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一、課程概況
人體工程學的起源追溯到近代工業革命發展時期,成為一門獨立的學科時間不長。人體工程學的內容涉及范圍廣泛,由多種學科交叉技術性強。2000年8月,IEA修訂了其定義“人體工程學是研究系統中人與其他要素的相互關系的科學,是關于如何實現人與整個系統最優化的理論、數據及設計方法的科學。”
現當代生活中的科學和技術不斷發展,更加促使了人們對各方面舒適度和安全性的要求越來越高。所以,室內設計需要依據建筑的結構和功能,運用科學技術手段,設計出相對優化的“人、機(家具陳設)、環境”這一整體系統。
人體工程學課程教學既室內設計起到重要作用,也成為未來學科發展的重要科學內容。更會直接影響到學生學習和實踐室內設計其他專業技能課程。
二、課程的主要特點及教學現狀分析
人體工程學在教學大綱中通常被定位為專業理論課程,因此最終的考核形式一般以理論試卷考試來評定學生成績。這就造成了學生的學習目的性有所跑偏,學生會為了不掛科而死記硬背課程中的概念,原理和各種設計方法。而教師在平時的教學安排中,同樣將課程的重難點依托考試內容分析講解。這就造成一種惡性循環的教學模式,導致學生對所掌握的理論知識缺乏實際運用能力。在大學教育中成績不是評定學生優秀與否的唯一標準,應該更加注重培養學生獨立學習和自我創新的能力。
(一)“人體工程學”課程大綱和內容體系不統一
人體工程學在藝術設計類專業中屬于專業必修課程,由于藝術設計專業包含了視覺傳達設計、工業設計、環境設計、服裝設計等多類專業,就要求各專業側重的分支學科不同。因此在室內設計專業中,人體工程學課程的教授范圍也有相對的差異性和不同的側重點。作為專業課,課程大綱側重點不同和課程內容缺乏針對性,都使得該門課程當前的教學體系較為混亂。
(二)藝術生的普遍特征
學設計的藝術生,中學就開始畫畫,高考又經過專業的繪畫考試,感性思維強于理性,對視覺類圖像影像等敏感度高于枯燥的文字理論,通常理論基礎差,卻動手能力強。根據教學大綱安排,人體工程學作為一門理論基礎課,一般在大二上學期開設,此時學生還沒有對專業相關的設計技能課有過多接觸,因此對學習人體工程學的目標不明確,容易對課程內容中的眾多尺寸數據等科學技術性問題產生抵觸心理,缺乏學習的積極主動性。
(三)缺乏科學合理的創新教育
高校教學模式的改革是近幾年教育改革的重點,在傳統的教學模式中教課形式相對單一,教師過多的灌輸式教育,閉卷考試的考核方式,壓制了學生的天賦和創造性。純理論式的課程設計形式枯燥單調,教師根據考試內容畫重點,考前死記硬背,使得這些理論基礎內容在考試后迅速被遺忘,對于平行課程和后續專業技能設計課程不能提供良好的奠基作用,學生在設計實踐中更是缺乏靈活運用的能力。這種純理論式教學模式顯然不能滿足社會對當代大學生的要求,即使有高校已踐行了社會實踐環節,但還沒有取得很好的收效和普及。
三、課程教學改革的主要思路
(一)課程教學內容的整合
學大綱,明確教學的目的性是應用而非應試。加強專業需要的理論基礎針對性學習,明確區分與其他設計專業的側重點不同。不同的設計專業應選用適合的人體工程學教材。教師應選擇課程側重點明確,重點難點突出的實用性教材。室內設計專業常應用到的工程學 相關原理,如人體測量數據的選擇和應用、人的感知運動神經系統、物理的聲光熱學、人的心理行為習慣等,是研究人與環境的科學依據。課程內容應當加強對人與環境的關系引導,才能更好的為人體工程學在室內環境設計的應用奠定基礎。
(二)針對藝術生特點調整教學方法
1.互動式教學
人體工程學的學科確立和研究起步晚,還有很多需要填補的空缺。因此在教學方法上,應注重從學生自身出發,通過教學中與學生的交流溝通,使其主動的發現問題,通過探討研究,總結出新的數據和說明。通過不斷發現和解決問題從而提升其創造性。
2.實驗式教學法
人體工程學中,人體本身的結構尺寸、功能尺寸、視覺知覺感覺等相關數據的結論,可以用課堂小實驗的形式讓學生模擬體驗,比單純的用圖片示意學生更有影響力。
實驗課程教學能讓學生親自通過研究和發現,很大程度可以激發學生的創新和創意,從而提升對學科的感性認識和理性分析,效果直觀。
通過帶學生參觀各種功能類型的樣板間,讓學生有目的學習,如何使空間達到一個符合人生理及心理需要的舒適安全健康的空間。通過體驗家具尺寸、人體尺寸、各種心理行為習慣等對空間的平面布局、家具選擇、色彩和材質的選用的實際影響。
3.多媒體教學
藝術類學生的感性認知力較強,圖形化思維大于文字思維,因此傳統講授與多媒體教學相結合,是提高教學效率的有效方法。直觀的圖片、動畫、視頻生動形象,可以緩解枯燥的文字理論,提升學生的學習興趣。使課堂完成一個從讀圖,講授,問答,提高學生認知的過程。
4.引導和啟發式教學
引導學生站在設計師的角度,去全面的考慮設計的要求和需要,如何做到“以人為本”,可以通過一些正面或反面案例,讓學生運用所學的相關章節知識進行案例分析。引導學生舉一反三,根據一個案例或一個原理,總結歸納出知識的延伸內容。案例可以從學生熟悉的身邊校園生活或家庭娛樂生活中,學生用PPT圖文并茂的形式,總結對家具或空間環境的感受,找出不符合人體工程學的問題,依據所學原理及相關知識,分析并提出一套解決問題的方法,并當堂匯報給老師和其他同學聽,相互學習和促進。學習的過程是培養學生良好的學習習慣與方法的過程。
5.設計實踐在教學中的應用(列舉實際教學實踐校企合作案例)
就課堂可言,可言通過實際測量的方式,例如在家具尺寸這一章節中,調動其主動性,讓學生親自對宿舍的床柜等進行數據測量,總結其設計的優缺點,提出自己的理解和改良方案。將理論知識應用化,將實踐應用系統理論化,相互作用,既提升了學生的學習興趣,又將概念具體和生動化,幫助學生理解和加深對知識的記憶。測量范圍也可以擴大,帶學生走出校園,親自測量室外環境中的設施尺寸。到當地的裝潢材料市場實地考查,通過和銷售人員的交流,進一步了解實際室內空間及家具尺寸。增強學生對家具和空間尺寸數據的敏感度和進一步的認知。
就設計應用而言,高校實際教學實踐可以通過搭建校企合作的形式和科教一體化的辦學平臺。可以與當地的設計公司達成協議,讓學生定期去考察學習,或假期以助理設計師的身份參與實際的設計工程,公司不僅低成本培養了新銳設計師,學生也得到了鍛煉和專業技能的提高。就我校而言,曾聯合家具工廠體驗店的合作,開展過“家具設計與鏈條式創新”的人體工程學研究,從科學理論和功能體驗的角度研究家具創造的技術應用問題。通過學生的創意設計,幫助企業更新家具設計的品質和功能,真正實現企業與學生的共同獲益的效果。
四、結語
以人為主體的現當代室內設計需要有科學依據的支撐,除了要有美觀的設計形式,更重要是人體工程學才能解決的,空間安全舒適合理性。人體工程學的教學研究還處于探索階段,教學的探究還需要不斷改革和創新,打破原有的純理論式教學,緊密圍繞專業特色,將課堂與設計應用結合起來,才能培養出適應現當代社會的技術型實用人才。
