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一、课程概况
人体工程学的起源追溯到近代工业革命发展时期,成为一门独立的学科时间不长。人体工程学的内容涉及范围广泛,由多种学科交叉技术性强。2000年8月,IEA修订了其定义“人体工程学是研究系统中人与其他要素的相互关系的科学,是关于如何实现人与整个系统最优化的理论、数据及设计方法的科学。”
现当代生活中的科学和技术不断发展,更加促使了人们对各方面舒适度和安全性的要求越来越高。所以,室内设计需要依据建筑的结构和功能,运用科学技术手段,设计出相对优化的“人、机(家具陈设)、环境”这一整体系统。
人体工程学课程教学既室内设计起到重要作用,也成为未来学科发展的重要科学内容。更会直接影响到学生学习和实践室内设计其他专业技能课程。
二、课程的主要特点及教学现状分析
人体工程学在教学大纲中通常被定位为专业理论课程,因此最终的考核形式一般以理论试卷考试来评定学生成绩。这就造成了学生的学习目的性有所跑偏,学生会为了不挂科而死记硬背课程中的概念,原理和各种设计方法。而教师在平时的教学安排中,同样将课程的重难点依托考试内容分析讲解。这就造成一种恶性循环的教学模式,导致学生对所掌握的理论知识缺乏实际运用能力。在大学教育中成绩不是评定学生优秀与否的唯一标准,应该更加注重培养学生独立学习和自我创新的能力。
(一)“人体工程学”课程大纲和内容体系不统一
人体工程学在艺术设计类专业中属于专业必修课程,由于艺术设计专业包含了视觉传达设计、工业设计、环境设计、服装设计等多类专业,就要求各专业侧重的分支学科不同。因此在室内设计专业中,人体工程学课程的教授范围也有相对的差异性和不同的侧重点。作为专业课,课程大纲侧重点不同和课程内容缺乏针对性,都使得该门课程当前的教学体系较为混乱。
(二)艺术生的普遍特征
学设计的艺术生,中学就开始画画,高考又经过专业的绘画考试,感性思维强于理性,对视觉类图像影像等敏感度高于枯燥的文字理论,通常理论基础差,却动手能力强。根据教学大纲安排,人体工程学作为一门理论基础课,一般在大二上学期开设,此时学生还没有对专业相关的设计技能课有过多接触,因此对学习人体工程学的目标不明确,容易对课程内容中的众多尺寸数据等科学技术性问题产生抵触心理,缺乏学习的积极主动性。
(三)缺乏科学合理的创新教育
高校教学模式的改革是近几年教育改革的重点,在传统的教学模式中教课形式相对单一,教师过多的灌输式教育,闭卷考试的考核方式,压制了学生的天赋和创造性。纯理论式的课程设计形式枯燥单调,教师根据考试内容画重点,考前死记硬背,使得这些理论基础内容在考试后迅速被遗忘,对于平行课程和后续专业技能设计课程不能提供良好的奠基作用,学生在设计实践中更是缺乏灵活运用的能力。这种纯理论式教学模式显然不能满足社会对当代大学生的要求,即使有高校已践行了社会实践环节,但还没有取得很好的收效和普及。
三、课程教学改革的主要思路
(一)课程教学内容的整合
学大纲,明确教学的目的性是应用而非应试。加强专业需要的理论基础针对性学习,明确区分与其他设计专业的侧重点不同。不同的设计专业应选用适合的人体工程学教材。教师应选择课程侧重点明确,重点难点突出的实用性教材。室内设计专业常应用到的工程学 相关原理,如人体测量数据的选择和应用、人的感知运动神经系统、物理的声光热学、人的心理行为习惯等,是研究人与环境的科学依据。课程内容应当加强对人与环境的关系引导,才能更好的为人体工程学在室内环境设计的应用奠定基础。
(二)针对艺术生特点调整教学方法
1.互动式教学
人体工程学的学科确立和研究起步晚,还有很多需要填补的空缺。因此在教学方法上,应注重从学生自身出发,通过教学中与学生的交流沟通,使其主动的发现问题,通过探讨研究,总结出新的数据和说明。通过不断发现和解决问题从而提升其创造性。
2.实验式教学法
人体工程学中,人体本身的结构尺寸、功能尺寸、视觉知觉感觉等相关数据的结论,可以用课堂小实验的形式让学生模拟体验,比单纯的用图片示意学生更有影响力。
实验课程教学能让学生亲自通过研究和发现,很大程度可以激发学生的创新和创意,从而提升对学科的感性认识和理性分析,效果直观。
通过带学生参观各种功能类型的样板间,让学生有目的学习,如何使空间达到一个符合人生理及心理需要的舒适安全健康的空间。通过体验家具尺寸、人体尺寸、各种心理行为习惯等对空间的平面布局、家具选择、色彩和材质的选用的实际影响。
3.多媒体教学
艺术类学生的感性认知力较强,图形化思维大于文字思维,因此传统讲授与多媒体教学相结合,是提高教学效率的有效方法。直观的图片、动画、视频生动形象,可以缓解枯燥的文字理论,提升学生的学习兴趣。使课堂完成一个从读图,讲授,问答,提高学生认知的过程。
4.引导和启发式教学
引导学生站在设计师的角度,去全面的考虑设计的要求和需要,如何做到“以人为本”,可以通过一些正面或反面案例,让学生运用所学的相关章节知识进行案例分析。引导学生举一反三,根据一个案例或一个原理,总结归纳出知识的延伸内容。案例可以从学生熟悉的身边校园生活或家庭娱乐生活中,学生用PPT图文并茂的形式,总结对家具或空间环境的感受,找出不符合人体工程学的问题,依据所学原理及相关知识,分析并提出一套解决问题的方法,并当堂汇报给老师和其他同学听,相互学习和促进。学习的过程是培养学生良好的学习习惯与方法的过程。
5.设计实践在教学中的应用(列举实际教学实践校企合作案例)
就课堂可言,可言通过实际测量的方式,例如在家具尺寸这一章节中,调动其主动性,让学生亲自对宿舍的床柜等进行数据测量,总结其设计的优缺点,提出自己的理解和改良方案。将理论知识应用化,将实践应用系统理论化,相互作用,既提升了学生的学习兴趣,又将概念具体和生动化,帮助学生理解和加深对知识的记忆。测量范围也可以扩大,带学生走出校园,亲自测量室外环境中的设施尺寸。到当地的装潢材料市场实地考查,通过和销售人员的交流,进一步了解实际室内空间及家具尺寸。增强学生对家具和空间尺寸数据的敏感度和进一步的认知。
就设计应用而言,高校实际教学实践可以通过搭建校企合作的形式和科教一体化的办学平台。可以与当地的设计公司达成协议,让学生定期去考察学习,或假期以助理设计师的身份参与实际的设计工程,公司不仅低成本培养了新锐设计师,学生也得到了锻炼和专业技能的提高。就我校而言,曾联合家具工厂体验店的合作,开展过“家具设计与链条式创新”的人体工程学研究,从科学理论和功能体验的角度研究家具创造的技术应用问题。通过学生的创意设计,帮助企业更新家具设计的品质和功能,真正实现企业与学生的共同获益的效果。
四、结语
以人为主体的现当代室内设计需要有科学依据的支撑,除了要有美观的设计形式,更重要是人体工程学才能解决的,空间安全舒适合理性。人体工程学的教学研究还处于探索阶段,教学的探究还需要不断改革和创新,打破原有的纯理论式教学,紧密围绕专业特色,将课堂与设计应用结合起来,才能培养出适应现当代社会的技术型实用人才。
参考文献:
[1]⒊食酰程正渭.人体工程学与室内设计[M].中国电力出版社,2008:56-90.
