搜索定位—颜色、数码、形状

计数工作—数码、颜色、形状

比较或验证—各方法几乎没有区别

编码方式的优劣参阅表3-4。

表3-4编码方式的优劣

3.6.4中枢信息处理

人的大脑皮层所能处理的信息只是感觉器官接受的信息量的很小一部分,如表B4.大脑中枢信息处理过

程中记忆机制具有特殊的意义。

记忆是各种信息处理活动的基础，一般分为三种形式：

❖1.感觉信息储存（瞬时记忆、感觉记忆、感觉登记）

❖2.短时记忆（操作记忆）：保持时间在1min以内的记忆。

❖3.长时记忆：记忆曲线。见图3-19

表B4信息流在传递过程各阶段的最大信息流量

3.7运动系统的机能及其特征

骨—运动的杠杆关节—运动的枢纽肌肉—运动的动力

3.7.1骨的功能和骨杠杆

（1）支撑人体（2）保护内脏（3）运动的杠杆（4）造血（5）储备矿物盐：主要是磷和钙等。

2.骨杠杆

根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）

三者不同的位置分布，分为：见图3-20

（1）平衡杠杆

（2）省力杠杆

（3）速度杠杆：用力大，但运动速度快

由等功原理，得之于力则失之于幅度，反之亦然。因此，最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。

图3-20人体骨杠杆

3.7.2主要关节的活动范围

关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节必然处在一定的舒适调节范围内，参阅表3-5。

表3-5重要活动范围和身体各部舒适姿势的调节范围

人体各部分的活动范围

人体上部及上肢固定姿势活动角度范围

3.7.3肢体的出力范围

1、肌力：肌肉的力量来自肌肉收缩，肌肉收缩时产生的力称为肌肉力。人的一条肌纤维所发挥的力量约为

0.01～0.02N，肌力是多条肌纤维的收缩力总和。人体肌肉的生理特征。见表3-6

2、操作力：在作业中，为了达到操作效果，操作者有关部位（手、脚、躯干等）所施出的一定大小的力。

决定因素：肌力、施力的姿势、部位、方式和方向。

表3—6身体主要部位肌肉所产生的力（单位：N，20～30岁）

结论：女性的肌力比男性底20%～30%，右手比左手强10%，而习惯有左手的人，其左手的肌力比右手强6%～

7%。

3.7.4肢体的动作速度与频率

１、动作速度

(1)肢体肌肉收缩的速度：不同的肌肉，肌力、阻力；

(2)动作方向和动作轨迹等特征(动作特征）

２、动作频率

取决于动作部位和动作方式。参阅表3-8。

3、人体动作的灵活性

是指操作时动作速度和频率，由人体的生物力学特性所决定。人体重量轻的部位比重的部位、短的部位

比长的部位、肢体末端比主干部位的动作更灵活。因此，设计机器及其操纵装置时，应当充分考虑人体动作

灵活性的特点。参阅表B5

3.8人的运动输出

人的信息输出方式：语言输出、运动输出。

运动输出的质量指标：反应时间、运动速度和准确性。

3.8.1反应时间

反应时间（RT）:又称为反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间隔。它由反应知觉时间（tz）和动作

