57、计算机辅助设计（CAD）系统的人体工程学

CAD系统人体工程学问题与改进建议

最新推荐文章于 2025-09-17 12:33:10 发布

stem5

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分类专栏：人机交互：从理论到实践的全面指南文章标签： CAD系统人体工程学设计工作

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计算机辅助设计（CAD）系统的人体工程学

1. CAD系统应用现状与问题

如今，设计部门通常配备了高度复杂的CAD系统，其应用旨在提高设计效率，使产品开发过程合理化。然而，越来越多的CAD用户经验表明，CAD实施的目标与现实之间存在差距。不同设计部门的实验也证实，在利用CAD系统功能能力的优势方面存在不足，这也是技术图纸制作表现不佳的原因之一。

在设计部门，CAD系统的合理化目标和实施已不是问题。如今，需要改进的CAD系统特性包括对任务要求的适应性以及对不同用户资格的适应性。若忽视人体工程学设计规则，将导致设计效率低下和更高的工作压力。

2. 设计工作与CAD系统的特点

2.1 设计工作的功能与流程

从技术角度看，在产品生成过程中，设计是公司的一个功能单元。在这里，客户订单（以客户需求或技术要求的形式）通过应用自然科学和工程知识转化为产品的图形模型，包括零件清单、零件图纸和装配图纸等工作成果。CAD系统的目的是将这些工作成果以计算机兼容的形式编码，以便公司的所有功能单元都能通过访问相应的数据存储库使用设计部门产生的工程数据。

从组织角度看，设计过程由多个阶段组成，订单会被细分为具有特定中间或最终工作成果的任务和子任务。设计过程还存在层次化的劳动分工，从具有高学历的创意设计工程师到绘图员，同时也有基于能力的分工，涉及机械、电气、液压等问题的解决和集成程序。

2.2 设计工作的类型

从人体工程学角度，设计工作可分为四种主要类型：
- 创意信息型工作 ：如定义产品目标、设定开发程序目标、识别问题领域并启动问题解决，甚至开发解决问题的方法。
- 战略信息型工作 ：按照规定的方法或程序解决问题和任务，具有算法和迭代特征，如应用迭代优化工具或模拟程序来测试产品的功能组件、进行数学模型的制定和计算。
- 常规信息型工作 ：应用较简单的算法，分配和编码任务，如创建零件清单、标注尺寸、将草图转换为图纸等。
- 自动化信息型工作 ：如数据输入、数据传输和数据检索，无需大脑进行有意识的处理。

这种人体工程学的工作类型划分与符号学模型密切相关，该模型常用于人机交互，能够弥合以人为中心的工作视角和以工具、支持手段为中心的视角之间的差距，可用于描述设计工程师与CAD系统之间的交互。

3. 人体工作与设计活动的模型

为了系统地将人体工程学知识应用于CAD系统的设计，需要一个范式来系统化设计工作的广泛背景。这个范式将工作过程和工作结构分为七个层次，最高层代表与工作的社会影响相关的工作，最低层代表基本的生理过程。三个较低层次区分了以主体（人）为导向的方法和以客体（工作环境、工作场所、工作手段）为导向的方法。

层次	关注点	示例
1	解剖和生理基础，如工作场所的生物力学、新陈代谢、工作环境的影响以及与工作时间相关的节律功能	工作场所的生物力学分析
2	人体在物理和心理方面的基本功能，如人体测量学的工作场所设计、运动研究、运动控制以及显示器和控制器的物理设计	人体测量学的工作座椅设计
3	一方面是允许和引导合理操作顺序的心理过程，另一方面是工作场所的系统分析和评估，即人和技术手段为实现目的的功能和时间线导向的合作	工作场所的系统效率评估
4	以单个工作者为中心，采用整体视角看待人类工作，包括动机、自愿性、资格和社会元素	员工的工作满意度调查
5	工作小组和团队工作，包括劳动分工、层次结构、团队领导行为、参与以及与人际关系相关的沟通和信息传递问题	团队项目的协作效率分析
6	雇主和员工代表之间的产业关系，涉及新信息技术的共同决策、企业工作组织问题以及计算机集成系统中与人类工作相关的其他战略决策	企业新信息技术引入的决策过程
7	与工作相关的广泛社会政治和社会背景，如工作法规和标准化、国民经济中的工作、就业的结构和经济成分、劳动力市场以及雇主和工会在社会政治中的活动	国家的工作法规制定

这个范式的优势在于它将不同学科的方法结合起来，用于分析和设计“工作”，为CAD系统的人体工程学设计提供了良好的基础。

4. CAD系统的技术特征

CAD系统的技术特征可根据符号学交互模型的不同层次进行分类：

4.1 物理层

计算机硬件 ：包括计算机架构（32/64位）、可扩展的工作内存、数值和图形操作的性能、存储能力（如磁盘设备、磁带设备、CD ROM）、接口（局域网和广域网）等。
输入设备 ：如键盘（包括书写键盘和功能键盘）、平板电脑、鼠标、数字化仪、轨迹球等，每种设备都有其特定的技术特征和人体工程学要求。
输出设备 ：如图形输出设备（显示器的显示区域、频率、分辨率等）、字母数字输出设备、绘图仪和打印机等。

4.2 句法层

信息输入媒体 ：包括字母数字信息的输入方式（如常规键盘、功能键盘、手势、手写草图、自然语言）和选择与定位的方式（如光标键、鼠标、操纵杆等）。
对话方法 ：如命令输入（语言、命令描述）、热键/缩写、参数输入、菜单（静态和动态菜单）等。
响应时间和系统消息 ：包括响应时间的可调整性、稳定性、透明度，以及系统消息的透明度、信息量的可调整性、系统状态的显示等。
帮助系统和错误管理 ：帮助系统应具有在线、情境相关的呈现方式，信息细节可由用户根据情况调整，内容应面向应用和对话，并具有超文本链接。错误管理应包括错误显示、容错、错误纠正和预防等功能。

4.3 语义层

操作系统/网络特性 ：如多任务/多用户系统特性、个人用户/任务配置文件的管理、数据管理（基于操作系统的数据管理、常规数据库、专业工程数据库）等。
CAD可视化辅助工具 ：如坐标系的定义和类型、绘图网格的可视化和操作、可视化功能（缩放、平移、滚动、裁剪等）、图层技术、爆炸可视化等。
CAD功能 ：包括对象的操作功能（旋转、平移、镜像、复制等）、生成辅助功能（构造元素、元素生成操作、分组、计算等）、编程功能（用户定义的宏、变体程序）等。
工程数据库 ：包括产品信息和过程信息的数据库，以及接口（如IGES、VDA - FS、STEP）。

