人機工程學(xué)講義8

人機系統(tǒng)設(shè)計人機系統(tǒng)設(shè)計概述人機系統(tǒng)及其設(shè)計所謂系統(tǒng)，是指由若干要素以一定結(jié)構(gòu)形式聯(lián)結(jié)構(gòu)成的具有某種功能的有機整體。系統(tǒng)具有這樣一些特點：⑴由若干基本要素（或子系統(tǒng)）組成;（2）這些要素以一定形式、方法、結(jié)構(gòu)組成一個整體；⑶這一整體具有不同于各組成要素的新的功能。人機系統(tǒng)即是由“人”與“機”兩個子系統(tǒng)構(gòu)成的（這兩個子系統(tǒng)又分別由各自的要素構(gòu)成）的一個整體系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，“人”與“機”相互聯(lián)系、相互作用，共同完成特定的目標(biāo)同時，這個系統(tǒng)還受到外界環(huán)境的影響和作用。人機系統(tǒng)設(shè)計就是在研究“人”、“機”子系統(tǒng)各自的功能和特點的基礎(chǔ)上，研究在環(huán)境因素的影響和作用下，它們之間相互聯(lián)系、相互作用形成有機整體并實現(xiàn)功能的方式。人機系統(tǒng)設(shè)計的要素.系統(tǒng)目標(biāo)分析人機系統(tǒng)，首先從系統(tǒng)的總目標(biāo)開始，明確系統(tǒng)總的目標(biāo)性能，進(jìn)一步分析系統(tǒng)應(yīng)具備的功能以及實現(xiàn)這些功能的途徑。人機系統(tǒng)的功能分析往往是屬于多層次的，必須逐層分析到各個子系統(tǒng)的每個組成部分的零部件及每個操作人員的有關(guān)生理、心理特點。具體人機系統(tǒng)的麻一般是特定勺,如工人與車床構(gòu)成的系統(tǒng)是為了完成某個零件的加工，駕駛員與汽車構(gòu)成的系統(tǒng)是為了完成人或貨物的運輸。此外，人機系統(tǒng)還有對安全、舒適、經(jīng)濟和效率的要求。安全，是指不出現(xiàn)對人體的生理危害或傷害，保障人工的健康，并避免嚴(yán)重事故的發(fā)生；舒適，是指滿足人的生理和心理要求、使人處于最佳的工作狀態(tài)；國濟，是在滿足系統(tǒng)技術(shù)要求的前提下，盡可能使制造、使用和維護(hù)的成本降到最低，創(chuàng)造更大的利益；國，是指提高人的丁一作效率與質(zhì)量，在盡可能短的時間和小的投入下，完成盡可能數(shù)量多和質(zhì)量好的任務(wù)。.人與機肯定人機系統(tǒng)中人的主導(dǎo)地位和作用|，是人機工程學(xué)的一個基本思想前提人機系統(tǒng)設(shè)計主要是處理系統(tǒng)中的人和人機界面等關(guān)系的，而不是系統(tǒng)的全部硬件。|強調(diào)人的特性和限度，為人設(shè)計;讓人的因素貫穿設(shè)計的全過程，是人機工程學(xué)的重要實踐原則。.人機界面人與機通過人機界面聯(lián)系在一起。如顯示器將機器工作的信息傳遞給人，實現(xiàn)機一人信息傳遞；人通過控制器將自己的決策信息傳遞給機器，實現(xiàn)人一機信息傳遞。因此，人機界面的設(shè)計主要是指顯示、控制以及它們之間的關(guān)系的設(shè)計，要使人機界面符合人機信息交流的規(guī)律和特性。.環(huán)境“環(huán)境”往往被作為人機系統(tǒng)的干擾因素來理解。一般地說，當(dāng)環(huán)境不對人產(chǎn)生干擾時，則人對環(huán)境無異常感覺，表明環(huán)境是宜人的。I排除環(huán)境的不利影響，是設(shè)計工作的主要任務(wù)之一。而人機工程學(xué)在發(fā)展過程中，也開始主動地設(shè)計系統(tǒng)環(huán)境，以使人更加感到舒適和愉悅，調(diào)動人的情緒，提高作業(yè)質(zhì)量和效率。7.1.3人機系統(tǒng)設(shè)計的范疇.人機功能分配在人機系統(tǒng)中，|充分發(fā)揮人與機械各自的特長，互補所短，以達(dá)到人機系統(tǒng)整體的最佳效率與總體功能這是人機系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，稱為人機功能分配。