时间（td）组成。即RT=tz+td

影响反应时间的主要因素

1.不同的感觉器官（不同性质的刺激）

（1）不同的感觉器官简单反应的时间不同；

以触觉与听觉最优，视觉次之。

（2）同一感觉器官接受的刺激不同，反应时间不同；

（3）相同感觉器官接受相同的刺激，不同部位反应时间不同。

2.刺激信号的性质和强度

人对各种不同性质刺激的反应时间是不同的。

对于同一种性质的刺激来说，一般情况是对弱刺激的反应时间较长，刺激增加到中等强度与极强时，反

应时间短。刺激方式影响反应时间。

“不可减的最少限”：反应时间不再减少的刺激强度增量的上限值。

3.刺激的清晰度和可辩性（环境影响）

（1）信号与背景的亮度、颜色、信噪比及频率的对比程度越强，反应时间越短；

（2）刺激信号的刺激时间；

（3）刺激的数目、颜色；

（4）显示器及操纵器的设计。

4.人的主体因素

习俗、个体差异（性别、年龄）、疲劳等个人生理、心理状况。

3.8.2运动速度

用完成动作的时间来评定（Td）

1.动作特点

2.目标距离：距离增加，Td增长，宽度增加，Td缩短。

3.运动方向

4.动作轨迹特征

5.负荷重量：最大运动速度与负荷重量成反比。

图3-24手向各方向运动时间差异

3.8.3运动准确性

1、速度—准确性特性曲线

2、不同方位盲目定位运动准确性

3、手臂运动方向对连续控制运动准确性影响

4、不同控制操作方式对准确性影响

第四章显示及操纵装置设计

§1显示装置的类型与设计原则

一、显示装置的类型及性能特点

显示装置——人机系统中，机器通过人的感觉通道向人传递信息的装置。

按人接受信息的感觉器官分：

显示方式传递的信息特征

视觉显示

(60%)

1、复杂抽象或含科技术语的信息(图表、文字、公式等)

2、信息长或需延迟、储存

3、需用方位、距离等空间状态说明的信息

4、以后可能被引用

5、不适合其它方式传递或其它方式传递负荷已很重

6、不需急迫传递

7、需同时显示、监控、操纵的信息

听觉显示

(25%)

1、信息短或不需迟延

2、简单且要求快速传递

3、不适合其它方式传递或其它方式传递负荷已很重

触觉显示

(10%)

