车辆人机工程学

车辆人机工程学（精选7篇）

车辆人机工程学 第1篇

1830年, 英格兰工程师Edwin Beard Budding发明了草坪割草机。OPEI (Outdoor Power Equipment Institute) 对于座骑式割草机的定义是:“自产生动力的可骑运载工具, 在一般草坪花园中使用, 用来割草, 通常不可以用来耕作。它们由空气冷却, 4冲程发动机, 通常是12马力的功率或更小。发动机或由电线拖动或是电力 (电池) 启动。切断装置的旋转刀片通过皮带或者链条与发动机相连。”

迄今为止, 国外已经开发和研究了多种类型的商品化割草机, 目前美国Toro和John Deere公司、日本Honda公司等国外大公司由于起步较早, 在设计方面走在前沿, 但在国内尚无专门针对割草机的设计理论系统。

2 车辆人机工程学

车辆人机工程学是人机工程学的基本理论在车辆工程领域的应用, 其研究对象是驾驶员车辆环境系统。驾驶员车辆环境系统的构成如图1所示。

目前, 在车辆人机工程学理论中尚无专门针对割草机这部分研究课题, 这就需要在今后的研究中要扩展这方面的内容, 以满足生产设计需要。现在市场上大多数产品均为国外设计, 很多座骑式割草机设计的尺寸依据是国外的人体尺寸标准, 结构设计上也是符合国外使用者的操作习惯。因此, 如何设计出真正适合中国人使用的座骑式割草机, 是目前的一个要面对的问题。如何将“中国设计、中国使用”的理念贯穿到座骑式割草机的设计过程中也是一个很有意义的研究课题。

3 可参照点

座骑式割草机是一种可以驾驶的单人小型草坪管理机械, 从使用性质上上看, 属于车辆的范畴。但必须注意的是, 作为一种工程机械, 座骑式割草机的特殊功能决定了它的特殊构造 (功能决定形式) 。同时, 特殊的使用环境 (草坪) 、性能指标、人机关系匹配、安全性要求等也使座骑式割草机的设计具有与一般车辆不同的设计要求。因此, 并不是车辆人机工程学的任何理论都可以生搬照抄, 而需要灵活应用。

座骑式割草机可以参照车辆人机工程学的基本理论之处总结如下。

(1) 座骑式割草机操控装置设计与拖拉机结构类似, 可采用拖拉机的相关设计理论进行设计研究。

(2) 座骑式割草机驾驶室作业空间设计可参照单人驾驶的封闭式拖拉机设计数据。

(3) 当设计档次较高的封闭式座骑式割草机时, 驾驶室作业空间内饰设计可参照一般汽车内饰设计, 如增加空调系统设置等。

由上述可知, 在座骑式割草机设计中, 可以合理利用车辆人机工程学理论进行相关产品开发。

4 座骑式割草机的人机界面 (man-machine in-terface) 设计

座骑式割草机人机系统中的人机界面, 是指系统中驾驶员、座骑式割草机和环境3者之间相互作用的区域, 可将其分为环境性界面、作业空间、操控装置和信息系统界面4个方面。

在座骑式割草机系统人机界面中, 操作者是主动方。操作者通过环境界面感受到环境作用于人感官上的信息, 通过人机信息界面感受到座骑式割草机所给于的各种相关信息 (包括信息显示装置、操作说明、操控指示及严禁事项等) 。当接收到这些信息后, 大脑会进行分析与判断, 得出决策, 并由人体执行器官向割草机进行操控。通过人机操控装置控制机器的操控装置, 使座骑式割草机按操作者预定的目标做出相应动作。座骑式割草机按照操作运转后, 其相关工作状况信息通过信息性界面 (如信息显示装置) , 或直接反馈给操作者的感官 (目前大部分机型) , 实现操作者对座骑式割草机的调节与控制。良好的环境性界面与作业空间设计可以保证操作者的驾驶舒适性。

(1) 环境界面设计。当所设计的座骑式割草机机型为全封闭式时, 可以把人机环境分为驾驶室内的小环境系统和驾驶室外的大环境系统两种。不论是在大还是小环境系统中, 产生影响的一般环境因素几乎相同, 主要有温度、照明、噪声、振动、粉尘及有毒物质等。对于割草机这种特殊的工程机械来说, 大环境还应包括与作业对象草坪有关的各种情况, 如纵向与侧向坡度、草坪平整度和高度等。因此, 为使割草机操作者具有一个舒适的作业环境, 在割草机系统设计的各阶段, 都要尽可能排除各种环境因素对人体的不良影响, 创建一种既使人体感到舒适又有利于工作的环境条件。通过对割草机环境系统分析可以归纳出在封闭座骑式割草机的设计要点。 (1) 小环境系统与操作者有更为直接重要的关系。 (2) 对座骑式割草机进行全封闭设计是人机环境系统分析的必然结果。全封闭驾驶室不仅有利于保护操作者的健康和安全, 提高操作者的工作效率, 增加驾驶舒适性, 还可以最大限度地提高整个割草机系统的综合效能。 (3) 通风采暖和制冷联合装置的采用, 可大大提高驾驶舒适性。 (4) 通过设计可降低噪声和振动对人体的危害。

(2) 作业空间设计。人操纵机器时所需要的活动空间, 加上机器、设备和工具的总和, 称为作业空间。作业空间设计的基本目标是使人机系统能以最有效、最合理的方式满足作业要求, 实现作业空间合理、经济、安全和舒适。大范围的作业空间设计, 是把机器、设备和工具, 按照人的操作要求进行合理的空间布置。作业空间设计指的是对座骑式割草机操纵装置相对于操作者的位置进行合理安排 (当无显示装置时, 操作结果直接反馈给操作者) , 为操作者创造舒适而方便的工作条件, 使操作者工作安全可靠、舒适方便、效率高。作业空间设计主要包括近身作业空间布置和驾驶室作业空间、工作台及工作座椅设计等。由于座骑式割草机驾驶员工作采用坐姿, 可根据驾驶员手臂和腿的运动, 确定作业空间范围, 并对作业空间的布置情况进行规划。工作台与工作座椅也可参照驾驶员身体质量、压力分布和控制范围来选择与设计。之后可进行模型测试与分析, 并对不合理结果进行修正, 最终得到合理设计方案。

(3) 操控装置设计。操控装置 (又称控制装置、调节装置) 是人机工程界面系统中的重要组成部分, 它包括使机器启动、停车或改变运行状态的各种元件、器件、部件、机构以及它们的组合等环节, 其基本功能是, 把操作者的相应动作输出转换成机器设备的输入信息, 进而控制机器设备的运行状态。它将操作者的行为动作转化为“机械语言”。

以封闭式座骑割草机为例, 由座骑式割草机的操作流程 (图2) 可知, 操作者的主要姿势为坐姿, 主要操作为开关车门开关总电源调节割草高度调节割草速度开割草开关行驶控制 (加速、减速、左右转弯) 。这些操作都需要相应的操控装置来实现, 需要对操控装置进行设计。操纵装置设计中需要考虑的人机工程问题主要是操纵器的形状、大小、安装位置、操纵力、操纵位移、运动方向及操纵器编码等。可在考虑经济因素的前提下, 由不同运动方式和实现功能来选择相应的手动和脚动操控装置。

(4) 信息系统设计。人机界面中, 人机信息交换需要通过人机信息系统来完成。在人机系统中, 按人体接受信息的感觉通道不同, 可将信息系统分为视觉信息、听觉信息和触觉信息。其中以视觉和听觉信息的应用最为广泛。触觉信息是, 利用人体皮肤受到触压或运动刺激后产生的感觉而向操作者传递信息的一种方式, 除特殊环境外, 一般较少使用。在座骑式割草机设计中, 可以根据不同功能要求, 根据3种方式传递的信息特征, 采用不同信息特征方式。另外, 设计中涉及到的图形符号、座椅操作提醒、操纵装置说明、刀盘警告及出草口警告等, 也可参照工程机械类标准, 按照不同要求进行相应图形和色彩设计。

5 结论

通过比较车辆人机工程学理论在座骑式割草机设计中的可参照点, 可以合理利用车辆人机工程学理论进行相关产品的开发。本文将座骑式割草机的人机界面分为环境性界面、作业空间、操控装置和信息系统界面4个方面, 在座骑式割草机设计开发中, 可以分别参照国标中的人体参数, 选取最佳功能尺寸来进行设计。需要说明的是, 这种分类说明了座骑式割草机系统中人机界面的特点, 各类之间不是相互独立, 而是相互关联的。在实际的人机系统中, 可能会出现各方面交叉影响的情况, 设计者可综合运用上述理论进行分析设计, 并进行人机界面匹配合理程度的评价指标确定。

摘要：本文总结了车辆人机工程学和座骑式割草机设计理论间可参考的相通点, 并分别阐述了座骑式割草机系统人机界面设计中4个方面 (环境界面、作业空间、操控系统和信息系统设计) 的设计理论。本文归纳出从车辆人机工程学的角度出发设计宜人化座骑式割草机的方法与规律, 为今后的相关设计研究提供依据。

关键词：割草机,车辆人机工程学,人机界面

参考文献

[1]Hegan, Gina Kellogg.Tracking trends in riding-mower design.Grounds Maintenance.Jul97, Vol.32Issue7p20, 4p, 2c (AN9708134641)

[2]周一鸣, 毛恩荣.车辆人机工程学.第1版.北京:北京理工大学出版社.1999年12月, 4, 154-159, 180.

