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人体工程学的发展趋势范文1
关键词：自我教育；互动；应用
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）22-0059-03
人机工程学是一门综合性、边缘性的新兴学科，该课程也是艺术设计类专业的一门重要的专业基础课，教学目的在于使学生能够了解人的生理及心理学特性，建立人机系统和人机界面的概念，以人―机―环境作为研究对象，科学地利用三要素之间的相互作用、相互依存的有机联系来寻求系统的优化，研究在艺术设计中如何满足人们的审美需求，为进行以人为本的艺术设计打下基础。总体说来该课程的内容较多，相关的理论有一定的深度和难度，并具有实践性强的特点。如何引起学生学习这门课的兴趣？如何只用几十个课时让学生能够全面、透彻地理解和掌握人机工程学的有关知识？如何在设计中应用人机工程学的理论？这是教学中要解决的难题。做好《人机工程学》的教学工作，必须是教师和学生双方密切配合，才能圆满地完成教学任务。我校工业设计专业的学生生源有两类：一类是理工，另一类是艺术。理工类的学生逻辑思维能力强，但艺术表现力较弱，艺术类的学生思想活跃，艺术表现能力强，但逻辑思维能力较弱。但是他们的共同点是有强烈的求知欲望和好奇心。人机工程学是研究人―机器―环境三者之间相互协调的学科，见图1人机工程学研究的主要内容。同时这门课是一个实践性很强的课程，要求学生有一定的动手能力。在全面仔细地研究了课程的主要内容的基础上，确定了各个章节讲解的先后顺序，从学生感兴趣的知识点入手，先从人体自身讲起，讲授的顺序是先讲人的生理特点，包括人体测量、人的感觉系统、运动系统、神经系统等，再研究人的心理特点，研究人的思维方法和特征，然后讲授机器的结构、功能、操纵等相关理论，接着讲授有关环境的章节，包括自然环境和人造环境。最后讨论人、机器、环境之间相互协调的问题。总结人机工程学的发展趋势。在课程的讲授过程中，将自我教育法贯穿于整个的教学环节，帮助学生树立信心，让他们相信自己一定能学好该课程，并始终让学生处于主导地位，教师扮演一个导演的角色，让学生唱主角，引导学生自己探讨人机工程学有关理论。具体从以下几个方面实施自我教学法。
一、选好教学切入点，充分调动学生的学习热情
人是这门学科的主要研究对象，在教学课程中最先研究人的生理和心理特点，从研究人的外形特征入手，人是大自然最美的艺术作品，在第二章“人体测量”的学习中，要求学生课前预习，自己通过看书掌握人体测量的基本概念，了解男性的体型特征和女性的体形特征上有什么区别。课堂上通过提问的方式将人体测量的重点和难点讲解清楚。学生分成若干个小组，给每一组分发一套测量工具，让每个小组的同学们一起完成测量任务，培养同学们的团队合作精神。每个同学都将自己坐姿和立姿的测量数据记录下来，填写到表格中并写出实验报告。然后每个同学根据自己的测量数据，按照1：2.5的比例做出各自的人体模板，见图2、图3、图4人体模板的照片。经过实际测量人体的数据，学生对人体的重要数据的印象非常深刻，对人体数据的应用也有直观的概念。他们的学习热情空前高涨，评论每个人的身材并相互比较。总期待下一次的上课。利用多媒体课件和人体神经系统、骨骼系统的挂图，讲解人的有关各个系统的结构，进而了解人体各个系统的工作原理，掌握人体的生理特点。研究人的思维和心理特点也是一个重点和难点，在学习第四章人的心理与行为特征时，在课堂上组织同学们做游戏，选出一位同学A猜人名，请他（她）背对着黑板面向同学站着，请另一位B同学在黑板上写出一个人的名字。当然A同学一定知道这个人。允许A同学提出十八个相关的问题，其他人只回答“是”或“不是”，最后A同学经过分析判断，猜出黑板上的人名。在了解游戏规则后，同学们各个跃跃欲试都想参与游戏，在A同学还没有猜出名字的时候，同学们都替他（她）着急，恨不得将答案直接告诉他，一旦A同学猜到，同学们就十分兴奋。从游戏中了解人类思维的特点。人类思维的基本特点有概括性、间接性、与语言的不可分性。为了让同学们更好地理解言语清晰度的概念，在课堂上做言语传输试验。所谓言语的清晰度是人耳对通过它的音语（音节、词或语句）中正确听到和理解的百分数。让学生按座位分成几个小组，教师用纸条写几句话，跟第一位同学讲纸条上写的话，并让他看清楚纸条上写的内容，让该同学将教师的话口头向另一位同学传达，每个同学都依次用口头向另一位同学传达所听到的话，最后请坐在后面的同学说出他所听到的话，结果，每次最后一个同学说出的话与教师跟第一位同学讲的话都有很大的出入。教师跟第一位同学说的话，已经被改的面目全非，每次都令同学们捧腹大笑。这证明在日常的对话中，听者并不能100%理解发言者所讲内容，有时谣言就此产生。而设计言语传示装置，其言语的清晰度必须在75%以上，才能正确传示信息。