1、简单且要求快速传递

2、视、听觉通道负荷过重

3、使用视、听觉通道传递有困难

按显示形式可分为：

⑴仪表显示（有数字式、刻度指针式）

⑵信号显示（信号灯、听觉信号、触觉信号）

⑶荧光屏显示

二、显示装置设计的一般人机学原则

GB/T16251-1996《工作系统设计的人类工效学原则》

——信号与显示器设计的一般人机学原则：以适合于人的感知特性的方式来加以选择、设计和配置。

信号和显示器的种类和数量应符合信息的特性；

当显示器数量很多时，为能清晰地识别信息，其空间配置应保证能清晰、迅速地提供可靠的信息；

信号和显示器的种类和设计应保证清晰易辨；

信号显示的变化速率和方向应与主信息源变化的速率、方向一致；

在以观察和监视为主的长时间工作中，应通过信号和显示器的设计和配置来避免超负荷和负荷不足

的影响。

§2视觉信息显示设计

一、仪表显示设计

刻度盘尺寸：

在基本保证能清晰分辨刻度的情况下，选取较小的直径。一般情况下，刻度盘外轮廓对应的视角可取α

=2.5°~5°。故一般刻度盘外廓尺寸D与视距L的关系可为：L/D=11~23

数码与字符：

考虑因素有：数码与字符的尺寸大小；字符宽高比和笔画粗细；字体、字符形状；主体色与背景色搭配；

光照强弱；认读速度等。

1、光线良好、视觉条件较优时，采用(a)、(b)；

2、(a)为建议字型；

3、要求快速分辨以及能见度较差情况下，使用(c)。

刻度与刻度线

刻度标值；刻度间距；刻度线

指针

指针形状应有鲜明的指向性特征

指针的形状和长度、宽度；

指针的零位

仪表的色彩

仪表色彩是否合适，将影响认读速度和误读率。颜色设计主要是刻度盘面，刻度线和数码、字符以及指

针的颜色匹配问题，它对仪表的造型设计、仪表的认读有很大影响。

指针、刻度标记、数码的颜色应与刻度盘的颜色有明显的区别和对比，但指针与刻度标记，数码的颜色

应尽可能协调。颜色搭配应遵循一定的规律，如表B3

仪表面板形式与布置一般布置原则

⑴所在平面与人的正常视线尽量垂直；

⑵布置紧凑，按重要性和观视频度，分别布置在合适视区；

⑶按操作流程，从上到下、从左到右、顺时针方向布置；

⑷按功能分区原则布置；

⑸定性显示的检查、警戒类仪表的零位和辅助线；

⑹被显示对象与显示有容易理解的一一对应关系。

二、信号显示设计

1、信号灯显示的特点

特点：面积小、视距远、醒目、简单明了，但信息负荷有限，信号太多时，形成杂乱或干扰。

作用：指示（如灯塔、交通信号灯），显示工作状态，通常一种信号指示一种状态或情况。

2、信号灯设计

⑴信号灯视距与亮度

信号灯与背景的亮度和亮度比，能见度

⑵信号灯的颜色

⑶稳光与闪光信号的闪频

⑷信号灯布置

与仪表布置相似

⑸信号灯的形状、组合与编码

信号灯的颜色设计

建议采用的10种以内编码颜色，按其不同颜色之间相互不易混淆的程度，依次排列为：黄、绿、橙、

浅蓝、红、浅黄、绿、紫红、蓝、黄粉。单个信号灯，蓝绿色最清晰。信号灯颜色的含义

3、荧光屏设计

荧光屏的显示特点：可显示图形、符号、信号、文字等多种信息，即可作追踪显示，又可显示动态画面。

⑴目标的亮度、呈现时间

亮度：目标亮度愈高，愈易觉察，但是当目标亮度超过100cd／m2时，视敏度不再继续有较大的改善，所以

目标亮度不超过100cd／m2。

呈现时间：T=o.5s大体上已可满足视觉辨别的基本要求；T=2—3s，是最有利的数值。

余辉：是目标呈现结束后残留在屏面上的亮点。周围的灯光照度对余辉的视觉效应影响很大，周围照度太高

或太低都对它有不利的影响，而以周围照度为1lx时最优。目标指在荧光屏上显示的视觉信息载体，如图形、

符号、文字等。

⑵目标的运动速度

运动着的目标比静止目标易于察觉，但难于看清。视敏度与目标运动状态的关系，v<800/s

⑶目标的形状、颜色和大小

形状：当干扰光点强度较大时，方形目标优于圆形目标。

颜色：在单色显示屏上，白色、绿色、黄色、琥珀色对深灰色或黑色形成的颜色对比最适合于图形和字符

的识别。通常：白色、绿色等明快的颜色用作目标色，而深灰色或黑色作为背景色。

大小：与视距有关，字高宽比例：2:1或1:1。

⑷目标与背景的关系

最小值：3:1;一般情况：6:1或15:1;较高值：30:1。

过高的对比度不利于眼睛精确聚焦。背景最优亮度：68cd/m2

⑸屏面

大小：与视距、目标的大小和数量有关视角>30

位置：按人的自然视线放置

分辨率：物理分辨率、逻辑分辨率

刷新频率：85Hz以上，大尺寸显示器应为100Hz以上。

响应速度

坏点数

颜色：单色显示、彩色显示

3、图形符号设计

图形符号是以图象为主要特征的视觉信号，用绘画、书写、印刷或其它方法制作，用来传递事物或概念

对象的信息，而不依赖语言。

图形符号显示的特点：

直观、简明、精练、易懂，可使不同年龄、不同文化、不同国家、不同语言的人都可较快理解。

应用领域：技术文件、设备仪表的操作指示、包装、公共信息（如安全、交通等）

图形符号设计的一般原则:

