人体工程学的研究意义范文
时间:2024-01-03 17:40:33
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篇1
以智能化、信息化为标志的智能电网、轨道交通等的迅速发展,对电气工程人才的知识结构、思维方式、实践手段、创新能力提出了新要求。浙江大学电气工程学院基于“以学生为本的个性化”人才培养理念,以“强化辩证思维、促进研究探索、激发创新意识、提升实践能力”为目标,率先在2006年提出了五位一体的“爱迪生班电气工程创新人才培养”新模式,在成果第一完成人负责的6项国家质量工程等支撑下,实施“教学资源和培养方案开放式、学习计划和教学模式个性化、课程体系系统化、工程能力教学实践化、创新能力培养研究化”的五位一体改革思路,营造宽松自主的学习环境,教学内容体现前沿性与整体性,实践与研究体现多样性。
浙江大学电气工程大类专业覆盖电力、电机、电子、IC、控制等多个方向,具有培养强弱电有机融合人才的优势。但是传统专业化培养方案单一,电类课程多且相互独立,内容繁、难、旧,强弱电知识体系相对分离,信息化渗透不足,创新性教学环节过于单调,导致人才综合创新能力偏弱。为解决电气工程大类学生共性与个性培养的融合问题,强电类专业的基础电类课程强弱电融合问题,贯穿大学四年一贯制的实践与研究教学融合问题,浙江大学电气工程学院通过:(1)制度创新。制定柔性化的电气工程本科生培养计划,依托重点学科,在低年级学生中建立导师制,多样化的创新研究平台与学生成效激励政策相结合,在学生中尽早建立创新学习意识。(2)课程创新。基于系统观整合关联课程,构建内核宽泛精炼、外延交叉的课程体系。课程内容更新、实验项目开发、实验设备研制同步进行,并依托课程练习形成问题导向的启发式、研究探索型教学新模式。强化强弱电的融合,将电工、电子、信号等课程进行整合,构建集成电子电气的课程体系。(3)过程创新。贯穿四年一贯制的大学生创新学习理念,建立以探索性课程实验、开拓性工程实践、自主性学科竞赛、创新性项目研究为主体的一条龙的创新实践与创新能力培养体系,突出创造力的培养。
成果解决教学问题的方法
提出“爱迪生班”电气工程创新人才培养新模式,在全过程教学中灌输创造、创新的教学理念,以“教学资源和培养方案开放式、学习计划和教学模式个性化、课程体系系统化、工程能力教学实践化、创新能力培养研究化”五位一体的多元化培养新方法,实施培养计划、课程内容、实践环节、科学训练等多方位的教学改革。
教学资源与培养方案开放式
提出“电气工程-爱迪生班创新人才培养”新方案,从培养计划源头进行调整,精炼电气大类的基础课程、提高学生自主选课比例(达到总学分的40%)、加强实验与实践环节的训练与考核。推进重点实验室、示范中心、特色实验平台的全开放,满足学生自主式、开放式培养的需求。
学习计划和教学模式的个性化
电气工程大类内制定电力、电机、电子、控制、IC设计等方向的贯穿4学年个性化、柔性化的培养计划。学生在导师指导下,瞄准专业方向制定各异的个性化培养计划,通过搭建校内科训、校外实践、国际交流等多种学习平台,满足学生的差异化学习,并通过多种自主学习的学分互换机制实现个性化培养目标。
电类课程体系的系统化
以提升拓展探索能力为目标,按照知识递进和认知规律进行电类系列课程内容的整合,率先建设“内核+外延”式电路与电子技术系列课程,以关联为中枢的信号分析与处理课程,强弱电知识融合的电力电子技术、电机学等专业核心课程,构成了系统关联的课程体系。电路与电子技术基础课程“内核”涉及电路、电子、信号系统、场与路的核心知识点的精炼与整合,“外延”则体现工程应用及专业课程衔接。课程体系既有“精、宽、新”的内容,又能使得强弱电核心知识按螺旋式递增。
电气工程能力教学的实践化
以50余个创新性课堂实验和自制6大类20余种先进教学设备为支撑,构建了“四阶段(电气认知、电气基础、电气融合、电气电子集成),三层次(基本技能、综合能力、研究能力)”实验教学平台;与27个国际著名企业建有校内联合实验室,与国网浙江电力、飞利浦电子等26家电气行业骨干企业建立校外学生长效实践基地。既能适应低年级学生开展探究性实验需求,又能满足高年级学生工程实践需求。
创新能力培养的研究化
除课程体系创新教学外,还依托电气工程国家重点学科的优势,构建开放式大学生智能汽车、智能电网、IC设计等大学生研究平台,完善多种激励与奖励措施,激发学生参与科学研究的积极性,促进学生开展高水平研究、发明专利提炼等能力提升,并通过大量的SRTP、导师科研项目、学科竞赛等环节得到充分体现。
成果的创新点
在培养方式上,提出了“开放式、个性化、系统化、实践化、研究化”五位一体的培养体系,形成了电气大类强弱电专业学生多样化创新能力培养的新途径。
率先创建了“爱迪生班”电气工程拔尖创新人才培养实验区,从教学计划、课程体系、实验与实践环节、科技创新、教研互动等全方位改革原有的教学方式,体现微电子IC设计、功率器件设计、功率转换装置、复杂电子与电力系统等知识教学的全面性培养特色,有机地辐射到电气工程大类专业学生的交叉培养与个性化培养。以开放式与个性化转变知识的接受方式,以系统化转变知识的传授形式,以实践与研究型学习转变知识的迁移过程,最终达到“三个转变”的教学效果。该项教改得到10个国家级质量工程项目支持,毕业生的培养质量明显提升。
在课程体系上,强化电气工程强弱电的紧密结合,建立了电类专业课程关联性集成化的新颖教学体系
面向新能源、智能电网、信息技术等现代科技的发展,强化强弱电融合、电气与信息的交互,率先以系统观整合优化了原有电路、电子、信号等基础课程内容与结构,重新建立电子电气课程教学体系。结合专业方向,构建了“层次化、模块化、探究式”的专用IC设计、电能转换、系统集成等整体化大类专业培养的课程体系,编写完成了电气新技术发展的立体化优秀教材73部,含“十二五”国家级规划教材6部、“十一五”国家级规划教材29部。
在培养过程中,提出了实验―实践―科训一条龙的研究型学习方法
首先在低年级电类基础课程学习中实施探索性实验,建立了课程实验-工程应用-科学研究的四年一贯制大学生研究实践平台,提出多样化的学生科学训练以及导师制的个性化教研结合学习方法,达到学生在合作研究与探究中获取新知。从基础到专业建有“十一五”“电工电子实验教学”和首批“十二五”“机电类专业”国家级实验教学示范中心,与国际500强等企业建立了26个工程实践中心。学生的创新能力显著提高。
成果的推广应用效果
学生培养质量
该成果以“爱迪生班”为试点、辐射到电气工程大类3个专业,受益学生数已达到2280名,已毕业人数1020名,其中继续深造的学生获得世界排名前100名高校研究生录取率达到20%,实施前少于5%,55%应届就业学生进入国际500强企业工作。本科生在国际顶级期刊IEEE Trans. On Power Electronics、Power System(导师第一、本科生第二)以及第一作者在《中国电机工程学报》《自动化学报》等国内顶级期刊上217篇,其中SCI、EI收录89篇。
学生获得国家专利233项,其中授权发明专利32项,公开发明专利45项,实用新型授权专利129项,获得国际学科竞赛一等奖18人次、二等奖11人次,国内特等奖6人次、一等奖56人次、二等奖35人次。
课程体系与教材独具特色,有良好的示范效应
“电力电子技术”“信号分析与处理”“集成电子技术”等课程入选国家精品资源共享课程。出版了体现电类课程整合的教材73本,其中“十一五”国家级规划教材29本,“十二五”国家级规划教材6本,教材与课件已经被清华大学、上海交通大学、华中科技大学、西安交通大学等国内100多所高校参考使用,部分教材连续使用15年以上,同时也得到包括李衍达、马伟明、韩英铎、严陆光、臧克茂、唐任远6位院士,电气工程及其自动化教指委主任胡敏强教授,电子电气基础课程教指委主任王志功教授,自动化教指委主任周东华教授等35位专家的推荐与好评。
自主开发研究型实验教学内容与设备广泛应用
强化电类课程基础实验的启发式与探究式,研制开发了模块化、关联性的实验设备与组件,并列入由全国实验示范中心电子组牵头编写的“电工电子创新实验”教材,得到推广。此外,相继开发6大类20余种实验教学设备,涵盖电气信息类所有基础课程,通过与教学仪器公司合作,辐射包括清华大学、上海交通大学等350多所院校。
篇2
[关键词]室内设计;人体工程学;关系
近年来,逐渐兴起了一种新兴综合科学,即人体工程学。过去人们认为环境就是环境,物就是物,人就是人,总是要求人去适应环境和物,且在探讨问题时经常将上述三者分开,独立对待。人们思想的不断进步,对于室内环境的要求逐渐转变为人与物之间的关系,倡导以人为本的设计理念,所有在实施前期设计的时候,除了关注传统的视觉效果以外,还要结合业主的需求,和外界环境来综合考虑。