參考文獻:
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1產品造型設計的特點
產品造型設計的特點主要體現在兩個方面,一方面是技術與藝術的統一,另一方面是功能與形式的統一。其一,產品外觀設計是產品形態是審美的創造,結合了設計師的藝術趣味與審美理解。它與產品的價值相關聯,代表了產品的“氣質”。設計師運用點、線、面等不同的形態元素表達了不同的設計理念,懷舊或前衛、正統或反叛、簡潔或繁瑣、直接或含蓄、理性或感性。這些呈現出現的形象特點形成產品的“風格”[2]。但我們也應該很明確的認識到產品不同于藝術品,產品設計不能是簡單的設計師自身的直覺經驗,而是系統地將多重功能和多重限制聯系起來,其中有人的因素、經濟的因素、工程的因素等等,設計師需要系統地將設計、創造、工藝、生產結合成整體,才能讓創意更好地融入到產品之中。其二,功能是指產品所具有的效用,并被接受的能力,產品本身所具有的特定的功能能夠體現其應用價值,因此才會被生產和銷售。從另一個角度來講,產品其實是功能的載體,產品設計的根本目的是實現某種特定的功能,產品的試題結構就是功能的載體。產品形態首先是為了表達產品的功能和性能特征,顯示出在技術上的合理性,使人們對其功能有形象的認知。優秀的產品形式能夠將產品的用途、用法、效果及公共價值準確無誤地告訴消費者[2]。在生活中,產品的功能超越了純粹的基本能力,呈現多元化趨勢,如產品在基本使用功能外,還有能帶來審美、娛樂等精神功能的作用。所以,好的產品造型設計是使用功能與精神功能相融合的外在表現,是形式和功能共存的產物。
2產品造型中人機工程學的作用
從以上產品造型設計的特點中我們不難看出,優秀的設計最終是要獲得一種使生產者和消費者都滿意的整體,體現“以人為本”的設計價值觀。這個設計價值觀直接推動了人機工程學的發展。人機工程學是20世紀80年代左右開始在國內發展的一門新興交叉學科,隨著現代社會經濟和科學技術的快速發展,其發展更是超出人們的預期。該學科的顯著特點是研究人、機、環境三要素自身特性的基礎上,不僅僅注重對單一要素的優化,而是將“人”、“機”、“環境”三要素納入“人-機-環境”綜合體中進行系統的研究,旨在充分利用這三要素之間的內在關聯性探尋系統優化設計方案。人機工程學的研究對象主要是:在工業設計中與人體有關的問題[3]。例如,人體形態特征參數、人的感知特性、人的反映特性以及人在勞動中的心理活動等。基于該學科的特點,其理論和方法可為設計中考慮“人的因素”提供人體尺度數據;可為設計中“機的功能”合理性提供科學依據;可為設計中考慮“環境因素”提供設計準則;可為“人-機-環境”系統設計提供整體思路;可為貫徹“以人為本”的設計思想提供可行方法。因而工業與工程設計成為人機工程學主要應用領域。在產品造型設計中,該學科理論與方法貫穿與設計的全過程,逐步將設計水平提升到人們所最求的高度。
3產品造型中人機工程學應用的要點
在產品造型設計中考慮人機工程學也就是考慮人與產品的交互方式、交互界面的設計,運用人機工程學的基本原理分析產品中人的因素,從基本的生理要素、心理要素著手,并將人的因素的研究融入到產品造型設計的全過程中。
3.1生理要素應用
人體尺寸是產品設計的基本資料,通過人體測量可獲得人體的靜態尺寸和動態尺寸。人體的靜態尺寸是結構尺寸,而人體的動態尺寸是功能尺寸,它包括操作者在工作姿態或某種操作狀態下的測量尺寸。動態人體尺寸測量的重點是人在執行某種動作時的身體特征。動態人體尺寸測量的特點是在任何一種人體活動中,身體各部分協調而連貫的完成動作指令[3]。但是對于大小不一的人體尺寸,其指令也有差異,設計不可能全部實現。根據尺寸的性質,在同一個產品的各個部分,為了適應不同的人體尺寸,滿足大部分的人體需求,必須參考不同的數據[2]。例如由PeterOpsvik設計的Balans凳,考慮到不同乘坐者年齡、坐姿。這款人體工程學椅子看上去似乎不穩想小孩玩的木馬,但是坐上去卻不是如此。坐上去以后椅子會子安前傾一個角度,保證你的脊柱是一條直線,脖子自然伸直,想彎都彎不了,而且肌肉完全不受力不緊繃。
3.2心理因素應用
根據用戶的感覺、知覺特性、認識、學習和出錯情況進行產品使用方式、操作界面的設計,以適應用戶的職業需要、行動方式需要、認知需要和操作需要,以減少用戶學習的時間,減少操作出錯[3]。如:Nissan日產Pivo概念電動汽車設計,Pivo最特別的地方是革新式的360度車倉旋轉功能及90度車輪旋轉功能,當你駕駛Pivo時,從此不用再倒車入庫,只要將車頭做180度旋轉,即可正向開車入庫。這一操作方式的設計,完全從用戶感知特性出發,做到輕松駕駛。
3.3產品造型設計流程中人機工程學的并行應用
傳統的產品造型設計采用階段性的流程進行,各階段的工作按時間組織順序進行。人機工程學被放在第一階段的概念設計中作為基礎數據使用,這容易導致在結構設計和工藝設計及后期模具設計中出現數據不足數據不符的現象,造成設計的變更和制造成本的提高。本文認為應將人機工程學的使用作為一個系統、集成的過程,在產品造型設計的各個階段設計中同步進行,相互協同。從全局優化的角度出發,達到縮短產品開發周期、提高質量、降低成本的目的。
4結語
關鍵詞: 汽車設計 人體工程學 審美取向
1.人體工程學在汽車設計中的應用
“人體工程學”一詞源于希臘語,原意是“工作”和“規律”[1],是20世紀50年代初迅速發展起來的一門新興科學,旨在通過對人體各部分的特點、人的種種思維和動作的研究,掌握人的特性,并依據這種特性設計產品,使設計產品適應人體的各種要求,使人―機系統工作效能達到最佳。研究內容是工程技術設計當中與人體相關的問題,大體上包括以下三個方面:(1)機器部件如何使人的操縱和使用更為適合;(2)環境控制和生命保證系統的設計要求合理;(3)人―機系統總體設計,解決整個機器系統與人體相互適應的問題。它涉及信息論、控制論、仿生學等多門新興的科學領域。
人類從開始制造交通工具起,就已經注意使其適應人體自身的活動特點和要求,人體工程學在汽車設計中的應用在國內外已有多項成果,研究內容也日益深廣。其中的一些研究對解決汽車設計如何適應人體要求,提高人機系統的工作效能這一問題具有重要的指導作用。概括說來,人體工程學之于汽車設計的基本要求是:車與人體測量相適應;車與人的生理、心理反應相適應;車與人的審美需求相適應。
車與人體測量相適應指的是在進行車身室內人體布置設計時需要注意與之密切相關的是駕駛姿態下的人體尺寸,需借助二維的人體模型,以人體尺度為依據,利用人體工程學所提供的人體尺度的百分位值,采取“去掉兩頭”的基本原則,即選擇符合產品使用要求的最小和最大身材的人體尺度,作為確定對象范圍的設計依據。在使用人體尺度值時,應該注意到國家、地區、性別和年齡的差別,設計出來的汽車室內空間應為全世界大多數人所適用。
