公交车尺度等人机要素的分析比较

Question

如题所述

Answer 1

人机要素的分析比较

1．1 人机工程学名称及定义
人机工程学是研究"人一机(泛指人造的物品)一环境"的一门交叉性学科。在我国，由于资料来源及研究、应用的侧重点不同，所以译名也不尽相同，如把美国的"Human Engineering"译为"人类工程学"或"人体工程学"；原苏联及东欧国家的"Engineering Psychology"一般译为"工程心理学"；日本的相应学科译为"人间工学"等。目前国际上较为通用的名称是采用西欧各国的命名"Ergonomics"，这个单词是1950年1月14日在英国剑桥大学召开的一次会议上，由世界各国著名学者共同创造的，它是由希腊语中的两个词根"Ergon"(工作、出力)和"Nomics"(规律、正常化)构成的。这个词的基本含义是"工作规律"或"出力正常化"，所以在我国也有将该学科定名为"人类工效学"或"工效学"。本书将这一学科定名为"人机工程学"(简称人机学)。目前，"人机工程学"术语已被我国广大科技工作者所接受，并成为工程技术界较为通用的名称。
人机工程学研究的中心问题是优化人机关系，把人的因素作为产品设计的重要参数，从而为产品设计提供一种新的理论依据和方法。为了对人机学的认识更加明确，下面将国际人类工效学学会(Intemational Ergonomics Association，简称lEA)界定本学科研究的范围引录如下："人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素，研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中，家庭生活中和闲暇时间内怎样统一考虑工作效率，人的健康、安全和舒适等问题的学科。"由此可见，人机学的研究范围很广，涉及的学科领域很多，是一门多学科相互渗透的交叉性学科。

1．2 人机工程学的发展简史
从总体上看，人机学的研究和发展大致可划分为三个阶段。
第一阶段是以"人如何适应机器"为特点进行研究的。其中比较典型的是"铁锹作业试验研究"。1898年美国学者泰罗(TrederickW．Taylor)曾对铁锹的使用效率进行研究，他用形状相同而铲量不同的四种铁锹(每次可铲重量分别为5kg、10kg、17kg和30kg)，分别去铲同样一堆煤(图6．1)。试验结果，用10kg的铁锹铲煤效率最高，开创了人机学研究的先河。继之，吉尔布雷斯(Frank B．Gilbreth)通过高速摄影机将建筑工人的砌砖动作拍摄下来，并对其中有效动作和无效动作进行分析研究，提出合理方案，从而使工人的砌砖速度提高近3倍。泰罗和吉尔布雷斯的试验研究成果为人机学的建立奠定了基础。
第二阶段是以"机器如何适应人"为特点进行研究的。科学技术的发展，使机器的性能、结构越来越复杂，人与机器的信息交换量也越来越大，这样单靠人去适应机器已很难达到目的。据统计，美国在第二次世界大战中飞机事故率的80％是由于人机工程方面的原因造成的。因此人们在一边加强操作技能适应性训练的同时，又不得不聘请解剖学家、生理学家、心理学家为机器设计出谋献策，提供适合操作人员生理、心理需要的设计参数。这样，就相继出现了"实验心理学"、"人体测量学"等学科。1957年，美国的麦克考·米克发表了第一部关于人机学的专著《Eronomics》，标志着这一学科已进入了较为成熟的阶段。

第三阶段是以"人－机－环境系统"为特点进行研究的。即在充分考虑人与机相互关系的同时，还要考虑到各种环境因素(如声、光、气体、温度、色彩、辐射等)以及在高空或水下作业的生命保障系统等。这样，就把人机相互适应的柔性设计提高到人一机一环境的系统设计高度，以求得到最佳的人机系统综合使用效能。

图6.1 铁锹作业试验

1．3 人机工程学的研究内容
人机学研究的主要内容就是"人－机－环境"系统，简称人机系统(Man-machine system)。构成人机系统"三大要素"的人、机、环境，可看成是人机系统中三个相对独立的子系统，分别属于行为科学、技术科学和环境科学的研究范畴。根据系统学第一定律知道：系统的整体属性不等于部分属性之和，其具体状况取决于系统的组织结构及系统内部的协同作用程度。因此，研究人机学应该做到既研究人、机、环境每个子系统的属性，又研究人机系统的整体结构及其属性。力求达到人尽其力，"机"尽其用，环境尽其美，使整个系统安全、高效，且对人有较高的舒适度和生命保障功能。最终目的是使系统综合使用效能最高。
综上所述，可将人机学研究的主要内容归纳为"人的因素"研究，"'机'的因素"研究，"环境因素"研究以及"综合因素"研究等四个方面。

