時間：2023-02-23 19:12:45
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發表網為您精選了8篇人機工程學論文，愿這些內容能夠啟迪您的思維，激發您的創作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
人機工程學和室內環境設計都是為了創造有利于人類身心健康的環境而存在的，這兩者的結合，能夠更好地營造出更加舒適的室內環境。人機工程學在室內設計上的應用主要有以下幾點。
1.1確定室內空間的范圍
根據人體工程學的有關計測數據，從人的尺度、動作以及人際交往的空間等，來確定室內空間的范圍。
1.2確定家具設施的造型和使用范圍
家具設施作為人的實用工具，在設計造型和尺寸時，必須符合使用者的身體尺度，同時還要兼顧到它的使用范圍，在這些設施周圍必須留有一定的活動空間。
1.3提供適應人體的室內物理環境的最佳參數
室內物理環境多種多樣，對人體的影響也各不相同。在進行室內設計時，有了對室內熱環境、聲環境、重力環境、輻射環境等的科學參數后，就能設計出更加合理、更加科學的室內環境。
1.4進行視覺要素計測
人眼的視覺要素包括視力、視野、光覺、色覺等，對這些要素數據的計測，能夠對室內光照設計、色彩設計、視覺最佳區域設計等提供科學的依據。
2人機工程學中行為心理對室內設計的影響
人的行為心理常常因為文化、社會制度、民族等因素的影響，而呈現出復雜多樣的行為特征，這也就影響了人對室內設計的要求。
2.1心理空間
人們在衡量空間范圍時，不僅是通過生理的角度，也通過心理的角度。對空間的滿意程度以及使用方式取決于人的心理尺度，這就是心理空間。每個人在心理上都有一個個人空間，并隨著現實位置的移動而移動。比個人空間更加私密的則是每個人的領域性。這兩點使得人們對室內空間設計時區域的劃分有了更加明確的要求，必須保持一定的人際距離。
2.2人在空間中的定位
有人觀察研究過，不論是在車站候車還是在劇場和門廳，人們總是愿意站在柱子附近并遠離人們行走的路線。這就是人們在空間中對自己的定位，選擇視野開闊而本身不受注意，又不至于受到他人干擾的地方。
2.3空間環境與人際交流
通過對不同布局空間中發生的人際交流類型的研究，發現位于住宅群體布局中央的人有較多的朋友，這也就說明人類的行為模式與空間的構成有著密切的關系。
2.4捷徑效應
所謂捷徑效應是指，人們在穿過某一空間時，總是盡量采取最簡潔的路線，即使有其他因素影響，也會選擇捷徑。
2.5幽閉恐懼癥
對于幽閉空間的恐懼感，人們在生活中多少都會有一些，有些人重，有些人輕，所以在室內設計時，要建立這一空間與外界的聯系，盡可能緩解人在空間中的危機感。阿爾特曼指出“可以認為空間的使用是由人決定，同時又決定人的行為”，由此可以看出，人與人之間的相互作用、人的行為方式，對空間環境的形態設計起著很大的影響作用。
3結語
1設計思路
人機工程學是指應用人體測量學、勞動心理學等學科的研究方法［1］，起源于歐洲，形成和發展于美國，20世紀50年代開始迅速發展的一門新興邊緣科學。它從人的生理和心里特性出發，研究人、機、環境的相互關系和相互作用的規律，該學科在其自身的發展過程中，逐步打破了各學科之間的界限，以優化人－機－環境的一門科學［2］。國外對垃圾桶設計研究較早，一些發達國家如德國、美國、荷蘭等，其垃圾桶的設計大多考慮人機關系［3］，國內的垃圾桶設計與國外相比還存在差距，且對垃圾桶的設計很少考慮人機關系。該設計從垃圾桶的結構和功能出發，主要從垃圾桶外觀、結構尺寸、自動打包收緊功能、自動推袋功能等方面進行垃圾桶的設計，力求使用的避免用手接觸垃圾，有效防止細菌通過手傳播，保持室內空氣清新。并且垃圾桶的高度及其他尺寸符合人機工程學原理，色彩能與周圍環境相和諧，成為環境的重要組成部分。其總體設計原理如圖1所示。
2環保垃圾桶的創新設計