1人体工程学相关概述
当今社会在发展,人体工程学的兴起可以追溯到工业时期,当时人类开始大量生产和使用机械设备,为高效的使用这些设备,人类开始探索人与机械之间的相互关系。人体工程学在当今社会又被叫做人类工程学,随着人们的个人主义不断增强,“以人为本”的观念也渐渐深入人心,人体工程学开始运用到人们的日常生活中来,使得人可以置身于更加安逸舒适的环境中,更加适合人的发展。日常生活中可以身心愉悦,在工作中可以提升工作效果,对人体健康也特别有利。
2人体工程学与室内设计的关系分析
2.1人体工程学促进室内设计质量的提升
在人们将人体构造带入到室内设计后,设计方面也得到了很大的进步与发展。最初,设计是靠人们的想象进行的,设计师根据自己对设计的理解和内心的想象进行设计工作。当引进人体工程学之后,室内设计将其列入到更加科学和理性的层面,有了切实有效的衡定数据,从此极大改变了室内使用和生活环境,为人类生活品质的提升奠定了基础。人类工程学对于室内策划的重要贡献在于,其将老式的室内策划中的知性元素给予了扩大化,至使室内策划有依据可遵、有数据可依照。人类工程学的扩大利用给全体室内策划事业有了极大的跨越。它为室内策划未来的理性化,到达科学和艺术的圆满结合。人体工程学最初并不是为了室内设计而兴起的,与之并没有太大关联,但后期在室内设计中的广泛应用对整个室内设计和人类文明的进步有着深远意义。
2.2人体工程学对室内设计观念的影响
人类工程学对室内策划的高深用义还体现在它对室内策划理念的影响。室内策划的理念伴随人类工程学导入对室内策划的工作产生了深远的影响。一是人体项目学将科学的理论带入到室内规划的概念中来。在早期的室内规划中,设计师的设计思路不够严谨,大多随心所欲,随意性较强。人体工程学的引入带来了室内设计的颠覆,它将科学、严谨的观念渗透到审计师的灵魂之中,使得设计师在设计时考虑人的适用性成为本能,也是现实要求。二是在设计房屋的内部环境中树立整体概念。保守的室内设计师所在意的只有其现在掌握的设计产品是不是达到优秀,而忽略了从房屋的整体角度去想产品是不是适用。新的设计理念的引入则成功转变了这种设计上的缺陷,使得室内设计风格各元素之间的互动性增强,提升了整体效果。
3人体工程学在室内设计中的应用
3.1在家居空间设计中的应用
营造一个品位高雅、格调不俗的家居氛围,不是简单的把自己喜欢的沙发、茶几、电视柜、餐桌椅摆进家里,而是要从科学与艺术的角度,在空间的规划、色彩、光线、个性等方面巧妙构思,如此才能使居住者进入家的环境时,得到身心的放松和满足。现在提倡的“人性化”家居、“健康家居”等都属于人体工程学设计。
3.2在室内家具设计中的应用
室内设计合理,符合空间的用途和性质,也能产生环境美感。作为室内的主体物————家具,要符合人体工程学的原理。它是为人所使用,服务于人的,使用起来应该非常得体、适当,可以起到愉悦人的精神的作用。因此,家具设计包括它的尺度、形式及其布置方式,必须符合人体尺度及人体各部分的活动规律,以便达到安全、舒适、方便的目的。人和家具、家具和家具之间的关系是相对的,并应以人的基本尺度(站、坐、卧不同状况)为准则来衡量这种关系,确定其科学性和准确性,并决定相关的家具尺寸。以家居卧室的布置为例,卧室的宽度不能过小,目前家居卧室的布置方法都将床置于卧室中间,床的顶端靠墙,床脚正对电视柜,左右两边都要留有过道,这样,既留下了床头柜和大衣橱的空间,还在床的两侧留下了过道,使用起来很方便。
4结语
人体工程学的特点就是在认真研究人,机,环境三个要素本身特性的基础上,不单纯着眼于个别要素的优良与否,而是将使用“物”的人和设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究,在人体工程学中将这个系统称为“人―机―环境”系统,这个系统中,人,机,环境三个要素之间相互作用,相互依存的关系决定着系统总体的性能,人体工程学是科学地利用三个要素间的有机联系,来寻求系统的最佳参数。
参考文献:
[1]刘舒.浅析室内设计与人体工程学的关系[J].魅力中国,2013,(32):299.
[2]任增凯.对人体工程学与当代室内设计的关系分析[J].中国培训,2016,(10):137.
[3]肖晨凯,朱晓娟.浅谈人体工程学在室内设计中的应用[J].改革与开放,2013,(02):133-134.
篇3
关键词:人机工程学
汽车人机工程学是人机工程学是人机工程学知识、理论和方法在汽车工业及相关领域中的应用。汽车人机工程学的主要研究方向和内容则是通过揭示人、车、环境之间相互关系的规律,以达到确保人――机――环境系统总体性能的最优化。汽车人机工程设计的主要工作任务,就是利用人机工程因素解决汽车(车身)设计中的“空间几何”和“人机界面问题”。
1 定义
“空间几何”的含义是指,汽车的车室空间设计尺寸和造型设计尺寸应该满足驾驶员和乘员的主观与客观要求,能够“容纳”他们。例如,车室的空间设计(如车顶)与室内设施的布置设计(如座椅和踏步布局)应该考虑对人体尺寸的容纳与适应(如伸腿空间、进出车门);整车的总体设计和造型设计应该满足驾乘人员对道路等环境的视野需求。
“人机界面”的设计目标是优化和减轻驾驶员的工作负荷(如对外部环境和仪表的关注所造成的视觉疲劳和因操作杆件的操作力度及伸及所造成的操作疲劳)。
2 现状
目前,还有很多汽车制造公司还没有一个正式的部门来处理产品开发和设计上的人机工程问题,起因则是对汽车人机工程设计的使用和价值方面有错误的认识。随着人们日益增长的舒适性要求及新增需求,必将对车辆人机工程学的发展提供新的机遇和更加广阔的前景。
3 意义
随着机动车辆用途的日益扩大、形态的日益多样化、功率和工作速度的不断增加、自动化程度不断提高、行驶道路和交通化境条件的日益复杂,驾驶员的工作越来越繁重,因而对改善驾驶员劳动条件的要求越来越迫切。这就使得应用人机工程学的原理设计机动车辆的重要性更为突出。
4 车辆工程领域的人机工程学研究
4.1 机动车辆驾驶操纵系统人机界面的优化匹配
机动车辆驾驶操纵系统是一种有驾驶员参与的反馈控制系统,其人机界面是典型的第一类人机界面。这类人机界面的优化匹配问题,在人机工程学领域最具有代表性,是人机工程学应当研究和解决的基本技术之一。
4.2 机动车辆的行车安全性及车内乘员的人体保护技术
机动车辆的撞车、翻车事故是行车安全事故的主要形态,频繁的撞车、翻车事故严重地威胁着人们生命和财产的安全。行车事故是在人――车――环境系统中产生不稳定或不平衡时发生的。
4.3 机动车辆乘员的乘坐舒适性
机动车辆驾驶员和乘员的乘坐舒适性,主要取决于座椅和人体的人机界面能否为人提供舒适而稳定的坐姿、驾驶员(或乘员)――座椅――车辆系统能否有效地隔离或衰减来自路面不平度的激励而产生的振动,以使驾驶员(或乘员)所承受的全身振动负荷低于规定的限制;驾驶员――座椅――驾驶室系统的几何位置关系能否为驾驶员提供良好的视野和相对于各种操纵机构与显示装置的舒适位置。
4.4 机动车辆的噪声控制
机动车辆噪声控制的目的是保证车内驾驶员和乘员的耳旁噪声满足人的听力保护允许标准,车外噪声满足动态环境噪声允许标准。
4.5 机动车辆内小环境气候的宜人化控制
对车内小环境气候宜人化控制的具体要求因机动车辆的类型、使用条件和运行环境的不同而异,依据人的热舒适性评价标准。
4.6 机动车辆驾驶员的驾驶适宜性
驾驶员是引起事故的主要因素。所谓驾驶适宜性,是指人具备圆满、不出差错地完成驾驶工作的素质。开展驾驶适宜性研究并制定科学的驾驶适宜性检查方法,对于驾驶员的选拔和科学化管理具有重要的指导意义。
例如,交通管理部门或交通运输企业可以通过驾驶适宜性检查,对申请驾驶工作的人的身心素质有一个基本的了解,可及时采取相应的预防或针对性指导训练措施。
4.7 机动车辆的道路交通适应性
人――车――路应作为一个系统来研究,设计车辆性能时,既要充分考虑人的因素,又要充分考虑现在及将来的道路交通特性;应当从用户主要是驾驶员的角度出发,评价车辆对道路交通条件的适应性,用以指导车辆的设计,使其协调一致。
4.8 人――车――路系统的综合优化
综合运用人机工程学,吸收国内外最新研究成果,提出一种科学的、以“驾驶员――车辆――道路一体化设计概念”为指导、研究驾驶员――车辆――道路交通环境系统的综合优化方法。
5 汽车人机工程学的未来
随着车辆使用者群体特征的变化,车辆设计与制造技术的进步、道路交通环境的改善以及社会大环境的变化,车辆人机工程学面临的研究课题必将不断发生变化。
1、由于医学科学新成就的不断出现和社会公共卫生事业的发展,使得驾驶群体的平均年龄逐步提供,车辆乘用群体覆盖范围进一步扩大,必将对车辆的“用户适用性”水平提出更新、更高、更多样化的要求。