人機功能分配必須建立在對人和機械特性充分分析比較的基礎(chǔ)上(表7.1)。一般地說，靈活多變、指令程序編制、系統(tǒng)監(jiān)控、維修排除故障、設(shè)計、創(chuàng)造、辨認(rèn)、調(diào)整以及應(yīng)付突然事件等工作應(yīng)由人承擔(dān)，速度快、精密度高、規(guī)律性的、長時間的重復(fù)操作以及高階運算、危險、笨重等方面的工作應(yīng)由機械來承擔(dān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在人機系統(tǒng)中，人的工作將逐漸被機械所替代，從而使人逐漸從各種不利于發(fā)揮人的特長的工作崗位上得到解放。/7.1人機特性比較能力機的特性人的特性桅測物理量的檢測范圍廣,而且精確；可檢測電曲波等人無法想知的物理域具有與認(rèn)知宜接聯(lián)系的檢測能力?憑夠官接受信號，掌握標(biāo)液困雉,易出錯操作在力盤、速度，精確、攝作范圍、耐久性等方面遠(yuǎn)比人優(yōu)越：處理特定對象比人優(yōu)越，但處理不確定形體則不如人肢體具宥許搴自由度,可在三維空間內(nèi)進(jìn)行多種運動.可進(jìn)行微妙的協(xié)調(diào)；可亞活操作不精定形體信息處理按頓或程序可進(jìn)行快速、點確的數(shù)據(jù)處理F可世時間正確記憶?反應(yīng)速度快r學(xué)習(xí)能力較低，靈活性差 具有抽象、歸納能力以及聯(lián)想、創(chuàng)他等高級思維能力*記憶力有限］需要反應(yīng)時間.具有很強的學(xué)用施力+靈活性強侍續(xù)性可連續(xù)、穩(wěn)定、性期運轉(zhuǎn)，也需要適當(dāng)?shù)木S修保養(yǎng)i可進(jìn)行單調(diào)的強復(fù)性作業(yè) _易疲勞，鹿以氏時間保持常強狀態(tài)，需要休息、保健.和娛樂；不造合從事刺懣小、單調(diào)乏味的作業(yè)可用性如設(shè)it合理，對特定的作業(yè)可需性高］無法處理海外事件卜不易出錯，但一旦出情不易修正；與成本有關(guān) 在緊急交發(fā)情況下可括性差.應(yīng)變性強；容易出錯，但出錯后能主動修正f與生理和心理條件，統(tǒng)匿有關(guān)，再個體差舁能力機的特性大的特控_效率m3輸出極大和極小的功率；可久根據(jù)目的粒計必翼的功能?避免浪費；設(shè)計、制造到運轉(zhuǎn)需要一定周期 _適于功率小于100W的輕巧的作業(yè)；人是煤合整體，有#種功能.需要補充能耗】需要教育和訓(xùn)埠適應(yīng)性特定用船難單改變?比較容易進(jìn)行改造相革新通過救7Tm陳，克宓方面的適應(yīng)隹力，改變句慣定型比較用碓 _ 環(huán)境能造應(yīng)各種環(huán)境條存，可在廖劣和危險蝴境下工作要求安全.健娛和舒適的環(huán)境，但時特定環(huán)境能較快適應(yīng) 成本包括他置冊、運轉(zhuǎn)和保赭麻修胭【一旦出現(xiàn)事故r只失去本身僑值包括工貿(mào)、福利和教育培訓(xùn)我］一旦出現(xiàn)仇害?粗失可能無法討其 功能分配也稱為劃定人機界限通常應(yīng)考慮：⑴人與機械的性能、負(fù)荷能力、潛力及局限性;(2)人進(jìn)行規(guī)定操作所需的訓(xùn)練時間和精力限度;⑶對異常情況的適應(yīng)性和反應(yīng)能力的人機對比;(4)人的個體差異的統(tǒng)計；(5)機械代替人的效果和成本等。一般認(rèn)為，用機械代替人，在等效、等質(zhì)條件下，符合下列公式才是經(jīng)濟可行的：設(shè)備原值X(折舊率+大修率)+設(shè)備能耗+設(shè)備維修保養(yǎng)費+設(shè)備原值的銀行利率〈人工工資+工資附加費+社會保險費人機功能分配的結(jié)果形成了由人、機共同作用而實現(xiàn)的人機系統(tǒng)功能?，F(xiàn)代人機系統(tǒng)的功能包括信息接收、儲宿處理、反饋和輸入、輸出以及執(zhí)行等。.人機匹配為使人機系統(tǒng)總體效能最優(yōu)，必須使機械設(shè)備與操作者之間達(dá)到最佳配合，即達(dá)到最佳人機匹配。