1、第十章第十章 人机工程人机工程CADCAD软件软件 及应用简介及应用简介第一节 人机工程CAD系统的组成和功能人机工程人机工程CADCAD系统系统 协助人进行人机工程设计的计算机硬件、软件之和。计算机软硬件飞速发展，使人机工程CAD系统实现桌面化，走向普及。一、人机工程一、人机工程CAD软件的基本功能软件的基本功能 人机工程CAD软件一般具有工作空间及产品建模工作空间及产品建模、三维人体建模三维人体建模、人体活动范围生成与分析人体活动范围生成与分析、视听觉分析视听觉分析等功能。应用上述功能，可对产品或工作空间进行人机分析，考察评估其适对产品或工作空间进行人机分析，考察评估其适宜性，调整设计，使
2、它符合人机学安全、舒适、高效的要求宜性，调整设计，使它符合人机学安全、舒适、高效的要求。二、人机工程二、人机工程CAD的优越性和目前的局限的优越性和目前的局限（一）提高设计效率，节约时间和成本（一）提高设计效率，节约时间和成本。人机工程CAD软件中已包含人机工程设计的基本理论、方法和常用资料，在这一平台上工作，可省略查找数据资料、核对技术标准等具体工作，大大提高设计效率，节约成本。工业设计人机工程（工业设计人机工程（3 3版）版）阮宝湘等阮宝湘等 编著编著1（二）降低人机测试经费，避免人员和设备的事故。二）降低人机测试经费，避免人员和设备的事故。某些真人实物的人机测试，人力与资金耗费巨大，且可
3、能造成设备损毁、人员伤亡。计算机模拟方法，则安全、快捷、经济，避免事故损失。（三）人机工程（三）人机工程CAD软件的发展，目前还处于相对初始的阶段。软件的发展，目前还处于相对初始的阶段。人机工程涉及的人体解剖学、心理学（感知、记忆、认知、情绪、爱好、个性等）问题，怎样加以量化使之用于设计，还有待进一步研究。目前人机工程CAD的这种局限，会在发展中逐步解决。三、几个较知名的人机工程三、几个较知名的人机工程CAD软件软件（一）（一）SAMMIE图10-1 轿车驾驶室和后备箱人机模型图10-2 轻轨车辆乘员舱的人机模型2（二）（二）Jack图10-3 Jack工具库建模型图10-4 Jack 中的人
4、体模型10-5 Jack 中的人体姿态调整图10-6 Jack的虚拟现实功能3（三）（三）SAFEWORK（四）（四）RAMSIS （五）（五）UGNX人机工程模块人机工程模块（六）（六）CATIACATIA的人机工程模块的人机工程模块 法国达索公司的CAD/CAE/CAM软件，应用广泛，为美国通用等汽车公司、美国波音、欧洲空客等飞机公司所采用。达索公司重视与高校合作，所多高校购买或获赠了其正版软件。CATIA使用简单，界面精美功能强大，是多种CAE软件的前端建模平台。CATIA有两个系列，V4和V5（现已推出V6），V4为工作站版，V5为PC版，可运行于32位或64位的Windows 操作系
5、统。本书重点介绍CATIA的人机工程模块，并用它完成一个应用示例，以展示人机工程CAD软件及其应用方法的概略全貌。CATIA是多语言版的。本书介绍中采用简体中文版的Windows XP sp3为操作系统，CATIA V5 R16作为平台。若软件版本不同，菜单显示有少许不一致，但对操作方法并无影响。人机工程学专业术语的汉译，在我国存在一些差异，除个别专门作出注释者以外，本书采用的专业术语与现行CATIA软件版本基本保持一致。4第二节 CATIA人机工程模块简介 CATIA的 Ergonomics Design&Analysis 模块由4个分模块集成：Human Builder（人体建模）模块（人
6、体建模）模块，缩写“HBR”；Human Measurements EditorHuman Measurements Editor（人体尺寸编辑）模块（人体尺寸编辑）模块，缩写“HME”；Human Posture AnalysisHuman Posture Analysis（人体姿态分析）模块（人体姿态分析）模块，缩写“HPA”；Human Activity AnalysisHuman Activity Analysis（人体行为分析）模块（人体行为分析）模块，缩写“HAA”。我国人机学书刊中，将Human Measurements译成“人体测量”较为常见。本书认为，译成“人体尺寸”更体现其
