第一章-第三章人體工程學

四川農業(yè)大學城鄉(xiāng)建設學院

主講：楊欣人體工程學第一章緒論

第一節(jié)人體工程學命名與定義歐洲Ergonomics工效學美國HumanFactors人類因素學

HumanEngineering人類工程學

EngineeringPsychology工程心理學日本

人間工程學中國

人機工程學、功效學、人機學、人體工程學Ergonomics[,?:g?'n?miks]美音：[,?g?'nɑm?ks]由希臘文ergon和nomos構成，本意為工作的自然法則原始時期——原始的人機關系早在石器時代，人類就學會選擇石塊打制成可供敲、砸、刮、割的各種工具，從而產生了原始的人機關系。W?E?Woodson

對人的知覺顯示、操縱控制、人機系統(tǒng)的設計及其布置和作業(yè)系統(tǒng)的組合等進行有效的研究，其目的在于獲得最高的效率和作業(yè)時感到安全和舒適前蘇聯(lián)學者

研究人在生產過程中的可能性、勞動活動的方式、勞動的組織安排，從而提高人的工作效率，同時創(chuàng)造舒適和安全的勞動環(huán)境，保障勞動人民的健康，使人在生理上和心理上都得到全面發(fā)展的一門學科

國際人體工程學會（InternationalErgonomicsAssociation）

研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學、生理學和心理學等方面的因素，研究人和機器及環(huán)境的相互作用（工作效率、健康、安全和舒適），研究在工作中、生活中怎樣實現(xiàn)人——機——環(huán)境的最優(yōu)化的問題的學科?！吨袊髽I(yè)管理百科全書》

研究人和機器、環(huán)境的相互作用及其合理結合、使設計的機器和環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理、心理特點，達到在生產中提高效率、安全、健康和舒適的目的研究對象：人、機、環(huán)境的關系目的：如何達到安全、健康、舒適和工作效率的最優(yōu)化對定義中的幾個概念進一步說明：

1.人、機、環(huán)境三個要素“人”是指作業(yè)者和使用者；人的生理需求、心理需求、行為特點和技能限度對象情況：安妮，女，12歲，新加坡某小學六年級學生主要癥狀：脊椎側突，脊椎骨隨著年齡的增長而彎曲，呈現(xiàn)蛇形另：每年，該學校保健服務所接見的脊椎側凸癥病例有大約280宗。一項1996年的調查顯示，患上脊椎側凸癥的孩童，比14年前增加了許多。

在發(fā)育期間，小孩子的脊椎骨也長得最快。調查顯示，11和12歲的女生當中，有1.4%患有脊椎側凸癥。相比之下，同齡的男生只有0.2%患有這個病癥。

“機”是指機器，但較一般技術術語的意義要廣得多，包括人操作和使用的一切產品和工程系統(tǒng)?！碍h(huán)境”是指向物質生活提供原材料和動力資源的大自然，向產品生產提供市場需求、文化觀念、政策法令規(guī)范的社會環(huán)境和工業(yè)生產、環(huán)藝設計、展示、服裝等不同領域設計、研究的具體環(huán)境內容。2.“系統(tǒng)”是人體工程學最重要的概念和思想。3.“人的效能”主要指人的作業(yè)效能，即人按照一定要求完成某種作業(yè)時所表現(xiàn)出的效率和成績。4.“人的健康”，包括了身心健康和安全。第二節(jié)人體工程學的發(fā)展（一）萌芽期——19世紀末至第一次世界大戰(zhàn)起源于英國，形成于美國”，原先是在工業(yè)社會中，開始大量生產和使用機械設施的情況下，探求人和機械之間的關系。（二）初興期——一戰(zhàn)至二戰(zhàn)由于戰(zhàn)爭的需要許多國家根據生理學、心理學、人體測量學、生物學等學科分析研究“人的因素”。“霍桑效應”（三）成熟期——二戰(zhàn)后至20世紀60年代由“人適應機器”轉向“機器適應人”。

1960年創(chuàng)建了國際人體工程協(xié)會。

20世紀60年代以后，科學技術飛速發(fā)展，電子計算機應用的普及，工程系統(tǒng)的進一步復雜及其自動化程度的不斷提高，宇航事業(yè)的空前發(fā)展，一系列新科學的迅速崛起，不僅為人體工程學注入了新的研究理論、方法和手段，而且也為人體工程學提出了一系列新的研究課題。（四）20世紀70年代后人體工程學迅速滲透到空間技術、工業(yè)生產、日常生活用品和建筑設計中。并在高科技領域也得到了應用。（五）在中國的發(fā)展

1989年成立中國人類工效學學會人體工程學在科學體系中的作用事故率技術年代材料和可靠性的改良人員選拔、訓練體系的完善人體工程學的改良第三節(jié)作用、任務及相關學科基本思想:人機相互適應人機系統(tǒng)模型相關科學：人體解剖學、生理學、心理學、力學、室內設計、環(huán)境工程學等第四節(jié)研究的主要內容及原則一．人體工程學研究的主要內容大致分為三方面：（人——機——環(huán)境）

1.