[2]张月.室内人体工程学(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2012.
1产品造型设计的特点
产品造型设计的特点主要体现在两个方面,一方面是技术与艺术的统一,另一方面是功能与形式的统一。其一,产品外观设计是产品形态是审美的创造,结合了设计师的艺术趣味与审美理解。它与产品的价值相关联,代表了产品的“气质”。设计师运用点、线、面等不同的形态元素表达了不同的设计理念,怀旧或前卫、正统或反叛、简洁或繁琐、直接或含蓄、理性或感性。这些呈现出现的形象特点形成产品的“风格”[2]。但我们也应该很明确的认识到产品不同于艺术品,产品设计不能是简单的设计师自身的直觉经验,而是系统地将多重功能和多重限制联系起来,其中有人的因素、经济的因素、工程的因素等等,设计师需要系统地将设计、创造、工艺、生产结合成整体,才能让创意更好地融入到产品之中。其二,功能是指产品所具有的效用,并被接受的能力,产品本身所具有的特定的功能能够体现其应用价值,因此才会被生产和销售。从另一个角度来讲,产品其实是功能的载体,产品设计的根本目的是实现某种特定的功能,产品的试题结构就是功能的载体。产品形态首先是为了表达产品的功能和性能特征,显示出在技术上的合理性,使人们对其功能有形象的认知。优秀的产品形式能够将产品的用途、用法、效果及公共价值准确无误地告诉消费者[2]。在生活中,产品的功能超越了纯粹的基本能力,呈现多元化趋势,如产品在基本使用功能外,还有能带来审美、娱乐等精神功能的作用。所以,好的产品造型设计是使用功能与精神功能相融合的外在表现,是形式和功能共存的产物。
2产品造型中人机工程学的作用
从以上产品造型设计的特点中我们不难看出,优秀的设计最终是要获得一种使生产者和消费者都满意的整体,体现“以人为本”的设计价值观。这个设计价值观直接推动了人机工程学的发展。人机工程学是20世纪80年代左右开始在国内发展的一门新兴交叉学科,随着现代社会经济和科学技术的快速发展,其发展更是超出人们的预期。该学科的显著特点是研究人、机、环境三要素自身特性的基础上,不仅仅注重对单一要素的优化,而是将“人”、“机”、“环境”三要素纳入“人-机-环境”综合体中进行系统的研究,旨在充分利用这三要素之间的内在关联性探寻系统优化设计方案。人机工程学的研究对象主要是:在工业设计中与人体有关的问题[3]。例如,人体形态特征参数、人的感知特性、人的反映特性以及人在劳动中的心理活动等。基于该学科的特点,其理论和方法可为设计中考虑“人的因素”提供人体尺度数据;可为设计中“机的功能”合理性提供科学依据;可为设计中考虑“环境因素”提供设计准则;可为“人-机-环境”系统设计提供整体思路;可为贯彻“以人为本”的设计思想提供可行方法。因而工业与工程设计成为人机工程学主要应用领域。在产品造型设计中,该学科理论与方法贯穿与设计的全过程,逐步将设计水平提升到人们所最求的高度。
3产品造型中人机工程学应用的要点
在产品造型设计中考虑人机工程学也就是考虑人与产品的交互方式、交互界面的设计,运用人机工程学的基本原理分析产品中人的因素,从基本的生理要素、心理要素着手,并将人的因素的研究融入到产品造型设计的全过程中。
3.1生理要素应用
人体尺寸是产品设计的基本资料,通过人体测量可获得人体的静态尺寸和动态尺寸。人体的静态尺寸是结构尺寸,而人体的动态尺寸是功能尺寸,它包括操作者在工作姿态或某种操作状态下的测量尺寸。动态人体尺寸测量的重点是人在执行某种动作时的身体特征。动态人体尺寸测量的特点是在任何一种人体活动中,身体各部分协调而连贯的完成动作指令[3]。但是对于大小不一的人体尺寸,其指令也有差异,设计不可能全部实现。根据尺寸的性质,在同一个产品的各个部分,为了适应不同的人体尺寸,满足大部分的人体需求,必须参考不同的数据[2]。例如由PeterOpsvik设计的Balans凳,考虑到不同乘坐者年龄、坐姿。这款人体工程学椅子看上去似乎不稳想小孩玩的木马,但是坐上去却不是如此。坐上去以后椅子会子安前倾一个角度,保证你的脊柱是一条直线,脖子自然伸直,想弯都弯不了,而且肌肉完全不受力不紧绷。
3.2心理因素应用
根据用户的感觉、知觉特性、认识、学习和出错情况进行产品使用方式、操作界面的设计,以适应用户的职业需要、行动方式需要、认知需要和操作需要,以减少用户学习的时间,减少操作出错[3]。如:Nissan日产Pivo概念电动汽车设计,Pivo最特别的地方是革新式的360度车仓旋转功能及90度车轮旋转功能,当你驾驶Pivo时,从此不用再倒车入库,只要将车头做180度旋转,即可正向开车入库。这一操作方式的设计,完全从用户感知特性出发,做到轻松驾驶。
3.3产品造型设计流程中人机工程学的并行应用
传统的产品造型设计采用阶段性的流程进行,各阶段的工作按时间组织顺序进行。人机工程学被放在第一阶段的概念设计中作为基础数据使用,这容易导致在结构设计和工艺设计及后期模具设计中出现数据不足数据不符的现象,造成设计的变更和制造成本的提高。本文认为应将人机工程学的使用作为一个系统、集成的过程,在产品造型设计的各个阶段设计中同步进行,相互协同。从全局优化的角度出发,达到缩短产品开发周期、提高质量、降低成本的目的。
4结语
关键词: 汽车设计 人体工程学 审美取向
1.人体工程学在汽车设计中的应用
“人体工程学”一词源于希腊语,原意是“工作”和“规律”[1],是20世纪50年代初迅速发展起来的一门新兴科学,旨在通过对人体各部分的特点、人的种种思维和动作的研究,掌握人的特性,并依据这种特性设计产品,使设计产品适应人体的各种要求,使人―机系统工作效能达到最佳。研究内容是工程技术设计当中与人体相关的问题,大体上包括以下三个方面:(1)机器部件如何使人的操纵和使用更为适合;(2)环境控制和生命保证系统的设计要求合理;(3)人―机系统总体设计,解决整个机器系统与人体相互适应的问题。它涉及信息论、控制论、仿生学等多门新兴的科学领域。
