1、人体工程学研究的主要内容;人体工程学的研究方法; 人体工程学与室内设计。教学目的与要求：了解人体工程学及其发展的历史；理解人体工程学 研究的主要内容；掌握人体工学与室内设计。 授课时数：2课时教学重点、难点：人体工程学研究的主要内容教学内容及过程：1.1诸论弓I例：鲁智深要打造一条100斤的禅杖，铁匠却对他说。铁匠最关心 什么，器物必须与人的体能相适应。器物要和人（使用者）的各种因素相适宜。这就是现代人体工程学基本理论 的简洁表述。人体工程学基本思想的萌芽在人类历史上源远流长。因为这是人们 自发的思维倾向，本能的行为方式。猛张飞身高八尺，惯使一条“丈八蛇矛”，18/8=2.25,蛇矛是张飞身高
2、的2. 25倍，张飞能耍的开吗？请看小人书上是怎么画的。所谓人的因素，不限于人体尺寸、体能、肢力等人体生理方面，还涉及到人 的感知、认知、情感、精神、心理、社会等更多、更深的方面。在工业设计的所 有领域-产品设计、视觉传达设计、环境设计中都很重要。日常生活中人机学问题：例1大沙发豪华气派，坐着却腰疼。因为大沙发座面进深大，无论怎么后靠， 腰椎后面总是空着，使脊柱腰椎段向后的弯曲度加大，形成了不正常的腰 椎形态，不符合坐姿解剖学要求。这就是产品设计中的解剖学问题。例2 一些“上档次”的宾馆里，单人床常配有两个同样的枕头。本意是让习惯 低枕头的人用一个枕头，习惯高枕头的人两个枕头叠起来用。但这真是
3、一 个愚不可及的“高招”、“损招”！一般人们对枕头高度要求的差别，哪有一 倍之多呢?其结果是：用一个枕头绝大多数人嫌低，而两个摞起来绝大多数 人又嫌高，很少有人能获得“正常待遇”。其实只要采用一个稍许高一点的 “主枕头”、再配一个较薄的“附枕头”，岂不就能满足多数人的需要了吗？ 并不难解决。问题出在哪里?缺乏“产品应与生理条件相适应”的考究。例3旧式旅客列车的窗户。例4车厢外表面为墨绿色的旧式旅客列车，其硬座车厢窗户的高度，正与坐着 乘客的胸、肩、头部齐平。打开窗户，行驶中每小时风速达六、七十或七、 八十千米，即使最闷热的夏季，迎风被吹的乘客也经不住多久，而背风一 侧乘客却依然热不可挡。其实改
4、进一点也不难，把窗户提升到比站立者身 高略高一点即可，而且这样做也并不增加生产成本。现在的新式客车已经 这么改了，即使多个窗户同时打开，风也不会直吹乘客，却能在车厢上部 形成新鲜空气的“顺流”，效果甚佳。例5公共卫生间为什么总有人做不到“便后冲水”？例6公共卫生间里水箱拉绳边上贴着醒目的提示“便后冲水”，但是不冲水的现 象司空见惯。公众素质有待提高固然是一方面，但另一方面，水箱拉绳把 手不干净是人人皆知、也人人腻味的，可见拉绳水箱本身就存在宜人性的 问题，应该从设计角度来寻求解决办法。现在大城市的公厕里脚踏钮（或脚 踏杆）冲水正在推广，效果显然可见。例7楼道里“人走关灯”的标语与彻夜长明的灯互
5、相嘲笑。“节约用电人走关灯” 的条子随处可见，人走楼空后楼道里的照明灯还是彻夜长明。这种大家都 熟悉的现象，也需要从设计的角度来寻找原因和改进措施。开关都安置在 楼道照明灯的就近位置，关了灯，楼道一抹黑，怎么下楼、拐弯、出门呢？ 现在声光控延时开关价格已相当便宜，用声光控延时开关，人来灯亮，人 走灯灭，可解决问题。另外，也可以从合理安排开关位置方面寻找解决办 法。例8不少学校的图书馆阅览室里，座位安排在长条形桌案相对着的两侧。师生 们低头阅读或伏案书写时倒也无事。但阅读中也难免要停下来略事思索， 于是把头抬了起来，倘若正巧此时对座的那位也抬起了头，不经意 间互相目光交接，双方都觉得尴尬。这就是