车辆人机工程学 课程论文 第2篇

基于人机工程学评价与仿真的人体模型建模

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（东北农业大学工程学院，哈尔滨，150030）

摘要： 随着人机工程技术的不断完善，参数化的人体模型已不再仅是作为一种静态的视觉参考，而是在此基础上融入了人体结构、人体功能和人体力学等方面的特征,使人体模型不仅具有合理的外观、精确的尺寸，还具有合乎实际的运动形式。随着研究的不断深入，参数化的人体模型已经成为一种有效的辅助工具，直接参与到工作环境的设计与评价过程中来。尽管不同的人机问题对应着不同的设计要求，但应用在人机工程上的人体模型的设计原则是一致的，即要达到：外观合理、尺寸精确、运动逼真。参数化的人体模型的设计目前存在以下三方面的难点：

（1）从外观上看，基于简单几何体搭建的人体模型具有必要的人机工程测量基准，但模型的外形较生硬、失真度较大；基于曲面表达的人体模型外形较逼真但是缺少准确的测量基准。

（2）从尺寸的精确度上看，人体模型的尺寸都是经过简化或是估算得到的，模型的尺寸不能真实体现个体的形态。

（3）从运动情况来看，目前多数人体模型只能进行静态的尺寸测量，少数模型即使能够实现连续的动作仿真，但逼真度不高。

本文针对当前人体模型设计过程中上存在的诸多问题，开发了参数化的人体模型。首先，人体模型采用数据库管理系统进行参数化建模，同时加入各肢体段的质量数据和各个关节的活动角度范围数据。其次，在运动仿真方面，本文根据人体模型各个关节的自由度数目，用特定的函数驱动关节运动，对模型整体进行运动学和动力学仿真，从而实现人体模型的简单连续运动。关键词：人机工程学、UG二次开发、人体模型、碰撞检测、运动仿真

车辆人机工程学 课程论文 人体模型国内外研究现状

1.1 国外发展概述

最近几年，欧美许多国家和亚洲其他国家对人体模型方面的研究向着更精细的方向发展，不再仅仅是追求外形上的相似性，更关注内部结构、姿势重构、运动仿真以及热效应等生理效应方面的内容。

Forbes.PA.等2006年提出了一种用于预测侧面碰撞引起胸部损伤的多尺寸的人体模型，文中给出了第50百分位的人体模型的有限元模型，并且模型加入了材料属性能更好的预测人体局部的损伤情况。Kim Ki-Sun等人研究了基于纵向、垂直、俯仰运动的惯性测量的坐姿人体模型的动态建模[9]。Sancisi N等人创建了人体膝关节的一种单自由度的球形机械模型，并在假肢和矫形器的设计中深入研究了人体膝关节的运动学特征。Satoru Takada等开发一个在给出的环境条件下可以预测热响应的人体热模型，能实现人体温度调节。Hee-Deok Yang等对三维人体姿势的重构做了相关的研究，分别从捕捉三维立体图像序列、捕捉有效的视觉特征、分析轮廓的相关向量等方面入手研究了人体模型的姿势重构[12-15]。文献中研究了用于电磁仿真软件中的一个动态的人体模型，在人体表面固定天线来模拟动态人体的运动和姿势并捕捉运动数据。Steffen Knoop等在动态三维人体模型的关节上设置人工智能通讯点的方式来跟踪人体外轮廓的运动，模型由一系列刚性圆柱体组成，连接这些圆柱体的关节定义为一些人为的通讯点（迭代最近点）来跟踪算法，并计算相关的力和力矩情况。Seung-YeobBaek等开发一种能集成到各种产品设计应用程序中的参数人体建模框架，该建模框架由创建数据库、统计分析和模型生成三个阶段组成。Jared Gragg等研究提出了一种混合方法预测最佳司机座椅调节范围以满足不同人不同车辆的直接姿态预测，该混合方法结合了边界数值、人口抽样和个别抽样等数值操作。

综合国外人体模型的发展可以看出，国外的人体模型尽管做的外形的逼真度很高而且功能很完善，但是由于种族和生活区域等因素的不同，以国外人体作为标准的人体尺寸不仅在数值上有一定的差异，而且由于在工作过程中不同的操作习惯，也将影响人体模型的运动规律等运动仿真的相关参数的设计。1.2 国内发展概述

人体模型的运动控制方法有很多，选择不同的运动控制方法，实现运动的路径会有一定的差异，但是最终都能实现预定运动的目的。目前，国内对人体模型的运动控制的研究分路径研究、步态研究、灵巧关节、姿势驱动和姿势重构等几个方面进行。运动仿真方面有运动规律仿真，运动轨迹仿真等。

天津大学的刘艳等人研究了用于人机测试的虚拟人，提出了一种能实现手臂的无碰撞可达测试的路径规划算法。并通过对IK算法的进一步研究，达到实时、逼真、柔性的控制，并可以根据周围环境进行实时反应。山东大学的汪丽等提出了基于VRML（Virtual Reality Modeling Language）的三维人体建模方案，并给出了人机工程仿真软件的总体框架。但创建的人体模型只是考虑了位置和时间特性的运动学问题，未考虑力等真正实现运动的原因。西南石油大学的邓丽提出了一种基于人体姿势驱动的工作空间的研究方法，通过调节二维的人体杆状模型的下肢关节角度，从而确定坐姿的下肢工作空间。但是针对不同的布局，需手动输入权值数据，影响准确程度。上海大学的王企远提出并验证了人体下肢髋关节、膝关节和踝关节转角变化规律的数学建模方法，并制定了一套完整的步态规划方法，但患者只能被动的跟随步行腿的步态运动。浙江大学的徐孟开发了一个运动状态下的人体外力模型，能实现力和扭矩分析，但脊柱关节链的运动约束有一定偏差。浙江大学的陈逸帆研究了基于解剖学的人体模型，并通过施加约束的逆向运动学方法实现人体模型的运动姿态控制，但研究未添加头部，手、脚等的关节约束，没能实现交互操作及碰撞检测等。

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在人体模型的姿势重构方面，研究者的切入点也各不相同，取得的成果也很多。有研究者提出在给出所有骨骼的视觉特征的基础上，首先从候选的姿势库中找到有关的候选姿势，动态的设计候选的姿势来形成连续的姿势序列，从而创建特定姿态的人体模型的方法。在文献中提出一种新的算法,能减少着衣、图像噪音和背景等因素引起的不确定数据的影响，从多个视频图像轮廓中提取一个体积数据(立体像素)来捕捉少量标记模型的人体动作。文献中提出的一种主动形状模型(Active Shape Model)能主动的探测和跟踪人体动作过程中的变形情况。在CATIA中人体模型被普遍应用于自动布局，可以用摄影的方法来测量人体尺寸并用测量到的尺寸在CATIA软件中快速的创建人体模型[49]，也可以在SolidWorks中实现虚拟人姿势重构。运输设备的几何参数是影响操作者舒适度的关键因素，基于舒适度或人机评价需求的人体模型可以用来分析设备的几何参数对人体舒适性的影响，模拟和评价操作中的人体可达域和视域等。

目前，国内有很多人进行了人体模型的跑步或步行的运动控制技术及路径规划问题研究，也取得了很多成果。武汉理工大学的任静丽等分析了跑步运动的关键时刻及关键阶段，建立了沿指定路径的跑步运动模型。所研究的模型外观上未能实现手指描述，虚拟交互方面也未实现碰撞检测。西北工业大学的罗贯提出了一种16关节，39个自由度的人体模型，模型未包含手部的详细描述，通过控制上肢、下肢、躯干等关节的姿态实现步行、跑步等基本运动，运动仿真方面未能实现多刚体系统模型的碰撞检测。国防科学技术大学的彭善跃对平面五连杆描述的点接触两足机器人的跑步运动进行研究，并搭建了仿真平台并验证了控制策略的有效性。但是研究未实现三维人体建模，导致仿真结果与实际的运动状态会存在一定的差异。

并且，随着对人体模型研究的不断深入，越来越多的研究者开始关注手部的灵巧运动研究。北京航空航天大学机器人所的张玉茹等人提出了一种食指的运动学模型。该模型建立在人手解剖学模型的基础之上，分析了侧摆和屈曲两种关节运动结构，并且考虑各个手指之间的运动耦合关系。武汉理工大学的曹文祥研究了虚拟人手的运动学方程，并用Pro/E软件实现人手五指的装配建模，能实现伸屈和收展运动，却没有考虑动力学分析问题。山东大学的冯志全研究了三维人手的跟踪问题，通过单目视觉跟踪的方法获取人手运动过程中每一时刻的姿态和位置。济南大学的朱德良用OpenGL搭建了虚拟装配平台实现了人手的三维建模，并提出了一种手势跟踪算法，实现手部运动的跟踪，研究中因数据手套检测不到力反馈及重量感，故无法准确反映碰撞信息。

从目前国内在人体模型的运动控制及仿真方面的发展现状来看，应用的运动函数不同，得到的仿真的逼真度就不同。还没有一种运动控制函数，能实现与真实人体的运动一模一样的运动，无论函数多么复杂，结果都会存在不可避免的偏差。即使从仿真需求上看，效果上已经达到了逼真要求，却未能实现精确的碰撞检测。相信随着越来越多的研究者加入到人体模型的研究队伍中来，经过不断的改进与创新，我国在虚拟人体模型领域的研究将取得更为显著的成果。

车辆人机工程学 课程论文 人体模型简化处理

目前，研究人机工程学问题的方法有很多，人体模型是模拟与模型试验法和系统分析评价法中的一种重要的人机工程学的研究工具。本文动态人体模型的开发过程主要包括:(1)抽象人体所包括的肢体及关节；(2)确定各个肢体及关节的几何尺寸和外形；(3)描述人体模型关节运动方式并限定其运动范围；

(4)对人体模型的各个关节的运动进行机械描述并确定各个关节的自由度；

2.1 人体模型的躯体组成

人体是一个复杂的有着不规则表面的实体，而且人与人之间各部位尺寸也有很大的差别，因此，只有经过了简化的人体尺寸和外形才能符合人机工程学的相关评价和仿真的功能的需求。经过简化的人体模型包括：躯干主关节链、左右上肢关节链、左右下肢关节链。肢体组成如图2.1所示。

(a)有向关节图

(b)EHuman 肢体图

图2.1 肢体组成图

其中在躯干主关节链上髋关节和腰关节之间是躯体的腹部，腰关节和胸关节之间是腰部，胸关节和颈关节之间是胸部，颈关节和头部之间是颈部。在左上肢上，左肩关节连接胸部和左上臂，左肘关节连接左上臂和左前臂，左腕关节连接左前臂和左手。在左下肢上，左髋关节和左膝之间是左大腿，左膝关节和左踝关节之间是左小腿，左踝关节连接左小腿和左脚。