當然,今天的汽車設計除了駕駛員在車身室內坐姿遵循人體工程學原理外,對其他方面的要求也不斷提高,其中包括底盤減震性、乘坐性、駕駛員手伸及界面、操縱感手柄的形狀等[2]。購買者對車身室內其他方面的要求也越來越高,在試駕某輛車,其試車項目包括:乘降性(上下車方便)、乘坐舒適性、操作性、視野、空調、造型、安全、環保、節能等。例如,底盤低則乘坐舒適,設計者會通過降低車頂高度而直接降低車身高度,同時也降低了汽車的高度、重心、座面高度,有助于乘車姿勢的改善,減少空氣的阻力,提高運動性能,符合當前的環保理念,目前這種車在市場上很流行。
人體工程學的研究成果,對汽車的設計,特別是車身、駕駛室和操縱系統的設計有著重要的意義,它具有人體科學與技術科學相結合的特征,與汽車工程技術科學不可分割。因此,開展人體工程學的研究,并將其研究成果應用到汽車的產品設計中,對提高汽車的設計水平、增強產品的競爭力具有重要的意義。
2.美學在汽車設計當中的地位
美學是以研究美的存在、美的認識和美的創造為主要內容的科學。它涉及的內容非常廣泛,包括汽車在內的工業產品,是通過各種形態為人們所感知的。汽車造型及內飾的發展與汽車性能的完善和制造水平的提高是分不開的,同時與各個歷史時期的政治經濟水平、地理環境、生活水平、審美習慣、民族風俗等密切相關。
汽車的造型和其他藝術品一樣,最重要的是獲得整體感,外部造型與內部裝飾的統一完整是衡量汽車造型的標準[3]。汽車作為一個統一的整體,既要考慮外部結構、整體比例、質感、色彩、裝飾和動感外,又要反映出一定的思想內容,體現出一個明確的主題。體感的舒適不再是購車者選車的唯一標準,外型的美感也成為重要的標準之一,同時也成為人體工程學在汽車設計當中最基本的條件之一。
汽車產品還應該注重技術美。汽車是給人來駕駛和乘坐的,所以造型設計除了包含人體工程學以外,在遵循形式美法則的普遍規律同時,研究汽車產品造型設計,以及成型制作的技術美問題成為汽車設計成功的關鍵。這就要求設計者和工程技術人員提高自身的審美能力,充分研究人體工程學,創造出“美”的產品,使設計的汽車在滿足性能的基礎上符合大多數的欣賞習慣和要求。
3.大眾審美與個性審美對汽車設計的要求
同一對象在不同人的心中會有不同的美的感受和判斷,這叫做審美的差異性。審美的差異性是普遍存在的。生理、心理的不同,性格、認識的不同,民族、地域的不同,興趣、愛好的不同,經濟生活的不同,文化傳統、藝術修養的不同,年齡、性別的不同等決定了大眾對美感的差異,因而對于同一審美對象會有種種評價,甚至得出截然不同的結論,這就是人們常說的“眾口難調”。
因此,通過車身的顏色一般可以比較清楚地認識到車主的個人性格特征。如:選擇車身顏色較不起眼的人,多是循規蹈矩、工作態度認真負責的人;相反,選擇亮麗顏色的多是滿足于享受生活樂趣的人。
美國芝加哥庫伯行銷集團的研究報告表明,顏色是主宰汽車銷售價格的三大因素之一。還有的專家估計,受歡迎與不受歡迎的顏色之間,其差價可達300美元以上[4]。在美國,消費者對顏色的重視程度甚至高于對車型的重視。因此,從市場營銷的角度看,顏色絕對是左右消費者的重大因素之一,也成為設計汽車造型的重要內容,受到汽車生產廠家的日趨重視。
任何一個優質的汽車造型設計都不是毫無依據的,它都在不斷地追求自身的特殊效果。除了具有藝術設計的共同規律這一共性外,還應該具有個性的一面。汽車造型設計將美的造型與機能緊密結合起來,創造了一個能藝術地反映汽車機能特性的形象,同時也符合人類在長期實踐總結出來的美學基本原則,即外在形式美和內在科技美的結合體。一個優秀的汽車車身設計師應該在把握美學基本規律的基礎上,針對不同的消費群體來進行設計,這同時也會推動實現其目標的技術手段的新發展。
4.人體工程學與審美相輔相承,不可分割
在當今的汽車設計行業,人體工程學與審美相輔相成,不可分割。消費者在購車時,除去汽車的性能外,首先考慮的是這輛車駕駛的舒適性,所以上述的有關人體工程學的問題就全部包括在內,如果駕駛姿勢不舒服或者操作手柄或界面不適合駕駛員駕駛時的姿態,甚至涉及駕駛安全問題,就沒有必要再考慮外觀。因此,人體工程學在汽車設計當中的地位是最重要的一部分。另外,如果汽車只是乘駕舒適,而從外觀上看,如果外表顏色、內飾、操作界面等沒有任何美感,也同樣不會吸引消費者的眼球。總的來說,汽車設計不僅僅停留在圖紙上,不僅僅停留在裝配車間里,從汽車出廠到消費者的購買這一過程應該認為是汽車設計的一個延伸。只有注重汽車設計當中的各個環節,既尊重人體工程學,又滿足消費大眾審美取向,同時注重一小部分人的個性審美差異,將這些因素相互結合并且運用到汽車的造型設計當中去,才是汽車生產的王道。
參考文獻:
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[2]陳友新,信繼欣編著.汽車營銷案例學[M].武漢理工大學出版社,2003.10.
關鍵詞:行動導向法 人體尺寸 測量 教學實踐
中職學校《人體工程學》課程是一門實踐、體驗性很強的課程。它與室內設計息息相關,設計強調“以人為本”為原則,要研究人,就必須多實踐與觀察體驗,才能將其融入到設計養料中。而目前中職校的人體工程課程教學仍然是傳統的知識傳授方式,已經不適應現今學生,嚴重限制了學生學習知識的熱情和能力的提高。因此找尋符合現今學生的教學模式為教學工作的重點。
參學“德國教學模式”得知:行動導向教學模式是人體工程學教學中最理想模式,符合人體工程學課程特點。行動導向法是以學生為中心,以行動為導向,通過學生的學習活動構建知識,形成能力,使受教育者能適應相應職業崗位的要求。同時也增強學生的獨立性、團隊合作精神,讓學生在學習過程中,學會與人交流、共同探討和解決問題的能力,將行動能力轉化為職業能力,更切合社會需求。
一、行動導向法的應用實例
本教材的理論布滿整頁,有許多經過精密儀器做出的數據結果,學生對此的學習欲望較低。我們也根據一些數據證明:當學生采用聽的方式知識掌握20%;學生又看又聽掌握50%。在《人體工程學》課程中“人”是主要研究對象之一,需要學生切身體驗才可以將知識真正掌握,90后學生對生活不大注意觀察與體驗,知識就得不到延伸。而行動導向法中的任務驅動教學法,提倡學生接受任務后,能自己完成任務,此時知識掌握率高達90%,是符合人類認知規律的。同時抓住學生愛熱鬧,對人體測量的好奇心,結合課程內容,現筆者將此教學法應用到該課程的第一個學習情境----人體尺寸測量,進行初步探索。本次課的教學過程整體上比較順利,也達到了預定的教學目標,具體設計如下:
(一)教學引入
運用多媒體展示兩幅人正在使用廚房的生活圖片,會觀察到總有一個人在使用時總會被磕碰,即家具及室內設計的依據是什么?正因為生活中有共同,學生才會停下跟隨思考,成為激起興趣契機,順利的引入本堂課的新內容。
(二)講授新知
本環節采用“聽、看、做”模式。主要介紹人體尺寸的分類及常見的姿勢,筆者在一邊描述正確姿勢時,帶動著學生一起跟著擺姿;也引導他們通過看圖,將人體部位名稱實際投到自身去感覺;姿勢的正確性會成為后面的任務完成關鍵之一。
