人机工程学

前 言

一项优秀的设计必然是人、环境、技术、经济与文化等因素巧妙平衡的产物。因此，要求设计师有能力在各种制约因素中，找到一个平衡点。判断平衡点的标准，就是在设计中坚持“以人为本” 的原则。具体表现在各项设计中均应以人为主线，将人机工程学规范贯穿于设计的全过程，并且在设计 全过程的各个阶段，都有必要进行人机工程学研究与分析，以确保一切设计物都能符合人的特性，从而 使其功能满足人的需求，因此人机工程学被视为重要的知识与评判设计的标准，这也是专业学子与专业 人士面对的重要课题。

在这样的背景下，《人机工程学》从专业的角度，系统地阐述了人机工程学学科的各项知识。从人机工程学的定义、概念、发展脉络以及应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等方面，对人体结构 特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活 动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、 动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感 觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适 应能力；探讨人在工作和生活中影响心理状态的因素以及心理因素。

人机工程学现今已是很多设计门类的专业基础课程，在这门课程中我们必须理解、明白，并且深切地感悟出人机工程学与各个设计专业的相关联性 , 使设计者在设计过程中能充分考虑人和所设计的人造 物及他们所处的环境的协调及统一，提高其与人之间的和谐关系，尽量满足其使用者的舒适和安全要求。随着人类生活机械化、自动化、信息化、网络化和交互化的高速发展，人的因素在设计与生产中的影响 越来越大，人机和谐发展的问题也就越来越显得重要，人机工程学这门学科在设计教学及实际应用中的 地位与作用也愈显出其重要性。

《人机工程学》强调理论基础化、思想系统化、学科多元化的编写理念，注重理论联系实践、多专业结合与互融的编写思路。在理论与应用相结合的基础上，侧重于结合实例探讨人机工程学在设计多领域的研究与 应用，力求使读者既能获得基本理论知识和方法，也能在设计实践中加以应用与研究。

，注重跨界的教学思路。由于人机工程学适合产品设计、环境设计、平面设计以及交互设计等专业，笔者从人—机—环境的整体系统进行讲解，既包含人与产品设计——人与物的关系，又包含人与 室内空间—人与空间的关系，涵盖人机系统整体化的思想体系，使之成为真正的系统研究。因此《人机工程学》适 用于工业设计、产品设计以及室内环境设计等相关专业使用，真正实现理论系统化、实践多元化的教育 理念。

第二，《人机工程学》注重知识的前瞻性。笔者结合现在社会的发展趋势，例如物联网时代、智能化技术对人的生活方式的影响，已经对传统人机工程学的思想产生影响，因此笔者在传统人机工程学的知识体系上， 发觉新的思路，例如从新的可穿戴设备与人的关系、新的交互方式等知识进行讲解，体现出与时俱进的 教学思路。

第三，理论系统化。《人机工程学》注重理论的科学性与系统性，对很多传统观点进行梳理，并利用多图表的形式进行辅助说明，使学生与专业人员能够更好地梳理书中的知识，也利于考研的同学进行理论补充，真正做到理论联系实践。

第四，《人机工程学》引用并分析了大量的世界优秀设计作品，为读者理解设计中的人机工程学应用提供了借鉴之处。

《人机工程学》可作为工业设计、室内环境设计、家具设计、交互设计等专业的本科生教材、研究生的参考读物，也可供艺术设计等方面有关工程技术人员参考。 《人机工程学》由曹祥哲编著，兰玉琪、邓碧波、马彧、陈永超、李巨韬、汪海溟、寇开元、 吕太锋、谭周、周旭、龙泉等也参与了《人机工程学》的编写工作。由于作者水平所限，书中 难免有疏漏和不足之处，恳请广大读者批评、指正。

