人机课程设计

中国计量学院现代科技学院

课程设计报告

课程设计名称 便于转换提拉方式的旅行

箱包设计

系（部） 专业班级 姓 名 学 号 指导教师

2011 年 6 月 18 日

目 录

1前言............................................................................................................................. 1 2人与箱包的人机关系................................................................................................. 1

2.1人机关系要实现的目标................................................................................... 1

2.1.1高效......................................................................................................... 1 2.1.2健康......................................................................................................... 1 2.1.3舒适......................................................................................................... 1 2.1.4安全......................................................................................................... 2 2.2如何实现合理的人机关系 ........................................................................... 2

2.2.1考虑到普通人群和特殊人群 ............................................................. 2 2.2.2考虑静态的人与动态的人的关系 .................................................... 2 2.2.3满足人的心理需求和生理需求 ........................................................ 2 2.2.4信息的交互 .......................................................................................... 2

3不合理的人际关系及分析......................................................................................... 3

3.1人与箱包尺寸匹配分析评价 ....................................................................... 3

3.1.1人体相关尺寸测量数据......................................................................... 3 3.1.2箱包的设计尺寸..................................................................................... 7 3.1.3人与箱包的尺寸匹配现状和分析评价............................................... 11 3.2人与箱包的功能匹配关系分析评价............................................................. 12 4系统中人机关系的一些改进................................................................................... 13 5总结........................................................................................................................... 14 6致谢........................................................................................................................... 14 参考文献...................................................................................................................... 15

I

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1前言

随着经济的发展，科技的进步，尤其是在21世纪的今天，多功能提拉箱包已经非常普遍，给人们的出行带来方便。但在另一方面，由于设计尺寸不合理、人机不协调、等原因给人们带来的负面影响，在生理上或心理上产生了一定影响。

任何一个人机系统都不是完美的。在人们使用箱包的过程中，由于一些客观原因的影响，许多问题在设计过程中就被忽略，或者设计不合理，在投入使用后，就相应地出现了一些问题，比如在拉的过程中重力分布不均，底盘过窄，容易侧翻；在提的过程中底盘过宽，容易撞到脚等。

针对上述存在的一些问题，本次安全人机课程设计将在参阅有关资料、进行实际测量的基础上，分析与评价人们与箱包及周围环境这一系统中的安全人机界面的协调关系，并以安全、健康、协调舒适为目标，针对有关问题，提出建议和相关改进设计措施。

2人与箱包的人机关系

安全人机工程学是从安全的角度看问题，研究人机关系。其中人际关系有人机信息交互关系、人机相互匹配关系和人机相互作用关系。不同的人机系统有不同的属性，也随着周围环境的改变而发生变化。人们与箱包这一人机系统也有其别与其他人机系统的特点，比如在这个系统里的机（即箱包） 并不像其他的机器。鉴于人们与箱包这一系统的特点，这一个系统中存在的人机关系有：

（1）人机合理匹配关系。包括人与箱包之间的尺寸匹配关系、人与箱包之间功能匹配关系和人和拉杆长度的关系。

（2）人机相互作用关系。包括人与箱包之间的相互适宜关系。

2.1人机关系要实现的目标

2.1.1高效

在设计中，应把人和机作为一个整体来考虑，合理或最优地分配人

和机的功能，以促进二者的协调，提高人的工作效率。 2.1.2健康

是指人在操作或使用产品的过程中，产品对人的健康不会造成不良

的影响。 2.1.3舒适

是指人在使用产品的过程中，人体能处于自然的状态，操作或使用

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的姿势能够在人们自然，正常的肢体活动范围之内，从而使人不致过早地产生疲劳。 2.1.4安全