2、基于计算机和电子技术的各种控制系统、辅助装置在轿车上的大量采用和不断完善,轿车的智能化程度越来越高,因此轿车驾驶操纵的人机系统功能分配、人机系统特性调和人机界面优化匹配的内容、方法必将随之发生新的变化。
3、随着能源与环境问题的备受关注,车辆技术发展的趋势可能从石油燃料车辆转变为电动汽车,将对驾驶者带来许多新的操纵特性,需要人机工程学更好的去平衡、协调、优化设计工作。
参考文献
[1] 杜子学, 汽车人机工程学,2011,第1版
篇4
关键词:室内陈设;人文艺术;文脉
中图分类号:B503.91文献标识码: A 文章编号:
在《现代汉语词典》中,“人文”解释为人类社会的各种文化现象。是社会学范畴的“人文”概念。在设计领域,“人文”应展开理解为深厚的文化性内涵以及带有广泛意义的人性化的设计要素。
一、设计的文化性内涵。
设计的文化性内涵即指设计的“文脉”(Context)。“文脉”(Context),原意指文学中的上下文,其广义的理解一般为一事物在时间或空间上与其他事物的关联。德国著名哲学家和哲学史家恩斯特·卡西尔说:“文化的本质是人类通过人造的符号和符号系统在时间或空间中交流传递信息的行为”,在设计领域,“文脉”一词应指设计中文化层次的脉络以及在设计风格中体现的内涵,而不应该仅仅是简单的枚举和篡改,盲目的罗列及拼贴。设计中对文脉的承袭应建立在设计师对历史和文化的深刻理解的基础上,运用优秀的组织概括能力,找到最贴切、最符合、最能体现该类型文化的符号语言,通过对美的独特的把握和感知能力借助恰当的表现技法将其传递推广。
美国后现代主义最杰出的设计大师查尔斯·穆尔(Charles Moore,1925-1994)在新奥尔良设计的 “意大利广场”就是通过设计师对历史渊源的理解, 通过自己独特的设计语言,运用了现代化的材料, 创造了一个另人似曾相识又耳目一新的公共空间——他在广场的细部设计上巧妙的用了新颖的不锈钢材料包裹上古典主义的爱奥尼克式柱头——从而改变了当时人们心中国际风格的单调生硬的形象,使建筑成为更加耐人寻味的艺术品。
在东方,日本由于其独特的民族传统与文化理念,在建筑与室内陈设设计中将深厚的思想内涵和文化底蕴天衣无缝的融合起来,形成了独具风格、自成一派的设计潮流。尤其茶室的设计,更是独具匠心。日本早期的饮茶是为了禅教佛宗的“禅思入定”时保持头脑清醒的需要,随后,茶道的空间便也带上了鲜明的禅宗文化特色,即洁净、美观、单纯的,能使人专著的空间:白色或半透明的墙面;狭窄的家具、壁龛以及一幅意境深远的画;一只色泽黝黑的碗或是一瓶线条流畅明快的插花;甚至仅是一套茶具,但却无不体现着日本的精神和文化。
由上可看出,室内陈设设计中的文脉作为意识形态领域的产品,是通过大量的符号(物质世界的以及意义世界的)来向受众传达信息的,而且主要是通过提炼升华的物质世界的符号以意义世界的形式来对室内的特定部位进行再次装饰和设计,借此强化室内的装饰效果和特殊气氛,突出设计的内涵。
二、设计的人性化的设计要素。
正如美国设计师普罗斯所说:“人们总以为设计有三维:美学、技术、经济,然而更重要的是第四维:人性!”,所以,任何设计都应该牢牢的把握人是第一性的原则。室内陈设设计作为室内设计的延续,是产品和空间与其受众--人的关系最直接的体现之处,作为现代设计师,有责任也有义务设计出最适宜的人性化的环境。
现代意义的人性化设计应建立在两个基础上:一是人体工程学,其次是人情化设计。
人体工程学(Human Engineering),也称人类工程学、人间工学或工效学(Ergonomics)。人体工程学起源于欧美,原先是在工业社会中,开始大量生产和使用机械设施的情况下,探求人与机械之间的协调关系,作为独立学科有40多年的历史。及至当今,社会发展向后工业社会、信息社会过渡,重视“以人为本”,为人服务,人体工程学强调从人自身出发,在以人为主体的前提下研究人们衣、食、住、行以及一切生活、生产活动中综合分析的新思路。
人体工程学联系到室内陈设设计,其含义为:以人为主体,运用人体计测、生理、心理计测等手段和方法,研究人体结构功能、心理、力学等方面与室内环境和各陈设用品之间的合理协调关系,选择最适合人的身心活动要求的装饰手法,取得最佳的使用效能,其目标应是安全、健康、高效能和舒适。
如果说人体工程学更多的是将人作为一个物理实体看待的话,那人性化设计中的“人情化设计”则完全是将人作为一个活生生的感性的灵动的感情载体来看待的。在人体工程学中,也有对人体心理动态的研究,但其立足点在于以物理和数学的形式将人的普遍的精神和生理反应进行测试和量化,取得的是绝对精确和理性的数据,却忽略了人的心理的波动与不稳定性以及个体之间的差异与性格,此种方式测量的数据在与使用者面对面时是有很明显的差距的,尤其室内陈设设计是作为空间设计的终端项目,与使用者的关系最为密切,所以,本人在此提出“人情化设计”这个概念,这是个有别于人体工程学中的概念。
在某种程度上“人情化设计”更接近于近日较为热门的“环境心理学”。但环境心理学是研究环境与人的行为之间相互关系的学科,它着重从心理学和行为的角度,探讨人与环境的最优化,重视的是人工环境中人们的心理倾向,主要涉及到空间规划和建设的工作,而室内陈设设计的主要任务不是去创建改造环境,而是强化室内气氛,改进人与空间的关系。因此,室内陈设设计中的人情化主要体现在所选家具、用品以及装饰物对使用者应当造成的最恰当、最适度的影响。同时,还要体现设计者乃至整个社会对某些特定群体的关怀,比如绿色环保产品及技术的使用,无障碍设计以及生态设计等。
现代室内陈设设计已将人性化设计作为今后若干年的设计重点。如今年3月在韩国LG家居展上,来自埃及的著名设计师Karim Rashid展示了自己的名为“头脑、身体、灵魂”的数码时代的家中,直接根据人的需求将房间分为三个功能性的区域:头脑——玩耍、工作、放松、社交、忙碌、学习、阅读、界面和互动;身体——吃饭、身心健康、穿衣打扮、清洗、锻炼;灵魂——沉思、睡眠、重新焕发生机。在这个现代化的带有实验性质的空间中,房间不但是人们居住、生活和工作的机器,它还是人们与陌生人、数据和图象交流的界面,是人们精神的延展,它可以感知人们的思维、情绪以及感情的起伏,而这一切,又需要设计师具有前卫的设计概念和先进的生产技术:空间各界面采用了透明或半透明的人工聚合物材料,可以随数码控制而改变;地板和墙纸的图案和造型是可以重组的,以求最符合人们的使用要求;室内的家具电器都具智能化;窗户由特殊晶体制成,可以随室外的光线变化而变化;植物是由生物工程制造的;织物是太空材料制成……。
总之,社会越来越进步,人类也在不断挖掘自身的规律和内在外在的需求。室内陈设设计作为一门综合多行业的新兴学科,其人文因素会得到越来越多的人的重视,并将成为该行业的终极目标。
参考文献:
1、《世界建筑艺术史》帕瑞克·纽金斯(英)安徽科学技术出版社1990年版
2、《室内设计与装饰》金珏等编著重庆大学出版社2001年版
篇5
关键词:3D打印;个性化;精准人机工学;设计方法
13D打印技术概述
3D打印技术又称“快速成型技术”,是多种“增材制造技术”的俗称。3D打印作为一项革命性的新型制造技术,其逐层叠加的制造方式具有无模具、无刀具柔性制造、快速制造、绿色制造、复杂形态制造、复合材料与复合结构一体化制造的特征,能够实现小批量产品的快速、低成本控形控性制造,进而满足消费者的个性化、特殊性需求。
2人机工学发展历程与特征
人机工学又称“人机工程学”“人体工学”“人因工程学”“人类工程学”等,主要应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科,研究人体的结构特征和机能特征,以人、机器、环境为三要素,着重分析这三者的相互作用,为设计舒适、可靠、简洁、安全等诸多方面相结合,为三要素之间达到一种最佳配合状态的系统工程提供科学依据和指导。人机工学的发展历程及特征如下:第一,萌芽时期(19世纪末至第一次世界大战)。这一时期人机工学的发展主要是解决工业革命带来的机械化生产方式的生产效率问题,主要特征是研究人如何适应机器。第二,初兴时期(第一次世界大战至第二次世界大战)。由于战争中使用了大量的飞机、坦克、潜艇等装备,对操作效率提出了较高的要求。这一时期的主要特征是通过从生理的、心理的、社会的角度促进人对机器的适应,以提升工作效率。第三,成熟时期(第二次世界大战至20世纪60年代)。第二次世界大战期间,复杂的高性能武器装备的使用更为普遍,由于设计不符合人的生理和心理特点,即使经过选拔和训练的人员也难以适应,从而促使人们在人机匹配的研究中,从过去注重对人去适应机器转向机器适应人的方向的研究。第四,新的发展时期(20世纪70年代之后)。人机工学的研究领域越来越广泛,人机交互行为更为普遍,机器和技术适应人的需求成为共识。产品的舒适度在各个层面得到提升,产品的生产方式为批量化生产,通过多类别、多型号、模块化、可调节模式满足消费者的多样化、个性化需求。
