人机工程学基础与应用-电动自行车设计分析.doc

工业设计能力训练教材人机工程学基础与应用 项目：电动自行车产品设计项目第一部分 项目任务综述本阶段项目分析电动自行车产品，学习如何符合人机设计需求。项目说明：通过对电动车产品造型的人机设计研究，分析使用者生理和心理的需求。学习目标：对应企业设计流程、职业能力、工作岗位，使学生具备对产品进行人机分析的能力，有效完成进阶能力的培养。通过项目学习掌握在电动车产品设计中，如何满足使用者的需求。提升学习者对使用者人机分析评价能力。项目流程：1、 帮助学习者确定项目任务的内容、研究方向和目标。2、 帮助学习者开展作业状态的调查研究3、 帮助学习者确定设计中重要的人机分析内容、分析方法4、 帮助学习者对项目实施分析5、 帮助学习者总结评价第二部分 项目任务过程本项目的第一个学习目标了解掌握设计项目人机分析的基本要求能够在项目教学的引领下进行操作学习学习活动一1、 项目任务的引进，进行讲解分析,介绍项目人机设计要求（1）电动车产品项目任务说明电动车现今已经是很多人选择的一种交通工具。本项目主要分析电动车的人机设计，分析驾乘电动车时相关人体结构、人体运动生理，确定电动车的驾驶、乘坐位置、方向把、座垫等乘坐部位的结构、尺寸、形状等，已达到驾乘者驾驶乘坐的舒适性、安全性。（2）电动车产品与使用者的分析使用电动车产品的过程（通过录影、照片分析，可与学生讨论，学生甲、学生乙。）驾乘者骑行的舒适性与安全性，主要取决于车体的结构、尺寸、形状等。驾乘者的生理和心理需求，是电动车人机设计分析的重点内容，重点分析人、车之间的协调统一关系。电动车主要适用人群是成年男性和女性，满足大多数人使用需求才能保障舒适性与安全性。2、 下发任务书，明确实施方案根据项目下发任务书，对项目人机工程设计程序进行规划。（1）人机设计程序：分析电动车产品与人的全部联系，全面分析人在系统中的作用明确人与电动车产品的关系，确定按人机工程学要求的设计内容从人与产品方面进行分析，在多种尺度方案中按人机工程学原理进行分析比较比较人与产品的功能特性、设计限度、人的能力限度、安全可靠性对现有电动车产品进行分析，提出分析改进意见，最终写出分析说明（2）任务内容：任务一：研究电动车产品在人机工程设计的发展。任务二：广泛搜集有代表性的品牌资料。任务三：对典型产品进行人机具体分析任务四：对电动车产品人机设计进行评价总结。3、 在项目任务的要求下，学习者开展调查研究，总结分析认识调查研究根据任务开展调查研究，调查研究可分为两部分：一是显性调查研究，提供学习者相关书籍、国家标准、学习网站。二是隐性调查研究，这个过程要调动学习积极性，鼓励学习者在项目任务中发现问题讨论问题，有效开展课外调查研究。通过调研了解电动产品“人性化设计”的案例。电动车产品实例现有的情况。学习考评三（1） 学习者分组实施（2-4人一组），制定分析计划书和各阶段分析内容（2） 学习者根据任务要求搜集资料，完成任务一至任务二（3） 根据活动一的学习步骤编写500字的调查分析报告，内容简明扼要，说明对“电动产品”的初步认识和对本项目任务主要分析内容的理解。本项目的第二个学习目标了解掌握电动车产品与使用者的关系能够在项目教学的引领下进行学习学习活动二1、 对电动车产品认知可帅（北极星）是一款轻巧紧凑，又不失靓丽的电动车。轻巧紧凑的车架结构，既保障了可靠的强度，又不失时尚靓丽的造型。