2．1垃圾桶的外形設計(1)外形尺寸設計要使垃圾桶與人之間達到最優化配合，使人不需大幅度改變自己的姿勢就可順利地將垃圾放到垃圾桶里。經研究與垃圾桶有關的人體尺寸有:立姿時的肘高、立姿時手的功能高度、立姿時雙手功能上舉高，手的長、寬等，見表1［4］。據人機工程數據圖2、3，當人投垃圾時，保持身體正直，手腕處于順直操作，腰部和腕關節處于相對放松的狀態。當身體彎曲和腕關節處于一系列別扭狀態時，會產生腰部及腕部酸痛、手的力量減小等，如長時間保持這個狀態會引起一些腰部及腕部的綜合癥。根據對多款垃圾桶的調查及垃圾桶的尺寸人機分析表1，一般的家用便捷垃圾桶的高度應為400～550mm。考慮到自動打包套袋垃圾桶的功能實現機構主要安裝在垃圾桶底部，將會占用一部分空間，占用的高度定位為100mm。所以垃圾桶的高度應取大一些，將垃圾桶的高度定位為500mm。垃圾桶的桶口直徑不應過大，在實際生活中一般生活垃圾偏多，考慮到飲料瓶的投放，垃圾桶投入口的桶口直徑應大于垃圾的投放尺寸，垃圾中廢棄飲料瓶的高度一般小于300mm，考慮到自動打包套袋垃圾桶要實現自動打包，在垃圾桶投入口處將會有鋼圈等打包機構，將會占用一小部分空間，所以垃圾桶的桶口直徑也應取大一些，所以將垃圾桶垃圾投入口的直徑定位為350mm。(2)外觀設計垃圾桶桶身設計要求外觀美觀大方，有一定藝術性和觀賞性，適合現代綠色環保的理念。在三維設計時，選用主流CAD軟件Pro/E5.0，其三維外形圖如圖4所示。圖4(a)垃圾桶的桶身正面設計有一個米老鼠圖案。在米老鼠頭像的下面，設計為一個內部齒輪傳動的保護罩，而上部分就是用來裝垃圾的。圖4(b)桶身背面設計的圖案是一動漫《喜羊羊與灰太狼》中灰太狼一家，卡通形象深受小朋友甚至是80，90后的喜愛，給人以溫馨幸福的感覺，整個桶身的設計看起來比較新穎，頗有中西結合的感覺。滿足現代年輕人的審美需求和有小孩家庭的氛圍營造。垃圾桶的桶蓋設計為帽子形狀，易清潔，很有觀賞性，桶蓋上有個透視孔，可清楚地看到垃圾是否裝滿;蓋上延伸部分，專門為開蓋設計，另外，桶蓋上有綠色環保標志，適合現代綠色環保理念。桶身的背面有兩個踏板，左邊是踏板一，主要控制打包機構，右邊是踏板二，主要控制推袋機構。踏板的顏色與灰太狼一家的皮膚的顏色相近，顏色協調。
2．2垃圾桶的功能實現(1)打包收緊機構設計如圖5所示，該傳動機構由踏板一、連桿、棘輪、錐齒輪，直齒輪等部分組成，當打包踩踏踏板一時，人踩踏踏板的力量通過連桿變為動能，帶動棘輪向左運動，從而帶動與之相連的錐齒輪向內轉動，進而帶動后面的直齒輪作對應的方向的轉動，最終將運動傳遞至垃圾桶上部的鋼圈收緊部分，其主要零件如圖6所示。(2)收緊扎口機構設計運動由上述踏板一傳遞至垃圾桶上部的鋼圈收緊部分后，通過轉動將鋼圈慢慢收緊，最終收緊好的垃圾口部被擠壓到V型卡槽中，對壓縮好的垃圾進行扎扣處理，如圖7所示。3)推袋機構的設計推袋機構如圖8，通過踩踏踏板二，運動由踏板經過各個連桿機構傳遞至推板上，推板與連桿連接處為間隙配合，由銷釘連接，在推出垃圾袋時不會翹起，整個過程保持版面豎直，垃圾也在水平方向被推出，效果圖如圖9。
3結語
第一，項目任務前期調研。相關教師根據用人單位和市場需求量較大設備的基礎上，靈活選擇某知名企業的挖掘機作為本次項目任務對象，用人單位要求技術型人才掌握設備各部分的專業術語，了解設備的常見維護方法和內容，了解設備維護作業方面的注意事項等，教師根據上述調研結果制訂項目任務工單。
第二，制訂項目任務工單。任務工單制訂的過程是師生共同探索完成項目任務的途徑和方法的流程，項目任務工單的制訂既要將理論和實際聯系起來，又要難度適當，內容適宜，概括性強，注重學生職業技能的培養和提升。結合學生所學挖掘機的專業知識和掌握的公共英語情況，將挖掘機底盤、電氣控制系統、液壓系統、工作裝置以及動力系統五大塊常見故障維護作為5個母項目任務，每個母項目任務下又可以分為若干子項目任務，再根據學生英語口語情況制定教學情景。項目制定完成后，教師和學生要對每個項目可能涉及的專業知識和英文進行提前準備，教師還要注意項目任務在實施過程中與其它教學手段的協調融合。