二、以案例分析为中心，讲解人的心理特点
人的知觉是审美心理的重要组成部分，人的知觉具有整体性、选择性、理解性、恒常性、错觉等特点，在讲课过程中利用达利、康定斯基、亨利・摩尔等艺术家的作品，请学生欣赏艺术大师的作品，让学生在艺术审美中逐渐理解人的知觉特点。
三、培养学生的实际动手能力
在课程的学习过程中，每个学生都做出自己的人体模板，这个作业有一定的难度，在完成作业的过程中，学生自己摸索出制作人体模板的步骤，首先要有准确、充足的人体数据，然后就是选择合适的材料，同学们各显神通，有的用胶合板、有的用KT板、硬纸板等。接着画出人体的中心线，绘出人体的轮廓线，将人体各个部分裁剪出来，人体各部位的连接也是一道关键工序，同学们开动脑筋，巧妙地用螺钉、螺母连接，让人体模板的各个关节可以任意转动。机器的概念是广义的，在现代生活中，计算机是平时接触最频繁的工具。人机界面是一个相当重要的概念，机器上的仪器仪表就是人机界面的组成部分，为了建立良好的人机界面，必须要设计最佳的仪器仪表。在研究仪器仪表的设计时，要求同学们自行设计轿车的仪表盘，引导同学研究轿车仪表盘的功能、造型，在设计制作过程中，同学们自己总结出仪表盘设计的要点。包括仪表形式、表盘尺寸、刻度与标数、仪表指针、仪表的色彩、仪表面板形式及其布置。最后，同学们设计出了符合人机工程学的轿车仪表盘。见图5、图6、图7轿车仪表盘模型。
四、教学互动，让学生发表自己的见解
在学习完前面几章有关人、机、环境的内容后，课程学习的重点转移到人机工程学在产品设计中的应用，由于人机工程学在产品设计中应用非常广泛，因此，只靠教师一个人是不可能全面地总结的，必须要学生参与总结。以“人机工程学在产品设计中的应用”为题目，布置作业让每个同学制作多媒体课件，并在课堂上发表演讲。同学们积极收集有关资料，列举了许多实例生动、翔实地说明了人机工程学的应用。从不同的角度总结该学科在工业设计中的应用，这样的教学活动让教师和同学开阔了眼界、增长了知识，起到了教学相长的作用。
五、共同探讨和总结人机工程学的发展趋势
人机工程学是一个正在蓬勃发展的新兴学科，还有许多理论有待进一步完善，在课程将要结束的时候，组织学生探讨和总结人机工程学未来的发展方向，在课堂上让同学们畅所欲言，大家七嘴八舌地发表自己的见解，最后总结出以下结论：在当今数字化、信息化迅速发展的时代，人机工程学也会向着数字化、信息化、智能化的方向发展，在人类面临着生态环境遭到严重破坏的情况下，人机工程学必然会向着绿色设计、可持续发展的方向发展，在产品设计中，应用人机工程学的理论，可以实现虚拟人机工程。人机工程学为“以人为本”的设计提供了理论依据。
总之，自我教育法能够有效地调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣，并能培养学生的自学能力，引导学生发现问题、分析问题和解决问题，能够将理论知识的学习与产品设计的实践有机地结合起来，锻炼了学生的动手能力，从而提高了学生的综合素质，数年的教学实践证明：这种教学方法不仅使学生能够牢固地掌握该学科的理论知识，而且能在产品艺术设计中灵活地运用。
参考文献：
[1]丁玉兰.人机工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2005：2.
[2]赵可恒，刑益波.工业设计专业人机工程学课程改革之思考[J].广西轻工业，2007，（12）.
[3]汪惠芬，刘婷婷.“人机工程学”课程教学模式探索与实践[A].中国制作业信息化，2007，（09）.
[4]但武刚.教育学案例教程[M].武汉：华中师范大学出版社，2007：6.
[5]林俊.《人机工程学》的教学改革与实践[J].中国教育导刊，2007，（16）.
