第十一章人機工程學(xué)的總體設(shè)計.ppt

1、人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機工程學(xué)的最大特點是把人、機、環(huán)境看做是系統(tǒng)的三大要素，總體設(shè)計的目標是從總體性能出發(fā)、運用系統(tǒng)論、控制論和優(yōu)化論使系統(tǒng)三要素形成最佳組合。,一、設(shè)計目標,總體設(shè)計目標,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計目標,人機系統(tǒng)的組成,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計目標,人機系統(tǒng)的類型,手工操作系統(tǒng) 半自動化系統(tǒng) 自動化系統(tǒng),人工操作系統(tǒng),人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計目標,一、人機系統(tǒng)的類型,半自動化操作系統(tǒng),人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計目標,人機系統(tǒng)的類型,全自動化操作系統(tǒng),人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計目標,一、人機系統(tǒng)-人機結(jié)合方式,人機串聯(lián),特點： 作業(yè)時人直接介入工作系統(tǒng)、操作工具和機器。機器

2、的性能發(fā)揮受人的能力的制約。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計目標,人機系統(tǒng)-人機結(jié)合方式,人機并聯(lián),特點： 作業(yè)時人間接介入工作系統(tǒng)，人的作用是監(jiān)視和管理。 正常工作時： 機器自動運行 非正常工作時： 自動變?yōu)槭謩佑扇藖聿僮鳌?人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計目標,人機系統(tǒng)-人機結(jié)合方式,人機串并聯(lián),特點： 人機系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng)與并聯(lián)系統(tǒng)的綜合，兼具串聯(lián)系統(tǒng)的特點和并聯(lián)系統(tǒng)的特點。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計目標,人機系統(tǒng)的目標,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,工作空間和工作設(shè)備的設(shè)計,a.與身體尺寸有關(guān)的設(shè)計,(a)工作高度應(yīng)適合于操作者的身體尺寸及所要完成的工作類型。坐位、工作面和工作臺應(yīng)設(shè)計得能獲得所

3、期望的身體姿勢，即身體軀干挺直、身體重量能適當?shù)氐玫街С校瑑芍庵糜谏眢w兩側(cè)，前臂接近于水平狀。,(b)坐位裝置應(yīng)適合于人的解剖生理特點。,(c)應(yīng)為身體的活動，特別是頭、手臂、腿的活動提供足夠的空間。,(d)各種操作器應(yīng)布置在人的功能可及的范圍內(nèi)。 (e)把手和手柄應(yīng)適合手的功能解剖學(xué)要求。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,有關(guān)身體姿勢、肌力和身體動作的設(shè)計,(a)身體姿勢 主要應(yīng)注意下列各點：,操作者能交替采用坐姿和立姿。,如果必須施用較大的肌力，那么應(yīng)該通過采取合適的身體姿勢和提供適當?shù)纳眢w支承，使通過身體的一連串力或扭矩矢量不至傷害身體,身體姿勢不應(yīng)由于長時間的靜態(tài)肌肉緊張而引起疲勞，應(yīng)

4、該隨時變換身體姿勢。,(b)肌力 主要應(yīng)注意以下各點：,力的要求應(yīng)與操作者的體力相一致。,所涉及的肌肉群必須在肌力上能滿足力的要求。,應(yīng)該避免同一肌肉保持長時間靜態(tài)緊張。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,有關(guān)身體姿勢、肌力和身體動作的設(shè)計,(c)身體動作 主要應(yīng)注意下列各點：,應(yīng)在身體動作間保持良好的平衡，最好能選擇長時間固定不變的動作。,動作的幅度、強度、速度和節(jié)拍應(yīng)互相協(xié)調(diào)。 對精度要求較高的動作不應(yīng)使用很大的肌力。,如適當?shù)脑?，可設(shè)置引導(dǎo)裝置以便于動作的實施和明確它的先后順序。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,有關(guān)信號，顯示器和控制器設(shè)計,信號和顯示器的種類和數(shù)量應(yīng)符合信息的特性。,當顯