3基于精准人机工学的产品设计方法
现代工业设计基于工业革命带来的机械化批量生产的模式发展而来,传统的生产模式难以实现个性化定制。多类别、多型号、可调节的产品能够以不同百分位在一定的细分程度下满足人的需求,而无法实现个体的精准需求。3D打印技术的出现及其制造特征,使得个性化、小批量生产成为可能,逆向工程技术使得人体个体化尺度特征的获取更加便捷,由此催生了精准人机工学产品的个性化定制设计。精准人机工学产品设计是为了满足人对产品的舒适性和匹配性的设计需求,结合个体化人机尺度特征进行个性化定制设计的方法。在基于精准人机工学的产品设计流程中,以采集的数据模型为基础、面向个体的人机尺度特征、结合人机测量与医疗反馈进行精准的个性化设计,通过3D打印快速制造,经过产品试佩戴后进行体验反馈和设计优化。
4精准人机工学产品设计方法验证
本文以颈椎矫形器为例,进行了产品设计方法的验证。颈椎矫形器是固定于脖颈周围、用于固定头部、保护脖颈的器具,其功能主要包括稳定与支持、固定与矫正、保护与免负荷、代偿与助动几个方面。传统的颈椎矫形器主要为费城颈托,丑陋、笨重、密闭且难以适应患者的个性化需求。笔者结合3D打印技术和逆向工程技术,进行了颈椎矫形器的再设计。设计过程如下:第一,人体数据获取。为了获取人体精准数据,可以通过三维扫描技术和CT图像处理技术进行。本文的研究中通过CT数据进行建模,以医生提供的CT/MRI数据为基础,通过Mimics设计软件进行骨骼、肌肉、皮肤组织的建模,获取完整的人体颈部数据。第二,医学诊断与模拟恢复。结合医生对颈部恢复的医疗诊断,在Zbrush软件中对获取的人体精准数据进行模拟复位,并结合医学诊断对模型进行调整,对颈椎矫形器的压力分布进行设计和匹配,通过调整网格的拓扑结构位置确定基本形体的分布。第三,矫形器区域划分。以模拟恢复后的模型和医学诊疗模型为基础,划去和人体皮肤接触的区域,确定矫形器的基本构型。第四,拓扑网格设计。结合矫形器的基本构型,进行矫形器内部衬垫模型和外骨骼模型的建造,设计过程中利用grasshopper参数化建模软件进行,根据用户个性化需求设计不同形态的外骨骼模型。第五,3D打印制作。利用光固化3D打印设备对模型进行打印和后处理,得到设计实物模型。第六,佩戴与反馈。对打印后的模型进行处理,并进行佩戴,根据佩戴舒适性进行设计反馈,然后进行产品的优化设计。通过设计案例验证了基于精准人机工学产品设计方法的有效性,通过精准人机工学产品设计能够提升产品的舒适性与个体匹配性,对产品满足消费的个体化需求具有重要意义。
5总结与展望
3D打印技术在多个层面对设计产生着广泛的影响,在个性化产品的设计上体现着突出的优势。个性化需求代表着未来设计的发展方向,在消费者的个性化需求中,与马斯洛需求第一层次对应的舒适性需求一样具有较高的要求。3D打印技术与逆向工程技术的结合对人机工学产品的设计具有重要的意义,是满足个体化人机需求的重要设计方法,使得设计越来越朝着科学理性的个性化定制方向发展。
参考文献:
[1]…卢秉恒,李涤尘.增材制造(3D打印)技术发展[J].机械制造与自动化,2013,42(4):1-4.
[2]…刘泽恒,罗锦宏.工业设计中的人机工程学理论、技术与应用研究进展[J].艺术科技,2017(1).
篇6
【关键词】人体工程学啦啦操服装应用性研究
1前言
当今社会愈加关注人类健康与环保的生活方式,响应全民健身的号召,中国掀起一股啦啦操浪潮,在校园、广场、健身房或比赛现场它的身影无处不在,啦啦操作为一种积极健康的生活方式得到普及。现代服装设计理念强调的是服装设计中把人、物、环境这三大要素融合于各类设计中,在满足人的生活及心理需求的同时,强调产品设计的功能性与舒适性是当代设计的主题。如何根据啦啦操特点结合现代设计理念,设计出功能性强又符合人体工程学特点的啦啦操服装成为当前急需要研究的课题。
2人体服装设计
服装可以理解为人所处的生活环境中,离人身体最近,能穿着,能感觉得到东西。服装设计就是指把服装的各种构成要素合理运用,根据服装制作的目的,把各种必要条件综合后制成服装生产计划的系统。服装设计是一个系统化的过程,可以避免一些考虑不周和主观因素造成的失误。要实现服装设计的合理化,首先,要以考虑穿着的目的为前提,通过对市场,穿着者的层次和所处的各种环境,从人的因素和服装的组成要素两个方面来进行调配研究,并以此基础来调整服装构成要素,逐渐形成服装款式。
3啦啦操与啦啦操服装
啦啦操按照运动类别可以分为技巧和舞蹈两大类。技巧啦啦操运动的动作包含翻腾、托举、金字塔、抛掷四类难度动作。其动作特点表现为手臂动作在身体冠状轴前、动作快、定位准确,对手臂爆发力要求较高;舞蹈啦啦操:西方式的啦啦操主要体现于健美与性感,而中国式啦啦操是有别于西方啦啦操的,它融合了中国的传统文化及思想内涵,目前在我国比较推广舞蹈啦啦操。舞蹈啦啦操主要是由转体、踢腿、跳跃等难度动作和手位对比以及个性舞蹈等组合构成,通过多种空间,方向与队形变化展示舞蹈啦啦操的团队风采。啦啦操的审美要素主要体现在身体美、技术美、难度美、音乐美、节奏美、道具美和口号美等方面,它所产生的基本动因是煽动别人,激励别人。啦啦操表演讲究服装和舞台效果,动作美和视觉美效果,具高度的时代感和艺术性。啦啦操特点决定了啦啦操服装应该具有以下功能:(1)由于啦啦操练习的运动量较大,练习者的体温升高较快,排汗较多,服装应具吸汗效果好的特点;(2)啦啦操的动作幅度较大,应选择弹性好的紧身运动衣裤;(3)如参加正规比赛,全队服装应统一,自然大方。
4人体和服装设计要素的关系
人体与服装设计可以同时融合于一件衣服上,在穿着效果上和整体上不可分离。虽然说服装设计是自由的,但是还是要避免功能和装饰两者之间侧重点不同的问题,啦啦操服装属于运动装是侧重于功能性的。
4.1设计中人体的形态处理
可以将设计中的人体归类成以下三种形态:(1)人体静的形态;(2)人体动的形态;(3)人体美的形态。人体的形态系列:即人体的姿势。是人体的形态和服装的造型关系。人的形态系列是指人体静态时整体的形态,而功能系列是指人体各部分功能形态和运动动态所引起的人体的变化对服装结构形态的作用。它们之间都希望与服装达到美的效果。
4.2人体运动产生的形态变化
人体运动会引起的变化,它主要体现在:(1)关节运动会所引起的长度,高度的变化;(2)运动所引起的肌肉隆起和变形的部位变化;(3)在支撑服装部位所引起的知觉感受变化;(4)运动产生的皮肤伸展方向和程度的变化;(5)运动过程中服装滑移部位的变化;(6)还有变化而引起的脂肪变体和变位的变化等等。在进行啦啦操服装设计时要充分考虑到变化所带来的服装结构变化,在满足设计目的及功能性的基础上进行再设计,秉持“以人为本”的理念,坚持“衣人合一”的原则。
5人体工程学在啦啦操服装设计中的应用
5.1人体工程学在技巧啦啦操服装设计中的应用
技巧啦啦操系列动作对前肢轴线以上部位的服装设计要求很高,简单来讲是肩部和手臂部位的设计。分析动作及结构变化发现:手臂在人体上半身部分,要满足手臂快速变位的动作,便涉及到如何减少服装对手臂及前肢轴线部分所产生的压力及阻力问题。无论是翻腾、托举、金字塔还是抛掷等肢体动作,其无一没有使用臂力。通过人体的研究找出其发力点及人体对服装的支撑点,融合于服装结构设计中,以达到合理减少压力和提升爆发力的目的。根据目前的市场调查,技巧啦啦操服装一般以无袖设计或工字背的结构设计为主。当手臂进行向上拉伸,左右扭转、变曲时,人体三角肌位置的肌肉鼓起,身体上半部分的皮肤被强烈拉伸,如果是带衣袖设计的设计,应考虑到在手臂位置增加放松量或通过弹性大且轻薄具有吸汗性的面料来实现。
5.2人体工学在舞蹈啦啦操服装设计中的应用
舞蹈啦啦操有别于竞技啦啦操,其偏重于运动体态的观赏性。在进行服装设计的时,首先要考虑其动作会产生的体态变化,通过分解其动作。如转体、踢腿、跳跃等来对服装进行设计。该运动的人体美主要体现于腰部周围及腿部连接部位在运动中产生的美感,通过以衣服为媒介形式而表现出来。因此,对该服装设计应考虑如何去体现这些部位的美感问题。啦啦操的服饰美在表演中占有很重要的地位,它属于一种情感的直观表达,在人体与服饰的融合,并配合其运动道具,音乐等场景而达到“天人合一”的效果。而且能够做到刺激观赏者眼球,带动观赏者情绪的目的。真正做到设计中人、物、环境的完美结合。
6结语
关于啦啦操服装设计,已不单纯是追求结构造型及色彩搭配的表相设计,而是本着“以人为本”、“天人合一”的设计原则。是一种由内到外的,以服装为媒介的,充分结合人体工程学中人、物、环境三大要素的设计活动。由此而知,人体工程学在啦啦操服装设计中应用的重要意义。
参考文献:
[1]朱一帆.论服装结构设计中人体工程学的作用与影响[J].新西部,2011(04).