1)人的因素
①人体尺寸参数 主要包括动态和静态情况下人的作业姿势及空间活动范围等，它属于人体测量学的研究范畴。
②人的机械力学参数 主要包括人的操作力、操作速度和操作频率，动作的准确性和耐力极限等，它属于生物力学和劳动生理学的研究范畴。
③人的信息传递能力 主要包括人对信息的接受、存贮、记忆、传递、输出能力，以及各种感觉通道的生理极限能力，它属于工程心理学的研究范畴。
④人的可靠性及作业适应性 主要包括人在劳动过程中的心理调节能力，心理反射机制，以及人在正常情况下失误的可能性和起因，它属于劳动心理学和管理心理学研究的范畴。
总之，"人的因素"涉及的学科内容很广，在进行产品的人机系统设计时应科学合理地选用各种参数。

2)"机"的因素
①操纵控制系统 主要指机器接受人发出指令的各种装置，如操纵杆、方向盘、按键、按钮等。这些装置的设计及布局必须充分考虑人输出信息的能力。
②信息显示系统 主要指机器接受人的指令后，向人作出反馈信息的各种显示装置，如模拟显示器、数字显示器、屏幕显示器，以及音响信息传达装置、触觉信息传达装置、嗅觉信息传达装置等。无论机器如何把信息反馈给人，都必须快捷、准确和清晰，并充分考虑人的各种感觉通道的"容量"。
③安全保障系统 主要指机器出现差错或人出现失误时的安全保障设施和装置。它应包括人和机器两个方面，其中以人为主要保护对象，对于特殊的机器还应考虑到救援逃生装置。
3)环境因素
环境因素包含内容十分广泛，无论在地面、在高空或在地下作业，人们都面临种种不同的环境条件，它们直接或间接地影响着人们的工作、系统的运行，甚至影响人的安全。一般情况下，影响人们作业的环境因素主要有以下几种：
①物理环境 主要有照明、噪声、温度、湿度、振动、辐射、粉尘、气压、重力、磁场等。
②化学环境 主要指化学性有毒气体、粉尘、水质以及生物性有害气体、粉尘、水质等。
③心理环境 主要指作业空间(如厂房大小，机器布局，道路交通等)，美感因素(如产品的形态、色彩、装饰以及功能音乐等)。此外还有人际关系等社会环境对人心理状态构成的影响。

4)综合因素
综合因素主要应考虑以下几方面情况：
①人机间的配合与分工(也称人机功能分配) 人机功能分配，应全面综合考虑人与机的特征及机能，使之扬长避短，合理配合，充分发挥人机系统的综合使用效能。

表 6.1 人机特征性能比较

比较内容 人 的 特 征 机 器 的 性 能
感受能力 人可识别物体的大小、形状、位置和颜色等特征，并对不同音色和某些化学物质也有一定的分辨能力
接受超声、辐射、微波、磁场等信号，超过人的感受能力
控制能力 可进行各种控制，且在自由度，调节和联系能力等方面优于机器，同时，其动力设备和效应运动完全和为一体，能“独立自主” 操纵力，速度，精密度，操作数等方面都超过人的能力，但不能“独立自主”，必须外加动力源才能发挥作用
工作效能 可依次完成多种功能作业，但不能进行高阶运算，不能同时完成多种操纵和在恶劣条件下作业 能在恶劣环境下工作，可进行高阶运算和同时完成多种操纵控制，单调、重复的工作也不降低效率
信息处理 人的信息传递率一般位6bit/s左右，接受信息的速度约20个/s,短时间内能同时记住信息约10个，每次只能处理一个信息 能存储信息和迅速取出信息，能长期存储，也能一次废除。信息传递能力、记忆速度和保持能力都比人高很多
可 靠 性 就人脑而言，可靠性和自动结合能力都远远超过机器。但工作过程中，人的技术高低，生理及心理状况等对可靠性都有影响。可处理意外的紧急事件
经可靠性设计后，其可靠性高，且质量保持不变。但本身的检查和维修能力非常薄弱，不能处理意外的紧急事件
耐 久 性 容易产生疲劳，不能长时间的连续工作，且受年龄，性别与健康状况等因素的影响 耐久性高,能长期连续工作，并大大超过人的能力