人类从开始制造交通工具起,就已经注意使其适应人体自身的活动特点和要求,人体工程学在汽车设计中的应用在国内外已有多项成果,研究内容也日益深广。其中的一些研究对解决汽车设计如何适应人体要求,提高人机系统的工作效能这一问题具有重要的指导作用。概括说来,人体工程学之于汽车设计的基本要求是:车与人体测量相适应;车与人的生理、心理反应相适应;车与人的审美需求相适应。
车与人体测量相适应指的是在进行车身室内人体布置设计时需要注意与之密切相关的是驾驶姿态下的人体尺寸,需借助二维的人体模型,以人体尺度为依据,利用人体工程学所提供的人体尺度的百分位值,采取“去掉两头”的基本原则,即选择符合产品使用要求的最小和最大身材的人体尺度,作为确定对象范围的设计依据。在使用人体尺度值时,应该注意到国家、地区、性别和年龄的差别,设计出来的汽车室内空间应为全世界大多数人所适用。
当然,今天的汽车设计除了驾驶员在车身室内坐姿遵循人体工程学原理外,对其他方面的要求也不断提高,其中包括底盘减震性、乘坐性、驾驶员手伸及界面、操纵感手柄的形状等[2]。购买者对车身室内其他方面的要求也越来越高,在试驾某辆车,其试车项目包括:乘降性(上下车方便)、乘坐舒适性、操作性、视野、空调、造型、安全、环保、节能等。例如,底盘低则乘坐舒适,设计者会通过降低车顶高度而直接降低车身高度,同时也降低了汽车的高度、重心、座面高度,有助于乘车姿势的改善,减少空气的阻力,提高运动性能,符合当前的环保理念,目前这种车在市场上很流行。
人体工程学的研究成果,对汽车的设计,特别是车身、驾驶室和操纵系统的设计有着重要的意义,它具有人体科学与技术科学相结合的特征,与汽车工程技术科学不可分割。因此,开展人体工程学的研究,并将其研究成果应用到汽车的产品设计中,对提高汽车的设计水平、增强产品的竞争力具有重要的意义。
2.美学在汽车设计当中的地位
美学是以研究美的存在、美的认识和美的创造为主要内容的科学。它涉及的内容非常广泛,包括汽车在内的工业产品,是通过各种形态为人们所感知的。汽车造型及内饰的发展与汽车性能的完善和制造水平的提高是分不开的,同时与各个历史时期的政治经济水平、地理环境、生活水平、审美习惯、民族风俗等密切相关。
汽车的造型和其他艺术品一样,最重要的是获得整体感,外部造型与内部装饰的统一完整是衡量汽车造型的标准[3]。汽车作为一个统一的整体,既要考虑外部结构、整体比例、质感、色彩、装饰和动感外,又要反映出一定的思想内容,体现出一个明确的主题。体感的舒适不再是购车者选车的唯一标准,外型的美感也成为重要的标准之一,同时也成为人体工程学在汽车设计当中最基本的条件之一。
汽车产品还应该注重技术美。汽车是给人来驾驶和乘坐的,所以造型设计除了包含人体工程学以外,在遵循形式美法则的普遍规律同时,研究汽车产品造型设计,以及成型制作的技术美问题成为汽车设计成功的关键。这就要求设计者和工程技术人员提高自身的审美能力,充分研究人体工程学,创造出“美”的产品,使设计的汽车在满足性能的基础上符合大多数的欣赏习惯和要求。
3.大众审美与个性审美对汽车设计的要求
同一对象在不同人的心中会有不同的美的感受和判断,这叫做审美的差异性。审美的差异性是普遍存在的。生理、心理的不同,性格、认识的不同,民族、地域的不同,兴趣、爱好的不同,经济生活的不同,文化传统、艺术修养的不同,年龄、性别的不同等决定了大众对美感的差异,因而对于同一审美对象会有种种评价,甚至得出截然不同的结论,这就是人们常说的“众口难调”。
因此,通过车身的颜色一般可以比较清楚地认识到车主的个人性格特征。如:选择车身颜色较不起眼的人,多是循规蹈矩、工作态度认真负责的人;相反,选择亮丽颜色的多是满足于享受生活乐趣的人。
美国芝加哥库伯行销集团的研究报告表明,颜色是主宰汽车销售价格的三大因素之一。还有的专家估计,受欢迎与不受欢迎的颜色之间,其差价可达300美元以上[4]。在美国,消费者对颜色的重视程度甚至高于对车型的重视。因此,从市场营销的角度看,颜色绝对是左右消费者的重大因素之一,也成为设计汽车造型的重要内容,受到汽车生产厂家的日趋重视。
任何一个优质的汽车造型设计都不是毫无依据的,它都在不断地追求自身的特殊效果。除了具有艺术设计的共同规律这一共性外,还应该具有个性的一面。汽车造型设计将美的造型与机能紧密结合起来,创造了一个能艺术地反映汽车机能特性的形象,同时也符合人类在长期实践总结出来的美学基本原则,即外在形式美和内在科技美的结合体。一个优秀的汽车车身设计师应该在把握美学基本规律的基础上,针对不同的消费群体来进行设计,这同时也会推动实现其目标的技术手段的新发展。
4.人体工程学与审美相辅相承,不可分割
在当今的汽车设计行业,人体工程学与审美相辅相成,不可分割。消费者在购车时,除去汽车的性能外,首先考虑的是这辆车驾驶的舒适性,所以上述的有关人体工程学的问题就全部包括在内,如果驾驶姿势不舒服或者操作手柄或界面不适合驾驶员驾驶时的姿态,甚至涉及驾驶安全问题,就没有必要再考虑外观。因此,人体工程学在汽车设计当中的地位是最重要的一部分。另外,如果汽车只是乘驾舒适,而从外观上看,如果外表颜色、内饰、操作界面等没有任何美感,也同样不会吸引消费者的眼球。总的来说,汽车设计不仅仅停留在图纸上,不仅仅停留在装配车间里,从汽车出厂到消费者的购买这一过程应该认为是汽车设计的一个延伸。只有注重汽车设计当中的各个环节,既尊重人体工程学,又满足消费大众审美取向,同时注重一小部分人的个性审美差异,将这些因素相互结合并且运用到汽车的造型设计当中去,才是汽车生产的王道。
参考文献:
[1]乐玉汉.人体工程学在车身设计中的应用[J].国外汽车,1993.5.
