人体工程学分析范文

导语：如何才能写好一篇人体工程学分析，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1．授课空间

授课空间是指老师上课时活动的空间，包括在此空间中教师所使用的操作台、座椅、多媒体设备。

第一，操作台。郑州大学多媒体教室使用的操作台是电脑与讲桌分离的，存在着突出的人机工程学问题，给老师上课带来了极大的不便。存在的问题主要是电脑台距讲台距离太远、老师需要不停地来回走动才能既板书又可点击电脑课件。

多媒体教室中教师大多数时间是站或坐在操作台前使用电脑授课的，所以要求操作台具有合理的形状和尺寸，以满足舒适性要求。但通过实地分析发现我校操作台存在以下问题：一是操作台平面过低，仅有60cm左右，对使用电脑及书写造成不便；二是下部容膝空间小，操作台下部为电脑机箱，虽然设计预留了容膝空间，但该空间过于狭小，坐姿下腿部无法伸进去。由于缺乏容膝空间，教师在使用操作台时必须与操作台保持很大的距离，在使用操作台书写或看清电脑屏幕时必须俯身，很不方便。

第二，座椅。与操作台配套的座椅不配套，违背了人机工程学的原则。椅子为铁制，高度不可调节。椅子面为圆形，无靠背，而且椅座较小。出于防盗考虑，椅子是用铁链固定在地板上的，这样椅子只能在电脑台前的地方移动，无法搬到讲台上，不能最大限度地利用。

椅子与操作台搭配也不合理，经测量，椅子高度为60cm，与操作台基本平齐，考虑上文分析的操作台下部空间不足的缺陷，会加剧使用者的不舒适感。

第三，鼠标及键盘。使用电脑要长时间操作鼠标及键盘，前文提及操作台平面过低会造成使用不便，这一点在使用鼠标键盘时尤为明显。使用键盘时手掌要弯曲很大的角度，易使人疲劳，身高较高的教师使用尤感不适。另外，由于操作台要放置电脑显示器，留下的空间宽度狭小，无法调节键盘位置，不能满足体型不同的教师使用舒适度。

2．听课空间

听课空间，即学生听课区域，最主要的是课桌椅，要解决的问题包括桌椅的高度、宽度、课桌前后排的间距、桌面长度、椅面深度等一系列问题。

第一，课桌椅。按国家标准GB/T3976－2002（学校课桌椅功能尺寸）的规定，高校阶梯教室固定桌椅只有一种尺寸，即应满足桌面高73±10cm，座椅面高410±10cm。经测量，郑州大学阶梯教室课桌高度74cm，课椅高度39cm，各数据均符合国家标准。

第二，听课空间布局。实验证明，多媒体教室的空间布局会对教学效果造成影响，编排座位时应遵循下列原则：（1）教室中间的过道宽度应不小于0.9m，靠墙的两侧都应留出不小于0.5m的过道，且过道总数不应小于3个（4个最佳）；（2）大型多媒体教室（座位数在200个以上），对视线要求较高，第一排观众距屏幕应为3.6m，每排座位的距离为0.85m。

郑州大学核心教学区的阶梯教室可容纳人数在200～300人左右，教室前方的空间位置布置较为合理，第一排距黑板的距离符合上述要求，教室中间的过道宽度普遍在1米以上，但多数教室只能使用中间的2条过道，靠墙的过道过于狭窄，学生难以通过。在上下课时学生都使用中间过道出入，十分拥挤。

3．教室视觉显示

视觉显示界面主要包括电脑显示屏、投影屏幕以及黑板三大部分。

第一，电脑显示屏。显示屏位于操作台上，与操作台平面成一定角度倾斜安放，其设计目的是方便使用者观看。按照人机工程学原理，显示屏最佳位置应与使用者视线垂直。但由于上文提及的操作台存在的容膝空间小操作台平面低等缺点，导致显示屏安装角度和高度明显偏低。由于座椅等设施尺寸无法调节，影响了使用显示屏时的舒适度。

第二，黑板。黑板是教室的主要固定教具，其设计要求应满足：书写流畅、易擦拭、构造简单。满足不同身高教师的书写，其在墙壁的安装位置应满足教室后排学生观看不受前排学生的遮挡。

黑板尺寸：根据人机工程学原理和人体生理结构特点，黑板下边缘距地面高度以1.1～1.2m为宜。黑板上缘距地面高度以2～2.1m为宜。经测量阶梯教室内单块黑板下边缘距地尺寸95cm，上边缘距地尺寸200cm，下边缘略低，但考虑到黑板书写一般从上到下，下部空间利用率并不大。所以黑板的尺寸基本较合理。

第三，投影设施。在多媒体教学已普及的情况下，投影屏幕是学生在上课时获取信息的重要工具。郑州大学教室中的投影幕布尺寸基本合理，学生基本可以在教室最大距离（最后一排）上看清投影。但投影还存在以下问题：（1）出于保证尽可能少地遮挡黑板的要求，投影幕布安装位置偏右，这种布局使投影幕布离门口太近，阶梯教室大门带有玻璃窗，即使在关门情况下，外面的光线也会干扰投影的质量。（2）投影使用时间较长后，由于设备问题画面会出现不同程度的模糊和色彩失真，影响学生观看。考虑到多媒体教学设备的使用频率较高，对设备的耐用性必须加以重视。

二 对多媒体阶梯教室人机工程问题的改进建议

从人机工程学角度分析，郑州大学多媒体阶梯教室的设计基本合理，但仍存在一些问题，部分设施如操作台等无法更改，但其他问题还是可以解决的。现简要提出几点改进意见：（1）配置带有靠背并可调节高度的座椅，使教师使用舒适。（2）操作台配备无线设备，使教师方便在讲课时操作电脑。（3）过道不足3个以上的教室，尽量安排学生较少的课程，减少人数，保证学生安全。（4）对投影设施应经常检查维护，教室前门玻璃窗最好配置拉帘遮挡光线，以免影响投影效果。

参考文献

［1］丁玉兰.人机工程学（第4版）［M］.北京：北京理工大学出版社，2011

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关键词：汽车座椅；抗疲劳；舒适

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.187

1 驾驶疲劳的成因

汽车驾驶是一项考验脑力和体力的劳动。在汽车驾驶过程中，驾驶员不但需要大量的体力劳动来保持汽车的正常运转和行驶，同时还需要保持足够清醒的头脑和集中的注意力，以应对驾驶过程中可能会出现的各种情况。长时间处于这种状态下，神经系统高度紧张，身体姿势长期保持，驾驶员很容易产生一定的疲劳感，从而造成疲劳驾驶。在疲劳驾驶状态下，驾驶员的注意力容易被分散，意志也会被削弱，反应速度随之减慢，对外界信息的接收能力下降。这种情况下，驾驶员极易产生操作上的失误，导致交通事故的发生。

2 汽车座椅的人体工程学分析

2.1 人体坐姿生理特性

不理想的坐姿，会形成驾驶员不合理的脊柱形态，在这种状态下长期驾驶，容易造成腰椎负荷和肌肉负荷的加大，从而使驾驶员产生疲劳感。探索研究合适的座椅结构并进行尺寸设计，能使驾驶员保持合理的脊柱形态，有效缓解疲劳感。

驾驶员处于坐姿状态下，其身体重量所产生的压力由坐垫和靠背分担。如果体压分布不合理，集中对肩胛骨和腰椎部位施以压力，就会导致驾驶员背部不适，同样会产生较大的疲劳感。

2.2 环境分析

振动会对驾驶员产生较大影响。振动所造成的影响主要体现为局部的生物动力学反应、生理反应以及人体机能的减退等，这对于驾驶员而言是非常严重的。如果外界所产生的振动接近器官的共振频率，振幅就会迅速增大，此时驾驶员自身的器官生理反应将会达到最大，极易出F视觉作业效率下降和动作准确度下降等现象。

此外，温湿度也会对驾驶员疲劳感造成一定影响。人体处于高温、高湿环境中时，会感受到不适，具体表现为四肢乏力、精力不集中等。在驾驶过程中，如果座椅无法提供舒适的温度和湿度环境，那么人体可能会产生不适感，从而加剧疲劳。

3 汽车座椅抗疲劳设计思路及方法

3.1 结构参数

汽车座椅的结构参数，需要从振动、坐姿、操作舒适度等几个方面分析：首先，汽车座椅尺寸，决定了驾驶员的坐姿和操作舒适度。汽车座椅的尺寸设计参数主要包括椅面高度、宽度、深度等。椅面的高度定义为椅面前缘到驾驶员踵点的垂直距离。从驾驶员的驾驶姿势来看，设计中必须要考虑座椅角度对腿部肌肉的影响。在座椅宽度方面，一般认为在车内空间允许的情况下，座椅应该越宽越好，这样更有利于驾驶员调整和变换姿势。椅面深度，是指椅面前缘到靠背前面的水平距离。座椅深度决定了人体腰部所受到的靠背支撑度，以及腿部的弯曲舒适度。靠背高度和宽度，与驾驶员的坐姿肩高和肩宽有关。在设计过程中，应该综合考虑驾驶员的个体差异，并尽量采取高靠背的设计。

3.2 静态舒适性设计

座椅静态舒适性设计需要坚持以下几个原则：

（1）座椅的结构和尺寸与其功用有关；（2）座椅的尺寸必须参照人体测量学数据；（3）座椅可适当调节，以满足驾驶坐姿的调整；（4）座椅所应用的材料应该满足人体舒适度需求；（5）座椅的位置要与其驾驶空间相匹配。

在座椅的静态舒适性设计中，应进行生物坐姿力学分析，研究表明，坐姿时将臀部稍离靠背往前移，使上体向后微微倾斜是最为舒适的姿势。同时，躯体的大腿、小腿和脚掌也应保持一定的角度。（如图1所示）

与此同时，座椅的静态舒适性设计还应考虑驾驶者的心理空间感，一般来说，驾驶者希望有较大的空间感，狭窄的空间会使驾驶者产生回避反应，加快心理疲劳，故通常座椅空间要大于操作空间。最后，座椅的静态舒适性设计还要考虑温湿度、材质。例如使用透气性较好的材料，增强座椅透气性；使用主动通风式座椅，消除驾驶者产生的热量，减轻驾驶疲劳。