在人体模型的躯体组成的表示方法中，头、胸、腰、腹及手掌和足都是用长方体进行描述的，而颈部是圆柱体，大腿、小腿、上臂、前臂、手指等是用圆台进行描述的。

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2.2 人体模型的各部分尺寸

人机工程学标准分为主观标准和客观标准。主观标准主要用于评价主观指标，如一些与人的主观感受相关联的评价指标；客观标准用于评价客观指标，如一些可用精确数值或某一区间的数值来表示的评价指标。

本论文参照的客观标准有：国家标准GB/T10000-1988《中国成年人人体尺寸》和GB/T13547-1992《工作空间人体尺寸》中给出的人体静态测量尺寸，《中国成年人人体尺寸》中列出7个百分位，涵盖人体主要尺寸、水平尺寸、头部、手部、足部、坐姿和立姿共47项人体尺寸数据；《工作空间人体尺寸》中给出了站姿、坐姿、跪姿、爬姿、俯卧姿等人体相关尺寸项目。

由于人的年龄、性别、种族及职业等的差别，很多人体尺寸会随着这些因素的改变而变化。同时人体表面是不规则的曲面，所以不可能得到精准的符合人体的数据，只能是经过处理的简化了的尺寸数值。人体测量学给出了相关的测量及简化标准，如人体测量中经常用到均值、方差、标准差、标准误差等统计函数来统计分析人体测量变量间的相互关系。

简化人体各部分的尺寸也就是对人体各部分的尺寸进行估算。估算人体尺寸的方法有很多，一般常用的有回归方程估算法，比例缩放估算法、概率统计值估算法、用“加减”运算估算法、混合群体估算法及偏差系数值估算法等。利用这些方法可以推算和获取人体模型所需的人体尺寸数据。本论文直接从GB10000-1988中查取所要用到的各个尺寸值，在标准中没有列出的百分位数的人体尺寸通过百分位数法给出。

2.3 关节类型及运动范围

人体是由多个关节连接起来的链式肢体段的组合。人体的关节按运动性质可分为单轴关节、双轴关节、多轴关节等。其中只允许在一个平面中活动的关节是单轴关节，例如肘关节和如图2.2中4所示的近位指关节等；允许在两个维度上作屈伸和收展运动的关节称为双轴关节，如图2.2中5所示的腕关节；多轴关节允许在三个维度上作各种运动，具有三个自由度，如肩关节。

图2.2 关节的类型

根据关节类型把人体关节的运动分为滑动、摆动、旋转、环转四种基本运动形式。滑动运动一般活动量微小，本文研究中忽略滑动运动。摆动运动通常指相连两肢体的屈伸和收展，如肘关节的的伸和屈、腕关节的内收和外展。旋转运动指某一肢体段向内侧或向外侧旋转，如肩关节的旋内和旋外。环转运动是屈、展、伸、收的一次连续运动。

为了研究人体工作姿态的舒适度，首先要知道人体各个关节的最大活动范围，而且还要明确各个关节的舒适范围，舒适范围是评价中判断是否舒适的主要依据。因为本文开发的人体模型的外形描述

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细化到手指的各个指关节，手指的指掌关节能实现手指的摆动运动和绕关节轴的旋转运动，近位指关节和远位指关节只能在一个方向上实现手指的伸和屈。表2-2给出手指关节的最大运动角度，同时给出各个手指的指掌关节和近位指及远位指关节的运动副描述形式和自由度数目。

表2-1手指关节活动范围

表2-3给出的是人体主要关节的坐标描述和最大运动角度及舒适活动范围。并且给出了分别绕坐标轴运动的活动状态。在表中所列的关节局部坐标系的转动轴X、Y、Z定义符合右手法则。

表2-2人体关节活动范围

2.4 人体模型的自由度

通过简化人体运动的自由度，在一定程度上能降低多自由度系统运动问题求解的复杂性。因此，考虑在不影响运动逼真性的前提下，如何用最少的自由度描述人体运动问题，是简化问题的关键。

人体是由上肢、下肢和躯干五条关节链组成。每条关节链上的关节运动都是从该关节链的起始端传递而来的。因此，运动链的起始端的运动自由度对整个关节链的运动影响最大，若简化此处关节的自由度，可能会使肢体末端不能到达预定的运动位置。另外，若简化某些关节处的常规运动所需的自由度，如简化头部的左歪、右歪，则会导致头部运动僵化，不能实现头部某些常规运动。因此在人体关节的自由度简化的过程中，一定要保留运动起始端的关节自由度，尽量不要去掉一些常规运动所需

车辆人机工程学 课程论文 的自由度。

在上肢中，肩关节、肘关节和腕关节的联合运动实现了手臂的运动。肩关节处于人体上肢运动链的起始端，能够实现内外摆和上下摆、前后摆，并且运动范围较大，所以肩关节的3个自由度不能简化。人体模型构造过程中表现为肩关节分别绕肩关节所在局部坐标系的X、Y、Z轴作旋转运动。肘关节实现前臂相对于上臂的运动，简化为具有一个自由度的关节，人体模型中表现为绕肘关节所在坐标系的Z轴作旋转运动。腕关节实现手和前臂之间的内外摆和弯曲运动，表现为绕其所在坐标系的Y、Z轴作旋转运动，属常规运动所必需的自由度，故不能简化，如图2.3所示。

图2.3上肢关节自由度定义

在下肢中，髋关节、膝关节和踝关节实现了腿部的运动，髋关节处于人体下肢运动链的起始端，可实现大腿的前后、左右、内外摆动，保留3个自由度。反映在人体模型中即是绕着髋关节所在局部坐标系的X、Y、Z轴作旋转运动。膝关节实现小腿相对于大腿的伸屈，简化为1个自由度。踝关节简化为2个自由度，实现脚部前后摆动和左右旋转运动。

在躯干中，腰关节处于躯干运动的起始端，分别实现腰部的前后弯、左右弯、左右转，有3个自由度。反映在人体模型中是绕着腰关节所在局部坐标系的X、Y、Z轴作旋转运动。上下胸部关节各有一个自由度，实现躯干的前屈。

本文所要创建的人体模型EHuman共包含17个躯干肢体段和每只手15个手指段，共47个肢体段，46个关节，共包含72个自由度。关节自由度数目在表2-

1、表2-2中已列出。

车辆人机工程学 课程论文 人体模型的运动仿真

人体模型的运动是动态人体模型开发的难点和重点。人体模型的运动包括关节的调节形成的“静态运动控制”和运动仿真模块实现的“动态运动控制”。所谓的“静态运动控制”就是通过分别调节人体模型各个关节的角度，实现不同姿态展现。“动态运动控制”则是通过运动仿真模块，实现运动规律、运动轨迹的仿真，进而达到碰撞检测等评估功能的实现。

要想实现人体模型的运动仿真，首先要建立运动机构主模型，进而分析该主模型的运动规律。运动仿真模块（Motion Simulation）可以建立多种不同的解算方案，并且在不影响装配主模型的前提下独立修改每个解算方案。该模块可进行机构的干涉分析、运动轨迹分析和动力学分析等。

人体模型中肢体段抽象为连杆（刚体），关节抽象为运动副。不同的关节抽象为不同的运动副，如颈关节、腰关节、肩关节等有3个自由度的关节抽象为球面副；腕关节、踝关节等有2个自由度的关节抽象为万向节；膝关节、肘关节等有1个自由度的关节抽象为旋转副。

对于运动仿真开发的程序控制来说，首先是仿真的参数预定义部分，包括单位类型、测量类型、参考类型等；其次是创建连杆，包括连杆的名称、质量特性、初始速度的定义等；接下来是关节种类、运动极限及运动驱动类型等的定义；最后进行运动仿真的解算方案参数的定义。下面给出解算方案参数类型定义的程序框架：

Struct uf_motion_solver_parameters_s { uf_motion_solver_ts olver;/*求解方案已使用，查找定义部分*/ double max_step_size;/*解算方案的最大允许步长，想要得到更详细的结果，增大这个数值，想要更快得出结果，减小这个数值。*/ double max_solver_error;/*解算方案的最大允许误差，想要得到更精确的结果，增大这个数值，想要更快得 出结果，减小这个数值。*/ Int max_integrator_iterations;/*动力学分析的最大允许迭代次数，若解算器求解的问题具有收敛性，则增大这个数值。*/ Int max_kinematics_iterations;/*运动学分析的最大允许迭代次数，若动作模型求解的问题具有收敛性，则增大这个数值。*/ Int max_statics_iterations;/*静力学分析的最大允许迭代次数，若动作模型求解的问题具有收敛性，则增大这个数值。*/ Int use_mass_properties;/*确定是否在分析中使用质量特性，如果是“FALSE”，则表示不能进行动力学仿真，或者运动学仿真中也没有惯性数据。*/ };Typedef struct uf_motion_solver_parameters_s uf_motion_solver_parameters_t;

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3.1人体模型的肢体段生成连杆

连杆（Links）通过运动副的连接构成了空间机构。将人体的肢体段抽象为连杆后（即把肢体段都抽象为刚性体），人体模型的各个肢体段和关节一起组成一个机构，这个机构就是运动的人体模型。因此，进行人体模型的运动分析的第一步就是创建连杆。机构要运动，必须有一个机架，因此创建连杆的过程中必须要有一个连杆与地固连，不能移动，即人体模型的某一个肢体段应创建为固定连杆。因为本文中把人体模型的髋关节作为人体模型的根关节，故把人体模型的腹部作为固定连杆。

在创建连杆之前，要先定义中心线，中心点及描述模型的其他几何体，以便对运动副和其他机构对象定义和定向，并将这些描述性的几何体放在连杆的定义中。本文创建的人体模型包括骨骼的线框模型和体表的实体模型两种表达形式，并且，每个关节用直径为相应关节尺寸的球体表示，在创建连杆的过程中，连杆要包含肢体相连处的近端（所谓近端就是与根关节靠近的关节坐标方向）的关节球。这样在创建的肢体连杆上就包含了便于描述运动副位置及方位定义的相关信息。