4.4 语用层

计算集成 ：包括几何、热、机械、流变等类型的计算，以及计算方法（有限元方法、专业方法），CAD与计算之间的数据交换和计算结果的呈现。
集成到公司信息基础设施（CIM） ：与订单特征、成本计算、制造计划、数控耦合、质量控制功能、营销需求和客户集成等的连接。
CAD的组织 ：考虑设计部门的层次结构、信息共享、个人数据和公司数据，以及用户支持（集中式或分布式）。

5. 环境因素与感官 - 运动操作

5.1 环境因素

CAD办公室的环境因素与普通办公室基本相同，如照明、噪音、气候、辐射和空气中的物质。但也有一些特殊因素：
- 图纸和模型尺寸 ：设计过程中使用的技术图纸通常尺寸较大，如DIN - A0甚至更大，不同的现有图纸对于考虑所有必要的边界条件至关重要。因此，设计办公室和CAD工作场所周围需要足够的空间。
- 照明条件 ：由于CAD办公室使用的工具和信息材料不同，照明条件难以调整。
- 物理模型 ：对于复杂的几何对象，设计师在设计过程中会使用物理模型（如原型、粘土模型等）进行拓扑定位或与他人交流。这需要足够的空间和特殊设备（如桌子、板子）。
- 显示器问题 ：在20英寸的显示器上处理大图纸或模型是使用CAD系统的主要硬件问题之一。如果同时使用多个图纸或模型，显示器面积太小。因此，大多数CAD系统可以配备两个或更多的图形显示器来扩展绘图区域。
- 多平台应用 ：设计师通常使用基于不同平台（如工作站和PC）的异构应用程序（CAD、CAE、办公应用程序等），这也是设计师工作场所通常配备多台计算机的主要原因。此外，设计师的工作场所应提供足够的空间放置不同的设备，并考虑坐姿和站姿的转换以减轻压力，以及家具高度和桌面角度的可调节性。
- 3D设备适应性 ：随着3D CAD模型的使用，未来的CAD应用将配备3D输入/输出设备。由于这些设备的特殊特性（如立体快门、电磁场传感器等），需要对办公室环境（照明、显示器发出的电磁场等）进行特殊调整。

5.2 感官 - 运动操作

在感官 - 运动层面，CAD系统使用的输入/输出设备对于人体工程学系统设计至关重要。常见的输入操作包括打字、定位和选择，以下是一些常用设备及其在CAD领域的特殊问题：
- 键盘：作为标准的QWERTY键盘使用，有时也会使用特殊的功能键盘。由于CAD系统的功能复杂性，功能键常被用作热键以缩短特殊命令的执行时间。这些功能键盘通常是定制的，人体工程学标准要求用户能够清楚了解键的功能，并且可以根据任务要求进行更改。解决方案包括使用键盘模板或在额外的（LCD）屏幕上使用软键。如果在CAD工作场所使用多个计算机系统，通常会使用两个或更多的QWERTY键盘，此时键盘之间的一致性（键的位置、键的描述）是主要的人体工程学问题。
- 平板电脑 ：带有笔或“十字线镜头”的平板电脑用于选择菜单和作为显示器的参考表面。静态平板电脑菜单可以减少屏幕上所需的空间，但用户需要在屏幕和平板电脑之间切换焦点和明暗适应，这会增加视觉系统的压力。人体工程学标准包括平板电脑菜单的结构和设计。如果CAD系统允许输入手写草图和手写文字，电子笔对于有效输入是必不可少的，其优点是与设计师在传统工作场所使用的工具一致。
- 鼠标或轨迹球 ：在大多数CAD应用中用作指向设备。鼠标更精确、使用更快，轨迹球通常仅用于移动应用，如在建筑工地的详细施工中。人体工程学标准包括设备本身的设计、与CAD应用的兼容性和一致性，以及软件参数（如速度、加速度因子等）应可由用户自定义。在CAD应用中使用鼠标或轨迹球时，用户需要精确控制感官 - 运动动作，这会增加视觉压力，并且眼手协调要求用户对每个定位和选择过程进行视觉控制，这与处理真实对象不一致。
- 拨盘：在3D CAD系统中广泛用于查看功能，如缩放、平移或旋转几何对象。由于有6个自由度和额外的缩放功能，通常会在键盘附近的额外拨盘板上实现7个或8个拨盘。每个单个拨盘的迭代操作是使用拨盘的主要人体工程学问题之一，与自然的6自由度操作不一致。
- 空间球或“虚拟球” ：由传统鼠标操作的空间球或“虚拟球”可以减少感官 - 运动努力，因为可以同时操纵多个自由度。
- 其他输入设备 ：如空间鼠标、数据手套、操纵杆、语音输入等。数据手套不仅可用于查看操作，还可作为几何操作的自然输入设备，但存在精度不足和缺乏触觉反馈的问题。操纵杆仅在加速度控制任务（如模拟、漫游等）中有用。语音输入已发展到可以在许多不同领域使用的阶段，对于CAD系统，语音输入提供了通过快捷键在命令网络中导航的可能性，并且使用自然语言作为认知上一致的导航方法。实验研究表明，语音输入可以提高命令的记忆速度和准确性，减少认知结构中的转换活动，可用于优化多模态输入设备。此外，在合作CAD系统中，设计师需要额外的输入设备，如麦克风用于语音邮件和/或音频会议，视频摄像头用于传输自己的图片以及物理零件、工作操作等的图片或视频。
- 输出设备 ：必要的输出设备包括大屏幕（有时不止一个）、彩色显示器用于区分图层、笔、零件和状态信息等。在3D应用中，立体输出可以增强用户感知三维拓扑的能力，可通过快门显示器、快门眼镜或头戴式显示器实现。

5.3 计算机鼠标的触觉反馈

计算机鼠标的广泛使用始于图形用户显示器和菜单控制应用程序的引入。在CAD程序中，鼠标主要用作图形输入设备，用于选择和指向图形对象。与处理真实对象相比，使用计算机鼠标时，用户只有视觉信息和本体感受信息（肌肉张力和关节角度），缺乏触觉和动觉信息，这导致用户集中于视觉信息，并且运动策略的构建比在真实环境中更困难。

可以假设，额外的触觉或动觉反馈（传输关于屏幕上对象操作的冗余信息）将允许更直观地处理屏幕对象，从而提高任务性能并降低人体压力。触觉信息可用于增强对象的可用性，例如，可使用振动触觉反馈作为虚拟能量场，指示鼠标光标接近屏幕上的对象。水平定位时，鼠标两侧的振动触觉刺激强度会随着光标接近对象而增加，以区分不同方向。垂直方向可通过将左侧或右侧的执行器更靠近鼠标前端，或使用两个鼠标按钮进行触觉信号传输。

