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1、人机工程教学与运用,第一章 概论,在涉足人机工程学之前，我们可能对这门学科的部分内容有一些经验性的接触，比如说凳子的高度一般为400mm、床长为2000mm、桌子高750mm等，这些尺寸是如何确定的呢？它与我们的日产生活和工作环境又存在哪些关联？这将是我们要讨论和研究的问题。,日常生活与工作环境中人机工程学应用巡视,例1：大沙发豪华气派，配备活动靠垫更显人性化； 例2：升级换代产品学生双肩背书包取代挎式书包，有利于学生健康成长。 例3：“叫壶”的出现，改善了传递信息的“人机界面”，也增加了安全系数。 例4：2003年SARS肆虐流行期间，北京市应时推出了具有防疫功能的“带耳朵的垃圾箱”。 例5
2、：工厂装配车间的生产线上用弹性绳索悬挂着螺丝刀，使工人操作使用既省力又方便。 例6：住宅客厅入口设置玄关，用来强化私密性的心理需求。 例7：步行街盲道的增设凸显了人文的关怀。 例8：城市通过广场建设来分解人流，以扩充人们的活动空间。,作为一名设计师，我们不应该满足知道是怎么样，更加重要的是要知道为什么要这样，要做到“知其然而且知其所以然”。 人机工程学就是这么一种学科。它的宗旨是以行为者达到舒适、安全、高效（经济）为目的，研究并优化人机系统的科学。人机工程学为设计提供了人际关系方面的理论依据和研究准则，是设计师必须掌握的基础学科之一。,第一节人机工程学的形成与发展,人机工程学的形成与发展可以概
3、括为三个阶段。 经验期对劳动工效的苛刻追求与人机工程学的孕育 从广义上说，自有人类以来，就开始存在着一种人机关系。当然，最早是一种最原始，也是最简单的“人机关系”。“工欲善其事。必先利其器”，此道理早就被我们的祖先所认识。在古代虽然没有系统的人机学研究方法，但人类所创造的各种器具，从形状的发展变化来看，是符合人机工程学原理的；旧石器时代所创造的石刀、石斧等狩猎工具，大部分是直线形状；到了新石器时代，人类所创造的锄头、铲刀以及石磨等工具的形状，就逐步变得更适合人使用了；青铜器时代以后，人类新创造的工具更是大大向前发展了。这些工具由于人的使用和改进，由简单到复杂逐步科学化。,工业革命以后，以新能源
4、、新技术为基础的大机器生产方式，在实现了前所未有的高效率的同时，也产生了比过去复杂得多的人机关系。机器的发明家和设计者忙于改善机器的性能以进一步提高效率，至于与操作者体能之间的矛盾则根本不在考虑之列。为了能够跟上机器的节奏，操作者必须拼命工作。机器成了生产的主宰，而操作者成了附庸。随之而来的是，工人劳动强度增加，工伤事故率上升，社会矛盾日益尖锐化。 在这种情况下，欧美一些学者和研究机构以降低劳动强度、减少事故、提高劳动生产率为目的，对人在劳动过程中的生理和心理问题等方面进行了研究。英国在一次世界大战期间成立了工业疲劳研究所，研究放置疲劳、提高功效的而途径。当时这方面研究比较有影响的是泰勒和吉尔
5、布雷斯夫妇。,创建期二战中尖锐的军械问题与人机工程学的诞生,人机工程学正式建立的时间是二战期间，当时各国为了取得战争胜利，投入了大量威力强大的高性能武器，期望以技术的优势来决定战争的胜利。然而由于过分的注重武器的性能和威力，忽略了使用者的能力与极限，出现了飞机驾驶员误读仪表而意外失事。 为了解决这一问题，决策者和设计者意识到要充分了解人使用时的方便与否，从而安全正确的使用。 在这一发展阶段中，人机工程学的研究课题已超出了心理学的研究范畴，使许多生理学家、工程技术专家投身到该学科中来共同研究。人机工程学在这一阶段的发展特点是：重视工业与工程设计中的“人的因素”，力求使机器适应于人。,发展和成熟期