7、专业含义，也符合中文习惯。期待与业内同仁商榷。一、人体建模一、人体建模(Human Builder)模块模块 打开CATIA V5软件，在菜单栏中逐次单击下拉式菜单中的选项：Start（开始）Ergonomics Design&Analysis Human Builder，由此进入人体建模型设计界面，如图10-7所示。图10-7 进入人体建模设计界面5运用人体建模模块可以实现的功能如下。（一）建立标准人体模型（一）建立标准人体模型 逐次单击InsertNew Manikin（图10-8）;或在Manikin Tools（图10-9）中 单击Insert a New Manikin按钮，弹出对话
8、框（图10-10），内有两个选项栏。图10-8 新建人体模型菜单图10-10 新建人体模型对话框图10-9 人体模型工具栏61.Manikin（人体模型）栏（人体模型）栏 (1)Father product：需在树状目录中点选位置、地面、设施等元素。(2)Manikin name：可自定义人体模型名称。模型的默认是Manikin1、Manikin2等。(3)Gender：Man或Woman。(4)Percentile：供选择（或输入）的范围为0.01%99.99%。2Optional（选择）栏（选择）栏(1)Population：可在下拉菜单中选择人群的国籍，见图10-11。图10-11 Op
9、tional（选择）栏7(2)Model：选择模型类型，如Whole body、Right Forearm等，图10-11。(3)Referential：选择模型基准点，如Eye Point、Left Foot）等，图10-11。（二）设置人体模型姿态（二）设置人体模型姿态若需预设人体模型姿态，可用Manikin Posture工具栏（图10-12）实现。图10-12 人体姿势工具栏 姿态编辑姿态编辑 树状目录中点选人体模型单击Posture Editor按钮 在弹出的Posture Editor对话框（图10-13）的Segments栏内选择部位的自由度，在Value栏内设置百分位数即可。图
10、10-13 姿态编辑对话框8 肢体运动肢体运动 在在Manikin Posture工具栏中单击Forward Kinematics 按钮 ，在人体模型上选择肢体，按住鼠标左键前后拖动，肢体就会沿着箭头方向绕相应关节前后摆动。在菜单(图10-14)中选择DOF2则为左右摆动。CATIA中默认中默认DOF1（自由度（自由度1）的运动。）的运动。DOF1为前后摆动，为前后摆动，DOF2为左右摆动，为左右摆动，DOF3为外旋和内旋，见图为外旋和内旋，见图10-14。图10-14 自由度快捷菜单9 7种标准姿态种标准姿态 单击Standard Posture按钮 ，在树状目录中选择人体模型，即弹出图10
11、-15所示对话框。可在其中7种标准姿态中进行选择。每种姿势可作高度和角度的调整，常用的5种姿态见图10-16。图10-15 标准姿态对话框a）sit（坐姿）图10-16 各种标准姿态10图10-16 各种标准姿态b）Stoop（弯腰）c）Twist（扭腰）d）Lean（侧弯）e）Adjust Elbow（肘部调整）11（三）人体模型的属性编辑（三）人体模型的属性编辑以改变部位颜色为例进行说明，其余属性设置方法相同。选中部位，在菜单栏中逐次点击Edit（或右击所选部位）Properties菜单，见图10-17。在弹出的对话框内Surface Color栏中，单击颜色框的下拉箭头，见图10-18，
12、选定颜色后单击OK键确认。图10-17 在菜单栏中选择“属性”图10-18 属性选项栏12（四）人体模型的高级设置（四）人体模型的高级设置1.干涉检验、终止干涉干涉检验、终止干涉 CATIA中的Clash Detection工具栏（图10-19）能检验人和机器的是否在空间产生干涉。在主菜单逐次单击ToolsOptions，弹出Options对话框。在左侧树状目录中选中Digital MockupDMU Fitting，然后在DMU Manipulation栏的Clash Feedback选项中激活Clash Beep，见图10-20。图10-20 干涉检验设置图10-19 干涉检验工具栏 本书
13、选用的本书选用的CATIA中文中文版本中，将版本中，将Clash Detection译为译为“碰撞方碰撞方式式”。13图10-21 干涉检验图10-22 终止干涉 设人体和设备有距离，双击Clash Detection On图标 ，使其高亮。用罗盘拖动人体模型，当两者发生干涉，干涉部分成高亮轮廓，见图10-21。欲使两者避免干涉，则双击Clash Detection Stop图标 ，使其高亮。用罗盘拖动人体模型向设备靠近，人体接触设备即停止向前移动。继续拖动罗盘，只显示干涉部分的高亮轮廓，见图10-22。如不再进行干涉检验，可双击Clash Detection Off图标 ，此时再重复上述操作