(三)任務布置
行動導向教學的關鍵是要激發學生的學習熱情,調動學生的主觀能動性,使其積極參與整個過程。任務設計要結合學生特點,以學生已儲備知識為基礎,任務有可讀信息,最終能培養學生實際操作能力以及分析能力等。
任務描述:請在教室里,6人為一組,調查組員每個人的基本信息,利用卷尺和軟尺等工具進行人體尺寸測量(主要尺寸、立姿、坐姿、水平尺寸),將數值列入所設計的表格中(表格個數不限),并計算出平均值,與教材中數據對比及分析原因;再列舉一些測量部位的數據應用范圍;最后填寫評價表。 每個人必須擔任一次測量者與被測者,并在表中寫明。
教師布置完任務后,將卷尺的使用方法示范性給學生復習一遍,并提醒任務實施的安全注意事項。
(四)任務過程階段
這個過程,體現了行動導向教學的基本意義在于:學生是學習過程的中心,教師只是學習過程的組織者、協調者,學生思維空間的開墾者。在下面六個步驟體現著學生的理解:“做什么,如何做,做的效果”。
1.資訊
學生要學會在任務中尋找任務內容、要求,做前期資料收集。此環節中曾出現過一個快樂的問題:從描述中我們可知,組隊是自由組合,學生第一反應會以平時要好的為一組,不難發現會有男女同在一組的。但認真分析任務的學生會根據“平均值”可推斷出必須是同性別為一組,學生會立刻反應改正,這樣任務書就大大的考驗學生的分析能力及解決能問題力。
2.計劃
根據資訊階段收集信息后,學生知道需要“做什么”將對其進行計劃。每個人都進行計劃,如:測量場地的設計;測量表格的設計;制定測量的順序;制定任務完成時間;安全事項的內容。
3.決策
每個組員將計劃階段的所設計的相應計劃,進行組內討論,選出最適合的一份計劃。先依據場地布置進行對測量場地的桌椅擺放,每人根據最優的測量表格模板繪制一份,再次檢查工具,提醒安全事宜,為下個階段做準備。
4.實施
根據決策確定流程進行任務的實施階段。教師、被測者、測量者都需要觀察實施過程中的細節,教師在旁還需保障安全。最后將數據登入表中,進行統計算值,討論思考任務問題。
5.檢查
檢查任務完成質量:表格數據單位是否統一,平均值是否正確,思考問題的陳述性,工具的整理,最后就是選出本組匯報的組員。
6.評估
任務結果匯報階段。在評價學習效果時,筆者指導學生不僅要注重結果評價,更應注重過程性評價。以鼓勵性評價為主,使每組學生都能體驗成功。進行小組間的互評中,學生很積極,讓他們更好地理解和學習別的小組的成果和優點,互相學習,共同提高。整個課堂氣氛很活躍,獲得很好的學習效果,全面提高學生的操作能力和信息素養。
二、實施行動導向教學模式的總結
行動導向教學法符合人體工程學課程的知識階層性和實用性,讓學生能循序漸進地學習課程內容。教學的改革不會是一日即成,還需要更進一步的實踐和改進。現對實踐過程中遇到的問題總結如下:
(一)教學方法不可單一化
單一固定的教學方式不受用到所有的課程知識,要根據不同的教學目標、內容、對象等,應以某個教學方法為主線,其他教學方法依附于該教學方法,有機結合,共同作用,才能更好的優化教學效果、提高教學質量。
(二)以任務為明線,教學目標為暗線
任務是知識與技能的載體,它把學生需要學習的知識與技能進行有效的組織,形成具有趣味性的任務,任務的設計必須以教學內容及教學目標為指導,教師要對教學目標分析透。任務需具有以下特性:第一是情境性,設置讓學生在密切聯系學習、生活經驗和社會實際的情境中完成有意義的任務,讓學生感興趣,以調動學生的學習積極性;第二是意義性,任務應當與學習技能知識相結合,通過任務的完成過程,學習新的技能與方法,從而達到課程一節課或者一個單元的教學目標;第三是可操作性,任務適合在課程的一個周期內完成,小的任務可以在一節課(包括連堂課)內完成,大的任務可能通過一個教學單元完成(應分解為若干個可以在一節課中完成的子任務),使得每次學習都有所收獲,體驗到完成任務后的喜悅和成就感,更激發起學習者的學習興趣和動力,形成良好的繼續學習的習慣;第四是真實性和合理性,設計的任務要符合實際,要合理性,不能為知識點隨意設計任務;第五是階段性,為不同學段、不同層次的學生設計不同的任務。只有“任務”明確、編排合理,才能達到預期效果。
(三)教師角色轉換
傳統模式下的教師的地位為主導,而行動導向法模式下的教師只是學習過程的組織者、協調者、觀察者,突出“以學生為主體”。在具體教學中,讓學生獨立分析任務,獨立實施計劃, 獨立評估,在自己動手實踐中,掌握職業技能,學習專 業知識,從而構建屬于自己的經驗和知識體系。教師創設學習情境,控制學習進程,提供學習中技術指導與咨詢,及時肯定學生的創意,糾正錯誤傾向,多面評價學生,從而達到預期的教學效果。
(四)建立評價系統,不斷總結反思
傳統的評價重視學習結果,忽視學習過程,強調知識點掌握結果的評價,不重視形成性評價。為了全面發展學生,評價不能單面性,因將重點應由單純結果性評價轉向形成性評價,注重學習方法,學習過程的評價,實行鼓勵性評價,增強學生的自信心。筆者認為學生需具備總結反思能力,學會在完成的任務后,經過教師引導學生虛心聽取他人評價,將自己的新知識及不足進行歸納、總結,建立新舊知識間的聯系,以加深學生對知識的理解,這樣才能使學生整體提升。
三、結語
德國教育家第斯多惠指出:“教學藝術的本質不僅僅在于傳授本領,更在于激勵、喚醒和鼓舞”。而行動導向法應用于人體工程學課程教學,正是打破了傳統模式教學,逐步讓學生具備多思考、自主探究問題、分析和解決問題、團隊協作的能力。同時該教學模式學習評價的開放性和自主性,使學生從評價的“旁觀者”成為評價的“主導者”,此過程較好幫助學生改進自身學習和全面發展自身,也幫助教師更好優化教學過程。教師今后還需巧妙設計更多地行動導向任務,將以學生為主體,理論與實踐有機結合的社會學習繼續推廣和探索,最終達到“職業教育就是就業教育”的教學目標。
參考文獻:
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關 鍵 詞:人機工程學 工業設計 教學研究
人機工程學是一門主要研究“人一機一環境”系統的多學科綜合的邊緣學科。人機工程學既研究“人-機、機-環境、人-環境”三個子系統的屬性,又研究人機系統的整體結構及其屬性。從而使整個系統安全、高效,且對人有較高舒適度和生命保障功能,最終達到系統綜合使用效能最高。
黑龍江科技大學工業設計專業經過十余年的建設,對人機工程學課程的教學已提升到研究和實踐階段。人機工程學是工業設計專業的專業基礎課,在工業設計專業的課程體系中占有重要地位。作為基礎知識體系的重要組成部分,該課程教學的成效關系到后續的產品設計系列專業課程教學是否能順利展開。所以該課程在“應用型人才”培養目標的指導下和前期教學研究的基礎上,課程教研小組成員對本課程的教學思路、教學內容、教學方法和教學手段 進行了不斷的探索、研究和實踐。這門課程的教學改革歷經幾屆學生的教學實踐,最終取得了良好的教學效果。