指人们在操作和使用产品的过程中，产品对人的身体不构成生理上

的伤害。

2.2如何实现合理的人机关系

2.2.1考虑到普通人群和特殊人群

现在大多数产品是为了普通人群设计的，设计参照的标准是依据普

通人群的数据确定的。但是特殊人群也是社会的重要组成部分，他们往往有着独特的需要。所以在设计时，还应充分地考虑特殊人数的特点和需要。如：要考虑到残疾人的需求。 2.2.2考虑静态的人与动态的人的关系

人们使用产品时时常处于动态和静态两种状态之中，因此，设计的

产品不但要符合人体静态的尺寸，也要符合人体的动态尺寸。要让人在使用它时，能够方便施力、有足够的空间等。这样的设计有利于减少人体疲劳，提高效率，满足健康、舒适的要求。 2.2.3满足人的心理需求和生理需求

设计中的人机关系，不仅要满足人的生理需求，而且要满足人的心

理需求。产品的色彩、材质等都会对人的心理产生影响。视觉、听觉、触觉、味觉等都影响人的心理感受，如果能在设计中注意满足人在这些方面的心理需求，就可以将人机关系处理得更好。 2.2.4信息的交互

人与产品的互动过程就是人与产品之间信息传递的过程.即人机之

间运用信息语言交流的过程。改善信息传递的途径能够获得更好的人机关系。

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3不合理的人际关系及分析

3.1人与箱包尺寸匹配分析评价

3.1.1人体相关尺寸测量数据

为了使各种与人有关的机械、设备、产品等能够在安全的前提下高效能的工作，实现人-机优势的最优结合，并使人在使用时处于安全、舒适的状态和无害、宜人的环境之中。现在各种机械、设备、产品的设计必须充分考虑人体的各种人机学参数。因此，在产品的设计制造过程中了解、熟悉、掌握有关设计所需的人机学参数的性质和使用条件是十分必要的。在“人与箱包”这一人机系统的设计及使用过程中应考虑一下一些人体人机学参数：

表1 人体主要尺寸 单位：mm 年龄分组 百分位数 身高 男（16~60岁） 1 5 10 50 90 95 99 女（18~55岁） 1 5 10 50 90 95 99 1543 1583 1604 1678 1754 1775 1814 1449 1484 1503 1570 10 1659 1697 体重/kg 44 48 50 59 70 75 83 39 42 44 52 63 66 71 上臂长 279 2 294 313 333 338 349 252 262 267 284 303 302 319 前臂长 206 216 220 237 253 258 268 185 193 198 213 229 234 242 大腿长 413 428 436 465 496 505 523 387 402 410 438 467 476 494 小腿长 324 338 344 369 396 403 419

图一

300 313 319 344 370 375 390 3

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表2

身体部位 头 移动关节 脊柱 4

动作方向 向右转 动作角度 编号 （°） 1 55

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肩胛骨 脊柱 臂 肩关节 手 腕(枢轴关节) 向左转 屈曲 极度伸展 向—侧弯曲 向—侧弯曲 向右转 向左转 外展 抬高 屈曲 向前抬高 极度伸展 内收 极度伸展 外展旋转 （外观） （内观） 背屈曲 掌屈曲 内收 外展 掌心朝上 掌心朝下 内收 外展 屈曲 极度伸展 屈曲时回转（外观） 屈曲时回转（内观） 屈曲 内收 外展

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 55 40 50 40 40 40 40 90 40 90 90 45 140 40 90 90 65 75 30 15 90 80 40 45 120 45 30 35 135 45 50

腿 髋关节 小腿 足 膝关节 踝关节 以人体参数为基础建立的人体模型是描述人体形态特征与力学特性的有效工具，是研究、分析、设计、评价、试验人机系统不可缺少的辅助手段。根据使用的目的不同，人体模型的用途、功能、构造方法也有所不同[1]。