表6．1列出人与机的特征机能比较，可供设计时选用参考。

根据列表分析比较可知，人机合理分工为：凡是笨重的、快速的、精细的、规律的、单调的、高阶运算的、操作复杂的工作，适合于机器承担；而对机器系统的设计、维修、监控、故障处理，以及程序和指令的安排等，则适合于人来承担。
②人机信息传递 是指人通过执行器官(手、脚、口、身等)向机器发出指令信息，并通过感觉器官(眼、耳、鼻、舌、身等)接受机器反馈信息。担负人机信息传递的中介区域称之为"人机界面"(图6．2)。
由图6．2我们不难看出，人机界面至少有三种。即操纵系统人机界面、显示系统人机界面和环境系统人机界面。目的是使人与机器的信息传递达到最佳，使人机系统的综合效能达到最高。
③人的安全防护 人的作业过程是由许多因素按一定规律联系在-起的，为了共同的目的而构成一个有特定功能的有机整体。因此，在作业过程中只要出现人机关系不协调，系统失去控制，就会影响正常作业，轻则发生事故，影响工效，重则机器损坏，人员伤亡。运用间接安全技术措施，使设备从结构到布局，均能保证其危险部位不被人体触及到，避免事故发生。其中较常用的方法就是设置安全防护空间距离。一般来说，设置安全防护空间距离主要有两个方面问题，一是防止人体触及机械危险部位的间隔，也称机械式安全防护距离，它主要取决于人体测量参数；二是使人体免受非触及机械性有害因素影响的间隔，也称传播式安全防护距离。它主要包括超声波危害、电离辐射危害以及尘毒危害等。
机械式安全防护距离的设置见各表和图。

上伸可及安全距离（图6.3） 探越可及安全距离（图6.4，表6.2） 上肢安全距离(表6.3) 穿越孔隙可及安全距离(表6.4)(表6.5) 夹缝挤压安全距离（表6.6）

表6.2

表6.3

图6.4

表6.5

表6.6

1．4 人体尺寸及其应用
1)人体测量尺寸介绍
人体尺寸是人体测量学工作者辛勤劳动的结晶，它对工业产品设计，作业空间设计以及各类机具设计都有重要意义。我国于1988年12月10日发布了《中国成人人体尺寸》标准(GBl000-88)。由于我国幅员辽阔、人口众多，人体尺寸的地域差异也较大，因此，该标准又分为"全国统一人体尺寸标准"和"分区人体尺寸标准"两个系列，其主要数据摘录于表6.7和表6.8。
2)人体尺寸的比例计算法介绍
随着国际贸易和国内外旅游业的不断扩大，在产品设计中，不同国家、不同民族的人体尺寸是不容忽视的重要参数之一，下面介绍一些常用的具有实际参考意义的计算公式。
(1)中国人体尺寸比例计算法
设中国成人站立时(立姿)身高为Hmm，则中国成人人体各部分尺寸如下(图6．6)

人体尺寸应用中应考虑的因素
人体尺寸是千变万化的，因而一件用品的某一项设计，可能有的人使用起来很方便，而有的人则感到难以使用，为了尽量减少这种现象产生，人体测量学工作者根据人体尺寸一定的分布规律，借助正态曲线的概率分配来进行计算。用"平均值"来决定基本尺寸，用"标准差"作为尺寸的调整量，用"百分位"来选择最大比例的人群适用范围等。
①平均值 平均值表示全部被测数值的算术平均值，它是测量值分布最集中区，也是代表一个被测群体区别于其它群体的独有特征。按平均值设计的产品尺寸只能适合于50％的人使用，另有50％的人不适合。
②标准差 标准差表明一系列变化数距平均值的分布状况或离散程度。标准差大，表示各变数分布广，远离平均值；标准差小，表示变数接近平均值。一般只能根据需要按-部分人体尺寸进行设计，这部分尺寸占整个分布的一部分，这部分被称为适应度。例如，适应度90％是指设计适应90％的人群范围，而对5％身材矮小和5％身材高大的人则不能适应(图6．7)。
③百分位 百分位表示在某一人体尺寸范围内，使用者中有百分之几等于或小于该给定值。例如，中国成人男子身高95百分位为1775mm，它表示这一年龄组男性成人中身高等于或小于1775mm者占95％，大于此值的人只占5％。通常情况下，紧急出口的尺寸应取95百分位或99百分位，以便个子大的人能出得去，而公共汽车上拉手的高度尺寸则应取5百分位或2.5百分位，以便个子小的人能够得着。

2 显示器设计
显示器的功用是将机器的工作状态显示给操作者。根据操作者接受信息显示的感觉通道不同，显示器一般可分为：视觉显示器、听觉显示器、触觉显示器以及嗅觉显示器等。
从设计的角度来看，视觉通道最为重要，它接受外界信息量可达人接受信息总量的85％，另外15％左右的信息量则是通过听觉、触觉、嗅觉等感觉通道获得。因此，视觉显示器设计是显示器设计的重点。