6、向民用领域的延伸,二战后，专家们开始将人机工程的研究成果广泛应用到产业界（主要有家具、电器、室内设计、医疗器械、汽车与民航飞机、飞船宇航员生活舱、计算机设备与软件、生产设备与工具、事故与才还分析、消费者伤害的诉讼分析等），以追求人与机械间的合理化，使人体工程学得到了空前的发展。过去是先设计机械，后训练人来操作；现今是先了解人，后根据人来设计使用器具。 1957年，美国人麦克米考克著人类工程学是第一步人机工程学方面的权威著作，它标志着这一学科进入了成熟阶段。,现代人机工程学发展有三个特点：,着眼于机械装备的设计，使机器的操作不超越人类能力界限。 密切与实际相结合，尽可能用人机工程学原理进行具体的
7、机械装备设计。 力求使实验心理学、生理学、功能解刨学等学科的专家与物理学、数学、工程学方面的研究人员共同努力，密切合作 现代人机工程学研究的方向是：把人机环境系统作为一个系统的整体来研究，以创造最适合于人工作的机械设备和作业环境，使人机环境系统相协调，从而获得系统的最高综合效能：高效、安全、经济。,第二节人机工程学的基本概念与研究范围,人机工程学的学科命名与科学定义 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：例如：在欧洲多称为工效学
8、（Ergonomics）；在美国多称为人类因素学（Human Factors Engineering）、人类工程学（Human Engineering）；在日本被称为人间工学，等等。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。 目前国内学者通常认为：人机工程学是研究“人机环境”系统中人、机、环境之间的关系，为解决该系统中人的效能、健康问题提供理论与方法的科学。,人机工程学的概念,人机系统 系统是指为了达到一定目标，由相互依赖、起互动作用的若干部分所组成的一个整体。虽然总体的高效能一般依赖于各子系统的优良性能，但更依赖于各子系统之间的协调关系。离开相互协调、在互动中有效发挥作用的
9、前提，子系统的“独善其身”对整个系统并无价值，在系统设计中是不适宜的。,而人机系统则是指人与他所面对的物共处于一时间及空间所构成的系统，它由三个子系统组成。 人：作业者或使用者，人的心理、生理特征，及人适应机器（或人造物）和环境的能力都是其研究的课题。 机：即机器（或人造物），包括人操作和使用的一切产品和工程系统。怎样才能设计出满足人的要求，符合人的行为规律的产品是人机工程学探讨的重要课题。 环境：人工作和生活的环境、噪声、照明、气温等因素对人的工作生活的影响是其研究的对象。,人机界面,指人机间能相互施加影响的区域，人通过感受器官（眼、鼻、耳、舌、口、身）接受外界发出的信息、物质和能量，又通过
10、执行器（手、足、口、身）向外界传递信息、物质和能量，在人机交流中凡参与这两个过程的一切领域均属于人机界面。,人机界面按性质分三类。,控制系统人机界面（也叫人机接口）：其特点是通过显示器系统传递信息。人通过控制系统传达操纵指令，使机器按人所规定的状态运行。 工具性人机界面：如工具手柄、家具、被服从生活用品等，其特点是要求用具符合人的形体尺寸及操控能力，使之在使用过程中感到舒适、方便、安全。 环境性人机界面：如照明、噪声、小气候等，其特点是作用于人的生理过程而影响人的而舒适、健康、安全。 在实际人机系统中，往往兼有各类人机界面，甚至出现人机界面的交叉。,人机关系,人适机：通过最佳的训练方法，使人适
11、应于机器和环境，更好的发挥人机系统的效能，但要注意人适机是有限度的。 机宜人：器物设计要适合解剖学、生理学、心理学等人的因素，根据人的特点来设计机器。但要注意不能单方面的强调机器适应人，应当人机相互适应，合理分工，达到人机系统的最优化。,人机合理分工,人机功能分配是产品设计的首要问题。人与机器各有所长。人机合理分工的基本原则是发挥人与机器各自的而有时。 人机合理分工的一般原则如下：设计中应把笨重、快速、单调、规律性强、高级运算及在严酷和危险条件下的工作分配给机器，而指令程序的编制、机器的监护维修、故障排除和处理意外事故等工作安排人去承担。 但是人机分工并不单纯是人机工程本身的问题，它还取决于社