编　者

目 录

第1章　人机工程学基础1

1.1　人机工程学的概念      1

1.2　人机工程学的发展      3

1.2.1　经验人机工程学——初始阶段       4

1.2.2　科学人机工程学——成长阶段       8

1.2.3　现代人机工程学——成型阶段       9

1.3　人机工程学的分类      10

1.3.1　设备人机工程学       10

1.3.2　功能人机工程学       11

1.4　人机工程学中的要素   11

1.5　人机工程学的研究内容      12

1.6　人机工程学的研究方法      16

1.7　人机工程学与工业设计      19

1.7.1　人机工程学为工业设计提供理论依据   19

1.7.2　为工业设计中的“环境因素”提供设计准则       20

1.7.3　为产品设计提供科学依据       20

1.7.4　树立“以人为本”的设计思想       21

1.8　人机工程学与室内设计      21

第２章　人的感知系统23

2.1　人的感觉定义与特点   24

2.1.1　适宜刺激   26

2.1.2　适应   27

2.1.3　相互作用   27

2.1.4　对比   27

2.1.5　余觉   28

2.2　人的知觉定义与特点   28

2.2.1　知觉定义   28

2.2.2　知觉特点   29

2.3　人的视觉定义及特点   32

2.3.1　视觉刺激   32

2.3.2　视觉系统   32

2.3.3　视觉机能   33

2.4　听觉机能及其特征      38

2.4.1　听觉刺激   38

2.4.2　听觉的特性       39

2.5　嗅觉与味觉的特性      39

2.5.1　嗅觉感受器       39

2.5.2　嗅觉能力   40

第3章　人体尺寸与数据采集41

3.1　人体测量学由来与发展      41

3.2　人体测量的作用   42

3.3　人体尺寸测量的内容与工具      42

3.3.1　人体测量内容   43

3.3.2　人体尺寸测量工具   45

3.4　人体测量方法      46

3.5　影响人体尺寸的因素   47

3.6　人体测量数据来源与术语   48

3.6.1　人体测量数据   48

3.6.2　人体尺寸测量的术语       48

3.7　常用人体测量资料      49

3.7.1　我国成年人人体尺寸国家标准       49

3.7.2　成年人的人体功能尺寸   52

3.8　人体测量数据的应用   54

3.8.1　主要人体尺寸的应用原则       54

3.8.2　人体尺寸的应用方法       57

3.9　老年人和残疾人的生理特征      59

3.9.1　老年人的生理特征   59

3.9.2　残疾人的生理特征   59

第4章　室内空间中人机参数与人体姿势60

4.1　作业空间      60

4.1.1　作业空间概念   60

4.1.2　作业空间分类   60

4.2　作业空间的设计要求与原则      61

4.2.1　设计要求   61

4.2.2　设计原则   62

4.3　作业空间的设计步骤   63

4.3.1　作业场所和调研       63

4.3.2　作业空间的初步设计方案       63

4.3.3　建立空间模型和模拟测试       63

4.4　作业空间人体参数      64

4.5　人体不同作业姿势      65

4.5.1　坐姿作业空间设计   65

4.5.2　立姿作业空间   67

4.6　室内生活空间设计      68

4.6.1　室内生活空间的构成因素和特征   68

4.6.2　居住行为与空间组合       69

4.6.3　家居空间尺度设计与要求       70

4.7　各类空间的功能分析   76

4.7.1　普通办公室处理要点       76

4.7.2　开放式办公室处理要点   78

4.7.3　银行营业厅空间处理要点       78

4.7.4　邮局营业厅空间处理要点       78

4.7.5　车站售票处空间处理要点       78

4.7.6　候车室空间处理要点       79

4.7.7　旅馆门厅空间处理要点   79

4.7.8　酒店标准间空间处理要点       80

4.7.9　视听空间处理要点   80

4.7.10　展览陈列空间处理要点  80

4.8　家具设计      80

4.8.1　人体坐姿生理解剖基础   80

4.8.2　座椅的功能尺寸       82

4.8.3　坐姿与靠垫       83

4.8.4　工作面的高度与办公桌设计   83

4.8.5　办公桌尺寸的相关规定   84

4.8.6　卧具(床)设计    84

4.9　人的空间行为      85

4.9.1　人类的距离保持       85

4.9.2　人的侧重行为   87

4.9.3　人的捷径反应和躲避行为       87

第5章　人的认知心理88

5.1　认知的定义   88

5.2　认知的特性   94

5.2.1　认知的知识特性       94

5.2.2　认知的非理性特点   96

5.3　人的心理模型      99

5.4　创造性思维的心理特征      99

5.4.1　随意创造思维的心理模型       100

5.4.2　非随意创造思维的心理模型   101

第6章　人机操纵装置设计102

6.1　产品操纵装置设计      102

6.1.1　产品操纵装置的类型及特点   102

6.1.2　操纵装置的用力特征       104

6.2　各类操纵器的设计      105

6.2.1　旋转式操纵器种类   105

6.2.2　移动式操纵器设计   107

6.2.3　按压式操纵器设计   107

6.2.4　触摸控制操纵   109

6.3　产品操纵装置的总体设计原则   110

6.3.1　操纵力设计原则       110

6.3.2　操纵与显示相配合原则   110

6.3.3　操纵装置特征的识别原则       111

第7章　人机系统与交互设计113

7.1　人机系统的概念和意义      113

7.1.1　人机系统的概念       113

7.1.2　人机系统的内涵       113

7.2　人机系统的分类   114

7.3　人机系统设计的重要性      115

7.4　人机界面      117

7.4.1　人机界面的概念       117

7.4.2　人机界面的发展简述       118

7.5　人机交互      122

7.5.1　交互设计的概念       122

7.5.2　交互设计的分类       123

7.5.3　交互设计的任务       124

7.5.4　人机交互   124

7.5.5　操作习惯与手机交互方式的案例分析   126

7.6　可穿戴设备   132

7.6.1　可穿戴设备定义       132

7.6.2　可穿戴产品的发展   132

7.6.3　可穿戴设备的特点   135

7.6.4　可穿戴设备的分类   135

7.6.5　可穿戴设备中的人机交互       140

7.6.6　可穿戴设备的界面交互原则   141