机构的运动分析过程中，若不考虑反作用力时，可以不定义质量特性（Mass）。但当进行动力学分析和反作用力的静力学分析时，必须为每个连杆输入质量、质心和惯性矩等参数。人体模型的质量特性的相关参数在第2章和第3章的相关章节做了计算。

材料特性（Material）是计算质量和惯性矩的关键因素，UG的材料功能可以创建新材料，检索材料库中的已有材料，并将这些材料特性赋给机构中的实体。UG运动仿真模块中的材料默认密度值为7.83×10-6kg/mm3（千克每立方毫米）；可以继承装配主模型在建模模块中赋予的材料特性。

如图3.1所示，以右上臂为例创建肢体连杆，选择连杆对象为右上臂，定义连杆质量特性、速度参数等，并定义材料特性。其中，质量特性包括质量、质心、和惯性矩，这些参数均在前面的章节中给出了计算公式或表格。通常情况下，系统可以根据模型的在材料信息，自动计算质量特性，也可以得到精确的运动分析结果。但是，本文是通过质量特性的用户自定义选项，手动输入质量特性的相关数据。

图3.1 创建右上臂

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3.2人体模型的关节生成运动副

运动副（Joints）的作用就是连接人体模型中相互接触的两个肢体段，并通过一定的约束条件使其产生相对的运动。另外，为了人体模型做规定的运动，必须添加约束限制各个肢体段之间的运动，保留所需的自由度和去掉多余的自由度。将关节抽象为运动副后，肢体段抽象为连杆，运动副就把各个连杆连接在一起，从而使人体模型运动。在创建关节运动副之前，人体模型中的肢体连杆没有约束，运动规律不确定。没有创建运动副的肢体连杆具有6个自由度（DOF），分别是沿坐标轴方向的移动和绕坐标轴的转动。

对于UG的运动仿真模块来说，可添加的运动副的种类很多，包括旋转副、球面副、万向节、滑动副、柱面副、平面副、螺旋副等。人体模型作为一个复杂的空间机构，严格来说，包含的运动副类型很多，但是经过前面章节的简化处理，把人体模型的关节均简化为旋转类运动副，忽略微小的移动。当关节具有一个转动自由度时，运动副简化为旋转副。当关节具有两个转动自由度时，原理上可以处理为万向节，但是在运动仿真模块中，万向节不可以加驱动并且不能限制运动极限，故把具有两个运动自由度的关节定义为“类万向节副”，使其具有两个方向上的转动自由度。球面副在仿真中也不能加驱动，不能限制旋转运动的运动极限，同理把球面副定义为一种“类球面副”，使类球面副具有三个互相垂直方向上的转动自由度。

前面已经提到，创建连杆时要包含中心点、中心线等描述性几何体，以便在创建运动副时定义运动副的方向，以肘关节的旋转副的创建为例，首先选择要创建运动副的连杆（前臂），原点为肘关节处关节球的球心坐标，因为肘关节的旋转副的旋转轴是肘关节处局部坐标的z轴，故z轴定义为指定方位，咬合连杆选择上臂，如图3.2所示。

图3.2 创建旋转副

3.2.1单自由度关节生成旋转副

旋转副有一个转动自由度，是连接两个连杆的常用运动副，如图3.3(a)所示。旋转副可以在两个连杆之间添加约束，也可以对单个连杆添加约束使之与地固定，但允许绕空间一点旋转。在运动仿真模块中，旋转副旋转的正向由右手法则决定，右手的大拇指指向为正Z轴方向，手指弯曲的方向即是旋转的正向。旋转副可以定义其运动极限。人体模型的运动仿真中定义的旋转副有：肘关节、膝关节、车辆人机工程学 课程论文

胸部关节及手指的近位指和远位指关节等。

3.2.2两自由度关节生成万向节

万向节有两个转动自由度，连接两个成一定角度的转动连杆，如图3.3(b)所示。因为在运动仿真中，万向节不能添加驱动，不能规定万向节的运动极限。类万向节就是把两个垂直方向上的转动转换成旋转副，把两个旋转副封装成一个运动副。人体模型运动仿真中定义的类万向节副有：踝关节、腕关节等。

3.2.3三自由度关节生成球面副

球面副连接两个连杆，有3个自由度，球面副没有方向，当创建球面副时，只需指

定连杆和球面副的原点即可，如图3.3(c)所示。因为球面副不能加驱动，不能规定球面副的运动极限，所以把球面副简化成三个相互垂直坐标中上的转动副。把这三个转动副封装成一个运动副，称为“类球面副”。对类球面副的三个转动方向上的运动可以进行运动范围的限制。人体模型运动仿真中定义的类球面副有髋关节、肩关节、颈关节等。

(a)旋转副

(b)类万向节

(c)类球面副

图3.3 运动特征

3.3运动仿真中的力和运动驱动

3.3.1定义人体模型的运动驱动

在运动仿真模块中运动驱动类型包括：无驱动、运动函数、恒定驱动、简谐运动驱动、关节运动驱动等。

在所有的运动驱动类型中，运动函数驱动（Motion Function）、恒定驱动（Constant）、简谐运动驱动（Harmonic）均是基于时间的运动仿真，关节运动驱动（Articulation）是基于位移的驱动。添加驱动就是使运动副以特定的步数和步长按一定的规律运动。图3.4给出添加了驱动的（a）旋转副、（b）类万向节、（c）类球面副的显示图标。

(a)旋转副

(b)类万向节

(c)类球面副

图3.4 驱动类型

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运动函数驱动是用户用数学函数和XY表格函数给运动副输入驱动参数。如定义简谐函数为SHF（TIME,60D,PI,360D,0,10），表示：自变量x定义为TIME（时间）；自变量的相位偏移0x为60度；振幅a为PI；频率为360度；正弦函数中的相位偏移为0；平均位移为10。常用的运动函数还有多项式函数和Step函数等。恒定运动驱动只需设定初始位移（Initial Displacement），初始速度（Initial Velocity）和加速度（Acceleration）即可。

3.3.2添加运动仿真中的操纵力

在运动仿真中力主要包括标量力（Scalar Force）、矢量力（Vector Force）、重力和扭矩。简言之，标量力指只有大小不规定方向的力，在仿真分析阶段标量力的方向是不断变化的，但力的起点和终点是固定不变的。矢量力是既有大小又有方向的力，标量力的方向在某一坐标系中始终保持不变。

当定义力时，须选择第一个连杆（作用连杆Action Link），用于定义作用力的作用点；选择第二个连杆（基础连杆Base Link），用于定义大小相等、方向相反的反作用力的作用点。矢量力是有一定大小，以某方向作用的力，且其方向在绝对坐标系（Absolute Coordinate System）和用户自定义坐标系（User Defined Coordinate System）的其中一个坐标系中保持不变。在所有外力中，重力是比较常见的一种矢量力。重力（Gravity）在运动仿真模块运行过程中，默认的重力方向是负Z方向，大小为9806.65N。

在人体模型的运动仿真中要定义的力有由外部施加的力，该力应是人体某部位（手、脚）直接同外部控制器接触时所要施加的操纵力的反作用力。还有运动过程中身体内部肌肉产生的肌肉力。在人体模型的运动仿真中，忽略人体内部产生的肌肉力，只考虑人体工作过程中受到的外部力。在正常工作状态下，人体受到的外部力就是人体手、脚的操纵力大小。如向食指添加大小为147N的拉力，可以在新建载荷里选择矢量力，然后添加如图3.5所示的矢量力。

力矩是作用力与力臂的乘积。拿转动手臂来说，转动轴是肘关节和肩关节，手臂运动产生的转矩可以改变臂部肌肉的收缩从而可以完成推或拉的动作。同样，身体其它部位产生的力矩也可以完成各种各样的动作。扭矩可使物体产生扭转，使用时必须考虑扭矩大小和旋转轴。

扭矩的大小由两方面的因素组成，一个是扭矩的大小，更一个是扭矩的作用周期。扭矩的旋转轴有3种：现有的旋转副的旋转轴、用户自定义坐标轴、绝对坐标系中的坐标轴。扭矩分为标量扭矩和矢量扭矩两种。两类扭矩的主要区别在旋转轴的定义上：标量扭矩必须施加在旋转副上，旋转轴必须采用旋转副的轴线；矢量扭矩则是施加在连杆上，其旋转轴可以是用户自定义的矢量也可以是坐标轴。

图3.5 添加矢量力

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3.4人体模型的运动仿真

在UGNX的运动仿真模块中，分析类型包括运动学分析和动力学分析两大类。

在机构运动学分析中，不考虑产生运动的原因，只考虑运动驱动。也就是说，在假定的条件下，机构运动学分析将解答在特定的时间、特定的位置物体之间的相互关系，如速度、加速度、干涉情况等，而不提供如反作用力及机构中出现的动力学运动。动力学分析要考虑运动的真正原因，如作用力、摩擦力、个别组件的质量（或重量）和惯性等，主要用于预测或确定产生特定运动所需的力。

通过前面章节的各种准备工作，搭建了可以进行运动仿真的环境，并且把人体模型这个复杂的机构中的各个肢体段定义为连杆，关节定义为相应的运动副。又进一步通过施加力或是约束对连杆和运动副添加了运动驱动，最后就可以对整个系统创建不同的求解方案了。运动规律仿真即是仿真机构的运动规律，如模拟运动的位移轨迹，得出速度图像、加速度图像等。在进行运动规律仿真之前，要先利用封装选项（Packaging Options）来收集或封装特定的、感兴趣的对象信息，以便于在随后的分析过程中进行测量、跟踪、干涉等操作。封装选项包括测量（Measure）、跟踪（Trace）、干涉检查（Interference）三个功能。