第三，準備項目任務。事先將班級學生（42人）以宿舍為單位分為7個團隊，為了充分調動和激發學生的積極性和熱情，每個團隊從既定的5個母項目任務中任選一個自己熟悉或者感興趣的母項目任務，團隊之間如果選擇的母項目任務沖突，那子項目任務就要不同，項目任務選定后，學生根據各自的項目任務去網絡、圖書館、用人單位等處收集相關資料，然后將收集的資料以PPT形式規整上交。這些都由團隊成員協作完成，增強了團隊合作，在資料收集過程中的還提升了學生的職業能力。
第四，實施項目任務。項目任務實施過程重點在于培養學生獨立分析問題和解決問題的能力，實現理論知識向實際能力轉化的過程。項目任務實施時，挖掘機模塊需要的專業詞匯，采取圖文并茂的方式，由師生共同對挖掘機各個部分進行回顧和翻譯，例如動臂（boom）；動臂缸（boomcylinder）；挖斗（bucket）等等，對于性能參數部分的專業詞匯，學生可以結合專業知識和公共英語知識自行連線翻譯，既增加趣味又降低難度，無形之中培養了自主學習能力。接下來學生根據自己在課前準備的情況，由團隊選派代表上臺進行項目任務完成結果的展示和講解，這時要求學生盡量用英語講述，剛開始學生覺得困難吃力，經過多次鼓勵和練習后，基本上能用簡單句子進行故障維護的描述。這個過程既鍛煉了口語表達能力又增強了自信心。
第五，評估項目任務完成情況。每個團隊展示和講解完畢之后，結合評價標準，由師生共同評價各團隊完成的質量，給出一個展示分值，教師再根據學生項目任務完成后上交的PPT課件和其他材料，對每個團隊的優缺點進行點評，對各團隊的表現進行總結，最后教師綜合各項指標評出最佳團隊，給予相應的物質或者平時成績加分獎勵，學生的期末成績由原來的筆試，改為平時任務工單成績加筆試成績。通過這種方式很多團隊的凝聚力和協作能力越來越強。
2結語
【關鍵詞】人機工程學 汽車座椅 設計
一、汽車座椅的設計要求
在汽車行駛過程中，駕駛員采用坐姿駕駛，這樣腰椎就會偏離正常狀態，如果長時間駕駛就會引起要不疲勞。這就要求設計合理的座椅，以減少駕駛過程中的疲勞。對于汽車來說其座椅的設計要滿足以下兩個方面的內容：
（一）良好的靜態特性
1.座椅的尺寸和形狀要根據人才測量學給出的相關資料來確定，以保證駕駛員能夠選擇合適的坐姿。即能夠使其肌肉放松，血液通暢，身體穩定并處在舒適的活動范圍內。
2.臀部和坐骨結節應該能夠承受人體大部分的重量，使座椅前緣大腿處與座椅間的壓力盡可能的小。
3.靠背的支撐方式要合理，以保證駕駛員的腰椎、椎間盤及軟組織能夠承受上半身大部分的負荷。
4.駕駛員在保證不滑脫的情況下能夠方便的更換坐姿。
（二）良好的動態特性
1.在合理的范圍內座椅要能夠實現尺寸和位置的調整，以保證駕駛員能夠根據自身條件選擇合適的位置，但是考慮到空間的限制，應盡量減小需要調節的尺寸和位置。
2.座椅要能夠起到緩沖的作用，以減少路面不平帶來的影響，避免駕駛疲勞。
3.座椅還要具有較好的軟硬度和溫濕度，既能夠讓駕駛員保持在一種穩定的坐姿狀態不產生疲勞，又能夠起到透氣增加舒適度的作用。
4.要有足夠的強度、剛度和合適的使用壽命，以保證駕駛過程中的安全性。
二、汽車座椅的參數選取原則
對于汽車座椅來說其尺寸的基準是人才尺寸，下面是人機工程學中座椅參數的選擇方法：
高度：對于座椅來說其高度要跟駕駛員大腿在同一水平線上，既要保證大腿肌肉不會受到擠壓，又要保證駕駛員背部肌肉不受增加的負荷作用。
座寬：對于不同體型的人要能夠適應，一般情況下是參考女性群體臀寬尺寸的上限。座寬也不宜太大，否則肘部就會失去支撐，引起駕駛疲勞。
座深：它是指座椅前端到靠背之間的距離的大小，一般情況下應使靠背能夠方便的支撐腰椎。如果座深過大腰椎得不到有效的支撐就會改變腰部曲線[1]，或者駕駛員不得不向前移動，這樣又會壓迫膝窩。所以在設計座深時要按照大多數的人群來設計，這樣既能保證身材矮小者能夠駕駛舒適，又能夠保證身材高大人的小腿得到有效的支撐，避免大腿疲勞。