⑴内涵不要过大，准确理解，不产生歧义

⑵构形简单，突出对象主要属性

⑶构形醒目、清晰、易懂、易辨、易记、易制

⑷边界明确、稳定

⑸尽量采用封闭轮廓图形，利于目光积聚

§3听觉信息传示设计

一、听觉信息传示装置

特点：反应快，可配置在任一方向，用语言通话时的应答性好

应用场合：信号简单、简短，要求传递迅速，传示后无须查对，只涉及过程和时间性事件，视觉负担过重或

环境不利于采用视觉信号，人员处于巡视状态，并需要从干扰中辨别信号。

种类：铃、蜂鸣器、汽笛、警报器、喇叭、枪声、锣声等

二、听觉信息传示装置的设计、选用原则

⑴噪音环境下，显示、报警装置的频率选择在噪音掩蔽效应最小的范围内；

⑵为引起注意，采用断续信号；报警信号采用变频；警报、信号灯组合使用；

⑶传递很远或穿越障碍物时，提高强度、采用低频；

⑷小范围内使用时，为避免干扰、混淆，尽量减少不必要的音响装置；

⑸使用两个及其以上听觉信号时，应有明显差异。

§4操纵装置的类型与设计原则

一、操纵装置及其类型

操纵装置——将人的输出信息转换为机器的输入信息的装置。实现人对机器的指挥控制。

其设计要充分考虑人体尺寸、生理、心理、体力、能力、运动特征。

与视、听觉相比，触觉功能和触觉特性：⑴不太敏感⑵适应迅速⑶有立体感

操纵装置的类型

1、按操控方式分手动、脚动、声控操纵器

2、按运动方式分旋转式、移动式、按压式

3、按功能分开关式、转换式、调节式

操纵器设计的一般要求:

⑴尺寸、形状要适应人体结构尺寸要求

⑵与人的施力和运动输出特性相适应

⑶多个控制器时，应易于识别

⑷尽量利用自然的控制动作、身体重力

⑸与显示器或被控对象的工作状态相适应

⑹造型设计简单、美观、适用

二、手控操纵装置设计

1、操纵手把的设计

（1）手把的形状应与手的生理特点相适应；

（2）手把的形状便于触觉对其进行识别；

2、适宜的操纵力范围

控操纵器的最大用力

3、操纵器的适宜尺寸

三、脚控操纵装置的设计

1、应用场合

需要较大操纵力，如F≥50~150N；

需要连续操作又不便用手；

手的操作负荷太大，如汽车油门、制动控制等；

一般用在坐姿且有靠背时。

2、适宜的操纵力

为防无意踩动，至少40N阻力

3、结构形式及尺寸设计

4、操纵装置的选择

考虑：人的操纵能力：速度、肌力、连续工作能力等；

操纵装置的功能、形状、布置、运动状态、经济因素等

§5操纵装置设计的人机因素

一、操纵-显示比

操纵－显示比是操纵器和显示器移动量之比，即C/D。

C/D↓—灵敏度↑适于粗调或快速调节；精度不易控制

C/D↑—灵敏度↓适于精调，精度易控制，调节时间长

国外实验表明,一般:旋钮，最佳C/D=0.2~0.8；操纵杆或手柄，最佳C/D=2.5~4.0

二、操纵器编码

即使每个操纵器具有鲜明的特征，以互相区别避免混淆，避免误操作。

形状编码——易于识别，便于操作

大小编码——大小差20%以上，可较快感知

色彩编码——较好的照明条件下使用，常与大小、形状组合使用；遵循有关技术标准

位置编码——足够操作空间、排列方向、盲操作

操作方法编码——按压、旋转、推拉等通过手感、脚感识别

字符编码——操纵器上或旁标示文字、符号

三、操纵主从协调

操纵主从协调的一般原则：

1、操纵主从运动方向的一致性

2、操纵主从在不同平面时的互动协调

3、操纵方向与某些功能要求的协调关系

4、操纵主从在空间的相似对应和顺序对应原则

5、遵循右旋螺纹（顺时针）运动规则

四、操纵器布置

操纵器布置的一般原则：

⑴布置在手脚操作灵便自如的位置

⑵按功能分区布置，按操作顺序排列

⑶避免误操作和操作干扰

⑷操纵器与对应显示器布置的协调

第五章作业环境

§1概述

一、人与自然环境

我们生活的自然环境，是地球表面的一部分。大自然诞生了人类。如图1

生态系统的各个组成部分都是相互联系的。如果人类活动干预某一部分，因为整个生态系统可以调

节那么原有状态便不受破坏。

生态系统的组成越多样，其能量流动和物质循环的途径越复杂，调节能力就越强。但生态系统的调

节能力是有限的，如果人类大规模的干预，自动调节的能力就无济于事，生态平衡就遭到破坏。

我国是发展中国家，人口众多，可耕地相对很少，城市高度发展，环境污染严重。因此：

•在乡镇规划中：提出生态循环系统的综合治理。

•在城市规划中：提出生态城市的概念。

•在建筑设计中：提出生态建筑的设想。

•在室内设计中：提出绿色建材的综合利用，创造健康、安全的人工环境。

二、环境构成

按大小构成

微观环境——指室内环境

中观环境——指一栋建筑乃至一个区的空间大小

宏观环境——指小区以上乃至一个乡镇、城市、区域，甚至全国、全球的无限广阔的空间

按构成性质

自然环境、生物环境、人工环境、社会环境

环境构成因素

三、人与环境的交互作用

人和环境的交互作用，表现为刺激和效应

1、人体外感官和环境的交互作用——人体外感官五觉效应——即环境因素引起的物理刺激或化学刺激。

2、人体内感官和环境的交互作用——受到生理因素或环境信息引起的生理因素刺激后作出各种相应的生理

反映。

3、人的心理和环境的交互作用——当大脑通过人体内、外感官接受到各种信息时，所作出的相应的心理效

应。

四、人体舒适性

1、对舒适性的理解

是一个复杂的动态概念。它因人、因时、因地而不同。讨论人和环境的交互作用时必须明确这是一个相

对概念。

人体内感官

人

体

外感

官

眼

皮

口

鼻

耳

家

具

设

备

建

筑

艺

术

伦

理

经

济

法

规

生

物

环

境

自

然

环

境

社

会环

境

人体内环境

人体外环境

地球环境

肤

人造环境

2、相对的舒适环境

——凡是能使在该环境中80%的人感到满意，那么这个环境就是这个时期的舒适环境。

比如环境噪音问题：

3、舒适性的类型

行为舒适性是环境行为的舒适程度：

知觉舒适性是指环境刺激引起的知觉舒适程度

4、作业环境按舒适性分类

§2微气候

一、微气候条件

微气候又称生产环境气候条件，是指生产环境局部的气温、湿度、气流速度以及工作现场中的设备、产

品、零件和原料的热辐射条件。

1、温度——评价环境气候条件的主要指标。摄氏温度℃，华氏温度°F、绝对温度K。

2、湿度

绝对湿度——一定温度下，每立方米空气中所含水蒸气克数。

相对湿度——一定温度、压力下，空气的水蒸气压强f与同温度、压力条件下空气饱和水蒸气压

强F的百分比。即：

3、热辐射——物体在绝对温度大于0K时的辐射能量

4、空气流速——m/s。

人体对微气候条件的感受取决于温度、湿度、热辐射、空气流速的综合影响

推荐的气流速度,如：

（黄——最佳；棕——不适当）

二、微气候条件对人体的影响

1、高温作业对人体的影响

高温作业环境：热源散热量＞84kJ/(m3.h)的环境

类型：高温、强热辐射作业高温、高湿作业夏季露天作业

高温对作业效率的影响

T=27-32℃时，肌肉用力的工作效率下降

T＞32℃时，需集中注意力及精密工作的效率下降

高温对事故率的影响（Vernon对兵工厂的调查）

烦躁，体表血液循环加快，大脑中枢缺血，注意力下降.