6、设计心理学方面的问题。例9深色发亮的小药片塑料袋，说明文字很小，颜色与塑料袋颜色的对比又弱； 存款单居然是白纸上印着橙黄色的字。例10 2003年春夏之交SARS肆虐流行，北京室应时推出了 “带耳朵的垃圾箱”。同，媒体迅即报道“受到欢迎,有一定效果云云”，这经得起时间的考验吗？ 例11大学生生活环境中的人机学问题比比皆是：床柜桌椅、寝室水房、浴室餐 厅、超市网吧、实习工厂、银行邮局、学具文具、电脑手机、实验室、图 书馆、运动场、公交车，无处不在。在日常生活中发现和思考人机学问题 的深广度，是检验本课程学习效果的标准之一。1. 2人体工程学定义人体工程学是40年代后期发展起来的一门技术科学。叙述
7、人体工程学的定 义可有各种不同的表达方法，所以其名称较多。按其来源说，其名称有应用实验 心理学，应用心理物理学，工业心理技术学，心理工艺学，工程心理学，生物工 艺学；按其研究目的来说，其名称有人类工效学，人机工程学，机械设备利用学, 人机控制学等。目前世界上普遍采用的人类工效学（日本称人间工学，美国称人 的因素）。Ergonomics 一词在1857年由波兰教授雅斯莱鲍夫斯基提出的，它来 源于希腊文，其中Ergos是工作，nomes是规律，整个词是工作之意。在我国应 用的名称有人类工效学，工效学，人类工程学，人体工程学，人机工程学，工程 心理学。考虑到室内设计的特点，因此我们沿用了人体工程学名
8、称，并简称“人 体工程学是研究人与工程系统及其环境相关的科学”。1.3人体工程学研究目的我国关于人类工效学的研究起步较晚，目前正处在发展阶段。1989年成立了中 国人类工效学学会，下设安全与环境等专业学会，1991年1月成为国际人类 工效学协会的正式成员。1.4人体工程学的研究内容早期的人体工程学主要研究人和工程机械的关系，即人-机关系。其内容有 人体结构尺寸和功能尺寸、操纵装置、控制盘的视觉显示，这就涉及到生理学、 人体解剖学和人体测量学等；继而研究人和环境的相互作用，即人-环境关系， 这又涉及到心理学、环境心理学等。至今，人体工程学的研究内容仍在发展，并 不统一。由于各学科的研究领域不同，
9、故差异较大，但概括起来，主要有下列几 个方面：（1）生理学研究人的感觉系统、血液循环系统、运动系统等基本知识。（2）心理学研究感觉、知觉、注意、警觉、拥挤、领域、私密性、向光性等 概念。（3）环境心理学研究人和环境的交互作用，刺激与效应，信息的传递与反馈， 环境行为特殊和规律等知识。（4）人体测量学研究人体特征，人体结构尺寸和功能尺寸及其在工程设计中 的应用等知识。由此可见，凡是涉及与人有关的事和物，也就会涉及到人体工程学问题。随 着人体工程学与有关学科的结合，也就出现了许多的相关的学科，如研究工业产 品装潢设计，便产生了技术美学；研究机械产品设计，产生了人机工效学；研究 医疗器械，产生了医学
10、工效学；研究人事管理，产生人际关系学；研究交通管理， 产生安全工效学；研究建筑设计，产生建筑工效学等等。1. 5人体工程学的发展历程1. 5.1对劳动工效的苛刻追求一人机学的孕育美国工程师F。W 泰勒（FrederickkToylor, 1856-1915,图1-5）开创的 “时间与动作研究（Time And Motion Study）包括泰勒的“铁锹作业实验”, 和吉尔布雷斯夫妇的“砌砖作业实验”等多项研究。“铁锹作业实验”是用种大小不同的铁锹，交给工人使用，比较他们在每个 班次8h里的工作效率。结果表明工效有明显差距。这其实是关于体能合理利用 的最早科学验。另一个专题是对比各种不同的操作方