座面傾角：座面與水平面之間的角度。一般情況下座面后傾，這樣能夠使背部獲得有效的支撐，還能夠防止駕駛過程中由于震動等滑出座椅。通常座面傾角的大小為5°～15°，太大的話就會在駕駛過程中壓迫腹部，破壞腰椎曲線，造成駕駛員生理上的傷害。
椅墊：在駕駛過程中，駕駛員與座面接觸的只有其臀部的兩塊坐骨結節，大約承受了人體75%的重量，長時間的駕駛就會造成壓力疲勞，產生臀部麻木感。如果在座椅上加上坐墊，那么駕駛員臀部與座椅的接觸面積就會大大增加，壓力大大減小。另外坐墊還可以起到穩定坐姿的作用，坐墊選擇時不宜選用過硬或者過軟的。
三、汽車座椅的人機工程學設計
為了保證駕駛員駕駛過程中不會產生疲勞，在設計過程中就要根據人機工程原理，在座椅面高度，深度和傾角等方面做好設計工作。汽車座椅各參數如下：
（一）椅面高度
椅面高度要能夠保證駕駛員在駕駛過程中能夠方便的操作方向盤，雙腳平放在地板面，同時還要保證其大腿能夠水平放置。座椅椅面的高度一般在350～450mm之間，根據實際需要可以進行適當調整，但是最低不得低于300mm。
（二）寬度
在上一節中我們知道座椅的寬度是根據人體臀部的寬度進行設計的，但是由于人性別和體型等方面的差異較大，在座椅寬度選擇時非常困難。采用寬度可調節的座椅，在設計時非常困難，增加了汽車的成本。綜合各方面的因素考慮我們將座面的寬度定在450～500mm之間，這樣既能保證駕駛員小臂能夠得到有效支撐又能夠便于駕駛員進行坐姿調整，從而保證駕駛的操縱方便性。
（三）傾角
根據人機工程學原理[3]，座椅的椅面是前高后低，對于轎車來說其椅面的傾角用A40來表示，單位是度。對于A型車騎椅面傾角一般在15～40°之間，B型車載11～18°之間，這樣駕駛員在駕駛過程中能夠實現坐姿穩定，在剎車震動等情況下不會過度前傾或者滑出椅面，在加速或者啟動時也不會過度后仰，影響操作安全性[2]。另外座椅的深度要小于駕駛員大腿的長度，否則就會降低其乘坐舒適性和穩定性。
（四）靠背高度和靠背的傾角
座椅靠背的高度和寬度要根據人體的參數來決定，不同的駕駛員其身形來決定，一般情況下座椅靠背的高度和寬度都不能對駕駛操作產生妨礙。靠背傾角是汽車座椅人機工程學設計中非常重要的參數，它是座椅靠背直線與椅面之間的夾角，一般情況下取117°為宜，這樣能夠保證坐姿下脊椎的舒適性[4]。
四、結論
駕駛舒適性與汽車座椅的設計密切相關，它的設計比一般工作座椅的設計有很大的區別。雖然人們對汽車座椅的研究已經有很長的歷史，但是其舒適性還有待進一步提高。論文從人機工程學的原理出發，通過對人體模型的研究，對汽車座椅進行了設計，保證了駕駛員在駕駛過程中的坐姿舒適性和操作舒適性。
參考文獻：
[1]李莉.座位作業腰背痛生物力學分析機工效學評價.北京醫科大學碩士學位論文，1993，5
[2]李增勇，王成熹.駕駛疲勞與汽車人機工程學初探[J].機械設計與制造工程，2001（4）
關鍵詞 駕駛艙設計;人機工程
中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）21-0072-01
1 緒論
人機工程駕駛艙設計中的重要性：
科技的發展促使著各行各業都逐漸向自動化、智能化方向發展。在以前需要人為完成的工作在當今時代很大部分都能夠由計算機來自動完成，而且比人工完成的速度更快、精確度更好，這就使得人機之間的關系發生了轉變。在現今人工智能技術、自動化技術已經被人們熟練的應用機的操作中，但是不管技術如何先進，人依舊是操作的主體，在整個過程中依舊起著決定性的作用。因此，為了更好的將飛機的作用發揮出來，必須要對人的體力、心理、生理等對人們產生影響的因素做到充分的考慮，使飛機駕駛艙設計適合人的要求，構成以人為中心的統一的人-機-環境系統。
2 人機工程在駕駛艙設計中的應用
人機工程學是按照人的特性來設計和優化人-機-環境系統的科學。其主要目的是使人能安全、健康、舒適和有效地進行工作。