图二

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表3 人体各部位尺寸与身高的比例

代号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

表四 百分位数与变换系数

百分位a（%） 0.5 变换系数k -2.576 百分位数a（%） 70 6

名 称 眼 高 肩 高 肘 高 脐 高 臀 高 膝 高 腕—腕距 肩—肩距 胸 深 前臂长(包括手) 肩-指距 双手展宽 手举起最高点 男 亚洲人 0.933H 0.844H 0.600H 0.600H 0.467H 0.267H 0.800H 0.222H 0.178H 0.267H 0.467H 1.000H 1.278H 女 亚洲人 0.933H 0.844H 0.600H 0.600H 0.467H 0.267H 0.800H 0.213H 0.133～0.177H 0.267H 0.467H 1.000H 变换系数k 0.524 中国计量学院现代科技学院《人机工程》课程设计报告

1.0 2.5 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 50.0 -2.326 -1.960 -1.5 -1.282 -1.036 -0.842 -0.674 -0.524 0.000

75 80 85 90 95 97.5 99.0 99.5 — 0.674 0.842 1.036 1.282 1.5 1.960 2.326 2.576 — 表五 身高、胸围‘体重的均值M及标准差SD 项 目 身高/mm 男(18～60岁) 胸围/mm 体重/kg 身高/mm 女(18～55岁)

东南区 均值M 1 686 865 59 1 575 831 51 标准差SD 55.2 52.0 7.7 50.8 59.8 7.2 胸围/mm 体重/kg

3.1.2箱包的设计尺寸

在一个人机系统中为了发挥系统的整体功能，使人和机有效地结合，机的结构及功能尺寸是十分重要的。产品设计者在设计、制造和使用的工程中也应考虑有关的人机学参数，选择合适的人体尺寸和百分位数。我们也知道一个产品并不是满足所有的使用者才是最好的，它有一个合理的限度。在充分考虑经济、使用群体、产品适用度等一些客观条件以后设计的产品才更加趋于合理。但是在产品的使用中，使用群体是不断变化的，产品适用度也会随之变化。所以本课程设计在考虑适用群体相关尺寸变化及产品适用度等前提条件下，对箱包的尺寸进行测量，然后结合适用群体的有关人机学参数做出分析评价。

箱包的实际图像：

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箱包的设计尺寸： 20”尺寸图。

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24”尺寸图：

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28”尺寸图：

3.1.3人与箱包的尺寸匹配现状和分析评价

在人机匹配关系分析与评价过程中，主要依据国家有关标准（GB/T12547-1992及GB10000-1988）人体测量尺寸参数和相关实测数据，结合安全人工程学有关理论知识进行分析与评价。在此，主要分析相关物品与人体形态学之间关系，使人与箱包之间相互协调，使出行有一种舒适性，而且方便，所以，我们将对其尺寸进行分析：

根据图一、表2可得，肩的极度伸展可以达到40°，髋关节的极度伸展可以达到45°。由图二、表3可得，H为人的身高，手举起最高点为1.278H，双手展宽为1.000H，肩—肩距为0.222H，推导可知手臂的长度=（双手展宽-肩肩距）/2=0.3H，所以肩到地的距离=手举起最高点-手的长度=0.8H。将手和箱包的连接近似为一直线，如图，为了使人与箱包的协调性达到最大，的值需要考虑肩的极度伸展和髋关节的极度伸展，不应超过这两个值的最小值，所以应以肩的极度伸展减10°为最舒适的角度，所以以=30°计算。根据勾股定理可令箱包滑轮与支撑脚的距离为X，则拉杆和箱包和手的长度为2X，肩高为0.8H，推导可得X=0.513H。则箱包与拉杆的长度=2X-手臂的长度=0.637H。

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使设计的产品满足90%的东南区人群：查表五得，东南区男性身高平均值M=1686mm，标准差SD =55.2mm；欲使产品使用于90%的人群，则应以第5百分位和第95百分位为确定尺寸的界限值。由表四查变换系数k（当a取5时，k=-1.5；当a取95时，k=1.5），所以M5=（1686-1.5*55.2）=1595mm；M95=（1686+1.5*55.2）=1777mm。于是按身高1595~1777mm范围这个尺寸设计产品可以使用于90%的东南区男性。同理可得东南区女性90%使用范围为1491~1659mm。所以适用于男性的箱包与拉杆的长度=0.637H=1016~1132mm。适用于女性的箱包与拉杆的长度=0.637H=950~1057mm。这样才满足人与箱包的匹配性。