人機匹配包括：|顯示器與人的信息通道特性的匹配，控制器與人體運動特性的匹配，顯示器與控制器之間的匹配，環(huán)境與操作者適應(yīng)性的匹配，人、機、環(huán)境要素與作業(yè)之間的匹配等。要選用最有利于發(fā)揮人的能力、提高人的操作可靠性的匹配方式來進(jìn)行設(shè)計。應(yīng)充分考慮到有利于人能很好地完成任務(wù)，既能減輕人的負(fù)擔(dān)又能改善人的工作條件。在產(chǎn)品設(shè)計中，必須基于人的因素，使人既舒適又高效地工作。隨著科技的不斷發(fā)展，將會使人機配合、人機對話進(jìn)人新的階段，使人機系統(tǒng)形成一種新的組成形式人與智能機的結(jié)合以及人類智能與人工智能的結(jié)合，從而使人在人機系統(tǒng)中處于新的地位。.人機界面設(shè)計人機界面設(shè)計必須解決好兩個主要問題，即人控制機械和人接收信息。前者主要是指控制器要適合于人的操作，應(yīng)考慮人進(jìn)行操作時的空間與控制器的配置。例如，采用坐姿腳動的控制器，其配置必須考慮腳的最佳活動空間而采用手動控制器，則必須考慮手的最佳活動空間。后者主要是指顯示器的配置如何與控制器相匹配，使人在操作時觀察方便，判斷迅速準(zhǔn)確。人機界面設(shè)計主要是指顯示、控制以及它們之間的關(guān)系的設(shè)計|。［作業(yè)空間設(shè)計、作業(yè)分析等也是人機界面設(shè)計的內(nèi)容。.系統(tǒng)的評價 L「? 「人機系統(tǒng)設(shè)計完成后要進(jìn)行分析評價，評價的方法很多，通常分為3類：實驗法、|模擬裝置法和實際運行測定法。(1)實驗法一般在設(shè)計或開發(fā)過程的初期階段進(jìn)行，通過分析各種裝置和操作者的特性，進(jìn)行評價，確定系統(tǒng)的功能。實驗法可限定實驗條件和實驗范圍，實驗因素可作各種組合，在大體相同的實驗條件下可再現(xiàn)。實驗中可準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)，把握現(xiàn)象，探求因果關(guān)系，判定問題焦點，費用較低。但由于實驗室的作業(yè)條件是人為的，在許多場合下，不能再現(xiàn)人的不安、應(yīng)激、異常環(huán)境和輔助條件等。(2)模擬法|模擬法是在一個系統(tǒng)完成之前，通過計算機或?qū)嵨锬Ｐ突騼烧呓M合進(jìn)行系統(tǒng)評價，以謀求系統(tǒng)最佳化。模擬法能在實際的或逼真的裝置上進(jìn)行真實作業(yè)模擬，能較真實地進(jìn)行交互作用研究，能有效地模擬系統(tǒng)特有的問題，以此對各種設(shè)計進(jìn)行修改。但由于模擬裝置是為特定系統(tǒng)設(shè)計的，因此不能在很寬的范圍內(nèi)改變變量，難以得出一般性結(jié)論。1(3)實際運行測定法|實際運行測定法，是在系統(tǒng)能夠操作使用的階段，通過試驗性操作、運轉(zhuǎn)進(jìn)行評價，以發(fā)現(xiàn)設(shè)計上的差錯|。實際運行測定法是在實際運行狀態(tài)下觀察到的行動，其真實性高。但該法難以設(shè)定控制要素與偶然性要素兩者相容的條件，不能重復(fù)設(shè)定環(huán)境條件和試驗條件|，因此有一定風(fēng)險。從工效學(xué)角度對系統(tǒng)進(jìn)行分析、評價的方法還有很多。定性的分析方法有人的失誤分析法、時間線圖法、連接分析困操作順序麗功能流程圖等；定量分析方法有：功能分析法、|人機可|靠性分析法|、|人機信息傳遞法、人的因素可靠性分析法、環(huán)境指數(shù)評價法等。7.2人機系統(tǒng)設(shè)計的基本原則GB/T16251-1996《工作系統(tǒng)設(shè)計的人類工效學(xué)原則》中規(guī)定了與人的生活質(zhì)量、安全和健康有關(guān)的工作系統(tǒng)設(shè)計的一般指導(dǎo)原則。工作空間和工作設(shè)備的設(shè)計.與身體尺寸有關(guān)的設(shè)計對工作空間和工作設(shè)備的設(shè)計，應(yīng)考慮到在工作過程中身體尺寸的因素。工作空間應(yīng)適合于操作者，特別是下列各點：⑴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。座位、工作面和/或工作臺應(yīng)設(shè)計得能保證適宜的身體姿勢。