3.3 动态舒适性设计

在驾驶过程中，驾驶员主要受到横向、纵向及垂直方向的振动力，这些振动通过座椅传递给驾驶员，引起其全身性振动，因此，汽车座椅的动态舒适性设计必须减轻驾驶者受到的振动。在设计中，主要可以采取以下措施：

（1）降低座椅共振频率，尤其是降低对人体影响最大的高频区；

（2）降低共振的传递率，主要是弹簧以下的共振，以及来自靠背的振动；（3）将路面―轮胎、悬架、座椅―驾驶者看作一个整体力学系统，在协调各方的情况下使驾驶员不易感受到疲劳。最后，汽车座椅要与汽车其他减振系统相匹配，使驾驶员处于最合适的减振环境中，从而减少驾驶员的疲劳感。

4 结束语

汽车座椅的舒适性是关系到驾驶员驾驶体验的关键因素，也是汽车产品人体工程学设计的重要方面，在设计中，设计者要熟练应用人机工程学理论和生物力学理论，最大化地提高汽车座椅的舒适性与安全性，提高设计水平，创造出更适合人类使用的汽车，将座椅的人机效能发挥到最高水平。

参考文献：

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摘要：

在生产线上实行员工岗位轮转是预防职业疾病和损伤的一种重要手段．针对生产线员工岗位轮转问题，采用在欧洲自动化工业中广泛使用的人体工程学风险测定方法EWAS，模糊测定相应岗位的人体工程学风险值；其次，以生产线所有员工最大风险值中的最小值为目标函数，构建了岗位轮转调度模型和求解方法，并运用启发式算法对模型求解进行优化，最终得出岗位轮转的最佳方案．

关键词：

岗位轮转；汽车生产线；人体工程学风险；EWAS

岗位轮转是在保证组织工作正常开展的情况下，让员工从一个岗位流动到另外一个岗位上工作，以改进人力资源管理的活动［1－2］．岗位轮转是一个组织策略，有益于组织内管理工作的展开和生产线员工的工作，在生产制造系统中得到越来越广泛地应用．岗位轮转可避免因在某岗位上工作时间过长而出现个人资源垄断对企业发展造成的潜在风险；同时，工业装配线高灵活性的特点也要求每个操作者能够胜任任何一个岗位，即员工不能只满足于掌握单项专长，必须是多面手、全能复合人才［3］；通过岗位轮转可以提高员工的全面操作能力、激活组织活力、促进人力资源的优化配置、提升企业业绩．

岗位轮转对生产线操作工也尤为重要．长期工作在同一岗位，易使得操作工面临较大的人体工程学风险．人体工程学风险是指不合理的工作环境、工作方式、工具和物料，使得作业者身体和心理出现不好结果（如压力、烦躁、职业疾病和损伤等）的可能性．在生产线上，较高的人体工程学风险不仅会伤害操作工的身体、降低其生活质量，还会使得其工作效率低下，不合格产品数量增加，进而损害企业和消费者的利益，因此，应尽可能降低操作工所面临的人体工程学风险．人体工程学风险不仅取决于工作岗位的设计和条件，还受到工作内容、特定任务的重复性和工作姿态的影响［1，4］，而岗位轮转可以通过不断调整工作内容和工作姿态，减少工作重复次数，有效地减小或避免可能产生的风险，使得一线员工处于健康的工作状态［5］．

国外企业实践岗位轮转起步较早，国内也逐渐意识到岗位轮转带来的改变．马勇［6］从岗位轮换目的出发，结合管理实践，将岗位轮换分为培训新人、晋升提拔、认识风险防范和工作丰富化4种类型．杨从杰［7］针对岗位轮换中出现的问题，引入工作岗位分享制，并分析了具体的实施模式与步骤．Viteles［8］通过工作设计研究提出了岗位轮换制度，即在不改变工作流程和工作岗位职责的情况下，让员工在性质类似、要求相近的不同岗位间相互轮换，以减少员工长期从事单一工作的厌烦与不满，抑制由工作专业化衍生出来的工作劳损率、疲倦感的上升和工作动力及生产效率的下降．Costa和Miralles［9］具体将岗位轮转计划集成于装配线平衡问题．Keir［10］通过大量的实验证明岗位轮转可以减少员工面临的风险，且提出目前观察到的岗位轮转效果取决于工作所涉及的肌肉群．

现有研究以岗位轮转方法为主，但却未从降低人机工程学风险的角度研究岗位轮转方法，且缺乏对生产线操作工岗位轮转的深入研究．运用欧洲议会工作表方法测定岗位的人体工程学风险，在体现生产线岗位轮转安排计划的基础上，构建了基于人体工程学风险的岗位轮转调度模型，并运用启发式算法求解模型以得出最佳方案．

1人体工程学风险测定方法

在欧洲，测量工作场所的人体工程学风险对于制造企业来说不仅是一种常规工作，也是法律要求．EAWS［9，11］是一种非常广泛的评估人体工程学风险的方法，该方法假设在一次转变中，同样的工人从事另一个工种的条件下该岗位的工效学分值．作为欧洲广泛应用的方法，EWAS是大众和菲亚特等汽车制造商以人体工程学为工具产生的一种有效的风险测定方法，且与其他制造业评估方法有相似的结构．EAWS的测量结果有两个总风险值：整个身体的风险点和上肢的风险点．风险点越高，操作者患上肌肉群疾病的风险也越高．EWAS方法建议使用3个风险区域来解释：0～25为低风险绿色区域；26～50为可行黄色区域；高于50则为高风险红色区域．整个身体风险点（RP）由4个部分组成：RP＝PI＋MMHI＋FI＋EP．式中，PI表示姿势指数、特殊姿势的风险点的总和；MMHI表示人工物料搬运指数；FI表示动作力量指数；EP表示其他未考虑的风险点．

2基于人体工程学风险的岗位轮转模型

岗位轮转方案为：生产线上的员工依据岗位设置以合适的时间间隔依次轮转，测定出员工在每个岗位可能面临的人体工程学风险值，综合某个工人在3次轮转中面临的人体工程学风险值所在的范围判定此时的岗位安排是否合适．同时，适宜的岗位轮转方案应使3次轮转中每个工人的综合人体工程学风险值在可行域内且较为平均．要得到可行且均衡的方案，需要不断调整每个工人所在的岗位，使得每个工人最终都处于身心最佳状态，减少员工患上各种生理、心理疾病的可能．如何在短时间内找出综合风险值最小、且使所有员工人体工程学风险均衡的轮转方案是所要讨论的问题．

3基于案例的模型求解及分析

对芜湖奇瑞汽车生产线安装尾灯和天窗的工作岗位轮转情况进行跟踪分析，采用EWAS方法对员工的实际人体工程学风险进行测定，构建岗位轮转调度模型并求解，以获得最佳岗位轮转方案．

3．1现有岗位安排方式及人体工程学风险测定

汽车生产线上有3个岗位可安排轮岗，分别为a1、a2、a3，将8小时的工作时间分为3个区间，在每个时间区间内，每个工人被安排从事一项工作，具体如表1所示．同时根据EWAS方法，测得各岗位的人体工程学风险及每次岗位轮转的总风险值如表2～表5所示．

3．2启发式解决方案程序

基于人体工程学的岗位轮转调度问题复杂，而启发式算法则可以很好地求解此类复杂的调度问题［12］．启发式算法解决问题分为两个部分，即改进算法和平滑启发式，改进算法是平滑启发式的前提，其得到的方案作为平滑启发式的初始解．在改进算法的基础上对轮转方案进一步优化，直至达到最优解．

（1）改进算法．假设每个工人依据岗位依次轮转，即可得到最简单的轮转方案：如果某个工人在上个阶段内从事最高人体工程学风险的岗位，那么在接下来的期间内该工人就会被分配到人体工程学风险值最低的岗位．同时，如果在8h内岗位a1测得的人体工程学风险值为16，那么在第一个轮转阶段的2h内岗位a1的EP值为2．具体形式如下：在阶段1中，可以任意分配工人的工作，例如工人i分配到岗位i，即πt（i）＝i，根据以上原则再次分配工人到各岗位．本例中，在阶段1时，将工人1分配到岗位1，工人2分配到岗位2，工人3分配到岗位3；在阶段2时，将最简单的工作1分配给目前人体工程学风险值最高的工人3，工作3分配给工人2，工作2则分配给工人1．目前的EP值分别为20、36、28，因此，在阶段3时，工作1分配给工人2，工作2分配给工人1，工作3则分配给工人3．工人的分配安排可表示为｛a1，a2，a3｝，｛a2，a3，a1｝，｛a3，a1，a3｝，相应的人体工程学风险总值为40、40和53，初始优化方案如表7所示．由表7可知，工人在岗所面临的最大风险值为E＝53，因此，轮转方案S1明显优于初始安排．

（2）平滑启发式．在改进算法中得到了初始可行解，将初始可行解作为当前解，循环运用改进算法中平衡风险的方法以寻求改进．如果目标函数值变小，则当前的轮转方案记为新的当前解．重复以上步骤直至满足停止的条件，最后的当前方案则为最佳方案，停止的条件为：①如果在改进操作时轮转方案没有任何的改变，则终止程序，因为接下来的优化改进也不会改变结果；②为了避免发生重复循环，设定在目标函数值没有改变时最多进行连续10次的改进步骤．在本例中，初始解即为在第一个程序中得到的方案S1．在不考虑阶段1的情况下，工人所面临的人体工程学风险总值分别为35、24、33．采用第一步中平衡的方法在阶段1分配工作，将工作1分配给工人1，工作2分配给工人3，工作3分配给工人2，这样即可得到新的轮转方案S2，具体工作分配为｛a1，a2，a2｝，｛a3，a3，a1｝，｛a2，a1，a3｝，其优化方案如表8所示．由表8可知，此时的最大风险值E＝49，因此，轮转方案S2可行且优于方案S1