宽大舒适的踏板空间搭配酷炫的铝合金踏板嵌入式设计，既增加了整车的美观度，更增强了其防滑、耐磨的功能 。置于车身后部的高科技LED尾灯，灯光醒目，充分保障了车辆在夜晚行驶的安全性。加粗双肩前叉，安装坚固，安全、舒适、可靠，缓和与衰减电动车在行驶过程中因道路不平受到的冲击和震动，保证行车的平稳与舒适，有利于提高电动车的安全性、舒适性。全新鞍座坐垫个性化设计，造型精致漂亮完全融入整车线条之中，彰显爱玛电动车的完美与精致。款式新颖靓丽的A8灯头组件，轻巧体积时尚造型，超强LED绿色光源，节能、环保、高效。个性十足的新型车筐与整车造型完美结合，并采用加固支撑点设计，确保车筐牢固稳贴，骑行丝毫不受载重影响。（1）上下车（2）脚踏蹬骑行（3）电助力状态双脚搁置在脚踏板上2、电动自行车产品与人的关系分析（1）电动自行车功能特点电动自行车区别于自行车，主要是以电池为能源，通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能运动，以控制电流大小改变速度的车子。电动自行车一般由动力部分、传动部分、行车部分、操纵制动部分、电器仪表等部分组成。（2）动力部分与人的关系（电池的人机分析）从安全性能分析,电池应能使电动车具有一定的持续骑行能力；其输出功率应在合适范围，保障轻松骑行同时，也不让其速度过快引起交通事故。从装卸方便性分析，电池经常需要充电，应考虑便于安装和取出。从整车结构满足心理需求分析，电池是整车的一部分，与整车应浑然一体。不影响驾驶和上下车的舒适性。（3）车体部分与人的关系车架、前叉、前减震器、前车轮、坐垫等构成车体主要行车部分，设计合理性能够有效确保电动自行车的正常、安全行驶。（4）车体操纵制动部分与人的关系电动自行车的操纵制动部分由车把、制动装置、调速手把组成。操纵动作的效果与操纵装置的性质、功能、结构等密切相关。因此，符合人机设计的操纵装置设计，要按使用者使用要求来设计操纵动作，最终才能提高人机系统综合效率。（5）仪表部分与人的关系电动车仪表部分由显示装置、充电器等组成，是保障车辆安全行驶并反映车辆运行状态的主要装置，它使骑行者能正确、有效地对车辆行驶适时地进行控制。显示装置的设计应根据人的视觉特点，能够为使用者迅速、方便、安全、准确地提供视觉信息。因此，布置视觉显示装置时，显示信息的表面尽可能与使用者的视线垂直，便于观者获得信息。学习考评二（1）学习者根据任务要求，对电动自行车产品进行认知学习，继续广泛搜集资料，为开展任务三的学习做好准备。 （2）根据活动二的学习步骤编写分析报告，内容简明扼要，图文并茂，说明对本项目阶段性任务主要分析内容的理解。本项目的第三个学习目标了解掌握使用者生理需求对电动自行车产品设计要求能够在项目教学的引领下提高对人机的理解与分析能力学习活动三通过骑行者驾乘电动自行车影像资料可了解，驾乘的过程不是静止的，驾乘的姿势会随车辆行进、道路颠簸，来调整身体的姿势。驾乘的过程中还会频繁操纵方向把、离合器等操纵装置。因此，电动自行车设计不仅要分析人的构造尺寸，还要分析人的功能尺寸，已达到舒适、健康、高效的驾乘空间。1、手臂、手的生理需求与设计分析（1）手臂的活动范围电动自行车操纵把、操纵装置等的位置应满足人坐姿的手臂操作活动范围，并且是最佳的活动范围。不需大动上身躯干，就能有效操纵车体行驶。水平作业面是在坐姿作业场合采用，它必须位于作业者舒适的手工作业空间范围内。