实验研究表明，即使使用非常简单的触觉反馈设备，也会导致运动行为发生显著变化。触觉反馈的可用性意味着更直接和直观的反应，除了总性能的提高外，还表明人体压力显著降低。但目前触觉反馈对用户的适应性尚未优化，特别是在弹道运动的摆动阶段，用户往往高估自己的控制性能。未来的应用可能需要动态特性以进一步改进。

6. 雕塑表面操作示例

在CAD系统中，雕塑表面的操作通常需要设计师付出很大努力，最重要的是对表面定义和操作的数学理解，如线性代数或B样条逼近。研究表明，在雕塑表面设计中，只有20%的表面具有功能相关性。具有高功能相关性的表面在描述时所需的努力较少，而功能相关性较低的表面（如填充、连接表面等定性要求）则需要大量努力。

在实践中，应仅描述与功能相关的表面，对于“定性”表面，可以使用定性描述方法。由于雕塑表面系统在工人手动能力对任务完成至关重要的领域广泛应用，雕塑表面建模器应有助于提高这些手动技能。例如，在铸造零件设计或木制模型设计中，设计师通常会使用额外的工具（如切割工具）。

CAD系统中的直接操作与设计任务中的“工具理念”非常契合。例如，无需通过运动向量来定义对象的移动，输入设备的移动可以直接控制对象的移动。然而，在大多数CAD系统中，必须先选择“对象移动”命令，而不能像在大多数图形软件中那样通过选择所需元素并进行交互式操作来激活该功能。

基于灵活的粗略几何拓扑，通过扭曲零件、切割或添加材料来生成新体积的直接操作理念，将手动几何建模过程（如铸造行业的模型设计）直接转化为软件技术。这种自由和手动建模过程的应用领域包括工业设计或铸件设计，在这些领域，半径等通常具有铸造技术目标而非功能目标，因此更定性的半径描述就足够了。

这种系统不需要在菜单或命令语言中设置特殊功能，因为用户可以选择系统中实现的不同工具。但操作这种系统的一个主要障碍是，当用户操作对象时，缺乏对象特征的反馈（触觉和动觉信息）。这种反馈应集成到输入设备中，以提供执行任务所需的信息。这种系统的一般隐喻是虚拟粘土模型。

集成到输入设备中的触觉反馈设备应满足以下要求：
- 重量轻，以减少用户的能量消耗。
- 能够产生相对较高的力，通常与用户自身能够产生的力相近。
- 不会限制手或单个手指的运动特性。
- 反馈特性在空间和时间分辨率上应具有现实感。
- 尽可能简单，便于佩戴、调整和校准以适应用户的特定特征。

为了通过CAD系统改进定性拓扑描述任务，并利用软件控制的优势（如易于操作、数据存储等），开发了一种将设计师的手动能力和触觉 - 动觉体验与CAD系统的直接操作特性相结合的概念。

与传统的鼠标控制的命令驱动CAD系统相比，手套版本的系统结合了直接操作的优势（将功能融入操作）和三维输入介质。这种设备能够同时控制三个方向，避免了每个方向的迭代步骤。为了直观地控制表面模型，模型应能够在所有方向上旋转和缩放，手套也可用于此功能。通过手势，手套可以切换为用于控制CAD模型缩放和旋转的输入设备，再通过另一个手势，设备又具有操作功能。

建模材料的属性由一组参数表征，这些参数定义了被操作表面上相邻点的同时运动，以及区域操作的范围。通过手套中的触觉反馈（如EXOS - Exoskeleton HandMaster TM），用户在修改表面时可以获得由表面模型控制的必要反馈。

目前，动觉反馈设备已经实现并进行了测试，通常由不同的气动驱动气缸组成。该设备的主要问题是将相当高的力传递到手指需要能量，这通常意味着大量的质量，从而增加了设备的重量。气动气缸的优点是可以通过外部压力发生器以较低的重量产生高力。这种设备将使设计师能够在使用直接操作技术设计和操作雕塑表面时模拟材料特性，获得更真实的体验。

7. CAD工作场所的活动

CAD作为设计师的活动导向工具，需要根据工作任务的要求和用户的需求对CAD系统进行结构化设计，用户界面的设计（基于语义和语用方面，如功能/对象和应用模块）是CAD系统有效和被接受使用的关键因素之一。

设计师在使用CAD软件时通常有相当大的行动空间，可以通过不同的方式弥补软件的不足：
- 功能替代 ：当CAD系统的某个功能设计存在缺陷时，设计师会使用其他功能来满足任务要求。但这通常会增加必要活动的复杂性，导致任务处理时间延长和工作压力增加。
- 自行解决 ：即使在几乎总是存在的截止日期下，设计师也会创建满足任务要求但质量可能不够理想的解决方案。如果CAD工具处于最佳状态，解决方案的质量可能会更好。
- 传统方法使用 ：设计师有时会使用传统方法，尽管他们能够估计计算机辅助设计可以提高的效率。虽然灵活应用不同的工具和设计方法有一定的积极意义，但在传统方法和计算机辅助方法之间不断切换会导致效率低下和不必要的压力，因为这涉及工作过程的中断、媒体转换和不同方法概念的互换。

设计师的任务可以分为子任务，这意味着存在各种活动和操作。对现实设计过程进行以任务为导向的系统分析，有助于识别瓶颈和系统缺陷，为具体的系统改进提供基础。系统缺陷可以通过操作特征和识别的压力情况来解释。然而，设计任务本身很复杂，大多数操作难以确定，这也是人体工程学要求很少被制定为CAD系统设计规则的原因。此外，现有的要求中只有一些基于实验数据，大多数主要包括与CAD系统工作相关的性能方面，而没有考虑压力和应变方面以及必要的设计活动和操作的特征。

为了深入了解CAD系统使用中的问题，进行了几项研究：
- 实验室研究 ：将传统绘图板上的设计工作与低成本CAD系统进行比较，以及将使用传统工具和基于计算机的设计管理系统进行设计任务的情况进行比较。
- 实地研究 ：在11个设计部门进行实地研究，每个部门使用不同的CAD系统，研究对象为43名合格的设计师和绘图员。

在实验过程中，通过测量以下变量来评估压力和应变：
- 心率和呼吸率：在大多数压力形式下会增加。
- 心率变异性：在信息或身体压力情况下会降低。
- 心率功率谱：指示短期记忆的压力。

每个实验都进行了录像，以便在实验后直接识别压力因素。由于可能的压力源可能来自多个不同的来源（任务、设计活动、CAD系统、干扰等），只有通过与受试者的交流才能解释与应变反应相关的压力源。因此，在识别出具有显著应变参数的序列后，将这些序列与录像中的相应序列结合起来，让受试者对显示异常应变的录像序列进行评论，以深入了解应变的原因。访谈记录随后进行转录，并使用内容分析进行评估。