[2]陈友新,信继欣编著.汽车营销案例学[M].武汉理工大学出版社,2003.10.
关键词:行动导向法 人体尺寸 测量 教学实践
中职学校《人体工程学》课程是一门实践、体验性很强的课程。它与室内设计息息相关,设计强调“以人为本”为原则,要研究人,就必须多实践与观察体验,才能将其融入到设计养料中。而目前中职校的人体工程课程教学仍然是传统的知识传授方式,已经不适应现今学生,严重限制了学生学习知识的热情和能力的提高。因此找寻符合现今学生的教学模式为教学工作的重点。
参学“德国教学模式”得知:行动导向教学模式是人体工程学教学中最理想模式,符合人体工程学课程特点。行动导向法是以学生为中心,以行动为导向,通过学生的学习活动构建知识,形成能力,使受教育者能适应相应职业岗位的要求。同时也增强学生的独立性、团队合作精神,让学生在学习过程中,学会与人交流、共同探讨和解决问题的能力,将行动能力转化为职业能力,更切合社会需求。
一、行动导向法的应用实例
本教材的理论布满整页,有许多经过精密仪器做出的数据结果,学生对此的学习欲望较低。我们也根据一些数据证明:当学生采用听的方式知识掌握20%;学生又看又听掌握50%。在《人体工程学》课程中“人”是主要研究对象之一,需要学生切身体验才可以将知识真正掌握,90后学生对生活不大注意观察与体验,知识就得不到延伸。而行动导向法中的任务驱动教学法,提倡学生接受任务后,能自己完成任务,此时知识掌握率高达90%,是符合人类认知规律的。同时抓住学生爱热闹,对人体测量的好奇心,结合课程内容,现笔者将此教学法应用到该课程的第一个学习情境----人体尺寸测量,进行初步探索。本次课的教学过程整体上比较顺利,也达到了预定的教学目标,具体设计如下:
(一)教学引入
运用多媒体展示两幅人正在使用厨房的生活图片,会观察到总有一个人在使用时总会被磕碰,即家具及室内设计的依据是什么?正因为生活中有共同,学生才会停下跟随思考,成为激起兴趣契机,顺利的引入本堂课的新内容。
(二)讲授新知
本环节采用“听、看、做”模式。主要介绍人体尺寸的分类及常见的姿势,笔者在一边描述正确姿势时,带动着学生一起跟着摆姿;也引导他们通过看图,将人体部位名称实际投到自身去感觉;姿势的正确性会成为后面的任务完成关键之一。
(三)任务布置
行动导向教学的关键是要激发学生的学习热情,调动学生的主观能动性,使其积极参与整个过程。任务设计要结合学生特点,以学生已储备知识为基础,任务有可读信息,最终能培养学生实际操作能力以及分析能力等。
任务描述:请在教室里,6人为一组,调查组员每个人的基本信息,利用卷尺和软尺等工具进行人体尺寸测量(主要尺寸、立姿、坐姿、水平尺寸),将数值列入所设计的表格中(表格个数不限),并计算出平均值,与教材中数据对比及分析原因;再列举一些测量部位的数据应用范围;最后填写评价表。 每个人必须担任一次测量者与被测者,并在表中写明。
教师布置完任务后,将卷尺的使用方法示范性给学生复习一遍,并提醒任务实施的安全注意事项。
(四)任务过程阶段
这个过程,体现了行动导向教学的基本意义在于:学生是学习过程的中心,教师只是学习过程的组织者、协调者,学生思维空间的开垦者。在下面六个步骤体现着学生的理解:“做什么,如何做,做的效果”。
1.资讯
学生要学会在任务中寻找任务内容、要求,做前期资料收集。此环节中曾出现过一个快乐的问题:从描述中我们可知,组队是自由组合,学生第一反应会以平时要好的为一组,不难发现会有男女同在一组的。但认真分析任务的学生会根据“平均值”可推断出必须是同性别为一组,学生会立刻反应改正,这样任务书就大大的考验学生的分析能力及解决能问题力。
2.计划
根据资讯阶段收集信息后,学生知道需要“做什么”将对其进行计划。每个人都进行计划,如:测量场地的设计;测量表格的设计;制定测量的顺序;制定任务完成时间;安全事项的内容。
3.决策
每个组员将计划阶段的所设计的相应计划,进行组内讨论,选出最适合的一份计划。先依据场地布置进行对测量场地的桌椅摆放,每人根据最优的测量表格模板绘制一份,再次检查工具,提醒安全事宜,为下个阶段做准备。
4.实施
根据决策确定流程进行任务的实施阶段。教师、被测者、测量者都需要观察实施过程中的细节,教师在旁还需保障安全。最后将数据登入表中,进行统计算值,讨论思考任务问题。
5.检查
检查任务完成质量:表格数据单位是否统一,平均值是否正确,思考问题的陈述性,工具的整理,最后就是选出本组汇报的组员。
6.评估
任务结果汇报阶段。在评价学习效果时,笔者指导学生不仅要注重结果评价,更应注重过程性评价。以鼓励性评价为主,使每组学生都能体验成功。进行小组间的互评中,学生很积极,让他们更好地理解和学习别的小组的成果和优点,互相学习,共同提高。整个课堂气氛很活跃,获得很好的学习效果,全面提高学生的操作能力和信息素养。
二、实施行动导向教学模式的总结
行动导向教学法符合人体工程学课程的知识阶层性和实用性,让学生能循序渐进地学习课程内容。教学的改革不会是一日即成,还需要更进一步的实践和改进。现对实践过程中遇到的问题总结如下:
(一)教学方法不可单一化
单一固定的教学方式不受用到所有的课程知识,要根据不同的教学目标、内容、对象等,应以某个教学方法为主线,其他教学方法依附于该教学方法,有机结合,共同作用,才能更好的优化教学效果、提高教学质量。
(二)以任务为明线,教学目标为暗线