对于舒适度而言，箱包的尺寸大小和人的高度有必要的联系。一般情况下，事物需要适用于99%的人群，尺寸大小就没那么重要，因为可以通过拉杆来调节人与箱包的高度差。但是，箱包的尺寸大，代表高度与宽度也随之增大，那么随之的是拉杆的长度变短，箱包的重心偏移，人所需要的拉力就改变了，手与箱包形成的角度也改变，舒适度也随之改变，所以尺寸和高度关系密切。

所以，在依据有关国家标准、结合实际情况的前提下，对人与箱包进行分析与简单评价，得出一些观点。在这一人机系统中，有些方面人与机比较协调，也符合相关人体形态学的要求，有利于发挥整个系统的优势功能。但在一些方面，好存在一些不足与缺陷，如人体尺寸百分位数选择等细节上还需进行相关改进设计。

3.2人与箱包的功能匹配关系分析评价

人机功能匹配是人及合理匹配的一个重要方面。一个人机系统想要发挥高校的功能，必须要使人机关系达到合理匹配，而且在人机尺寸相匹配、人机功能相匹配的前提下才能发挥设计时应有的功能，在一定基础上也能防止和减少伤亡事

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故的发生，保证人的安全、健康，以至使人感觉舒适。

箱包的作用是使人们出行携带更加方便简洁，为人们节省不必要的空间和体力的消耗，出门本来就累，如果还要在携带东西上浪费大量体力、脑力就显得有些资源浪费。所以在设计时箱包就尽量要做到节省人们的体力，而且要便捷，在不同的道路要能够有其变通的措施来节省人们的脑力，这样才是资源最大化。箱包的尺寸应该结合人的不同而不同，这样才能最大化的发挥其作用。

箱包的材质可以多样化，硬质、软质，布料、皮料、合成塑料等。根据不同的需求设计不同的款式，满足不同人群的需求，能使不同的消费者感到同样的舒适是最重要的。每个人的心理需求是不一样的，在不同的条件下的需求也是不一样的，所以箱包需要多样化来满足人群的不同需求。在细微的设计上也非常重要，比如说箱包上的小纹路、小图案。可以对人产生积极的影响。

颜色对人的心理和生理影响很大，就好像我们选择的食物会对身体健康产生不容忽视的影响一样。颜色对精神和生命活力起到非常重要的作用，同时也会刺激人的心理。所以要选用对人会产生积极作用的颜色，让人感觉没那么疲劳，这样的箱包才是好的。

可拉提式箱包大致可以分为长方型和半椭型。长方型便于拉，拉稳定性好，底盘宽，重力分布稳定，但是提就没那么方便，把手设计没那么舒适。半椭型的提很方便，把手很合手，便于发力，但是拉就没那么稳定，高度基本大于等于底盘的宽度，稳定性没那么好，拉的时候容易侧翻，重心不稳。

可提拉式箱包适用于不同路面，方便出行，使人机关系达到协调，是人—机协调的表现。

4系统中人机关系的一些改进

（1）在当前的经济和科技条件下，几乎还不可能实现机完全符合人的各项要求的情况，即最佳状态。而其中存在一些不合适的因素，影响系统整体功能的发挥。由于受到使用群体、经济实力、科技水平等一系列客观条件的影响制约，这些影响因素到目前是无法完全消灭的。为了提高系统的实效，发挥系统的整体功能，满足更多的使用群体的需要，就要在系统中找出有关制约系统功能发挥的因素，查出有关问题，并根据相关人体参数，对机械、设备、产品进行改进设计，使产品更加趋于人性化，符合人的需求，创造高效的人机系统，发挥人机系统的最大优势功能。以下是我在“人与箱包的人机关系”人机系统中发现的有关问题及提出的相关改进措施。