5、示器數(shù)量很多時，為了能清楚地識別信息，應(yīng)以能夠清晰、迅速地獲得可靠的方位來配置它們。,信號的顯示器的種類和設(shè)計，應(yīng)保證清晰易辨。這一點對危險信號尤其重要。,信號顯示的變化速率和方向，應(yīng)與主信息源變化的速率和方向相一致。,在以觀察和監(jiān)視為主的長時間工作中，應(yīng)通過信號和顯示器的設(shè)計和布置來避免過載和負載不足的影響。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,(b)控制器 控制器的選擇、設(shè)計和配置，應(yīng)與人體操作部分的特性（特別是動作）相適應(yīng)。應(yīng)該考慮到技能、準確性、速度和力的要求，,控制器的類型、設(shè)計和配置，應(yīng)適合于控制任務(wù)。應(yīng)考慮到人的各項特性，包括學(xué)會的本能的動作。,控制器的行程和操作阻力，應(yīng)根據(jù)控制任務(wù)

6、和生物力學(xué)及人體測量數(shù)據(jù) 選擇。,控制動作、設(shè)備的應(yīng)答和顯示信息，應(yīng)相互適應(yīng)和協(xié)調(diào)。,各種控制器的功能，應(yīng)易于辨認，避免混淆。,在控制器數(shù)量很多的地方，應(yīng)以能確保安全、明確、迅速地操作來配置它們。,關(guān)鍵的控制器應(yīng)有防止誤動作的保護裝置。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,工作環(huán)境設(shè)計,應(yīng)設(shè)計并保持工作環(huán)境中的物理、化學(xué)和生物學(xué)的條件對人們無有害影響，而且要保證他們的健康以及工作能力和便于工作，也應(yīng)以客觀可測的現(xiàn)象和主觀評價作為依據(jù)。,注意以下各點：,a.工作場所的大?。傮w布置、工作空間和通行有關(guān)的工作空間）應(yīng)適當。,b.通風(fēng)應(yīng)按下列因素來調(diào)節(jié),室內(nèi)的人數(shù)； 工作場所的大??； 消耗氧氣的設(shè)備；

7、所涉及的體力勞動強度； 室內(nèi)的污染物質(zhì)的產(chǎn)生情況； 熱條件,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,c.應(yīng)按當?shù)氐臍夂驐l件調(diào)節(jié)工作場所的熱條件,氣溫； 風(fēng)速； 所涉及的體力勞動強度； 濕度； 熱輻射； 衣服、工作設(shè)備和專用保護設(shè)備的性質(zhì)。,工作環(huán)境設(shè)計,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,d.照明應(yīng)為所需的活動提供最佳的視覺感受。,亮度 光分布 亮度和顏色的對比度； 顏色； 無眩光及不合需要的反射； 操作者的年齡。,工作環(huán)境設(shè)計,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,e.在為房間和工作設(shè)備選擇顏色時，應(yīng)該考慮到它們對亮度的分布，對視野的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量及對安全色感受的影響。,f.聲學(xué)工作環(huán)境應(yīng)避免有害或擾人噪聲的影響

8、，包括外部噪聲的影響,聲壓級； 時間分布； 頻譜； 對聲響信號的感知； 通話清晰度。,工作環(huán)境設(shè)計,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,g.傳遞給人的振動和沖擊,不應(yīng)引起肉體操作及生理和病理反應(yīng)，或感覺、運動神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)。,h.應(yīng)避免工人暴露于危險物質(zhì)及有害輻射之中。,j.在室外工作時，對不利的氣候影響（如熱、冷、風(fēng)、雨、雪、冰），應(yīng)提供適當?shù)恼谘谖铩?工作環(huán)境設(shè)計,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,工作過程設(shè)計,工作過程設(shè)計特別應(yīng)避免工人超載和負載不足。以保護工人的健康和安全，增進福利和便于完成工作。,應(yīng)該注意采用下列一種或一種以上的方法，改善工作過程和質(zhì)量。,a.由一名代替幾名操作者，完成屬于同

9、一工作職能的幾項連續(xù)操作（職能擴大）。,b.由一名代替幾名操作者，完成屬于不同工作職能的連續(xù)操作。例如，組裝作業(yè)的質(zhì)量檢查，可由次品檢驗人員完成（職能充實）。,c.改變工作，例如，在裝配線上的或自治組織內(nèi)工作班組的工人中，實行自愿輪換工種的方法。,d.有組織地，或無組織地休息。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計原則,為了采用上述方法，應(yīng)特別注意下列各點：,(a)警惕性和工作能力的晝夜變化。 (b)操作者之間工作能力上的差異及隨年齡的變化。 (c)個人技能的提高。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計程序,產(chǎn)品設(shè)計要以人為中心展開，任何一個產(chǎn)品都是以人的使用作為設(shè)計的前提。設(shè)計的一個重要方面就是解決人與產(chǎn)品之間