通过将每个序列根据规范的问题解决模型进行分类，将问题解决过程细分为定向、设定目标、规划、决策、执行和控制阶段。在每个序列中，受试者的各种陈述被归类为不同的项目类别，如活动（绘图、执行）、任务（工作、成功）、启发式方法（策略、方法）、自我管理（“摆脱”）、机器元素（楔子、活塞）、技术术语（比例尺等）和知识（知道、相信）。这些类别是根据转录内容以开放编码的方式定义的。

通过问题解决阶段和附加项目的细分，可以比较受试者在应变序列数量方面的情况。阶段的顺序展示了不同受试者选择的整体问题解决策略。利用问题解决的不同阶段和附加项目，可以为每个受试者创建一个定性矩阵，展示设计过程各个阶段的各种问题（应变原因）。

从这些研究中可以得出以下一般结果：
- 应变来源 ：大多数应变来自于由于CAD系统人体工程学缺陷导致的操作处理。
- 压力最小化 ：如果CAD系统尽可能符合任务要求进行设计，压力可以最小化。
- 问题解决策略 ：对解决方案的评估表明，大多数情况下，选择的问题解决策略与通过各个阶段的线性进展相差甚远，因此需要支持个体的问题解决策略。
- 组织因素 ：组织因素（如用户资格和培训、支持结构、与其他应用程序的数据交换等）是CAD有效（和经济）应用的最重要因素。

8. 基于实证分析的CAD系统人体工程学要求

CAD系统在个人活动层面的要求与人机交互模型的语用（应用模型和概念）和语义（功能和对象）层面相关。

8.1 模型和概念相关要求

模型信息获取 ：设计师应随时随地获取模型（产品、零件等）的特征信息，例如在与客户的会议中。
模型兼容性 ：设计师应使用其特征与自己心理模型兼容的CAD内部模型，以减少必要的编码和解码工作。
模型特性更改 ：CAD系统应具有易于使用的功能来更改模型的特征。
模糊数据描述 ：设计师应能够在开发过程的早期阶段使用模糊数据描述特征。
特定模型生成 ：设计师应能够通过组合不同的预定义模型（如产品的几何形状、功能和成本）生成特定于任务或个人的模型。
多模型管理 ：应同时管理不同的模型和对模型的不同视图（如功能视图与成本视图），设计师应能够在这些模型之间高效切换，例如在全局和细节问题（分析/综合）、模型特征的具体和抽象定义（抽象级别）以及不同的问题解决方案之间切换。
模型耦合 ：模型应进行耦合以链接相互依赖的特征。

8.2 设计任务相关活动支持要求

解决方案状态指示 ：在解决方案尚未达到最终状态时，设计师应能够通过特殊的应用功能指示几何形状需要进一步调整或可能存在更好的解决方案，例如在传统设计工作中通过“完美”绘制的图形元素与手绘草图元素来区分。
抽象级别处理 ：由于设计师在描述解决方案时使用各种抽象级别，所有描述必须相互关联。手绘草图（包括功能结构和几何布局）起着重要作用。设计师在“解决方案空间”中的路径特征是在各种信息资源之间进行大量的迭代，这需要并行处理不同的资源以及表示模式之间的连接性。
多视图切换 ：设计师应能够在设计的不同视图之间切换，如符号化功能视图、2D或3D视图、缩放或未缩放视图、等轴测或透视图等。
问题解决和优化概念集成 ：应纳入不同的问题解决或优化解决方案的概念，如模拟、解决方案数据库等应用程序、有限元方法（FEM）等高级计算方法。
评估概念集成 ：应集成不同的评估概念（如使用价值分析），设计师应能够使用特定于任务或个人的评估参数，并验证评估结果。

8.3 信息管理要求

信息来源获取 ：设计师应能够获取和使用基于字母数字和图形信息的不同信息源，如标准、公司标准、供应商信息、以往的类似设计、手册、指南、法律法规等。
信息一致性 ：信息应以一致的方式提供给设计师，例如在供应商数据库和指南中的计算程序中使用相同的参数描述。
信息管理功能集成 ：应集成用于导航、激活和停用约束、可视化和控制一致性的功能。
信息搜索和使用功能 ：应集成根据不同标准搜索信息并以不同方式使用信息（如复制粘贴、操作等）的功能。
多资源管理 ：设计师应能够同时管理不同的信息资源。
信息更新 ：信息必须不断更新。

8.4 功能和对象要求

直接操作应用 ：应尽可能多地使用直接操作，因为其背后的交互式工具隐喻（结果的透明度）支持对象的生成（如使用橡皮筋效果可视化生成效果）、几何操作（如拉伸、弯曲、挤压、移动、旋转等）以及通过使用虚拟橡皮擦删除复杂对象（类似于传统绘图中的使用方式）。因此，功能必须集成到对象本身，并通过对话隐喻作为对象的一部分进行可视化。
数值反馈 ：由于大多数几何定义必须包含精确的尺寸，在设计过程中应持续提供数值反馈。这可以通过技术图纸中的书面尺寸、数值显示器、软件标尺或基于用户定义网格的捕捉模式来实现。用户应能够在几何形状和尺寸的一致可视化（缩放图纸）和通常用于手绘草图的未缩放可视化之间切换，例如为了展示特殊功能（公差、功能测量如偏心度等）。
手绘草图功能 ：CAD系统应集成手绘草图功能。但CAD系统应允许用户决定手绘草图是否应转换为最终几何形状（CAD元素），或者手绘草图是否用于可视化解决方案的未完成特征。此外，手绘草图和手写文字也可用于为几何形状标注尺寸，从而快速一致地将数据输入CAD系统。
撤销和历史记录功能 ：应存在撤销功能，以便在出现错误时随时恢复，并辅助迭代设计过程。还需要存储设计历史的机制，即应按照用户定义（并记录）的方式存储不同设计状态的副本，用于记录决策过程以及返回以前的设计步骤。
功能适应性 ：CAD系统的整个功能应根据任务要求和个体的问题解决策略进行调整。可以通过模块化软件开发（在功能级别进行缩减）和对话级别（在界面级别进行缩减）来实现。

CAD系统的对象是由其功能操作的数据。由于对要设计的产品有各种要求，设计师需要处理大量不同的对象。因此，CAD系统管理的对象类型和结构对于人体工程学系统设计很重要。

几何信息集成 ：应将所有类型的几何信息集成到一个同质和一致的数据结构中，如表面特征、公差、运动空间等。在设计师创建相关对象时，应定义几何形状与相关几何对象（如尺寸、剖面线等）之间的约束，并由CAD系统自动管理。
知识系统集成 ：应将基于知识的系统集成到设计过程中，这需要CAD系统与知识系统之间的接口以及这些应用程序之间的数据交换。
对象信息获取 ：用户应随时获取已定义对象的特征信息及其与CAD系统外部其他对象的关系（如成本、技术数据等）。

