人机工程学与人机界面设计 山东大学计算机学院

有推销员跟你说 “… 我们产品的设计符合人体工学原 理 …” 你如何理解？

Lecture 2 3 人机工程学 人机工程学是研究 “ 人 - 机 - 环境 ” 系统中人、机、环 境三大要素之间的关系，为解决系统中的人的效 能、健康问题提供理论与方法的科学。  人 — 指操作者或使用者；  机 — 泛指人操作或使用的物，可以是机器，也可以是用 具、工具或设施、设备等；  环境 — 是指人、机所处的周围环境，如作业场所和空间 、物理化学环境和社会环境等；  人－机－环境系统 — 是指由共处于同一时间和空间的人 与其所使用的机以及它们所处的周围环境所构成的系统 ，简称人－机系统。

人机关系 开门时人机关系

人机关系 乘电梯时人机关系  人与电梯门的人机关系  人与电梯外按键的人机关系  人与电梯箱体的人机关系  人与电梯内按键的人机关系

人机关系 人和椅子的人机关系 人背部 & 椅子靠背 人胳膊 & 椅子靠手 人臀部 & 椅子垫 人腿部 & 椅子垫 人脚部 & 椅子脚

Lecture 2 7 研究内容 研究人与机器之间的分工与配合； 研究机具如何能更适合人的操作和使用，以提高人的 工作效率，减轻人的疲劳和劳动强度； 研究人机系统的工作环境对操作者的影响，用以改善 工作环境； 研究人机之间的界面，信息传递以及控制器和显示器 的设计等等。

Lecture 2 8 人机工程学 可谓源远流长 … 基于对人的因素良好认识的设计迹象 8：18：1

花和尚鲁智深要打一根 100 斤的禅杖， … ，铁匠说对 他说： “ 肥了，不好看，也不中使，依着小人，好生 打一条 62 斤的水磨禅杖与师父。使不得，休怪小人。 …”

4.16/1.85 燕人张翼德的兵器长度和他身高的比例是多大？ …

《天工开物》 —— 明代科学家宋应星（ 1587 ～ 1666 ？）编写的另一部重要的科技汇编名著。其中有大量 插图，很值得人机工程学工作者深入研究。

器物要和人（使用者）的各种因素相宜。 —— 而这就 是现代人机工程学的基本思想和学术理论的简洁表述 。

人机工程学 无处不在 …

人机工程学的知识基础

人体工程学 人体测量 & 测量数据的应用  人体测量学：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，使设 计更适于人。

 在中国二千多年前的《内经－灵柩》之《骨度篇》中，对人 体测量就有了较详细而科学的阐述。  古埃及在公元前 年之间，也有类似人体测量的方 法存在，并提出人体可分为十九个部位。

人体测量数据 静态数据  人体构造尺寸 动态数据  功能尺寸

人体测量数据 形态测量：  以检查人体形态的方式进行测量，主要内容有：人体长度， 人体体型，人体体积和重量，人体表面积。 生理测量：  测量人体的主要生理指标，主要内容包括：人体出力范围， 人体感觉反应，人体疲劳。 运动测量：  在对人体静态形态测量的基础上，测量人体的活动过程和活 动范围的大小，主要内容有：动作范围，动作过程，形体变 化，皮肤变化。

人体测量的主要方法 普通测量法 摄影法 三维数学测量法

人体测量的常用仪器 在普通测量法中常用的人体测量仪器有：  人体测高仪；  人体测量用直脚规；  人体测量用弯脚规；  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

常用的人体测量数据 人体主要尺寸  立姿人体尺寸  坐姿人体尺寸  人体水平尺寸

立姿人体尺寸 直立姿势有身高，鼻根高， 眼高，耳屏高，颏下点高， 颈根高，颈窝高，胸骨缘高 ，乳房高，乳房下缘高，胸 骨下缘高，脐高，耻骨联合 高，会阴高，肩峰高，腋窝 前高，肘高，挠骨头高，挠 骨茎突高，尺骨茎突高，中 指指点高，指尖点高，腰围 高，髂脊高，髂前上棘高， 大转子高，膝高，腓骨头高 ，腿肚高，颈椎高，肩胛骨 下角点高，臀沟高，中指（ 上肢上举时）指尖点高，中 指（上肢上举时）指点高。 女人体加测乳房下缘高。

坐姿人体尺寸 坐高，坐姿眼高， 坐姿颏下高，坐姿 胸骨上缘高，坐姿 肩峰高，坐姿髂脊 高，坐姿大腿缘高 ，坐姿大转子点高 ，坐姿枕后点高， 坐次颈椎高，坐姿 肩胛骨下角高，坐 姿肘高。

人体水平尺寸 最大体宽，颈根宽， 两户峰点宽，肩宽， 腋窝前宽，胸宽，乳 头间宽，腰宽，两髂 脊点宽，臀宽，两肩 胛骨下点宽，胸厚， 胸矢状厚，腰厚，腹 厚，臀厚，颈围，颈 根围，上部胸围，乳 头部位胸围，下部胸 围，腰围，腹围、臀 围，躯干垂直围长， 颈前长，前胸长，颈 后长，后背长，会阴 上部前后长，臀部弧 长，坐姿背 — 肩峰距 离，坐姿臀部 — 大转 子点距离，坐姿腋窝 间宽。