10、的沖突與協(xié)調(diào)，使產(chǎn)品符合人的消費需求。從產(chǎn)品的使用來看，從一開始就與人的各項因素相聯(lián)系。因此，產(chǎn)品設(shè)計不僅具有高的質(zhì)量，高科技含量，新的材料和工藝水平，同時也包含了人的價值觀念與消費欲求，具有很高的宜人性、舒適性和安全性。,產(chǎn)品設(shè)計流程圖,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計程序,人機特征技能比較,人在人機系統(tǒng)中的作用主要有以下三個方面。 a.信息輸入：通過感覺器官接受環(huán)境信息。 b.信息處理：人把接受到的信息和人已有的知識經(jīng)驗進行比較分析之后作出決策。 c.行為輸入：依據(jù)決策采取相應(yīng)的行動。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計程序,人機功能分配,根據(jù)人機功能特征的對比分析，人機合理的分工為：強度大的、快速的、

11、高精度的、持續(xù)時間長的、單調(diào)的、高階運算的、操作復(fù)雜的、環(huán)境惡劣的工作，適合機器承擔；方案設(shè)計、程序編制、裝配、維修、創(chuàng)造、應(yīng)付不測、故障處理等工作適合人去做。同時，在人機功能分配時還應(yīng)考慮經(jīng)濟和社會相關(guān)因素的影響。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計程序,人機功能比較,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計程序,人機功能比較,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計程序,人機功能比較,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計程序,人機功能比較,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計程序,人機系統(tǒng)的分為幾個階段,人機系統(tǒng)設(shè)計的每一階段都是由互相聯(lián)系的一系列設(shè)計活動組成，而各個階段之間具有時間上的順序性，即只有上一階段的設(shè)計活動完成后，才能進行下一階段的

12、設(shè)計活動。這就構(gòu)成了人機系統(tǒng)的設(shè)計程序，通?？煞譃橐韵聨讉€階段。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計程序,設(shè)計階段 (1) (2) (3),（1）定義系統(tǒng)目標和參數(shù)階段，包括確定使用者的需求，確定使用者的特性，確定群體的組織特性，確定作業(yè)方式，確定作業(yè)效能的測量參數(shù)及測試方法。（2）系統(tǒng)定義階段，包括定義功能要求，定義操作（作業(yè)）要求。（3）初步設(shè)計階段，包括功能分配、作業(yè)流程設(shè)計和作業(yè)反饋機制設(shè)計。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,總體設(shè)計程序,設(shè)計階段 (4) (5) (6),（4）人機界面設(shè)計階段，包括顯示裝置設(shè)計、控制裝置設(shè)計和作業(yè)空間設(shè)計。（5）作業(yè)輔助設(shè)計階段，包括制定使用者素質(zhì)要求、設(shè)計操作手冊、設(shè)計

13、作業(yè)輔助手段和設(shè)計培訓(xùn)方案。（6）系統(tǒng)評價階段，包括制定評價標準、實施評價和做評價結(jié)論。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,以上為人機系統(tǒng)設(shè)計過程中的總體程序，具體的設(shè)計步驟見下表,人機系統(tǒng)的設(shè)計步驟1,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)的設(shè)計步驟2,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)的設(shè)計步驟3,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)的設(shè)計步驟4,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)的設(shè)計步驟5,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,人機系統(tǒng)檢查,人機系統(tǒng)是否符合人機學(xué)設(shè)計要求，可以用核查表進行檢查。雖然這種方法并不完美，但比較簡單。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,國際人機學(xué)會方案(a),1國際人機學(xué)會方案 國際人機學(xué)會（IEA）為了對構(gòu)成作業(yè)的各種因素、

14、作業(yè)者的能力、作業(yè)對人的心理和生理反應(yīng)等進行核查，提出了人機學(xué)分析核查表。,人機系統(tǒng)檢查與評價,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,它的內(nèi)容包括以下六大部分：(1)作業(yè)空間；(2)作業(yè)方法；(3)環(huán)境：(4)作業(yè)組織；(5)機能負擔和綜合負擔；(6)系統(tǒng)效率。其中一般項目共計135項，特殊、細節(jié)項目共計188項。見書第235頁,人機系統(tǒng)檢查與評價,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,日本人機學(xué)會方案 日本人機學(xué)會研究了國際人機學(xué)會的方案，認為其中有許多不夠妥當?shù)牡胤?，于是又另行制定了人機學(xué)檢查表。全文共分九大部分，內(nèi)容繁多，現(xiàn)摘錄如下：,人機系統(tǒng)檢查與評價,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,前文,1)作業(yè)過程名稱、目的，作業(yè)