CAD系统在句法和物理层面的要求可以从相关标准列表以及ISO标准（ISO 9241）中获取，这些标准适用于非特定CAD的要求。

9. 设计部门的重组与CAD

随着CAD系统引入设计部门，工作和劳动分工如何受到这种“新技术”的影响成为一个问题。这本质上是一个“工作结构”问题，叠加了“劳动力”和“CAD功能”之间新的功能分配，以及具有非常不同资格和能力的人员（从具有高学历的创意设计工程师到绘图员）之间劳动分工的转变。

由于难以确定CAD系统对团队工作过程的影响，且缺乏相关的实证研究，在实际环境中进行组织实验似乎不可行时，可以采用模拟方法。但传统的“工作站排队模型”不适合“创意信息工作”，因为设计部门的任务执行不是直接由传入订单决定的，而是由创意设计师及其团队的个人偏好决定的。

为此，开发了一个用于设计任务执行和劳动分工的模型，并将其转化为专门为自由结构化、创意工作流程开发的以人为主的模拟软件。该模型基于对设计方法学的分析和对实际设计过程的实证研究，从个体设计师的问题解决过程和设计作为合作努力过程两个方面进行考虑。在合作设计中，可以通过规则和算法对设计操作进行阶段导向的建模，过程的阶段数量和任务/工作内容主要取决于输入部门的订单类型。

除了过程导向的建模，整个模型还包含一个人员模型，用于根据性能和资格标准描述人员。模型的其他元素代表技术工作手段（如CAD系统）的性能标准以及工作组织的规则（如能力和责任、合作可能性等）。

由于标准化软件包的任务驱动和过程导向概念，将模型转化为基于这些软件包的模拟软件失败了。在这些工具中，人员被视为资源，可以自由调配，只能体现人员对单个任务的责任，无法映射其他组织限制（如个人能力、执行订单的优先级等）。

为了模拟合作团队工作，开发了一种新的以人为主的模拟方法。在这种模拟中，人员被映射为具有决策能力的参与者，类似于实际工作过程中的情况，适用于高素质人员之间的劳动分工。为了实现这一方法，开发了一种新的软件工具。通过这个以人为主的模拟工具、描述人员（资格、能力、性能等）和工作手段/工具的模型以及作为组合指南的组织规则，可以对具有可变工作组织的任何工作系统进行映射。

该概念和模型通过在三个设计部门记录数周的实证数据集进行了验证。例如，对一个有六名人员和三个不同CAD系统的设计部门的案例研究表明，模拟结果与实际情况偏差较小。

因此，设计部门工作组织的模拟模型可用于前瞻性的组织设计。通过改变独立变量（如团队成员数量、人员的任务导向资格和责任范围、CAD工具的能力以及不同部分订单操作的同步性（同步工程概念）），可以诊断出对订单交付时间等方面的特征影响。

总结这些模拟实验的定性结果：与传统的设计部门工作组织相比，可以在以人为本的标准以及系统的输出和性能方面优化设计条件。这些确定的设计条件的特点是，在设计过程中人员具有更广泛的资格和责任，团队规模较小（约12人），并且根据订单类型进行工作分工，将完整的任务集分配给团队。

只有在某些资格群体的能力出现瓶颈时，使用CAD系统才能缩短交付时间。在最佳组织设计的情况下，CAD使用释放的潜力很难导致交付时间的减少。因此，可以得出结论，在设计部门，组织措施比使用先进技术（如最先进的CAD系统）具有更高的干预效率。

10. CAD集成到公司的信息和通信基础设施

设计师的工作和CAD与公司的多个功能和应用相关。一般来说，设计师需要管理两类不同的信息和文档：正式文档提供对产品及其相关过程进行完整描述所需的信息；非正式信息（如通知、电子邮件和语音邮件等）对于设计中的决策过程的透明度至关重要。因此，设计师必须同时管理正式和非正式信息。

如今的数据管理概念区分了用于正式数据的工程数据管理（EDM）系统和用于非正式信息的工作流管理系统。对设计部门效率的实证研究表明，使用项目管理方法非常重要。在使用能力、任务进展、已制定解决方案的成本分配等方面的透明度越高，经济因素的满足程度就越高，包括缩短任务执行时间、提高设计质量以及使产品符合预定成本。

因此，强烈建议将项目管理方法集成到CAD过程中。从人体工程学的角度来看，这对设计师有不同的影响：
- 应用控制 ：CAD应用的使用由项目管理控制。
- 行政任务重要性增加 ：借助数据和过程管理系统（正式和非正式）执行的行政任务变得更加重要。
- 过程导向任务执行 ：设计师必须以“过程导向”的方式执行任务，即每个（电子）结果将被组织中的另一个人（客户）使用。设计师不仅要考虑自己的要求，还要考虑整个过程的要求。

设计师绘制的图纸用于计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助工艺规划（CAP）系统，以定义数控机床的数据。质量控制和测量程序需要零件或产品的几何和技术数据进行质量控制。所有指定产品的数据以及产品的技术（或经济）参数和必要的生产过程都存储在如EDM系统这样的数据库中。

基于图纸，设计师生成零件清单，用于生产计划与控制（PPC）系统来规划和控制必要的生产过程。这些和其他功能迫使设计师与公司的其他功能（人员）和其他应用程序进行导航、交互和信息交换。

根据不同应用程序的功能特性、设计师的资格、要执行的任务以及公司的组织结构，可以确定人员之间以及应用程序之间的功能分配。这意味着系统的特性会对宏观人体工程学（组织结构）和微观人体工程学因素（如在应用程序之间交换数据之前的准备或之后的修订）产生影响。

例如，在设计部门及其相关的数控数据准备部门，存在五种不同类型的工作组织。如果数据可以无信息损失地转换，设计师无需进行修订。但实际情况是存在信息传输问题，因此需要进行数据修订工作。

在将设计部门产生的数据用于其他过程时，设计师不仅要考虑其他部门对信息的要求，还要考虑数据质量。例如，一个表面的几何描述对于设计师的目的可能足够，但在准备数控数据时会产生问题，因为高阶表面在铣削时有局限性。特别是在公司之间的数据交换中，需要付出很大努力来确保数据质量。特殊程序（如德国汽车工业协会的VDA - 检查器）会根据不同的质量标准控制CAD数据。因此，设计师既要负责“良好的设计”，也要负责高质量的数据。公司内部（和公司之间）对数据的利用迫使设计师在几何描述上投入精力，如果这种努力得不到时间或能力的补偿，将导致设计师的压力增加。

