基于人机工程的atm设计论文本科学位论文.docx
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基于人机工程的atm设计论文本科学位论文
银行ATM机在我国大多数城市已经得到了广泛的应用，但是现在大多数ATM机的设计存在各种缺陷，由于这些缺陷，人们在使用这些ATM机时会有一系列问题。
比如：
ATM的尺寸不符合人的身体尺寸、人机界面不够完美、ATM机存在安全问题、操作环境不够舒适等等。
运用人机工程学的基本理论知识，坚持以用户为中心的原则对ATM机进行设计优化。
首先对已有的ATM机进行尺寸测量，运用Pro-E软件对ATM进行建模。
然后运用人机工程学的知识对ATM机的相关尺寸、人机界面、安全防护、操作环境进行设计，分别从人-机-环境三个方面详细的阐述ATM机的设计过程。
最后用Pro-E软件绘制出所设计的三维模型。
关键词人机工程学自动取款机设计
TitledesignofbankATMbasedonErgonomics
Abstract
BankATMmachinesinmostcitiesinChinahavebeenwidelyused,butnowmostoftheATM,theexistenceofvariousdefectsinthedesign,duetotheseshortcomings,peopleusetheATMmachinewillbeaseriesofquestions.Forexample:
ATM'ssizedoesnotmeettheperson'sbodysize,man-machineinterfaceisnotperfect,ATMmachinesecurityproblems,theoperatingenvironmentisnotcomfortableandsoon.Theuseofthebasictheoreticalknowledgeofergonomics,adheretotheprinciplesofuser-centereddesignoptimizationoftheATMmachine.First,theexistingATMmachinesizemeasurement,theuseofPro-EsoftwaretomodelATM.ThenusetheknowledgeofergonomicsrelatedtotheATMmachinesize,man-machineinterface,security,operatingenvironments,thedesign,respectively,fromtheman-machine-environmentdetailthreeaspectsofthedesignprocessofATMmachines.Finally,Pro-Esoftwareisdesignedtodrawoutthethree-dimensionalmodel.
KeywordsErgonomicsAuto-TellerMachinedesign
前言
如今，ATM机已经深入到人们的生活中，ATM为人们的生活提供便捷的同时，也带来了一些麻烦。
近些年，随着ATM被广泛的应用，ATM的一些设计问题逐渐的显现出来。
例如：
1、一些文化素质低的人，不知道怎么样使用ATM。
2、ATM经常出现故障，而事后处理比较的麻烦3、ATM机的周围犯罪案件逐渐增多。
如果这些问题不解决，人们就不会安心的使用ATM机，这样ATM就无法发挥它应有的作用。
人机工程学是一门研究人-机-环境三者之间相互关系的学科，是近几十年发展起来的一门边缘性应用学科。
有机该学科在发展的过程中有机地融合了生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动学科、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和成果，形成自身的理论体系、研究方法、标准和规范，研究和应用范围广泛并具有综合性。
该学科的研究目的在于设计和改进人-机-环境系统，是系统获得较高的效率和效益，同时保证人的安全、健康和舒适。
工程设计是人机工程研究的目的，它与人机工程学科之间存在密切的关系。
运用人机工程学的知识对ATM进行设计的人，必须对人机工程和ATM机都有一定的了解，找到人-ATM机-环境的相互关系，对整体系统进行改进，这样设计出来的ATM机，才会获得较高的效益和效率，同时人们使用时才更加的健康、舒适、安全。
第一章：
绪论
1.1人机工程的介绍