14、，干涉问题不再显示。“罗盘罗盘”的默认位置在软件界面的右上角。将鼠标放在罗盘的红色方块上，鼠标光标的形状发生改变，此的默认位置在软件界面的右上角。将鼠标放在罗盘的红色方块上，鼠标光标的形状发生改变，此时可将罗盘移动到操作对象上，对操作对象进行平移、旋转等操作。罗盘的直边用于平移，圆边用于旋转。时可将罗盘移动到操作对象上，对操作对象进行平移、旋转等操作。罗盘的直边用于平移，圆边用于旋转。142.放置人体模型放置人体模型设人体模型原站在地板一角（图10-23，参考点在左脚），可移到任意位置。在Manikin Posture工具栏内单击Place Mode按钮 ，将罗盘移至需要位置（图10-24）；
15、在树状目录中单击人体模型，人体模型自动移位（图10-25）。拖动罗盘可使人体模型作各方向的移动或转动（图10-26），再次单击按钮 ，人体模型放置完毕。图10-23 地板上的人体模型图10-24 移动罗盘图10-25 放置人体模型图10-26 转动人体模型153.视野（直接视野视野（直接视野 ）显示视野中物体的操作：单击Manikin Tools工具栏中Open Vision Window按钮 ，弹出的视野窗口图10-27。右击视野窗口，出现视野窗口菜单（图10-28）。图10-28的Capture可对视野图片做删除、保存、打印、复制：单击Edit菜单，出现Vision window disp
16、lay对话框，见图10-29。激活不同选项即可。图10-27 视野窗口图10-28 视野 窗口菜单图10-29 视野窗口 显示对话框16物体人体模型视野窗口物体图像 单击View modes按钮，出现图10-30所示的Customize View Mode对话框，其中不同选项对应不同的显示图像。图10-30 定制视野模式对话框 在属性菜单（图10-31）的树状目录上右击Vision条目，然后在弹出的菜单上选择Properties菜单，弹出Properties对话框（图10-32）。图10-31 属性菜单17 Properties对话框（图10-32）中Type栏列出了双眼、左右合一、右眼、左眼
17、、立体5种视野类型，以及Field of view（视野范围）栏、Distance（距离）栏提供相应选择。距离栏中常用的是Focus distance焦点距离。图10-32 视野窗口属性对话框184.上肢伸展域上肢伸展域 在Manikin Tools工具栏内单击Computes a Reach Envelop按钮 ，再单击手或手指，例如左手，则展现左手的伸展域（图10-33）。接着可进行姿态编辑，伸展域将随人体姿势的变化而移动，图10-34是人体姿态编辑后的左手伸展域。在伸展域上右击，并在菜单中逐级选择Left Reach Envelope object Delete，伸展域删除。图10-33
18、 左手伸展域图10-34 人体姿态编辑后的左手伸展域19二、人体尺寸编辑二、人体尺寸编辑(Human Measurements Editor)模块模块 在菜单栏中逐次单击下拉菜单的选项：StartErgonomics Design&AnalysisHuman Measurements Editor（图10-7），进入人体尺寸编辑界面，见图10-35。图10-35 人体尺寸编辑界面简介本模块可实现的功能如下。20（一）编辑人体尺寸变量（一）编辑人体尺寸变量 从Anthropometry Editor工具栏（图10-36）中选择Display the Variable list按钮，弹出图10-3
19、7所示的变量编辑对话框。选择激活任一变量，显示出数值，其颜色由黄变紫。图10-36 人体尺寸编辑工具栏图10-37 变量编辑对话框21例如选定身高变量，显示的尺寸编辑界面如图10-38所示。图10-38 身高变量尺寸编辑界面22（二）输入新的数值（二）输入新的数值 可手动修改人体尺寸数值。在图10-38的Management中选取Manual，见图10-39，用如下几种方法进行修改。1.在Value栏perc.中输入新的百分位数，变量即设为新值，图10-40。图10-39 选择手动编辑变量图10-40 通过修改百分位数值来编辑变量2.在后面的变量栏中输入新数值，前面的百分位点也会发生相应变化。