11. 公司间合作相关问题

在汽车工业等领域，越来越多的制造商 - 供应商关系将设计部门转变为称为产品开发合作的合作伙伴关系。在开发合作中，制造商与一个或多个组件供应商共同开发产品，同时专注于自己的核心竞争力。供应商直接将其特定知识应用于整个组件的开发。同时，“并行工程”（CE）作为一种组织概念被用于缩短开发时间，提高产品质量和生产过程。

成功合作的一个主要障碍是，一方面合作伙伴之间的空间分离导致沟通受阻，另一方面目前常用的技术资源（如电话和传真）存在局限性。此外，合作伙伴公司中异构的电子数据处理（EDP）系统也使沟通变得复杂。这些问题导致参与员工需要付出更多努力，部分抵消了应用并行工程带来的好处。即使供应商的员工长期或临时驻留在制造商的地点，也只是将沟通问题转移到了供应商一方。

目前，正在大力开发技术和组织解决方案来克服产品开发合作中的沟通问题。这一目标将通过引入一种现代通信系统来实现，该系统特别考虑了员工的工作常规、任务、需求和需要。这种系统的功能必须符合员工的需求，员工只有在个人收益大于操作通信系统所带来的额外努力时才会接受该系统。

为了实现这一目标，首先需要分析开发过程中的工作流程，特别是不同类型的通信。然后，通过参与式方法从选定的合作过程中检查各种类型的通信和问题，从定性和定量方面进行考虑。在此基础上，可以得出用户需求。

在公司间过程层面，一个典型的通信场景展示了沟通问题的复杂性。例如，由于技术要求需要更改一个小孔的直径，解决这样一个“简单”的问题可能需要大约3个月的时间。

用于公司内部和公司间远程合作的功能可以分为同步和异步通信（相同/不同时间）维度，以及通信所需的信息类型（个人通信或共享文档）。

在产品设计中，创造性工作的比例非常高。由于必要的劳动分工，对信息、通信和合作的需求很大，这占据了高达40%的工作时间。对设计过程中通信的系统考虑是开发远程合作CAD系统的基础。考虑的标准包括：
- 人员：“人员”标准至关重要，因为员工驱动着操作过程。该标准由合作伙伴数量、地点数量（包括每个地点的人员数量）、通信的连续性以及参与通信的强度定义。通信的连续性指一个人参与通信的时间量，可以分为平等共享和单方面参与。例如，一个人向另一个人提供信息就是单方面参与的例子。
- 信息发声资源 ：根据一般的通信结构，一方的发声会导致接收方的“内发声”，进而导致接收方的发声。“内发声”是一个人为的术语，指通信人员内部表示的信息，合作伙伴无法直接访问，只能通过使用人类资源（如语言、面部表情和手势）和技术资源（如技术图纸、草图、文档或物理模型）来表达。技术资源是被动的，因为它们本身不会发声。在使用时，资源可以以各种方式发声（如物理或电子方式），在这种情况下，需要区分资源的可用性。例如，一个带有手写备注和草图的CAD模型的物理图纸不能直接通过电子方式发送，因为额外的信息会丢失，此时带有备注的图纸是一个仅物理存在的组合资源，电子传输时必须重新数字化。
- 信息传输媒体 ：信息传输媒体可以是同步或异步的。同步媒体的例子包括面对面交谈，而邮件服务（物理或电子）是异步的。
- 感知方式 ：通过媒体传输的信息由接收者的感官方式接收。在产品设计中，视觉和听觉感知最为重要，触觉感知也很相关，例如用于判断表面状况。
- 环境：“环境”标准指的是个人通信和合作受到空间、组织和社会边界条件的影响。例如，不同时区之间的通信需要根据每个合作伙伴的当地时间安排会议。通信人员之间的社会关系强烈影响交换的信息。

合作伙伴之间的通信过程可以用符号学模型描述，并受到远程合作系统的影响。目前现有的CAD会议工具存在一些不足，例如在语用层面缺乏草图应用，在语义层面缺乏“复制和粘贴”功能，在句法层面“共享应用”的对话结构不同，在物理层面存在H320兼容性、屏幕分辨率、鼠标和键盘特性等问题。

通过一个示例性的通信分析场景，可以得出设计师使用的基本通信类型。场景的核心是一个抽象表征为“对象”的组件，问题是调整该对象的轮廓以适应另一个对象。三个人员（供应商的员工（S）、制造商的员工（M）和咨询工程办公室的员工（E））参与了通信。首先，（M）和（E）讨论对象的轮廓更改，（E）负责生成CAD模型的表面。他们使用了带有对象横截面的图纸。六分钟后，（S）加入对话并指出生产过程中必须保持模具开口角度在一定范围内。为了澄清问题，（E）在一张纸上画了草图，随后进行了讨论并补充了更多草图。30分钟后讨论结束，共绘制了五张不同大小的草图。在对话过程中，员工通过手部动作勾勒出生产过程和对象的轮廓。由于图纸和草图不包含所有必要的信息，他们在屏幕上查看CAD模型，用手指和光标指出问题区域，并由工作站的主要用户进行模型的旋转和缩放。参与者决定对CAD模型进行更改，但在会议期间并未进行更改。

这个场景表明，可视化设计问题和可能的解决方案非常重要，通信系统中呈现的大多数资源都需要可视化。通信类型包括“草图绘制”、“手势”、“在CAD模型上的通信”、“在CAD模型图纸上的通信”和“在对象上的通信”。目前常用的远程通信手段（电话和传真）只能部分满足这些需求。在产品设计中，手势不仅具有社交功能，还具有很高的任务相关性。

为了开发远程合作CAD系统，必须以设计师之间的“自然”通信（无技术传输媒介）为参考。设计师必须能够直观地使用该系统，以保持无干扰的通信。从该场景中可以确定设计师在线通信的以下技术组件：
- 共享CAD系统 ：可视化CAD模型的需求要求使用共享CAD系统。所有参与者都应能够访问诸如缩放、旋转、图层淡入淡出等功能。不过，在通信会话期间不一定需要更改模型。由于用户对共享CAD系统的优先级最高，建议使用额外的屏幕。
- 共享电子草图板 ：共享电子草图板应提供尽可能自然的草图绘制方式。这意味着应使用电子板和笔，使草图同时显示在屏幕和板上，线条的粗细应与笔的压力相对应，不同人员绘制的元素应标明其来源。
- 视频组件 ：在设计会议期间，所有参与者的手势和面部表情必须清晰可见，需要高质量的画面来显示细节和/或快速动作。
- 扫描设备 ：如果需要以电子方式使用物理存在的文档（如带有手写备注的图纸），可以使用手持扫描仪快速进行转换。
- 实时视频设备 ：额外的屏幕窗口可用于可视化物理对象（如粘土模型、单个零件或组件）。由于这些对象并非总是在工作场所可用，因此需要额外的摄像头（如在车间）。摄像头应具有合适的固定装置、简单的使用方式和设计以及良好的照明条件。

