安全人机工程学绪论课件

安全人机工程学绪论第一章绪论安全人机工程学的定义与发展——人机工程学的命名与定义研究范畴多维度视角学科发展展望人机工程学源自希腊语，意涵盖人体生理特性、心理认知机制、环境因Ergonomics为工作的法则它是研究人、机器与环境素影响以及系统整体设计通过跨学科方法之间相互作用的科学，旨在优化系统性能并论，实现人机系统的最优配置提升人类福祉安全人机工程学的核心使命01保障人机交互安全通过科学设计减少操作失误，预防工业事故与伤害，建立主动防护机制，将事故风险降至最低02提升系统操作效率优化界面布局与操作流程，减少疲劳，提高工作效率让操作者在舒适环境中发挥最佳水平03促进技术与人的和谐实现技术以人为本，让机器适应人而非人适应机器构建可持续的人机生态系统第二章人体基本特性与安全设计基础人体是一个复杂的生物系统，了解其基本特性是进行安全设计的前提从生理结构到心理认知，每个维度都关系到系统安全性能12人体尺寸测量与百分位数应用生物力学特性与承载极限通过系统测量获取人体尺寸数据，运用、、百分位数原研究人体骨骼、肌肉、关节的力学特性，确定不同姿势下的最大承载5%50%95%则，确保设计适配绝大多数用户群体，避免因尺寸不当造成的安全隐能力，为设计安全操作范围提供科学依据患34感知特性多感官安全设计心理功能与行为特征视觉、听觉、触觉等感知通道的特性决定了警示信号设计、界面显示布局等关键安全要素的有效性人体尺寸数据的安全应用案例设计符合人体尺寸的安全防护案例工业机械防护罩的尺寸优化5%~95%装置在工业设计中，我们采用百分位数方法确保防护装置适配绝大多数操作者百分位数代表较小体型用户，百分位数代表5%95%较大体型用户防护罩高度需考虑百分位数的站立眼高•95%操作孔尺寸基于百分位数的手部尺寸•5%紧急按钮位置需在所有百分位数用户的伸手范围内•视觉感知与安全警示设计色彩对注意力的影响视觉疲劳与误操作风险控制红色波长最长穿透力强能迅速引起注意研究表明红色警示灯可使反应不当照明会导致视觉疲劳增加误读仪表、误操作设备的风险优化光照,,,时间缩短秒在紧急情况下至关重要度、减少眩光、合理配色可降低疲劳相关事故发生率

0.3-

0.5,第三章人机界面与作业空间安全设计人机界面是人与系统交互的关键节点其设计质量直接影响操作安全性本章探讨如何通过科学设计减少人为失误,显示装置设计原则操纵装置设计信息清晰度、层级结构、视觉负荷控制等因素决定显示装置的安全性符合自然映射、提供明确反馈、防止误触发按钮、开关、旋钮的设计遵循格式塔原理优化信息呈现需匹配人手生理特征作业空间设计人机系统整体设计安全距离设定、动作范围优化、姿势舒适性保障合理的空间布局减少疲劳和操作失误典型安全人机界面设计案例飞机驾驶舱仪表布局优化现代飞机驾驶舱采用暗舱理念正常状态下仪表保持暗色仅异常时才点亮警——,示这种设计基于视觉注意力原理使飞行员能快速识别故障波音驾驶舱通过,787优化仪表位置和信息层级将飞行员扫视时间减少关键参数识别速度提升,28%,35%医疗设备操作面板的误操作防范设计人机界面设计的核心原则第四章作业环境中的安全因素设计:环境因素是影响人机系统安全的重要维度温度、空气质量、光照、色彩等因素共同作用于人的生理和心理状态室内微气候空气质量温度、湿度、气流速度构成微气候三要素影有害物质浓度控制、通风换气设计、个人防护,响人体热舒适度与作业能力装备配置保障呼吸系统安全色彩设计环境照明照度、色温、显色性影响视觉绩效合理照明减少眼疲劳与误操作风险微气候设计案例矿井通风与热舒适保障:设计原则与人体热舒适评价标准矿井深部高温高湿环境严重威胁作业安全基于预测平均热感觉和PMV预测不满意百分比指标设计师优化了通风系统PPD,关键设计措施:局部降温在高温作业点设置移动制冷设备:强制通风计算最小风速确保热量散发:休息制度根据指数制定作业休息周期:WBGT-监测预警实时监控温湿度超标自动报警:,第五章汽车安全人机工程设计辅助工具:汽车设计中的安全人机工程学涉及精密的测量工具与标准化方法,确保车辆适配不同体型的驾乘人员并提供最佳安全保护点装置及其安全意义1HH点Hip Point是座椅设计的基准点,决定了驾驶员的坐姿与安全带位置,直接关系到碰撞保护效果2驾驶员眼椭圆与视野安全设计眼椭圆定义了不同百分位驾驶员的眼睛位置分布范围,用于优化视野设计,消除盲区头廓包络与碰撞安全空间3头部运动包络线确保碰撞时头部有足够生存空间,避免与车内硬质部件接触造成严重伤害4驾驶员手伸及界面设计手伸及范围测量确保所有控制装置在舒适操作区内,减少驾驶分心与误操作数字人体模型应用5点装置关键基准与安全设计H标准推荐的布置工具介绍SAE标准定义了点测量装置这是一个模拟人体躯干和大腿的机械装置它帮助设计师准确确定座椅轮廓和安全带锚SAE J826H,点位置案例分析座椅与安全带位置优化:某车型在早期测试中发现女性驾驶员的安全带上固定点位置偏高导改进结果,5%,:致安全带横过颈部而非肩部存在勒伤风险,安全带佩戴舒适度评分从提升至满分分•