20、3.通过鼠标左键单击数值栏中的上下箭头一步步增加或减少数值大小。4.直接操纵3D视图中的红色箭头来编辑人体尺寸的数值。（三）更改人体模型性别（三）更改人体模型性别在Gender对话框下拉菜单中选择Man或Woman，见图10-41。图10-41 修改人体模型性别23（四）恢复初始设置（四）恢复初始设置 通过Anthropometry Editor工具栏中的按钮 ，可将手动修改的尺寸恢复为初始设置。（五）预设人体姿态（五）预设人体姿态 人体尺寸模型有三种预设的姿势：Stand（立姿）、Reach（前平举）、Span（侧平举）。可在Anthropometry Editor工具栏中点击倒三角箭头展开
21、Posture工具栏（图10-42），进行人体姿态的选择和更改。图10-42 Posture工具栏（六）人体尺寸过滤器的应用（六）人体尺寸过滤器的应用 在Anthropometry Editor工具栏中点击Filter按钮 ，弹出人体尺寸过滤器对话框，见图10-43。对话框中显示当前分析的尺寸变量。通过点选可以过滤掉不需要的变量。单击图10-43中的Reset按钮，将回到初始设置状态。图10-43 人体尺寸过滤器对话框24三、人体姿态分析三、人体姿态分析(Human Posture Analysis)模块模块 在菜单栏中逐次单击下拉菜单中的选项：StartErgonomics Design&A
22、nalysisHuman Posture Analysis选项，见图10-7，再单击要编辑的人体模型任意部位，进入人体模型姿态分析界面，见图10-44。图图10-44中同时显示了人体模型的肢节和视线，可通过设置人体模型的显示属性来将其隐藏。单击中同时显示了人体模型的肢节和视线，可通过设置人体模型的显示属性来将其隐藏。单击Change the display of manikin（更改人体模型显示属性）按钮（更改人体模型显示属性）按钮 ，取消对应选项即可。，取消对应选项即可。图10-44 进入人体模型姿态分析界面 人体姿态分析有4种功能：姿态编辑，自由度、角度界限的编辑与显示，优选角度的编辑，姿
23、态评估与优化。25（一）姿态编辑（一）姿态编辑 单击工具栏中的Posture Editor按钮 ，选中编辑部位，打开姿态编辑器对话框，见图10-45。对话框提供了5个选项：Segments、Degree of Freedom、Value、Display、Predefined Posture。Predefined Posture中有5种姿势可供选择（图10-45)。图10-45 姿态编辑器对话框26 Segments中列出所有可编辑的部位。对称部位可在Side中选Right或Left。Degree of Freedom（DOF）包含：屈/伸、外展/内收、外旋/内旋3个下拉选项。选中后，拖动Val
24、ue中的数值滑动器，可进行姿态编辑。Value选项：用来精确定位人体某部位转动的角度。Display栏有2个选项：Angular Limitations和Animate Viewpoint。点击Angular Limitations按钮 ，可使每个自由度在隐藏（默认状态）或显示角度界限间转换，图10-46为角度界限的显示状态。绿色箭头表示旋转角度的上极限，黄色箭头表示下极限，蓝色箭头表示当前位置。图10-46 显示角度界限27黄色箭头绿色箭头蓝色箭头（二）自由度的选择（二）自由度的选择以人体左臂为例说明操作方法。选择左臂，在Angular Limitations工具栏（图10-47）中单击Ed
25、it Angular Limitations按钮 ，左臂显示其角度界限，默认显示DOF1上的角度界限。在左臂上右击（图10-48），可切换至DOF2、DOF3。系统会显示左臂各自由度的最佳方位，见图10-49。图10-47 角度界限工具栏图10-48 自由度切换28黄色箭头绿色箭头蓝色箭头黄色箭头绿色箭头蓝色箭头图10-49 左臂各自由度最佳方位29（三）角度界限编辑（三）角度界限编辑 双击图10-48中黄色或绿色箭头（或右击黄、绿色箭头选择Edit），打开Angular Limitations对话框，见图10-50。对话框显示编辑部位的名称、自由度形式、极限角度值等。在对话框中按下Activ
