人机工程学-科学的研究方法.ppt

人机人机工程学工程学2.1科学的研究方法第二章第二章人体工程学的研究方法人体工程学的研究方法l What什么是人机工程学研究？什么是人机工程学研究？人机工程研究学的研究主要采用或者沿用实验心理学的方法和实验生理学方法，以及所谓的心理生理学方法。心理生理学方法，即一种是用电测量方法，通过胜利变化（如血压，心率）的测量指标来表征心理状态的方法。人机研究的七大方面：人机研究的七大方面：课题来源 定义问题 系统校标和实验校标 变量的操作定义 选择被试 实验数据的收集和分析 取样人机工程学的研究方向人机工程学的研究方向人机工程的应用领域是十分广泛的，几乎涉及人类工作和生活的各个方面。主要应用方向：1.人体工作行为解剖学和人体测量；工作事故，健康与安全；包括人体测量和工作空间设计；姿势和生物力学负荷研究；与工作有关的骨骼、肌肉管理问题；健康人机工程；安全文化与安全管理；安全文化评价与改进 人机工程学的研究方向人机工程学的研究方向2.认知工效学和复杂任务；环境人机工程认知技能和决策研究；环境状况和因素分析；工作环境人机工程 3.计算机人机工程；显示与控制布局设计；人机界面设计与评价软件人机工程；计算机产品和外设的设计与布局；办公环境人机工程研究；人机界面形式 人机工程学的研究方向人机工程学的研究方向4.专家论证：多工作环境；人的可靠性专家论证调查研究；法律人机工程；伤害原因；人的失误和可靠性研究；诉讼支持；5.工业设计应用医疗设备；坐的设计与舒适性研究；家具分类与选择；工作负荷分析；人机工程学的研究方向人机工程学的研究方向6.管理与人机工程人力资源管理；工作程序；人机规则和实践；手工操作负荷 7.办公室人机工程与设计；医学人机工程办公室和办公设备设计；心理生理学；行为标准；三维人体模型 人机工程学的研究方向人机工程学的研究方向8.系统分析；产品设计与顾客；军队系统；组织心理学；产品可靠性与安全性；服装人机工程；三维人体模型；军队人机工程；自动语音识别；9.人机工程战略；社会技术系统；暴力评估与动机；10.可用性评估与测试；可用性审核；可用性评估；可用性培训；试验与验证；仿真与试验；仿真研究；仿真与原型；研究内容与方法（一）研究内容与方法（一）研研究究内内容容（一一）研究内容与方法（二）研究内容与方法（二）研研究究内内容容（二二）虽然人机工程学的研究内容和应用范围极其广泛，但本学科的根本研究方向是通过揭示人，机、环境之问相互关系的规律，以达到确保人一机一环境系统总体性能的最优化。就工业设计学科而言，也是围绕着人机工程的根本研究方向来确定具体的研究内容。研究内容与方法（三）研究内容与方法（三）研研究究内内容容（三三）1.人体特性的研究：主要研究在工业设计中与人体有关的问题。工作场所和信息传递装置的设计：主要研究如何设计合适的环境及信息传递装置，使人可以舒适高效的工作。研究内容与方法（四）研究内容与方法（四）研研究究内内容容（三三）3.环境控制与安全保护：主要研究从长远利益出发，如何设计环境及进行安全保护以保证人在长期工作下健康不受影响，事故危险性最小。4.人机系统的总体设计：人机系统工作效能的高低主要取决于它的总体设计，即在整体上使“机”与人体相适应，解决好人与机器之间的分工和机器之间信息交流的问题可，使二者取长补短，各尽所长。人机工程学发展动向的研究，研究内容与方法（四）研究内容与方法（四）观察法观察法实测法实测法实验法实验法调查研究法调查研究法计算机数值仿法计算机数值仿法分析法分析法模拟和模型法模拟和模型法学科体系及应用领域（一）学科体系及应用领域（一）学学科科体体系系学科体系及应用领域（二）学科体系及应用领域（二）学学科科应应用用领领域域在工业生产中，人机工程首先应用于产品设计，如：汽车的视界设计、仪器的表盘设计以及对操作性能、座椅舒适性、各种家用电器的使用性能等的分析研究。人机工程学的研究方法人机工程学的研究方法核心研究方法：是把与人类能力和行为有关的信息应用于人员所使用的物品、设备、程序和环境的设计中，这些相关信息绝大部分是由实验和观察得到的。人机工程学研究分类人机工程学研究分类u 描述性研究 探寻通过一些特定属性来描述一个群体（通常是人群）探寻通过一些特定属性来描述一个群体（通常是人群）的特征。主要用于在解决方案尚未提出之前，先进行描述的特征。主要用于在解决方案尚未提出之前，先进行描述性研究来评估问题的重要性和涉及的范围。性研究来评估问题的重要性和涉及的范围。