人機工程學與航空技術的結合，是人機工程學研究和應用的一個極其重要的方面。在航空技術（如飛機駕駛艙）的人機系統設計中，無論是人機分工、人機界面設計，引入人機工程學的原理和方法，并滲入到航空技術設計之中，進行分析、評價和設計，會進一步提高人機系統整體優化水平。
2.1 人機工程學發展概況
人機工程學作為一門科學，其建立和發展僅50余年。
第一次世界大戰至第二次世界大戰期間，由于軍事的需要，使用了飛機、潛艇等現代化設備，開始重視兵員的選拔和訓練，人機關系有所改善，主要是使人去適應已定型的機器裝備。
第二次世界大戰至20世紀60年代，由于新設計的武器裝備不符合人的生理心理特點，即使經過嚴格訓練的人也難以適應，并經常發生事故，從而促使人們把人機匹配的研究方向從過去的由人適應機器轉向使機器適合于人。1959年，國際人類工效學學會（IEA）正式成立，標志著人機工程學已發展成為一門成熟的學科。
20世紀70年代后，人機工程已滲透至各個行業，且在高新技術領域中予以應用。1975年，國際標準化組織（ISO）成立了人類工效學標準化技術委員會（TC 159），標志著人機工程學的應用進入了一個新階段。
人機工程學在我國起步較晚，20世紀70年代末才確立起來并獲得蓬勃發展，1989年，中國人類工效學學會（CES）成立，并于1992年被國際人類工效學學會（IEA）接納為正式成員，標志著我國的人機工程學已進入一個新的發展階段。
2.2 人機工程設計
人機工程在飛機駕駛艙設計中應用的目的是提高駕駛員操作效率、減輕駕駛員工作負荷，以確保系統的安全可靠。飛機駕駛艙設計對人機性能有兩方面的要求：1）客觀的人機工程學設計原則;2）對這些設計原則的正確履行，使之在設計中轉化為駕駛艙的布局、尺寸、形態等各項指標中合理的人機數據。
2.2.1 人機工程設計原則
人機工程設計中應遵循的原則是安全、高效、舒適，這三個要求是相輔相成的。
安全是人機界面設計的第一原則，評估人機界面的安全性主要從以下幾個方面來進行：是否對飛行員有直接的生理傷害;是否易于造成飛行員的錯誤;提供一個友好的顯示界面;飛行員要能夠迅速有效地控制各個系統。
駕駛艙人機界面的舒適程度不僅僅關乎于駕駛人員的感覺，同時能夠影響到他們的心理及生理。這對于駕駛人員能力的發揮有很大的影響，甚至間接的影響到飛行的安全問題，因此，對此我們必須加以重視。
在設計駕駛艙人機界面的過程中，設計人員通常首先考慮的都是高效原則，將設計的功能和性能作為首要問題進行考慮，而對安全以及舒適度放在了次位，或者沒有做到足夠重視。其實在整個設計的過程中，這三者之間是緊密相關、互相影響的。因此在設計時應該對三方面通盤考慮，突出重點。同時應該加大科研投入，設計出飛行員喜歡的人機界面。
2.2.2 人機工程在飛機駕駛艙設計中的應用
1）人體尺寸數據庫及人體建模。
隨著CAD、CATIA等計算機輔助繪圖軟件的飛速發展，在飛機駕駛艙設計中，越來越多的用到人體模型。人體模型的建立，需要廣泛搜集人體尺寸數據，并建立人體尺寸數據庫及相關標準。我國在2003年了飛行員專用標準《中國男性飛行員人體尺寸》GJB4856-2003。
利用飛行員的人體尺寸數據，可以在CATIA等軟件中構建人體模型，來優化駕駛艙設計，使整個人機系統中的人和機器合理匹配。
2）操縱臺、儀表板和座椅等設計。
駕駛員眼位確定后，在進行操縱臺、儀表板和座椅等設計時需考慮駕駛員視野要求、駕駛員對操縱器件的可達性要求等。
在駕駛員眼位確定的前提下，應根據駕駛員坐姿身體尺寸設計操縱臺、儀表板的位置及傾斜角度，將安全操作所需要進行觀察辨認的所有顯示器和控制器提供給駕駛員。使他們在需要觀察一個控制器或顯示器時不需要移去一個障礙物或重新調節座椅，滿足第5百分位到第95百分位的駕駛員可視性、可達性要求。
飛機座椅屬于工作用座椅，在座椅設計時，通過以往的飛機各元件人機工程設計原理和相關試驗，按照駕駛員坐姿身體尺寸設計座高、座寬、座深、座面傾角、靠背、靠背傾角、扶手高度和坐墊，滿足第5百分位到第95百分位的駕駛員可達性要求。