（2）箱杆的长度根据不同的人是可以调节的，基本的箱杆是分为2节，每节的长度根据箱包的尺寸不同而略有不同。但是由于地域、性别的原因，身高是有差异的，为了满足大多数的需要，个人认为箱包的箱杆应该设计成3节，前两节应该适应大部分女性，最后一节增加10cm，不过工艺要求就比较高。

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（3）箱包的主体可以采用一些新的合成材料，耐磨、耐撞、轻便，提手的材质可以更换更加防滑和手握的舒适感更好的合成材料。箱包的滑轮要更加的耐磨。

（4）半椭型的箱包底盘可以增加重心稳定装置，在拉的时候稳定性可以加强，不过这个对工艺、科技要求比较高。

（5）箱体可以做成2层的，方便空间的利用最大化。箱体外部也可以加上装水之类的小袋，方便出行。

（6）箱体可以做成折叠式或可拆卸式的，这样方便安放，不过对材质的要求很高，对箱体结构的设计也有很高的要求。

（7）箱包在提的时候，在靠近身体的一侧可以安放些柔软但又耐磨的材料，能使提的过程更舒适而又不损害箱包。

5总结

本次课程设计在资料的收集、整理过程中，由于足受到诸多因素的影响，在个方面都存在一些不足与缺陷。在资料的收集过程中，难免会有遗漏，而且在相关器物的实地测量上也存在一些误差，制图过程中也存在误差，图中数据有些不清晰。在整个设计过程中，结构编排的思路也有一定的不足，很多细节部分考虑不周全。从而导致整个课程设计的水平不高。由于这类安全人机工程课程设计所涉及的知识面极为广泛，加之设计者本人的水平有限，虽然经过反复修改，但也难免有各种不足、甚至错误。

尽管在本次的课程设计中，存在很多不足和缺陷、甚至错误，整篇设计水平也不高。但是经过这次的课程设计，我从中学到了很多，不仅掌握了许多相关资料，而且也启发了自己的思维，使自己的思维变得更加清晰。通过本次的课程设计，自己的专业知识也有很大的提升，对人机关系有了一个更深层次的认识，也看到了自己的不足，鉴于本次设计中的缺陷，自己在今后的学习中定会加倍努力。同时不断地鞭策自己，丰富知识，增加经验，为自己以后的发展奠定基础。争取自己设计的人机系统，更加合理，再不会仅仅局限在安全上，更要向安全、健康、高效、舒适的方向发展。

6致谢

在此次的课程设计过程中，为了对安全人机工程学相关知识有进一步了解和掌握，丰富自己的专业知识，自己进行了一些资料查找和实际测量的工作，为整个课程设计提供了基础数据。在整个设计过程中，要感谢指导老师对我提出了许多宝贵的意见和建议，指导我顺利完成了此次的安全人机工程学课程设计；同时，身边的同学对我提出了一些宝贵的建议和提供了一些相关的资料，在这里对那些对我提供帮助的同学表示感谢。从中，我也学到了很多，更加受到了一些启发，

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并希望老师在检查过程中批评和改正其中的不足和错误，我会积极改正，虚心学习，努力提高自己的专业知识，实践能力，增加实践经验，使自己的知识进一步提高。

参考文献

[1] 扎齐奥尔斯基. 人体运动器官生物力学[M]. 吴中贯， 等译. 北京：人民体育出版社，1985.

[2] 时学黄，郑秀瑗，冯莲丽. 运动生物力学译文集I[M]. 北京：清华大学出版社，19. [3] 魏文仪，钱雪英，胡德贵. 运动生物力学译文集II[M]. 北京：清华大学出版社，19. [4] 国家标准 GB 10000-1988

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附录A：指导教师评语及成绩 指导教师评语：

成绩评定：

指导教师：

年 月 日

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