15、者的主要任務(wù)。2)全部作業(yè)人員數(shù)，同時作業(yè)人員數(shù)，作業(yè)人員的性別年齡。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,1）盡量使作業(yè)人員避免不必要的步行或升降移動。2）避免長時間站立。3）不頻繁出現(xiàn)前屈姿勢。4）作業(yè)有足夠空間采取滿意的姿勢。5）有足夠的空間變換姿勢。6）地面盡量平整，沒有凹凸的地方。,作業(yè)空間,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,7）地面的硬度、彈性適當。8）不必要始終站立的作業(yè)，應(yīng)放置椅子或其它支持物。9）必要時設(shè)置腳墊。10）出入口有適當高度和寬度。11）升降設(shè)備充分寬敞。12）作業(yè)面高度與姿勢相適應(yīng)。13）作業(yè)人員衣著適合作業(yè)地點的溫度。,作業(yè)空間,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)

16、檢查與評價,1)需要快速、準確的操作，用手操作。2)操作具放置在手能摸到的范圍內(nèi)。3)操作具按系統(tǒng)分類4)緊急用的操作具，除了必須配備以外，還要在形狀、大小、顏色上能夠容易識別。,操作工具,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,5)手操作的前后、左右、上下方向與機械動作的方向一致。6)需要敏捷的操作及頻度大的操作，利用按鈕。7)原則上雙手都被占用的時候才用腳操作。8)避免站著進行腳踏作業(yè)。,操作工具,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,1)對作業(yè)操作上的必要信息，不過多也不過少。2)為判別視覺對象及進行作業(yè)，作業(yè)面的照度應(yīng)達到照明標要求。 3)警告指示燈置于引人注目的地方。4)操作的手不妨礙

17、觀察儀器表盤。,信息源,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,5)標志簡單明了。 6)動作聯(lián)絡(luò)信號標準化。7)噪聲不妨礙作業(yè)必要的對話。 8)必要時，觸摸一下操作具的形狀和大小就可以將它們區(qū)別開來。 9)除了緊急危險信號外，避免有令人不快的氣味。,信息源,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,作業(yè)方法,1)對必要的動作有足夠的空間。 2)只有必要時才用人力移動物件。 3)不同的信息盡量避免在同一地方顯示。 4)每個作業(yè)人員對控制盤的擔當范圍要適宜。 5)作業(yè)人員錯誤接受信號的結(jié)果，能立即覺察到。 6)作業(yè)中有自己的自然休息時間。 7)共同的作業(yè)分工明確，互相聯(lián)絡(luò)良好。 8)按規(guī)定設(shè)置非常出口，

18、并標志清楚。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,1)氣溫適宜，作業(yè)舒適。 2)整體照明與局部照明對比適當。 3)對噪聲有隔聲、消聲等有效措施。 4)振動工具的振動不妨害作業(yè)。 5)盡量抑制粉塵飛揚。 6)作業(yè)者不受放射線照射。 7)采取適當手段使有害物質(zhì)不傷害皮膚。 8)有防范風(fēng)水害、雷擊、地震等自然災(zāi)害的設(shè)施。 9)妥善地維護和管理保護用具。,環(huán)境因素,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,1)作業(yè)者擔當?shù)墓ば蚣耙惶斓淖鳂I(yè)量要適當。 2)在同一工種中，不使一部分人的作業(yè)負擔偏重。 3)進行醫(yī)學(xué)檢查，不安排醫(yī)學(xué)上不適于作業(yè)的人工作。 4)沒有反復(fù)頻繁做同一作業(yè)而負擔過重的人。 5)充分保證