测量功能用来测量人体模型的肢体对象或对象上的点与空间环境之间的距离或角度，并定义了人体模型和周围环境对象之间的安全区域（Clearance Zones），即最小允许距离，运动一个步长系统就会比较测量距离和最小允许距离的大小，如果测量结果小于这个最小距离时，系统会发出安全警告并暂停运动。

跟踪功能生成或保存人体模型肢体某一对象在每一分析步骤开始时的状态和位置。可以在绝对（Absolute）参考框架或相对（Relative）参考框架中，进行运动仿真分析或关节运动。跟踪功能可以生成人体模型肢体段上某一位置点或多个位置点的运动轨迹。

干涉检查功能是用来比较和检查人体模型的某一肢体与所在周围环境之间的干涉重叠量。干涉检查选项需要规定干涉动作，即发生干涉时系统是要高亮显示（Hilite）还是创建实体（Solid）或者是显示相交曲线（Curve）。高亮显示就是发生干涉的物体高亮；而选择创建实体选项时，干涉出现时系统会生成一个描述干涉体积的非参数化的相交实体；显示相交曲线则是发生干涉时显示干涉发生部位的相交曲线。人体模型运动过程中可能会碰撞到周围环境中的设备或控制器，通过干涉功能可以直观的检测碰撞现象。

车辆人机工程学 课程论文 总结

结合国内外的发展现状和现有的研究技术，本文在人机工程学相关理论及标准的基础上，总结并吸取了前人研究成果，并针对目前人体模型研究上存在的问题或不足，进行相应的改进和创新，构建了适合于人机工程学评价与仿真的参数化的动态人体模型。

通过比较几种典型的模型构建的方法，最终用线框模型描述人体模型的骨骼，不仅精确描述了人体的肢体组成，而且精准定位了关节位置；用实体模型描述人体模型的外观，上下肢用圆台描述，而且手部描述从单个长方体块细化到用圆台描述手部五指的各个手指段。利用UGNX的运动仿真模块进行人体模型的运动仿真，把人体关节的运动形式转化为运动仿真中的运动副的运动形式。同时对人体的手、脚的操纵力进行研究，把人体对操纵设备所施加的力转化为运动仿真过程中所要输入的力和力矩信息。

本论文研究中还存在一些不足，从功能角度出发，对人体的关节自由度进行了一定程度的简化，在运动仿真逼真度上有所损失。

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参考文献：

人机工程学教学改革的探索 第3篇

关键词:人机工程学;教学改革;教学方法;教学内容

人机工程学是工业设计、工业工程专业的核心课程之一,也是机械、电子、车辆工程等专业的学科选修课,在课程教学中,一方面要系统地给传授学生人机工程学的基本概念、理论、方法和技能,另一方面还要注重培养学生的综合运用知识和创新实践的能力。通过对人机工程学课程的教学实践和研究,我们根据该课程的特点和教学目标,结合课程内容,采用了一种理论与实践相结合的教学模式,以课堂教学为载体,改变教学内容,激发学生的创新热情;改革教学方法,建立研讨式的教学模式,积极引导学生进行创新思维;在课堂内、外与学生展开交流讨论,张扬学生个性;结合工业设计的专业特点,积极引入最新的设计成果,使理论的转化既快又直接,取得了较好的教学效果。

一、教学内容的研究

(一)教学内容要有明确的目的性

人机工程学是工业设计专业重要的专业基础课之一。它通过介绍与工业设计相关的人的结构、生理和心理等基本特征,研究人、机和环境之间的相互作用,使人机系统最优(见图1)。其理论方法可为设计中考虑“人的因素”提供人体尺度数据,为设计中“机的功能”合理性提供科学依据,为“环境因素”提供设计准则。学习本课程的目的是使学生具备以人为本的设计思想,掌握人机系统设计的一般方法,在明确系统总体要求的前提下,分析和研究人、机、环境3个要素应具备的功能及其对系统总体性能的影响,寻求人机系统最优组合方案,并能应用人机工程学知识指导具体产品的设计,使人机系统安全、高效、可靠。

(二)构建课程框架体系

教学内容的选择和编排要符合教学规律,要按照一定的程序将完整的知识教给学生以保证教学的系统性和循序渐进性。人机工程学是一门交叉性的学科,是人体科学、环境科学、工程科学交叉渗透的产物,是一门新兴的边缘学科,涉及的范围较广。它的研究对象是人、机、环境系统,我们将课程也分为4大模块,人的模块、机的模块、环境模块和其他。而其中的重点是“人”,所以在课程安排上围绕“人”的因素来展开,首先通过人体测量与数据应用来了解人体的生理结构和测量数据的具体应用方法,探讨人的设计心理学在设计上的应用;从与设计有关的“中枢神经系统”、“感觉系统”、“运动系统”3大系统的特点来讲述其与设计的关系及应用方法;机器模块主要是“显示系统”和“控制系统”为主的人机的信息界面设计;环境模块主要是与人和机器有关的环境因素,如热环境、光环境等。其他模块主要研究人机系统的总体设计、事故的成因等。通过以上模块的教学给学生构建出一个清晰的课程框架体系,从全方位把握课程内容,强化各部分的内在联系和整体性,形成一个相对合理的课程体系框架结构。

(三)教学内容动态更新

人机工程学近几年在我国的发展十分迅猛。随着人机工程学研究的深入以及人们认识上的提高,在学术界和企业界都取得了很多成果。因此在课程教学过程中,要紧跟时代的发展,在教学内容上不断更新。一方面要不断把人机工程学理论研究的最新成果及时纳入到教学内容中,让学生充分了解当前发展的新动向和新趋势;另一方面将教学与科研相结合,及时将教师本人和他人的科研成果转化为教学内容,实现了课程教学内容的动态更新。再者紧密联系人机工程应用的最新发展,用案例的形式向学生介绍,如网上资源、学生作品、毕业设计、教师制作等,及时穿插入日常的教学活动中,丰富课堂的教学。在教学过程中还要依据学生的不同情况与需求,进行适当的调整。如工业设计专业的学生来源有两个方向,一个是工科的,一个是艺术类的,对于这两类学生在教学过程中要有不同的侧重点,针对学生思维活动方式的不同以及所掌握的知识的不同进行适当的调整,在教学模块上进行变化,增加不同的内容,与学生的特长相结合,使课程的作用发挥到最大。

二、教学方法的实践

在教学过程中,针对不同的教学内容主要采用了以下几种教学方法。

(一)以教师为主体的讲授形式

对于基本原理和基本概念的学习主要采用讲授方式,原理和概念一般都是比较枯燥、抽象的,在讲授的过程中注意引导学生从各种不同的角度深入理解,帮助他们理清楚概念的基本构架,掌握其内在的含义,从而改变了学生死记硬背的学习方法,也培养了学生富于思考和综合理解的能力。讲授中要注意将抽象的内容用形象的方式进行传达,将枯燥的理论用一种新颖的表达方式呈现,从而引起学生的兴趣,强化记忆效果。如在讲感觉和知觉时,用了“瞎子摸象”来说明感觉和知觉的区别与联系,学生很容易就记住了。在理论讲授中结合实物直观来配合,即用不同的实物通过学生的实际操作来体会原理的具体应用。如在讲授控制装置的布置原则时,用几种不同布置方式的摇控器让学生进行操作,并提醒学生注意其操作过程,然后再讨论在布置时应该注意的问题,总结出布置的原则。这种原则是由学生在思考过程中自然产生的,所以对于原则的理解更加深刻。人机工程学的知识系统性较强,并且作为一门交叉性的学科,涉及的知识面较广,所以在教学过程中要注意与其它学科的联系,在讲授时要注意促进学习的正向迁移,使知识的理解更深刻,对于学科的知识有一个整体上的认识,学习的知识能以一种更稳定的形式存储,提高问题的解决能力。

(二)师生互动式

在教学过程中,根据教学内容创设问题情境。由于人机工程学与我们的日常生活关系较为密切,所以在教学过程中,一方面结合教学内容提出一些常见的问题让学生思考,这些问题一般是我们司空见惯,然而又没有进行过深入的思考,或尚未归结出错误的原因的,让学生进行广泛地讨论,并适时把握讨论的方向,最后总结出问题产生的原因及解决方法,加深对相关知识的理解。如给出市场上的两种电磁炉的控制面板,让学生思考在设计中存在的问题,由此还引发出了上市场找缺点的一个高潮。另一方面根据教学内容布置一定的作业,在学生完成作业的过程中发现问题并及时给予指导,由于是在实际的制作过程中发现的错误,便于了解学生对知识的掌握情况。展示作业让学生对作业进行评论,并就一些普遍性的问题展开讨论,利用作业的讲评来完善教学内容。在讲评过程中,由于相互的激励往往会产生一些新颖的想法,课堂气氛热烈,互动效果很好。

(三)案例教学式

结合典型案例和综合性案例进行讲解。通过对具体案例的评析、讲解和讨论,使学生理解其中所隐含的人机工程学知识和设计原理,掌握相关教学内容和设计方法。案例的选择要有一定的深度和难度,能体现相关的知识点或原理,存在着从多方面进行分析的可能性。一般案例的选择是国内外的优秀的作品、学生作品、教师作品等,内容一般是与学习、生活密切相关的、学生比较熟悉的产品。通过对案例的研究能领会到理论应用的条件和环境,激发学生对人机工程学课程的好奇心、求知欲和探索欲,促使学生产生浓厚的学习兴趣,以开阔学生的视野,拓宽学习的思路。有助于学生举一反三,培养其分析问题和解决问题的能力。

通过上述3种教学方法的结合,可以有效地将理论内容的传授与实际中的应用进行有机的结合,针对工业设计专业的特点,在平时练习和毕业设计中,强化人机工程学的应用,指导大学生参与科研工作,在具体的实践中体会理论的应用方法,并将这些成果不断转化为新的教学内容传授给下一届的学生,取得了不错的成绩。