一、課程教學內容體系研究
首先確立教學內容改革的目的,是實現應用人才培養目標:“具有開闊的眼界、良好的個人素質、正確地價值觀、藝術與技術交融的專業知識結構;有較強的溝通表達能力、團隊協作精神和良好的職業道德;具備較系統的工業設計核心知識、技能、態度,適應社會的應用型設計人才,力爭實現就業零適應期。[1]”教學內容的組織方式是在必要的理論知識基礎上,突出工業設計專業應用人機工程學的實用性和應用型;適當刪減原先主要是適合工技術專業工科學生的純理論研究性的教學內容,時著力加強本學科與工業設計專業的關聯[2]。
人機工程學雖以獨立課程單元存在,但卻輔助于若干產品設計課程,本單元課程既具有相對的獨立性,又具有較強的延續性,改革課程內容,優化理論學時,突出注重應用的特點。在教學內容的編排上,針對現行教科書章節安排的不合理,對各章節進行了重新整合,目的是希望在每一個“人的因素”的知識點后安排與其相應的設計內容“機的因素”,可以馬上理論聯系設計實際。同時把相關的一些“機的因素”安排在同一或相近章節,體現一定的內在邏輯性[3]。具體實施方案為:
(1)根據理論知識的關聯性,將課程內容分為五大模塊:基礎知識模塊、基礎數據模塊、設計原理模塊、環境模塊、人機系統設計模塊。
模塊一:人機工程學基礎知識(第1-3章) 10課時
知識點:人機工程學的基本概述,工業設計與人機工程學,人機工程學綜述,人的感覺特征及心理特征,人的運動系統機能及其特征等。
教學手段:多媒體課件進行理論講授,設計案例剖析,課程實訓。
模塊二:人體測量與數據應用(第4章) 4課時
知識點:人體測量的方法與常識,常用人體測量資料、人體測量數據的應用。
教學手段:多媒體課件講授,設計案例剖析,課程實訓,網絡互動。模塊三:人機界面及各種裝置設計(第5-8章) 18課時
知識點: 人機的信息界面圖形符號設計、顯示裝置設計與選擇、操縱裝置設計與選擇、工作椅設計主要依據。
教學手段:多媒體講授,設計案例剖析,課程實訓。
模塊四:安全設計(第9章) 4課時
知識點: 了解與掌握事故分析、作業環境分析與安全設計之間的關系。教學手段:多媒體講授,設計案例剖析,課程實訓。模塊五:人機總體設計及發展趨勢(第10章) 4課時
知識點:與人體相關產品的選擇及設計。
教學手段:多媒體講授,設計案例剖析,課程實訓,師生互動。
(2)優化理論課各部分的授課時數,突出重點內容。如:增加操作空間、人機信息界面設計部分的學時數,減少熱、振動等環境的理論授課學時。
(3)結合煤炭優勢,教學重點內容應側重操作空間、操作面板、人機交互、人機協調等內容,優化理論學時,注重理論與實踐的結合,以理論原則和實驗數據為設計基礎,共同完成實踐項目。
二、課程教學方法和手段的改革
《人機工程學》課程針對學生的學習基礎和特點,從教學內容中探索,從教學手段中發掘,既要遵循教學的普遍規律,又要有針對性、創造性,從而逐漸形成了具有鮮明特色的教學方法。在教學中主要采用案例教學法、項目實訓法和小組攻關法方法等教學方法。
1、案例教學法
案例教學法是國際上推廣的一種生動直觀的先進教學方法,采取案例教學導入,理論與實踐相結合教學方法。在教學過程中,采取師生共同討論,廣泛聽取學生的見解,教師最后進行總結,避免了教師上課“一言堂”的做法。
2、項目實訓法
為了將教學與實踐結合得更加緊密,實現對學生創新精神和實踐能力的培養。我們在教學中以“項目實訓法”鼓勵學生積極參加各類設計競賽,以產品設計為載體,教師采用一對一指導的形式,以人機原理和產品設計理論為依據,幫助學生解決實際問題,師生共同攻關,使學生不僅學會了設計,部分教師和學生還以此為契機,為自己的設計生涯畫上了光輝的一筆,師生均受益匪淺,項目實訓法獲得了豐碩的成果:多名同學在不同層次的競賽上獲獎;教師和學生多人申報外觀專利,如圖1 雪花書桌,圖2小廚寶。
通過項目實訓使同學熟練掌握產品設計人機工程學的知識和研究方法,并能夠完成以人機為核心的產品設計和以產品系統設計(基本要素與應用要素)為延伸設計的完整工業產品設計,為工業設計相關專業課程的學習奠定堅實的基礎。
3、小組攻關法
“小組攻關法”是根據學生的心理特征而實施的一種教學方法,這種方法是“項目實訓法”的補充。學生在小組中彼此分享各人的意見和獨到的見解,共同研討,解決問題,通過“小組攻關法”加強了學生的團隊協作意識和交流溝通能力。
三、以“科研促教學”為理念,將科研融入教學
結合黑龍江科技大學的煤炭專業特色和“科研促教學”理念,結合該課程建設,2007年成功申報黑龍江教育廳科學技術研究項目《基于人機工程學的采煤機操作系統應用研究》,將采煤機的操作系統的人機協調課題研究融入課堂,讓學生在真題實踐中得到鍛煉,采用學生的優選設計方案,為企業提供設計參考;將人機協調理論應用于采煤機目前在我省尚屬首例,在本領域處于黑龍江省內領先水平。
人機系統總體設計又稱為TSD(Total System Design)設計法。TSD設計法的中心思想是系統設計必須分為一系列具有明確定義的設計階段,而每個階段的設計活動和任務必須是明確的。這是典型的系統化解決問題策略。“總體”的意義是強調人機系統的各個組成成分都應給予全面的考慮,以克服長期以來設計中忽略人和人的效能問題,其設計的目標是使系統的每個組成成分都為實現系統目標而能夠協調一致地發揮各自的功能。
結合采煤機的操作流程進行操縱面板設計,采煤機手動操作系統的操作流程為:開啟運輸機采煤機泵電機站選擇左、右截割;并具有急停手柄和備用手柄。
根據采煤機手動操作系統的操作流程,分析采煤機的工作空間、操縱裝置的形狀編碼和力的大小、作業場所的布置原則來進行操縱面板設計,如圖3采煤機操作界面所示。
“科研促教學”是提高大學教學質量的重要途徑。科研成果能充實和改革教學內容、科研活動能促進師資隊伍建設和教學環境的改善,課外科研小組能培養學生的科研能力,面向本科生學術講座能激發學生創新意識;從而形成“科研水平提高—教師教學能力提高—教學質量提高—學生質量提高”的良性循環。在教學內容研究的基礎上,開展科學研究和實踐設計總結,編著《產品設計》教材,其中重點章節為產品設計與人機工程學。該書的出版標志著人機工程學課程的教學達到了一定的理論水平。
四、結語
通過本課題的研究實踐,給學生提供大量的符合社會需求的設計實踐機會,加深學生對專業的理解,提高了學生的設計能力,擺脫以往教學中理論脫離實際的狀況,使學生更好地認識和感受工業設計現實和實踐狀況,使學生獲得符合現實的設計體驗,使學生在就業競爭中更具競爭力;使教師在教學和指導設計過程中,能使人機相關原理與產品設計有機融合,提高教師的專業水平、實踐知識和設計指導能力;作為以培養創新能力和應用能力的素質培養為目標的建設,對于工業設計其它專業課程的建設提供了可借鑒的模式。
黑龍江科技大學教學研究項目,編號:JY13-54
參考文獻
[1] 趙宏梅,李洪綱.基于三大教育理念的“HAT·CDIO”應用型人才培養模式的探究[J]. 設計,2012(2).