6.

28.710优化措施:正确佩戴率从提升至•73%96%碰撞测试中颈部伤害风险降低使用点装置重新测量女性人体模型的坐姿•42%

1.H5%调整柱安全带上固定点下移

2.B35mm增加安全带高度可调范围至

3.80mm数字人体模型助力汽车安全设计、、人体模型的安全适配5%50%95%数字人体模型库涵盖不同性别、年龄、体型的人体数据设计师可在虚拟环境中验证设计是否适配目标用户群体确保从娇小女性到高大男性都能安全舒适地使用车,辆虚拟仿真减少设计盲区与安全隐患第六章汽车安全人机工程设计实践:汽车开发是一个复杂的系统工程安全人机工程学贯穿从概念设计到量产的全过程本章聚焦实践应用,010203产品开发流程中的安全设计环节概念设计阶段的人机安全考量乘员空间布置与安全界面设计在项目立项、概念设计、详细设计、样车验证、确定车身尺寸、座舱布局、视野角度等基本参数优化乘员舱内部空间确保碰撞时的生存空间合,,,量产准备各阶段融入人机工程评审确保安全性系建立安全基准早期决策影响后续的设计自理布置安全气囊、安全带等被动安全装置,80%统化落实由度0405驾驶员人机工程性能优化座椅设计中的安全人机工程学通过调整座椅、方向盘、踏板位置优化驾驶姿势减少疲劳提升操控精准座椅不仅提供舒适支撑更是重要的安全部件靠背强度、头枕位置、侧翼,,,,度与安全性包裹性都影响碰撞保护效果汽车安全设计案例分享某车型仪表板安全布局改进座椅人体工学与碰撞安全结合实例初始设计中,仪表板上的中控屏幕位置偏低,驾驶员需低头20°查看,增加了追尾风险某豪华车型座椅开发中,工程师面临舒适性与安全性的权衡传统安全座椅较硬,长途驾驶不适改进方案:将屏幕上移并前倾8°,使其进入驾驶员正常视野范围增加平视显示器HUD,将关键信息投射到风挡玻璃上创新设计:采用双密度泡沫,表层柔软提升舒适度,深层高密度提供碰撞支撑座椅框架使用高强度钢,靠背集成主动头枕,追尾时自动前移减少颈部挥鞭伤效果:驾驶员视线离开路面时间从

1.8秒降至

0.4秒,模拟驾驶测试中事故率降低31%结果:舒适度评分提升25%,同时在IIHS侧碰和追尾测试中获得最高评级第七章汽车安全人机工程虚拟仿真技术:虚拟仿真技术极大地提升了汽车安全设计的效率与精度设计师可在数字环境中进行无限次迭代,无需制造昂贵的物理样车人机工程模块简介CATIACATIA是达索系统开发的三维设计软件,其人机工程模块Human BuilderErgonomics提供强大的数字人体建模与分析功能核心功能:•参数化人体模型生成•姿势预测与舒适度评估•视野分析与可达性验证•疲劳度与肌肉负荷计算人体模型建立与姿势调节软件可根据人体测量数据库快速生成不同百分位的虚拟人体设计师通过拖拽关节点调整姿势,软件自动计算关节角度、肌肉张力等参数,评估姿势合理性虚拟仿真在安全设计中的应用价值:缩短开发周期40%,降低样车成本60%,提前发现并解决85%的人机工程问题这种技术已成为现代汽车设计的标准流程虚拟仿真案例驾驶员姿势调整对安全气囊触发的影响分析仿真结果:标准坐姿:头部HIC值682,胸部压缩量34mm,保护效果最佳前倾姿势:HIC值升至1247,胸部压缩量52mm,头部与气囊接触速度过高,存在伤害风险后仰姿势:HIC值912,但腹部安全带侵入过深,有内脏损伤风险设计改进:基于仿真结果,开发了座椅姿势监测系统,当检测到危险坐姿时,通过仪表提示驾驶员调整同时优化气囊展开时序,对不同姿势采用自适应触发策略研究团队使用LS-DYNA与MADYMO耦合仿真,分析了不同驾驶姿势对安全气囊保护效果的影响研究场景:标准坐姿:躯干角度25°,H点位置标准前倾姿势:躯干前倾10°,常见于紧张驾驶后仰姿势:座椅靠背角度35°,休闲驾驶姿态第八章安全人机工程学的研究方法与工具:科学的研究方法是安全人机工程学发展的基石本章介绍数据采集、分析与应用的系统方法论实验室测量技术与数据采集统计学方法在数据分析中的应用软件辅助设计与仿真工具运用三维扫描仪、测力台、眼动仪、肌电仪等设应用描述统计、推断统计、回归分析等方法处理、、、等专业软CATIA JackRAMSIS3DSSPP备精确测量人体尺寸、力量、视觉行为、肌肉人体数据计算百分位数、相关系数、显著性检件实现人体建模、姿势仿真、疲劳评估、可达性,活动等参数建立人体特性数据库验为设计决策提供量化依据分析大幅提升设计效率与准确性,,,研究方法重点人体尺寸测量与数据应用:人体数据库建立非接触式光学扫描技术采集数千名不同年龄、性别、民族的人体数据建立标准化数据库中,使用三维激光扫描仪或结构光扫描仪快速获取人体表面点云数据,精度国成年人人体尺寸国家标准GB/T10000收录了57个测量项目的百分可达

