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1、第1章绪论第1章绪论1.1人机工程学及其发展史1.2人机系统1.3人机工程学的研究内容和应用1.4人机工程学的研究方法第1章绪论1.1人机工程学及其发展史1.1.1什么是人机工程学人机工程学是20世纪40年代后期跨越不同学科和领域，应用多种学科的原理、方法和数据发展起来的一门新兴的边缘学科。由于它的学科内容的综合性、涉及范围的广泛性以及学科侧重点的不同，学科的命名具有多样化的特点。第1章绪论例如，在欧洲多称为工效学(Ergonomics)；在美国多称为人类因素学(HumanFactors)、人类工程学(HumanEngineering)、工程心理学(EngineeringPsychology)
2、；在日本称为人间工学等。在我国所用的名称有人机工程学、工效学、人机学、人体工程学等，本书使用人机工程学这一名称。人机工程学目前也无统一的定义。第1章绪论著名的美国人机工程学专家W.E.伍德森(W.E.Woodson)认为：人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，亦即对人的知觉显示、操纵控制、人机系统的设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高的效率和作业时感到安全和舒适。前苏联的学者将人机工程学定义为人机工程学是研究人在生产过程中的可能性、劳动活动方式、劳动的组织安排，从而提高人的工作效率，同时创造舒适和安全的劳动环境，保障劳动人民的健康，使人从生理上和心理上得到全
3、面发展的一门学科。第1章绪论国际人机工程学会(InternationalErgonomicsAssociation，简称IEA)的定义为人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作、生活和休假时怎样统一考虑工作效率、健康、安全和舒适等问题的学科。中国企业管理百科全书中对人机工程学所下的定义为人机工程学是研究人和机器、环境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生理、心理特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。第1章绪论综上所述，尽管各国学者对人机工程学所下的定义不同，但在下述两方面却是一致的：1)人机
4、工程学的研究对象是人、机、环境的相互关系。2)人机工程学研究的目的是如何达到安全、健康、舒适和工作效率的最优化。第1章绪论1.1.2人机工程学发展简史早在石器时代，人类就学会了选择石块打制成可供敲、砸、刮、割的各种工具，从而产生了原始的人机关系。此后，在漫长的历史岁月里，人类为了扩大自己的工作能力和提高自己的生活水平，便不断地创造发明，研究制造各种工具、用具、机器、设备等。但是却忽略了对自己制造的生产工具与自身关系的研究，于是导致了低效率，甚至对自身的伤害。第1章绪论19世纪末，人们开始采用科学的方法研究人的能力与其所使用的工具之间的关系，从而进入了有意识地研究人机关系的新阶段。这一阶段(大致
5、从19世纪末到20世纪30年代)，在人与工具的关系以及人与操作方法的研究方面，最具有影响力的首推现代管理学的先驱泰勒(F.W.Taylor)。1898年泰勒进入美国的伯利恒钢铁公司后，对铲煤和矿石的工具铁铣进行研究，找到了铁铣的最佳设计以及每次铲煤或矿石的最适重量。第1章绪论同时，泰勒还进行了操作方法的研究，剔除多余的不合理的动作，制定最省力高效的操作方法和相应的工时定额，大大提高了工作效率。1911年吉尔布雷斯夫妇(F.B.GilbrethandL.M.Gilbreth)通过快速拍摄影片，详细记录工人的操作动作后，对其进行分析研究，将工人的砌砖动作进行简化，使砌砖速度由原来的120块h提高到