该系统还可以通过用于会议规划、执行和检查的隐喻界面进行增强。

在公司间合作中，还会出现其他（宏观）人体工程学因素：
- 数据交换问题 ：不同CAD系统之间的数据通过标准化接口（如IGES、VDA - FS或STEP）进行交换，但几乎每次数据交换都会产生一定的数据损失，设计师（或其他人）必须对交换后的数据进行大量的后处理，这在公司之间产生了不必要的工作。
- 全球化合作挑战 ：市场全球化导致全球范围内的合作，由于时差问题，需要进行轮班工作以实现合作伙伴之间的同步通信。
- 远程工作问题 ：越来越多的工作可以在家（远程居家工作）或家附近（远程中心）完成。这种工作组织形式为设计师和公司提供了灵活性，但也需要大量关于隐私、工作时间、工作条件和家庭安全、在家工作与在公司出勤之间的交替等方面的规定。

12. 人体工程学CAD系统的指南和建议

使用显示设备的工作受到各种法规的约束。工会和雇主之间的协议规定了视频显示单元（VDU）工作场所的工作时间和工作条件，这些规定也适用于CAD工作场所。通常，公共立法也对VDU工作进行了规定。自1992年以来，欧洲推出了“关于使用显示设备工作的最低健康和安全要求的欧盟指令”，每个成员国都必须将其转化为国家法律。该指令提供了关于责任的一般指南，并确定了不同的立法领域，但没有提供人体工程学系统设计的具体措施，而是直接参考了已建立的人体工程学标准，如ISO 9241及其欧洲等效标准EN 29241。

国际标准化组织（ISO）制定了一套标准（ISO 9241），为基于人体工程学标准规划和评估VDU工作场所提供了科学依据。该标准目前包括17个部分：一般介绍（第1部分）、任务设计（第2部分）、硬件和环境因素（第3 - 9部分）以及软件和可用性（第10 - 17部分）。要改进CAD硬件和软件的设计，特别是考虑设计师的需求，一方面需要识别他们的需求，另一方面需要为系统开发人员清晰地表述这些需求。ISO标准和欧盟指令仅提供了一般指南，必须根据设计师的需求以及设计部门的任务和工作条件进行具体规定。

德国“计算机协会”（GI）的“计算机辅助设计”研究小组的“CAD系统用户界面”工作组针对CAD系统用户界面的人体工程学设计制定了建议。

这些建议对不同的目标群体有不同的帮助：
|目标群体|建议的作用|
|----|----|
|用户界面工具开发者|了解技术现状和未来发展前景，其开发的工具会影响CAD用户界面的属性|
|CAD开发者|作为CAD系统开发和扩展的框架概念，用于特定行业应用和过程中的质量保证|
|质量控制人员|在大型企业决定获取新的CAD系统或现有系统的后续版本之前，使用这些建议定义人体工程学测试标准，同时考虑用户的实际工作需求|
|服务公司|在CAD系统投入生产使用之前，根据企业和任务的特定需求进行调整。这些建议为软件开发者定义需求提供了方法指导，因为经验检查和相关技术指南表明，CAD系统的调整不仅可以提高使用质量，还能实现CAD应用的主要经济效益|
|购买者|在CAD市场从卖方市场向买方市场转变的情况下，未来购买者将要求符合人体工程学的CAD系统。他们可以根据这些建议检查产品本身，并在购买前比较不同产品|
|员工代表|随着欧盟VDU指令的通过和转化为国家法律，员工代表有责任关注标准和经过验证的科学知识。这些建议为他们与用户一起定义CAD应用的人体工程学测试标准并进行检查提供了方法指导|
|用户|了解具体用户环境细节的CAD系统用户通常会根据自己的特定需求调整CAD应用。这些建议有助于他们定义对调整工具（如菜单结构、图标、宏）的需求，并提供使用这些工具的建议|

从用户的角度来看，根据四个方面评估用户界面是有益的。这些建议在类似于符号学模型的用户界面模型中描述了这些方面，该参考模型有助于构建设计建议和质量保证过程。国际标准（ISO 9241，第3至17部分）也隐含地与该模型相适应，方便读者快速找到合适的标准。

建议的结构与用户界面的符号学模型相适应，读者可以找到如输入/输出设备设计（物理层面）的建议与对话设计（句法层面）的建议分开。此外，工具和组织方面的要求也分开列出（语义和语用层面）。由于标准通常是与应用无关的，因此在这些层面上定义工具和组织的要求较为困难，这些建议试图通过任务领域（示例任务）的CAD特定要求至少部分填补这一空白，从而完善标准对输入/输出和对话的要求。

这些要求基于四个不同的信息级别，以表格列的形式进行结构划分：
|信息级别|内容|
|----|----|
|一般建议|给出整体的建议内容|
|原因和基本原则|说明建议所依据的标准、科学知识等|
|场景|提供一个或多个清晰的场景，让建议的使用者能够检查该标准是否反映了他们特定条件下的需求（基于场景的评估）|
|测试标准|包含一个或多个精确的测试标准，引导读者从每个一般设计建议到具体的测试标准|

这种信息结构很有用，因为文献中的设计建议通常表述不清晰、缺乏依据和参考。在这些建议中，展示了每个实际应用所需的具体化步骤。有时可以直接提及精确的设计标准（如输入设备或信息表示方面），在这种情况下，不需要任务导向的场景来制定测试标准，因为特征本身就是标准。在其他情况下，测试标准以特殊方式呈现，以疑问形式表述，以促使软件设计师或质量控制器对标准的满足情况做出精确说明。因此，这些建议不是用户界面检查的清单，也不是设计工程师的“技巧包”，而是在人机交互的不同层面考虑人体工程学标准的指南。

计算机辅助设计（CAD）系统的人体工程学

13. 总结与展望

CAD系统在现代设计领域发挥着至关重要的作用，但目前在实际应用中仍存在诸多问题，如目标与现实的差距、人体工程学设计不足等。为了提高CAD系统的使用效率和用户体验，需要从多个方面进行改进。

从设计工作本身来看，其具有复杂性和多样性，包括不同类型的工作任务和组织形式。CAD系统应更好地适应这些特点，满足设计师在不同阶段和场景下的需求。例如，在创意设计阶段，应提供更灵活的工具和界面，支持设计师的创新思维；在详细设计阶段，应确保系统的准确性和稳定性，提高工作效率。

在环境因素方面，CAD办公室的布局、设备配置和环境条件都对设计师的工作产生影响。应合理规划工作空间，提供舒适的工作环境，同时考虑不同设备的兼容性和易用性。例如，配备大屏幕显示器、可调节的家具等，以减轻设计师的身体压力。

感官 - 运动操作层面，输入/输出设备的人体工程学设计至关重要。应不断改进设备的设计，提高其与用户的交互性和舒适性。例如，开发具有触觉反馈的鼠标、更精准的输入设备等，以减少用户的疲劳和错误。