人体工程学的发展趋势范文2
关键词:人机工程学;警棍;设计
一、概述
现代越来越多地提到人机工程的产品,只要是人类所使用的物品,包括武器装备,都应该在人机工程上加以考虑,产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的。优化产品设计,用以建立人与物之间和谐关系的方式,最大限度地挖掘人的潜能,综合平衡地使用人的机能,从而提高作用效率。
警棍的设计应在认真研究人、警棍,环境三个要素本身特性的基础上,充分考虑三个要素相互间的关系,优化警棍总体的性能。人机工程学上警棍的结构设计标准为:
(一)警棍与人手的尺寸形状、生理特点是否配合;
(二)警棍在使用时是否顺手和便于发力;
(三)警棍是否便于清洁、保养及修理。
二、警棍的外形结构设计分析
(一)警棍握把的设计分析
手握式操作工具,握把当然是最重要的部分。对于警棍,其操作方式是掌面与手指周向抓握,所以其设计因素应包括握把直径,长度,形状等。
1、直径:警棍的握把设计应避免掌部组织受压力,如果握把直径太大,长时间的紧握会在掌部和手指处造成很大的压力,引起局部性的缺血,导致手的麻术;直径太小则会减小握力,降低灵活性与操作速度,并使指端弯曲增加,长时间操作会导致指端疲劳。握把的直径大小取决于工具的用途与手的尺寸,着力抓握比较适合的直径是30~40毫米,所以警棍握把直径也应设计为30~40毫米。
2、长度:警棍的握把应避免过长或过短,过长不仅浪费材料增加重量,而且还使得在操作时的灵活性变低,影响使用的效能;过短使得手掌不能完全用上力,影响作战时的发挥。而且在用力操作时警棍容易脱手。握把长度主要取决于手掌宽度,掌宽一般在70~98毫米之间,因此合适的握把长度为100~125毫米。
3、形状:对于警棍着力式抓握,握把与手掌的接触面积越大,则压力愈小,因此选用圆形截面握把较好,使压力能分布于较大的手掌面积上,减小应力,或者使压力作用于不太敏感的部位,如拇指与食指之间的虎口部。为了防止使用时出现滑脱,可以在握把上面设计防滑纹。
(二)警棍棍体的设计分析
警棍的材料不但要有好的强度和韧性,而且要求质地轻、耐腐蚀。目前国内警棍的材料大多采用橡胶,很难适应新形势下防暴制暴的复杂多变性。警棍的材料最好选用强度的较高的聚碳酸酯材料和醋酸纤维素材料,因为这类材料手感凝重,质地精良,耐敲打,在高温下不弯曲,膨胀率低,吸收能盛的性能较好,打击后棍上不留凹痕。
长度不宜过长或过短。长警棍可以增强威慑力,扩大作战的范围,但太长携带不方便,警棍过短则很难发挥出警棍的威力,鉴于此并结合人体前臂的尺寸,警棍的合适长度在400~700毫米之间。如目前武警部队装备的98-1型橡胶警棍的全长为490毫米,符合作战的需求。
警棍总重量不宣太重也不宜太轻,虽然警棍重量大可以增加打击力度,但操作起来比较费力,不适合长时间操作,警棍太轻发挥不出打击的力量,握在手里没有手感,不适合作战。例如98-1型橡胶警棍的全重为0.8千克,重量适中,符合人机工程学的要求。
三、警棍功能实现方面的人机工程学设计分析
(一)防抢功能设计分析
在警棍前部的外侧面或外圆柱面上设有隐藏的刀刃,如果暴徒胆敢抓住警棍的前部外侧实施抢夺,使用者只需用力抽回警棍,设置的了刀刃就会割伤暴徒的手掌。
(二)威慑功能分析
警棍作为一种警用器材,必须要有强悍的外观,能使对方产生一种恐惧。所以在棍体形状设计必须满足人机心理学方面的特性,使用时能给暴徒在心理上施加一定的震撼。例如,将警棍棍体设计成带有尖刺的狼牙二棒状,这能在外观上带给敌人一定的恐惧感。
(三)便携式设计分析
警棍的携带设计,可以在手柄的尾部带有一个金属环,通过金属环将警棍棍体与一个卡钩相连接。在不用警棍时可利用卡钩把警棍别挂在腰上。佩戴警棍时,将警棍的卡钩挂在腰上,置于身体的左侧,棍身下垂贴于裤缝。这样长时间佩戴不会对腰部及腿部产生不良影响,当遇到紧急情况时,也可以迅速持棍,进入战斗状态。
四、警棍的发展趋势
(一)趋于多功能化
目前装备的警棍只具有打击的功能,性能比较单一,为了更有效的打击犯罪势力,维护社会秩序,警棍的发展应趋于多功能化,集警报、电击、喷雾、照明手一体。例如在警棍前端增加一个强光手电,既可用作照明又可使用强光刺激敌人的眼睛,使其目眩;或者在棍体内携带刺激剂,必要时将其喷出以制服暴徒。
(二)新颖的外观设计
如将警棍做成可伸缩式或拐形状,可达到出其不意、一招致敌的效果。警棍作为一种警用装备器材,外观必须具有强大的威慑力,使人产生畏惧感,首先在气势上压倒敌人。