任务是知识与技能的载体,它把学生需要学习的知识与技能进行有效的组织,形成具有趣味性的任务,任务的设计必须以教学内容及教学目标为指导,教师要对教学目标分析透。任务需具有以下特性:第一是情境性,设置让学生在密切联系学习、生活经验和社会实际的情境中完成有意义的任务,让学生感兴趣,以调动学生的学习积极性;第二是意义性,任务应当与学习技能知识相结合,通过任务的完成过程,学习新的技能与方法,从而达到课程一节课或者一个单元的教学目标;第三是可操作性,任务适合在课程的一个周期内完成,小的任务可以在一节课(包括连堂课)内完成,大的任务可能通过一个教学单元完成(应分解为若干个可以在一节课中完成的子任务),使得每次学习都有所收获,体验到完成任务后的喜悦和成就感,更激发起学习者的学习兴趣和动力,形成良好的继续学习的习惯;第四是真实性和合理性,设计的任务要符合实际,要合理性,不能为知识点随意设计任务;第五是阶段性,为不同学段、不同层次的学生设计不同的任务。只有“任务”明确、编排合理,才能达到预期效果。
(三)教师角色转换
传统模式下的教师的地位为主导,而行动导向法模式下的教师只是学习过程的组织者、协调者、观察者,突出“以学生为主体”。在具体教学中,让学生独立分析任务,独立实施计划, 独立评估,在自己动手实践中,掌握职业技能,学习专 业知识,从而构建属于自己的经验和知识体系。教师创设学习情境,控制学习进程,提供学习中技术指导与咨询,及时肯定学生的创意,纠正错误倾向,多面评价学生,从而达到预期的教学效果。
(四)建立评价系统,不断总结反思
传统的评价重视学习结果,忽视学习过程,强调知识点掌握结果的评价,不重视形成性评价。为了全面发展学生,评价不能单面性,因将重点应由单纯结果性评价转向形成性评价,注重学习方法,学习过程的评价,实行鼓励性评价,增强学生的自信心。笔者认为学生需具备总结反思能力,学会在完成的任务后,经过教师引导学生虚心听取他人评价,将自己的新知识及不足进行归纳、总结,建立新旧知识间的联系,以加深学生对知识的理解,这样才能使学生整体提升。
三、结语
德国教育家第斯多惠指出:“教学艺术的本质不仅仅在于传授本领,更在于激励、唤醒和鼓舞”。而行动导向法应用于人体工程学课程教学,正是打破了传统模式教学,逐步让学生具备多思考、自主探究问题、分析和解决问题、团队协作的能力。同时该教学模式学习评价的开放性和自主性,使学生从评价的“旁观者”成为评价的“主导者”,此过程较好帮助学生改进自身学习和全面发展自身,也帮助教师更好优化教学过程。教师今后还需巧妙设计更多地行动导向任务,将以学生为主体,理论与实践有机结合的社会学习继续推广和探索,最终达到“职业教育就是就业教育”的教学目标。
参考文献:
[1]徐涵.行为导向教学中教师角色的转换[J].中国职业技术教育,2006(4).
[2]袁三梅,周坚.论行动导向教育与职业能力的培养[J].中国成人教育,2008,(23).
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).
1 前言
汽车是非常复杂的产品并需满足各方面的性能要求,其设计开发过程也由许多不同的工作阶段组成,而各工作阶段又需要使用多种不同的设计验证技术。只有采用新技术将整个产品的开发过程及其不同的工作方式进行全面的集成才能达到加速和优化设计的目的。
从目前概念车的世界里,内部(车内)多变的色彩为汽车赋予了更多的活力.同时,空间的利用在内部结构的设计上占到了一个什么重要的作用,事实也引证了这一点.仔细对比一下目前的新概念,很多汽车的内部结构已经相当的精简.当然这不是说要放弃一些本来必须的东西,设计师只是把一些实用的工具隐藏起来.譬如是把一些DVD导航,冷气口隐藏起来.在新的设计理念里,简单比杂乱给人的感觉更好.
汽车内部的设计也是一种学问.有些东西是不可以模仿的.德国汽车和中国的汽车有什么不同?其实同样的车,差别当然不是很大,之所以人们对这两种汽车存在着不同的意见,最主要的是感觉的差异.而这种感受不只是局限在单纯的驾驶感,人们对德国的总体感觉还有对德国文化的理解也是一个很重要的因素.中国一开始就给人家一个不好的影响是,中国的东西不好.就这样小小的一句话,害了中国的产品,包括汽车.而中国人乃至世界对于中国汽车的不满,内部结构发面占到了一定影响.中国虽然已经融入了世界,但不可以模仿的东西太多,需要慢慢探索学习的东西也很多,中国汽车发展很快,但是内部结构的设计一直滞后于世界。笔者总结了中国汽车内部结构的几点不完善.第一:工艺不够精细,印象中有一个很影响深刻的事情,在06年的广州车展中,我亲眼看到中国一辆名叫"UFO"汽车的座椅竟然爆线了,虽然说这是一辆展车而非量产车,但是几十万的观众看到这样一个不足会有什么感受?而事情的背后反映出的问题同样值得深思.第二:总体感觉不够清晰,简明.很难说造成这种感受的原因对汽车的布局把握不好。因为布局的好与不好也没有一个很明确的定义.但是感觉的东西很直观,也是最实在的。一个东西好不好,感受是最好的验证.第三:人才不足,国外很多的非机器制造的汽车工艺是由许多有十几年经验的工匠完成的,而且这种工艺是一代传一代的,也很少说会外传,可以这么说,版权的保密性非常好.虽然学不到,但中国也可以学习一下这种模式,虽然短期看不到什么效果,但是长远对中国的汽车还是很不错的.目前中国还没有进入一个自主豪华车时代,而这个时代却是培养人才最好的时机,但中国在这方面确做得不够好.