2、低温作业环境对人体的影响

痛觉、迟钝和嗜睡、动作灵敏性减低。长期低温条件，血液循环减少、血管痉挛、风湿病、冻伤等。

三、改善微气候条件的措施

生产工艺和技术措施——合理的生产工艺过程屏蔽热源除湿增加气流速度采暖保温个体保护

保健措施——合理补充水分营养合理使用劳保用品作业适应性检查

生产组织措施——合理的作业负荷休息场所职业适应

§3噪音与振动

一、噪音的危害

对听力的影响——听觉疲劳，噪音性耳聋、爆发性

对生理的影响——痛、头晕、失眠、恶心、乏力、注意力不集中、记忆力减退等

对心理的影响——烦躁、焦急、恼怒等不愉快情绪

对语言通讯的影响

对作业能力和效率的影响

二、噪音的控制

控制噪音源——减少设备振动和噪音：使用低噪音设备，改革生产工艺，提高设备精度等。

0.010.030.20.30.40.5

1.01.5m/s

夏季

冬季

%100

相对湿度

控制噪音传播——合理设计布局，利用屏障，利用声源指向性控制噪音，局部消音、隔声、吸声等。

个体防护——个体防护用具，如耳塞、耳罩，轮班作业。

音乐调节——利用听觉掩蔽效应。创造良好音乐环境掩蔽

二、振动的危害及控制

人体不同部位的共振频率

1、振动的危害

长期使用振动工具操作引起振动病；

全身振动对人的影响：腹痛、胸痛、背痛、尿急、呼吸困难等；

对操作的影响：视觉作业效率下降、动作精确性降低；

2、振动的控制

隔离振源

采用减振坐椅、弹性垫等以缓冲减振

采用新工艺代替风动工具，减振措施

增加设备阻尼

采用弹簧类、橡胶类、软木类等减振器

降低设备共振频率

缩短暴露于振动环境的时间

§4照明

一、环境照明对作业的影响

照明与疲劳——照明条件差导致眼疲劳甚至全身性疲劳。眼球干涩、怕光眼痛、视力模糊、眼球充血、流泪.

照明与工作效率——改善照明条件不仅减少视疲劳，而且可提高工作效率.

照明与事故——适当的照度可增加眼睛辩色能力、增强物体轮廓立体感，使失误率降低；扩大视野，防止错

误和工伤事故。

光通量:单位时间内,光源发射并被人的眼睛接收的光辐射能之和，单位:流明（Lm）

光强(发光强度):单位立体角内的光通量.(坎德拉,cd)

照度:照射在物体单位面积上的光通量.(勒克司,lx)

亮度:非点光源的光强与其面积的比值.(熙提,Sb,cd/cm2)

二、环境照明设计

设计的基本原则：

6～8，100～200上下颌2～30，500～1000头部

1000～1500鼻、喉等15～50眼

250

神经系统

脊柱

30～40手4～8，10～12胸腔内脏

共振频率，Hz器官共振频率，Hz器官

合理的照度、亮度

光线方向和扩散要合理

避免眩光

光色合理

照明和色彩协调

经济条件

1、照明方式

自然照明人工照明混合照明

采光系数是室内某一点的照度与同一时间的室外照度之比。即采光系数c=En/EW×100%

2、光源选择

自然光源、人工光源

直射光源、反射光源、透射光源

3、避免眩光

眩光——视野内出现的亮度过高或对比度过大，且感到刺眼并降低观察能力的光线(有直射、反射、

对比眩光)。

主要破坏视觉暗适应，产生视觉后

像，造成视疲劳，工作效率下降。

防止控制眩光的措施

⑴限制光源亮度⑵合理分布光源⑶光源改为散射⑷改变光源或工作位置⑸减少亮度对比

4、照度均匀度

照度不均匀,当眼睛从一表面转移到另一表面时,由于明暗适应,眼睛感觉不适,且视力下降。经常交替适

应，导致视疲劳.