12、会、经济、科技发展水平等更广泛的额条件（如劳动密集型产业对扩大就业有利、傻瓜相机虽好但不适合专业摄影）。,人机工程的研究内容与研究方法,人机工程学研究的内容包括理论和应用两个方面，但当今人体工程学研究的总趋势还是重于应用。而对于学科研究的主体方向，则由于各国科学家和工业基础的不同，侧重点也不同。例如，在美国侧重工程和人际关系；在法国侧重劳动生产率；在前苏联侧重工程心理学，等等。,人机学工程学的研究内容,研究人机系统中人的各种特性 生理特性有：人的形态机能，静态及动态人体尺度，人体生物力学参数，人的信息输入、处理、输出的机制和能力，人的操作可靠性的生理因素等。 心理特性有：人的心理过程与个性心理
13、特征，人在劳动时的心理状态，安全生产的心理因素和事故的心理因素分析等。 这些特性是人际工程学的基础理论部分，是解决工程技术问题的主要依据。 研究人机功能合理分配 各种人机界面的研究 作业方法与作业负荷研究,作业方法研究：作业的姿势、体位、用力、作业顺序等，目的是消除不必要的劳动消耗。 作业负荷研究：侧重于体力负荷的测定、分析，以确定合适的作业量、作业速率、作息安排以及研究作业疲劳及其与安全生产的关系等。,作业空间的分析研究 主要研究为保证安全高效作业所需的空间范围。包括人的最佳视区、最佳作业域、最小的装配作业空间以及最低限度的安全防护范围等。 事故及其预防的研究 研究生产事故的各种人的因素、人
14、的操作失误分析语预防措施等。,人机工程学的一般研究方法,实测法 实测法是借助工具、仪器设备进行测量的方法。例如人体尺寸的测量，人体生理参数的测量（能量代谢、呼吸、脉、血压、尿、汗、肌电、心电等），作业环境参数的测量（温度、湿度、照明、噪声、辐射等）。 实验法 实验法是在人为设计的环境中测试实验对象的行为或反应的一种研究方法，一般在实验室进行，但也可以在作业现场进行。如人对各种仪表表示值的认读速度、误读率与仪表显示的亮度、对比度、仪表指针和刻度盘的行装、观察距离、观察者的疲劳程度和心情等关系的研究。,询问法 调查人通过与被调查人的谈话，评价被调查人对某一特定环境、条件的反应。询问法需要具备高超的
15、技巧和丰富的经验，调查人要对询问的问题、先后顺序和具体的提法做好充分准备，对所调查的问题采取绝对中立的态度，对被调查人要热情关心，建立友好的关系。这种方法能帮助被调查人整理思路，对被了解被调查人过去没有认真考虑过的问题特别有效。 观察法 通过直接或间接观察，记录自然环境中被调查对象的行为表现、活动规律，然后进行分析研究的方法。其技巧在于能客观的观察并记录被调查者的行为而不受任何干扰。,模拟和模型实验法 由于机器系统一般比较复杂，因而在人机系统研究时常采用模拟法。它是运用各种技术和装置的模拟，对某些操作系统进行逼真的试验，可得到所需要的更符合实际的数据的一种方法。例如训练模拟器、各种人体模型、机
16、械模型、计算机模型等。因为模型器或模型通常比所模拟的真实系统价格便宜的多，而又可以进行符合实际的研究，所以应用较广。,人机工程学的程序,确定目标 人机系统中有许多问题需要解决，因此必须逐个分析界定，选择系统中的主要问题作为研究目标。比如，长期效率比较低的作业，标准化欠佳的操作，事故频发的作业等。 收集资料 没有一定的资料既不能做出定性分析，也不能做出定量分析，因此，必须占有必要的资料。收集资料时，应针对研究目标，广泛收集与目标有关的资料，并对所收集的资料进行科学整理。 制定方案 在收集资料的基础上，应拟定多种备选方案。 综合评价 通过对备选方案的试验、费用、效果等分析比较，进行可行性论证，选出优化满意的方案供决策参考。,人机工程学的学科特性与相关学科,人机工程学的学科特性 人机工程学的主要任务是建立合理而可行的人机系统，更好的实施人机功能分配，更有效的发挥人的主体作用，并为劳动者创造安全舒适的环境，实现人机系统的安全“安全、经济、高效”的综合效能。具体的说，人机工程学的主要任务是为工程技术设计者提供人体合理的理论参数和要求，并应用于设计实践。 人机工程学相关的学科 人机工程学是由多门学