即身體軀干自然直立，身體重量能適當(dāng)?shù)氐玫街?，兩肘置于身體兩側(cè)、前臂呈水平狀。(2)座位裝置應(yīng)調(diào)節(jié)到適合于人的解剖、生理特點。⑶應(yīng)為身體的活動，特別是頭、手臂、手、腿和足的活動提供足夠的空間。(4)操縱器應(yīng)設(shè)置在機體功能可及的范圍內(nèi)。(5)把手和手柄應(yīng)適合于手功能的解剖學(xué)特性。.有關(guān)身體姿勢、肌力和身體動作的設(shè)計工作設(shè)計應(yīng)避免肌肉、關(guān)節(jié)、韌帶以及呼吸和循環(huán)系統(tǒng)不必要的或過度的緊張，力的要求應(yīng)在生理條件所允許的范圍內(nèi)，身體的動作應(yīng)遵循自然節(jié)奏，身體姿勢、力的使用與身體的動作應(yīng)互相協(xié)調(diào)。1)身體姿勢主要應(yīng)注意下列各點：⑴操作者應(yīng)能交替采用坐姿和立姿。如果必須兩者擇一，則通常坐姿優(yōu)于立姿，然而工作過程也可能要求立姿。也)如果必須施用較大的肌力，則應(yīng)通過采取合適的身體姿勢和提供適當(dāng)?shù)纳眢w支撐，使通過身體的力鏈或力矩矢量最短或最簡單。⑶避免因身體姿勢造成長時間靜態(tài)肌緊張所致的疲勞，應(yīng)該可以變換身體姿勢。2)肌力I主要應(yīng)注意下列各點：⑴力的要求應(yīng)與操作者的肌力相適合。(2)所涉及的肌肉群必須在肌力上能滿足力的要求。如果力的要求過大，則應(yīng)在工作系統(tǒng)中引入助力裝置。⑶應(yīng)該避免同一肌肉群處于長時間靜態(tài)性緊張狀態(tài)。3)身體動作主要應(yīng)注意下列各點：⑴身體各動作間應(yīng)保持良好的平衡，為了長時間能維持穩(wěn)定，最好能變換動作。(2)動作的幅度、強度、速度和節(jié)拍應(yīng)相互協(xié)調(diào)。⑶對高精度要求的動作，不應(yīng)要求使用很大的肌力。(4)如適當(dāng)?shù)脑挘瑧?yīng)設(shè)置引導(dǎo)裝置，以便于動作的實施和明確其先后順序。.有關(guān)信號、顯示器和操縱器設(shè)計|1)信號與顯示器信號和顯示器應(yīng)以適合于人的感知特性的方式來加以選擇、設(shè)計和配置。尤其應(yīng)注意下列各點：⑴信號和顯示器的種類和數(shù)量應(yīng)符合信息的特性。(2)當(dāng)顯示器數(shù)量很多時，為了能清楚地識別信息，其空間配置應(yīng)保證能清晰、迅速地提供可靠的信息。對它們的排列可根據(jù)工藝過程或特定信息的重要性和使用頻度進(jìn)行安排，也可依據(jù)過程的功能、測量的種類等來分成若干組。⑶信號和顯示器的種類和設(shè)計應(yīng)保證清晰易辨，這一點對于危險信號尤其重要。應(yīng)考慮例如強度、形狀、大小、對比度、顯著性和信噪比等。(4)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。⑸在以觀察和監(jiān)視為主的長時間的工作中，應(yīng)通過信號和顯示器的設(shè)計和配置來避免超負(fù)荷和負(fù)荷不足的影響。2)操縱器操縱器的選擇、設(shè)計和配置應(yīng)與人體操作部分的特性(特別是動作)相適合，并應(yīng)考慮到|技能、準(zhǔn)確性、速度和力的要求。特別是下列各點:⑴操縱器的類型、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，包括習(xí)慣的和本能的反應(yīng)。(2)|操縱器的行程和操作阻力應(yīng)根據(jù)控制任務(wù)和生物力學(xué)及人體測量數(shù)據(jù)加以選擇。(3)控制動作、設(shè)備響應(yīng)和信息顯示應(yīng)相互適應(yīng)。(4)各種操縱器的功能應(yīng)易于辨別，避免混淆。(5)在操縱器數(shù)量很多的場合，其配置應(yīng)能確保操作的安全、明確和迅速|(zhì),并可根據(jù)操縱器在過程中的作用和使用的順序等將它們分組，其方法與信號的配置相似。(6)關(guān)鍵的操縱器應(yīng)有防誤操作保護(hù)裝置。