人体工程学的发展趋势范文3
【关键词】生物医学材料；研究现状；生物活性；发展趋势
科学技术的发展，各种新型生物医学材料被研制出来，并在医学领域中得应用。到2000年为止，在全世界高达1600亿美元的医疗市场中，医用生物材料所占比率已经达到了一半，且以20%的增长速度递增。二十世纪80年代是新型生物医学材料辈出的时代，进入到二十世纪90年代，以珊瑚为原材料的骨移植材料、人工皮肤、猪心脏瓣膜在医学领域中得以应用。二十世纪，美国采用新型聚氨酯材料研制出人造血管。中国在生物医学材料的研制方面起步较晚，但是应医学领域需要而对各种生物医学材料有所应用。随着国家对生物医学材料研究的重视，国家开始启动医学生物材料项目，并将生物医学材料纳入到优先发展的产业当中[3]。在中国的“十二五”规划中，还特别指出要将重点发展新型口腔植、人工关节、新型人工血管、人工心瓣膜以及各种人工修复材料等等生物医学材料。
一、生物医学材料研究现状
（一）金属生物材料
在医学领域中，医学金属材料是较早采用的，且应用材料非常广泛，包括不锈钢材料、钛合金材料等等。其中，不锈钢材料具有较强的耐腐蚀性，因此应用效果非常好。由于人体内为较为复杂的电解环境，随着316L不锈钢的应用，解决了这一问题，但是，却不具备生物相容性。钛合金具有良好的耐腐蚀性和生物相容性，具有一定的生物材料强度。钛合金的抗拉强度介于500兆帕至1100兆帕之间，使钛合金的弹性与人体的骨骼弹性更为接近，以使材料植入到人体后，与人的骨骼更为匹配。
（二）高分子生物材料
医用高分子材料的出现，使得医用材料可以用于对损伤的人体器官以修复，以增强器官的恢复功能。目前所使用的医用高分子材料分为可生物降解和非降解的高分子材料。可生物降解的高分子材料植入人体后，可以降解被为对人体无毒无害的CO2、H2O等对人体不会产生刺激性的物质。可生物降解的高分子材料可以是胶原蛋白或者纤维蛋白等等天然材料，也可以是聚乳酸等人工合成高分子材料。非降解的高分子材料属于是惰性的高分子材料。聚乳酸在医学生用于外科缝合线和药物释放的载体。由于其具有可降解性能，当伤口愈合后，就会被人体组织吸收。聚乳酸可以在降解的过程中，将药物释放到人体中，使药物发挥作用。
（三）秃仙物材料
复合生物材料用于医学领域中已经获得了长足发展，但是，由于材料植入人体后，会对人体的生理环境产生抵抗力，因此会存在一些问题有待进一步研究。目前医学领域中所采用的复合生物材料包括有三类，即生物陶瓷复合材料、金属基医用复合材料和高分子复合材料。生物陶瓷复合材料植入到生理环境中后，并不会产生毒性反应，且具有良好的生物活性和生理环境相容性。金属基医用复合材料在医学领域中应用，金属具有单一的生物活性，可以采用生物涂层技术，以提高金属表面的耐磨性和生物相融合。高分子复合材料是一种接近人体自然骨骼的高分子复合材料。人体骨骼本身就是一种层状的复合材料，采用这种复合材料替代，虽然可以起到治疗作用，但是其韧性明显要低于人体自然骨骼。
（四）无机非金属生物材料
无机非金属生物材料具有良好的化学稳定性和生物相容性，主要包括生物活性陶瓷和惰性的无机材料。生物活性陶瓷材料主要用于关节、牙齿等等的硬组织修复。但是，该种材料不会与人体的活体组织结合，从而影响治疗效果。惰性的无机材料以医用碳素材料为主。该种材料具有较高的耐磨性，韧性和强度都非常高，特别是具有良好的抗疲劳性，可以与人体自然骨骼相匹配。骨骼损伤者选择这种材料可以获得良好的治疗效果[2]。此外，医用碳素材料在人体的生理环境中并不会产生毒副作用，良好的化学稳定性和人体亲和性，且具有抗血栓性和抗溶血性。如果对患者执行人工心脏瓣膜手术，医用碳素材料是优先选择的材料。
二、生物医学材料研究的发展趋势
生物医用材料的发展进程中，从简单的结构模仿发展为组织诱导再生，使生物医用材料的单一性能逐渐向综合性能发展。简单的结构与外观的仿制，向智能化仿生发展，使材料的应用已经与现代的医疗技术融合，并共同发展。根据目前医学领域的发展程度，生物医用材料的研究空间还很大，并会涉及到多种学科，包括材料学、工程学、控制论以及生物技术等等，这些学科都会对生物医学的发展产生推动作用。特别是各种新技术、新方法的应用，将生物技术引入到智能化发展的思路，使生物材料不再局限于实验室研究，而会在临床上得以广泛应用，以为医疗做出贡献。
结论