0.1mm相比传统手工测量,效率提升50倍,且数据更全面准确位数值安全设计决策支持数据处理与统计分析根据目标用户群体特征选择合适的百分位数作为设计基准关键尺寸,剔除异常值,计算均值、标准差、百分位数分析不同维度间的相关采用极值原则5%或95%,非关键尺寸采用中值原则50%确保设性,建立回归模型预测未测量维度计方案科学合理,适配广泛用户第九章安全人机工程学未来趋势:随着科技进步安全人机工程学正迎来革命性变革智能化、自适应、普适性成为发展的关键词,辅助安全设计AI智能化人机交互机器学习算法分析海量人机交互数据自动识别潜,语音、手势、脑机接口等多模态交互方式让人机,在危险模式预测事故风险为设计优化提供智能,,交互更自然直观降低认知负荷与误操作风险,建议多学科融合发展无障碍设计理念人机工程学与心理学、神经科学、材料科学、人关注特殊人群需求从老年人、残障人士视角审视,工智能深度融合形成跨学科创新生态推动理论设计实现真正的包容性与可及性让技术惠及所,,,,与方法突破有人智能安全系统案例自动驾驶辅助系统中的人机安全设计系统功能概述创新技术应用::某车企开发的级自动驾驶系统可在高学习驾驶习惯系统学习个人驾驶风格L3,AI:,速公路实现自动驾驶但需驾驶员保持监平滑接管切换减少不适感,,督这对人机交互设计提出新挑战预测性介入分析路况与驾驶员状态提前:,判断接管需求关键安全设计:透明化显示增强现实显示系统感知:HUD驾驶员状态监测红外摄像头实时追踪眼:范围提升信任度,睛、头部姿态识别疲劳、分心状态,测试结果接管成功率达未发生:

99.2%,因接管失败导致的事故用户满意度评接管请求界面分级警示视觉听觉触:++分显著高于竞品

8.6/10,觉逐步升级提醒强度,安全接管时间确保驾驶员有足够反应时:间最少秒8安全人机工程驶向智能未来,在自动驾驶时代人机关系从人主导转向人机协同安全人机工程学面临前所未有的机遇与挑战,,第十章安全人机工程学在其他领域的应用:安全人机工程学的原理与方法具有广泛适用性在多个行业领域发挥着重要作用保障人员安全、提升系统效能,,工业制造安全设计医疗设备安全人机工程优化生产线布局、机械设备防护、作业流程减少工伤事故人机协作手术器械、诊断设备、监护系统的界面设计直接关系医疗质量与患者,,机器人的安全交互设计成为新热点安全防止医疗差错是核心目标航空航天安全人机界面设计消费电子产品安全设计极端环境下的人机交互对可靠性、容错性要求极高驾驶舱设计、太智能手机、智能家居的安全交互保护用户隐私防止误操作造成财产,,,空舱人机界面代表人机工程学最高水平损失提升产品易用性与满意度,工业安全设计案例高危机械操作台安全防护设计安全人机工程改进措施:双手启动系统:需同时按下两个相距500mm的按钮才能启动,确保双手脱离危险区光幕保护:在危险区域周围安装红外光幕,任何物体入侵立即停机操作台高度调节:适配5%-95%百分位操作员身高,减少弯腰伸展紧急停止按钮:红色蘑菇形按钮,分布在4个方位,1米范围内可触及视觉优化:增加LED照明,照度提升至750lux,消除阴影盲区项目背景:某金属加工企业的冲压设备操作台存在严重安全隐患操作员需频繁伸手进入危险区域,2年内发生3起断指事故改进效果:实施后3年零事故,操作效率提升18%,员工满意度从