实际情况下从事研究时，往往不能够象实验性研究那样对因素变量进行控制，只能直接测量一些因素并进行分析观测法、调查问卷法、故障分析法等都属于描述性研究如：美国核能管理委员会（NRC）1981年就要求将这种调查列为其强制性人机控制室审查过程的一部分。u 实验性研究 目的在于测试某些变量对行为的影响目的在于测试某些变量对行为的影响人为控制某些因素，通过实验的方法获得这些因素的影响规律通过实验性研究方法对于发现基本规律和原理非常有用，但很多情况下的研究都是在真实世界中进行的，并且实际情况中的任务更能够发现复杂的、实际的规律如：汽车座带和肩带对功能手臂可触及范围的影响(Garg,Bakken,and Saxena,1982)u 评估性研究 目的也是评估目的也是评估“某物某物”的效果，以作为产品改进的依据与的效果，以作为产品改进的依据与方向方向评估研究比实验研究更具整体性和综合性通常要与其设计目标进行比较，包括本来想要的结果和本来不想要的结果都要加以评估如：评估汽车座椅的设计 人机工程学研究步骤人机工程学研究步骤 How?步骤一：选择、确定研究背景实际生活或工作环境实际生活或工作环境相关的作业变量、环境约束以及被试特性（包括动机）的真实性优优点点缺缺点点l成本高（可能高得令人望而却步）l被试有安全风险l缺乏实验控制：通常情况下没有机会重复进行足够次数的实验；许多变量无法一直保持不变；由于实验过程的不连续性，经常收集不到某些数据。实验室环境实验室环境l无关变量可以加以控制l实验几乎可以随意重复l数据的采集可以做得更加精确。相关的作业变量、环境约束以及被试特性（包括动机）的真实性优优点点缺缺点点l研究可能会牺牲掉一些真实性和通用性被试有安全风险模拟模拟为了结合实验室研究和实地研究两者的优点，研究者们通常采用模拟真实世界的方法来进行研究。缺缺点点计算机模拟包括在计算机中构建一个过程或者事件系列的模型，通过改变参数，模型便可以运行，从而得到预测的结果。要开发一个精确的计算机模型，需要对所要结构模型的系统有全面而细致的了解，并且通常需要建模者对真实世界中的系统如何运作做一些简化的假设。物物理理模模拟拟实物模拟通常由硬件组成，且表述（即看起来像、感觉像、动起来像）某个系统、过程或者环境。实物模拟的范围涵盖从非常简单的项目（例如一张控制面板图）到极为复杂的构造（例如一个具有精细显示机舱外视觉情况能力的、活动基座的巨大喷气式战斗机模拟驾驶舱）。真实性步骤二：选择、确定研究变量u 描述性研究描述性研究中要测量两个基本类型的变量：标准变量和分层（或预测）变量标准变量标准变量是用来描述研究中感兴趣的特征和行为的变量。通常包括以下几类：身体特征（如手臂可及范围、腰围和体重），绩效数据（如反应时间、视锐度、手握力和记忆时），主观数据（如喜好、观点和评价）生理指标（如心率、体温和瞳孔扩张度）。分层变量分层变量是为便于收集数据，根据总体中的典型子类如年龄、性别、教育程度等特征，有层次地选择样本数据；或样本中各个个体数据。又称之为预测变量。u 实验性研究通过操纵一个或者多个变量来评估这些变量对所测行为的影响被试所操纵的变量称为自变量自变量。自变量通常可分为3类：(1)(1)作业相关变量。包括设备变量（例如，控制杆的长度、箱作业相关变量。包括设备变量（例如，控制杆的长度、箱子的尺寸和视觉显示装置的类型）和过程变量（例如，作子的尺寸和视觉显示装置的类型）和过程变量（例如，作业休息周期和强调精确度和速度的指令）；业休息周期和强调精确度和速度的指令）；(2)(2)环境变量。例如，照明、噪声和振动的变化；环境变量。例如，照明、噪声和振动的变化；(3)(3)被试相关变量。例如，性别、体重、年龄和经验。被试相关变量。例如，性别、体重、年龄和经验。因变量因变量是被影响的变量。实验研究中的大部分因变量属于绩效、主观或生理变量实验研究中的大部分因变量属于绩效、主观或生理变量步骤三：选择被试（研究对象）选择被试要解决选择谁选择谁、如何选择如何选择和选择多少选择多少的问题谁作样本？谁作样本？是否全覆盖？是否全覆盖？随机性随机性抽样方法抽样方法样本量？样本量？置信度？置信度？