综上所述，生物医学材料属于是交叉学科，为材料学和医学等等多种学科相互结合而形成。作为一门应用于医学领域的新兴学科，所研制的是用于医学组织工程领域的各种新型的人工材料。根据技术含量的不同，生物医学材料可以被划分为金属生物、高分析生物、复合生物和无机非金属生物材料。随着生物医学材料研究的发展，使得生物医用材料智能化发展。
参考文献：
人体工程学的发展趋势范文4
设计教育不能局限于知识的认知过程，而是要在课程体系中全面培养学生对设计定位的敏锐感知力、设计分析的洞察力和设计解决的创造力。教育不但要教会学生认识“What”，更要教会学生认识到“How”和“Why”，积极寻求思维转化途径、提升综合思维能力。
二、教学方法创新目标
1.关注材料与工艺的选择与运用
材料是家具陈设设计的物质基础，而工艺是家具陈设设计的方法基础，制作模型的过程需要学生实践家具的成型工艺以及形态、材质、空间对于家具设计的影响。许多学生在制作过程中体会到了不同材料的性能和构造方法，从而不断总结经验，结合家具的结构特性，在设计过程中避免了出现违背材料特性的结构形式；学习掌握常用家具施工机具的使用方法和注意事项，理解家具构造中各层结构的连接、嵌缝、饰面的工艺，了解家具施工构造，即“结构+基层+面层”的设计原则和内容。
2.关注家具尺度之于人体工程学和经济考量的运用
家具陈设设计不是单纯的“机械设计”，而是以人为本的“生命设计”，仅仅依靠书本上关于人体工程学的尺度数据，学生无法直观、有效地以科学的观点做设计。因此，在家具实践制作过程中，应当引导学生了解常用材料的规格，并学会计算和下料；同时，利用等大实物模型可以随时切身感受家具的尺寸和使用功能，并按需调整其尺寸使之舒适、耐用。
3.关注团队合作及沟通能力的培养
良好的团队协作精神及沟通能力是设计师的基本技能，在课程中引入团队学习的方法可以让学生提前演练自我发展能力和专业表达能力。团队成员之间在方案选择与优化、材料选择与购买、工艺操作与选择上都会有不同层次的沟通与交流，学生走上工作岗位后也会实时与同事、业主、工人、供应商等沟通交流，通过教学上的实战可以提高学生的协作能力和沟通技巧。在教学过程中，教师要重视塑造学生积极的动手能力、分析能力和创造能力，使其养成良好的学习习惯和严谨的工作作风，不仅仅要学会课本知识，更要学会做人和做事。
人体工程学的发展趋势范文5
1行为空间
满足人们行为活动所需的空间，一般根据人体动态尺度和行为活动的范围考虑空间。如完成炊事活动所需要的厨房空间;完成洗浴活动所需要的浴室空间。另外，满足户外生活是人们对城市空间最表象和最基本的行为心理需求。人们为了这样或那样的目的投身到一系列的运动过程中去，就构成了人的活动，户外生活包含活动按性质一般分为三类，即必要性活动、随意性活动和社会性活动。如小区内运动活动空间;公园内休闲平台;广场上集会表演空间等。风俗习惯是一种行为特征的群体表现，它不是因人而异，而是带有地域性特质的由当地积累的生活方式。生活中的习俗、文化的习惯、象征的意义是社会演进过程中必然传承渐变的内容，是群体积累的生活方式，透过空间使用而生成一定的空间结果。如中国传统的端午节赛龙舟和元宵节观花灯;欧美国家的万圣节化妆舞会以及圣诞节的圣诞活动等都是具有地方特色的民俗活动。
2生理空间
人类自身是一种动物，具有和动物所具备的基本生理要求。主要包括:视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉等几个方面的感受。可以通过满足空间环境合理的光感，定位视觉空间的不同效果;制造合适声音效果，达到氛围的烘托;改善环境气味，制造空间效果的独特性;以及人体肌肤的感受;味蕾的感受等都是满足生理空间设计的基本要素。设计时，要注重各个生理感受的统一与协调，不要牛头不对马嘴，忽略了空间设计的整体感。
3心理空间