人机工程学是研究人-机-环境三者之间相互关系的学科，是近几十年发展起来的一门边缘性学科。
该学科在发展的过程中有机地融合了生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动学科、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和成果，形成自身的理论体系、研究方法、标准和规范，研究和应用范围广泛并具有综合性。
该学科的研究目的在于设计和改进人-机-环境系统，使系统获得较高的效率和效益，同时保证人的安全、健康和舒适。
1.1.1人机工程学的定义
国际人类工效学学会（InternationalErgonomicsAssociation,简称IEA）将该学科定义为：
研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心的理学等方面因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题。
《中国企业管理百科全书》将其定义为：
研究人、环境和机器的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的心理、生理等特征，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。
综合起来，人机工程学就是按照人的特征设计和改进人-机-环境系统的科学。
人-机-环境系统就是指由共处同一时间和空间的人与其所操纵的机器以及他们所处的周围环境所构成的系统，也可以简称为人-机系统。
在上述系统中，人是处于主体地位的决策者，也是操作者或使用者：
机是指人所操纵或使用的一切物体的总称，它可以是机器，也可以是设施、工具或用具等；环境是人、机所处的物质和社会环境。
人、机、环境在其构成的综合系统中，相互依存、相互制约和相互作用，完成特定的工作过程。
1.1.2人机工程学研究内容
人机工程学的研究包括理论研究和应用研究两个方面，但学科研究的总趋势还是侧重应用。
虽然各国工业基础及学科发展不同，学科研究的主体方向及侧重点也不同，但根本研究方向都是通过揭示人-机-环境之间相互关系的规律，以达到确保人-机-环境系统总体人的最优化。
其主要内容可概括为以下几个方面。
（1）研究人的心理与生理特征
（2）研究人机系统的整体设计（3）研究人机界面设计（4）研究工作场所设计和改善（5）研究工作环境及其改善（6）研究工作方法及其改善（7）研究系统的安全性和可靠性（8）研究组织与管理的效率
1.2ATM的介绍
1.2.1ATM机定义
ATM，是Auto-TellerMachine的缩写，意思是自动柜员机，因大部分用于取款，又称自动取款机。
用户通过ATM可提取现金、进行账户之间的资金划拨、余额查询、更改密码等工作；还可以进行现金存款、支票存款、存折补登、缴纳手机话费等中间业务等工作。
ATM近年来快速发展，目前已经逐渐衍生出了现金存款机（CDM）、现金循环机（CRS）、存折补登机、外币兑换机（XDM）、多媒体查询终端等多种终端设备。
1.2.2ATM的分类
目前的ATM根据安装方式的不同，可分为穿墙式和大堂式ATM；
根据与所属网点的连接方式不同，可分为行式ATM和离行式ATM。
离行式是指取款机安放的位置不在银行营业厅内，而是在远离所属银行营业厅场所的位置。
一般会在人流量大，可能会出现现金需求量大的商场、超市、学校或十字路口等地方。
在行式是指安放在营业厅内或者营业厅墙外。
如营业厅旁边的24小时营业厅，或营业厅边外。
一般来说，离行式的自助设备由于分散，有些甚至安装在户外，在监管上比较的困难，更容易遭到破坏。
因此，离行式采用穿墙式的较多；而在行式的设备，特别是安装在营业厅内的设备，在监管和维护上都比较的容易，因此一般选择功能和形态上比较新颖的设备来提升服务质量和银行形象。
根据使用地点可分为三类：
室内式、户外式和驾车式。
室内式ATM机主要安装在银行营业厅内、商场、超市，在国外，也常放置在24小时便利店里边。
户外式安装在户外，以穿墙式居多；驾车式ATM一般也在户外，其主要特点是驾驶的用户可以不用下车，直接在车内进行操作，这种产品目前在国内还比较少见
1.3、课题背景
随着银行自动取款机（ATM，Auto-TellerMachine）设备的应用和普及，银行为客户提供了全天候、自助式、分布广的取款、存款、转账、查询等银行服务，具有手续简单、快捷、便利的优点。
但同时ATM机仍存在一定的缺陷，如ATM的操作界面和外形不够人性化、ATM取款时的安全问题、ATM故障时的应急处理等。