3）可達性、可視性評估驗證。
采用電子模型與實體模型相結合的方法，供飛行員體驗新飛機駕駛艙，對可視性和可達性進行評估驗證，提高設計效率和質量。
利用CATIA等軟件設計1：1的飛機駕駛艙模型，并用CATIA軟件中的人機工程模塊進行駕駛姿勢評價、視域分析和可達性仿真驗證，對駕駛艙的設計進行評估和完善，能夠有效的縮短研制的周期并降低研制成本，給飛行員建立一個舒適、安全的飛行環境。
3 未來人機工程在駕駛艙設計中應用展望
盡管目前我們已經將CITTA等軟件的人機工程設計與仿真驗證應用于設計駕駛艙的過程中，但是就現實情況而言還不能夠完全的滿足駕駛員體驗駕駛艙的要求，而且因為軟件中生成的人體模型沒有穿著衣物，這樣對衣物尺寸的設計會有很大的影響。虛擬座艙的適時出現能很好的解決這一問題。
虛擬座艙是虛擬現實技術在航空領域的重要應用。虛擬座艙有臨境性、交互性和想象力的特點，能使人進入一種封閉的虛擬環境，通過人機接口輸出3維視覺、聽覺和觸覺信息，多通道刺激人的感官，從而使人在頭腦中形成身臨現實環境的感覺;同時，又能接受人的手指動作、話音、頭眼指向等多通道控制信息，實現人機交互。
參考文獻
關鍵詞：教學；演講；設計；辯論；實物制作
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）13-0079-02
《人機工程與造型設計》是一門介紹人機工程學的基本理論和造型設計相關知識的課程，也是一門將技術與藝術緊密結合的課程[1]。人機工程與造型設計是作為一種新的產品設計觀和方法論而興起和存在的，是探討如何應用各種先進技術，達到產品科學與藝術的高度統一，它不同于傳統的工程設計，也不同于一般的藝術設計，而具有多學科相互滲透、交融的特點
人機工程與造型設計是一門多學科綜合的邊緣學科。人機工程學研究的主要內容就是“人―機―環境”系統，人機工程學既研究人、機、環境每個子系統的屬性，又研究人機系統的整體結構及其屬性。力求達到“人”盡其力，“機”盡其用，“環境”盡其美，使整個系統安全、高效，且對人有較高的舒適度和生命保障功能，最終達到系統綜合使用效能最高[2]。造型設計主要以各種產品為表現對象，在滿足產品物質功能的前提下，用藝術手段創造出實用、經濟、美觀的產品，造型設計必須滿足實用要求的物質功能和審美要求的精神功能兩方面的要求[3]。人機工程與造型設計包括設計生理學和心理學基礎、人體測量學、工業造型設計的美學基礎、形態設計、色彩設計等豐富的內容，通過人機工程與造型設計課程的學習，可使學生了解人機工程與造型設計的基本設計原理與方法，提高設計素養。本課程的特點是基本理論知識點涉及面廣、分布較散，內容相互關聯較少，學生容易看懂，深入理解則有難度。如采用傳統的教學方式，則不易引起學生的興趣，不利于培養學生的自學能力、動手能力。而應采取靈活的教學方式，對教學思路、教學內容、教學方法和教學手段進行改革。已有學者在相應的教學方法改革上進行了有益嘗試。作者在教學中把相關知識和理論與實際情況相結合，將老師為主變為師生并重的教學方式，把學生的創造性、主觀能動性和好勝心結合到教學中，發揮學生的積極性，旨在加深學生的理解，開闊思路，培養學生的綜合能力。
一、論文演講
設計生理學與心理學基礎這一章包括人的神經系統結構與功能、人對信息的處理、人的感覺和知覺特性、視覺功能與特征、聽覺機能與特征、心理因素等內容，這些內容里的神經系統結構、人對信息的處理、記憶、遺忘等內容與我們的日常學習有較大關系，對指導如何正確進行學習有重大作用。在進行生理學與心理學基礎教學時，布置學生撰寫“根據生理學與心理學知識談如何學習”的小論文，要求學生們根據學到的生理學和心理學知識談如何學習得快，如何記得牢，如何提高效率，用所學知識指導日常學習。很多同學在教材知識的基礎上又查閱大量資料，并結合自己的經驗，認真撰寫論文，分別從身體健康、記憶、復習、遺忘等不同方面對學習的作用和影響進行了論述，談了各種不同學科的正確的學習方法。老師把其中有特色的論文挑選出來，讓學生在課堂上進行交流演講，各自介紹自己的好的學習方法和建議，每位同學演講結束后，由下面的學生提問，演講者解答。課堂上氣氛熱烈，一些平時上課總是坐在教室后排聽講的同學也大膽地演說，并能恰當地回答其他同學提出的問題，教學效果較好。課后有的同學說以前只知道認真學習、努力學習，對如何正確地學習、學習的方法與技巧等知之甚少，通過知識學習和論文演講獲益非淺。通過讓學生演講和相互提問，鍛煉了學生的自我表現能力和演說口語表達能力，加深了對相關教學內容的理解。