CAD系统的技术特征也需要不断优化。根据符号学交互模型的不同层次，对系统的物理层、句法层、语义层和语用层进行全面改进。例如，在语义层，提供更强大的可视化和分析工具，帮助设计师更好地理解和处理设计数据；在语用层，加强系统与其他应用和部门的集成，提高工作协同效率。

在公司间合作方面，远程通信和协作是未来的发展趋势。应开发更先进的通信系统和工具，支持设计师之间的实时交流和合作。例如，共享CAD系统、电子草图板等，使设计师能够在不同地点共同完成设计任务。

最后，人体工程学CAD系统的指南和建议为CAD系统的设计和评估提供了重要的参考。不同的目标群体应充分利用这些建议，不断改进CAD系统的设计和使用。例如，开发者应将人体工程学原则融入到系统开发的各个环节，提高系统的质量和用户满意度；用户应根据建议合理调整系统的设置和使用方式，提高工作效率和舒适度。

未来，随着技术的不断发展和创新，CAD系统将朝着更加智能化、人性化的方向发展。我们期待CAD系统能够更好地满足设计师的需求，为设计行业带来更大的发展和进步。

14. 关键要点回顾

为了方便读者快速回顾本文的关键内容，以下是对各部分要点的总结：

CAD系统应用现状与问题
- CAD系统目标与现实存在差距，忽视人体工程学设计会导致效率低下和压力增加。
设计工作与CAD系统的特点
- 设计工作包括创意、战略、常规和自动化信息型工作，与CAD系统的交互可通过符号学模型描述。
人体工作与设计活动的模型
- 工作过程和结构分为七个层次，为CAD系统的人体工程学设计提供基础。
CAD系统的技术特征
- 根据符号学交互模型分为物理层、句法层、语义层和语用层，各层具有不同的技术特征。
环境因素与感官 - 运动操作
- 环境因素包括图纸尺寸、照明、物理模型等，感官 - 运动操作涉及多种输入/输出设备，应注重人体工程学设计。
雕塑表面操作示例
- 雕塑表面操作需数学理解，直接操作理念可应用于相关设计，但缺乏触觉反馈是障碍。
CAD工作场所的活动
- 设计师可通过不同方式弥补软件不足，但应进行任务导向的系统分析，识别问题并改进。
基于实证分析的CAD系统人体工程学要求
- 包括模型和概念、设计任务、信息管理、功能和对象等方面的要求。
设计部门的重组与CAD
- 开发以人为主的模拟方法，优化设计部门的工作组织，组织措施比技术更重要。
CAD集成到公司的信息和通信基础设施
- 设计师需管理正式和非正式信息，集成项目管理方法，注意数据质量和沟通问题。
公司间合作相关问题
- 沟通障碍是合作的主要问题，应开发远程合作CAD系统，考虑人员、资源、媒体等因素。
人体工程学CAD系统的指南和建议
- 德国GI工作组的建议对不同目标群体有不同帮助，为CAD系统的人体工程学设计提供指导。

15. 实用操作建议

为了帮助读者更好地应用上述知识，以下是一些实用的操作建议：

CAD系统选择与配置
- 根据设计任务的需求和特点，选择适合的CAD系统。考虑系统的功能、性能、兼容性等因素。
- 合理配置硬件设备，如显示器、键盘、鼠标等，确保其符合人体工程学要求。例如，选择大屏幕显示器、可调节高度的键盘和鼠标垫等。
工作场所布局
- 合理规划工作空间，确保有足够的空间放置图纸、模型和设备。
- 调整家具的高度和角度，使设计师能够保持舒适的坐姿和工作姿势。例如，使用可调节的办公椅和桌子。
输入/输出设备使用
- 熟悉各种输入/输出设备的功能和操作方法，根据任务需求选择合适的设备。
- 定期清洁和维护设备，确保其正常运行。例如，清洁鼠标和键盘，检查显示器的显示效果。
CAD系统操作技巧
- 学习和掌握CAD系统的基本操作技巧，如绘图、编辑、修改等。
- 利用系统提供的快捷键和宏功能，提高工作效率。例如，设置常用命令的快捷键，编写宏程序自动完成重复任务。
团队协作与沟通
- 在团队合作中，建立有效的沟通机制，及时分享设计信息和想法。
- 使用共享CAD系统和电子草图板等工具，实现实时协作和交流。例如，通过网络共享设计文件，进行在线讨论和修改。
系统优化与更新
- 定期对CAD系统进行优化和更新，以提高系统的性能和稳定性。
- 根据设计师的反馈和需求，对系统进行个性化设置和调整。例如，调整系统的显示参数、界面布局等。

16. 流程图：CAD系统设计与使用流程

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([开始CAD项目]):::startend --> B(需求分析):::process
    B --> C{选择CAD系统}:::decision
    C -->|合适| D(系统配置与安装):::process
    C -->|不合适| B
    D --> E(工作场所布局):::process
    E --> F(输入/输出设备设置):::process
    F --> G(设计工作执行):::process
    G --> H{设计完成?}:::decision
    H -->|否| G
    H -->|是| I(设计审核与修改):::process
    I --> J(团队协作与沟通):::process
    J --> K(系统优化与更新):::process
    K --> L([结束项目]):::startend

这个流程图展示了一个典型的CAD系统设计与使用流程，从项目开始的需求分析，到系统选择、配置和安装，再到设计工作的执行、审核和修改，最后到项目结束。在整个过程中，强调了团队协作和系统优化的重要性。

17. 表格：CAD系统不同层面的改进方向

层面	改进方向
物理层	优化硬件设备的设计，提高其性能和稳定性；增加设备的兼容性和易用性，如支持多种接口和输入方式。
句法层	简化命令和操作流程，减少用户的操作步骤；提供更清晰的提示和反馈信息，帮助用户理解和执行命令。
语义层	增强可视化和分析工具的功能，提供更多的数据处理和展示方式；改进数据管理和存储方式，提高数据的安全性和可靠性。
语用层	加强系统与其他应用和部门的集成，实现数据的无缝交换和共享；提供更个性化的服务和功能，满足不同用户的需求。

这个表格总结了CAD系统在不同层面的改进方向，有助于开发者和用户明确系统优化的重点。

18. 总结

本文全面探讨了CAD系统的人体工程学相关问题，从设计工作的特点、环境因素、感官 - 运动操作、技术特征等多个方面进行了详细分析，并提出了相应的改进建议和操作指南。通过遵循人体工程学原则，优化CAD系统的设计和使用，可以提高设计师的工作效率和舒适度，促进设计行业的发展。希望本文能够为CAD系统的开发者、使用者和相关研究人员提供有价值的参考。