4结论

以安装汽车尾灯和天窗的生产线为对象，详细分析了汽车生产线员工在各自岗位上不断重复操作时可能面临的人体工程学风险．利用EWAS对人体工程风险进行测定；依据所有员工人体工程学风险最大值最小的目标，构建了员工岗位轮转调度模型，并采用平滑启发式算法优化了员工的人体工程学风险最大值，以解决不同阶段员工与岗位的组合优化问题．研究表明，岗位轮转可以作为一种有效的工具来降低操作工的人体工程学风险，减缓员工的职业损失；岗位轮转问题的求解难度随员工数量的增多而大幅增加，启发式算法能够有效解决该问题．

参考文献：

［1］肖鸣政，萧志颖．当前管理人员岗位轮换的问题与改进［J］．中国行政管理，2009（4）：16－20．

［2］魏争光．以岗位轮换的方式培养具有多种能力的图书馆员［J］．农业图书情报学刊，2005（1）：89－91．

［3］张军，王佳佳．如何成功实施岗位轮换［J］．中国人力资源开发，2010（8）：42－44．

［5］高小洁．岗位轮转的“人挪活效应”［J］．企业改革与管理，2005（9）：56－57．

［6］马勇．岗位轮换的分类与成功实施———基于目的的岗位轮换管理技术［J］．中国人力资源开发，2006（4）：85－88．

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计算机辅助人机工程分析软件目前正成为设计师手中的利器。三维虚拟人体模型正是这些软件的科学基础。本文主要介绍了构建人体模型的科学依据、建立方法及应用现状，以期能对其进行科学地选用、维护和再开发，不断推进人机工程学的实践应用研究。

一、前言

近年来，随着计算机辅助工业设计技术的飞速发展，人机工程学分析模块成为了各种软件的热门开发方向。设计师可以方便地使用软件中提供的人体模型库、姿势库等对产品的人机效应进行直观验证，大大提高了设计效率。三维人体模型在这个过程中发挥着巨大的作用，了解这些模型的构建原理与应用现状，有助于设计师对其进行科学地选用、维护和再开发，不断推进人机工程学的实践应用研究。

二、构建三维虚拟人体模型的科学依据

三维虚拟人体模型的构建必需基于经过科学采集并处理的数据以及人体结构原理。这样的人体模型才能对设计进行明确有效的指导。

1. 人体测量数据的采集与统计

（1）人体测量数据的采集。

人体的数据受来源不同的影响，有很大的差异性，主要影响因素包括地区、年龄、性别、民族、工作以及气候等。建立人体模型首先要找准特定的目标部族，有的放矢地测量和整理人体数据，从数据中寻找线索，帮助设计师开展科学的设计。

人体测量数据大体可分为四类：静态数据、运动区域数据、生理数据和力学数据。其中静态数据是指人在静止不动的状态下测量获得的形态数据，其主要内容是人体规格（体型、身高和体积等），可采用站立、静坐、跪下和躺卧四种姿态；运动区域数据是指人在运动状态时四肢的有效作用范围，主要分析两种：一种是肢体的活动角度范围，一种是肢体所能达到的距离范围；生理数据是指人体的主要生理指标，主要内容有：皮肤面积、各器官体积、耗氧量、心率、疲劳度和反应度等；力学数据主要考量人体的主要力学指标。如人体的重量与重心位置、各转动器官的惯量、受力与出力等。

（2）人体测量数据的统计。

人体测量所针对的是一个群体而非个人。基于人与人之间差异性的考量，个别或少数的人体测量数据不能作为建立三维虚拟人体模型的依据。比较科学高效的做法是，首先测量群体中少量、部分的个体样本，这些数据是离散的随机变量，再根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计处理，从而获得所需特定群体的数据。常用的统计特征参数有平均数、方差和百分比等。

（3）我国国家标准规定的成年人人体结构尺寸。

我国人体的尺寸参数受地域、民族的影响与其他国家差异较大，针对我国的人体测量数据，建立符合国情的数据标准并指导开展人机工程学的应用是必然的要求。我国成年人人体尺寸的国家标准GB10000-88 于1998 年7 月开始实施，该标准给出了我国成年人身体尺度的通用数据，可以运用在各类产品、建筑装修和军工装备等各个设计领域。该标准列明了47 项人体尺寸通用数据，共分为18 ～ 25 岁（男、女），26 ～ 35（男、女），36 ～ 60（男）、55（女）三个年龄层次。

2. 人体测量数据与人机分析的联系

基于科学数据建立的人体模型常被用于视野分析、触及范围分析及疲劳分析等。以做视野分析时所依据的数据模型“眼椭圆”为例。

不同身高的操作人员以正常的姿态使用产品时，他们的眼睛位置在产品坐标系中的统计分布图形呈椭圆形。“眼椭圆”是研究产品视野范围性能的重要基准，能比较准确地代表几乎所有人群的特点，图1 为眼椭圆的三维示意图。

由于眼椭圆代表了大部分使用者在正常使用时眼睛在产品坐标系中的分布。因此，眼椭圆是指导和评价产品设计视野范围是否符合人机工程学要求的关键要素。在CAID软件中，眼椭圆样板库可以通过二次开发得到，如图2 所示为样板库中生成的眼椭圆模型。这些模型在进行定位后可以精确直观的进行视野分析。

三、三维虚拟人体模型的构建方法

被肌肉和表皮覆盖的骨架构成了外观上的人体模型。在对人体进行三维虚拟建模的时候，需要综合考虑骨架模型和外表模型的关系。

1. 骨架模型

骨架模型可以描述人体躯干与各个主次肢体间的位置联络与运动联系，可以表达人体肢体段的数目、肢体的长度和联接关系，在三维软件中更可以进一步对各联接关节的自由度和活动范围进行设定。头、躯干、上肢和下肢是外型上人体的四大组成结构，每部分结构又可以再做进一步的细分，如上肢还包括上臂、下臂和手等。在实际设计过程中，三维虚拟人体的骨架应忠实于实际情况以保障不丢失重要分析数据，又应同时考虑适当简化不必要的部分以减少使用难度。以Creo 软件为例，其提供的人体模型骨架一共被简化为14 个关节，每个关节都使用了正确的约束，如腰关节为了模拟真实的腰部运动定义了球面副和移动副的组合约束关系，而转动副则被用于膝关节的约束。人体模型一共设置了33 个自由度，如图3 所示。

2. 外表模型

外表模型表述了皮肤、毛发和穿着等外在因素，精确的外表模型可以提高人体模型的真实性。随着计算机图形技术的发展，人体模型的曲面精度和质量以及渲染效果都在不断提升，越来越精致的人体模型开始被应用到产品设计中，如图4 所示为Creo 软件所提供的人体模型。

四、三维虚拟人体模型的人机应用

三维虚拟人体模型已被各大软件厂商付诸实践，形成了各具特色的计算机辅助人机分析模块，以美国PTC 公司产品Creo 所附带的Manikin 模块为例。

Manikin 允许设计人员将虚拟人体模型添到产品的装配场景中，同时定义该模块提供的精确人体特征和力学特征，例如体态、视野、运动类型、力和舒适度等。可以针对一定性别和人种的基本数据对模特进行自由定义与操纵，帮助设计人员更好地了解产品与人（包括用户、销售者、安装者和维修者等）之间的关系。

Manikin 共包含人体模型放置、运动、视效、人机分析和任务分析五大功能模块，均与三维虚拟人体模型有着直接的联系，如图5 所示。

（1）人体模型放置：该功能可以将虚拟人体模型插入装配环境中，并根据人体库的数据定义性别、种族、体型及其他关联可变因素。根据相关国家标准，Manikin 提供了人体模型库供设计师调取使用，从而简化了人机功率设计的步骤，提高了设计效率。如图6 所示。

（2）运动：允许设计者定制人体模型的附件和姿势，可以深入地调整模型身体骨节的位置和角度，并提供了包括2D 拖动、体节拖动和旋转等直观的操作方式，用于帮助生成真实的人体方案。同时也可以快速访问包含标准姿势（站立、蹲坐和下跪等）和手型（握拳、指向和并紧等）的全套姿态库，便捷设置体态姿势。而其中的包络工具可帮助确定模特的有效作业区域。

（3）视觉：通过生成视野窗口，模拟仿真用户能够“看到”对象的范围，这一范围的主要表现形式是视野圆锥，它可帮助设计人员了解该尺度的人能看到的外围、双眼视野以及最佳视野等。

（4）人机工程学分析：允许从性质和体量两个维度分析人的多样化姿态。校验分析的结果通过与舒适性数据库中的标准进行比较, 得出舒适度分析结论。这一功能可以帮助设计者快速发现有问题的区域，重新做出设计调整。

（5）任务分析：可以模拟、传递和优化常见的手工处理任务，例如举起、放低、推、拉和携带。

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［关键词］祥云火炬；形式美；工艺美；材料美

［中图分类号］J50 ［文献标识码］A ［文章编号］1005-6432（2011）36-0042-02

1 引 言

北京2008年奥运会火炬“祥云”,是全球化时代由中国企业主导的,跨文化背景、多专业协同设计的一个成功范例。这种成功的设计范例,对于如何从绵延千年的华夏文化中汲取创新灵感,从中国制造走向中国创造也具有重要的借鉴意义。本论文从形式美、工艺美、材料美三个方面对北京奥运会的祥云火炬进行了美学分析。

2 祥云火炬的美学分析

2.1 祥云火炬的形式美

形式美基本原理和法则是对自然美加以分析、组织、利用并形态化了的反映。从本质上讲就是变化与统一的协调。它是一切视觉艺术都应遵循的美学法则,贯穿于众多艺术形式之中。祥云火炬整体造型线条流畅,以银红两色为主色,上部以银色为主,下部以红色为主,形体优美修长而略显弯曲。其设计主要通过以下四个方面传达其基本理念：云纹、漆红、人本、科技。云纹是华夏文化的符号特征；漆红是千年的中国印象；人本是细致的人文关怀；科技是艺术与技术的完美结合。

祥云的文化概念在中国具有上千年的时间跨度,其所代表的“渊源共生,和谐共融”的意象是具有代表性的中国文化符号。它是轻盈飘逸、神秘,又能够穿透人心弦的线状形象,是一种不同于西方体量感的艺术元素,富含东方韵味。富有中国文化特色的漆红色的、预示着“祥云升腾”的云纹铭文被雕刻在火炬上半部分银色的铝合金表面上。这些云纹不仅作为千年华夏文明被抽象出来的符号,使整个火炬凝练了厚重的中国文化特色,而且给整个奥运火炬注入了几分轻盈和灵性。