7.2.2工作環(huán)境設(shè)計工作環(huán)境的設(shè)計應(yīng)以客觀測定和主觀評價為依據(jù)，|保證工作環(huán)境中物理的、化學(xué)的和生物學(xué)的因素對人無害，保證工作者的健康、工作能力以便于工作。對于工作環(huán)境應(yīng)特別注意以下各點：⑴工作場所的大小(總體布置、工作空間和通道)應(yīng)適當(dāng)(2)通風(fēng)應(yīng)按下列因素來調(diào)節(jié)，例如：①室內(nèi)的人數(shù);②體力勞動強度；③工作場所的大小(考慮到工作設(shè)備);④室內(nèi)污染物質(zhì)的產(chǎn)生情況；⑤耗氧設(shè)備；⑥熱條件。⑶應(yīng)按照當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件調(diào)節(jié)工作場所的熱環(huán)境，主要應(yīng)考慮:①氣溫;②空氣濕度；③風(fēng)速；④熱輻射；⑤體力勞動強度；⑥服裝、工作設(shè)備和專用保護(hù)裝備的特性。⑷照明應(yīng)為所需的活動提供最佳的視覺感受。對下列諸因素應(yīng)特別注意:①亮度；②顏色；③光分布；④無眩光及不必要的反射；⑤亮度的對比度和顏色的對比；⑥操作者的年齡。(5)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分布、視覺環(huán)境的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量、安全|色感受等的影響I。1(6)聲學(xué)工作環(huán)境應(yīng)避免有害的或擾人的噪聲的影響，包括外部噪聲的影響，應(yīng)該特別注意下列因素：①聲壓級;②頻譜；③隨時間的分布；④對聲信號的感覺；⑤語言清晰度。⑺傳遞給人的振動和沖擊不應(yīng)當(dāng)引起身體損傷、病理反應(yīng)和感覺運動神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)。(8)應(yīng)避免使工作者接觸危險物質(zhì)及有害的輻射⑼在室外工作時，對不利的氣候影響(例如熱、冷、風(fēng)、雨、雪、冰)應(yīng)提供適當(dāng)?shù)恼谘谖?.2.3工作過程設(shè)計工作過程的設(shè)計應(yīng)當(dāng)保證工作者的健康和安全，改善他們的生活質(zhì)量，增進(jìn)工作績效。特別是要防止超負(fù)荷或負(fù)荷不足。超越了操作的生理和/或心理機能范圍的上限或下限，會形成超負(fù)荷和/或負(fù)荷不足。例如：⑴軀體的或感覺的超負(fù)荷使人產(chǎn)生疲勞;(2)相反地，負(fù)荷不足使人感到工作單調(diào)，會降低警覺性。生理上和心理上施加的壓力不僅有賴于上面提到過的各種因素，而且也有賴于操作的內(nèi)容、重復(fù)程度以及操作者對整個工作過程的控制。應(yīng)該注意采用下列方法中的一種或幾種，以改善工作過程的質(zhì)量：⑴由一名代替幾名操作者來完成屬于同一工作職能的幾項連續(xù)操作(職能擴大)。(2)由一名代替幾名操作者來完成屬于不同工作職能的連續(xù)操作。例如，組裝作業(yè)后的質(zhì)量檢查可由次品檢出人員來完成(職能充實)。⑶變換工作，例如在裝配線上或工作班組內(nèi)組織工作者自愿變換工種。(4)有組織的或無組織的工間休息。在采用上述方法時，應(yīng)該特別注意下列各點：(5)警覺性的變化和工作能力的晝夜變化;(6)操作者之間工作能力上的差異以及隨年齡的變化；⑺個人技能的提高。人機系統(tǒng)設(shè)計的程序與方法人機系統(tǒng)設(shè)計的程序一般來說，人機系統(tǒng)設(shè)計程序(圖7.1)包括以下幾個方面：⑴明確系統(tǒng)的目標(biāo)，包括系統(tǒng)的功能和對安全、舒適、經(jīng)濟、效率等方面的要求。(2)調(diào)查系統(tǒng)的外部環(huán)境，了解系統(tǒng)環(huán)境的設(shè)計要求。⑶分析系統(tǒng)構(gòu)成要素的情況，了解系統(tǒng)要素的設(shè)計要求。(4)進(jìn)行系統(tǒng)分析，利用人機工程學(xué)知識對環(huán)境影響、人機聯(lián)系、作業(yè)方式等內(nèi)容加以分析。