心理上满足人们需要的空间，包括:个人空间与人际距离，领域性，私密性。个人空间是最小的随身体移动的区域，有的心理学家则把它称为身体缓冲区。它是每个人身体周围存在的既不可见又不可侵犯和干扰的空间，是随身体移动而移动的“气泡”。“气泡”大小受到人与人之间的相互影响，这种人的相互交往与活动便是人际距离。人际学家霍尔把人际距离明确概括为四种，即:亲昵距离、私交距离、社交距离和公共距离。亲昵距离范围0～0．45米，主要为情人间的交往，一般不用于公共场所;私交距离范围0．45～1．2米，一般用于亲属、师生、密友之间;社交距离范围1．2～3．6米，这是在大多数商业活动和社交活动中所惯用的距离;公共距离范围3．6～7．6米，主要用于演讲、演出和各种仪式。领域是人们所占用与控制的一定空间范围，领域性是与领域有关的行为，是指个人和群体为了满足某种需求，要求占有或者控制一定特定空间范围及空间中所有物的习性。领域空间一旦形成，外来者的入侵就会令占有者感到不快，而用眼神、手势、语言以致动作来保护这一领域，外来者也会因此局促不安。另一方面，领域还使各占有成员增强了从属于同一空间范围“认同感”，进而促使他们积极参与该领域的管理和建设，而这又反过来加强了领域的完整与统一，加强了外来干涉者对该领域的尊重。私密性具有隔绝外界干扰的作用，而仍能使人在需要的时候与其他人的接触。是空间被划分成不同的领域，而不同的领域又相对独立，又具有自己空间特色的空间范围。因此，“私密———公共”互为极端，在设计中为不同活动进行领域划分的时候，必须以相应的物质手段来满足不同层次的空间环境。
4人体工程在未来的发展趋势
未来50年内，预计75岁以上老年人口的数量将翻番。如果这样，专为正常人设计的设备、服务和系统就必须扩展到其他使用人群。人们需要获得整个社会群体(包括老年人和残疾人)能力的相关方面的数据资料，包括:生理学方面(譬如:肢体活动范围、力量、视觉、听觉)、心理学方面(譬如:感知、反应时间、记忆)，同时需要人体测量学的数据(人的身材和外形范围)。具备了以上资料，尽职的设计师就形成了一个知识数据库，可以随时提取想要的数据。通过数据改造现有的环境，老年人和残疾人的生活质量可以获得很大提高，生活环境更加宜人可居。
5结语
人体工程学的发展趋势范文6
【关键词】：化学工程；系统；和谐；辩证法
自然界中的和谐系统比比皆是，大至宇宙，小到原子；地球生态系统是和谐的，动植物群落是和谐的，人类社会体系是和谐的，健康的人体更是一个绝妙的和谐体。所有这些和谐系统遵循着同样的辩证综合的规律，具体可以归纳出三条：1．统一律；2．层次律；3．进化律；所有和谐系统具有同样的性质：1．开放性；2．自组织性；3．非线性；4．无限发展性[1]。当爱因斯坦把大半生致力于统一场论时，其哲学上的需要相对物理学上而言或许要来得大，面对物理学的系统和谐，理论规则的分立是不能令他觉得满意的。而化学工程的发展是不是因循同样的哲学历程呢？
在化学工程作为学科开始被重视之前，化学工业已具有了相当的规模，各种具体的工程与工艺都被独立开来，在认识上是被分为各门特殊的知识，因此，当国外高等院校在十九世纪末开始设置"化学工程学"时，开设的课程大多是学习当时化学工业的各种工艺学，"化学工程"的概念在当时还是相当模糊的，在理论上充其量是化学与机械的一种混合（amalgam）。然而这种理论混合的模式在德国人看来却是很正统的，即使在今天，他们也避免专论"化学工程"，而是称之为"过程工程"（process engineering），这一名称实际上要比"化学工程"的范畴更广，甚至更为准确，凡是涉及一定流程与工艺的领域都是适用的。但我们习惯上还是沿用"化学工程"的名称。
二十世纪开始，化学工业迅猛发展，在社会经济中占的比重越来越大，客观上需要化学工程学科的发展和支持。随着生产力的发展，人们对事物运动规律性的认识也愈来愈深化，愈来愈有概括性。伴随着其他领域科学技术的快速进步，人们逐渐认识到化学工业中各门看似不相干的工程和工艺中存在着共同的物理特性。1901年，美g.e.的davis《化学工程手册》的发表，初步提出了"化工物理过程"的原理。1900年始，以合成氨、纯碱、燃料等为代表的近代化工厂出现，如1913年，德哈勃-博施法高压合成氨技术的产业化，星火燎原的，化学工业呈现出巨大的发展前景。到了二十年代，美mit的一些学者提出：不管化工生产的工艺如何千差万别，它们在众多的典型设备中进行着原理相同的物理过程。1920年，美mit成立了第一个严格意义上的化工系，时w.k.lewis任系主任。1922年美国化工学会认同了新的见解，引出了"单元操作"（unit operation）的概念，这一概念在苏联时期和我国则广泛称为"化工原理"。
1900年始的"分离工程"研究使"单元操作"的概念日趋成熟。被称为单元操作的过程主要有流体流动、传热、干燥、吸收、蒸发、萃取、结晶和过滤等，以这些单元操作作为研究和学习的主要内容，是化学工程学科在二十世纪前半期发展的核心，其理论迅速成为发展化学工业的重要基石。这种把千变万化、千差万别的过程和工艺概括成"单元操作"是生产力发展到一定水平的反映，是化学工程学从"个性"到"共性"的第一个哲学性概括，是在一个系统整体性把握的高度上建立了一门技术科学，体现了系统科学发展的和谐统一规律。