工作系統(tǒng)中的人人體尺寸；信息的感受和處理能力；運動的能力；學習的能力；

生理及心理需求；對物理環(huán)境的感受性；對社會環(huán)境的感受性；知覺與感覺的能力；個人之差；環(huán)境對人體能的影響；人的長期、短期能力的限度及愉適點；人的反射及反應形態(tài)；人的習慣與差異(民族、性別)；錯誤形成的研究。2.

工作系統(tǒng)中直接由人使用的機械部分如

何適應人的使用。分三類：

信息顯示：儀表、信號、顯示屏。

控制器：各種機具的操縱部分，桿、鈕、盤、輪、踏板等。機械：家具、設備等。

3.

環(huán)境控制：如何適應人的使用二.

人體工程學研究時遵循的原則1.

物理的原則：如杠桿、慣性定律、重心原理2.

生理、心理兼顧原則：3.考慮環(huán)境的原則：

第五節(jié)在園林設計中的運用一、視覺與景觀的設置

二、人的行為習性與景觀設計的尺度三、園林綠化設計四、道路交通設施設計第二章人體生理系統(tǒng)討論人的植物性機能和動物性機能，為人機工程設計提供相關的人機生理學基礎。細胞——組織——器官——器官系統(tǒng)包括植物性器官系統(tǒng)和動物性機能器官系統(tǒng)

第一節(jié)信息傳遞系統(tǒng)一、感覺系統(tǒng)1、感覺與知覺

感覺是有機體對客觀事物的個別屬性的反映。

知覺是人對事物的各個屬性、各個部分及其相互關系的綜合的整體的反映。

人們通常把感覺和知覺總起來稱為“感知”。2、感覺的主要性質

人的感覺按感覺器官分類共8種，通過眼，耳，鼻，舌、膚五個器官產生的感覺稱為"五感"，此外還有運動感，平衡感、內臟感覺等。

人的各種感受器都有一定的感受性和感覺閾限。表2－1刺激及感覺反應感覺種類感覺器官適宜刺激識別特征作用視覺眼光形狀、大小、位置、遠近、色彩、明暗、運動方向等鑒別聽覺耳聲聲音的高低、強弱、方向和遠近報警、聯(lián)絡嗅覺鼻揮發(fā)和飛散的物質辣氣、香氣、臭氣報警、鑒別味覺舌被唾液溶解的物質甜酸、苦辣、咸等鑒別皮膚感覺皮膚及皮下組織物理或化學物質對皮膚作用觸覺、痛覺、溫度覺、壓覺報警深部感覺肌體神經及關節(jié)物質對肌體的作用撞擊、重力、姿勢等

平衡感覺前庭器官運動和位置變化旋轉運動、直線運動和擺動等調整從人的感覺閾限來看，刺激本身必須達到一定強度才能對感受器官發(fā)生作用。（表2-2）表2－2人體主要感覺閾值感覺感覺閾下限上限視覺（2.2～5.7）×10-17J（2.2－5.7）×10-8J聽覺1×10-12J/m21×102J/m2嗅覺2×10-7kg/m3

味覺4×10-7(硫酸試劑摩爾濃度)

觸覺2.6×10-9J

溫度覺6.28×10-9kg·J/m2·s9．13×10-6kg·J/m2·s振動覺振幅2.5×10-4mm

適宜刺激:感覺器官只對相應的刺激起反應，這樣的刺激叫該感覺器官的適宜刺激；適應：感覺器官接受刺激后，若刺激強度不變，則經過一段時間后，感覺逐漸變弱，這種現(xiàn)象叫適應。特殊感覺：各種感覺刺激所到達的感覺中樞部位都不同，因而能產生各種不同性質的感覺，這叫特殊感覺；投射：感覺在感覺中樞部位產生，意識卻是在被刺激的部位出現(xiàn)，這種現(xiàn)象叫感覺的投射。