三、与现代化教学手段的结合

(一)课件的设计

人机工程学的内容繁杂、信息量大,传统的教学方式不能有效地解决这个问题。而采用多媒体教学,可以灵活运用多种直观形式如文字、图形、声音、视频等,将传统教学中的各种信息表现出来,在较短时间里,让学生的各种感官并用,利用多种信息渠道,提高对信息的吸收率,加深对知识的理解。结合多媒体的教学,通过精心设计的插图、声音、视频等,使知识简单、直观、明了,将抽象的理论形象化,所以对于人机工程学来说,制作多媒体课件是达到良好教学效果的一种途径。课件的每一章都要依据章节的特点来确定其结构与布局、色彩的搭配、界面的表现形式等方面的内容。使重点和难点突出,知识点易于理解,并加深记忆。在课堂教学来检验课件的效果,根据学生的反馈信息,再将课件加以修改,从而使其达到最优。并在此基础上推出了网络课程,实施远程教育,方便学生适时查看课程内容并通过大量的练习来强化知识,并在网络课程中补充了大量相关信息,如案例分析、精品文章、名人名作等,为学生详细讲解案例,推荐课程相关精品文章及名家作品,内容涵盖全面。以此确保学生在网络学习中不仅掌握了本课程知识,并且通过对相关信息的摄取极大地大扩充了知识层面,从而达到有效地辅助课程学习的目的。

(二)教学方法

在运用多媒体教学时同样要注意言语直观。大部分多媒体课件使用者只利用鼠标或键盘控制演示内容,忽略了通过教师的授课形体、语调、表情和动作来提高学生的感知效果。反而不能与学生进行更好的沟通,缺少了在课堂上面对面的互动。另外在课件的演示过程中要把握好节奏,有张有弛,给学生留下思考的时间。

参考文献:

1、汪惠芬,刘婷婷.“人机工程学”课程教学模式探索与实践[J].中国制造业信息化,2007(9).

2、王兴凯.设计基础课程——人机工程学教学探索[J].艺术与设计,2008(7).

3、高等教育心理学[M].华东师范大学出版社,2006.

城轨车辆司机台布置与人机工程管理 第4篇

一、城轨车辆司机台人机工程概述

城轨车辆司机台人机工程研究主要指人机界面研究, 针对不同的驾驶作业任务对操作人员的心理生理机能和驾驶环境界面两者匹配性的研究, 以获得一种最优方案。对司机的心理生理技能的分析内容包括人体姿态、肢体可达性、视域的可察觉性和工作负荷等。驾驶界面分析包括对司机台上设备的位置、形状、大小和布局等进行设计。这两者之间的适配性就是使得不同人体测量参数的司机与司机台及驾驶单元的几何尺寸、布局之间的配合达到最佳。

二、城轨车辆司机台的布局设计

城轨车辆司机台的布局设计主要是指在对轨道车辆司机驾驶行为研究的分析后, 提出司机台的空间布局设计, 司机台布局设计是否合理直接与司机的驾驶行为密切相关。目前来说城轨车辆司机台主要由显示观察区域、台面操作区域、下部柜体区域等构成, 集中配置司机使用的操作设备和显示设备, 在整体结构上顾及减轻司机的疲劳程度, 使司机能够方便舒适地操作各种设备。典型的全台式城轨车辆司机台空间布局效果, 参见图1。

如图1所示, 全台式城轨车辆司机台, 根据人机工程学中成年人的平均人体尺寸, 我们选择了台面高度760mm, 该司机台面高度能够使司机臂部自然下垂, 处于合适的放松状态, 小臂接近水平状态或略下斜, 不应使小臂上举过久, 不应使脊椎过度屈曲。显示观察区域布置各种显示控制屏、指示灯、仪表等。台面操作区域布置司机控制器、各种开关、按钮, 下部柜体内配置设备主机。

三、城轨车辆司机台高度及下部空间尺寸人机工程管理

车辆行驶中, 司机始终是在坐姿下完成工作, 因此司机台下部应该有充足的空间供司机的腿部活动使用, 司机台面高度及司机台下部空间的设计就需要司机座椅配合人体模型设计。见图2:

人在坐姿下的空间要求参考示意图图2, 在设计时应该满足空间的最低要求, 然后根据空间的使用情况增大桌下的空间。

四、城轨车辆司机台上操作设备的配置空间尺寸人机工程管理

司机在司机台上的作业区域大体可以分为两大部分: (1) 正常 (舒适) 作业区域:司机应能在小臂正常放置而上臂处于自然悬垂状态下舒适的操作。 (2) 最大作业区域:应使在臂部伸展状态下能够操作, 且这种作业状态不宜持续很久, 如图3所示。

图3水平作业面的正常尺寸和最大尺寸 (cm) 从图3我们可以得出结论, 司机在车辆行驶中需要操作的设备, 遵循重要性和使用频率原则, 将重要的使用频率高的操作手柄和按钮配置在司机易见易及的部位, 如主控制器的速度手柄和制动手柄等必须配置在舒适的作业区域, 尤其对于速度手柄和制动手柄这两个最重要的操作手柄, 能够满足双手自然放置的条件下可操作。对于一些不常使用的设备可以配置在最大作业区域内部即可。

五、城轨车辆司机台上显示装置及仪表盘的配置空间尺寸人机工程管理

司机台上的各种显示装置需要根据人的视野按照重要性原则集中配置。必须能够使司机方便准确地读取显示器上的各种信息。视野是指人的头部和眼球固定不动的情况下, 眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围, 常以角度来表示。正常人两眼的视野如图4所示:

显示设备和配置范围根据图4 (a) 人的视野分析我们可以得出结论, 与眼睛正前方视线的角度越低, 眼睛的识别能力越强。因此, 对于显示设备的配置, 应该根据显示设备的重要性和使用频率从中央向两侧配置, 使运行状态、监视和控制系统部件配置在驾驶室正面, 重要显示设备建议配置在司机前方左右各60°以内。

根据人的垂直视野图4 (b) 分析, 人的视线在与显示面垂直的情况下最能够清楚地识别显示界面, 考虑司机在坐姿下阅读显示设备, 因此显示功能区域整体应该有一个与垂直面的倾斜角度, 显示功能区域的倾斜角度建议在15°～30°范围之内。

六、结语

城轨车辆司机台是列车运行过程中最主要的人机界面, 通过该界面, 司机获取各种信息, 根据具体情况作出决策, 并对相应的有关系统进行操作和控制, 完成驾驶任务和突发状况处理。可见城轨车辆司机台的设计是否科学合理, 对司机的安全高效行车有着重大影响。因此, 城轨车辆司机台的人机工程研究越来越受到人们的重视。

参考文献

[1]丁玉兰.人机工程学 (修订版) [M].北京:北京理工大学出版社, 2005.

[2]方卫宁, 郭北苑.机车乘务员坐姿视野判定方法的研究[J].铁道学报, 2000, 22 (5) .

[3]严允, 吴志华, 黄光远.工效学在机车司机室规范化设计中的应用[J].机车电传动, 2006, (4) .

[4]张莉立, 危韧勇.电力机车司机室人机界面的分析研究[J].电力机车技术, 2000, (1) .

车辆人机工程学 第5篇

【摘 要】随着人们生活水平的提高和饮食结构的改变，脑卒中患者呈现年轻化趋势，并有逐年增长的趋势。脑卒中后遗症严重影响患者的生活和社交能力，因此康复治疗越来越受到人们的重视。在后遗症中，站立能力障碍是脑卒中患者功能康复问题的主要表现之一，严重影响患者的外出活动，给患者心理上造成很大阴影。因此积极的下肢康复训练可以大大提高卒中患者的生活能力，减轻家庭和社会负担。本文针对脑卒中偏瘫患者，提出了配合心理护理的可移动式站立训练机构的设计构想，并开发设计了适用于脑卒中患病情况的站立机构试验样机。试验样机的可移动机构为患者提供便利性。试验结果证明了设计思想的合理性和增加康复治疗效果的有效性。

【关键词】可移动机构；脑卒中；康复治疗；人机工程

脑卒中是一种危及人类生命和健康的常见病、多发病，是多种脑血管疾病的严重表现形式，具有极高的致残率和较高的致死率，是当今世界危害人类生命健康的最主要疾病之一。据WHO统计中国脑卒中的年发病数将由目前的180万上升到2030年的540万。随着社会的老龄化，脑卒中的死亡者3/4为70岁以上的老年人。借助外部支撑来减轻双腿所受的重荷，是帮助老年人进行康复站立训练的有效方式之一。

此外，在脑卒中偏瘫患者病发后，因长期被动卧床，在不同程度上丧失了行走、读书、说话和与人沟通交流等能力，给家庭和社会带来了沉重的经济和精神负担，并且使患者心理压力增大。临床表现为言语减少、情绪抑郁、睡眠障碍、兴趣缺乏、食欲缺乏、精力减退、主动性差、不配合康复治疗等抑郁症状。护理人员要尽早干预不良的心理状态，为患者创建良好的心理环境。站立作为人类生活的最基本能力之一，在早期对患者进行康复站立训练能有效的树立患者的自信心，加上护理人员的亲切态度、热情面容，激发正向情绪，使患者能配合康复治疗工作。日常生活中，能有效的帮助脑卒中患者进行康复的方法一直没有找到解决方法。面对如此急切的社会需要，国内外对康复站立训练机构研究成果还不是很成熟，当今市场上也缺少有效帮助脑卒中患者解决问题的大规模生产的产品，所以开展新型的康复站训练机构研究已经迫在眉睫。

一、国内站立训练的研究

国内对于站立训练产品的研究起步比较国外晚的多，大部分研究都集中注意力于独自站立的学术研究，当今中国对于脑卒中偏瘫患者开发康复站立训练的综合性机构研究相当于没有，传统站立方式站立床以及不可移动的站立架还是目前市场上的主力军。六关节平面运动型双足步行器 “先行者”是国内第一台仿人机器人，紧接着各单位都开展了老年人助力机器人的研究，并取得了相当可观的成果。另外，汉库科技企业成功推出一款双足行走机器人，称是目前中国最先进的双足行走机器人。上海大学研制的下肢康复机器人可以起到平衡缓冲作用使得忠者在训练时相对于跑步机而固定，还保证了人在行走时上、下振动的自由度不被限制。然而针对站立训练系统的器械还十分少见。