(5)分析構(gòu)成系統(tǒng)的各要素的機能特性及其約束條件，如人的最小作業(yè)空間，人的最大操作力，人的作業(yè)效率，人的可靠性，人體疲勞和能量消耗，以及系統(tǒng)費用等。(6)人與機的整體配合關(guān)系的優(yōu)化。例如，分析人與機之間作業(yè)的合理分工，人機共同作業(yè)時關(guān)系的適應(yīng)程度等。⑺人、機、環(huán)境各要素的確定。(8)利用人機工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)對系統(tǒng)的方案進(jìn)行評價，包括系統(tǒng)的完整性、可靠性、安全性、高效性、經(jīng)濟性等方面。系統(tǒng)的調(diào)查研究系統(tǒng)的規(guī)格化及構(gòu)成不合、—⑧系統(tǒng)評價圖7.1人機系統(tǒng)設(shè)計程序人機系統(tǒng)開發(fā)的主要工作在人機系統(tǒng)開發(fā)的全過程中，均應(yīng)考慮人機工程設(shè)計的問題。在開發(fā)的不同階段，人機工程設(shè)計都有相應(yīng)的工作需要完成(表7.2)。泰12人機系統(tǒng)的開發(fā)步驟系統(tǒng)開發(fā)的各前段各階段的主要內(nèi)署人機聚境設(shè)計中應(yīng)注魔的事單人機士程設(shè)計的主要工作系統(tǒng)的調(diào)查研究明確n標(biāo)系統(tǒng)對安全、爵適、經(jīng)法和效率的要求分析系蹺安方面的要求_確定任務(wù)明確系統(tǒng)的重要事項明確要求 相應(yīng)隹備與設(shè)計有關(guān)的人員、設(shè)缶,材料準(zhǔn)備團(tuán)隊構(gòu)戰(zhàn).任拓分丁一說備瀏試和系統(tǒng)規(guī)劃_系統(tǒng)的主要事頊詳細(xì)劃分系統(tǒng)的主亶事項及其性能意想系統(tǒng)的箜 分析系坡的功能對各項設(shè)想進(jìn)行比較實施累酰的輪靡及其分布圖系統(tǒng)構(gòu)思系蛻的功能分配，系統(tǒng)的人機匹配?人機交互方式對可能的構(gòu)思進(jìn)行分析評價?對各種方案進(jìn)行比較研究,對各狎性能的作也進(jìn)行分析*讖定必曹的設(shè)計因或選擇戢住設(shè)想和必要的諛詩條件人機系寬的怦町設(shè)想提山評優(yōu)的方法設(shè)想球譙計人因分析系統(tǒng)中人在生理.作業(yè)，心理等各方面的因咸推都適用的A機工程數(shù)據(jù)和餡料設(shè)計堆財人■機與作業(yè)的關(guān)系提出人機丁一程設(shè)計需唯，其于信息巧控制的研究與冥現(xiàn)方法的選擇和開坦.研究作業(yè)性能具體設(shè)計在系統(tǒng)的最終構(gòu)成中,朋調(diào)人機系統(tǒng)M加裝苴與控制裝置的選樣和設(shè)汁,人機界而設(shè)計.作業(yè)空間.作業(yè)器JL設(shè)計,作業(yè)環(huán)境設(shè)計.對宏全性，可密性的考慮系統(tǒng)評價設(shè)計評物，戰(zhàn)峭讖斷、修改意見強據(jù)評冊的分析■修改越計痛定坪階林韭,設(shè)計圖紙階段的理fh模型和模擬的人機關(guān)系評價，龍他方面的評價生產(chǎn)生產(chǎn)以上幾項為鹿_以上&項為胖使用使用、保養(yǎng) _以上幾項為準(zhǔn)以上幾項為鹿人機系統(tǒng)設(shè)計實例所謂系統(tǒng)設(shè)計，是指系統(tǒng)“地”設(shè)計，而非僅僅系統(tǒng)“的”設(shè)計。無論設(shè)計對象的大小、復(fù)雜程度，都可以將之視為一個系統(tǒng)加以分析、設(shè)計。為了更簡潔、清晰地說明人機系統(tǒng)設(shè)計的思路和方法，本節(jié)特選取相對簡單、又與日常生活結(jié)合緊密的“牙刷設(shè)計”作為案例。設(shè)計目標(biāo)實際的設(shè)計課題往往是由相應(yīng)的企業(yè)提出并委托設(shè)計的，因此企業(yè)對于設(shè)計的要求是不可忽視的前提。本項目由一家國內(nèi)家庭用品公司委托設(shè)計，根據(jù)企業(yè)的特點，其對設(shè)計的要求主要包括：(1)面向一般家庭日常生活中成人用牙刷的市場。