11、法、操作动作的工作效率；这就是关于 合理作业姿势的最早科学研究。砌石专作业实验是用当时问世不久的连续拍摄的摄影机，把建筑工人的砌砖作 业过程拍摄下来，进行详细分解分析，精简掉所有非必要动作，并规定严格的操 作程序和操作动作路线，让工人像机器一样刻板“规范”地连续作业，他们合著 的疲劳研究（1919年出版）更被认为是美国“人的因素”方面研究的先驱。 1914年，美国哈佛大学心理学教授闵斯特伯格（Minsterberg）,把心理学与泰勒 等人的上述研究综合起来，出版了心理学与工业效率一书。1915年英国成 立了军火工人保健委员会，研究生产工人的疲劳问题；1919年此组织更名为“工业保健研究部”，展
12、开有关工效问题的广泛研究， 内容包括作业姿势、负担限度、男女工体能、工间休息、工作场所光照、环境温 湿度以及工作中播放音乐的效果等等。但这一时期研究的核心是最大限度地开挖人的操作效率。从对待人机关系这 个基本方面考察，总体来看是要求人适应于机器，即以机器为中心进行设计；研 究的主要目的是选拔与培训操作人员。在基本学术理论上与现代人机学是南辕北 辙，存在对立的。因此，应该把这段时期看作人机学的孕育期。20世纪的两次世界大战期间，制空权是交战各国必争的焦点之一。飞行员 在高空复杂多变的气象条件下控制飞行,本来就不轻松。驾驶战斗机与敌机格斗， 还要高度警觉地搜索、识别、跟踪和攻击敌机，躲避与摆脱对方
13、的威胁，短短几 十秒内，在警视窗外敌情的同时，要巡视、认读各种仪表，立即做出判断，完成 多个飞行与作战操作，更是不易。1. 5. 2二战中尖锐的军械问题人机学的诞生第二次世界大战，随着科技进步，飞机逐渐实现了飞得更快更高、机动性 更优的技术升级。与之相应，机舱内的仪表和操作件（开关、按钮、旋钮、操纵 杆等）的数量，也急剧增多了。例如，一战时期英国SE。5A战斗机上只有7个仪表，到二战时期的“喷火”战 斗机上增加到了 19个。一战时期美国“斯佩德”战斗机上的控制器不到10个， 到二战时期P-51上增加到了 25个。这就使得经过严格选拔、培训的“优秀飞行 员”也照顾不过来，致使意外事故、意外伤亡频
14、频发生。出现在飞机上的问题擦亮了人们的眼睛，再去考察其他的兵器和民用产品， 才发现从复杂机器到简单工具，类似的问题原来程度不同地普遍地存在着。例如，二战中入侵前苏联的德国军队的枪械问题，也是一个典型的事例。俄 罗斯冬季极冷，枪械必须戴上手套使用。但德军的枪械扳机孔较小；在天寒地冻 的俄罗斯广袤大地上，戴了手套手指伸不进扳机孔，不戴手套手指立即冻僵，甚 至能被冰冷的金属粘住。这说明，器物不但要与人的生理条件相适应，而且还必 须顾及环境的因素。针对前面这些问题，有的国家开始聘请生理医学专家、心理学家来参与设计。 仪表还是那么多，改进它们的显示方式、尺寸、读值标注方法、指针刻度和底板 的色彩搭配、重
15、新布置它们的位置和顺序，使之与人的视觉特性相符合，结果就 提高了认读速度、降低了误读率。操作件也还是那么多，改进它们的形状、大小、操作方式（扳拧、旋转或按 压）、操作方向、操作力、操作距离及安置的顺序与位置，使之与人手足的解剖 特性、运动特性相适应，结果就提高了操作速度、减少了操作失误。这些做法并 不需要增加多少经费投入，却收到了事半功倍的显著效果。1.5. 3现代人体工程学的诞生从第二次世界大战到战后初期，上述正反两方面的现实，使各国科技界加深 了这样的认识：器物设计必须与人的解剖学、生理学、心理学条件相适应。这就 是现代人机工程学产生的背景。与人机学的孕育期对比，学科思想至此完成了一次重大