二、技术支持

在人机工程学原理的指导下，针对脑卒中偏瘫患者丧失自主行动的特点，通过对脑卒中患者站立行为、变化姿势、人际距离、生活习惯等的观察、分析与研究，发现现有站立机构在形态、功能、色彩、材质、可移动性等问题，发现脑卒中患者在空间内活动时对站立机构产生的各种需求，并以此为指导，从形态、功能、尺寸、材料、色彩、空间布局及分布数量等方面提出设计要求。

图1

图2

面板1、前保护垫2、上伸缩杆3、机械手臂4、挂钩总成5、上体支撑带6、主干7、护膝8、轮子9、脚踏板10、基座总成11和刹车系统12。

图3

如（图4）所示，挂钩总成5包括连接架5-1和挂钩主体5-2，连接架5-1上设置有挂钩调节锯齿槽5-1-1，挂钩主体5-2通过销钉连接在挂钩调节锯齿槽5-1-1的内部。

图4

前保护垫2连接在桌子面板1上，桌子面板1连接在主干7的顶端，上伸缩杆3连接在桌子面板1的底端，机械手臂4连接在主干7上，主干7与挂钩总成5的连接架5-1铰接连接，上体支撑带6挂放在挂钩总成5的挂钩主体5-2上，护膝8连接在主干7上，轮子9安装在主干7的底端，基座总成11连接在主干7的底端，刹车系统12安装在基座总成11的后端，两个脚踏板10连接在基座总成11的左右两侧。

患者脚站在脚踏板10上，调节好护膝8在主干7上的相对位置，使得护膝8与患者的膝盖相接触，屁股靠在上体支撑带6上，上体部与前保护垫2相接触，符合人机工程学指标的脑卒中患者康复站立训练机构设计机械模型，提高患者的康复训练舒适度，有助于患者的康复。

图5

上伸缩杆3包括伸缩套筒3-1、连接座3-2、伸缩杆3-3、活动连接杆3-4和靠垫3-5，连接座3-2连接在伸缩套筒3-1上，伸缩杆3-3套装在伸缩套筒3-1的内部，伸缩杆3-3与伸缩套筒3-1的配合使得上伸缩杆3整体的长度能够调节，使得康复站立训练机能够适合于不同体型的使用者。活动连接杆3-4的两端与两个伸缩杆3-3的末端铰接连接，靠垫3-5连接在活动连接杆3-4上；上伸缩杆3通过连接座3-2连接在桌子面板1的底端。

基座总成11的末端设置有小轮，刹车系统12安装在小轮上。下压刹车系统12的刹车片，刹车系统12将于小轮接触，使得小轮被锁紧，从而使得康复站立训练机保持停止。护膝8在主干7上的位置能够调节，根据患者的身高进行调节。

本课题从设计的角度来看待和研究特殊人群问题，并希望能通过设计的手段为改善我国老年人的生活状态、提高他们的生活质量尽上一份绵薄之力。本项目的主要目的就是提出一个真正符合人机工程学指标的康复张立训练机构机械模型，提高患者的康复训练舒适度。

首先，发掘可运用到康复站立训练机构设计中的人机工程学方法和理论；其次，分析人体大腿骨骼的特点及老年人的心理特征；再次，进行人体立姿腿部的运动分析及助力形式分析；最后，根据研究结果进行立姿人机工程学设计，并通过实验验证。

通过对现有康复站立训练机构的人机工程学性能的分析，以及自然状态下人站姿活动状况的分析，结合已经确定的脑卒中患者人机工程学指标，提出基于人机工程学的康复训练站立机构的设计方案。并验证其运动情况符合人机工程学。

三、总结

本课题从设计的角度来看待和和研究特殊人群问题，并希望能通过设计的方法和手段为改善我国老年人的生活状态、为提高他们的生活质量尽上一份绵薄之力。

本项目的主要目的就是提出一个真正符合人机工程学指标的康复站立训练机构机械模型，提高老年人的坐姿质量及起身便捷性。

参考文献：

[1]徐本华，胡永华.脑卒中患者生活质量的研究[J].中国临床康复，2005（01）.

[2]许改玲，罗凤琴.脑卒中后抑郁原因分析及心理护理对策探究[J].临床实践，2010（10）.

[3]楼蓉蓉.老年脑卒中患者生活质量的现状与康复护理干预[J].临床医学，2010（06）.

电脑桌椅的人机工程学设计 第6篇

随着经济与科技的发展, 电脑已成为人们身边必不可少的产品。电脑的普及与资讯教育的推广使得学生接触电脑的时间逐渐增加, 相应的学生电脑桌椅也逐渐受到人们重视。然而, 当前学生宿舍的电脑桌椅在结构、尺寸、色彩等诸多方面存在问题, 并缺乏个性, 影响了学生的身心发展, 尤其是在结构尺寸方面的问题更容易造成学生使用者不良操作姿势习惯的养成, 加速存在生理伤害的潜在风险。

二、设计准备

在此之前, 已通过市场调查和实地调查两种方式作了调查报告。根据这次调查问卷分析, 四人间宿舍的学生对电脑桌椅的选择是:已经有电脑桌的同学中70%的人想要更换更适合四人间宿舍使用电脑桌。他们在选择电脑桌椅时首选的因素是电脑桌的质量, 电脑桌的材质方面80%的同学选择木材质, 90%的人对于电脑桌的桌面的大小要求越小越好, 并且70%的人要求有带锁的抽屉, 对于桌面是否应该带有附加设备60%的同学选择的需要。还有一些建议是希望有一个折叠式的电脑桌, 并且坚固、耐用。

三、人机工程学分析

1、当前电脑桌椅存在的问题

(1) 电脑桌的作业高度偏高且不可调

(2) 电脑桌幅面偏小

(3) 电脑桌的键盘托板高度不合理造成作业疲劳, 幅面尺寸偏小, 使用不方便

(4) 作业时缺乏必要的肘部支撑

(5) 显示器位置偏高, 现在市场上的电脑桌高度都在650mm以上, 这个高度对于大多数学生来说都普遍偏高

(6) 眼睛距电脑屏幕距离偏小, 达不到手臂的距离。

2、学生电脑桌设计分析

(1) 从人眼与电脑屏幕的距离分析:人眼与电脑屏幕应保持一定距离, 以保证不受电子射线的伤害, 屏幕的大小在水平方向和垂直方向与人眼成不大于30°的夹角, 而人在坐姿时自然视线与水平视线成向下15°夹角为理想视角。

(2) 从桌面的高度尺寸分析:显示器一般都放在桌面上, 所以显示器的放置就决定了桌面高度。从人体工程学角度分析, 显示器的最佳位置摆放高度应是它的上沿不高于人坐姿时眼睛的水平视线, 它的中心应在水平视线以下15~20°。

(3) 从键盘和鼠标高度分析:作业面高度不当是引起电脑综合症的主要原因, 太低则造成背部向前倾屈;太高则必须抬高肩部, 引起颈肩的不适, 理想的作业面高度应使上臂自然下垂, 小臂接近水平或向下略斜, 避免小臂上举状况的发生。因此一般作业面高度是按照肘高以下50~100 mm来确定。

(4) 从电脑桌桌面深度设计分析:桌面的深度设计取决于要摆放的显示器厚度, 保证人眼到显示器屏幕的视距。眼睛与电脑屏幕的距离依个人情况有所不同, 但一般以50~100cm为最佳范围, 即一臂左右距离, 防止眼睛的过度疲劳, 引起近视。

(5) 从电脑作业时肘部支撑设计分析:人在电脑操作时 (即操作键盘和鼠标) , 手臂因操作而离开了椅子的扶手, 这时人的上肢必然要寻找新的支撑点或是一个依托, 一方面配合椅子支撑人的躯干, 另一方面是支撑手和前臂从而减轻手腕、颈、肩、腰部的肌肉疲劳, 疼痛和劳损, 使电脑操作能够长时间地稳定进行, 所以务必设计合理的支撑面。

(6) 材料选择和色彩设计:i材料主要使用环保、无毒、无污染的绿色材料。家具基材尽量选择以天然实木为主, 如目前市场多选用松木为制造家具材料。

ii色彩设计色彩对学生良好生活环境的营造是至关重要的, 甚至会影响其性格的形成。每一种色彩都具有其自身的性格。学生家具应与其天真、活泼的天性相匹配, 应使色彩及其调和的平衡点更多地具有这种心理语义, 可采用较高明度绚丽的清色, 并予以适当的对比度。但要注意保持色彩协调、柔和、明快、淡雅, 涂料禁忌高光、不要过度刺激, 以免造成目眩, 产生视觉疲劳

3、尺寸确定

结合前期工作的分析总结, 我在电脑桌椅设计中主要测量了宿舍空间尺寸、现用电脑桌尺寸、电脑各个部分的尺寸以及人机工程学有关人体测量尺寸的知识, 具体内容参考如下:

(1) 宿舍空间尺寸主要参数如下 (CM) :

宿舍开间324.5宿舍进深510.5

进门宽度78.5进门高度203

最大开角60度床的长度200

床的宽度90上床高度172.5

(2) 现用电脑桌尺寸主要参数如下 (CM) :

总长度80总宽度60总高度115

显示器台面高度72.5

(3) 电脑各个部分的尺寸主要参数如下 (CM) :

显示器长度40宽度40

主机长度45宽度18高度42

键盘长度45.5宽度16.5高度2

4、设计思路:

(1) 究竟什么样的电脑桌才是最适合的?

首先, 要确保计算机 (包括显示器、主机、键盘和鼠标) 要放在一个稳定的工作面上 (而不是摇摇摆摆的) , 要有足够的面积来放下这些东西。

如果在上机期间还需要在纸上书写, 那么选用一个平的台面, 高度在地面以上71到76厘米, 在桌面下装一个用来使用键盘的滑屉装置。能够让键盘的放置, 使手腕获得一个较为舒适的角度;在使用鼠标时, 上肢应该是放松地, 而且要靠近身体。

(2) 坐在哪儿最舒服?