数字化虚拟技术就是通过集成各种计算机技术,并充分发挥其应用潜能,使产品开发设计能够可靠地在计算机系统内,以数字化模型方式完成产品的设计和验证。在汽车开发中,虚拟技术有助于决策层及早对设计方案进行决策和进行跟踪管理;有助于加强异地的合作,共同解决技术难题;有助于在制造样车前进行反复验证和校核,从而及早发现和避免设计错误;有助于在产品投产前及早获取产品信息以进行市场调查。贯穿于产品开发全过程的数字化虚拟技术可使产品特性得到全面系统的优化,使开发周期大大缩短,开发费用大大减少,提高产品质量,最终提高企业在市场的竞争力。
2 汽车内部结构设计
汽车内部结构是一个从构思、设计到验证的复杂的系统工程.结构时要考虑众多的约束关系和人机工程的要求。汽车内部结构是“以人为中心”的设计,即以人为中心,在满足一定的约束条件下,运用人机工程学达到人-车-环境和谐的设计理念。汽车内部结构设计是同时进行多方面结构的设计过程,也是不断反复递进寻求最优化方案的设计过程。
汽车内部结构主要任务是:①车型主要结构尺寸确定:乘员结构;整车主要尺寸确定;踏板,换档杆及手刹位置结构;转向盘及转向管柱结构;行李箱结构;侧车窗玻璃;顶盖位置;座椅及仪表板结构等。②人机工程学研究:确保驾驶员及乘员的居住舒适性,安全性,以及驾驶员的操纵方便性和具有良好的视野等。③法规符合性校核:风窗面积及雨刷结构;手伸及界面;仪表板可视范围;内外后视镜视野;安全带固定点等。在满足这些要求的同时,还要尽量减小整车质量,增大车室内空间,提高整车的经济性能。在传统的设计中,工程师使用二维人体模板在二维主图版上进行汽车内部结构设计,无法事先对踏板、换档杆、转向盘的操纵性和坐姿及视野性等性能进行空间位置的评估和验证,只有在制作了物理样车后由一定比例的人进行实际的驾驶操作才可完成验证.
如今,由于计算机技术的发展和应用,在汽车开发中已广泛采用CAD 方法进行三维数字化设计,以三维数据为主线,使用虚拟样车来优化产品设计和验证过程。因而,数字化三维人体模型相应地在汽车内部结构的人体工程学模拟和分析中发挥其潜能和优势。
3 数字化三维人体模型
在产品周期的各个阶段,人都是最重要的因素。数字化三维人体模型可有效地应用在汽车虚拟设计及制造的整个生命周期,从初始的概念方案设计至最后的产品验证。
数字化人体模型技术可辅助设计者确定人在相应的工作环境下的性能,确定人体尺寸/形态/功能及其定位,满足舒适性和安全性标准的要求。如图1 所示,在虚拟的CAD 设计数据中,可调入此虚拟的人体模型,完成操作任务和分析工作。通过三维人体模型可运用数字人体和电子样车进行与人相关要素的模拟分析校核,如人的可操作性,舒适性,可视性等重要设计要素。在汽车内部结构过程中应用数字化三维人体模型可提高设计效率和设计质量;改善安全性及人机工程学性能;减少物理样车的制造及验证工作和周期。
波音公司、通用公司、戴姆勒-克莱斯勒公司等这些大的飞机和汽车公司已将数字化三维人体模型越来越广泛的应用于产品生命周期的各个方面和各个阶段.CATIA,EDS 等大的软件公司,也相继推出数字化三维人体模块供用户使用并不断补充及完善。
现以CATIA 的人体模型模块(Manikin)为例简要说明数字化三维人体模型的主要功能。该三维人体模型包括4 个子模块:构造人体(Human Builder)模块,生成可与产品相配合的人体模型;编辑人体尺寸(Human Measurement Edit)模块,可对人体模型的各部分的尺寸进行有比例地调整;人体动作分析(Human Activity Analysis)模块, 对人肢体进行由静态姿势到复杂的动态动作的评价;人体姿态分析(Human Posture Analysis)模块,进行人体各种姿态的分析。此人体模型包括有104 组人体测量数据;100 个无约束的连接;148 个自由度;各种姿势轮廓;包含所有关节的手模型、脊椎模型、肩模型、臀部模型等模型;可表现关节活动的制约及动作运动的上下极限并可进行调节。此模块具有如下几方面用途:测量人体尺寸;视野分析;坐姿分析;运动舒适角度分析;伸及范围分析;举升、放下和搬运分析;设计干涉检查;运动模拟等。
4 按SAE 标准进行汽车内部结构时涉及到的人体工程学内容
在进行汽车内部结构时,SAE 中有如下用于驾驶员和乘员的人体工程学研究和设计的相关标准。
5 应用数字化三维人体模型进行汽车内部结构及设计校核
数字化三维人体模型在汽车内部结构设计及校核中承担着人机工程学的结构设计及校核验证的重要角色。图2 所示为数字化三维人体模型在一汽车内部结构中的应用实例。它协助汽车设计工程师进行一系列乘员内部居住性的结构优化工作,主要包括:协助确定汽车主要控制尺寸;确定不同人体尺寸的驾驶员及乘员的乘坐位置和驾驶姿态;对人体乘坐姿态及其舒适性进行分析和评估;确定踏板、转向盘、操纵杆、仪表及控制按纽等零件的结构位置,并进行操作合理性评价;模拟乘员上下车姿态以评估上下车方便性;驾驶员及乘员的座椅位置确定及安全带的固定位置的确定;模拟座椅的滑动、及杆件操纵的运动过程并进行评价;校核驾驶员驾驶过程中的直接视野和通过内外后视镜的间接视野的法规符合性;协助进行仪表板结构和仪表板盲区的校核;确定合理的车内宽度和头顶空间;分析人体重量在座椅上的力的分布;对手及脚对操纵部件操作时所施加的力进行评估;同时检查设计间隙及干涉分析,最终记录数据并输出优化的结构结果。
公共空间设计教学是让学生通过练习掌握设计过程及设计要点。部分高等院校的公共空间设计教学一般采用讲授法和练习法,教师将相关理论知识在课堂上进行讲授,学生对教师规定的空间形式进行设计,在设计过程中,学生在教师的指导下对设计进行改进,最终确定设计方案。这种教学方式的学习过程是封闭式的,学生对案例的理解局限在书本和图纸上,没有情境式学习,这样的学习过程不能使学生从根本上理解设计,导致学生在课程结束后出现的问题较多。如,对于空间尺寸没有概念,空间组织设计连贯性差,空间风格不统一,等等。
二、人机工程学切入公共空间设计教学
19世纪80年代,英国工艺美术运动领导者威廉?莫里斯提出“设计来源于人民,服务于人民”,明确指出设计是为大众服务的,设计的基础是服务于人。教师在教学过程中通过渗透人机工程学进行教学,能够让学生认识到设计的根本目的。