人的活动空间尺度 人体立姿的活动空间

人的活动空间尺度 人体坐姿的活动空间

人的活动空间尺度 人体跪姿的活动空间

人的活动空间尺度 人体卧姿的活动空间

手的姿势的变化 A 型 三指捏在一起的手。 B 型 握住圆棒的手，且手的横轴位于垂直面。这是一 种主要抓握形式。 C 型 握住圆棒的手，且手的横轴位于水平面。 D 型 伸开的手。

人体尺寸数据在设计中的应用 身高

立姿眼高

坐姿眼高

肘高

坐高

坐姿肩峰高

最大肩宽

坐姿两肘间宽

臀宽

坐姿大腿厚

腿弯高度

臀部至膝盖长度

臀部至足尖长

臀部至脚后跟长度

坐姿垂直伸手高度

立姿侧向手握距离

仰卧的活动空间

人体尺度主要决定人 机系统的操纵是否方 便和舒适宜人。因此 ，各种工作面的高度 和设备高度如操纵台 、仪表盘、操纵件的 安装高度以及用具的 设置高度等，都要根 据人的身高确定。

人体模板的应用

例：自行车设计要涉及的人体尺寸 自行车设计中的一些尺度的确定往往是以人体测量尺 寸为参照来进行的。我们设计定位的使用人群是 18 岁 以上的成年人，车是两轮的人力的、单人骑乘的自行 车。  自行车的使用方法和过程。 准备工作跨骑、滑行骑行 下车

自行车的形式

自行车设计的国家标准要求 对零部件的安全要求是：在正常的骑行、搬运和维修 时，凡骑行者的手、腿等可触及之处，都不应有外露 的锐边。经组装后，凡长度大于 8 毫米的外露突出物 ，应有保护措施。 每辆自行车应装有两个制动系统，一个制动前轮，一 个制动后轮，制动系统应操作灵活。

标准规定 自行车在做干态（晴好天气）制动时，应满足试验速 度为每小时 25 公里，使用的车闸两个车闸或单用后闸 ，制动距离两个车闸为 7 米，单用后闸为 15 米； 在做湿态（雨雪天气）制动时，应满足试验速度为每 小时 16 公里，使用两个车闸，制动距离为 9 米，单用 后闸，制动距离为 19 米。

车闸（制动系统） 自行车应装有制动系统，或保证符合上述要求的装置 。只有一个制动闸时，应装在后轮上 ; 有两个独立的制 动闸时，则一个装在前轮上，另一个装在后轮上。 手闸  A 、闸把位置 前、 后 闸 把安装在车把两侧的具体位置可根据我国的使用习 惯 : 前闸把在右、后闸把在左。  B 、握闸尺寸 从闸把外表面量到车把、或车把把套、或其他防护物外表面的 最大握闸尺寸 d( 见图 ) ，在 A 和 B 二点之间不应超过 90 mm ， B 和 C 二点之间不应超过 100 mm 。

车把 把横管的总宽度应在 350~700mm 之间。处于最高位 置时的把套上端面和处于最低位置时的鞍座面之间的 垂直距离不应超过 400 mm 。 把横管末端应装有把套或把盖，它们应能承受 70N 的 拉脱力。

脚蹬脚踩面 脚蹬 的脚踩面应安装可靠，相对于脚蹬部件应无松动。 自行车直放不骑人，一只脚蹬处于最低位置且脚踩面与 地面平行，如果只有一个脚踩面的话，该脚踩面要朝上 ，自行车应能向一侧倾斜 25 。而脚蹬上的任何零部件不 触及地面。

足趾间隙 不装足尖套的自行车，其脚蹬到前轮胎或泥板之间的间隙 ( 在轮胎或 泥板转到任意角度时 ) 至少应为 89 mm 。间隙的测量方法是从两脚蹬 的中心线分别向前平行于自行车的纵轴线，量到轮胎或泥板旋转弧线 的最近距离，取其小者。 自行车的前叉设计得可装前泥板的，其足趾间隙必须以装上泥板后的 情况进行测量。

鞍座与限制尺寸 鞍座 、鞍座架和其他鞍座附件的任何部分，从鞍座面 与鞍管轴线之交点算起，都不能超过鞍座面以上 125 mm 。

其他尺寸 ①手掌的宽度； ②手在握把时，手指有效的抓握宽度；

③整个手臂的长度； ④手在握把时的长度（这与把的形状有关）； ⑤肩宽； ⑥坐姿两肘间宽；

⑦坐姿下肢长； ⑧坐姿肩高； ⑨腿长； ⑩脚宽；

⑾坐姿臀部宽（坐骨结节的宽度）； ⑿臀部至膝盖的距离；

哥本哈根自行车：在刹车时存储能量，上坡或是疲劳 时释放能量帮助骑行。

野营自行车

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