对于现在的城市居民而言，皮包里可能会没有现金，但一定会有一张或几张银行卡。
据《金融时报》最新报道：
截至2008年6月末，我国银行卡发卡总量是16.2亿张，其中借记卡发行量为15亿张，信用卡发卡量为1.2亿张，银行卡已经成为个人使用最频繁的非现金支付工具。
然而，全国联网ATM只有14.8万台，相对16.2亿张的银行卡发卡总量，每台ATM平均要分担10946张卡。
当然，16.2亿张银行卡的总量中，会存在相当数量的休眠卡。
即使是这样，对于当前我国的发卡量而言，我国市场上的ATM机数量还是太少了，持卡人对ATM的需求正日益迫切。
如果用人因工程的知识对ATM进行设计和改善，势必会方便人们的生活。
人因工程起源于英国，在我国是近几年才发展起来的一门新兴边缘科学，它是研究人、环境、机器相互关系以及如何改善和设计这些关系，从而使产品的开发设计适合人体特征，为操作人员提供更为安全、舒适、高效的环境。
人因工程学的研究包括理论研究和应用研究两个方面，但学科的研究的总趋势还侧重应用。
人因工程学的研究包括：
人的因素、微气候环境是、照明环境、色彩环境、噪声及振动环境、空气环境等内容的研究。
人因工程学的理论知识为ATM设计的改进提供了理论知识。
1.4课题的研究意义
我国有近20万台ATM，ATM年交易额接近20万亿，它为银行的工作人员减少了很大的工作压力，而ATM高准确、高效率、24小时的服务也方便了大众。
ATM已经深入到人们的生活，创造一个舒适、安全的操作环境是很有必要的，人们日常由于ATM的故障带来的麻烦也很多，ATM周围引发的犯罪案件也不在少数，所以ATM设计的优化与完善很有必要。
人因工程作为一门边缘学科越来越切实的影响到生产、设计等部门，它倡导安全、舒适、健康的工作和生活方式，为ATM的改进提供理论依据。
1.5课题的研究内容
1、提出：
现如今ATM的设计没有严格的标准和规定，ATM带来的纠纷也时常成为人们争论的话题，随着人们生活节奏的加快，ATM需要更好的来适应人们的生活。
2、解决方法：
在所学人因工程的基础上进行改进可以使ATM人性化，标准化，人因工程涉及人、机、环境等一切领域，ATM的改进可以减少其带来的经济纠纷和道德问题。
3、设计内容：
（1）身体尺寸的相关设计
（2）人机界面的设计（3）操作环境的设计（4）ATM整体布局的设计（5）ATM安全措施的设计（6）ATM机模型的改进及优化
1.6国内研究现状
现如今我国ATM机的设计研究主要从人机工程和安全上考虑，比如阳富强、吴超的基于人机工程学的银行ATM的设计[1]，内容包括ATM人机设计、人机界面设计、操作环境设计、安全防护设计等等。
李亮之的色彩功效学与人机界面色彩设计利用人机工程中的色彩对人体影响的知识对ATM进行设计[2]。
牟颖的一种高安全性的ATM身份认证体制对现有ATM的身份认证体制安全性进行了分析并进行基于USBKEY的身份认证体制的分析，得到了一种高安全的身份认证体制[7]。
总之，我国ATM的设计正在一步步的完善之中。
1.7国外研究现状
国外ATM和人机工程的起源都早于我国，人机工程已经用于各行各业，而ATM的设计比较我国而言，更加安全，更加人性化。
国外的设计的主要从人性化、和谐的人机环境和目标认知技术等方面研究。
另外，国外对工作荷载、职业健康、产品和工具中的人机工程学原理、如何改进工作方法和工作区域，特别是对特殊人群的研究等也有大量的研究。
在国际权威的人机工程学杂志诸如《InternationalJournalofIndustrialErgonomics》、《AppliedErgonomics》、《Ergonomics》、《HumanFactorsandErgonomicsinManufacturing》等的文献[13][14]，大多数研究者的工作还是着眼于人机工程学的实际应用。
第二章：
模型建立
现在不同的银行的ATM机各式各样，但是有很多在实际使用时，都存在各种缺点。
如有的尺寸不符合大多数人的身体尺寸，使用时比较吃力；有的操作界面比较复杂，甚至字迹不清楚。
有的则是按键破损无法使用。
下面就是我在学校随机拍摄的ATM机照片，对其进行建模分析及改进。
2.1实物拍摄
在学校拍摄到的室内穿墙式ATM机，平时的使用频率比较高，在学校中有很重要的作用。
、图2-2：
图一：
远观ATM
图2-2近观ATM
2.2主要尺寸测定
对所拍摄的ATM用卷尺进行尺寸的测量并进行记录。
测量的误差在10mm到20mm之间。
ATM的下沿离地高1000mm
ATM的高度为500mm
ATM的宽度为580mm
屏幕尺寸为252mmx185mm