二、設計儀表
儀表是顯示裝置中使用最多的一類視覺顯示器，儀表的大小、顏色、刻度、指針、外形等對儀表的正常發揮作用有重要的影響，根據不同的使用人群和不同的使用環境，設計相應的儀表，在講解儀表設計的基本原理后，必須讓學生實際設計，以便把理論和實際結合起來，每個學生根據自己的體會、生活經歷等設計不同風格、式樣的儀表，在設計完儀表后，組織學生交流，每人介紹自己設計的思路、意義、作用和使用環境等。通過交流，同學開闊了設計思路，加深了對儀表作用原理的理解，之后再進行第二輪儀表設計，大家對儀表的設計有深刻的理解和印象。儀表是大家經常見到的一種常用的設備，看似簡單，但真正開始設計，才能發現其中需要解決的各種尺寸關系、顏色配比問題，通過兩輪設計學生在繪圖、配色、比例關系、美學素養等方面有提高，體會出儀表設計中的奧妙。
三、正反方辯論
在工業造型設計的美學基礎教學時，涉及比例與尺度、對稱與均衡、穩定與輕巧、節奏與韻律、統一與變化、主從與重點、調和與對比、過渡與呼應、比擬與聯想、單純與和諧等十個既對立又統一的概念，這些概念有的每一對概念既相互關聯近似，又有很大差異，短時間理解和記憶有一定難度，為此每一對概念請兩個同學結合自己的經歷和體會，談其中一個概念的優點、用途等，相互辯論，如兩個同學辯論調和與對比，一個同學認為設計中應多采用調和的表現方法，另一個則認為在設計中采用對比的方法能帶來視覺沖擊，給人留下深刻印象，經過這樣的熱烈辯論，大家對這些概念理解深刻、記憶牢固。在課堂上辯論讓學生在相互爭論中及時找出辯論對方論點中的漏洞和邏輯錯誤，把自己的觀點有條理地展現給大家，提高了思維敏捷能力和邏輯分析判斷能力。
四、實物制作
構成是形態設計中的重要內容，構成包括平面構成、立體構成和色彩構成。構成是研究物質世界形態要素及其組合規律的科學。它不以客觀物象為模特進行寫生，而是從造型要素入手，把客觀物象分解為點、線、面、體，然后按照一定的秩序重新組合，構成一新的形態。構成與設計是有區別的。構成研究的內容是涉及各個藝術門類之間的、相互關聯的形態因素，從整個設計領域中抽取出來，專門研究它的視覺效果和造型特點，從而做到科學、系統、全面地掌握形態。構成能為設計提供廣泛的發展基礎。構成的構思不完全依賴于設計師的靈感，而是把靈感和嚴密的邏輯思維結合起來，通過邏輯推理，并結合美學、工藝、材料等因素，確定最后方案。構成是包括技術、材料在內的綜合訓練。在構成過程中須結合技術和材料考慮造型的可能性。因此，作為設計師來講，不僅要掌握造型規律，且要了解或掌握技術、材料等方面的知識和技能。構成的特點和技能必須通過實際的設計和制作才能深刻理解和掌握。布置學生制作實物，學生利用一切可以利用的材料，如紙張、木板、一次性筷子、易拉罐和礦泉水瓶等進行構成制作，包括平面的、立體的，所有的制作帶到教室展示交流，并評選最佳作品，取得較好的效果。通過實物制作，動手能力得到鍛煉，制作的作品形態各異，豐富多彩。
通過對《人機工程與造型設計》教學方式的改革，改變了老師講、學生聽的傳統教學模式，采用學生演講、設計、辯論、實物制作等教學方法，學生對教學內容的理解和掌握有較大的提高，表達能力、邏輯分析能力、思維敏捷水平、動手能力得到加強提高，培養了學生的綜合能力，取得較好的教學效果。
參考文獻：
[1]左春檉，楊斌宇，王曉峰，等.人機工程與造型設計[M].北京：化學工業出版社，2007：12-13.