对于正常作业区域，作业者应能在小臂正常放置而上臂处于自然垂悬状态下舒适地操作；对最大作业区域，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。（见图中细实线与虚线所示）作业时，由于肘部也在移动，小臂的运动与之相关联。考虑到这一点，则水平作业区域小于上述范围，（见图中粗实线所示）。在此水平作业范围内，小臂前伸较小，从而能使肘关节处受力减小。因此考虑臂部运动相关性，确定的作业范围更为合适。通过以上分析，坐姿的手臂活动舒适范围参数将是电动车操纵装置设计的依据。（2）手部的生理特征人手具有及大的灵活性。在操纵车辆行驶时，手既要着力抓握还要控制操纵装置。因此，电动自行车车把、操纵装置的造型必须符合人手的生理需求。电动自行车握柄的外型设计，要避免握柄手柄形状丝毫不差的贴合于手的握持空间，尤其不能紧贴掌心。手柄的着力方向和震动方向不能集中在掌心和指骨间肌上。如果掌心长期手压受震，手极易疲劳和反应迟钝，操纵不准确，甚至引起难以治愈的痉挛。手柄的外型应使操作者在握住手柄时，掌心处略微有空隙而掌心受力减少，让肌肉丰富的大小鱼际肌，指球肌等部位成为主要受力部位。2、 脚的生理需求与设计分析脚的活动范围人体坐姿脚的最大及舒适活动范围。3、人的坐姿与设计分析驾乘者坐姿驾乘，首先要满足驾乘者正确操作姿势，因为，在设计中应把人的健康放在第一位，能否让人保持腰椎正常的生理曲线很大程度取决于能否满足人的生理需求。因此，保障乘坐舒适性，就是要保持正常的腰曲弧线，尽可能地减少腰曲变形。 4、人的视觉生理需求与设计分析电动自行车坐姿位置的视野是保障电动自行车操作方便和行驶安全的重要性能参数。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到的空间范围，常以角度来表示。视野可分为水平面内视野和垂直面的视野。仪表的识别辨认电动自行车驾乘过程中，驾乘者应注意力集中。在一般情况下，驾乘者的头部是不动的，是用余光去观察仪表。因此，仪表应尽可能布置于驾乘者垂直视野范围内。学习考评三（1） 完成任务三（2） 根据活动三的学习步骤编写分析报告，内容简明扼要，图文并茂，说明对对本项目阶段性任务主要分析内容的理解。本项目的第四个学习目标了解掌握电动自行车乘坐位置、座垫造型、方向把造型人机设计能够在项目教学的引领下提高对人机的理解与分析能力学习活动四1、乘坐位置、坐垫的造型设计驾乘电动自行车要能保证骑行者有良好的驾乘姿势，坐在电动自行车座垫上，双手握住方向把，脚踏在脚踏板上。因此，乘坐位置、座垫造型设计就需满足人的基本操作姿势。（1）乘坐位置、座垫的尺寸分析1）座垫距地面的高度座垫距地面的高度是整车的基本尺寸之一。座垫距地面的高度尺寸与驾乘者上下车方便性有关。驾乘者驾乘初步动作分析：在踢开车架，准备上下车时，是一只脚站在地上，另一只脚跨越过坐垫；在车子未开启时，驾乘者坐在坐垫上，是靠一只脚支撑于地面，以保证人车稳定。座垫距地面的高度一般不大于人的臀部高。座垫垂直高度调节范围为（810-960mm），座垫舒适高度为（860mm）2）座垫与脚踏板的垂直距离 在坐姿状态下，舒适、合理的人体关节角度和体压分布一般是：躯干与大腿成60°-90°，大腿与小腿成直角或略倾斜。上身重力均匀分布于坐垫上，不使下肢受压影响血液循环。按此坐姿膝部内弯到脚底的高度可基本确定座垫与脚踏板的垂直高度范围。