1.认识人机工程学
人机工程学研究人体各部分结构尺寸、人体机能特征参数,分析人的视觉、听觉等感官机能等内容,将这些内容融入公共空间设计,能够提升空间的实用性,使空间更好地服务于使用者。但是学生对于人机工程学相关知识了解较少,教师在课程初期通过课堂讲授法为学生传授相关理论知识是有必要的。教师将人机工程学相关理论知识在授课过程中对学生进行渗透,使学生初步认识人机工程学与设计的关系,在思想上转变学生对于设计是“针对造型和颜色进行”的理解,让学生认识到设计的目的在于功能。教师在课堂中讲解人机工程学的相关理论,让学生在公共空间设计中能够运用人机工程学的相关理论,从而培养学生的人本设计理念,使其设计不再盲目追求形式。
2.培养学生自主学习
现阶段普通高等院校的设计专业学生大多在入学前只有一些美术功底,并不具备设计基础,面对设计因为知识匮乏而不知如何下手,在这种情况下,教师成为引导学生的主要力量。为了培养学生自主学习、自主观察的学习习惯,在教学过程中,传授知识点已经不再成为课堂教学的主要目的,教师应引导学生自主学习,让学生学会自学成为一个主要的教学目的。教师要将学生分组,让学生对所在城市的某些空间进行实地调研,走出教室、走进社会,通过自己的观察分析丰富自身的知识结构,完成学习任务。在这个阶段,教师需要为学生布置好调研的主要任务,让学生通过测量、拍照、记录数据,接触设计、感受设计,使其能够通过观察认识到设计应服务于人,优秀的设计应以功能为主要目的。这样既提高了学生自主学习的能力,又培养了学生的观察和总结的学习习惯。
三、交流使学生构建设计思维
环境艺术设计专业学习是系统的、循序渐进的过程,学校制订培养方案,教师通过教学环节让学生接触设计案例进行学习。公共空间设计教学中的实践调研环节,让学生通过调研活动对公共空间形成初步认识。学生在学习过程中构建合理的设计思维有利于设计方案的形成。教师在学生构建思维的过程中起到了举足轻重的作用,将学生在实践调研中统计的数据和收集的设计资料进行汇总,并运用演示法将其展示给学生,学生小组间通过讨论交流数据。教师在这个过程中对学生进行思维引导,把握好学生发散思维的方向,将学生讨论的结果汇总后进行讲解分析,帮助学生构建公共空间设计思维。
四、结语
关键词:车辆人机工程;设计;影响因素
1.人机工程在车辆设计中的重要性
随着汽车工业的不断发展和科学技术的不断进步,人们对汽车驾驶的舒适性要求越来越高,对人机工程学在汽车工程的应用也有了更高的要求。车辆人机工程学是一门新兴的综合性边缘学科,是综合了人体学、心里学和生理学方面的内容,在汽车工程方面进行应用。汽车人机工程的深入研究和应用,不但有助于改善汽车驾驶条件和舒适度,还对保护驾驶员和车内乘员的身体健康和生命安全起着重要的作用。
2.影响车辆人机工程设计的因素
2.1.目标对象对车辆人机工程设计的影响
车辆人机工程设计的最终目的是以满足车辆销售目标区域内大多数客户为基础,这就要求车辆人机工程人员要对该客户群体的人体尺寸和相关参数有深入的了解,并能有相应的计算设计方法,然后再进行人机工程的设计。
2.2.目标个体的差异性对车辆人机工程设计的影响
作为车辆人机工程设计人员,当然希望所设计的车辆能够满足所有目标客户的使用要求,但这一点无论是在技术上或是在经济上,都无法实现。目标个体的人体差异性,是车辆人机工程设计所面临的一个重要的问题。百分位值是表达关于人体尺寸信息和个体性差异的一种简单有效的方法,是进行车辆人机工程设计重要的数字信息和依据标准。百分位表示人体的某项基数数据对于使用对象中有百分之几的人可以适用,也就是指人体尺寸数据正态分布中的累计概率。根据人体测量尺寸数据,满足不同目标人体的差异,可以分为5百分位、10百分位、50百分位、90百分位和95百分位。在对车辆人机工程设计的过程中,应该注意:
50百分位的平均值在使用的过程中,往往会将设计者带入一个误区,认为50百分位满足目标平均个体的需求,但目标个体中通常没有平均的男性或者女性,从人体测量数据来看,无论统计采样是人体尺寸还是人体质量等,采样统计平均值的应用意义并不明显。例如汽车加速踏板布置设计,加速踏板与人体操纵姿势的关系非常重要,要考虑到以下五个方面:
--加速踏板布置必须考虑长时间操作的舒适性;
--加速踏板未踩下时,踝关节角度A46不小于87°,踩到底后A46不大于105°;
--应该使驾驶员的拇趾点(BOF)踩在踏板中心位置,需要计算踏平面角度和踏板中心高度 A47;
--踏板表面的倾斜角度参照踏平面角来确定,使驾驶员鞋底脚掌处很好地与踏板表面贴合;
--必须分析不同百分位驾驶员下肢的舒适性,尤其要考虑女性驾驶员穿高跟鞋驾驶的情况。
在车辆的设计过程中,对于加速踏板的一些参数特别是最小伸及距离或者最大控制力等,绝对不能选用平均值或者第50百分位值作为标准值。因为人类的个体差异是无法消除的,因此设计者应该满足目标客户里的大部分人,就必须要了解目标客户人体差异性。通常认为满足90%或者95%就已经达到使用目标。
图一 车辆加速踏板人机工程设计图
2.3.设计时机对车辆人机工程设计的影响
一些女性驾驶员经常会遇到这样的场景:当把座椅向前调整,以便更容易够到踏板,可这样会使得方向盘离身体太近。这样的问题在其他一些方面也会出现,例如座椅安全带不能充分调节而导致颈部或者胸部过紧引起不适或者擦伤;汽车仪表板的布置高度不适可能导致高个子驾驶员腿部空间狭小,矮个子驾驶员前方下部视野不足等。为了更好的分析和消除这些问题,更好的进行人机工程设计,需要车辆设计人员进行深入的调查研究,量化问题出现的概率和分布,不断进行设计修改和优化,直至设计令客户群体满足。这就需要把握好人机工程设计的时机,因为在开发后期或者使用过程中一旦发现问题,再去纠正,就可能会涉及到车辆各个部件之间的互相调整,甚至需要从整体布局开始,其所需的费用会非常的高。所以在车辆总体设计和总体布置的时候,就应该讲人机工程提早考虑进去,运用人机工程分析方法、人体模型CAD和专业的分析软件等对人机工程进行全面系统的设计。
3.总结