1 前言
汽車是非常復雜的產品并需滿足各方面的性能要求,其設計開發過程也由許多不同的工作階段組成,而各工作階段又需要使用多種不同的設計驗證技術。只有采用新技術將整個產品的開發過程及其不同的工作方式進行全面的集成才能達到加速和優化設計的目的。
從目前概念車的世界里,內部(車內)多變的色彩為汽車賦予了更多的活力.同時,空間的利用在內部結構的設計上占到了一個什么重要的作用,事實也引證了這一點.仔細對比一下目前的新概念,很多汽車的內部結構已經相當的精簡.當然這不是說要放棄一些本來必須的東西,設計師只是把一些實用的工具隱藏起來.譬如是把一些DVD導航,冷氣口隱藏起來.在新的設計理念里,簡單比雜亂給人的感覺更好.
汽車內部的設計也是一種學問.有些東西是不可以模仿的.德國汽車和中國的汽車有什么不同?其實同樣的車,差別當然不是很大,之所以人們對這兩種汽車存在著不同的意見,最主要的是感覺的差異.而這種感受不只是局限在單純的駕駛感,人們對德國的總體感覺還有對德國文化的理解也是一個很重要的因素.中國一開始就給人家一個不好的影響是,中國的東西不好.就這樣小小的一句話,害了中國的產品,包括汽車.而中國人乃至世界對于中國汽車的不滿,內部結構發面占到了一定影響.中國雖然已經融入了世界,但不可以模仿的東西太多,需要慢慢探索學習的東西也很多,中國汽車發展很快,但是內部結構的設計一直滯后于世界。筆者總結了中國汽車內部結構的幾點不完善.第一:工藝不夠精細,印象中有一個很影響深刻的事情,在06年的廣州車展中,我親眼看到中國一輛名叫"UFO"汽車的座椅竟然爆線了,雖然說這是一輛展車而非量產車,但是幾十萬的觀眾看到這樣一個不足會有什么感受?而事情的背后反映出的問題同樣值得深思.第二:總體感覺不夠清晰,簡明.很難說造成這種感受的原因對汽車的布局把握不好。因為布局的好與不好也沒有一個很明確的定義.但是感覺的東西很直觀,也是最實在的。一個東西好不好,感受是最好的驗證.第三:人才不足,國外很多的非機器制造的汽車工藝是由許多有十幾年經驗的工匠完成的,而且這種工藝是一代傳一代的,也很少說會外傳,可以這么說,版權的保密性非常好.雖然學不到,但中國也可以學習一下這種模式,雖然短期看不到什么效果,但是長遠對中國的汽車還是很不錯的.目前中國還沒有進入一個自主豪華車時代,而這個時代卻是培養人才最好的時機,但中國在這方面確做得不夠好.
數字化虛擬技術就是通過集成各種計算機技術,并充分發揮其應用潛能,使產品開發設計能夠可靠地在計算機系統內,以數字化模型方式完成產品的設計和驗證。在汽車開發中,虛擬技術有助于決策層及早對設計方案進行決策和進行跟蹤管理;有助于加強異地的合作,共同解決技術難題;有助于在制造樣車前進行反復驗證和校核,從而及早發現和避免設計錯誤;有助于在產品投產前及早獲取產品信息以進行市場調查。貫穿于產品開發全過程的數字化虛擬技術可使產品特性得到全面系統的優化,使開發周期大大縮短,開發費用大大減少,提高產品質量,最終提高企業在市場的競爭力。
2 汽車內部結構設計
汽車內部結構是一個從構思、設計到驗證的復雜的系統工程.結構時要考慮眾多的約束關系和人機工程的要求。汽車內部結構是“以人為中心”的設計,即以人為中心,在滿足一定的約束條件下,運用人機工程學達到人-車-環境和諧的設計理念。汽車內部結構設計是同時進行多方面結構的設計過程,也是不斷反復遞進尋求最優化方案的設計過程。
汽車內部結構主要任務是:①車型主要結構尺寸確定:乘員結構;整車主要尺寸確定;踏板,換檔桿及手剎位置結構;轉向盤及轉向管柱結構;行李箱結構;側車窗玻璃;頂蓋位置;座椅及儀表板結構等。②人機工程學研究:確保駕駛員及乘員的居住舒適性,安全性,以及駕駛員的操縱方便性和具有良好的視野等。③法規符合性校核:風窗面積及雨刷結構;手伸及界面;儀表板可視范圍;內外后視鏡視野;安全帶固定點等。在滿足這些要求的同時,還要盡量減小整車質量,增大車室內空間,提高整車的經濟性能。在傳統的設計中,工程師使用二維人體模板在二維主圖版上進行汽車內部結構設計,無法事先對踏板、換檔桿、轉向盤的操縱性和坐姿及視野性等性能進行空間位置的評估和驗證,只有在制作了物理樣車后由一定比例的人進行實際的駕駛操作才可完成驗證.
如今,由于計算機技術的發展和應用,在汽車開發中已廣泛采用CAD 方法進行三維數字化設計,以三維數據為主線,使用虛擬樣車來優化產品設計和驗證過程。因而,數字化三維人體模型相應地在汽車內部結構的人體工程學模擬和分析中發揮其潛能和優勢。
3 數字化三維人體模型
在產品周期的各個階段,人都是最重要的因素。數字化三維人體模型可有效地應用在汽車虛擬設計及制造的整個生命周期,從初始的概念方案設計至最后的產品驗證。
數字化人體模型技術可輔助設計者確定人在相應的工作環境下的性能,確定人體尺寸/形態/功能及其定位,滿足舒適性和安全性標準的要求。如圖1 所示,在虛擬的CAD 設計數據中,可調入此虛擬的人體模型,完成操作任務和分析工作。通過三維人體模型可運用數字人體和電子樣車進行與人相關要素的模擬分析校核,如人的可操作性,舒適性,可視性等重要設計要素。在汽車內部結構過程中應用數字化三維人體模型可提高設計效率和設計質量;改善安全性及人機工程學性能;減少物理樣車的制造及驗證工作和周期。
波音公司、通用公司、戴姆勒-克萊斯勒公司等這些大的飛機和汽車公司已將數字化三維人體模型越來越廣泛的應用于產品生命周期的各個方面和各個階段.CATIA,EDS 等大的軟件公司,也相繼推出數字化三維人體模塊供用戶使用并不斷補充及完善。
現以CATIA 的人體模型模塊(Manikin)為例簡要說明數字化三維人體模型的主要功能。該三維人體模型包括4 個子模塊:構造人體(Human Builder)模塊,生成可與產品相配合的人體模型;編輯人體尺寸(Human Measurement Edit)模塊,可對人體模型的各部分的尺寸進行有比例地調整;人體動作分析(Human Activity Analysis)模塊, 對人肢體進行由靜態姿勢到復雜的動態動作的評價;人體姿態分析(Human Posture Analysis)模塊,進行人體各種姿態的分析。此人體模型包括有104 組人體測量數據;100 個無約束的連接;148 個自由度;各種姿勢輪廓;包含所有關節的手模型、脊椎模型、肩模型、臀部模型等模型;可表現關節活動的制約及動作運動的上下極限并可進行調節。此模塊具有如下幾方面用途:測量人體尺寸;視野分析;坐姿分析;運動舒適角度分析;伸及范圍分析;舉升、放下和搬運分析;設計干涉檢查;運動模擬等。
4 按SAE 標準進行汽車內部結構時涉及到的人體工程學內容
在進行汽車內部結構時,SAE 中有如下用于駕駛員和乘員的人體工程學研究和設計的相關標準。
5 應用數字化三維人體模型進行汽車內部結構及設計校核