26、ate manipulation按钮，激活对话框，即可通过鼠标拖动百分位滑动按钮，或调节微调箭头重设角度的上下限。图10-50 角度界限对话框30（四）优选角度编辑（四）优选角度编辑 人体各部位均有一定活动范围，可针对当前姿态进行合理性评定。仍以左臂DOF1为例，选择左臂，单击Edit Angular Limitations按钮 ，系统显示编辑部位的活动范围（图10-48中灰色区域）。右击灰色区域打开快捷菜单，选择Add项，可添加划分区域（系统默认活动区域按50%划分），同时显示Preferred Angles对话框，见图10-51。在该对话框中可进行优选角度编辑。图10-51 划分区域并进行
27、优选角度编辑31（五）姿势评估与优化（五）姿势评估与优化 确定人体各部位的优选角度后，即可进入姿态分析阶段。如编辑人体左臂、右臂和左肩的优选角度后，在工具栏中单击按钮 ，打开Postural score analysis对话框，见图10-52。单击Find best posture按钮 ，人体模型即处于最佳位置，各部位处于优选角度分值最高的区域，见图10-53。图10-52 姿态评估对话框a)进入最佳姿态前 b)进入最佳姿态后图10-53 人体模型的最佳姿态优化32四、人体行为分析四、人体行为分析(Human Activity Analysis)模块模块 在菜单栏中逐次单击下拉式菜单中的选项：
28、StartErgonomics Design&AnalysisHuman Activity Analysis选项，见图10-7，进入人体行为分析界面。此模块可进行上肢评价、升降分析、推拉分析、搬运分析和生物力学单一动作分析等。（一）上肢评价（一）上肢评价若上肢在某姿势下承受一定负荷，本模块能对此给出人机工程的评价。假设人体姿势如图10-54所示，在Ergonomics Tools工具栏（图10-55）中单击RULA Analysis按钮 ，弹出RULA Analysis对话框，见图10-56。图10-54 人体姿势图10-55 人机工程工具栏33图10-56 快速上肢评价分析对话框 在RULA
29、 Analysis对话框中，输入工作负荷参数，如静负荷或循环负荷、频率、量值（千克数）等，即可在Score栏内给出人机分析的得分，同时有彩块作直观显示。12分为绿色表示可接受，提示“Acceptable”。34分为黄色表示应研究姿势是否改变，提示“Investigate further”。56分为橙色表示要尽快研究和改变姿势，提示“Investigate further and change soon”。7分为红色表示要立即研究并改变姿势，提示“Investigation and change immediately”。34（二）推拉分析（二）推拉分析分析推拉工作负荷对人体是否适宜，给出结论。
30、在树状目录中选择人体模型，单击Push-pull Analysis按钮 ，弹出Push-pull Analysis对话框，输入推拉的力值（牛顿数）、推拉距离等参数，对话框中的Score栏内给出分析结果，见图10-57。图10-57 推拉分析对话框35（三）搬运分析（三）搬运分析分析搬运的重量对人体是否适宜，得出结论。在树状目录中选择人体模型，单击Carry Analysis按钮 ,弹出Carry Analysis对话框，输入搬运的重量等参数，对话框中的Score栏给出分析结果，见图10-58。图10-58 搬运分析对话框36（四）生物力学单一动作分析（四）生物力学单一动作分析 人体单一动作的一
31、些生物力学数据资料，例如腰椎的合理负荷、人体关节受力和运动的适宜量值等，已经存储在CATIA 的Ergonomics Design&Analysis模块中。调出生物力学单一动作分析对话框（图10-59），根据给定的姿态，输入工作数据，即可获得评分结论。图10-59 生物力学单一动作分析对话框37第三节 中国人人体模型的初步创建 国外开发的几个常见人机工程CAD软件中，还没有中国人的人体模型库。CATIA 的HBR模块同样如此，见图10-60。图10-60 CATIA人群模型库 本书编著者依据国标GB/T 10000-1988 中国成年人人体尺寸，尝试用CATIA人体尺寸编辑模块，初步创建了中国