[2]陈晓玲.服装设计与人体工程学的功能关系[J].消费导刊,2010(08).
[3]一心.舒适的人体工程学设计[J].个人电脑,2010(07).
[4]张晓珂.浅析人体工程学在椅子设计中的作用[J].知识经济,2010(17).
篇7
关 键 词:人机工程学 工业设计 教学研究
人机工程学是一门主要研究“人一机一环境”系统的多学科综合的边缘学科。人机工程学既研究“人-机、机-环境、人-环境”三个子系统的属性,又研究人机系统的整体结构及其属性。从而使整个系统安全、高效,且对人有较高舒适度和生命保障功能,最终达到系统综合使用效能最高。
黑龙江科技大学工业设计专业经过十余年的建设,对人机工程学课程的教学已提升到研究和实践阶段。人机工程学是工业设计专业的专业基础课,在工业设计专业的课程体系中占有重要地位。作为基础知识体系的重要组成部分,该课程教学的成效关系到后续的产品设计系列专业课程教学是否能顺利展开。所以该课程在“应用型人才”培养目标的指导下和前期教学研究的基础上,课程教研小组成员对本课程的教学思路、教学内容、教学方法和教学手段 进行了不断的探索、研究和实践。这门课程的教学改革历经几届学生的教学实践,最终取得了良好的教学效果。
一、课程教学内容体系研究
首先确立教学内容改革的目的,是实现应用人才培养目标:“具有开阔的眼界、良好的个人素质、正确地价值观、艺术与技术交融的专业知识结构;有较强的沟通表达能力、团队协作精神和良好的职业道德;具备较系统的工业设计核心知识、技能、态度,适应社会的应用型设计人才,力争实现就业零适应期。[1]”教学内容的组织方式是在必要的理论知识基础上,突出工业设计专业应用人机工程学的实用性和应用型;适当删减原先主要是适合工技术专业工科学生的纯理论研究性的教学内容,时着力加强本学科与工业设计专业的关联[2]。
人机工程学虽以独立课程单元存在,但却辅助于若干产品设计课程,本单元课程既具有相对的独立性,又具有较强的延续性,改革课程内容,优化理论学时,突出注重应用的特点。在教学内容的编排上,针对现行教科书章节安排的不合理,对各章节进行了重新整合,目的是希望在每一个“人的因素”的知识点后安排与其相应的设计内容“机的因素”,可以马上理论联系设计实际。同时把相关的一些“机的因素”安排在同一或相近章节,体现一定的内在逻辑性[3]。具体实施方案为:
(1)根据理论知识的关联性,将课程内容分为五大模块:基础知识模块、基础数据模块、设计原理模块、环境模块、人机系统设计模块。
模块一:人机工程学基础知识(第1-3章) 10课时
知识点:人机工程学的基本概述,工业设计与人机工程学,人机工程学综述,人的感觉特征及心理特征,人的运动系统机能及其特征等。
教学手段:多媒体课件进行理论讲授,设计案例剖析,课程实训。
模块二:人体测量与数据应用(第4章) 4课时
知识点:人体测量的方法与常识,常用人体测量资料、人体测量数据的应用。
教学手段:多媒体课件讲授,设计案例剖析,课程实训,网络互动。模块三:人机界面及各种装置设计(第5-8章) 18课时
知识点: 人机的信息界面图形符号设计、显示装置设计与选择、操纵装置设计与选择、工作椅设计主要依据。
教学手段:多媒体讲授,设计案例剖析,课程实训。
模块四:安全设计(第9章) 4课时
知识点: 了解与掌握事故分析、作业环境分析与安全设计之间的关系。教学手段:多媒体讲授,设计案例剖析,课程实训。模块五:人机总体设计及发展趋势(第10章) 4课时
知识点:与人体相关产品的选择及设计。
教学手段:多媒体讲授,设计案例剖析,课程实训,师生互动。
(2)优化理论课各部分的授课时数,突出重点内容。如:增加操作空间、人机信息界面设计部分的学时数,减少热、振动等环境的理论授课学时。
(3)结合煤炭优势,教学重点内容应侧重操作空间、操作面板、人机交互、人机协调等内容,优化理论学时,注重理论与实践的结合,以理论原则和实验数据为设计基础,共同完成实践项目。
二、课程教学方法和手段的改革
《人机工程学》课程针对学生的学习基础和特点,从教学内容中探索,从教学手段中发掘,既要遵循教学的普遍规律,又要有针对性、创造性,从而逐渐形成了具有鲜明特色的教学方法。在教学中主要采用案例教学法、项目实训法和小组攻关法方法等教学方法。
1、案例教学法
案例教学法是国际上推广的一种生动直观的先进教学方法,采取案例教学导入,理论与实践相结合教学方法。在教学过程中,采取师生共同讨论,广泛听取学生的见解,教师最后进行总结,避免了教师上课“一言堂”的做法。
2、项目实训法
为了将教学与实践结合得更加紧密,实现对学生创新精神和实践能力的培养。我们在教学中以“项目实训法”鼓励学生积极参加各类设计竞赛,以产品设计为载体,教师采用一对一指导的形式,以人机原理和产品设计理论为依据,帮助学生解决实际问题,师生共同攻关,使学生不仅学会了设计,部分教师和学生还以此为契机,为自己的设计生涯画上了光辉的一笔,师生均受益匪浅,项目实训法获得了丰硕的成果:多名同学在不同层次的竞赛上获奖;教师和学生多人申报外观专利,如图1 雪花书桌,图2小厨宝。
通过项目实训使同学熟练掌握产品设计人机工程学的知识和研究方法,并能够完成以人机为核心的产品设计和以产品系统设计(基本要素与应用要素)为延伸设计的完整工业产品设计,为工业设计相关专业课程的学习奠定坚实的基础。
3、小组攻关法
“小组攻关法”是根据学生的心理特征而实施的一种教学方法,这种方法是“项目实训法”的补充。学生在小组中彼此分享各人的意见和独到的见解,共同研讨,解决问题,通过“小组攻关法”加强了学生的团队协作意识和交流沟通能力。
三、以“科研促教学”为理念,将科研融入教学
结合黑龙江科技大学的煤炭专业特色和“科研促教学”理念,结合该课程建设,2007年成功申报黑龙江教育厅科学技术研究项目《基于人机工程学的采煤机操作系统应用研究》,将采煤机的操作系统的人机协调课题研究融入课堂,让学生在真题实践中得到锻炼,采用学生的优选设计方案,为企业提供设计参考;将人机协调理论应用于采煤机目前在我省尚属首例,在本领域处于黑龙江省内领先水平。
人机系统总体设计又称为TSD(Total System Design)设计法。TSD设计法的中心思想是系统设计必须分为一系列具有明确定义的设计阶段,而每个阶段的设计活动和任务必须是明确的。这是典型的系统化解决问题策略。“总体”的意义是强调人机系统的各个组成成分都应给予全面的考虑,以克服长期以来设计中忽略人和人的效能问题,其设计的目标是使系统的每个组成成分都为实现系统目标而能够协调一致地发挥各自的功能。
结合采煤机的操作流程进行操纵面板设计,采煤机手动操作系统的操作流程为:开启运输机采煤机泵电机站选择左、右截割;并具有急停手柄和备用手柄。
根据采煤机手动操作系统的操作流程,分析采煤机的工作空间、操纵装置的形状编码和力的大小、作业场所的布置原则来进行操纵面板设计,如图3采煤机操作界面所示。
“科研促教学”是提高大学教学质量的重要途径。科研成果能充实和改革教学内容、科研活动能促进师资队伍建设和教学环境的改善,课外科研小组能培养学生的科研能力,面向本科生学术讲座能激发学生创新意识;从而形成“科研水平提高—教师教学能力提高—教学质量提高—学生质量提高”的良性循环。在教学内容研究的基础上,开展科学研究和实践设计总结,编著《产品设计》教材,其中重点章节为产品设计与人机工程学。该书的出版标志着人机工程学课程的教学达到了一定的理论水平。
四、结语
通过本课题的研究实践,给学生提供大量的符合社会需求的设计实践机会,加深学生对专业的理解,提高了学生的设计能力,摆脱以往教学中理论脱离实际的状况,使学生更好地认识和感受工业设计现实和实践状况,使学生获得符合现实的设计体验,使学生在就业竞争中更具竞争力;使教师在教学和指导设计过程中,能使人机相关原理与产品设计有机融合,提高教师的专业水平、实践知识和设计指导能力;作为以培养创新能力和应用能力的素质培养为目标的建设,对于工业设计其它专业课程的建设提供了可借鉴的模式。
黑龙江科技大学教学研究项目,编号:JY13-54
参考文献
[1] 赵宏梅,李洪纲.基于三大教育理念的“HAT·CDIO”应用型人才培养模式的探究[J]. 设计,2012(2).