16、的转变：从以机器为 中心转变为以人为中心，强调机器的设计应适合人的因素。直到20世纪五六十年代，在设计和工程方面，人机学的研究和应用还主要 局限于军事工业和装备（但在劳动和生产管理方面的研究和应用，不局限于军事 部门。）。从那时以后，迅速地延伸到民用品等广阔的领域，主要有：家具、家 用电器、室内设计、医疗器械、汽车与民航客机、飞船宇航员生活舱、计算机设 备与软件、生产设备与工具、事故与灾害分析，消费者伤害的诉讼分析等等。 人机学的应用，除了上一段中所列的种种方面会继续下去以外，以下方面可能形 成热点：计算机的人机界面；永久太空站的生活工作环境；弱势群体（残疾人、 老年人）的医疗和便利设施；海陆
17、空交通安全保障；生理与心理保健产品与设施 等等。人机学以提高人们的生活质量为目的，今后无疑将任重而道远。反思200年以来，尤其是近半个多世纪工业文明的负面后果，可持续发展的 理念成为当代文明的强音，影响了当代很多学科的思想。可以认为，由于可持续 发展理论的渗透，现今人机学的学科思想也正经历着又一次新的演进。可持续发 展理论下的设计观有节能设计、再生设计（可回收利用）、生态设计等等。总的说是要求保护生态环境、人与自然保持持久和谐，设计伦理回归到中国 古代“天人合一”的理念。人机学此前的观念是：要求人、机、环境三者和谐统 一。吸取可持续发展理念以后，可以表述为：要求人、机、环境、未来四者和谐 统一
18、。即由原先的三维（人、机、环境）和谐统一，加上一维（时间、未来），演 进为四维的和谐统一。思考题（作业）：以下产品（沙发，电脑）中的哪些部分属于人机工程设计的对 象，哪些部分不属于？2012. 02.21/2012. 02.24第二章人体测量学与人体尺寸；人体测量学；人体尺寸人体尺寸的差异了解人体测量学与人体尺寸授课时数：教学重点：教学难点：人体测量学2. 1绪论早在公元前一世纪罗马建筑师维特鲁威就已从建筑学的角度对人体尺度作 了较全面的论述，他从人体各部位的关系中，发现人体基本上以肚脐为中心。一 个站立的男人，双手侧向平伸的长度恰好就是其高度，双足趾和双手脂尖恰好在 以肚脐为中心的圆周上。按
19、照他对人体尺度的描述，在文艺复兴时期，达芬奇创 作了著名的人体比例图。2. 2人体生理学知识2. 2.1人体感觉系统人类能认识世界，改造环境，首先是依靠人的感觉系统，由此才可能实现人 和环境的交互作用。人的感觉系统是由神经系统和感觉器官组成。了解神经系统， 才能知道心理活动发生的过程；了解其感觉器官，才能懂得刺激与效应发生的生 理基础。与环境直接作用的主要感官是眼、耳、鼻、口、皮肤及由此产生的视觉、 听觉、嗅觉、味觉和触觉，即“五觉”，另外还有平衡系统产生的运动觉。（一）神经系统神经系统是人体生命活动的调节中枢。可分为中枢神经系统和周围神经系 统。前者包括脑和脊髓，是神经系统的高级部分，其中脑
20、又分为大脑、小脑、间 脑和脑干四个部分。后者是由脑干发出的12对脑神经和脊髓发现的31对脊神经 组成。大脑分为左右两个半球，依靠底面的肺脏体相连。半球上布满了沟回，表面 一层称大脑皮层，是神经细胞最密集的地方。大脑皮各个区管理各种不同的功能， 又分为各个小区，主要有视小区、听小区、嗅小区、语言区、躯体感受区和躯体 运动区。大脑对人体的管理是一种交叉倒置关系。即左半大脑支配右半身运动， 右半大脑控制左半身运动；大脑上部管理人体下半身，而下半个大脑正好相反。 人的大脑，左半球偏重于语言功能，右半球侧重于有关空间概念的功能。设计主要是空间形象思维，因此，应加强左手功能的锻炼，对学习增强空间 思维能力