余覺：刺激取消后，感覺可存在一極短時間，這種現(xiàn)象叫余覺。（電影）韋帕·費克納（Weber-Fechner)定律：感覺強度和刺激強度成對數比例關系；錯覺：與客觀事物不相符的錯誤知覺。3、知覺的基本特征人的知覺一般分為空間知覺，時間知覺，運動知覺與社會知覺等，它們有如下共同特征：知覺的整體性

知覺的理解性知覺的恒常性知覺的選擇性知覺的整體性知覺的整體性

知覺的理解性知覺的理解性4、視覺眼球的基本構造1）視覺的基本參數視覺是由眼睛、視神經及視覺中樞共同完成的。視力：一般用能分辨視覺對象的最小視覺（分）的倒數表示；聚焦能力:眼睛的晶狀體的厚度能隨視距而自我調節(jié)，就是聚焦的能力。視野：注視一點，使視軸固定時所能看到的范圍稱為靜視野。視角色覺：光是一種電磁波，不同波長的光波刺激視網膜可產生不同的色覺。向光性：是人類視覺的一種特性。（局部照明）可改變人的注意力。人的水平視野和垂直視野人對不同顏色的視野

色光混合2）視覺特征

常見的幾種視覺現(xiàn)象：

暗適應與明適應：眩光；視錯覺；向光性

幾種常見視覺錯誤視覺心理——圖形與背景

圖形只有在背景的襯托下才能得到知覺、背景與圖形的關系，即圖與底關系是相對的．對于有些情況，當你注視的對象不同，圖與底的關系會逆轉。根據心理學中注意的特性．有以下幾種建立圖形的條件：面積小的比面積大的容易形成圖形同周圍環(huán)境的亮度差，差別大的部分容易形成圖形亮的部分容易形成圖形向水平或垂直方向擴展的部分比向斜向擴展的部分更容易形成圖形對稱部分容易形成圖形具有等幅寬的部分比不具有等幅寬的部分更容易形成圖形與下邊相連的部分比從上邊下垂的部分更容易形成圖形位置接近的因素容易形成圖形大小漸變的部分易形成圖形相似的部分易形成圖形對稱的部分易形成圖形同類的部分易形成圖形3）視覺的運動規(guī)律

先看到水平方向的東西，后看到垂直方向的東西。從左到右，從上至下，順時針進行。對物體尺寸和比例的估計，水平方向比垂直方向準確、迅速、且不易疲勞。觀察率優(yōu)先的順序是左上、右上、左下、右下。在工作時，不應有突然轉移的要求，否則會降低視覺的準確性。人眼看一個目標要得到視覺印象，最短的注視時間為0.07～0.3s。5、聽覺1）聽覺刺激

引起聽覺的刺激就是物體振動發(fā)出的聲波，而該振動物體就是聲源。

人耳的剖面圖

2）聽覺特征聲音的刺激:人耳能聽到的聲音頻率為20---20000HZ，由物體振動引起，振動在彈性介質中傳播所產生的彈性波為聲波。聽力：聲音的強弱常用聲壓級表示，單位是分貝；P13辨別聲音的方向和距離

聽覺的掩蔽

人的聽覺閾限1）觸覺2）溫度覺溫度覺分為冷覺和熱覺兩種，這兩種溫度覺是由兩種不同范圍的溫度感受器引起的。3）痛覺

6、味覺：舌頭上的味蕾，被唾液溶解的物質刺激味蕾而產生味覺；（甜酸苦咸）7、嗅覺:人能分辨幾千種氣味.8、膚覺:是人體很重要的感覺。人體皮膚上分布著三種感受器：觸覺感受器、溫度感受器和痛覺感受器。9、本體感覺