随着汽车设计的不断变化和发展,车辆人机工程设计所涉及的内容也在不断发生着变化。以上几个因素是目前车辆人机工程中所需要重点关注的几个方面,车辆人机工程设计中所设计的内容很多,需要设计人员不断的运用新方法和新思想,尽量能够做到系统全面的考虑每一个细节。
参考文献:
关键词:安全工程;原理;应用
安全工程是工学门类中的边缘性学科,通过对工程技术相关方法的科学化运用,解决生产过程中的安全问题,合理控制有害因素,降低生产事故的发生率,创造优良的安全生产条件。安全工程的涉及范围较广泛,与国民经济发展存在密切联系,此种情况下,积极探讨安全工程原理理论及其实际应用,具有一定现实意义。
1 安全工程原理概述
1.1 定义
安全工程学是一门多学科理论和方法相交融的学科,是一种现代工程技术科学,对人、机、环境之间的相互联系进行研究和分析,并通过对相关原理、理论和测量方法进行科学化运用,保证整个系统的安全稳定运行。安全工程原理主要研究如何利用现代工程技术保证系统的安全功能的科学有效发挥。安全工程学原理的基础是安全学和工程学,通过对系统工程、环境工程以及技术设施的科学化运用,准确分析、评价及控制工程风险,促进系统安全目标的顺利实现。安全工程原理主要研究安全系统中设备设施的设计方式及应当遵循的具体原则,从而保证人体活动的高效性和安全性。
1.2 研究对象
安全工程原理是安全工程学的基本准则,主要对其自身学科范围内的研究内容和研究方式进行总结分析,以推进学科发展,促使社会群体准确认知事物规律并加以合理运用,从而开展更深层次的研究和分析。安全工程学原理下,安全系统主要包含人员、及其设备以及作业环境三个部分,具体来讲,就是安全生产活动中的操作人员与管理人员、生产活动中所应用的机器设备和仪表设备、工作人员的作业环境等三个层面。在安全生产过程中,这三个部分之间需要协调配合,以保证生产作业活动的安全高效进行,从而为整个系统的安全性提供可靠保障。安全工程原理从这三个方面出发,研究系统原理及方法的具体应用方式,分析系统运行中潜在的风险因素,进而积极采取有效措施合理控制这些风险因素,保证整个生产活动的安全顺利进行。
安全工程原理的研究对象主要包括以下三个方面:
一是安全系统工程中人为主体的胜利因素、心理特征与生产安全之间存在的密切联系,探讨工程相关的规章制度、工作方式以及管理手段等是否满足人的主观能动性需求,是否与人的特性保持高度一致,是否遵循人体的生物能量变化需求以及活动空间的适应标准,进一步探讨安全系统工程对人的劳动效率和安全行为的具体影响。
二是探讨安全生产过程中各项机器设备的安全性,判断其工作效率是否满足整个系统的运行标准。基于生产设备的材料、形状以及强度大小、工艺可靠性等方面入手,分析多种机器设备与生产作业安全性之间的密切联系,探讨各种机器设备在实际生产应用中对操作人员的工作效率的具体影响。
三是研究人体劳动工作过程中所面临的作业条件和环境的适宜性,分析各种恶劣环境因素对人体人健康和劳动效率的影响,以及各种职业因素危害的预防方法,其中包括高温高湿、噪声、照明不适、振动、粉尘、有毒有害气体、辐射等因素。
2 安全工程原理应用分析
2.1 安全工程原理应用机理
安全工程二级原理在安全工程整个原理体系中扮演着不同的角色,各级原理相互联系作为安全工程原理的理论支撑。安全工程原理可以分别从人、物、环境的角度来进行研究分析,而各下属原理也从不同方向来指导人、物、环系统的发展。人造物宜人原理是从人的角度来对人造物的设计构建提出指导要求;设备设施功能安全原理和人造物稳固原理则是从物的安全角度来对各种设备、建筑物的设计标准、操作制度进行指导;环境安全原理和合理空间尺度原理是环境发展必须遵循的安全原理,保证作业环境的舒适和健康;最小能量原理则分别从人和物的角度来对安全作业中各种能量的消耗降到最低,从而提高能量利用率和工作效率,也从能量方面将人因素与物因素相互联系起来。输入输出畅通原理在人、物、环境3方面都得到了体现,物、环境方面的信息根据输入原理的基本准则传入至人体,而在人体对外界信息进行识别、处理后通过输出原理将指令下达至物和环境方面,完成信息在人、物、环系统之间的运转。
2.2 安全工程原理实际应用例子
深井受限空间与安全人工智能仿真试验系统旨在模拟深井作业空间环境,研究人体在特殊作业环境中工作时人体各种生理、心率参数指标的变化规律及其对安全行为和劳动效率的影响。根据设备设施功能安全原理,试验系统内均采用本质安全性的电气设备,而且设有专门的人员操作区,即使出现机器故障或操作失误也不会对人体造成危害。根据人造物宜人原理,该试验装备采用的是全自动化操控模式,人体只需在操作平台上即可完成对整个试验系统的各种参数的控制,从而使人的活动舒适高效安全。
根据环境安全原理,该试验装备从温度、湿度、噪声、照度、空气压力、风速、粉尘、有毒有害气体等方面来模拟深井作业环境,目的在于研究恶劣环境对人体生理健康和安全行为的危害,从而预防恶劣环境对人的影响。整个试验舱采用钢制材料建造,使其牢固可靠,并且整个舱体内外喷涂具有隔热、消音、防辐射功能的涂料,可保证舱体放置在室外长时间不受损害,符合人造物稳固原理。试验舱设计为正方体舱型,设置有专门的操作区、试验区和储存区,空间充足能供人自由地操作活动,满足合理空间尺度原理。各环境模拟参数仪器均采取的智能化控制,即当参数水平值低于设定值时,仪器可自动启动运行,当水平值高于设定值时仪器则自动停止来维持稳定值,从而避免了资源能量的浪费,达到了最小能量原理的标准。整个试验系统安装有声音、图像的监测监控系统,舱体4面设有观察窗,利用内外进行沟通交流,舱体前后都设有安全通道利用人员正常的进入和疏散等,保证了信息、人员、物质的输入输出畅通性。根据安全工程原理的要求,设计研发受限空间环境与安全人工智能仿真试验系统,并介绍了试验系统中各组成部分与各原理之间的联系,使得安全工程原理在实际应用中得到了很好的体现。
结束语
总而言之,安全工程是生产过程中的重要内容,为确保其实际应用价值得以有效发挥,应当从安全工程原理出发,准确把握人体、机器以及环境三者之间的密切联系,对装备的相关功能、设备和材料进行合理利用,优化空间布局,保证整个生产活动的安全高效进行,从整体上推进社会的综合发展。
参考文献
[1]闫宝东.安全工程原理理论及其应用研究[J].城市建设理论研究:电子版,2015(20).