21、是十分有益的。颅形额顶结节与顶面轮廓线情况最宽大的位置其它特征椭圆形额顶结节平缓；轮廓线圆钝中部长颅球形短颅卵圆形后3/1前小后大楔形额顶结节平缓枕部弯度较缓五角形额顶结节外突；轮廓线转曲菱形顶结节外突；中部稍后额部较窄（二）视觉的生理基础眼睛是人体最精密、最灵敏的感觉器，外部环境80%的信息是通过眼睛来感 知的。眼晴是由眼球、眼眶、结膜、泪器、眼外肌等组成。宇宙中交织着各种以起伏波传递的辐射，如宇宙射线、Y射线、X射线、紫 外线、红外线、无线电波等，只有一定波长范围内的一种磁辐射才能被肉眼感知， 称为可见光。对于波长在780nm的光线，人的感觉是红色。对于波长在380nm的光线，人 的感觉是
22、紫色。波长大于780nm的磁辐射波称为红外线。波长小于380nm的磁辐 射波称为紫外线。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轻松，一般先看到水平方向 的物体，后看到垂直方向的物体2.视线的变化习惯从左到右，从上到下和顺时针运动3.人眼对水平方向尺寸和比例的估计比垂直方向的要准确得多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，接下来是右上限、左下限，而右下限最差5.人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受6.人眼在远处辨认前方的多种颜色时，其易辨认的顺序是红、绿、黄、白， 白天对555nm的黄绿光最敏感视野：1.当人的头部和眼球不动时，人眼能察觉到的空
23、间范围即视野，通常以角度 来表示2.人眼在垂直方向3和水平方向3的范围内看到的物体，其映像落在视 网膜黄斑中央凹上。上下、左右视野均只有1.5左右，这就是最佳视区。3.在垂直面内水平视线以下30和水平面内零线左、右两侧各15范围内， 获得的物像最清晰，是良好视野范围。4.在垂直面内水平视线以上25、以下35 ,在水平面内零线左、右各35 的视野范围为有效视野范围视距：视距是人在操作系统中正常的观察距离，一般应根据观察目标的大小和形状 以及工作要求确定视距。1.通常，观察目标在560mm处最为适宜，小于380mm时会引起目眩，超过 760mm时细节看不清楚。2.观察时头部转动角度，左、右均不宜超
24、过45 ，上下均不宜超过30 。当视线转移时，约97%时间的视觉是不真实的，所以应避免在转移视线中 进行观察。工作要求工作举例视距/ mm固定视野直径备注最精细的工 作安装手表120-250200-400完全坐着，部分依靠辅助设备精细工作安装收音机300-320400-600坐或站中等粗活在印刷机旁工作500以下800粗活包装500-1500800-2500多为站远看开汽车1500以上2500以上（三）听觉的生理基础耳朵分为外耳、中耳和内耳三部分。外耳由耳廓和外耳道组成。耳廓有收集 场波的作用，外耳道是声音传入中耳的通道。中耳包括鼓膜、鼓室和听小骨。鼓 膜在外耳道的末端，是一片椭圆形的薄膜，厚
25、约0.1mm。当外面的声音传入时即 产生振动，把声音变成多种振动的“密码”传向后面鼓室。鼓室是一个能使声音 变得柔和而动听的小腔，腔内有三块听小骨，即锤骨、镜骨和砧骨。听小鼓能把 鼓膜的振动波传给内耳，在传导过程中，能将声音信号放大十多倍，使人能听到 轻微的声音。内耳由耳蜗、前庭和半规管组成，耳蜗上有2. 4万根听神经纤维， 把这种冲动传到大脑皮层的听觉中枢，形成听觉。（四）嗅觉的生理基础人的鼻子是由外鼻、鼻腔和副鼻窦三部分组成。鼻腔被鼻中隔分成左右两半, 内衬粘膜。在鼻腔的外侧壁上有上、中、下三个鼻甲，在上鼻甲以上和鼻中隔上 部的嗅粘膜内有嗅细胞。嗅细胞的一端有一条纤毛状的突起，另一端则是一