篇8
关键词:人机工程学;生理 ;心理 ; 煤矿机械
中图分类号:X752 文献标识码:A
在煤矿机械设计中应以人机工学为基本原则,运用产品语义学,人机界面学,环境学,造型美学以及工程技术等方法,来确定研究工程设计中所必需知道的有关人的特征和特性的具体数据,设计宜人化的操作界面、环境、作业程序、工作任务等,使人与机械设备这个人机系统尽量做到机宜人、人适机。
1 在煤矿机械设计上运用人机工程学的必要性
我省是煤炭大省,煤矿资源丰富的城市较多,随之而来的生产煤矿机械的企业和产品也非常多,如鸡西煤机厂等。因为煤矿机械产品使用的环境比较特殊,野外、矿下等等,设备的操作相对复杂,噪音、油污、振动等干扰因素多,严寒酷暑、风沙雨雪也都影响操作员的正常工作,灵活准确地操作它,进行长时间作业并不是一项轻松的工作,极易使操作员产生紧张和疲劳,生产效率不能得到很大的提高而且以往煤矿机械设备在人们心目中的形象一直是笨、重、脏,存在色彩单调、搭配不当、体形庞大、线条生硬、不易操作、显示装置不够人性化等诸多问题。这就要求从人机工程学的角度出发,对煤矿机械产品重新进行改良设计,做到以人为本,为使用者提供安全、舒适、健康、高效的工作条件。
2人机工程学在煤矿机械设计中的应用
煤矿机械应以人机工程学原理为其基本的设计原则,人机工程学是一项以人为本的综合的系统设计+强调将人、机器和环境作为相互联系的三个基本部分构成个整体.形成人机系统。其中最重要的是人不能被动地去适应机器,而是与机器共同完成一个系统目标,从而可以获得它的最高综合效能,在设计中,主要应考虑以下几个方面。
2.1人体测量数据在煤矿机械设计中的应用
2.1.1人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类,即人体构造尺寸和功能尺寸的测量数据。人体构造上的尺寸是指静态尺寸,如煤矿机械产品上各种操作按钮的尺寸应与人手的尺寸相对应、座椅尺寸与人的下肢及背部尺寸相对应等等;人体功能上的尺寸是指动态尺寸,包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量尺寸。
2.1.2在煤矿机械产品设计中所有涉及人体尺度参数的确定都需要应用大量人体构造和功能尺寸的测量数据。在设计时若不很好考虑这些人体参数。就很可能造成操作上的困难和不能充分发挥人机系统效率。例如,采煤机操作控制台的操作部位的高度与人的上肢舒适操作的高度相比过低或过高,人在操作时需要弯腰或抬臂,这样不仅影响工作效率,人体将过早地产生疲劳,而且长期操作还会对操作者的身体健康带来不利影响。
2.1.3各种煤矿机械设备、设施和工具等设计对象在适合于人的使用方面,首先涉及的问题是如何适合于人的形态和功能范围的限度。这里面涉及到了人体测量数据的一个位置指标、一个界值——人体百分位数,在设计中最常用的是5%、50%、95%三种百分位数。在煤矿机械中,绝大部分都是男性,所以百分数以男性为采集数据。例如,一切煤矿机械操作装置都应设在人的肢体活动所能及的范围之内,其高低位置必须与人体相应部位的高低位置相适应。一般应用5%的男性小尺寸数据;石门、巷道、硐室、罐笼等,其尺寸应以人体数据第95%男性的百分位数为依据。距离运转着的机器部件的有效半径、紧急出VI尺寸等的确定。应以第99%男性的百分位数为依据。还有操作台、仪表盘、操纵杆等用具的设计高度和安装高度,装载机、铲运机的驾驶位置和观察窗的大小、操纵手柄的形状和大小、维修空间的形式和大小等,都要根据人体的尺寸为基本依据。根据笔者的研究,总结出一句话“容得下的空间,够得着的距离”,作为确定哪些数据应用小尺寸.
2.1.4哪些数据应用大尺寸的判定依据。在满足人体尺寸数据的同时,要将各种操作设备布置尽可能设在人操作方便、反应最灵活的范围之内。提高设计对象的宜人性,让使用者能够安全、健康、舒适地工作.从而有利于减少人体疲劳和提高人机系统的效率。
2.2人机界面在煤矿机械产品设计中的应用
2.2.1人机界面是人与机器之间传递和交换信息的平台,也是人与机器进行交流的界面。过去煤矿机械由于其结构较复杂.其中的动力机构较多,在设计时没有考虑到以人为本,随意地进行布局,使之操作界面非常繁琐和杂乱无章,使人在操作时没有规律可循,比较容易产生烦躁的心理,同时也为安全生产留下了隐患。操作面板是人机交互的主要界面。面板上各种显示器、操纵器的配置均应以操作者为中心,依据操作姿势、仪表的重要程度和使用频度来进行合理的布置。
2.2.2煤矿机械传递给人的信息的显示装置,它们共同的特征是能够把煤矿机械设备的有关信息以人能接收的形式显示给人。在人机系统中,按人接受信息的感觉通道不同.可将显示装置分为视觉显示、听觉显示和触觉显示。其中以视觉和听觉显示应用最为广泛,视觉显示包括仪器仪表等,听觉显示包括音响报警装置,如铃、蜂鸣器等,触觉显示是利用人的皮肤受到触压或运动刺激后产生的感觉,而向人们传递信息的一种方式,一般较少使用,但是在井下这种特殊环境下,触觉显示就显得特别重要了。
2.2.3在人机系统中,人通过信息显示器获得关于煤矿机械的信息之后。利用效应器官操纵控制器,通过控制器调整和改变煤矿机械系统的工作状态.使它按人预定的目标工作。因此,控制器是把人的输出信息转换为煤矿机械输入信息的装置,也即在生产过程中。人是通过操纵控制器完成对煤矿机械的指挥和控制。目前,常见的人机信息交换中.人对煤矿机械的控制大多是通过肢体活动来实现的,依据人体的操作部位,主要可分为手动、脚动两大类控制器。
2.2.4操纵装置的设计首先要充分考虑操作者的体形、生理、心理、体力和能力。操纵装置的大小、形态等要适应人的手或脚的运动特征,用力范围应当处在人体最佳用力范围之内,不能超出人体用力的极限,重要的或使用频繁的操纵装置应布置在人反应最灵敏、操作最方便、肢体能够达到的空间范围内。操纵装置的设计还有考虑耐用性、运转速度、外观和能耗。操纵装置是人机系统中的重要组成部分,其设计是否得当,关系到整个系统能否正常安全运行。在使用多种操纵器的复杂操作场所,如采煤机控制台,按其形状、位置、大小、颜色或标号对操纵器进行编码,是提高效率和减少误操作率的一种有效的方法。在设计时应将煤矿机械设备操纵机构尽量集中在人的主要操作位置上,操纵机构的运动方向也应符合大多数操作者的习惯,这样可使操作者的动作既安全又有效果,这就是人机工程学当中所说的操纵与显示的相合性。因此,操纵与显示方向的相合性是人机界面设计中的重要部分,在煤矿机械设计中应该重点考虑。
综上所述,在煤矿机械设计中,合理的人机界面设计合乎人的思维逻辑,通俗易懂,操作简单且具有引导功能,这样既会使操作者的动作安全而且又有良好的效果,在作业过程中也会得到视觉和心理上的舒适感,减轻枯燥工作的疲劳和精神负担,使操作员感觉愉快,提高工作效率,减少事故发生。
三、结语
在新的世纪,我们更加要用新的方式来感知世界,符合人机工程的人性化的设计才是最前沿最实在的潮流趋势。将人机工程学的原理和方法运用到煤矿机械设计中,设计制造出操作简便省力、安全可靠、性能优越、高效率的煤矿机械设备,对于推动我国煤炭科学技术进步,提高煤矿安全生产水平,加快煤炭企业的发展具有非常重要的意义。
参考文献:
[ 1]丁玉兰,人机工程学[ M] ,北京:北京理工大学出版社,2 0 0 5 .