火炬上下按比例均匀分割,祥云图案和立体浮雕式的工艺设计使整个火炬高雅华丽、内涵厚重。它采用了类似纸卷和画轴这一极其富有中国特色的别致造型,将中国古代四大发明之一的纸融入到奥运火炬设计中。灵动别致的纸卷造型的奥运火炬背后蕴涵着千年华夏文化的内涵和对奥林匹克精神的诠释,它既是中国的,也是世界的,巧妙地表达了借奥运火炬向世界传递中国文明的美好心愿,也完美地契合了追求和平、文明、进步的奥林匹克精神,突出了设计的人文主义关怀,传达了一种真实而感人的意愿。

2.2 火炬的工艺美

祥云火炬长72厘米,重985克,燃烧时间长达15分钟,在燃烧稳定性与外界环境适应性方面达到了新的技术高度,能在每小时65公里的强风和每小时50毫米雨量的情况下保持燃烧,真可谓是工艺先进、设计巧夺天工,是我国高科技的浓缩。其工艺美主要体现在两个方面,即加工过程中的精确度、安全性和符合人体工程学。

火炬分为上下两部分外壳、燃烧器和燃料罐几个部分。从正面看是云形,从截面看却是一个心形。这在工艺上是极其微妙复杂的,要求极高的精确度。火炬采用铝合金切削加工薄壁整体内外表面成型,在切削时不允许出差错,如果稍有偏差,缺口就无法弥补。其二是云纹加工程序。设计人员对于云纹加工程序提出了很高的要求,要求加工表面没有杂色和污点,图案腐蚀前的遮蔽工艺不能有问题,否则纹样就会走样、变形。加工好图案后要对图案进行酸碱处理,其后是模具蚀纹工艺。

在20世纪初,英国人泰罗设计了一套研究工人操作的方法。研究怎样操作才能省力,高效,并订出相应的操作制度,人称泰罗制,这是人体工程学的始祖。现代,人体工程学在设计过程中已成为设计师自觉考虑的一个重要因素。这种方法更具科学性,更重视与舒适感相关的各种心理和生理问题。设计可以从人们日常的知觉感受、认知感受、情绪感受出发,分析各种审美需要。

祥云火炬设计中很多地方考虑到了火炬传递者不同的情感需求。通过火炬上的图案、色彩、材料的不同搭配,使得他们产生心理共鸣。因为要满足和适合人体的要求,在祥云火炬设计中充分考虑到了人的因素,首先是尺寸合适、高低合适、方便使用,设计和制作更考虑到安全、效率。例如这个奥运火炬重约985克,而这个重量对火炬手来说是比较适合的,这是因为设计师对它的重量有过深入的分析,不能太轻,拿在手里没有分量,但也不能太重,否则火炬传递者容易感到疲劳。火炬内壁设有隔热层而外面金属表面则喷涂了高触感橡胶漆。经过人机工程学考虑的握柄,使举握舒适的火炬在每一设计细节中诉求着东方文化的特征――细致的人文关怀。再如祥云火炬由于燃料罐里面的燃料是液体,变成气体需要吸收大量的热,使自身温度降低,很容易结冰,甚至冻伤火炬手的手。所以设计了导热棒,把火炬上端火焰产生的热量传导下来,防止燃料罐过冷,这是由于火炬在燃烧时使上热下冷而温差悬殊。

2.3 祥云火炬的材料美

近年来随着地球环境的逐步恶化,人们面临越来越严重的环境危机,绿色设计理念逐渐深入人心。绿色设计是20世纪80年代末出现的一股国际设计潮流。在20世纪60年代末由著名的工业设计师及教育家维可多•佩帕尼克提出。其观点是我们周围的事物都是由设计师创造的,设计师在满足客户和用户要求时不能够仅仅停留于美化作用,更应肩挑起培养和引导人们社会伦理价值及道德的重担。每一个有良知的设计工作者都应该在自己的设计中融入绿色设计的理念,用自己的作品向全人类宣传绿色环保的设计理念,引导大众理性消费,让环保的理念深入人心。而祥云火炬的设计在这一方面无疑是一个成功的典范。

祥云火炬外采用铝合金,通体采用高品质铝合金自由曲面延展成型,这种材质延展性强、重量轻而且光泽度好,经济而又不失现代感。火炬外部表面喷涂了橡胶漆,这种材料多用于日常生活用品,用于火炬尚属首次。火炬的燃料为丙烷,这是一种价格低廉的常用燃料,其主要成分是碳和氢,燃烧后只有二氧化碳和水。以上两种材料都是绿色环保的材料,不会造成污染。它们充分体现了维可多•佩帕尼克提出的绿色设计的理念,表明了我国政府对待奥运会认真办事、节俭筹备的指导思想,体现了绿色奥运、科技奥运的主题。

3 结 论

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引言：西部的四川是一个家具厂集中家具企业汇集的地方。比如成都有专门的家具产业园区，在新都，在绵阳等环成都周围也有不少的家具企业聚集。家具产业的产值非常的大，长期以来，本地区家具设计产业较为落后，大量家具厂的产品多以加工为主，设计环节常在国外或沿海地区，甚至抄袭。随着地方政府的重视和政策引导，设计企业逐渐进入西部，家具厂商也越来也意识到了设计的重要性，而本地高校中家具设计专业普遍起步较晚，大量的家具设计师需求促使本地高校需要为地方经济建设培养大量的家具设计人才。

家具设计培养目标

本课程的教学培养目标主要分为知识目标和能力目标，和家具设计师的职业道德修养的培养。1.让学生熟悉家具设计的技术和相关的理论知识；2.熟悉家具的基本类型，掌握家具设计的程序和方法，然后根据此设计方法来进行家具设计，并且能够完整清楚的表达出设计方案。通常从家具设计的理念和风格，结构与功能，形状与色彩，装饰与成本及市场等多个方面来进行教学分析。主要分为三大块来讲解，即：板式家具和实木家具及软体家具。3. 学生需要掌握：手绘草图，效果图，电脑CAD工程制图，3DMAX等计算机软件辅助设计来表达设计方案，同时也需要掌握家具设计的常见结构设计方法。4.思想目标：培养学生作为家具设计师的职业道德，勤于观察，思考，实践，求知探索的创新精神。及团队协作和与人交流的能力。此外还需要学生了解知识产权等专利法规，以学生为中心全面培养学生的理论和实践能力。

课程设计环节

家具设计主要分三个大的阶段：阶段一为家具设计基础阶段，阶段二为专业提升阶段，阶段三为毕业设计阶段即综合应用阶段，每一个阶段分别设立学分，初选阶段二个学分，深入阶段六个学分，毕业设计阶段八个学分。常遇到的教学环节如下：

市场调查：我们主要调查了3个大的市场和几个小的家具市场，分为高，中，低市场类别，如：成都宜家家具市场，（为中端市场）绵阳拱桥家具市场（为高端市场）绵阳花园家具广场（为低端市场）。

成都家具设计展参观：成都家具展即成都国际家具工业展览会（INTERNATIONAL FURNITURE FAIR CHENGDU，）该展会是成都市政府大力培育的本土重点展会，每年的参展家具厂家超过一千家，展会为本地家具设计专业的学生创造了良好的现场学习环境。

联合教学：合作教学单位为绵阳格美家私公司：格美家私是一家集设计，研发，生产为一体的专业家具制造企业，拥有成熟的家具设计师和技术经验丰富的木工，油漆工，手工雕刻师，及相关的先进机器设备，地点离学校也近，便于学生学习。

设计实训：分为三个阶段，一学校工作室实训阶段，二西南石油大学工程实训中心实训阶段，三家具公司实训阶段。工作室阶段：遵循设计流程，在设计教室，把学生按小组搭配，每个学生分别提交构思方案，通过头脑风暴后确定最佳的方案，然后进行材料的筛选，最后确定材料和加工制作方法，最后动手制作。通过设计调查，提出方案，绘制草图，设计效果图，工程图，材料工艺图等设计过程，培养同学们的综合设计能力和团队合作能力，在实际的企业设计中，一个产品往往是多人合作共同完成的，这样可以调动每一个人的积极性，会提品开发的综合能力。

设计实践和毕业设计环节：毕业设计在学生的大学学习阶段是一个重要的环节，是学生在大学的最后一次综合演练，也是学生走向社会实际工作岗位的一次预演。学生需要运用大学所学的基础知识，专业知识，动手能力等调动各方面因素，积极，主动的来完成。通常分为导师组，每个导师组都是不同的方向，学生可以和就业单位的实际项目结合起来做毕业设计，也可以和导师的科研课题挂钩来选做毕业设计。通过选题，实际设计，毕业答辩，作品展示等设计环节来完成毕业设计。

教学及训练体系

教学训练体系是人才培养非常重要的一个环节，平常我们主要通过以下方式来培养和锻炼学生的相关能力。

1.参加设计比赛

在设计专业领域，每一年都有不少的设计比赛，参加设计比赛可以调动学生的积极性和求学的兴趣，让学生有成就感。是一种不错的锻炼学生设计能力的途径。每一次设计比赛，学生都全力以赴，从市场调研，思维导图，电脑效果图等根据参赛的要求来制作，有时是单个同学参赛，有时是以团队的形式参赛。当然，这种比赛不仅仅限定于家具设计方面，比如产品类设计比赛也可以参加，甚至一些广告类比赛，也可以锻炼同学的思维和做事能力等，这些比赛呢可以从小渐大，通常同学一开始参加的时候都没有自信，在一次次的比赛中同学能取得成绩，这样同学就获得了信心进而更乐意参加更高级别的比赛了。我们可以从校级比赛开始，然后到市一级的比赛，然后到省级比赛，最后全国比赛，甚至国际比赛等。比如在四川省政府组织的每一年的“太阳神鸟天府宝岛杯产品设计大赛”四川大学生旅游纪念品设计大赛，这些都是很好锻炼学生的比赛平台，同时也让学生和老师了解省内其他高校相关专业的教学和人才培养情况。