如果空间允许的话, 首先考虑的选择一把符合人机工程学的可调节的座椅是再好不过了, 但现在假设不成立, 四个人的宿舍, 再加上四个椅子, 根本就是不可能的。最实际的办法就是在电脑桌的设计过程中解决问题。

我们的电脑通常用来来完成不同的事情时优先考虑的因素也会不同:文字处理较多时, 则优先考虑把键盘/鼠标放到最佳位置;网络浏览, 图形设计时, 则优先考虑把鼠标放到最佳位置;游戏时, 则优先考虑放置键盘/鼠标/游戏手柄。

(3) 视线范围?

确保在上机中需要参照的纸质文档被放在尽量靠近显示器的位置, 并和显示器有相近的倾斜角。显示器的放置应该满足:放在正前方, 正对着使用者, 显示器的高度, 让使用者既不要仰头, 也不要低头。显示器距离眼睛的距离, 应该大约是成年人的一臂长。

(4) 作业姿势?

掌握正确的坐姿和手部姿势。大腿与腰, 大腿与小腿应保持90度弯曲;上臂和前臂弯曲的弧度要保持在70-135度;手腕和前臂呈一条直线, 避免手腕紧张。电脑桌上键盘的高度, 应当与坐姿时肘部等高或稍低;前臂、手腕和手尽量维持在同一条直线和同一高度;不要让手臂悬空。最好使用手臂支撑架, 可以放松肩膀的肌肉, 使整条手臂肌肉不紧绷;使用键盘时手腕尽量是平的 (既不仰屈, 也不下折) 和直的 (既不向左边扭, 也不向右边扭) ;在使用鼠标时, 上臂和肘是尽量靠近身体的, 尽量放松的避免过度前伸;在使用鼠标时手腕尽可能是直的;确保双脚放在地面或者脚垫上 (因为选择坐在床上, 而床的高度无法调节, 如果是床太高导致双脚悬空, 可以加上脚垫把脚托起来) ;所需的用具要放在伸手可及的地方等。

四、改进的措施

1、电脑桌的宽度:

我们学校配置的电脑桌只有60cm, 而大多数人都是使用的台式纯平电脑, 宽约40cm, 这样就只有眼睛距离电脑屏幕的距离就显得很近了。将显示器和键盘放置在您的正前方。将显示器放置在可以舒适观看的距离 (通常为距眼睛450至610毫米 (18至24英寸) 。所以我们应该加长电脑桌的长度。应加长10cm左右。

2、键盘的放置位置:

确保操作员使用键盘时手腕尽量是平的 (既不仰屈, 也不下折) 和直的 (既不向左边扭, 也不向右边扭) 。让您的手处于放松的、平放的和伸直的姿势。抽屉:高63cm, 操作员肘关节的折角 (上臂内面和前臂的夹角) 小于了90度, 而根据人因工程学的知识, 肘关节的折角应该在90度或更大, 以避免肘部的神经受到挤压。这样才能在使用键盘或鼠标时, 使前臂保持水平, 手腕处于自然舒适的位置。

3、显示器的高度:

显示器的放置应该满足:放在操作员正前方, 别偏左也别偏右, 防止扭着脖子才能观察显示器。显示器的方向, 应该正对着操作员, 避免在看显示器时要扭着身子或者脖子。显示器的高度, 让操作员既不要仰头, 也不要低头。学校电脑桌的高度只有75.5cm, 对于很多男生来说, 这个高度是不够的。他们在使用电脑时只能常常弯着背, 经常使用就容易疲惫, 甚至是使躯干变形。

4、抽屉的宽度:

电脑桌抽屉太窄, 只能放下键盘, 鼠标就只好放在桌面上, 不利于操作。

5、椅子的高度:

大学生来自各个地方, 身高差异很大, 而宿舍的椅子却是统一的高度。宿舍的椅子应该是一把符合人机工程学设计的可调节的椅子, 座椅应能使上半身可适度倾斜, 达到舒展筋骨更舒适的工作状态。宿舍的椅子的靠背对使用电脑的同学来说, 起不了多少作用。使用电脑时, 确保操作员是靠着椅背坐着的, 有一个设计合理的靠背, 应该坐在可以对腰部提供良好支撑的椅子上。

摘要：本文初步分析宿舍电脑桌椅存在的问题, 如由于电脑屏幕距离眼睛的距离较近, 眼睛可能会感到疲倦或不适, 近视加深;手腕会因为摆放位置不适而造成软组织伤害;由于椅子高低不当, 不当的坐姿也会造成脊椎损伤等问题。从功能、造型、尺寸、色彩、空间等多个方面进行综合考虑, 设计出满足空间要求、结构简单、使用方便、一物多用等特点的电脑桌椅, 使设计方案合理、功能丰富、色彩清晰、适合人体尺寸。

安全人机工程学教学实践研究 第7篇

本学科注重探究安全工程的原理和根据, 是安全工程专业一个主要的专业基本课程。高校开展安全人机工程学的教学内容, 主要是处理煤矿行业里的设施和管理任务里的人机联结关系的问题, 探究致使职工伤亡的有害因素的作用原理, 为相应的防控和解决办法的确立给予根据等;与此同时给予人体的数值和需求, 以指引相应安全项目技术指导者展开具体项目指导, 进而在提升我国煤矿行业生产效率的同时, 保证从业人员可以安全且有效率地进行作业。随着安全人机工程学的逐步发展和成熟, 以及对安全的注重程度逐步提高, 安全人机工程学对煤矿安全的指引作用愈发明显。

基于此, 我们在安全人机工程学的教学实践里, 应注重于提升学生们的积极性和实践能力, 应从变革教学内容和教学方式两方面入手, 以此提高安全人机工程学的教学实践质量。

一、教学内容的变革

安全人机工程学主要探究生产方面的“人—机—环”三者之间的互相作用、互相关联, 为设计使用便捷、安全、有效率的人机体系给予理论根据和方式。随着社会的进步和人民安全观念的提升, 创造安全、高效的作业环境和作业条件是十分必要的。

当前, 各高校的安全人机工程学专业培育的是以煤矿安全为中心的综合型人才, 触及的领域较广。因此致使本门学科包含的内容比较多, 不仅包括煤矿安全的相应学科, 比如矿井通风学、矿井瓦斯防治技术等, 同时也涵盖大安全的相应学科, 比如安全行为学、建筑安全学等。所以, 每门科目的老师不可能用一个课本展开授课或者用课本作为唯一的教材, 应在煤矿安全的中心基础上, 加强和安全对应的知识, 提升同学们的知识层次。我们在选取高等教育安全项目系列教材的根本上, 给予多个参考书本供学生们阅读;其次, 安全人机工程学具备知识性和技术性相联结的特征。为了让学生们更好地运用所学知识, 在教学中加入实践的步骤。基于此, 可以把所有的教学内容分化成人、机、 环、规划、实践等5个环节, 在把握安全人机工程学研究对象的对应知识后, 经过实践和规划来提升学生们对知识的消化, 做到理论和实践相联结。

二、多样化教学方式的结合

在教学时, 针对不同的教学内容实施适合的教学方式。透过多样化的教学方式, 把理论学习和实际运用高效地结合起来。

1.直接授课和多媒体讲授相联结的教学方式

这样的教学方法主要用在讲授科目的基础知识和基本原理。 这些知识和原理一般都是单调、乏味的, 只依靠学生的死记硬背很难理解。在授课环节, 应该一边指引学生从不一样的视角理解, 梳理清楚知识构架。另外需要充分运用现代多媒体技术, 把乏味的理论知识生动化, 进而引发学生的学习兴致, 提升学生的记忆能力。运用多媒体强大, 选择经典实例展开授课。通过对实例的解析和讨论让学生们了解安全人机工程学作业原理, 掌握规划方式。同时, 通过对实例的探究, 可以把理论运用在实际上, 激起学生们对安全人机工程学的好奇心、求知欲望, 提升学生的学习兴致, 并培育学生们解决问题、实际操作的能力。

另外, 安全人机工程学的知识量大, 以往的板书讲解方法很难解决这个问题。需要运用多媒体技术, 透过图像、音频等方式传达教学里的各项信息, 使学生们的各个感官都能运用起来, 加深对于知识的理解。

2.学生主动和教师引导相结合的教学方式

此教学形式是为了激发学生们的学习积极性和主动性。在课堂上, 依据授课内容设计一个情境, 让学生们形成一个学习小组, 带着实际人物去学习, 掌握学习的主动权。安全人机工程学和我们的日常生活紧密联结, 所以, 在教学里可以提出一些生活里的问题给学生思考、使学生展开谈论。授课老师也可以参与其中, 适当的掌控讨论方向, 成为帮助者和指引者。另外, 安全人机工程学是实践性很强的科目, 依据教学内容, 联系日常生活, 让学生们对生活里碰到的困难展开调研探究, 并且使用所学理论提出相应的解决办法。

安全人机工程学是一门实践性很强的科目, 在教学内容中相应的加入煤矿安全作业的实例和实践内容;在教学进程里, 应使用多样化的教学方式, 需要运用多媒体技术, 透过图像、音频等方式传达教学里的各项信息, 使学生们的各个感官都能运用起来, 加深对知识理解, 使理论知识生动化, 激起学生们对于安全人机工程学的好奇心、求知欲望, 提升学生的学习兴致, 并培育学生们解决问题、实际操作的能力。使学生们在学习过程里变得主动, 师生高效互动、交流, 并且最终实现安全人机工程学教学实践质量的提升。

摘要：安全人机工程学的教学内容、形式要与学生的培育目的相符合, 配合学科发展的目标。实现教学内容的变革和教学方式的多样化、生动化, 能够激发学生学习的主动性和积极性, 构建高效的安全人机工程学课堂。

关键词：安全人机工程学,教学方式,教学变革

参考文献

[1]郭红光, 王飞.安全人机工程学教学改革的探索与研究[J].山西经济管理干部学院学报, 2014, 04:93-95.