大學工業設計有以下學習內容：
主干學科：機械工程，藝術學。
主要課程：力學，電工學，機械設計基礎，工業美術，造型設計基礎，工程材料，人機工程學，心理學，計算機輔助設計，視覺傳達設計，環境設計。
主要實踐性教學環節：包括軍訓，金工，電工，電子實習，認識實習，生產實習，社會實踐，課程設計，畢業設計論文等。
（來源：文章屋網 ）
關鍵詞： 人類工效學；設計；SolidWorks；CATIA
中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2012）06-0119-01
0 引言
隨著計算機技術的發展，在概念設計階段使用三維數字化人機工程設計是現代工業設計的必然要求。以人體參數為基礎建立的數字人體模型是描述人體形態和力學特征的有效手段，是研究、分析、設計和評價人機系統不可缺少的測量和模擬工具。目前可進行人機工學分析的軟件較多，本文嘗試以SolidWorks和CATIA這兩種三維軟件為例來探討計算機輔助技術在人類工效學方面的應用。
1 建立模型的思路
由于SolidWorks軟件基于具體的尺寸繪制草圖完成建模，然后通過在裝配體文件中添加幾何關系組成完整的人體模型。所以在創建之前需要計算出各個人體百分位所針對的主要部位尺寸。筆者首先進行了油田作業工人的人體測量工作，由于人體測量中所得到的測量值，都是離散的值隨機變量，大多數都符合正態分布(高斯分布)規律，因而可根據概率論與數理統計理論對測量數據進行統計分析，從而獲得所需群體尺寸的統計規律和特征參數[1]。
通過實際測量，利用上述方法可以計算出對應人體尺寸百分位5%、10%、50%、90%、95%共5組模型尺寸。由于所有部位零件都使用了SolidWorks的配置功能，所得到的最終模型通過選擇不同配置就可以改變各部位的尺寸比例。
CATIA與SolidWorks不同，它具有專門的人機分析模塊，還提供了美國、加拿大、韓國、日本和法國的人體模型數據庫，遺憾的是沒有中國的人體模型。這里筆者依據韓國人人體模型的各部位比例和測量參數，通過修改模型庫中韓國人的相關參數[2]，還可以建立針對目標人群的文件來實現，如圖1所示，當定義完人體模型相關數據后導入CATIA的人體模型庫，然后再確定要建立的人體模型的父系產品、人體模型名、性別、百分數，就能生成中國地區的虛擬人體模型[3]。
2 人機優化方法的不同
使用SolidWorks筆者建立了一個操作平臺,這里對于操控域設置為站姿操作方式來進行設計。以空間分析為例，根據人機工學對站姿操作評估的需求，作業面高度同作業姿勢有關。一般在站姿作業時，身體向前或向后傾斜以不超過10°～15°為宜，工作臺高度一般為操作者身高的60％左右。當臺面高度為900mm～1100mm時，臺面處于最佳作業區內[4]。以此為依據，可以參考導入的人體模型對平臺進行優化，將作業人員所處的作業空間尺寸設定為1100mm*900mm的空間，滿足作業崗位中橫向活動間距大于1000mm的要求，參考建立的人體模型還可以近一步設定操控臺面的最低線距離操作站立面的距離為1135mm，由于操控臺平面為坡面，最高處與最低處的高度差為111mm，則可以算得操控平面中線距離作業站立面的高度為1191mm，在身高60%的比例高度稍微偏高處，在軟件中完全適合我們所測得的平均身高為1753mm的華北地區作業人員使用。操控臺寬度為540mm，與虛擬人體模型肩寬接近，兩側各多出83mm。這樣作業者作業時手臂減少橫向的施力，可以降低肌肉疲勞。依據以上人機工學評價標準，我們最終完成的操控域的優化設計工作。
這里我們將修井機的操控域設計為室內坐姿作業方式。CATIA也具有獨立建模的能力，首先對操控域進行建模，然后導入建立好的人體模型。在對現場作業姿勢有了充分了解后，可以利用約束工具進行身體部位與其它虛擬物體的定位，利用干涉檢查和終止干涉來避免虛擬人體模型的身體和虛擬物體的重合，使人體模型姿勢符合作業姿勢。
由于CATIA具有人體模型姿態分析（HPA）模塊，所以我們可以直接針對這一坐姿，利用CATIA的姿態評估大腿與小腿夾角的舒適度為92.6%。同理對其他模型部位進行評估。以這一坐姿為依據，我們可以調整操控域的座椅以及作業臺的具體尺寸，使得操控域滿足作業人機舒適性的要求。
3 結論
在對操作平臺操控域兩種不同方案的人機優化過程當中我們可以得到以下結論：SolidWorks和CATIA雖然都能進行三維建模，但是在建模方面SolidWorks采用參數化驅動模型，用數值參數和幾何約束來控制三維幾何體建模過程要更加簡便易行，當發現不符合人機工學要求的尺寸時可以及時修改。其不足之處是當人體模型建立完成之后沒有一個專門的人機分析模塊對方案進行智能化分析，需要借助工程圖和零件圖依據人機工程學的人機評價標準來人工調整。而CATIA雖然在所建立模型的編輯和調整上不如SolidWorks便捷，但是它擁有專門的人體模型構造（HBR）模塊和人體模型姿態分析（HPA）模塊，可以很快地對所需作業姿勢進行優化評價。評價結果以分數來顯示清晰明了。
通過以上比較我們可以總結出這樣的一個設計思路，如果結合兩個軟件各自的優勢，利用SolidWorks對操作平臺進行建模工作，然后使用CATIA軟件確定最佳的作業姿勢，最終以這一姿勢所需要的具體人機尺寸來修改SolidWorks中建立的操控域模型，這樣整個設計過程會更加便捷有效。
參考文獻：
[1]載敏．基于人機工程的動態人體模型研究和應用．四川大學研究生學位論文．2004（5）：12-13.
[2]郝增濤．80型輪式裝載機駕駛室人機工程學設計.吉林大學，2008：62-63．