5、亮度分布

室内亮度比最大允许值

条件办公室、学校工厂

观察对象与工作面间

观察对象与周围环境间

光源与背景间

一般视野内各表面间

3∶1

10∶1

20∶1

40∶1

5∶1

20∶1

40∶1

80∶1

§5色彩调节

一、色彩的基本概念

感色的条件：光、物、眼

2、色彩三要素

3、色彩的混合

二、色彩的功能

不同的色彩，能对人产生不同的心理和生理作用，并且因人的年龄、性别、经历、民族和环境等因素的

不同而有差异。

色彩的温度感

红、橙、黄色——暖；白、青、兰、绿色——冷

色彩的距离感

暖、亮、白色——近；冷、暗、黑色色——远

色彩的重量感

明度高——轻，明度低——重

色彩的硬度感

几乎与重量共感觉同时形成

色彩的味觉、嗅觉

红色，诱发鲜美味觉；绿色，酸；黄色，诱人香甜；咖啡色，浓郁香或巧克力

三、作业环境的色彩调节与应用

选择适当的色彩，利用色彩的效果构成良好的色彩环境，称为色彩调节。

工作房间的色彩调节

避免使用萎靡、呆滞、沉闷、阴暗色

避免过分刺激的色彩

避免过分对比或暧昧色彩

避免镜面反射、金属般高光色彩或过于坚硬、冷峻色

机械设备和工作面的色彩调节

工作面明度不宜过大，反射率、对比不要过高

色彩与设备功能适应

配色与环境色彩协调

危险与示警部位配色醒目

操纵装置配色要重点突出

显示装置与背景有一定对比度

安全标志和技术标志的色彩应用

视觉残留现象的利用和避免：

当外界物体的视觉刺激作用停止以后，在眼睛视网膜上的影像感觉并不会立刻消失，这种视觉现象叫做视觉

残留,其影象称视觉后像或视觉残像。

视觉后像是由于视神经兴奋所留下的痕迹作用。

正后像——当视觉神经兴奋尚未达到高峰，由于视觉惯性作用残留的后像；

负后像——由于视觉神经兴奋过度而产生疲劳并诱导出的相反的结果。

无论是正后像还是负后像均是发生在眼睛视觉过程中的感觉，都不是客观存在的真实景像。

《安全色》（GB2893-1982）规定

颜色含义用途

红色禁止

停止

禁止标志

停止信号；机器、车辆的紧急停止手柄或按钮；

禁止人们触动的部位

兰色指令

必须遵守的规定

指令标志

黄色警告

注意

警告标志

警戒标志

绿色通行

提示

安全状态

提示标志

安全通道；通行标志；消防和其它安全防护设备

的位置

某些管道色彩的标志：

水——青空气——深红氧——蓝煤气——黄电气——浅橙真空——灰

第六章工作台椅与手握工具设计

6.1控制台设计

控制台（工作台）：是包含操纵装置和显示装置的作业单元。它小到一台便携式打字机，大到一个房间

（控制室或控制中心）。

1、控制台的形式

1.桌式控制台2.直柜式控制台3.组合式控制台4.弯折式控制台

2控制台设计要点

主要内容：工作台尺寸宜人、造型美观、方便使用、给人以舒适感。

设计关键：根据人体尺度，将控制器与显示器布置在作业者正常的作业空间范围内。保证作业者能良好地观

察必要的显示器，操作所有的控制器，以及为长时间作业提供舒适的作业姿势。控制台有时在操作者前侧上

方也有作业区，所有这些区域都必须在可视可及区内。

1.控制台作业面

2.显示器面板形式

3.控制台上方干涉点高度

式中h－干涉点高度

k－操作者眼高

H－显示面板下端高度

d－操作者眼点与干涉点的投影距离

D－干涉点与显示面板的投影距离

3常用控制台设计

坐姿低台式控制台坐姿高台式控制台坐立两用控制台立姿控制台标准控制台

6.2办公台设计

电子化办公台人体尺度电子化办公台可调设计电子化办公台组合设计

6.3工作椅设计主要依据

坐姿的优点