随着"单元操作"概念的确定，另一方面，化学工程学科中重要支柱之一的"反应工程"亦逐渐浮出水面。从最初的德winkler流化床煤气化炉的应用到德bergim-pier三相液化床煤液化工艺的开发，又到1931年丁纳橡胶和氯丁橡胶的投产，化学工业上发展的高峰持续不绝，1940年美国fcc炼油开发成功，成为石油化工的起点。直到1957年，欧洲第一届反应工程会议，明确提出"反应工程"的概念，成为化学工程学科的重要组成部分，是化学工程学的进一步和谐统一。"反应工程"的建立，乃至今日仍备受困扰的"过程放大效应"问题，及从"逐级放大"到"数模放大"的研究都带动了"化工过程系统工程"的发展，并共同体现了系统科学发展的和谐层次律。
就在"反应工程"发展的同时，"单元操作"得到了更加深刻的认识，人们发现各单元操作之间存在着更为普遍的原理，"过滤只是流体传动的一个特例；蒸发不过是传热的一种形式；吸收和萃取都包含着质量的传递；干燥与蒸馏则是传热加传质的操作……"[2]于是单元操作可以看成是传热、传质及流体动量传递的特殊情况或特定的组合。这种认识的深化过程并没有停止，人们进一步又发现了动量传递、热量传递和质量传递之间的类似性。于是从二十世纪50年代开始，人们综合了以往的成果，开始用统一的观点来研究三种传递过程。1960年，美威斯康辛大学（univ. wiscosin）的r.b.bird教授出版了《transport phenomena》一书，系统地采用统一的方法来处理三种传递现象，从此化学工程学科的核心过渡到了"三传一反"的系统性概念。"三传"的研究是系统科学和谐进化律的又一体现，使化学工程学达到了一个新的整体性高度，这种高度的和谐统一是对客观世界本质性的认识，并在学科上反映出了系统科学的基本原理和性质，其影响力是普遍性的，是跨学科的，不仅使"传递原理"成为化学工程学的重要基础，同时在生物工程、机械、航天和土木建筑等工程学科上也具有重要意义，并日益成为工程专业共有的一门技术基础课，只是侧重点有所差异而已。
至此化学工程学科自身经历了一系列的演化和发展，并在短短的一个世纪中达到了一个前所未有的高度，涵括了众多的生产和应用领域，如医药、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化学品等，每年为社会提供数以亿吨计的千百万种产品，是人们衣、食、住、行须臾不可离开的物质基础，为社会繁荣作出了巨大贡献。然而事物总是一分为二的，从人类发展最为激动人心的口号"征服自然"到今天庞大的工业化进程，地球自然生态系统遭遇了前所未有的严峻局面，这之中，化学工业是造成大规模环境污染及恶性重复污染的主要过程之一，化学工程学科需要肩负起新的使命。1990年，"生态化工"（eco-chemical engineering）的概念提出来了，相应在化工生产和过程工艺中提出了"清洁化工"和"绿色化工"的概念，因时应势，化学工程学开始了系统科学的自组织过程，这也是和谐系统对立统一发展的需要。在系统科学看来，自组织是和谐系统的基本性质之一，只有自组织系统能通过外部和自身内部的不断协调、整合，在适应环境的同时保持自己的特性并产生新的功能。从自发到自觉地，化学工程学吸收了自组织的理论，不断在广度和深度上充实、完善和发展。
随着新世纪的到来，世界正发生着全球性的变化，经济、社会、环境和技术等领域都面临着新范畴新理念的变更和冲击[3]。化学工程学科需要因应时展而改变传统的限制，不断有新的概念提出来，如化学工程应是伺机而待的专业（a profession in waiting）；化学工程师必须"be steeped in technology"，能够创新、开发、变换、调控和适应取代；化学工程学科要从"process engineering"达到"product engineering"再到"formulation engineering"。进一步的综合认为，化学工程学关注着同时发生在非常广泛的时空跨度内的现象，必须具备多尺度、多目标的方法来达到过程的总体优化。涵括了五个方面[4，5]：
① nanoscale（纳观尺度）：研究量子化学、分子过程与分子模拟等。
② microscale（微观尺度）：研究微粒、气泡、液滴、控制界面胶束和微流力学规律等。