2.3模型建立
使用Pro-E4.0软件对ATM机进行建模，Pro-E软件是现在企业运用的较多绘制三维图形的软件。
用Pro-E软件能画出近似于实物的三维图形。
图三到图五是我绘制的ATM机的三维效果图。
如图2-2到图2-5所示:
图2-3ATM的模型一
图2-4ATM的模型二
图2-5ATM的模型三
2.4ATM的不足
在仔细观察后，发现上面的ATM机有很多的不足
主要有如下几个方面：
1、ATM的高度及上沿高度过小，看起来比较扁平，大多人使用时需要弯曲身体，这样人们操作时会增加操作者的身体疲劳。
2、色彩比较单调，灰暗。
色彩的对比不明显，使人容易视觉疲劳。
3、按键磨损严重，有的字迹不清晰，而且按键使用时比较吃力。
4、屏幕上有的文字颜色与屏幕的底色搭配不当，导致有些字迹看起来比较吃力。
5、面板的布局不合理，密码输入的防护罩挡住了出钞口，人们取钱时不方便将钱取出。
6、ATM界面的局部照明不够，界面昏暗，这样容易导致操作者的视觉疲劳，引起操作失误。
7、ATM周围没有任何安全提示，也没有警示线，安全措施不到位。
第三章身体尺寸相关设计
ATM是一种人们经常使用的机器，为了能使ATM机的尺寸适用于绝大数人，运用人机工程学中的人体测量的相关知识，从人体尺寸的角度来设计ATM机的尺寸，这样符合以人为本的原则，提高人-机的工作效率，也可以使操作者使用ATM机时更加舒适，减少疲劳。
ATM机的正确操作姿势：
人躯干挺直，双肘置于身体的两侧，前臂接近于水平时，是所期望的身体姿势。
眼睛直视屏幕，并保持适当的距离。
如图3-1所示：
3.1高度的设计
图3-1ATM操作姿势侧视图
运用人体测量学对用户进行统计分析，用其身体的百分位数来表示身材：
一般以95%作为大身材，5%作为小身材，50%作为正常身材。
根据ATM机器的外形、尺寸、操作界面尺寸能使90%的用户适应的标准进行设计。
高度尺寸约束：
密码输入高度=肘高
ATM上沿高度=人的身高
ATM下沿高度=肘高-150mm（150mm为出钞口的高度）
下表为我国成年人人体主要垂直尺寸，如表3.1：
表一：
立姿人体尺寸
测量项目
男（18-60岁）
女（18-55岁）
1
5
10
50
90
95
99
1
5
10
50
90
95
99
眼高
1436
1474
1495
1568
1643
1664
1705
1337
1371
1388
1454
1522
1541
1579
肩高
1244
1281
1299
1367
1435
1455
1494
1166
1195
1211
1271
1333
1350
1385
肘高
925
954
968
1024
1079
1096
1128
873
899
913
960
1009
1023
1050
手功能高
665
680
693
741
787
801
828
630
650
662
704
746
757
778
会阴高
701
728
741
790
840
856
887
648
673
686
732
779
792
819
胫骨点高
394
409
417
444
472
481
498
363
377
384
410
437
444
459
身高
1543
1583
1604
1678
1754
1775
1814
1449
1484
1503
1570
1640
1659
1697
根据90%用户符合的标准男性的身高取1754mm，女性身高取1640mm
男性的肘高取1079mm，女性肘高取1009mm
计算结果：
人的设计身高=（1754+1640）mm/2=1690mm即ATM的上沿高度为1690mm
人的设计肘高=（1079+1009）mm/2=1044mm即ATM的下沿高度为1044mm-150mm=894mm
3.2宽度设计
水平方向视区划分：
左右各25度为良好视区，左25度到左50度和右25度到右50度为有效视区。
根据视区得划分来设计ATM的宽度，ATM的最大宽度应该在视区内，这样可以减少操作时带来的视觉疲劳。
图3-2宽度尺寸计算
宽度尺寸的约束：
如图3-1所示：
眼睛与屏幕之间的连线与屏幕垂直
ATM的宽度=最大肩宽
一般操作ATM机时，人的躯干到墙壁的垂直距离大概是100mm--200mm。
眼睛到屏幕的距离大概是400mm-600mm，通过的计算可知，屏幕的宽度不大于373mm。
如图3-2所示：
人站立时手臂在正前方活动范围。
人站立操作时，应有舒适的操作姿势，在躯干处于不动的前提下，考虑手的活动范围，大圆弧为为最大能及范围，小圆弧为前臂的正常活动范围。
如图3-3所示：