2.导师制与选课制

导师制在研究生阶段比较常见，同学在进入研究生阶段时候通常就开始选择导师。通常，在本科的毕业设计阶段呢也是出现导师制。学生大一进校后就开始筛选导师，实行双向选择，导师对学生的学业进展和方向进行引导，如学生在开学前通过电脑系统选课，选定导师，或者本学期选定下学期的课程，导师的教育背景通常不同，即“学缘”广泛，每个导师都有各自的特点，对课程的实际执行也各自有侧重点，而同一个课程，比如家具设计，分为导师组，即把家具设计的学生按导师来分区，分成各自的导师组教学区，在中途进行大比拼，所有家具设计的学生和导师进行交流，在课程结束，由各位导师集体评分，这样从而形成良性的竞争机制。

3.校企合作

学校企业是学校工作室的升级版。校工作室分为金属加工工作室，木材加工工作室，塑料模型成型室，特种工艺综合材料工作室。这是学校的基本工作室，此外，受绵阳市经开区的政策引导，学校有个孵化园，里面有各位专业老师开的公司，该些公司都是以专业背景而开的专业公司，即学校企业，规模不大但“五脏”齐全，常介于学校和社会之间，是一种很好的项目模式教学基地，同学进入工作室的课程可以算一定的学分，比如：为家具公司设计的方案，同学即可以按家具厂及设计公司的要求来进行全方位锻炼，以设计师的身份来提交设计方案。此外就是和学校联合教学的校外企业，他们有大量的实际项目可用来锻炼学生。

4. 科研课题项目教学

科研项目教学又是本校的一大特色，教师的组成通常是助教搭配副教授，讲师可以独立带学生，每个老师，每个导师组，都有自己的科研项目，如：学校项目，市级项目，省厅项目等。比如：国家社科基金汉羌山地村寨课题，在家具设计课程中就被导入教学，同学分组从不同的角度结合本课题来进行家具设计：由于北川离绵阳市区不远，又是唯一的一个羌族自治县城，同学们可以非常方便的到北川进行田野考察，当然，一般进入下级的村寨，通常是老师带队，如：雷鼓镇考察，萝卜寨考察等。羌族的转山会，羌历年等都是考察的重点，还有羌绣，羌族服装等，从各方面让同学感受和理解羌族，从而设计出羌族特色的家具产品。

教学主要内容

1.家具概论

家具设计构成基础，结构设计，装饰设计，设计预算，家具市场调研与分析，家具设计实践。如：家具概论：从中外家具发展史的角度出发，分别讲解：古典风格家具，传统英国家具，法国路易十四式家具，古典意大利家具，美国家具，西班牙和地中海风格的家具，中国明式家具，现代风格家具，如米兰家具展等各大展会的新潮家具，北欧风格的家具和后现代家具等。

2.家具设计美学基础

造型与色彩美学，掌握家具造型构图法则和设计基础里的三大构成：平面构成、立体构成、色彩构成的相关知识及三大构成在家具设计（造型与色彩）中的应用。比如：掌握基本的设计美学原则，如：统一与对比，对称与平衡，黄金分割原理等及色彩的和谐统一等。

3.结构设计与加工

家具的结构设计在整个家具设计中一直都是重点，艺术院校的学生往往忽视结构设计的锻炼。课程需要学生掌握家具的各种常见的接合方式和基本的结构，同时学会对结构的分析，以便培养出根据家具设计的实际需要创造新的结构设计的能力。如：掌握板式家具结构的拆卸与安装，及相关结构设计方案表达等。

常见的家具接合方式有：榫接合，胶接合，钉接合（钢钉和木钉），各种连接件接合。我们会要求学生分析实木家具、板式家具、软体家具的结构，从实际的样品中让学生拆卸和安装，画出这些样品家具的结构装配图和零件爆炸图等。如：实木家具结构分析，板式家具结构和软体家具结构。常见结构有：框架结构，板式结构，脚架支撑结构，弯曲结构，特别要说明下板式家具的32mm系统。同时，课堂上以经典的明式家具结构为例来分析。

4.家具设计的人体工程学

所有的家具都是给人使用的，人的一生有大部分的时间是和家具在一起的，故此研究家具设计中的人体工程学非常的必要。家具的功能尺寸设计就是以人体工程学为依托的。在此学习中，让学生了解人体工程学概念及人体测量数据在家具设计中的应用，此外学会计算与确定各种家具功能尺寸，了解家具尺寸的国家标准及使用。比如常见的椅子，桌，柜，床等家具的功能尺寸设计。同时需学会在家具设计中计算与确定各种家具的功能尺寸。此训练的时候以教室的座椅及班上的同学为使用群体来进行实际测量，以课桌椅的功能尺寸来计算并以此为标准来进行相关的设计。

5.家具装饰设计

让学生了解家具装饰的概念，相关的装饰理论知识，和了解家具装饰的常见类型，学会运用装饰要素来进行家具设计。比如：常见的装饰要素有：线的造型与线边装饰，顶部与两侧的装饰，床头装饰等。让学生对通过调查所收集的家具，进行家具装饰要素专项设计练习，描述所观察到的家具装饰的类型，特点和感受等。

加强教师队伍建设及教学管理建设

合理的过硬的一支高水平教师队伍，直接决定了家具设计教学的高度与水平。目前，大部分教师都是从高校毕业后直接进入高校任教，缺少企业一线的实践设计经验，在本家具设计课程中，应该推行“双师”型教师队伍建设。一方面有计划的把老师派往家具设计企业挂职锻炼，比如在寒暑假，或者在平时，让教师直接进入校企合作的企业里面，对企业的实际项目进行跟单，提高教师的实践教学能力。另一方面，实行请进来的思路，把企业一线的高级技工，一线的家具设计师定期请进课堂，进入学校的家具工作室，直接对学生进行指导，让学生对家具设计实际过程中遇到的问题能得到最直接，最有经验的解答。同时，由于本课程实行的导师制，各位导师和导师组可以利用各自老师的专业特长，对学生在手绘，电脑效果图，家具实物制作等多个方面进行进一步的跟踪指导。

设计实践

根据导师制的科研课题或者与学校合作的企业里的实际项目，由企业提供相关的技术和工艺保障，按企业的要求设计开发一套完整的家具，严格按照家具设计流程和步骤循序渐进的进行，如：市场调查，思维导图，方案草图，方案效果图，结构设计图，零件装配图，材料工艺图，CAD工程图等，图纸配以设计说明，产品说明，制作过程，家具实物模型展示，设计展示海报，宣传海报等内容装订成册。尤其是毕业设计，由于毕业设计跨度时间长，学生有积极性，充足的时间和耐心，是训练演示家具设计综合设计能力的一个重要方式。

结语

家具设计专业实践教学改革的成效明显。通过对2012.2013.2014三届学生的教学实践效果发现，学生的设计能力，创新能力，动手实践能力都有了明显的提高，学生在各类设计比赛中都取得了不错的成绩，也参与了不少家具实际项目得到家具企业的好评，特别是最近两届的家具类学生毕业设计水平，无论其设计，还是制作和展出效果都有了明显的上升。在这个过程中，也培养了教师的进步，同时初步建立起了适合本校教学和家具人才培养的体系。

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关键词：人机工程学；数控机床；设计

1.数控机床的基本概念

数控机床是一种用数字和符号构成的数值信息控制的自动化机床数控机床具有以下主要特点：①提高加工零件的精度，稳定产品的质量。②能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。③生产率高。④对产品改型设计的适应性强。⑤有利于制造技术向综合自动化方向发展。⑥减轻工人劳动强度、改善劳动条件。⑦数控机床具有屏幕显示功能。2.数控机床的造型与人机工程的关系

2.1人机问题

高科技是我们认识世界和改造世界的一种手段，高科技产品的设计，人机分析是其中必不可少的也是最重要的环节，其目的是把一切可能给使用者造成危险或者不便的因素消灭在设计过程中，使系统安全高效地运作。人机问题要放入整个系统中加以权衡、考虑，不可片面地强调一方面忽视其他方面。

2.2 人机关系

数控机床作为一种高科技产品，一种人类进行生产加工的重要工具，人机因素在整个系统中占有重要地位。设计数控机床时，在不断完善功能的过程中，设计师越来越多的目光集中到了人机问题中，设计过程着重研究“机”与“人”之间的关系。人机关系在数控机床设计中的作用如图2-1所示。

图2-1 人机关系在数控加工中的作用

2.3 人机造型

数控机床的使用环境发生了变化。在现代化生产中，生产环境整齐干净、有条理，人对机床的直接操作非常少，主要是控制面板上的操作，因此机床的造型应该与环境和谐。造型清新优美和人性化，给人以心理上的鼓励。下图2-2为德玛吉的数控机床，给人以高雅、清新的感觉。

图2-2 德玛吉公司的数控机床

数控机床的工作台、操作面板等是供人观察、操作用的，它们的尺寸、位置、高度等均应符合“平均人”的尺寸。操作面板是人机交互的主要界面，人在上面进行细致的信息化控制操作，它的位置、倾斜角度及它上面的显示、控制装置的大小、位置等，都应使人在观察和操作时处于舒适、准确和高效的工作状态。操作面板的位置形状可多种多样，它与床身的相对位置有贴合式、悬挂式、下伸式、分离式。操作面板的定位应根据机床的造型和操作要求来决定。

2.4 人机安全

数控机床的安全感对于使用有重要意义。安全感体现在使用者的心里和生理两个方面。通过造型语言，例如浑然饱满的整体造型、精细的制作工艺、沉稳的着色处理给人以心里上的安全感；通过人机工程设计，例如合理的尺寸、设计能够避免无意间触动的按钮开关等，给人以生理上的安全感。

3.数控机床造型和人机工程的应用

3.1外观造型设计思路及特点

（1）数控机床设计的方法采用模块设计，首先将整体划分为机身和控制面板，机身又分为机座、机架、机窗等。采用弧线形流线设计是流行的趋势。采用弧线型机窗，美观大方。

（2）机座色彩选择稳重的黑色，机身部分采用纯净的白色。

（3）现代机床的流行趋势之一是透明化，直观化，机窗设计采用宽敞的玻璃视窗，给操作者操作时提供大面积的可观察范围，便于监控生产过程，同时清楚地显示了这是工作处理区。