篇9
关键词:工程机械 人机工程学 实验
一、工程机械定义与分类
机械工业出版社出版的《工程机械》一书对“工程机械”的定义是:工程机械是为城乡建设、铁路、公路、港口码头、农田水利、电力、冶金、矿山等各项基本建设工程施工服务的机械;凡是土方工程、石方工程、混凝土工程及各种建筑安装工程在综合机械化施工中,所必需的作业机械设备,统称为工程机械。
按主要用途分类,工程机械可以大致分为九个类别。
二、国内外研究现状及研究意义:
国际工程机械驾驶室,主流市场和制造商主要分布在欧洲、北美和亚洲三大地域。由于文化背景和的地域环境差异,不同地域的驾驶室具有独特的地域特点和鲜明的技术特征。目前欧洲顶级的工程机械驾驶室代表了当今世界最高的设计水平。其应用了世界上最先进的技术,追求舒适性和安全性,模块化和系列化设计程度高。
如果能有效改善工程机械操作者工作条件恶劣的情况,增强其工作的舒适度,减少劳动者的疲劳损伤,减少机械的人为故障,保证操作者长时间集中注意力,降低安全事故发生率,提高工作效率。国外新型工程机械不但达到了人机布置的科学性,还普遍采用全封闭式驾驶室,而且十分注意调节驾驶室内的温度、湿度和气流速度,不论在什么样的气候条件下作业,驾驶员在驾驶室内始终感到舒适。美国工程机械研究推荐的驾驶室内舒适的微气候参数为:空气相对湿度为30%~70%,驾驶室温度为18~24℃,空气流速为0.1~0.3m/s,通风量为0.37~0.57m3/min。
因此,选择该课题有以下目的和意义:
1 可以提高工程机械驾驶室人机工程学应用水平,扩展人机工程学的应用领域;
2 可以将人机工程学的实验方法引用到工程机械的驾驶室设计中,提高国内工程机械驾驶室人机设计水平;
3 可以提高工程机械的驾驶舒适度,降低操作人员的疲劳度;
4 进一步提高设计的工作效率,设计适合中国人体形的机械设备,改进常规的落后设计手段。
总之,对于国内学术而言,许多工程机械设计缺乏人机工程的相关理论,在人机工程学方面的研究也不多(有的相关研究还停留在经验人机工程学的基础上),所以在该课题上进行研究,就是只对其中一个人机项目(如操作舒适区域)进行研究就可以取得比较有意义的成果。
由于工程机械的范围很广,笔者无法对每种机械的驾驶室进行细致的实验研究。在经过大量调查分析发现,在工程机械中,挖掘机是使用范围最广并且操作具有一定代表性,所以在本文中笔者仅以挖掘机为主要研究对象进行研究。在挖掘机驾驶室中,座椅的人机工程学方面可以借鉴汽车座椅,而且国内学者也进行了一些研究,但对操作方面的人机工程学研究还比较少。挖掘机的操作主要依靠位于座椅两侧的操作杆来实现的,所以这个操作杆是人机工程学参数,直接影响操作人员的舒适度以及工作效率等。所以笔者将在本文中通过人机工程学实验对挖掘机的操作杆进行细致的人机工程学分析。利用美国BIOPACMP150生理多导仪,进行实验分析,得出结论,为以后的研究人员提供一种更有说服力的研究方法,使对工程机械驾驶室的人机工程学研究不仅仅停留在经验的基础上。
三 实验概述
通过美国BIOPAC MP150生理多导仪,对被试者使用挖掘机操纵杆完成规定任务时的生理参数(主要是肌电图,前臂与手腕的弯曲等)以及被试者的主观评价,经过分析得出最符合人机工程学的挖掘机操作杆的外观。
实验测评指标及影响各指标的因子
1 舒适度
(1)握杆的直径
(2)握杆的弯曲度
(3)握杆的长度
(4)握杆的高度
(5)握杆的材质
(6)握杆的摩擦力
2 疲劳度:连续工作而致使肌体能量消耗的生理疲劳程度。
(1)握杆的摆放位置
(2)握杆的操作范围
3 工作效率
(1)完成同一任务时的工作时间
(2)单位时间能完成的工作任务
4 安全性能
完成工作过程中的误操作率
5 心理感受(主观评价):操作过程中对被试者心理的影响。
(1)舒适程度
(2)简单程度
(3)美观程度
(4)轻巧程度
肌电图(electromyography),应用电子学仪器记录肌肉静止或收缩时的电活动,及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。英文简称EMG。通过此检查可以确定周围神经、神经元、神经肌肉接头及肌肉本身的功能状态。实验将采集实验过程中被试者有效的肌电图、弯曲角度并通过统计学软件进行统计分析,得出哪种操纵杆更符合人机工程学。
实验设备:
美国BIOPAC公司MP150系统
这套系统可以用普通个人电脑工作,可将生理信号存入计算机,无需连续纸记录仪,系统维护简便。可以在办公室或家中用个人电脑装入ACK软件分析实验室内MP150系统记录的生理信号。
用来放大常规的和骨骼的肌电活动。EMG100C可以用来监测单个纤维的、运动部位的和外周神经的电活动,因为它可以快速反应和定时。AcqKnowledge软件可以执行实时EMG测量。可以匹配所有的2mm电极插头,包括用于高灵敏测量带屏蔽的电极插头。
TSD109C三轴角加速度换能器
TSD109C与HLT100C相连提供三个输出,同时测量XYZ三个轴线方向的加速度。TSD109C可以用于身体上的各个部位。TSD109C适于测量慢速动作,例如走动。TSD109C适于测量快速动作,例如打网球时摆臂。
挖掘机模拟软件 一套
挖掘机模拟器 一套
被试者:经调查99%以上的挖掘机驾驶员为男性,且年龄在20岁以上,所以被试者选择为8名健康男性,年龄22岁以上。
当工程机械驾驶人员在利用操纵杆完成工作的时候,其三角肌、肱二头肌、前臂屈肌群会在大脑的支配下做出动作,最容易疲劳的也正是这些肌肉,所以肌电图的采集将主要集中在这三组肌肉上。操作时手腕需要经常转动,所以将三轴角加速度换能器安装在被试者的手腕部,用以采集工作时手腕弯曲程度,从而分析其疲劳状况。肌电采集点如上图所示:
实验前期准备工作:
1 安装调试实验设备。将操作杆固定在仿真座椅两侧,模拟真实挖掘机驾驶环境,打开电脑中的模拟软件;
2 将BIOPAC MP150生理多导仪主机与放大器按照使用说明安装好,打开数据采集软件,进行调试,连接电极采集线;
3 对被试者进行简单讲解,使其了解在实验过程中,被试者应该完成的工作。但对实验要采集的数据与结果要对被试者保密,以免在实验过程中,被试者的主观意识影响实验数据的准确性;
4 根据事先选好的采集点,在被试者身上安装贴片电极,并将生理多导仪的电极线与其连接;
5 实验人员将计时秒表归零。
实验过程:
1 被试者按实验要求利用操纵杆控制模拟软件中的挖掘机,从地点A移动至地点B,并在地点B处,用挖掘机的铲斗将右侧土堆的土移动至左侧(需要重复5次操作)。同时实验人员进行计时,记录每个被试者完成同样操作所利用的时间。
2 更换形状的操作杆进行同一实验,为避免被试者由于多次反复操作,对操作的熟练程度而影响实验结果,操作杆的使用排序采用随机排列。
3 操作完成后,秒表计时完毕,实验人员进行数据记录,将设备采集出来的肌电图等进行存储。
4 让被试者填写主观评价表
5 整理实验设备
实验后期:
对采集的实验数据进行分析,通过统计学软件SPSS分析得到实验结果,这样就可以真实有效的利用数据结果评测那种操纵杆更符合人机工程学要求。
总结
篇10
【关键词】:化学工程;系统;和谐;辩证法
自然界中的和谐系统比比皆是,大至宇宙,小到原子;地球生态系统是和谐的,动植物群落是和谐的,人类社会体系是和谐的,健康的人体更是一个绝妙的和谐体。所有这些和谐系统遵循着同样的辩证综合的规律,具体可以归纳出三条:1.统一律;2.层次律;3.进化律;所有和谐系统具有同样的性质:1.开放性;2.自组织性;3.非线性;4.无限发展性[1]。当爱因斯坦把大半生致力于统一场论时,其哲学上的需要相对物理学上而言或许要来得大,面对物理学的系统和谐,理论规则的分立是不能令他觉得满意的。而化学工程的发展是不是因循同样的哲学历程呢?