步骤四：收集数据通常需要分析出的指标:用均值均值、标准差标准差度量相关性指标相关性指标绩效指标绩效指标生理指标生理指标安全性指标安全性指标误操作指标误操作指标步骤五：复习数据 人机工程学研究工具人机工程学研究工具硬件工具：主要是对人体生理和心理，乃至机器和环境参数进行测量的器材和设备软件工具：包括人体仿真和人机交互软件，动作、行为观测与认知分析软件等量表工具：用于在描述类研究中对难以量化的因素进行度量与分析综合工具：是将硬件、软件、量表工具综合应用，对复杂人机环境系统进行评价的人机系统案例与研究案例与研究听课椅分析与改进听课椅听课椅这是一把专门为学生而这是一把专门为学生而设计的听课椅，它只有设计的听课椅，它只有一个扶手，其扶手在右一个扶手，其扶手在右边，大致是顺着手臂而边，大致是顺着手臂而伸展开。伸展开。针对这个听课椅，需要的主要设计要求如下：针对这个听课椅，需要的主要设计要求如下：（1 1）使脊椎保持健康正确的曲率；）使脊椎保持健康正确的曲率；（靠背上下弧度分析靠背上下弧度分析 ）（2 2）为骨盆（坐骨关节）提供有效支撑；）为骨盆（坐骨关节）提供有效支撑；（靠背左右弧度分析靠背左右弧度分析）（3 3）尾骨和臀部最小化压力；）尾骨和臀部最小化压力；（坐宽分析坐宽分析 ）（4 4）减轻和限制腿窝肌肉压力；）减轻和限制腿窝肌肉压力；（坐高分析坐高分析 ）（5 5）为骨盆和脚提供良好的支撑。）为骨盆和脚提供良好的支撑。（靠背分析靠背分析 ）（6 6）避免坐下时小腿悬空疲劳。（）避免坐下时小腿悬空疲劳。（坐深分析坐深分析）（7 7）该椅子的扶手放置书籍的面大小为多少时既能方便地放书，又）该椅子的扶手放置书籍的面大小为多少时既能方便地放书，又不会影响学生正常地坐下和起立。不会影响学生正常地坐下和起立。(扶手面积分析扶手面积分析）（8 8）适合手臂书写。（）适合手臂书写。（扶手长度分析扶手长度分析）（9 9）使它均能适用于左右手书写。（）使它均能适用于左右手书写。（扶手方向分析扶手方向分析）（1010）避免手臂书写疲劳。（）避免手臂书写疲劳。（扶手倾角分析扶手倾角分析）听课椅的尺寸数据听课椅的尺寸数据三视图三视图听课椅与国家标准椅子设计尺寸的数据对比听课椅与国家标准椅子设计尺寸的数据对比数据类别靠背高度分析该椅子靠背高度为444mm,国家标准为390420mm,通过比较，我们可以知道，靠背高度如果太高，头部就会被椅子挤压，长时间坐的话，后脑勺会感到疼痛，如图所示：降低高度，让头部自由运动靠背宽度分析靠背宽度400mm加宽60mm后的宽度，即国家标准460mm靠背太窄时，肩膀会受到束缚，同时靠背的弧度也较小，脊背可能不是非常的贴合椅子靠背面，加宽后，与脊背左右的弧度相当，身体比较自如，坐着比较舒服。座位后宽的分析座位后宽的分析通常座位后的宽度是要参考人体臀部的宽度，倘若座位后宽较小，臀部必然会有一部分不在椅面上面，如图所示:座位后宽加宽80mm，使臀部坐得更舒服除了不合国家标准的外，我自己提出的问题和改进方案：1.该椅子只有一个扶手，扶手都在右边，假如一名学生善用左手，那在听课时岂不是很不方便吗？改进方案：我们可以在椅背上加一个轴（该轴的转动条不能转动360），然后绕轴做一个连接扶手的转动条该转动条与扶手呈90，使他能使扶手既能转到左边，也能转到右边，当然这样做的话，必须要在左边也加一个支撑的木条。该连接装置的转动半径大于轴心到椅子的顶端的长度，可以在椅背后面限定的左右扶手位置与轴心所成的夹角范围内转动。除了不合国家标准的外，我自己提出的问题和改进方案：2.椅子靠背可能与自身脊椎的曲线不吻合，听课椅坐的时间长啦会后背酸痛，如何才能减轻这种症状呢？改进方案：首先，我们来探讨一下脊椎的曲线，如右图所示，我们可以把靠背的形状也改造成近似于脊柱的形状。改进后的椅子 椅背的曲线改成类似于脊椎曲线后，使脊椎,在坐着的时候，受到较少的力。除了不合国家标准的外，我自己提出的问题和改进方案：3.座椅前宽的棱是方形的，坐下的时候会使大腿下侧的肢体长期受到挤压，这时该怎么办？除了不合国家标准的外，我自己提出的问题和改进方案：改进方案:如下图，我们可以把座椅的座面边沿改造成光滑的倒角状的，使其增大与皮肤的接触面，这样就不会感到不舒服啦。除了不合国家标准的外，我自己提出的问题和改进方案：经过改进，椅子就变得更加人性化啦，根据人机工程学的角度分析，它非常符合人体的坐姿要求。有倒角的座位前边沿，坐起来就不会使大腿与小腿的连接处挤压而产生麻痹。4.上课时，起立回答问题，但是扶手和座面刚好卡住了身体，怎么办？改进方案：把扶手的置书面（如图所示部分）与置臂面相连的倒角改小一点就可以避免起立时被扶手碰到大腿。除了不合国家标准的外，我自己提出的问题和改进方案：讨论：讨论：1.科学与常识不同点在哪里？2.科学是万能的吗？3.观察的基本原则是什么？4.如何对控制变量进行控制？