(2)產(chǎn)品供內(nèi)銷和出口，應(yīng)能滿足不同地域的廣大用戶對于牙刷的需求。⑶除了實現(xiàn)使用上的便捷性和舒適性，設(shè)計方案還應(yīng)具有特色，以增強產(chǎn)品的競爭力。(4)決定日用小產(chǎn)品的競爭力的另一主要因素是成本，因此必須以盡可能低的成本實現(xiàn)盡可能好的效果。(5)具有良好的工程可行性和可靠性。另一方面，作為日常使用的產(chǎn)品，用戶對于牙刷的需求也是至關(guān)重要的，是人一牙刷系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。經(jīng)過調(diào)研，一般家庭成年用戶對于牙刷的主要要求包括：⑴功能需求：能夠較好地滿足清潔牙齒和口腔保健的功能一些簡單、實用的附加功能，如清潔舌苔、按摩牙齦或便于使用的附加功能、如便于放置、保持衛(wèi)生。以上這些日漸受到重視。(2)生理需求：刷頭(刷毛)和手柄使用方便、安全、健康、舒適。⑶心理和情感需求：具有較強的新穎性和審美性，滿足當(dāng)代用戶的審美趣味。⑷其他：價格合適，性能可靠。根據(jù)以上要求，可以明確牙刷設(shè)計的系統(tǒng)目標(biāo)I如下:⑴功能性目標(biāo)：首先必須能夠較好地滿足清潔牙齒和口腔保健的功能，在此基礎(chǔ)上可在不增加成本、不提高工藝要求的前提下適當(dāng)增加實用功能。(2)安全性目標(biāo)：牙刷頭部外形應(yīng)光滑、無銳邊、無毛刺，刷柄尾部形狀不能對人體造成傷害，產(chǎn)品中可溶碑、鎘、銘、鉛、汞或這些元素組成的任何可溶性化合物的元素含量不得超標(biāo)。⑶衛(wèi)生性目標(biāo)：刷毛、刷柄、刷頭不應(yīng)脫色牙刷各部位應(yīng)容易清潔，不易藏污納垢。(4)舒適性目標(biāo)：刷頭和刷毛應(yīng)使口腔感到舒適，刷柄應(yīng)容易把握、不易打滑、手感舒適，牙刷形狀應(yīng)使人在刷牙時的姿勢和動作自然輕松。⑸審美性目標(biāo)：應(yīng)通過牙刷的造型、色彩、材質(zhì)、裝飾、語義等的設(shè)計使人感到心理愉悅。(6)其他目標(biāo)：工程性好，經(jīng)濟性好。系統(tǒng)分析.刷頭刷頭的形狀一般為方形、橢圓形或鉆石(圖刷頭的形狀一般為方形、橢圓形或鉆石(圖7.2)。方形刷方形刷頭植毛面積大，能有效清潔牙齒表面;橢圓形刷頭輪廓圓滑，不會讓口腔感到不適；I鉆石形刷頭的末端較尖，容易深入口腔內(nèi)清潔。牙刷具備任何形狀的刷頭，都能清潔牙齒，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。但刷頭的大小需要綜合考慮口腔大小、張口程度及個人習(xí)慣等因素。應(yīng)盡量使用小巧的刷頭，以便能深人口腔深處，保證靈活轉(zhuǎn)動，清潔后部牙齒。根據(jù)美國牙科協(xié)會的規(guī)定：牙刷頭的長度應(yīng)為2.5--3cm、寬度為0.8-lcm,有2--4排刷毛，每排5?12束刷毛，牙刷頭前端應(yīng)為圓鈍形。圖7.2刷頭形狀(a)方形刷頭(b)橢圓形刷頭(c)鉆石形刷頭.刷毛刷毛的硬度一般可分為軟性、中性、硬性13種，平時使用中性硬度的牙刷比較適合。牙刷刷毛單絲頂端輪廓必須去除銳角，且不應(yīng)有毛刺。刷毛的排列形式各有不同，包括平面形、波浪形、半球形、.中凹形等(圖7.3)。相關(guān)研究表明，不同排列方式的刷毛對于清潔作用并無明顯差異。圖7.3刷頭形狀(a)平面形刷毛；(b)波浪形刷毛(c)半球形刷毛；(d)中凹形刷毛.刷頸刷頸是連接刷頭與刷柄之間的部分，雖然并不與人的口腔或手發(fā)生直接接觸，但它的長短、粗細(xì)、角度對牙刷的整體使用效果有很大影響。刷頸的設(shè)計，一般要求有一定的長度和適當(dāng)?shù)拇旨?xì)。因為過短或過粗的刷領(lǐng)缺乏彈性、刷牙時不易控制力度、容易傷害牙齦。試驗結(jié)果顯示，成人用摩擦法刷牙時，最適力為30?40N；用顫動法刷(Bass法)則為20N。而過細(xì)或過長的刷頸又容易折斷，根據(jù)GB19342—2003《牙刷》規(guī)定，成人牙刷的頸部抗彎力應(yīng)三43N或在變形極限范圍內(nèi)不斷。此外，刷柄與刷頭之間的角度有直的、傾斜的、「偏置的和傾斜偏置4種。