图3-3人体相关尺寸
下表为我国成年人人体主要水平尺寸。
如表3.2所示：
表3.2人的水平尺寸
测量项目
男（18-60岁）
女（18-55岁）
1
5
10
50
90
95
99
1
5
10
50
90
95
99
胸宽
242
253
259
280
307
315
331
219
233
239
260
289
299
319
胸厚
176
186
191
212
237
245
261
159
170
176
199
230
239
260
肩宽
330
344
351
375
397
403
415
304
320
328
351
371
377
387
最大肩宽
383
398
405
431
460
469
486
347
363
371
397
428
438
458
根据90%用户符合的标准男性的最大肩宽取460mm，女性最大肩宽取428mm
设计宽度的计算：
ATM的设计宽度=（460+428）mm/2=444mm
这样的尺寸比较安全，但考虑到手臂活动的空间，设计宽度需要适当的增加。
但增加的宽度必须保证安全性。
综合以上ATM的设计宽度=500mm
3.3屏幕的尺寸设计
屏幕的尺寸应该处于良好视区内，并能清楚的展现其所显示的字幕。
现在ATM屏幕大小的规格有12.1″、13.3″、14.1″、15″、15.4″、17″、19″和21″等规格。
经过比较，屏幕规格为14.1寸，屏幕比为3:
4时最为合适，大小为334mmx237mm，即长为334mm，宽为237mm。
ATM的总宽度如上是500mm，屏幕的宽度约占总宽度的67%，所以14.1寸大小符合要求，利于更换修理，也比较美观。
3.4其他尺寸设计
ATM的密码输入按键到人体的距离=人体的前臂长，人的前臂长的设计尺寸为300mm，如图3-3所示：
人体到墙壁的垂直直线距离为150mm，所以ATM的密码输入按键的到墙壁垂直平均距离为150mm为最好。
手臂的最大设计长度为508mm。
所以ATM的最大深度不能超过508mm。
ATM机的插卡口、出钞口、打印凭条口的宽度可根据相应的银行卡、百元钞票、凭条的相应尺寸设计。
第四章人机界面设计
人机界面供用户使用，是客户和ATM交互的界面。
由键盘和显示器组成，键盘上有数字键和若干功能键供用户输入信息。
ATM的使用者是不具有专业知识的社会大众，所以界面的友好和划一很重要。
ATM的人机界面设计主要指显示器、键盘以及他们之间的关系的设计，应使人机界面符合人机信息交流的规律和特性。
控制键是整个机器和设备控制中心，它的正确操作直接影响ATM机的正常使用。
而他又直接与人交换信息，所以他的设计应该与人的行为特性相一致，符合人的行为习惯，用人机工程学的方法设计安装控制键，也只有这样才能从客观条件减少失误的因素。
为了减少失误，人操作动作应与键的功能协调一致。
如果把感受器官、总数神经系统和运动器作为人的三个要素，而把机械的显示器、机体和控制器作为机械的三个要素，并将各要素之间的关系用图表示出来，叫做人机界面三要素的基本模型，如图4-1所示。
图4-1人机界面三要素基本模型
4.1色彩设计
色彩对人的影响，是一种观存在的。
色彩的辨别力、视认性、明视性，色彩的象征和情感等都是色彩心理学上的重要问题。
人们对色彩的感觉是一种复杂的现象，人们之所以对色彩产生感觉，是由于可见光波段的电磁波作用于视觉器官的视网膜从而产生特有的响应，当这些响应投射到大脑叶横纹区后，就在那里形成色彩感觉。
同样的一个色彩，会因为人的性别、年龄、个性、生理状况、心情、生活环境、风俗习惯的不同而产生不同的个别或群体的差异。
色彩不仅能使人产生温度感、轻重感、硬度感、胀缩感、远近感等物理感觉，而且能引起人的情绪变化。
ATM的色彩设计应该减少操作者得视觉疲劳。
根据资料可知：
明度较高而鲜艳的暖色容易引起人的疲劳
明度较低、柔和的冷色使人有稳重和宁静的感觉
暖色系颜色给人以兴奋感，可以激发人的感情和情绪，使人兴奋激情，精力旺盛，单也易疲劳
冷色系颜色给以沉静感，可以抑制人的情感和情绪，使人沉着冷静和宁静的休息
ATM面板的颜色呈中性又能融入环境中，并使面板具有最大的能见度，ATM的面板应该使用冷色系，这样给人以宁静的感觉。
而深色给人以坚实、安全和耐脏的感觉。
所以深灰色可以用于ATM的面板底色。
中明度灰可用于显示屏的主色。
绿色可用于出钞口、插卡口、凭条打印出口，来与面板进行区别。
深棕色可用于按键的主色，即亲切又醒目。
屏幕的底色可以用淡黄色，这样与字
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