32、成年男女的人体模型文件。所创建的中国成年人人体模型中国成年人人体模型文件名定为：“Chinese.sws”。38 人群人体模型文件至多包含4个文件段：男、女人体尺寸均值和标准差文件段各一，人体尺寸变量相关性的文件段男、女各一，其顺序和形式如下：MEAN_STDEV MMEAN_STDEV FCORR MCORR FMEAN_STDEV 文件段必须出现在CORR 文件段之前。所分析问题不需要的文件段可以舍弃。在MEAN_STDEV M/F（人体尺寸变量的平均值和标准差）文件段中，每个变量独占一行，描述的格式如下：其中，是变量的引用代码，是变量的均值，是变量的标准差。39一个简单人体尺寸变量文件段
33、的示例如下。！This is a sample population fileMEAN_STDEV MUs100 167.8 5.79MEAN_STDEV FUs100 167 5.19END 此文件段中，代码Us100变量的均值为167.8cm（这里是中国男子身高），标准差是5.79；代码Us100变量的均值为157cm（这里是中国女子身高），标准差也是5.19。40 41 遵循创建人体模型文件的格式，依据GB/T 10000-1988 中国成年人人体尺寸，初步创建的中国人人体模型部分文件见表10-1。表10-1 部分人体模型文件MEAN_STDEV MMEAN_STDEV FVariabl
34、eMeanStddevVariableMeanStddevUs3136.75.3Us3127.14.68Us459.82.53Us455.62.23Us531.11.46Us528.41.37Us1143.12.06Us1139.72.15Us1342.22.96Us1340.43.35Us2487.54.08Us2490.04.51Us2755.42.36Us2752.92.06Us285.72.15Us2843.31.93Us3328.01.63Us3326.01.76Us3486.74.51Us3482.54.64Us37 21.21.97Us3719.91.72Us50 79.82.9
35、6Us5073.92.62Us519.60.41Us518.80.35Us5224.71.03Us5222.90.81Us588.20.35Us587.60.67Us6018.30.46Us6017.10.39Us6630.61.42Us6631.71.8Us6732.11.59Us6734.42.1Us7344.42.11Us7341.02.03Us7449.32.23Us7445.82.06Us8741.31.87Us8738.22.49Us8823.71.33Us881.71.2Us9490.83.09Us941.71.2Us100167.85.79Us100157.05.19Us105
36、13.01.09Us10513.01.01Us11573.55.46Us11577.27.1842CATIA V5中部分人体变量代码及相应的变量名称见表10-2。表10-2 CATIA V5中部分人体变量代码及变量名称CATIA人体变量人体变量变量名称CATIA人体变量人体变量变量名称Us3肩高Us52足长Us4坐姿肩高Us58手宽Us5上臂长Us60手长Us11肩宽Us66臀宽Us13最大肩宽Us67坐姿臀宽Us24臀围Us73胫骨点高Us27臀膝距Us74坐姿膝盖Us28坐深Us87小腿加足高Us33胸宽Us88前臂长Us34胸围Us94坐高Us37胸厚Us100身高Us50坐姿眼高Us1
37、05坐姿大腿厚Us51足宽Us115腰围人体模型文件应嵌入到人体尺寸编辑器中去，操作如下：1）从主菜单上点击Tools Options，打开选项菜单；2）在Ergonomics Design&Analysis 部分，点击 Human Measurements Editor；3）在Anthropometry 选项卡User-defined populations 区域，点击 Add 按钮，打开人体模型文件选择对话框；4）在文件夹中选择人体模型文件,点击确定按钮。见图10-61。图10-61 人体模型文件选择对话框435）在Human Builder 模块中，点击Insert a New Mani
38、kin（插入新人体模型）图标 ，并且在New Manikin 对话框的Population 下拉列表中选择“Chinese.sws”人体模型库，如图10-62，即可创建中国人三维人体模型。图10-62 人体模型库选择44第四节 人机工程CAD软件应用实例一、课题及其条件一、课题及其条件课题课题 初步给定办公隔断空间的平面尺寸为120cm 150cm，应用CATIA人机工程模块，评价是否适宜。课题条件课题条件 1）办公用品至少有PC机、电话机、文件筐、文具筒（或盒）、工具书、（茶、咖啡或水的）饮具、台灯等。考虑同事交流和简单休息娱乐的需要，桌面与空间应约略留有余地。2）配置有扶手、可转动的办公椅