6、350块h。现代心理学家闵斯托博格(H.Munsterberg)1912年前后出版了心理学与工作效率等书，将当时心理技术学的研究成果与泰勒的科学管理学从理论上有机地结合起来，运用心理学的原理和方法，通过选拨与培训，使工人适应于机器。第1章绪论20世纪20年代，心理技术学传入中国，1935年我国心理学家陈立出版了工业心理学概观，这是我国最早系统介绍工业心理学的专著。该阶段人机关系研究的特点是，以机器为中心进行设计，通过选拨和训练，使人适应于机器。在此期间的研究成果为人机工程学学科的形成打下了良好的基础。第1章绪论第二次世界大战期间，由于战争的需要，军事工业得到了飞速发展，武器装备变得空前庞大和复
7、杂。此时，完全依靠选拨和训练人员，已无法使人适应不断发展的新武器的性能要求，事故率大为增多。据统计，美国在第二次世界大战期间发生的飞机事故中，90%是由人为因素而造成的。人们在屡屡失败中逐渐认识到，只有当武器装备符合使用者的生理、心理特性和能力限度时，才能发挥其高效能，避免事故的发生。于是，对人机关系的研究，从“人适机”转入“机宜人”的新阶段。从此，工程技术才真正与生理学、心理学等人体科学结合起来。第1章绪论第二次世界大战结束后，人机关系的研究成果广泛地应用于工业领域。1949年，在默雷尔(Murrell)的倡导下，英国成立了第一个人机工程学科研究组。翌年2月16日在英国海军部召开的会议上通过
8、了人机工程学(Ergonomics)这一名称，正式宣告人机工程学作为一门独立学科的诞生。1949年查帕尼斯(A.Chapanis)等人出版了应用实验心理学工程设计中人的因素一书，总结了第二次世界大战时期的研究成果，系统地论述了人机工程学的基本理论和方法，为人机工程学奠定了理论基础。1954年伍德森发表了设备设计中的人类工程学导论。第1章绪论1957年麦克考米克(E.J.McCormick)出版了人类工程学一书，该书相继被美国、欧洲和日本等国广泛采用作为大学教科书。在这一阶段，德国、美国先后成立了人机工程学会，德国的马克思普朗克协会人类工程学研究所、英国的劳勃路技术学院、美国的哈佛大学等都开展了
9、不少人机工程学方面的研究工作，人机工程学原理也为许多工业设计师所采用。第1章绪论20世纪60年代以后，科学技术飞速发展，电子计算机应用的普及，工程系统的进一步复杂及其自动化程度的不断提高，宇航事业的空前发展，一系列新科学的迅速崛起，不仅为人机工程学注入了新的研究理论、方法和手段，而且也为人机工程学提出了一系列新的研究课题。如核电站等重要系统的可靠性问题、计算机的人机界面设计问题、宇航系统的设计问题等等，拓宽了人机工程学的研究领域和应用范围，促进了人机工程学的发展和进步。第1章绪论60年代人机工程学研究的指导思想是将人、机、环境作为一个完整的系统，使系统中的人、机、环境获得最佳匹配，以保证系统整
10、体最优。70年代以后，在指导思想上有人主张应特别强调人类的基本价值，特别强调在系统、工具、环境设计中考虑操作者的个体差异，让科学技术不仅在产品性能上能满足人类要求，而且使人类在操作机器的过程中也获得满足。第1章绪论国际人机工程学会(IEA)1960年成立至今，先后召开了10届国际性会议，英国、美国、德国、日本、法国等许多国家的人机工程学会均与IEA建立了联系。1975年成立国际人机工程学标准化技术委员会(ISOCT159)，至1986年共制订8个标准草案或建议，发布工作系统设计的人机工程学原则标准，作为人机系统设计的基本方针。此外，许多国家设立了专门的人机工程学研究机构。英、德、美、苏等国都相
11、继制订了本国的人机工程学国家标准。第1章绪论目前，人机工程学已被广泛应用于国防、交通运输、工业、航天航空、农业、建筑等各个领域。我国的人机工程学研究起步较晚，但发展较快。1980年建立全国人类工效学标准化技术委员会，至1988年已制订有关国家标准22个。1989年成立中国人类工效学学会。中国科学院心理学研究所及一些高等院校分别建立了人机工程学研究机构，开设了人机工程学课程。有关人机工程学方面的出版物也日益增多。目前在我国人机工程学已应用于许多部门，如铁路、冶金、汽车运输、工程机械、机床设计、航天航空、医药等，并取得了不少可喜成绩。第1章绪论有关资料表明，近期内人机工程学的研究方向可归纳为：工作