在化学工程作为学科开始被重视之前,化学工业已具有了相当的规模,各种具体的工程与工艺都被独立开来,在认识上是被分为各门特殊的知识,因此,当国外高等院校在十九世纪末开始设置"化学工程学"时,开设的课程大多是学习当时化学工业的各种工艺学,"化学工程"的概念在当时还是相当模糊的,在理论上充其量是化学与机械的一种混合(amalgam)。然而这种理论混合的模式在德国人看来却是很正统的,即使在今天,他们也避免专论"化学工程",而是称之为"过程工程"(Process Engineering),这一名称实际上要比"化学工程"的范畴更广,甚至更为准确,凡是涉及一定流程与工艺的领域都是适用的。但我们习惯上还是沿用"化学工程"的名称。
二十世纪开始,化学工业迅猛发展,在社会经济中占的比重越来越大,客观上需要化学工程学科的发展和支持。随着生产力的发展,人们对事物运动规律性的认识也愈来愈深化,愈来愈有概括性。伴随着其他领域科学技术的快速进步,人们逐渐认识到化学工业中各门看似不相干的工程和工艺中存在着共同的物理特性。1901年,美G.E.的Davis《化学工程手册》的发表,初步提出了"化工物理过程"的原理。1900年始,以合成氨、纯碱、燃料等为代表的近代化工厂出现,如1913年,德哈勃-博施法高压合成氨技术的产业化,星火燎原的,化学工业呈现出巨大的发展前景。到了二十年代,美MIT的一些学者提出:不管化工生产的工艺如何千差万别,它们在众多的典型设备中进行着原理相同的物理过程。1920年,美MIT成立了第一个严格意义上的化工系,时W.K.Lewis任系主任。1922年美国化工学会认同了新的见解,引出了"单元操作"(Unit Operation)的概念,这一概念在苏联时期和我国则广泛称为"化工原理"。
1900年始的"分离工程"研究使"单元操作"的概念日趋成熟。被称为单元操作的过程主要有流体流动、传热、干燥、吸收、蒸发、萃取、结晶和过滤等,以这些单元操作作为研究和学习的主要内容,是化学工程学科在二十世纪前半期发展的核心,其理论迅速成为发展化学工业的重要基石。这种把千变万化、千差万别的过程和工艺概括成"单元操作"是生产力发展到一定水平的反映,是化学工程学从"个性"到"共性"的第一个哲学性概括,是在一个系统整体性把握的高度上建立了一门技术科学,体现了系统科学发展的和谐统一规律。
随着"单元操作"概念的确定,另一方面,化学工程学科中重要支柱之一的"反应工程"亦逐渐浮出水面。从最初的德Winkler流化床煤气化炉的应用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工艺的开发,又到1931年丁纳橡胶和氯丁橡胶的投产,化学工业上发展的高峰持续不绝,1940年美国FCC炼油开发成功,成为石油化工的起点。直到1957年,欧洲第一届反应工程会议,明确提出"反应工程"的概念,成为化学工程学科的重要组成部分,是化学工程学的进一步和谐统一。"反应工程"的建立,乃至今日仍备受困扰的"过程放大效应"问题,及从"逐级放大"到"数模放大"的研究都带动了"化工过程系统工程"的发展,并共同体现了系统科学发展的和谐层次律。
就在"反应工程"发展的同时,"单元操作"得到了更加深刻的认识,人们发现各单元操作之间存在着更为普遍的原理,"过滤只是流体传动的一个特例;蒸发不过是传热的一种形式;吸收和萃取都包含着质量的传递;干燥与蒸馏则是传热加传质的操作……"[2]于是单元操作可以看成是传热、传质及流体动量传递的特殊情况或特定的组合。这种认识的深化过程并没有停止,人们进一步又发现了动量传递、热量传递和质量传递之间的类似性。于是从二十世纪50年代开始,人们综合了以往的成果,开始用统一的观点来研究三种传递过程。1960年,美威斯康辛大学(Univ. Wiscosin)的R.B.Bird教授出版了《Transport Phenomena》一书,系统地采用统一的方法来处理三种传递现象,从此化学工程学科的核心过渡到了"三传一反"的系统性概念。"三传"的研究是系统科学和谐进化律的又一体现,使化学工程学达到了一个新的整体性高度,这种高度的和谐统一是对客观世界本质性的认识,并在学科上反映出了系统科学的基本原理和性质,其影响力是普遍性的,是跨学科的,不仅使"传递原理"成为化学工程学的重要基础,同时在生物工程、机械、航天和土木建筑等工程学科上也具有重要意义,并日益成为工程专业共有的一门技术基础课,只是侧重点有所差异而已。
至此化学工程学科自身经历了一系列的演化和发展,并在短短的一个世纪中达到了一个前所未有的高度,涵括了众多的生产和应用领域,如医药、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化学品等,每年为社会提供数以亿吨计的千百万种产品,是人们衣、食、住、行须臾不可离开的物质基础,为社会繁荣作出了巨大贡献。然而事物总是一分为二的,从人类发展最为激动人心的口号"征服自然"到今天庞大的工业化进程,地球自然生态系统遭遇了前所未有的严峻局面,这之中,化学工业是造成大规模环境污染及恶性重复污染的主要过程之一,化学工程学科需要肩负起新的使命。1990年,"生态化工"(Eco-Chemical Engineering)的概念提出来了,相应在化工生产和过程工艺中提出了"清洁化工"和"绿色化工"的概念,因时应势,化学工程学开始了系统科学的自组织过程,这也是和谐系统对立统一发展的需要。在系统科学看来,自组织是和谐系统的基本性质之一,只有自组织系统能通过外部和自身内部的不断协调、整合,在适应环境的同时保持自己的特性并产生新的功能。从自发到自觉地,化学工程学吸收了自组织的理论,不断在广度和深度上充实、完善和发展。
随着新世纪的到来,世界正发生着全球性的变化,经济、社会、环境和技术等领域都面临着新范畴新理念的变更和冲击[3]。化学工程学科需要因应时展而改变传统的限制,不断有新的概念提出来,如化学工程应是伺机而待的专业(a profession in waiting);化学工程师必须"be steeped in technology",能够创新、开发、变换、调控和适应取代;化学工程学科要从"Process Engineering"达到"Product Engineering"再到"Formulation Engineering"。进一步的综合认为,化学工程学关注着同时发生在非常广泛的时空跨度内的现象,必须具备多尺度、多目标的方法来达到过程的总体优化。涵括了五个方面[4,5]:
转贴于 ① Nanoscale(纳观尺度):研究量子化学、分子过程与分子模拟等。
② Microscale(微观尺度):研究微粒、气泡、液滴、控制界面胶束和微流力学规律等。
③ Mesoscale(介观尺度):研究换热设备、反应设备、塔器以及传统的"单元操作"和"三传一反"等。
④ Macroscale(宏观尺度):研究生产装置和生产过程等。
⑤ Megascale(兆观尺度):研究环境过程和大气生态过程等。
于是化学工程学的核心转变到了"多尺度、多目标择优"的概念,化学工程学科又到达一个新的和谐统一的高度,进入了更高层次的系统工程领域。
新的发展的深度促使化学工程学科作出了一定尺度的"分化",然而这还远未结束,人们对世界的认识还在不断探索不断深入,一个更深刻更普遍也更一般的问题已经触到了化学工程学科的神经,触到了化学工程学的认识本质,并促使化学工程学需要有新的"融合"。这一问题就是"非线性及其包涵的混沌原理",相对于"线性"是人类认识客观世界的基本工具,"非线性"则是客观世界的本质特征,是"线性"反映的目的,是从科学角度看待世界的一种和谐统一;而在对"混沌发展"的研究表明,"混沌运动的普遍存在,揭示了自然界中实际系统发展演化的新行为,混沌态的自相似性使这种时间演化表现为一种空间结构,而且以其不同空间尺度上的相似性,揭示了系统复杂运动的统一性。这种统一性是一个观察"整体"的问题,只有在长时间范围(因为混沌运动是一种长时间行为)和更高层次复杂性中才能显现出来。"[6,7]这一问题涵盖了自然科学和人文社会科学的众多领域,具有重大的科学价值和深刻的哲学方法论意义。马克思曾经预言:"自然科学往后将会把关于人类的科学总括在自己下面,正如关于人类的科学把自然科学总括在自己下面一样:它们将成为一个科学。"从这一角度上,"非线性"问题是这种过程一体化的契合点以及整体认识论上的共性[8]。当站在这种整体性的高度上,化学工程学科获得了全新的视野和更强大的分析解决问题的能力,并最终具有了学科融合的基础。
在整个化学工程学科的孕育、诞生和发展过程中,始终交织着学科的"分化"与"融合",除了上述尺度(scale)上的分化以外还有着所谓的石油化工、精细化工、高分子化工等专业上的分化;另一方面,作为近代工程技术,它又是自然科学(化学、物理等)和技术科学(机械、材料等)的融合。正如物理学家普朗克(Planck)所指出的:"科学是内在的整体,它被分解为单独的部分不是取决于事物的本身,而是取决于人类认识能力的局限性,实际上存在着从物理到化学,通过生物学和人类学到社会学的连续的链条,这是任何一处都不能被打断的链条。"事实上,当化学工程学科的核心发展到"非线性混沌系统"时,实现科学的融合已是其客观系统性的需要,它需要强有力的非线性解算能力和综合分析能力。基于人工智能和神经生物学的人工神经网络(Artificial Neural Networks)技术为这种系统性的融合提供了新的思路和途径。人工神经网络特有的信息处理能力在愈来愈多的领域中展现出广阔的应用前景,它具有如下特点[9,10]:
① 学习:神经网络可以根据外界环境修改自身行为,这使它比其他任何方法接受自身感兴趣的外界信息更敏感。
② 概括:经过学习训练后,神经网络的响应在某种程度上能够对外界信息的少量丢失或自身组织的局部缺损不再很敏感,反映了神经网络的健壮性(鲁棒性),即工程上说的"容错"能力。
③ 抽取:神经网络具有抽取外界输入信息特征的特殊功能,在某种意义上可以说它能"创造"出未见的事物。
④ 模拟:神经网络由众多的神经元组成,以并行的方式处理信息,大大加快了运行速度,可以逼近任意复杂的非线性系统。
当然,神经网络并非十全十美,其自身的发展就曾经历过相当曲折的过程,但是,人工神经网络(ANNs)特性的融合将是化学工程学科发展到非线性核心系统的自组织适应和需要。例如采用神经网络设计的控制系统,适应性、稳定性和智能性均较好,能处理复杂工艺过程的控制问题,也使得化学工程师不但也是机械工程师,还首先是系统工程师,并能从最一般的非线性原理出发,解决实际过程的创新、应用、开发、生产等问题。
生产力的不断发展,科学技术的持续进步,人类认识自然和改造自然的不断深化,化学工程学科必将不断"分化"和"融合",体现出和谐系统的无限发展性质。
参考文献
[1] 李立本. 系统的和谐与和谐观[J]. 自然辩证法研究, 1998, 14(5):39.
[2] 韩兆熊. 传递过程原理[M]. 浙江:浙江大学出版社, 1988, 11:3.
[3] 季子林, 陈士俊, 王树恩. 科学技术论与方法论[M]. 天津科技翻译出版公司, 1991, 9:115.
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