当人站立时，人体的足裸、腰部、臀部和脊椎等关节部位受到静肌力作用，以维持直立状态，而坐时，

可免除这些肌力，减少人体能耗，消除疲劳，坐姿态比站立更有利于血液循环，而且有利于保持身体的稳定。

目前，大多数办公室人员、脑力劳动者、部分体力劳动者都采用坐姿工作。随着技术的进步，愈来愈

多的体力劳动者也将采取坐姿工作，因而工作坐椅设计和相关的坐姿分析日益成为人机工程学工作者和设计

师们关注的研究课题。

1坐姿生理学

1.脊柱结构

2.腰曲弧线从坐姿生理学角度，应保证腰弧曲线正常。

3.腰椎后突和前突

2坐姿生物力学

1.肌肉活动度

脊椎骨依靠其附近的肌肉和腱连接，椎骨的定位借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组

织就会受到相互压力(拉或压)的作用，使肌肉活动度（活动量）增加，招致疲劳酸痛。

实验结果表明：在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活动度高，因为腰椎前向拉直使肌肉组织紧张受力。提供

靠背支承腰椎后，活动力则明显减小；当躯干前倾时，背上方和肩部肌肉活动度高，以桌面作为前倾时手臂

的支承并不能降低活动度。

2.体压分布

3.股骨受力分析

4.椎间盘受力分析

从坐姿生物力学角度，应保证肢体免受异常力作用。

3坐姿人体测量尺寸

6.4工作椅设计

6.4.1一般工作场所坐椅

GB/T14774-93《工作座椅一般人类工效学要求》

1、座椅设计要点

（1）使操作者在工作中保持身体舒适、稳定并能进行准确的控制和操作。

（2）座高（360—480mm)和腰靠高(165—210mm)必须是可调节的。

（3）椅坐面和腰靠结构应使其感到安全、舒适。

（4）腰靠结构应具有一定的弹性和足够的刚性，腰靠倾角不得超过115度。

（5）工作坐椅一般不设扶手，需设扶手的必须保证操作人员作业活动的安全。

（6）其结构材料应耐用、阻燃、无毒。坐垫、腰靠、扶手的覆盖层应使用柔软、防滑、透气性好、吸汗的

不导电材料制造。

2办公室工作座椅

3座椅设计的新概念

动态座椅前倾式座椅膝靠式座椅

4其它工作座椅

作业用凳其它支撑物

6.5手握工具设计

1、抓握工具动作分类

着力抓握：（手指和手掌同时用力）力与小臂平行力与小臂垂直

精确抓握：手指

着力和控制动作不能同时进行

腱鞘炎：手腕尺偏、掌曲和腕外转，使腕部肌腱弯曲导致腱鞘处发炎；

腕道综合症（腕隧道症侯群）：由于腕道内正中神经损伤所引起的不适。表现为手部疼痛、灼热、刺痛

及麻木感。

网球肘(肱骨外踝炎、主妇肘)：一种肘部组织炎症，由手腕的过度桡偏引起。尤其是当挠偏与掌内转和

背屈状态同时出现时，肘部挠骨头与肱骨小头之间的压力增加，导致网球肘。

狭窄性腱鞘炎(俗称扳机指)：是由手指反复弯曲动作引起的。在类似扳机动作的操作中，食指或其它手

指的顶部指骨须克服阻力弯曲，而中部或根部指骨这时还没有弯曲。导致手指前端弯曲。

职业性肩酸痛（50肩）

2、手握式工具设计原则

1、一般设计原则

必须有效地实现预定的功能；

必须与操作者身体成适当比例，使操作者发挥最大效率；

适当考虑性别、训练程度和身体素质的差异；

作业姿势不能引起过度疲劳。

2、解剖学因素

避免静肌负荷手臂自然下垂

3、把手设计参数

直径：着力抓握30—40；精密抓握8—16

长度：100—125；

形状：圆形、三角形、矩形、丁字形、斜丁字形等；

弯角：10度左右；

双把手工具：抓握空间；

用手习惯和性别差异

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