（4）数控机床的绘制产品的设计完成要通过三维设计软件实现，主要应用SOLIDWORKS软件设计，此款软件功能强大，具有直观、精细等优点。

3.2 机床门的造型设计

机床门在设计时，要考虑到与机床操作人员接触过多的问题，尺寸、结构是否能有利于操作者是在设计时考虑的重要因素，门的宽度和高度也会对外观造成影响，门若太窄，工件放不进去，门若太宽，增加了制造成本。此外门的高度也应引起设计者的重视。大型的加工中心，由于体积大，重量大，门的高度一定要比普通机床高，以方便工件进出。所以，掌握好门的尺寸与比例，要重复需要符合人机工程学原理。

3.3 观察窗的造型设计

观察窗是操作者在工作时，对内部工作过程的监测与反馈。观察窗的高度应按照五十百分位的人体的视高尺寸来设计，以适应不同身高的人群。人的视线一般是水平的，最佳的视野范围是视线上下10度。观察窗的高度和大小要把人的最佳视野区域包括在内，以保证操作者观察的方便。

3.4 把手的人机造型设计

把手的长度在设计中需要重视，现有的数控机床把手造型多采用长把手设计，一方面是为了造型的需要，另一方面也可以适合不同身高的人群抓握。但也有不少机床采用短把手，短把手的设计就要考虑把手长度对人体抓握的影响。国家标准的操纵器一般人类工程学要求手掌把手的长度尺寸应大于75mm。因此，短把手的设计需要考虑把手长度，要与人手尺寸相符合，使得操作者抓握舒适。把手的设计除了要考虑造型尺寸，还要考虑机床上的安装位置。

4.小结

数控机床外观造型进行人机工程学分析中，从整体与局部的观点出发，对数控机床的造型风格和形态进行深入的研究。针对数控机床人机界面和产品外型在使用过程中阐述了生理、心理等方面的影响。在设计过程中，主要考虑舒适、便捷、安全和高效性，希望可以促进人机交互的应用与发展。

参考文献：

[1]丁晓东.从人机工程角度谈机械产品的造型设计[J].机械研究和应用，2000，13（3），52―54

[2]石金涛，顾琴轩.安全人机工程[M].上海：上海交通大学出版社，1998

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关键词：车身设计；多媒体教育；教学；效果

Study on automobile specialty body design multimedia education in colleges and universities

Song Yu

Anhui agricultural university， Hefei， 230036， China

Abstract： This paper expounded the importance of multimedia education software development and application by means of analyzing the vehicle body design course teaching characteristics in colleges and universities， and putted forward the reform objectives and research approach. On this basis， designed the vehicle body design multimedia courseware. The teaching practice showed that the vehicle body design multimedia courseware meets the current body design teaching development characteristics， the courseware is an effective classroom teaching tool， the classroom teaching efficiency is obviously improved， the teachers and students reflect good.

Key words： vehicle body design； multimedia education； teaching； effect

高等学校教学质量对其生存与发展起着决定性作用，而现代信息技术为推动高等教育的现代化进程提供了有效手段，也促进了多媒体教学方式在高校课堂教学中的广泛运用和发展[1]。多媒体教学方式可综合运用多项信息，极大地改进了黑板加粉笔传统教学方式的不足[2]，改善教学效果，提高学习兴趣，营造轻松学习氛围，具有传统教学模式难以替代的积极作用。

在高校汽车专业开设的众多课程中，车身设计课程以其与众不同的行业背景和教学特点越来越受到高校师生的重视。目前，国内汽车车身设计整体实力较弱，与发达国家差距明显，而车身在汽车行业中经济效益最高，可挖掘潜力很大，行业现实和势在必行的发展趋势突出了高校车身设计课程的重要性；另一方面，车身技术涉及面广，与国家历史文化特色紧密交织，与发动机、底盘技术相比独具特点，甚至大相径庭，教学难度更高，也对高校车身设计课程的教学质量提出了更高要求；同时，车身技术对带动和促进我国汽车工业，乃至整个工业水平发展和提高的龙头作用，也决定了其在专业课程体系中处于十分重要的地位。

1 车身设计多媒体教育软件的要求

车身技术在汽车领域中是相对年轻而又发展迅速的分支，作为一门发展中的科学，在车身设计课程的教学过程中，更应特别注意传统基本理论与现代车身技术相结合，课堂学习与自学相结合的原则，针对车身技术的特点，提倡加强课外阅读，了解现代车身技术的发展趋势与特点，这就对车身设计课堂教学的启发性提出了更高的要求。

同时，在车身设计课程的教学领域，国内外有关车身的教材及系统性的学习参考资料普遍较少。目前，车身技术主要是通过企业内部培训的方式进行传承与学习，且车身技术涉及面广，部分内容非常抽象，传统教学方式对车身设计过程难以表达清楚，学生感性认识较为缺乏，也导致单纯依靠教材和挂图很难讲解清楚，而高校因为自身条件的限制，虽然明知实习教学环节重要，但往往由于多种原因不能或不便安排，因而车身设计课堂教学难度很大，这就对车身设计课堂教学的生动性提出了更高要求。

另一方面，车身技术的迅速发展与教材的相对滞后矛盾突出，这就要求车身设计的课堂教学不能唯教材是从，需要对已有教材的部分内容进行适当取舍和扩充，课堂教学内容应力求紧跟车身技术的发展前沿。

众所周知，多媒体教学的优势在于图、文、声、像、动画、视频的有机结合，可以着力表现传统教学手段不易表达的内容，展示现场观察不清楚的细节，将抽象的概念转化为生动活泼的画面，使课堂教学直观易懂，易于接受和理解，加快课堂教学进度，增加教学内容，教学效率也得到提高。因而，在车身设计课程中采用多媒体教育软件可以有效地适应上述要求，弥补目前条件下车身设计教学条件的不足。

多年以来，我们一直致力于提高车身设计课堂教学质量和学习效果，努力将抽象难懂的理论通过生动活泼的形式表达出来，激发学生的求知欲望和学习兴趣，使学生易于理解和接受，先后采用了多种辅助教学手段，从最初的课堂板书绘图、挂图，到使用光学投影仪放映自制的幻灯片，经过长期努力，目前已经使用多媒体课件进行教学，多媒体课件的内容尤其针对上述要求进行制作，取得了良好的教学效果。

2 车身设计多媒体教育软件制作

2.1 制作要求和课程改革目标

由于车身设计课程涉及机械工程学、人体工程学、空气动力学、造型艺术及美学、用户心理学等多种学科领域，而目前高校汽车专业学生的学科基础知识基本都是工科专业范畴，学生单一学科基础知识同车身设计多学科融合教学特点的矛盾十分突出，同时，与其相关的课程设计、课程实习、课外讲座等配套教学手段由于各种原因严重不足，进一步导致车身设计课程在传统教学手段下无法满足目前车身设计行业发展对教学质量提出的更高要求。特别是在人体工程学、空气动力学、造型艺术及美学等学科领域，需要进一步拓展教学手段，扩充教学内容，改进教学方法，尽可能地挖掘多媒体教学手段的潜力以弥补教学条件的不足。因而，车身设计多媒体教育软件研究应同课程的教学特点相适应，按上述要求，不断深入课程教学改革，发挥现代信息技术特长，努力弥补汽车专业单一知识背景下车身设计课程教学的不足，改善教学效果，提高教学质量，特别是在相关的课程设计、课程实习、课外讲座不能开展的情况下，能够在多媒体软件上有所体现。

2.2 制作工具选择

多媒体课件作为辅助教学工具，应具备丰富的表现力，良好的交互性和极大的共享性。在众多的多媒体课件制作工具中，微软Office系列组件之一的PPT编辑多媒体的功能比较强大，内置了丰富的动画、过渡效果和多种声音效果，可以充分体现教师的授课意图，展现教师的教学设计思路，易于表现教师的授课风格，其强大的超级链接功能，可以直接调用多种格式的外部文件，且支持IE浏览器，优点显而易见，能够满足车身设计多媒体教育软件的制作要求。同时，由于Office软件具有一定的普遍性，所以使用PPT制作的课件在使用时一般也不需要进行打包等处理，具有良好的通用性。从制作角度考虑也易于掌握与使用，便于制作者集中精力精选课件内容，挖掘课件内涵。因此，采用PPT软件进行车身设计多媒体课件制作是可行的。

2.3 制作内容及步骤

车身设计课程涉及的主要教学内容包括：车身概论、车身设计方法、车身总布置设计、人体工程学在车身设计中的应用、车身造型设计、汽车的空气动力性能、车身表面及空间曲梁绘制、车体结构分析与设计、车身部件结构设计等。

根据上述内容的不同特点，对车身概论、车身设计方法、车身总布置设计等章节内容。由于相对枯燥，且学生对车身总布置、车身油泥模型制作、样车试制与实验、车身主模型制造过程没有任何的感性认识，在讲授这些知识时，如果单纯依靠教师在课堂上讲解教材很难达到良好的教学效果，在深入生产企业参观实习的条件不具备时，应加强视频和图片的搜集整理，特别是汽车生产企业的介绍视频，来自生产一线的工程师讲座视频，应增加数量，注重素材的整合美化，力求生动，使课程内容易于理解，以达到更好的教学效果。

人体工程学在车身设计中的应用、汽车空气动力性能等章节涉及人体工程学与空气动力学两个新的学科领域，与一般高校汽车专业学生熟知的机械工程学科基础知识差异较大，因而汽车专业学生此类基础知识较为薄弱，课件制作时的重点工作应以相关知识体系的补充完善为主。

而车身造型设计涉及科学和艺术两大方面，需要有多方面的基础知识，包括车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人体工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识，还需要有高雅的艺术品位和丰富的艺术知识，如造型的视觉规律原理、绘画、雕塑、图案学、色彩学，汽车作为一种商品，还要考虑成本和顾客的心理需求，等等。由于所涉及知识面很广，与一般高校汽车专业的大多数课程内容缺乏联系，汽车专业学生这一类的基础知识普遍较为缺乏，因而课件制作时的重点工作是搜集整理相关的艺术素材，加强学生的艺术修养。