39、。3）暂且不分男用、女用。45二、分析评价步骤简介二、分析评价步骤简介（一）工作空间建模（一）工作空间建模1.按GB/T14774-1993工作座椅一般人类工效学要求，建工作椅模型；2.根据GB/T3326-1997给出的桌面高度参考值，建立办公桌模型；3.参照市场上的常见尺寸形状，建立PC机、键盘、鼠标、音箱、电话机、文件筐、文具筒、水杯、台灯等办公用品模型。4.初步组装成图10-63所示的办公隔断空间，导入CATIA人机工程模块。PC主机放在桌下。其他细节问题随后逐件分析调整。图10-63 办公隔断空间（初步模型）46（二）引入中国人人体模型（二）引入中国人人体模型1.人体尺寸百分位的选择
40、 办公空间是通用型产品，属第二章所述的IIIIII型产品尺寸设计型产品尺寸设计，即取50百分位数的人体尺寸作为设计依据。2.在CATIA人机工程模块中，引入中国男性、女性引入中国男性、女性5050百分位数的人百分位数的人体模型体模型。以男子人体模型作为工作空间分析的主体，因为只要对男子“够用”，对女子肯定也够用。但也将检视女子人体模型的工作情景。（三）办公桌上物品的摆放（三）办公桌上物品的摆放 根据人体模型肢体的工作范围、观看显示屏的视觉要求等，调整办公用品在办公桌上的摆放位置，对人体姿势进行人机学评估。471.显示器显示器（以21英寸液晶显示器为例）操作软件，调整显示器位置操作软件，调整显示
41、器位置 a）引入男子人体模型，双击Clash Detection Stop按钮 ，对人体与座椅做干涉停止操作。b）应用罗盘操作将座椅和人体移近办公桌，布置好位置。c）移动显示器（用罗盘，或CATIA装配模块的操纵命令 ），同时用测量间距命令 测量人眼视屏距离，调整至620 mm，显示器位置即确定，布置效果见图10-64。48 确定人眼与显示屏的距离确定人眼与显示屏的距离 兼顾两个因素：第一，正常视力者看清宽高2.8mm左右的字符不费力，则视距宜(2.8mm250=）700mm（参看第七章第一节），第二，观看屏幕的双眼水平视角宜48（参看图4-22），长宽比169的21英寸显示屏水平边长约480
42、 mm，则视距宜540mm。综合考虑，可取视距600-650mm。图10-64 调整男子工作者与显示屏的视距2、键盘、鼠标、键盘、鼠标 操作舒适是确定位置的原则操作舒适是确定位置的原则。用Forward Kinematics命令 ，编辑上肢姿势，将手放置在桌面的键盘上，应用Human Activity Analysis模块下的RULA Analysis命令 对上肢进行评价。评价结果见图10-65、图10-66。图10-65、图10-66中的评价得分为“3”，不够满意，需改进。49图10-65 键盘布置的上肢评价结果不够满意（男子人体模型）调整人体模型上肢姿势，仍用RULA Analysis命令
43、 分析，至上肢评价得分提高到“2”，为“可接受”，见图10-72、图10-73。从图10-72、图10-73看出，该姿势下人体前臂及手部大体在桌面以下，这就是很多办公桌、电脑桌将键盘放在桌面以下的原因。50图10-66 键盘布置的上肢评价结果不够满意（女子人体模型）51图10-67 改进后的键盘布置，上肢评价得分提高（男子人体模型）调整上肢姿态，仍用RULA Analysis命令 分析，至上肢评价得分提高到“1”，为“可以接受”，见图10-67、图10-68。该姿态为前臂手部在桌面以下，这就是办公桌、电脑桌在桌面以下设置一个键盘搁板的原因。52图10-68 改进后的键盘布置，上肢评价得分提高（
44、女子人体模型）3、电话机、水杯、文件筐夹等、电话机、水杯、文件筐夹等 电话机、水杯、文件筐等物品的摆放，要求互不干涉，均在上肢伸展区域内，取用方便。应用Human Builder 模块中的Computes a Reach Envelop命令 进行上肢伸展域检验，确定上述物品的摆放位置。在调整电话机等的位置前，用Forward Kinematics命令 将人体的上肢调整到极限位置，然后应用 命令对模型的左、右手伸展域进行分析，结果见图10-69、图10-70。由图10-69、图10-70可见，电话、水杯、文件筐、笔筒等办公用品不在上肢伸展域内，使用它们需要起身或移动座椅，不方便。53图10-68