人在進行各種操作活動的同時能給出身體及四肢所在位置的信息，這種感覺稱為本體感覺。本體感覺系統(tǒng)主要包括兩個方面，一個是耳前庭系統(tǒng)，另一個是運動覺系統(tǒng)。(運動感受器分為:肌肉內的紡錘體、腱紡錘體、關節(jié)層板小體）例1：盲打鍵盤例2：汽車換擋、剎車、離合二、神經系統(tǒng)1、末梢神經系統(tǒng)交感神經起亢進作用，副交感起抑制作用。2、中樞神經系統(tǒng)由腦干—脊髓系統(tǒng)大腦邊緣系統(tǒng)、大腦新皮層組成。腦是整個人體神經系統(tǒng)的中樞，大腦皮層是最高級的司令部。三部分：進行維持生命所需的反射，機能調節(jié)的腦干——脊髓系統(tǒng)；進行情感行為的大腦邊緣系統(tǒng)；進行高級思維判斷活動的大腦新皮層。語言區(qū);（左半球）分析思維（右半球）視覺、聽覺音樂、繪畫等藝術敏感第二節(jié)運動系統(tǒng)由骨、關節(jié)和肌肉組成。一、骨骼系統(tǒng)分為軀干骨、上肢骨、下肢骨和顱骨4部分。（206塊）骨的突起點常被利用作為測量基準點。骨杠桿時在肌肉和關節(jié)的相互作用下形成的，主要包括：平衡杠桿、省力杠桿、速度杠桿。脊柱在人體工程學領域內研究得最多。比如家具設計與脊柱姿勢的相互關系。（32—39個脊椎骨構成）顱骨脊柱圖3—18人體骨杠桿

二、肌肉系統(tǒng)肌肉組織分為橫紋?。ü趋兰?、心?。┖推交　Ｈ梭w工程學的研究對象一般為骨骼肌。骨骼肌的收縮與舒張能隨人的意識而隨意進行；肌肉運動的指令由脊髓里的神經細胞和相關的纖維進行傳遞。

頭、面部肌肉在人體工程學上，肌電圖常被用于評價作業(yè)姿勢、勞動強度、家具的尺度設計好壞等。1、肌力：肌肉收縮而產生。1)握力2)背肌力

2、作業(yè)與肌力如何有效的發(fā)揮肌力，減少肌疲勞、提高效率。三、反應時間包括感覺反應時間，到開始動作所用時間之和。1、反應時間的特點及影響因素反應時間隨感覺通道的不同而不同。

隨執(zhí)行動作的運動器官不同，反應時間也不同。反應時間隨刺激的數目不同而異。反應時間隨刺激性質不同而異。反應時間隨刺激方式刺激強度不同而異。

反應時間隨機體狀況不同而異。反應時間還與操縱器及顯示器的情況有關。

表3－4反應時間隨感覺通道的變化

T（秒）聽覺觸覺視覺嗅覺味覺咸味甜味酸味苦味0.115～0.1820.117～0.2010.188～0.2060.200～0.3700.3080.4460.5231.082動作部位動作特點最少平均時間（ms）手握取直線曲線70220旋轉克服阻力不克服阻力720220腳直線的克服阻力的360720腿直線的腳向側面360720～1460軀干彎曲傾斜720～16201260表3－5反應時間與運動器官的關系

表3－7執(zhí)行器官的反應時間

動作部位動作特點最少平均時間（ms）手握取直線曲線70220旋轉克服阻力不克服的720220腳直線的克服阻力的360720腿直線的腳向側面360720～1460軀干彎曲傾斜720～16201260表3－6反應時間與刺激性質的關系

執(zhí)行器官反應時間（ms）右手左手右腳左腳147144174179表3－8反應時間與刺激數目的關系刺激選擇數12345678910反應時間（ms）187316364434485532570603619622

表3－9反應時間與顏色的關系

表3－10年齡與反應時間的關系

年齡2030405060反應時間相對值100104112116161顏色對比白與黑紅與綠紅與黃紅與橙

平均反應時間（ms）197208217246一般條件下，反應時間約為0.1～0.5s。為了保證安全作業(yè)，一方面在機器設計中，應使操縱速度低于人的反應速度；一方面應設法提高人的反應速度。

四、減少反應時間的途徑

1）合理的選擇感知類型

2）適合人的生理心理要求，按人體工程學原則進行園林設計；

3）作者操作技術的熟練程度直接影響反應速度，應通過訓練來提高人的反應速度。第三節(jié)能量代謝系統(tǒng)一、營養(yǎng)與代謝通過消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)。三大營養(yǎng)素包括糖、脂肪、蛋白質。二、呼吸及循環(huán)系統(tǒng)1、呼吸系統(tǒng)包括肺呼吸和組織呼吸。吸氧量和耗氧量常用于作業(yè)強度評價。2、循環(huán)系統(tǒng)血液循環(huán)，心臟功能、血壓。三、能量代謝系統(tǒng)1、能量代謝的評價RMR越大，勞動強度越大。（日本）相對能量代謝率(評價體力勞動強度)RMR=勞動和恢復期的能量總代謝-安靜時代謝率*勞動和恢復時間——————————————————————————基礎代謝率*勞動時間2、Mets(歐美）：1Mets=