车身表面及空间曲梁绘制、车体结构分析与设计、车身部件结构设计等章节内容，工作重点是使教学内容进一步拓展和完善，特别是同计算机的应用结合起来，启发学生用计算机进行汽车造型、空气动力学分析，以及用计算机对车身进行有限元分析，使其实际动手能力和解决问题的能力得到锻炼。

在确定了车身设计课程主要教学内容的基础上，将课件的制作工作细分为4个模块，可分别进行，即总体方案设计，教学内容提炼，素材的收集与再加工，课件表达形式设计[3]。

其中总体方案设计主要是流程设计、界面设计，封面制作、目录制作和正文制作，车身设计教学内容的选择，要围绕教学目标进行，并采用适当的教学模式和教学策略，安排好目录主题的显示方式，建立信息间的层次结构和浏览顺序，确定信息间的交叉链接关系，着重体现教学内容在车身设计一般流程中的位置和作用。

教学内容提炼时，不仅要将教材的教学内容以提纲的形式提取出来，还需要注重突出重点和难点，基础知识要条理清晰，重点和难点要进一步细化且要有足够的篇幅，以期在教学上做到基本概念认真教，重点内容重点教，难点内容轻松教，着重克服和改善车辆工程专业教师授课时相关学科领域知识结构的不足。

素材的收集与再加工，要利用网络、光盘等渠道获取素材，根据教学要求和教学内容对素材进行取舍和整理，使用相应的制作处理工具对素材进行分析和处理，素材既要注重表现必要的基本内容，又要根据汽车专业学生的特点加强部分薄弱内容，课件在满足教学基本要求的基础上，考虑课程内容的特点，加强素材的启发性，提高学生的感性认识，注重弥补车身设计相关专业，特别是人体工程学、空气动力学、技术美学等学科的基础知识。

课件表达形式在设计上要力求生动活泼，注重提升学生的学习兴趣。可以采用多种表达形式，如在文字上添加动作，设置图片出现的先后次序，展示图片出现的动画效果，并可随时调用相应的Flas以达到最佳的表现效果，对于讲座视频素材最好能进行剪辑处理，分段加标题，以突出主题。课件表达形式设计最终目的是实现生动活泼的教学，因而片面追求课件的外观，过多使用偏离主题的视频、音频材料，对课件界面作过分的渲染，都会喧宾夺主，分散学生的注意力[4]。

最后一步是对课件的细致测试，特别是教学现场的应用测试，考虑到不同多媒体教室的软硬件教学环境不同，应将课件拿到各多媒体教室进行细致完整的测试，在测试中发现制作中存在的问题，修改使之最终趋于完善。

车身设计多媒体课件按上述步骤进行制作，依据课程改革目标改进提高，经过努力，可以通过车身设计多媒体课件的应用，提高课程教学质量，使车身设计课堂教学直观易懂，易于接受和理解，弥补目前车身设计相关课程设计、教学实习、课外讲座的不足，激发学生学习车身设计的兴趣，更好地适应车身设计多学科融合的特点，使教学效果得到进一步的提高。

3 车身设计多媒体教育软件使用效果

车身设计多媒体教育软件研究项目的预期成果是制作完成车身设计多媒体课件，在教学中投入使用以改善教学效果，主要用于我校汽车专业教学，还可应用于机械制造、自动化和农业机械化及其自动化等专业选修课的教学，受益面不仅包含我校一本、二本的本科教学，还可涵盖三本相关专业及课程的教学，覆盖面较广。

本课件在车身设计教学中的使用获得了良好效果，主要体现在以下几方面：

（1）同传统教学方式相比，可以充分利用学生的听觉和视觉来提高教学效率，增加了教学信息量。

（2）内容丰富，表现力强，对教材上很多重点和难点内容的表达更加形象、清晰、准确，并能够预先根据学生特点进行细致的设计，结合教师的讲解，有利于学生更好地理解和掌握教学内容。

（3）直观易懂、图文并茂的表现方式使课堂教学更加轻松，学生的注意力更加集中，教学效果得到改善，教学质量得到提高。

（4）教材内容的补充着重体现了现代汽车车身技术的发展趋势和特点，开阔了学生的视野，弥补了相关领域专业知识的不足。

4 车身设计多媒体教育软件特色与创新

车身设计多媒体教育软件研究项目的特色与创新之处主要体现在如下方面：

（1）以多元化的技术方法与手段较好地解决了车身设计涉及知识面广，需要多个学科领域基础知识的特点，拓宽了学生知识面，多学科融合的教学特点体现充分。

（2）以图、文、声的有机结合，使教学活动图文并茂、生动有趣，较好地解决了车身设计部分内容非常抽象，传统教学方式难以表达清楚的问题，更能增强学生的感性认识，激发学生强烈的学习欲望。

（3）不拘泥于课件制作的一般形式，注重内容，结合实际，以视频、音频素材一定程度上弥补了高校因自身条件限制，不能或不便安排车身设计实践教学环节的问题。

（4）针对汽车车身行业发展较快，课程涉及知识面广，部分章节篇幅不足，内容与普通工学专业的大多数课程差异较大等特点，扩充并修改完善了教材的原有内容。

（5）课件操作简便，层次清晰，重点突出，课程内容的表现力丰富。

5 结束语

汽车车身技术是汽车技术中年轻而又发展迅速的一个分支，具有多学科融合的教学特点，部分内容非常抽象，教学实习、课程设计等实践教学环节十分必要，而一些高校因自身条件限制不能或不便安排，在进行多媒体教育软件研制时，着重考虑了上述因素。在车身设计教学实践中，通过多媒体课件的使用提高教学效率、丰富教学内容、激发学生的学习兴趣，课件与教师讲解的有机结合，使学生对车身设计相关学科的基础知识有更好的了解，通过多媒体课件图、文、声的有机结合弥补了感性认识的不足，有效避免了车身设计传统教学方式的枯燥和呆板，有利于使学生更加有效地掌握课程内容。

参考文献

[1] 范素琴，赵丽芳，赵树国.如何提高高校多媒体教育效果[J].邯郸职业技术学院学报，2010，23（2）：61-64.

[2] 金燕，魏雪，郑一筠.对高校运用多媒体课件教学与教学效果的相关因素探究[J].中国现代教育装备，2010，3：12-15.

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1.1人机工程学的分析

根据国家标准GB10000-88《中国成年人人体尺寸》数据，我们可以分析低身位电动摩托车的人机尺寸：

（1）根据人体手臂的均值就可以设计出适合驾驶员驾乘过程中，身体与车把手之间的适合手臂运动的距离。

（2）人力推电动摩托车前进时，一般都是从手功能高到肘高的尺度范围内进行活动的，我们在设计车把手的时候，要根据手功能高这个均值，设计出适合人在推电动车时，车把手距离地面之间的垂直距离高度。

（3）设计车座椅时要根据坐姿肩高的数据设计出靠背的高度。

（4）设计车座椅时要根据人的大腿和小腿长度来设计出座椅距地面的高度和长度。

（5）根据人的肩宽比例图，能设计出适合车两个把手之间的最佳距离。

1.2确定低身位电动摩托车人机尺寸

（1）研究中国六个区域人体尺寸的均值和标准差中国地域辽阔，不同地区间人体尺寸差异较大，故按人体测量尺寸资料将全国分为六个区域，各区域的名称人体尺寸的均值和标准差如下：（如图-1所示）各个城市身高体重的平均数据都不同，根据这些数据，我们既要设计出符合大众又可以符合偏离均值比较多的某城市。针对这一现象有一个设计思路，电动摩托车可以像人的衣服一样，分款式和大小两个型号，大号适合百分位比较高的群体，小号则适合百分位比较低的群体，这样的设计更加符合人机工程学当中“以人为本”的设计标准。

（2）人体参数计算方法根据人体参数计算方法，人体体积和表面积虽然因为人的体形和胖瘦的不同而不同，但作为社会人群来考虑，可以以体重、身高为基本依据，用经验公式进行计算，根据这些人的体积来设计出适合低身位电动车的空间大小。

（3）确定低身位座椅高度根据我国男性平均身高定，并经过测量得出男装摩托车座包到地面的高度为700mm，当人坐在车上时两腿微微分开其下阴到地面也就是座包到地面的高度700mm。由于我们所设计的属于低身位的车型，那么座椅及其人的身位都将要比其他普通电动摩托车的数据要低，所以座椅距离地面高度大概在400mm至500mm之间，这样才能既符合人机尺寸，又能突出低身位的设计理念。

（4）整个车身比例根据调查显示，电动摩托车的外形尺寸一般是：长是1840mm，宽是460mm,高是1100mm左右，我们要根据这个尺寸来设计低身位的电动摩托车的外形尺寸，这款电动摩托车的外形是大小两个型号来设计，根据我国成年人人体尺寸的数据把电动车设计成两个大小的型号,①长是1750mm，宽是400mm，高是900mm②长是1900mm，宽是500mm，高是1150mm

2低身位电动摩托车的功能需求和造型设计分析

在功能上，加入了以下设计：①座椅可拉伸调节结构，适合大多数人驾乘。座椅的调节机构有前后、高度、角度等调节，前后调节采用滑轨机构。②把手两端下方增设置物箱，方便搁置车钥匙或者贵重物品。由于此款电动摩托车是一种不同于传统摩托车的全新驾乘姿态，该车架乘身位较低，前部有较大的设计空间，可将置物箱放在前部把手下方的。③车尾增加一个体积较大的置物箱，较好地利用座椅后面的容量。④前后轮的距离与车身的比例完美，整体功能分区造型的形式和尺寸应该适应人的习惯和需要，从而增加整体造型的流线型和曲线美。⑤良好的减震特性，增强了低身位的舒适感和安全感。如图-3的电动摩托车在设计上符合人机工程学的概念，良好地利用了车尾面积，增加了大面积的后置置物柜；在前挡风的造型上，突破了以往的设计理念，增强了低身位电动摩托车减震特性，唯一的缺点就是在设计外形上应增强流线型特点，给人以更加舒适的曲线美感。