19、包括用餐在內(nèi)的休息時間。 6)不連續(xù)數(shù)天深夜工作。 7)遵守婦女、少年就業(yè)限制的有關(guān)規(guī)定。 8)人人明確發(fā)生災(zāi)害時的救急體制和必要措施。 9)定期進行環(huán)境檢測。,作業(yè)組織,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,1)作業(yè)不促使呼吸困難和呼吸不適。 2)個工作日的能量代謝率不過大。 3)不過分要求持續(xù)緊張，以免成為痛苦和失誤的原因。 4)工作的單調(diào)性不會造成痛苦。 5)作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)方法不會影響人的身體健康。 6)對作業(yè)的不適應(yīng)不會成為人的安全、健康方面的問題。 7)疾病和缺勤的統(tǒng)計，運用于衛(wèi)生管理上。 8)在作業(yè)負擔規(guī)定中，特別照顧身體有缺陷的人。,作業(yè)者的綜合負擔,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢

20、查與評價,1)有計劃地維修機械設(shè)備，使機械設(shè)備故障很少出現(xiàn)。2)作業(yè)者之間的聯(lián)絡(luò)良好，不致成為重大禍因。3)盡量考慮即使突然發(fā)生事故，作業(yè)者也不會繼續(xù)釀成重大事故。4)為了能夠充分應(yīng)付緊急事態(tài)，進行必要的訓(xùn)練。 5)隨著作業(yè)時間的變化，能改變作業(yè)的流程和人員配備。 6)作業(yè)操作的頻度及持續(xù)時間，不超過作業(yè)者的操作能力。,綜合檢查,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,人機系統(tǒng)評價,人機系統(tǒng)評價可從以下幾個方面進行。(1)作業(yè)效能的改善合理地分配作業(yè)，正確的機器設(shè)計，良好的環(huán)境，都會直接改善操作者的作業(yè)效能。(2)降低培訓(xùn)費用良好的人機匹配設(shè)計和作業(yè)程序設(shè)計，會降低操作者達到作業(yè)標準所需要的培訓(xùn)

21、費用和時間。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,人機系統(tǒng)評價,(3)改善人力資源的利用率 良好的作業(yè)程序和工具設(shè)汁可以降低對操作者的特殊能力和專項技能的要求，因此使更好地利用人力資源成為可能。通?？捎美萌肆Y源的百分數(shù)作為評價人機系統(tǒng)設(shè)計的因素之一。(4)減少事故和人為錯誤 人機系統(tǒng)分析和設(shè)計包括人為錯誤的分析，是從設(shè)計上減少事故和人為錯誤的可能性的方法之。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,人機系統(tǒng)評價,(5)提高生產(chǎn)效率 人機系統(tǒng)的效率提高當然會提高生產(chǎn)效率。(6)提高使用者的滿意度 使用者的心理壓力與系統(tǒng)設(shè)計直接相關(guān)。對抗性的人機關(guān)系，低的效率的作業(yè)，造成心理上的挫折情緒，從而

22、降低人機系統(tǒng)的效能。良好的人機關(guān)系可以提高作業(yè)效率，產(chǎn)生滿意心理。,人機系統(tǒng)總體設(shè)計,人機系統(tǒng)檢查與評價,人機系統(tǒng)評價方法,試驗法 模擬裝置法 實際運行測定法,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,一、人-自行車系統(tǒng)組成 自行車的功能是供人騎行，就發(fā)揮自行車的功能作用而言，把人看作自行車的組成部分是完全合理的。因此，人在騎車時組成了人-車系統(tǒng)，該人-車系統(tǒng)中的人-車界面關(guān)系可由下圖進行分析。,自行車設(shè)計案例分析,1人與支撐部件關(guān)系 支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是自行車的構(gòu)架。支撐部分將其他零部件固定在相互間正確的位置上，保證自行車的整體性，實現(xiàn)自行車的功能。從人機關(guān)系來看，鞍座、

23、車把和車架等的位置和大小，以及它們間的相互關(guān)系，與騎車人的位置和肌肉的動作有著密切的聯(lián)系。 人坐的位置怎樣合適？ 車架多高腳蹬起來用力才方便？ 手握車把的距離多長才合適？,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,2人與動力接受部件關(guān)系 動力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動力是靠騎車人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運動的力使曲柄轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的。為了使人省力和有舒適感，必須在騎自行車人的體格和體力與自行車元件的尺寸關(guān)系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運動與曲柄轉(zhuǎn)動之間的能量轉(zhuǎn)換問題。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,3 人與傳動部件關(guān)系 傳動部件主要是滾珠、鏈條和鏈輪。人的作用力是通過鏈條和鏈輪傳動而