直線型的使用時比較有力但有角度的牙刷對后牙清潔效果較好，此角度以17°?20°為宜(圖7.4)。圖7.4刷頸角度(a)直形刷頸;(b)傾斜刷頸(c)偏置刷頸(d)傾斜偏置刷頸.刷柄牙刷柄是供把持用的，以便能牢固地握住牙刷并準(zhǔn)確地將刷毛深入到應(yīng)刷的部位。因此，牙刷柄的設(shè)計要求是：要有一定的長度、寬度，根據(jù)GB19342-2003《牙刷》的規(guī)定，牙刷全長應(yīng)大于150mm,又根據(jù)GB/T16252-1996《成年人手部號型》中列出的中國成年男子手寬均值為82mm,中國成年女子手寬均值為76mm,相應(yīng)牙刷的刷柄供拇指外四指周向抓握的部分長度應(yīng)略大于此值；刷柄橫截面一般都是扁平的，這樣便于人手的把握；刷牙時手把持刷柄主要有正、反兩種握法(圖7.5),針對每種握法，刷柄上對應(yīng)拇指、食指第一指節(jié)及其余三指握拳的位置都應(yīng)有適當(dāng)?shù)囊曈X或觸覺提示及防滑設(shè)計。圖7.5刷柄手握方式(a)正握(b)反握.刷牙動作刷牙有多種手法(表7.3),除橫刷法因被認(rèn)為是造成楔狀缺損的重要因素之一而漸遭淘汰外，其他手法效果相當(dāng)。總體而言，刷牙時，人的前臂與上臂形成一定的夾角并可保持不變，由手用力，帶動前臂及上臂繞肩關(guān)節(jié)擺動。由食指到小指4個指頭握住刷柄，大拇指前伸抵住刷柄，依靠腕關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，清潔口腔內(nèi)各部位。根據(jù)人體的動作經(jīng)濟原則，應(yīng)降低動作能級，即能夠用手腕完成的動作，不用手臂運動實現(xiàn)。為此，大拇指與刷柄的接觸面應(yīng)基本與刷毛截面平行，這樣手腕能夠輕松擺動，因為手腕的彎曲比側(cè)偏更靈活刷頭應(yīng)與手握處隔開一定距離，這樣手腕只要小幅振動，刷頭就可有較大的清潔范圍。*7.3常見刷牙手法刷牙手法刷毛的位置動作蚊果橫刷法與牙面成9y角水平向的拉動界上清清，易造成牙隨損傷，牙頸部的楔形缺損回孤法（Femes法）與牙面成90’角在牙面制牙叔上劃圈齦1：清潔，對于牙桑溝內(nèi)和牙齒鄰間隙清清效果不佳浪動刷法<RdU法）刷毛尖端接觸牙齦面方向旋轉(zhuǎn)跟上清潔，牙齷按阜，不重點清通學(xué)齦溝內(nèi)的蹲斑波良StiHman法與槐尖方向呈4丁角，部分在齷繳部分在牙阿憾幼能有力地按摩牙齦，弁清海牙間隙,但是碓以清潔葡溝改良Charltrs法與牙面成9爐陽面方向掃動.用形蠡動適用于鄰間隙較大者，對牙齦有良好的按摩作用.但不易沸除勰溝內(nèi)的菌斑水平■動法（改良Ba"法2 與棍尖呈4黑角,在限溝中面方向觸動榔洗力強,能清除匐溝內(nèi)南斑.環(huán)境相對而言，I人在刷牙時受周圍環(huán)境影響較小，主要保證環(huán)境的衛(wèi)生即可。此外，牙刷的設(shè)計還可能與環(huán)境中的一些其他因素有關(guān)，如放置方式等。例如，有些牙刷柄末端設(shè)有小吸盤，可吸附光滑表面倒垂擺放，有利于刷毛積水盡快瀝干，但這種方式又可能污染周圍環(huán)境。在這些方面可作適當(dāng)改進(jìn)。.審美性在符合人的生理因素的基礎(chǔ)上，牙刷造型的設(shè)計應(yīng)遵循形式美的基本原則，女如比例恰當(dāng)、線條流暢、形態(tài)變化有韻律感等；叵彩搭配協(xié)調(diào)，如冷色系讓人感覺干凈，金屬色讓人感覺高檔等;「可適當(dāng)加以裝飾。此處不再贅述。.工程性與經(jīng)濟性牙刷主要由工程塑料，如PS（聚苯乙烯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PC（聚碳酸酯）、樹脂等注塑成型，再植毛而成，如有需要還可在刷柄上絲印、燙字。因此造型不宜過于復(fù)雜，以便脫畫。由于技術(shù)難度不大，因此生產(chǎn)企業(yè)的利潤一般不高。要提高收益，一方面需要通過設(shè)計提高產(chǎn)品附加值I，另一方面則要降低成本。牙刷生產(chǎn)的成本主要集中在原材料與模具兩方面上述原材料價格從每噸數(shù)千元到數(shù)萬元不等，因此牙刷在設(shè)計時應(yīng)盡量減少材料用量模具費用每套也需數(shù)萬元，因此在生產(chǎn)規(guī)模一定的情況下，