3低身位电动车摩托的设计方法

从产品设计的本质来说，追求人性化的设计理念，设计符合技术和审美要求的低身位流线型概念，应遵从以下设计方法：

（1）在造型上，将原先复杂的结构简洁化，尽量避免锐利僵硬的细节，采用流畅的线条，低身位的结构。

（2）在颜色上，应该具有城市气息的时尚感和与众不同的个性特点，适合年轻人热情奔放的活力，色彩基本趋于暖色调为主。

（3）使用人群：设计出的两款不同尺寸的低身位电动摩托车，一款适合娇小的女性或者身材矮小的群体，一款适合身材庞大的群体，使其更加贴合人性化设计和人机需求。

（4）风格定位：低身位的简约风格，设计中以低身位流线型为主要设计元素，内置空间设计和外形设计都要遵循“形式追随功能”的设计理念。

4低身位电动摩托车的造型设计准则

4.1安全准则

（1）安全措施：现如今安全成为人们在驾驶交通工具时最重视的问题，人们在驾乘汽车出事故时，因系安全带保住了驾驶者的生命高达70%，因此低身位电动车设计安装了安全带，在驾乘中人们应提高佩戴安全带的意识，加强在行进中的自我防范的安全措施。如图-4为C1-E2009年电动概念摩托车，此款电动摩托车在设计上加入了安全带措施，增强了驾驶者在驾乘中的安全保障。

（2）安全颜色：据统计，在雾天、雨天或每天清晨、傍晚时分，黄色汽车和浅绿色驾乘车时最容易被人发现，发现的距离比发现一般深色汽车要远3倍左右。浅淡且颜色鲜艳不仅使低身位电动摩托车的外形轮廓看上去增大了，使驾乘者有较好的可视性，而且使反向开来的驾驶员精神振奋，精力集中，有利于行车安全。因此，低身位电动摩托车在设计上采用明亮醒目的颜色。

（3）功能安全：很多人都认为四轮的车身是最稳定的，事实上这不是绝对的。初中的时候我们学到，三角形的结构是最稳定的，但三个轮子的车身也是存在安全问题，在转弯的时候摇摆动作更大，因此我们在要遵循三角最稳定原理的基础上，总结适合低身位电动摩托车车轮的位置。

4.2造型准则

（1）电动摩托车的上下造型面的轻重关系，反映出它的稳定性。稳定性有基本条件，重心越低，越靠近地面，其稳定性就越高。在造型设计上多用正方形和梯形，颜色上多采用渐变的色彩，给人以轻巧灵动的美感。

（2）由于此款车身位较低，尺寸较小巧，要将尾部与中部结合起来。车尾向后延伸，后排座位可叠起来以便放置较多或较长的物品。因为这种车型的尾部造型较呆板，所以在置物箱的设计上要新颖大胆。

（3）根据流线型的设计，车前端应尽量低矮，尾部需要加厚加高且斜度趋于平缓，腰线前低后高，形成所谓的“半斜背式”形状。

4.3结构准则

（1）低身位电动摩托车的车身前、中、后结构三段比例设计中，整体车身的高与宽的比例应为1:3左右。在处理局部结构时，往往利用对比去衬托主要的成分为主，从而达到造型主调所需要的效果。

（2）设计中三角形的设计结构最为稳定，在车架结构设计中，以三角结构拼接为主，利用多个三脚结构理念堆积出一个最稳定的车身结构。

（3）低车位电动摩托车的设计中驾乘者的整体身位降低，这要求我们在设计车外形结构时要掌控好适合低身位的各个角度，加强驾乘者驾驶的舒适度。据测定，膝部伸展角度在130°至150°之间脚的蹬力最大且最为舒适，实际设计中是我们要根据这个数据进行结构研究与改造。

4.4人机准则

（1）在设计中要以改善驾驶员的舒适性为核心，以人的安全、健康、舒适为目标，力求使整个电动摩托车的总体造型和结构达到最优。对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、体表面积等参数，根据特征残数的均值来设计出最适合驾驶员乘坐的低身位电动摩托车。

（2）对于低身位车座椅的设计，采用桶形设计，对人体进行全方位有效的支撑，可以调节来以适应不同人群。座椅采用近似弧面设计，当人坐下时对全身进行有效支撑，尤其是大腿及身体两侧，头枕设计确保颈椎自然，防止长时间驾驶带来颈部不适。电动摩托车的低身位设计可以减少静态疲劳，有利于身体健康和工作质量和劳动效率的提高。此款低身位电动摩托车在装饰效果上才用了多颜色的设计，在造型上以流线型为主，座椅重心较低并采用人机的弧面设计，设计新颖大胆。但其在颜色设计上多采用黑白灰等颜色，其颜色选择不够鲜艳醒目，不能增强驾驶者、反向开来的驾驶员和行人的视觉效果力和注意力；在座椅设计上未采用靠背式造型，未在设计上增加安全带的装置，大大提高了驾驶员在驾乘中的危险系数。

5结论

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一、研究背景

行走是人体运动功能的主要构成部分，因此作为研究下肢运动和受力情况的步态分析在康复和康复评定中占有了重要的位置。通过步态分析可以对人体运动系统和神经系统疾病的病因进行分析和诊断并对功能、疗效进行评定，还可以用于指导骨、关节假体与假肢的设计以及对截瘫患者的行走功能进行重建，同时对于体育学和航天学也有重要的价值。目前在康复医学领域。步态分析已经成为康复医学评定的一个很重要的组成部分，有力地辅助了临床运动功能评定，思维能力评定等主流康复医学评定方法。步态分析方法也在综合了临床分析、运动学分析、动力学分析、肌电图分析等方法之后有了更长足的发展。通过长期的临床经验，很多病理步态有了充分的实践依据。

二、正常步态运动协调实验研究

1.实验目的与对象

自然步态(或正常步态)是指健康人用自我感觉最自然、最舒适的姿态行进时的步态，是周期性的，具有协调和均衡的特点。研究正常人的步态特征。建立正常步态的协调控制模式，不仅能给康复医学领域的诊断疾病、确定康复治疗方案提供重要依据，而且对拟人机器人和智能假肢的运动规划和设计控制均有重要意义。

特别是在摆动期，通过实验分析可知，在摆动期初期有一个明显的膝屈动作，该动作对产生摆动过程最低点的脚尖与地面间隙尤为重要。Winter指出，正常摆动期的平均脚尖与地面间隙仅为1.29cm。而且该间隙对膝关节的角度变化非常敏感。如果没有足够的膝屈。摆动过程中脚尖就会触地，为了完成摆动期，必须有额外的提髋或大腿外摆动作，增加了步态周期的能量消耗，也使步态显得笨拙难看。可以看出。在摆动期要求整个下肢三关节、多肌肉之间的协同动作，本节将以此为对象对其协调控制机理加以研究。

关于在摆动期中肌肉的参与情况和肌肉力对摆动的作用已有一些研究，但是研究者的结论也不尽一致，Yamaguichi(1990)1通过减少或增加某块肌肉的神经激发信号，研究了摆动期中肌肉对屈膝的影响，认为肌肉力或者肌肉活性很小，Moehon(1980)和Collins(1995)通过优化分析和实验研究。认为在摆动期确有较强肌肉活动存在，王人成等人选用6种最优化准则并考虑关节被动力矩求解了下肢摆动期冗余肌肉力的分布，认为适当的肌力对于完成有效、低能耗、自然的步行仍然起着重要的作用。还有一些学者通过建模仿真预测肌肉激励的协同性问题。

但是，人体采用何种方式控制迈步，在单腿支撑时神经系统如何调节保持身体的肌肉协调动作。利用什么样的性能指标函数来表示人脑协调控制所追求的目标等问题仍不清楚。本节通过实验和模型分析相结合重点研究摆动期的肌肉力协调和动力学协调控制模式。

2.实验方法

(1)实验任务和受试者

实验过程中，要求受试者在平地路况下正常行走。在数据采集前每个受试者，均行走3～5遍，充分适应设备和熟悉行走要求。实验开始后，为了保证受试者姿态自然、速度稳定，数据采集在不知会受试者的情况下开始。实验要求每个样本进行8次自然行走。

本实验共有53名志愿者参加，其中包括黑龙江工程学院田径队、篮球队。由于实验过程中部分受试者动作变形较大(运动员有伤)，我们从中选取了19名有代表性的运动员，男14名女5名，进行正常步态行走实验的数据分析。其中田径运动员的专项分别为三级跳和5 000米长跑，有一名男子三级跳运动员为运动健将，其他人为一级运动员，健康状况良好。

实验中受试者下身穿紧身运动短裤，以保证肌电信号电极不受影响和明确标示运动中肢体的位置。受试者相关生理参数如表1―1所示。

通过最优控制计算，可以了解实现正常步态摆动期各肌肉的协同关系和控制模式。

图1-1是模型计算的肌肉活性与样本测量的EMG模式比较，可见理论计算和实验结果还是基本相符的。上述肌肉模式分析结果也表明。模型采用能量消耗最少为优化目标求解符合人体正常步态摆动期的控制模式。

三、步态参数模型的应用

步态分析采用的方法众多，涉及的参数也有很多种，如何从这些参数中提取出稳定可靠的参数对分析也是至关重要的，有人对此进行了专门的研究。R.White等人认为为了确保数据的再现性每种数据应该重复测量35525次，在他们的实验中测量分三天进行，每天测量三次。他们引入了变化率的概念

他们的实验结果表明实验中测得的足地垂直方向的力具有相当好的可重复性，前后方向力的可重复性稍差，左右方向力的可重复性最差。因而要想对整个力一时间曲线进行分析需要有更先进的统计学方法，在分析过程中对参数的选择也要慎重考虑。

对于不同目的的实验，实验要求和数据的选取原则也是不同的。例如AlanCrowe等人在研究人体质心运动时提出的有效实验选取原则。

1.足应落于特定区域。

2.为满足对z方向运动的要求。剔除一次实验中左右侧z方向峰值的平均值与体重的差异超过1.5％的实验。

3.为了确保步速的一致性，需剔除两次实验中时间周期差异超过扬的实验。

四、结论