數字化三維人體模型在汽車內部結構設計及校核中承擔著人機工程學的結構設計及校核驗證的重要角色。圖2 所示為數字化三維人體模型在一汽車內部結構中的應用實例。它協助汽車設計工程師進行一系列乘員內部居住性的結構優化工作,主要包括:協助確定汽車主要控制尺寸;確定不同人體尺寸的駕駛員及乘員的乘坐位置和駕駛姿態;對人體乘坐姿態及其舒適性進行分析和評估;確定踏板、轉向盤、操縱桿、儀表及控制按紐等零件的結構位置,并進行操作合理性評價;模擬乘員上下車姿態以評估上下車方便性;駕駛員及乘員的座椅位置確定及安全帶的固定位置的確定;模擬座椅的滑動、及桿件操縱的運動過程并進行評價;校核駕駛員駕駛過程中的直接視野和通過內外后視鏡的間接視野的法規符合性;協助進行儀表板結構和儀表板盲區的校核;確定合理的車內寬度和頭頂空間;分析人體重量在座椅上的力的分布;對手及腳對操縱部件操作時所施加的力進行評估;同時檢查設計間隙及干涉分析,最終記錄數據并輸出優化的結構結果。
公共空間設計教學是讓學生通過練習掌握設計過程及設計要點。部分高等院校的公共空間設計教學一般采用講授法和練習法,教師將相關理論知識在課堂上進行講授,學生對教師規定的空間形式進行設計,在設計過程中,學生在教師的指導下對設計進行改進,最終確定設計方案。這種教學方式的學習過程是封閉式的,學生對案例的理解局限在書本和圖紙上,沒有情境式學習,這樣的學習過程不能使學生從根本上理解設計,導致學生在課程結束后出現的問題較多。如,對于空間尺寸沒有概念,空間組織設計連貫性差,空間風格不統一,等等。
二、人機工程學切入公共空間設計教學
19世紀80年代,英國工藝美術運動領導者威廉?莫里斯提出“設計來源于人民,服務于人民”,明確指出設計是為大眾服務的,設計的基礎是服務于人。教師在教學過程中通過滲透人機工程學進行教學,能夠讓學生認識到設計的根本目的。
1.認識人機工程學
人機工程學研究人體各部分結構尺寸、人體機能特征參數,分析人的視覺、聽覺等感官機能等內容,將這些內容融入公共空間設計,能夠提升空間的實用性,使空間更好地服務于使用者。但是學生對于人機工程學相關知識了解較少,教師在課程初期通過課堂講授法為學生傳授相關理論知識是有必要的。教師將人機工程學相關理論知識在授課過程中對學生進行滲透,使學生初步認識人機工程學與設計的關系,在思想上轉變學生對于設計是“針對造型和顏色進行”的理解,讓學生認識到設計的目的在于功能。教師在課堂中講解人機工程學的相關理論,讓學生在公共空間設計中能夠運用人機工程學的相關理論,從而培養學生的人本設計理念,使其設計不再盲目追求形式。
2.培養學生自主學習
現階段普通高等院校的設計專業學生大多在入學前只有一些美術功底,并不具備設計基礎,面對設計因為知識匱乏而不知如何下手,在這種情況下,教師成為引導學生的主要力量。為了培養學生自主學習、自主觀察的學習習慣,在教學過程中,傳授知識點已經不再成為課堂教學的主要目的,教師應引導學生自主學習,讓學生學會自學成為一個主要的教學目的。教師要將學生分組,讓學生對所在城市的某些空間進行實地調研,走出教室、走進社會,通過自己的觀察分析豐富自身的知識結構,完成學習任務。在這個階段,教師需要為學生布置好調研的主要任務,讓學生通過測量、拍照、記錄數據,接觸設計、感受設計,使其能夠通過觀察認識到設計應服務于人,優秀的設計應以功能為主要目的。這樣既提高了學生自主學習的能力,又培養了學生的觀察和總結的學習習慣。
三、交流使學生構建設計思維
環境藝術設計專業學習是系統的、循序漸進的過程,學校制訂培養方案,教師通過教學環節讓學生接觸設計案例進行學習。公共空間設計教學中的實踐調研環節,讓學生通過調研活動對公共空間形成初步認識。學生在學習過程中構建合理的設計思維有利于設計方案的形成。教師在學生構建思維的過程中起到了舉足輕重的作用,將學生在實踐調研中統計的數據和收集的設計資料進行匯總,并運用演示法將其展示給學生,學生小組間通過討論交流數據。教師在這個過程中對學生進行思維引導,把握好學生發散思維的方向,將學生討論的結果匯總后進行講解分析,幫助學生構建公共空間設計思維。
四、結語
關鍵詞:車輛人機工程;設計;影響因素
1.人機工程在車輛設計中的重要性
隨著汽車工業的不斷發展和科學技術的不斷進步,人們對汽車駕駛的舒適性要求越來越高,對人機工程學在汽車工程的應用也有了更高的要求。車輛人機工程學是一門新興的綜合性邊緣學科,是綜合了人體學、心里學和生理學方面的內容,在汽車工程方面進行應用。汽車人機工程的深入研究和應用,不但有助于改善汽車駕駛條件和舒適度,還對保護駕駛員和車內乘員的身體健康和生命安全起著重要的作用。
2.影響車輛人機工程設計的因素
2.1.目標對象對車輛人機工程設計的影響
車輛人機工程設計的最終目的是以滿足車輛銷售目標區域內大多數客戶為基礎,這就要求車輛人機工程人員要對該客戶群體的人體尺寸和相關參數有深入的了解,并能有相應的計算設計方法,然后再進行人機工程的設計。
2.2.目標個體的差異性對車輛人機工程設計的影響
作為車輛人機工程設計人員,當然希望所設計的車輛能夠滿足所有目標客戶的使用要求,但這一點無論是在技術上或是在經濟上,都無法實現。目標個體的人體差異性,是車輛人機工程設計所面臨的一個重要的問題。百分位值是表達關于人體尺寸信息和個體性差異的一種簡單有效的方法,是進行車輛人機工程設計重要的數字信息和依據標準。百分位表示人體的某項基數數據對于使用對象中有百分之幾的人可以適用,也就是指人體尺寸數據正態分布中的累計概率。根據人體測量尺寸數據,滿足不同目標人體的差異,可以分為5百分位、10百分位、50百分位、90百分位和95百分位。在對車輛人機工程設計的過程中,應該注意:
50百分位的平均值在使用的過程中,往往會將設計者帶入一個誤區,認為50百分位滿足目標平均個體的需求,但目標個體中通常沒有平均的男性或者女性,從人體測量數據來看,無論統計采樣是人體尺寸還是人體質量等,采樣統計平均值的應用意義并不明顯。例如汽車加速踏板布置設計,加速踏板與人體操縱姿勢的關系非常重要,要考慮到以下五個方面:
--加速踏板布置必須考慮長時間操作的舒適性;
--加速踏板未踩下時,踝關節角度A46不小于87°,踩到底后A46不大于105°;
--應該使駕駛員的拇趾點(BOF)踩在踏板中心位置,需要計算踏平面角度和踏板中心高度 A47;
--踏板表面的傾斜角度參照踏平面角來確定,使駕駛員鞋底腳掌處很好地與踏板表面貼合;
--必須分析不同百分位駕駛員下肢的舒適性,尤其要考慮女性駕駛員穿高跟鞋駕駛的情況。
在車輛的設計過程中,對于加速踏板的一些參數特別是最小伸及距離或者最大控制力等,絕對不能選用平均值或者第50百分位值作為標準值。因為人類的個體差異是無法消除的,因此設計者應該滿足目標客戶里的大部分人,就必須要了解目標客戶人體差異性。通常認為滿足90%或者95%就已經達到使用目標。
圖一 車輛加速踏板人機工程設計圖
2.3.設計時機對車輛人機工程設計的影響