作業(yè)時的耗氧量———————————————————————安靜時的耗氧量人體測量人體測量的基本知識人體測量中的主要統(tǒng)計函數常用的人體測量數據人體各部分結構參數的計算人體測量數據的應用第三章人體工程學的研究方法第一節(jié)人體測量的基本知識一、概述人體測量學：通過測量人體各部位尺寸來確定個體之間和群體之間在人體尺寸上的差別，用以研究人的形態(tài)特征，使設計更適于人，見圖3-1。人體形態(tài)測量數據人體構造尺寸測量數據人體功能尺寸測量數據人體生理參數測量（人體靜態(tài)時各部的尺寸數據）（人體在某種運動狀態(tài)下的各部尺寸數據）二、人體測量的主要方法1、普通測量法（丈量法、問卷法）主要測量人體構造尺寸。2、攝影法，見圖3-2

主要測量人體功能尺寸。3、三維數字測量法，見圖3-3

可分為手動接觸式三維數字化測量儀和非接觸式三維數字化測量儀。三、人體測量的基本術語參見國標GB3975－83中的規(guī)定1、被測者姿勢(立姿、坐姿）2、測量基準面，見圖3-43、測量方向（上下方向:頭、足側；左右方向：內、外側；四肢：近、遠位；上肢：橈、尺側；下肢：脛、腓側。）4、支承面和衣著（立姿或坐姿要求水平的、穩(wěn)定的、不可壓縮的。）5、基本測點與測量項目（頭部測點16個12項，軀干和四肢22個69項。立姿40項，坐姿22

項，手和足部6項以及體重1項。）測量基準面測量基準面三軸矢狀面正中矢狀面冠狀面水平面眼耳平面測量方向A.上方&下方B.內側&外側C.近位&遠位D.橈側&尺側E.脛側&腓側眼高：人身體直立、眼睛向前平視時從地面到內眼角的垂直距離；肩高：圖a測量項目-立姿肘高：從地面到人的前臂與上臂結合處課彎曲部分的距離。圖b測量項目-立姿2023/10/24圖c測量項目-立姿身高：人體直立、眼睛向前平視時地面到頭頂的垂直距離。圖d測量項目-立姿2023/10/24圖e測量項目-立姿2023/10/24圖f測量項目-立姿2023/10/24圖3-4a測量項目-坐姿2023/10/24圖3-4b測量項目-坐姿2023/10/24圖3-4c測量項目-坐姿2023/10/24圖3-4d測量項目-坐姿2023/10/24圖3-4e測量項目-坐姿四、人體測量的常用儀器在普通測量法中常用的人體測量儀器有：1、人體測高儀，見圖3-5；（身高、坐高、立姿、坐姿）測量范圍：0---1996mm2、人體測量用直腳規(guī)，見圖3-6；（耳、臉、手、足）測量范圍：0---200mm；0-----250mm3、人體測量用彎腳規(guī)，見圖3-7；（肩寬、胸厚）測量范圍：0---300mm

此外，還有人體測量用三腳平行規(guī)，坐高椅，量足儀，角度計，軟卷尺以及醫(yī)用磅秤等。人體測高儀人體測量用直腳規(guī)人體測量用彎腳規(guī)五、人體測量數據的統(tǒng)計處理

根據概率論與數理統(tǒng)計理論對測量數據進行統(tǒng)計分析，從而獲得所需群體尺寸的統(tǒng)計規(guī)律和特征參數。

1、平均值：表示樣本的測量數據集中地趨向某一個值，稱為平均值。一組學生的身高分別為：160cm，158cm，165cm，166cm，175cm，167cm，170cm；求這組學生身高的平均值：

平均值=

≈

1600+1580+1650+1660+1750+1670+17007

1658.6mm例：2、方差：測量數據在中心位置（均值）上下波動程度差異的值，稱為方差。3、標準差（方差的平方根）S2=1n-1[(x1-x)2+(x2-x)2+…+(xn-x)2]例：一組學生的身高分別為：160cm，158cm，165cm，166cm，175cm，167cm，170cm；求這組數據的方差S2,標準差SS2=17—1[（160—166)2+（158—166)2…（170—166)2]=33.1S=√33.1

4、抽樣誤差：抽樣誤差=標準誤差=全部樣本均值的標準差5、百分位數Pv