座垫与脚踏板的垂直距离（416-558mm）座垫与脚踏板的水平距离主要与大腿和小腿的角度有关，其长度应保证驾乘者舒展大腿且大、小腿之间的夹角不能太小而影响血液循环和脚部运动。（2）座垫在整车中的位置尺寸座垫在整车中的位置尺寸有三个方向：左右向、垂直向、水平向。（3）座垫的造型、材料设计座垫的造型设计要符合人体臀部解剖特性。全电动自行车车座设计要区别于自行车，车座后端宽度过小会使坐骨结节处在座垫外缘或紧挨外边缘的位置，容易导致臀部疼痛。因此，车座后端应较宽。1）座垫的造型宽度：车座后端的宽度应根据人体坐骨结节间距加适当余量而定。车座宽度范围（145-169mm）。车座前端细部宽度由会阴加较小余量确定，这个宽度不宜过宽，否则会对会阴产生较大摩擦。该宽度尺寸范围（25-40mm）。长度：人体处于坐姿时，座垫总长由坐姿时臀部后缘到坐骨节间距加上做护结节中心到会阴点间距加上坐骨节中心到会阴点间距加适当余量而定，所以座垫长度范围（270mm）角度：座垫后倾一定的角度，可以防止驾乘者从座缘滑出座面。座垫后倾的角度不可太大，如果太大，身体必须前倾操作，人体脊柱就会拉直，正常的腰椎曲线不能保证。适当后倾角度在3°以内为宜。2）座垫的材料座垫的软硬度决定驾乘的舒适性。座垫过软会增加身体的不稳定性，容易使人疲劳；座垫过硬会导致臀部疼痛和麻木。座垫的软硬应以股骨头刚好与座垫相接近，几乎接触无压力为宜。座垫的材料必须透气，且不易打滑。2、方向把造型设计分析方向把造型要处于驾乘者舒适的活动范围，使驾乘者尽可能少移动肢体，能方便准确有效的进行操纵。（1）方向把的位置关系分析1）方向把与座垫水平距离是根据舒适水平作业范围、人的手臂长、坐姿、与整车协调等因素设计。方向把是电动自行车操纵部件中重要的部件，如变速器、灯的开关、喇叭等都布置在方向把上，主要靠手来完成操纵。因此，应满足手及手臂的生理特点，位置应处于人的最佳舒适操作范围内。2）方向把距地面的垂直距离方向把距地面高一般约为1100mm。3）方向把距脚踏的垂直距离一般由方向把与坐垫、坐垫与脚踏板的垂直距离决定。还需考虑手、脚配合操作时的方便性与高效性，尺寸约为611mm。4）方向把距座垫的垂直距离方向把距座垫的垂直距离与坐姿、坐高、手臂操作姿势、整车结构等因素有关。（2）方向把造型设计车把的样式很多，一般分为固定式和组合式。固定式是将把立管和把横管焊接在一起，不可调节；组合式是将把立管和把横管用螺栓固定的，可以进行调节。现今电动自行车大多数采用组合式车把，这种形式车把变化多形式也较多。方向把的宽度基本为整车的外型宽，方向把的宽度应使手臂在省力及灵便舒适的范围内工作。方向把的长度由手宽决定，把手长约为110mm，椭圆形截面比圆形截面更符合手的生理特征。学习考评四（1） 完成任务三（2） 根据活动四的学习步骤编写分析报告，内容简明扼要，图文并茂，说明对本项目阶段性任务主要分析内容的理解。第三部分 项目任务总结评价人机工程学是研究人机环境系统的学科，因为任何机器都是必须由人来操作，并都处于各种环境下，人、机、环境是相互关联存在的。不仅要着眼人、机、环境，每个要素的性能提高，更要处理好这三者的关系。本项目包主要任务是以电动自行车产品的设计，引出人机工程学学习内容。主要分析系统中人与机的关系，是满足人的生理需求、心理需求的学习。考核标准根据每一个项目学习目标与学习活动总结分析报告书，以图文并茂的形式对内容进行说明。检测点参考指标：知识点掌握度25%；设计分析参与度25%；作品完成度25%；互动态度25%。