一些女性駕駛員經常會遇到這樣的場景:當把座椅向前調整,以便更容易夠到踏板,可這樣會使得方向盤離身體太近。這樣的問題在其他一些方面也會出現,例如座椅安全帶不能充分調節而導致頸部或者胸部過緊引起不適或者擦傷;汽車儀表板的布置高度不適可能導致高個子駕駛員腿部空間狹小,矮個子駕駛員前方下部視野不足等。為了更好的分析和消除這些問題,更好的進行人機工程設計,需要車輛設計人員進行深入的調查研究,量化問題出現的概率和分布,不斷進行設計修改和優化,直至設計令客戶群體滿足。這就需要把握好人機工程設計的時機,因為在開發后期或者使用過程中一旦發現問題,再去糾正,就可能會涉及到車輛各個部件之間的互相調整,甚至需要從整體布局開始,其所需的費用會非常的高。所以在車輛總體設計和總體布置的時候,就應該講人機工程提早考慮進去,運用人機工程分析方法、人體模型CAD和專業的分析軟件等對人機工程進行全面系統的設計。
3.總結
隨著汽車設計的不斷變化和發展,車輛人機工程設計所涉及的內容也在不斷發生著變化。以上幾個因素是目前車輛人機工程中所需要重點關注的幾個方面,車輛人機工程設計中所設計的內容很多,需要設計人員不斷的運用新方法和新思想,盡量能夠做到系統全面的考慮每一個細節。
參考文獻:
關鍵詞:安全工程;原理;應用
安全工程是工學門類中的邊緣性學科,通過對工程技術相關方法的科學化運用,解決生產過程中的安全問題,合理控制有害因素,降低生產事故的發生率,創造優良的安全生產條件。安全工程的涉及范圍較廣泛,與國民經濟發展存在密切聯系,此種情況下,積極探討安全工程原理理論及其實際應用,具有一定現實意義。
1 安全工程原理概述
1.1 定義
安全工程學是一門多學科理論和方法相交融的學科,是一種現代工程技術科學,對人、機、環境之間的相互聯系進行研究和分析,并通過對相關原理、理論和測量方法進行科學化運用,保證整個系統的安全穩定運行。安全工程原理主要研究如何利用現代工程技術保證系統的安全功能的科學有效發揮。安全工程學原理的基礎是安全學和工程學,通過對系統工程、環境工程以及技術設施的科學化運用,準確分析、評價及控制工程風險,促進系統安全目標的順利實現。安全工程原理主要研究安全系統中設備設施的設計方式及應當遵循的具體原則,從而保證人體活動的高效性和安全性。
1.2 研究對象
安全工程原理是安全工程學的基本準則,主要對其自身學科范圍內的研究內容和研究方式進行總結分析,以推進學科發展,促使社會群體準確認知事物規律并加以合理運用,從而開展更深層次的研究和分析。安全工程學原理下,安全系統主要包含人員、及其設備以及作業環境三個部分,具體來講,就是安全生產活動中的操作人員與管理人員、生產活動中所應用的機器設備和儀表設備、工作人員的作業環境等三個層面。在安全生產過程中,這三個部分之間需要協調配合,以保證生產作業活動的安全高效進行,從而為整個系統的安全性提供可靠保障。安全工程原理從這三個方面出發,研究系統原理及方法的具體應用方式,分析系統運行中潛在的風險因素,進而積極采取有效措施合理控制這些風險因素,保證整個生產活動的安全順利進行。
安全工程原理的研究對象主要包括以下三個方面:
一是安全系統工程中人為主體的勝利因素、心理特征與生產安全之間存在的密切聯系,探討工程相關的規章制度、工作方式以及管理手段等是否滿足人的主觀能動性需求,是否與人的特性保持高度一致,是否遵循人體的生物能量變化需求以及活動空間的適應標準,進一步探討安全系統工程對人的勞動效率和安全行為的具體影響。
二是探討安全生產過程中各項機器設備的安全性,判斷其工作效率是否滿足整個系統的運行標準。基于生產設備的材料、形狀以及強度大小、工藝可靠性等方面入手,分析多種機器設備與生產作業安全性之間的密切聯系,探討各種機器設備在實際生產應用中對操作人員的工作效率的具體影響。
三是研究人體勞動工作過程中所面臨的作業條件和環境的適宜性,分析各種惡劣環境因素對人體人健康和勞動效率的影響,以及各種職業因素危害的預防方法,其中包括高溫高濕、噪聲、照明不適、振動、粉塵、有毒有害氣體、輻射等因素。
2 安全工程原理應用分析
2.1 安全工程原理應用機理
安全工程二級原理在安全工程整個原理體系中扮演著不同的角色,各級原理相互聯系作為安全工程原理的理論支撐。安全工程原理可以分別從人、物、環境的角度來進行研究分析,而各下屬原理也從不同方向來指導人、物、環系統的發展。人造物宜人原理是從人的角度來對人造物的設計構建提出指導要求;設備設施功能安全原理和人造物穩固原理則是從物的安全角度來對各種設備、建筑物的設計標準、操作制度進行指導;環境安全原理和合理空間尺度原理是環境發展必須遵循的安全原理,保證作業環境的舒適和健康;最小能量原理則分別從人和物的角度來對安全作業中各種能量的消耗降到最低,從而提高能量利用率和工作效率,也從能量方面將人因素與物因素相互聯系起來。輸入輸出暢通原理在人、物、環境3方面都得到了體現,物、環境方面的信息根據輸入原理的基本準則傳入至人體,而在人體對外界信息進行識別、處理后通過輸出原理將指令下達至物和環境方面,完成信息在人、物、環系統之間的運轉。
2.2 安全工程原理實際應用例子
深井受限空間與安全人工智能仿真試驗系統旨在模擬深井作業空間環境,研究人體在特殊作業環境中工作時人體各種生理、心率參數指標的變化規律及其對安全行為和勞動效率的影響。根據設備設施功能安全原理,試驗系統內均采用本質安全性的電氣設備,而且設有專門的人員操作區,即使出現機器故障或操作失誤也不會對人體造成危害。根據人造物宜人原理,該試驗裝備采用的是全自動化操控模式,人體只需在操作平臺上即可完成對整個試驗系統的各種參數的控制,從而使人的活動舒適高效安全。
根據環境安全原理,該試驗裝備從溫度、濕度、噪聲、照度、空氣壓力、風速、粉塵、有毒有害氣體等方面來模擬深井作業環境,目的在于研究惡劣環境對人體生理健康和安全行為的危害,從而預防惡劣環境對人的影響。整個試驗艙采用鋼制材料建造,使其牢固可靠,并且整個艙體內外噴涂具有隔熱、消音、防輻射功能的涂料,可保證艙體放置在室外長時間不受損害,符合人造物穩固原理。試驗艙設計為正方體艙型,設置有專門的操作區、試驗區和儲存區,空間充足能供人自由地操作活動,滿足合理空間尺度原理。各環境模擬參數儀器均采取的智能化控制,即當參數水平值低于設定值時,儀器可自動啟動運行,當水平值高于設定值時儀器則自動停止來維持穩定值,從而避免了資源能量的浪費,達到了最小能量原理的標準。整個試驗系統安裝有聲音、圖像的監測監控系統,艙體4面設有觀察窗,利用內外進行溝通交流,艙體前后都設有安全通道利用人員正常的進入和疏散等,保證了信息、人員、物質的輸入輸出暢通性。根據安全工程原理的要求,設計研發受限空間環境與安全人工智能仿真試驗系統,并介紹了試驗系統中各組成部分與各原理之間的聯系,使得安全工程原理在實際應用中得到了很好的體現。
結束語
總而言之,安全工程是生產過程中的重要內容,為確保其實際應用價值得以有效發揮,應當從安全工程原理出發,準確把握人體、機器以及環境三者之間的密切聯系,對裝備的相關功能、設備和材料進行合理利用,優化空間布局,保證整個生產活動的安全高效進行,從整體上推進社會的綜合發展。
參考文獻
[1]閆寶東.安全工程原理理論及其應用研究[J].城市建設理論研究:電子版,2015(20).