26、条神 经纤维。嗅神经细胞发出的神经纤维逐渐聚集，变成嗅神经，通过鼻腔顶部的筛 骨后，组成嗅球与大脑的嗅觉中枢直接联系。一般人可辨出约二百种不同的气味。 鼻子闻一种气味持续时间过长，由于嗅觉中枢的“疲劳”，反而感觉不到原有的 气味。2. 2. 2血液循环系统家具尺度是否科学，室山体界面材料是否合理，室内气流组织好坏，都会影 响人体血液循环，影响健康。人的血液循环系统由心脏和血管组成，整个血液循 环系统可以分成三个部分。左心室里含有大量氧气的血液，经过主动脉、中动脉、小动脉，不断分支流 到全身的毛细血管中，将氧气和养料供给各个组织，收回废物和二氧化碳，后又 经过小静脉、中静脉和大静脉返回右心房和右
27、心室。这种循环要经过全身，故称 “体循环”，又叫“大循环”。返回右心室的充满二氧化碳的血液从这里出发，经过肺动脉在肺部的毛细血 管里放出二氧化碳，吸收新鲜氧气，然后又通过肺静脉返回左心房和左心室。这 种循环称作“肺循环”，又叫“小循环”。血液在大循环里流一圈只要2025s的时间，在小循环里流一圈只要45S。 血液在毛细血管里的流动循环称作“微循环”。因为毛细血管是完成运输任务的 所在地，所以又叫“末梢循环”。人体中的毛细血管有一千亿到一千六百亿根， 它对人的健康有着极其重要的作用。当我们使用的家具，如果尺度不合理，比如椅面太高，脚够不着地，坐久了， 则会影响下肢的血液循环，造成腿脚麻木。人体的
28、血液循环是抗重力循环，头和 脚是“散热器”，如果室内地面材料的蓄热系数太小，如水泥或石材地面，生活 久了，对人的下肢血液循环也是不利的。2. 2. 3人体运动系统和人体力学（一）运动系统人体的运动系统由骨骼、关节和肌肉组成。1。人体中有206块骨头，占人体重量的60骨骼连接方式有两种，一是通过韧 带和软骨的直接连接，其活动性很小，或不能活动，比如颅顶骨；另一种是通过 关节的间接连接，连接处运动灵活，如上肢骨和肩胛骨的连接。2o肌肉是人体运动系统的动力。人的全身有639块肌肉，占体重的40九3o关节和韧带人体类似一个“钢筋混凝土空间结构”，骨骼好比“钢筋”，肌肉好比“混凝 土”。它们的共同作用，
29、不仅支撑了人体各个器官，还承担了外来的负荷。而各 种力的传递就是通过关节或韧带来实现的。（二）人体力学力的传递2。运动和疲劳与室内设计相关的主要是与运动有关的局部尺寸，如楼梯的踏步高度和宽 度，煤气灶和洗盆的高度，生产流水线各种装配件的位置等。2. 2. 4人体经络系统经络中的经，是人体气血运行的直行主干线，络是由经分出来的遍布全身的 大小支脉。人体内主要有十二条经脉和任督二脉，合成十四经脉。十二条经脉中，每条都属于一个脏腑器官，所以他们各以所属脏腑器官命名， 其中有六条通到手，称手六经，六条通到足，称足六经。任脉在腹下中，督脉在 背正中。经脉畅通，则气血调和，能够营养全身，有利生长发育，保障
30、身体健康。 如果经脉不畅通，气血活动失调，就可能发生疾病。2. 3人体尺寸人体尺寸的测量可分为两类，即构造尺寸和功能尺寸。2. 3.1构造尺寸：是指静态的人体尺寸，它是人体处于固定的标准状态下测 量的。可以测量许多不同的标准状态和不同部位。如手臂长度、腿长度、座高等。 它对与人体直接关系密切的物体有较大关系，如家具、服装和手动工具等。主要 为人体各种装具设备提供数据。在室内设计中最有用的是十项人体构造上的尺寸，它们是：身高、体重、坐 高、臀部至膝盖长度、臀部的宽度、膝盖高度、膝弯高度、大腿厚度、臀部至膝 弯长度、肘间宽度。2. 3. 2功能尺寸：是指动态的人体尺寸，是人在进行某种功能活动时肢体所 能所能达到的空间范围，它是动态的人体状态下测得。是由关节的活动、转动所 产生的角度与肢体的长度协调产生的范围尺寸，它