24、帶動后輪轉(zhuǎn)動，從而使自行車前移。傳動部分的設(shè)計關(guān)鍵是要有較高的傳動效率和可靠性，且有易操縱的變速機構(gòu)。保證較高的傳動效率，才能使人用一定的肌力而獲得較大的輸出功率。 。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,4 人與工作部件關(guān)系 工作部件就是車輪，即車圈、輪胎等。絕大部分輪胎是充氣的，少數(shù)是實心的。車輪一方面把騎車人的肌肉力量，有效地轉(zhuǎn)換為同地面接觸而向前運動的力；另一方面將騎車人的握力轉(zhuǎn)換為與接地部分所產(chǎn)生的剎車阻力。在設(shè)計自行車的各部分尺寸、車閘及變速器等時，應(yīng)該著眼于騎車人一動力一傳動一工作的連貫性，才可能設(shè)計出同騎車人手的大小或握力相適應(yīng)的閘把、剎車力適當?shù)能囬l，才不會發(fā)生剎車阻力不

25、夠而造成失誤現(xiàn)象。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,二、影響自行車性能的人體因素 影響自行車性能的人體因素很多，如下圖所示。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,1人的體格因素 以身高 H 為基本因素，其他身體的能力與 H 成比例，并有與H2、 H3成比例的特性。如手臂、腿、氣管等的長度與身高成比例，從而以骨關(guān)節(jié)為中心所產(chǎn)生的力矩、步幅等，都取決于H的大小。肌肉、大動脈、骨骼的截面積以及肺泡的表面積等都可看成與 H2成比例。肺活量、血液量、心臟容量等都可看成與 H3成比例。體格對出力性能的影響，從理論上講，彈跳能力與H成比例，速度能力與 H2成比例，做功能力和 H3成比例。但實際上

26、因每個人身體素質(zhì)不同，常有20以上的偏差。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,2人的下肢肌力 自行車騎行的原動力，主要是騎車人的下肢肌力。人騎車時，骨骼肌肉內(nèi)部的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為肌肉收縮的機械能。自行車腳蹬的轉(zhuǎn)動就是通過腿肌收縮出力而完成的，一般說腿肌長的人比腿肌短的人有利。肌肉收縮時產(chǎn)生的力，一般與肌肉的截面積成比例，約為每平方厘米40-50N ，通過一定訓(xùn)練的人可提高到65N 。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,3人的輸出功率 人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢、持續(xù)時間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kW ) ，能持續(xù)

27、10s左右。如果持續(xù)時間長，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 0.1-0.2馬力（0.07-0.15kW）。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,4人的腳踏速度 自行車運動是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關(guān)系。健康人的心臟跳動為70 次min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉(zhuǎn)動較為合適。設(shè)計時以這一常用速度來確定相關(guān)設(shè)計參數(shù)。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,5人的平衡機能 騎車人本身的平衡機能是影響自行車性能的重要因素，如果缺少平衡機能，哪怕是運動性能很好的自行車也不能平穩(wěn)行駛；若人有很好的平衡機能，卻可掩蓋自行車設(shè)計上的某些缺陷。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行

28、車設(shè)計案例分析,6人的手和握力 影響剎車性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和兒童，手的大小和握力都不相同。據(jù)試驗，為了長時間施閘而不致使手有疼痛的感覺，希望只用最大握力的10左右便能得到必要的減速度。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,7 人的疲勞 人體疲勞和疼痛是對騎車出力性能的不利因素，其產(chǎn)生原因有人體因素，也有自行車結(jié)構(gòu)因素。疲勞和疼痛一般是由于部分肌肉負擔過大，騎車姿勢不合適，以及體重對鞍座的體壓分體不合適等引起的。此外，影響出力因素還有人的最大攝氧量。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,三、自行車設(shè)計結(jié)構(gòu)要素分析 影響自行車性能的因素除了上述人的因素外，還有許多機械因素，如下圖所示。為了獲得自行車較佳的性能，必須把人的因素與機械因素有機地結(jié)合起來，以使人一車協(xié)調(diào)。,人機工程學(xué)總體設(shè)計,自行車設(shè)計案例分析,1速比 大小鏈輪的齒數(shù)比，與鏈輪直徑比相一致，一般控制在2.3-4.0的范圍內(nèi)。利用速比關(guān)系可取得騎行時所必要的功率和必要的速度。速