③ mesoscale（介观尺度）：研究换热设备、反应设备、塔器以及传统的"单元操作"和"三传一反"等。
④ macroscale（宏观尺度）：研究生产装置和生产过程等。
⑤ megascale（兆观尺度）：研究环境过程和大气生态过程等。
于是化学工程学的核心转变到了"多尺度、多目标择优"的概念，化学工程学科又到达一个新的和谐统一的高度，进入了更高层次的系统工程领域。
新的发展的深度促使化学工程学科作出了一定尺度的"分化"，然而这还远未结束，人们对世界的认识还在不断探索不断深入，一个更深刻更普遍也更一般的问题已经触到了化学工程学科的神经，触到了化学工程学的认识本质，并促使化学工程学需要有新的"融合"。这一问题就是"非线性及其包涵的混沌原理"，相对于"线性"是人类认识客观世界的基本工具，"非线性"则是客观世界的本质特征，是"线性"反映的目的，是从科学角度看待世界的一种和谐统一；而在对"混沌发展"的研究表明，"混沌运动的普遍存在，揭示了自然界中实际系统发展演化的新行为，混沌态的自相似性使这种时间演化表现为一种空间结构，而且以其不同空间尺度上的相似性，揭示了系统复杂运动的统一性。这种统一性是一个观察"整体"的问题，只有在长时间范围（因为混沌运动是一种长时间行为）和更高层次复杂性中才能显现出来。"[6，7]这一问题涵盖了自然科学和人文社会科学的众多领域，具有重大的科学价值和深刻的哲学方法论意义。马克思曾经预言："自然科学往后将会把关于人类的科学总括在自己下面，正如关于人类的科学把自然科学总括在自己下面一样：它们将成为一个科学。"从这一角度上，"非线性"问题是这种过程一体化的契合点以及整体认识论上的共性[8]。当站在这种整体性的高度上，化学工程学科获得了全新的视野和更强大的分析解决问题的能力，并最终具有了学科融合的基础。
在整个化学工程学科的孕育、诞生和发展过程中，始终交织着学科的"分化"与"融合"，除了上述尺度（scale）上的分化以外还有着所谓的石油化工、精细化工、高分子化工等专业上的分化；另一方面，作为近代工程技术，它又是自然科学（化学、物理等）和技术科学（机械、材料等）的融合。正如物理学家普朗克（planck）所指出的："科学是内在的整体，它被分解为单独的部分不是取决于事物的本身，而是取决于人类认识能力的局限性，实际上存在着从物理到化学，通过生物学和人类学到社会学的连续的链条，这是任何一处都不能被打断的链条。"事实上，当化学工程学科的核心发展到"非线性混沌系统"时，实现科学的融合已是其客观系统性的需要，它需要强有力的非线性解算能力和综合分析能力。基于人工智能和神经生物学的人工神经网络（artificial neural networks）技术为这种系统性的融合提供了新的思路和途径。人工神经网络特有的信息处理能力在愈来愈多的领域中展现出广阔的应用前景，它具有如下特点[9，10]：
① 学习：神经网络可以根据外界环境修改自身行为，这使它比其他任何方法接受自身感兴趣的外界信息更敏感。
② 概括：经过学习训练后，神经网络的响应在某种程度上能够对外界信息的少量丢失或自身组织的局部缺损不再很敏感，反映了神经网络的健壮性（鲁棒性），即工程上说的"容错"能力。
③ 抽取：神经网络具有抽取外界输入信息特征的特殊功能，在某种意义上可以说它能"创造"出未见的事物。
④ 模拟：神经网络由众多的神经元组成，以并行的方式处理信息，大大加快了运行速度，可以逼近任意复杂的非线性系统。
当然，神经网络并非十全十美，其自身的发展就曾经历过相当曲折的过程，但是，人工神经网络（anns）特性的融合将是化学工程学科发展到非线性核心系统的自组织适应和需要。例如采用神经网络设计的控制系统，适应性、稳定性和智能性均较好，能处理复杂工艺过程的控制问题，也使得化学工程师不但也是机械工程师，还首先是系统工程师，并能从最一般的非线性原理出发，解决实际过程的创新、应用、开发、生产等问题。
生产力的不断发展，科学技术的持续进步，人类认识自然和改造自然的不断深化，化学工程学科必将不断"分化"和"融合"，体现出和谐系统的无限发展性质。
参考文献
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[7] 苗东升. 系统科学精要[m]. 中国人民大学出版社, 1998, 5:20．
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