5.1提升至

8.310分制该设计获得国家安全生产标准化示范称号医疗设备安全人机工程实例手术机器人操作界面安全优化挑战与需求达芬奇手术机器人让医生通过控制台远程操作机械臂进行微创手术长时间手术4-8小时导致医生疲劳,细微误操作可能危及患者生命如何设计安全、舒适的人机界面成为关键视觉界面优化安全防护机制3D立体显示,放大10-15倍,提供沉浸式视野高对比度减少眼双人确认关键步骤,防止误操作超出安全范围自动限位,紧急疲劳,关键信息高亮显示,色盲友好配色方案停止响应时间

0.1秒操作全程记录可回溯审查1234操控系统改进人因工程优化主从式操作杆,运动比例可调节震颤过滤算法消除手部微颤,座椅高度、扶手角度可调,腰部支撑,头枕设计减少颈椎压力提升精准度力反馈提供触觉信息,增强组织质感感知显示器角度与眼睛平视,减少低头应用成果:医生操作舒适度提升40%,手术时间缩短15%,并发症率降低28%全球已完成超过1000万例手术,安全性得到充分验证课程总结与学习建议复习安全人机工程学核心概念强调理论与实践结合的重要性本课程系统介绍了安全人机工程学的理论基础、设计方法与实践应用安全人机工程学是一门实践性极强的学科建议同学们::人体特性尺寸、力量、感知、认知的科学测量与应用观察生活留意身边产品的人机交互设计思考优缺点::,界面设计显示与操控装置的安全优化原则动手测量测量自己与家人的人体尺寸体会百分位数概念::,环境因素微气候、照明、色彩对安全的影响软件实践学习、等工具进行虚拟设计::CATIA Jack,虚拟仿真数字人体模型与技术应用参与项目寻找实习机会参与真实产品开发:CAE:,行业实践汽车、工业、医疗等领域案例跨学科学习拓展心理学、生理学、设计学知识面::未来趋势智能化、辅助、无障碍设计关注前沿跟踪、在人机工程中的应用:AI:AI VR/AR学习心得分享安全人机工程学让我重新审视人与技术的关系好的设计应该是无形的让人感觉自然、舒适、安全这门课改变了我看待世:,界的方式某届优秀学员——推荐参考书目以下书籍是深入学习安全人机工程学的优秀资源,涵盖基础理论、设计方法与行业应用,建议有选择地阅读12《人机工程学》《产品设计人机工程学》作者:熊兴福、舒余安主编:何灿群出版社:清华大学出版社出版社:化学工业出版社特点:系统全面的教材,涵盖人机工程学基本原理、研究方法与应用领域适合作为入特点:聚焦产品设计实践,大量真实产品案例分析强调设计思维与人机工程原则的结门教材和系统学习参考配有丰富案例与习题合,适合设计专业学生与从业者34《汽车人机工程学》《设计中的人机工程学》作者:任金东作者:苟锐出版社:北京大学出版社出版社:机械工业出版社特点:汽车领域专业教材,详细介绍汽车人机工程设计流程、标准规范与测试方法包特点:图文并茂,通俗易懂强调设计实践,涵盖工业设计、交互设计等多个方向适合含数字人体模型应用等前沿内容初学者快速掌握核心概念拓展阅读建议:除教材外,推荐关注《Ergonomics》《Applied Ergonomics》等国际期刊,了解学科前沿动态参加HFES人因工程学会等专业组织活动,拓展视野致谢与互动环节感谢您的学习与陪伴欢迎提问与讨论通过本课程的学习,我们共同探索了安全人机工现在进入互动环节,欢迎大家提出问题、分享观程学的广阔天地从人体基本特性到复杂系统点:设计,从传统制造到智能驾驶,安全人机工程学•课程内容有哪些需要进一步澄清的概念无处不在,守护着我们的安全与福祉•您在生活中观察到哪些人机工程设计的优感谢每一位认真听讲、积极思考的同学你们劣案例的提问与讨论让课程更加生动,你们的创意与热•对未来智能化人机交互有什么想法与展望情是学科发展的希望•如何将所学知识应用到实际项目或研究中设计不仅是关于物品如何看起来和感觉如期待大家的探索与创新何,更是关于它们如何工作——史蒂夫·乔布斯安全人机工程学是一个持续发展的领域期待大家在未来的学习、工作中,运用所学知识,创造更安全、更人性化的产品与系统,为构建和谐的人机共生环境贡献力量!。