12、负荷研究(在体力、脑力活动中和工作紧张时，人的生理和心理负荷的研究)；工作环境研究(一般工作环境和特殊工作环境中人的生理、心理效应)；工作场地、工作空间、工作装备的人机工程学研究；信息显示特别是计算机终端显示中人的因素研究；计算机设计与使用的人机工程学研究；安全管理及人的可靠性研究；工作成效的测量和评定；机器人设计的智能模拟等。第1章绪论1.2人机系统当今世界，没有机器的帮助人们几乎不能达到自己的目的。但没有人的操作，机器也不能自己工作。人机系统的外延相当广泛，工人用车床加工零件，构成了工人车床人机系统；人与工具、人与桌椅等都是人机系统。第1章绪论人机系统之所以能够不断发展，是由于人机系统中人
13、与机器能够互相补偿各自的不足。因此，任何一个人机系统都需要解决人与机器的合理分工问题。既然人与机器在完成系统目标上有分工，随之而来的就是人与机器的信息交换问题人机界面问题。为了使系统达到预期目标，人机之间的信息交换必须保证准确、迅速。人机系统的改善，不仅依赖工程技术人员对机器进行改进，使机器更适合于人体因素，同时也依赖于选择适当的操作者或对操作者进行有目的的训练。第1章绪论因为某些特定的作业仅适合一部人。这就是职业选拨和训练对人机系统的贡献。人的行为特性十分复杂，因此有必要了解人的机能，才能使系统安全、高效地运行。可见人机系统是指人为了达到某种预定目标，针对某些特定条件，利用已经掌握的科学技术
14、，组成的人、机、环境共存的体系。这就是广义的人机系统，也称为人机环境系统。狭义的人机系统仅指人与机器组成的共存体系。第1章绪论1.2.1人机系统的基本类型从最简单的人与手工工具的结合，到各种不同复杂程度的人与机器的结合，任何一个基本人机系统都是由信息传递、信息处理、控制和反馈等基本结构所组成的。按照人在系统中的作用，人机系统可分成三种基本类型。第1章绪论1.手工劳动系统手工劳动系统由人和辅助机械或手工工具构成(见图1-1)主要动力来源于人，人既作为动力源又作为控制者，系统的效率主要取决于人。第1章绪论图图1-11-1手工劳动系统手工劳动系统第1章绪论2.半自动化、机械化系统该系统由人和机械设备
15、或半自动化机械设备构成(见图12)，人主要充当生产过程的控制者或操作者，动力一般由机械系统提供。这种系统中，人与机械之间信息交换频繁复杂。人通过感知生产过程中来自机械、产品的信息，经大脑加工处理，用控制手柄、开关等装置实施对机械的控制。第1章绪论图1-2半自动化、机械化系统第1章绪论3.自动化系统自动化系统由人和自动化机械设备构成(见图1-3)，在一般情况下，机械的运转可完全不依赖于人的控制，机械本身就是一个闭环系统，人只是管理者和监视者。只有发生意外情况，人才采取强制措施。第1章绪论图1-3自动化系统第1章绪论1.2.2人与机的结合方式在人机系统中，人与机的结合方式一般有三种基本模式，如图1
16、-4所示。第1章绪论图1-4人与机的结合方式(a)人与机串联；(b)人与机并联；(c)人与机串并联第1章绪论1.人与机串联方式人通过机器的作用产生输出，因此会导致人和机的特性互相干扰。虽然人的长处通过机器得以发挥，但人的弱点也会同时被扩大。所以，采用串联系统时，必须进行人机功能的合理分配，使人成为控制的主体。第1章绪论2.人与机并联方式人通过显示装置和控制装置，间接地作用于机器，产生输出。当系统正常时，人管理、监视系统的运行，系统对人几乎无操作要求；当系统出现异常时，系统由自动控制变为手动控制，人与机器的结合也变为串联方式，这就要求人迅速而准确地进行判断和操作。3.人与机串并联方式又称混合结合方式，是最常用的结合方式。第1章绪论1.2.3人机系统的发展与人在系统中的地位研究人机系统发展的主要目的是归纳总结人机系统的变化特点，认识人在人机系统中的地位和作用，以便使系统设计能符合人的生理和心理特点，提高系统的可靠性和有效性。1.人机系统的发展变化特点1)科学技术进步以机器取代人的体力，这不仅延长了人的体力，也使体力消耗降低了，但