45、 男子上肢的伸展域图10-70 女子上肢的伸展域 需进行调整，将它们移到上肢伸展域内。应用罗盘操作，移动后的效果见图10-71、图10-72。在图10-71、10-72中，电话机、水杯、文件筐、笔筒等物品已调在上肢伸展域内，使用方便。其实这些用品可按习惯放置，基本在上肢伸展域内即可。至于台灯等备用物品的放置，只要桌面上留有余地即不成问题。图10-71 物品调到上肢伸展区内 （男子）图10-72 物品调到上肢伸展区内 （女子）54三、办公隔断空间平面尺寸的分析评价结论三、办公隔断空间平面尺寸的分析评价结论 从图10-71、图10-72可见，所有办公用品的摆放已符合人机工程要求，而办公桌上仍有一定
46、的剩余空间，可满足简单娱乐、休息的要求，也有条件临时放置笔记本电脑、台灯等物品。由此得出结论：初始所给定隔断空间平面尺寸初始所给定隔断空间平面尺寸1200 mm 1500 mm是适宜的是适宜的。5556503/(2tan15)939mm503/(2tan15)939mm第十一章第十一章 人机学其他专题人机学其他专题 及未来展望及未来展望工业设计人机工程（工业设计人机工程（3 3版）版）阮宝湘等阮宝湘等 编著编著第一节 人机工程的设计心理学应用一、综述一、综述1心理现象心理现象 心理现象指人在心理现象指人在感觉、认知、记忆、思维、情感、意志、个性感觉、认知、记忆、思维、情感、意志、个性等方等方面
47、的表现形式和特征面的表现形式和特征。心理学研究心理现象的形成机制、发生发展规律。心理现象的根源在大脑的机能心理现象的根源在大脑的机能，这叫心理现象的物质性心理现象的物质性。视、听、触、味、冷热、运动等感觉依赖感觉器官和神经中枢，认知、记忆、思维是大脑的活动，它们的“物质性物质性”均不言而喻。特别提示：情感、意志、个性等也是情感、意志、个性等也是大脑机能的外在表现，同样具有物质性。大脑机能的外在表现，同样具有物质性。新新人类个性涂鸦572 2心理过程心理过程心理现象由两个过程形成：认识过程认识过程 包括感觉、认知、记忆、思维等阶段。通过感觉器官在脑中产生事物形、色、味等反映，叫感觉感觉。把类似属
48、性的事物集合成整体叫做认知认知。把认知事物的影象保留在脑中并能够再现，叫做记忆记忆。对多种认知的事物进行分析、对比、思考，叫做思维思维。通过思维，使认识发展和深化，就能从个别到一般，从具体到抽象抽象，从感性到理性感性到理性，得到概念概念、定义定义，发现规律规律、定理定理，进行正确的判断判断、预测预测。58情感、意志过程情感、意志过程在认识深化中对事物产生的喜好厌恶、期待规避叫情感情感。在情感驱使下对事物的追求是意愿意愿，长期不变的意愿叫意志意志。情感、意志方面表现出来的综合特征叫个性个性。59（二）设计心理学的两类问题（二）设计心理学的两类问题 “心理”的较窄涵义，指情绪、情感、意志、个性等方
49、面。本节阐述窄义的设计心理问题，如认知心理、社会心理、情感与精神需求、创造思维等。设计心理学问题的研究，从两方面展开：用户的心理特征和需求。用户的心理特征和需求。回答“用户需要什么？用户需要什么？“的问题；设计者的心理素质和培育设计者的心理素质和培育。回答“设计者怎样满足用户的需求？设计者怎样满足用户的需求？”的问题。1 1用户心理研究用户心理研究挺大的课题，将分类提出实例进行探讨。2 2设计者的心理素质设计者的心理素质也常在创造心理学创造心理学的名义下展开探讨。创造心理素质表现在：不满事物现状，敏于发现不足，勇追新目标不满事物现状，敏于发现不足，勇追新目标；突破传统观念方法的束缚，另辟蹊径解
50、决问题另辟蹊径解决问题。创造素质要求敏锐的观察力和丰富的想象力敏锐的观察力和丰富的想象力，主要不来自天赋，而来源于开放多彩的环境，以及锻炼和培育。（事例略）怎么样？想到过吗？怎么样？想到过吗？UFO雨伞雨伞60伞，另辟蹊径伞，另辟蹊径，（图片摘自李建明的博客）情侣伞情侣伞佩戴式雨伞佩戴式雨伞可戴在肩膀上，不用手擎。不仅能遮雨、挡风、遮雪，还能御寒，保持头、面和肩膀的干爽。礼貌伞礼貌伞 通过拉手柄，随时调整伞的形状，以便保护自己避开狂风，避免撞到其他人。61日本大伞日本大伞 塑料充气伞塑料充气伞便携，通过手压泵充气，轻拉手柄即放气，占用空间小。能避免碰伤他人。3个发光二极管，保夜间使用安全。“B
