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1、引言 如何让机器及工作环境的设计，能更适合人的生理心理特点，让人在作业当中，能 够感受到舒适和便捷，以至融洽和满足？这样的问题，也许会让您觉得新奇而又全无头绪， 或者说天真而又脱离实际，或者过于简单和平易近人，因而是无需专门来研究和思考的问 题。不管怎么说，下文所要介绍的是，就这个问题已发展出了一个在发达国家影响巨大的 现代学科，即使在我国也已在近 20 年取得了长足的进展。让技术人性化的科学人机工程学在一些好莱坞的科幻大片里，未来的世界充斥着生硬冷漠的巨型建筑、和横行无阻的巨 无霸机器人，人类成了一群柔弱渺小的蝼蚁，面对自己的造物一边作无力的挣扎，一边也 对此前的技术狂热作绝望的反省。另一方
2、面，我们也见到近来有些厂商，尤其在计算机和 家具产品领域，把“以人为本” 、 “人体工学”的设计作为产品的特质来重点宣传。如何让 技术的发展围绕人的需求来展开，产品和环境的设计如何更好地适应和满足人类的生理和 心理的特点，关于这些问题的答案，就涉及到本文所要介绍的人机工程学。1 什么是人机工程学人机工程学是一门多学科的交叉学科，研究的核心问题是不同的作业中人、机器及环 境三者间的协调，研究方法和评价手段涉及心理学、生理学、医学、人体测量学、美学和 工程技术的多个领域，研究的目的则是通过各学科知识的应用，来指导工作器具、工作方 式和工作环境的设计和改造，使得作业在效率、安全、健康、舒适等几个方面
3、的特性得以 提高。 人机工程学从不同的学科、不同的领域发源，又面向更广泛领域的研究和应用，是因 为人机环境问题是人类生产和生活中普遍性的问题。其发源学科和地域的不同，也引起了 学科名称长期的多样并存，在英语中，主要有 Ergonomics（欧洲） 、Human Engineering（美国）等，在汉语中，则还有“人类工效学” 、 “人类工程学”和“人体工学” 。 我国一般把“人类工效学”作为这个学科的标准名称，不过笔者更喜欢“人机工程学”的 叫法，比较起来，前者指明人类和工效的研究是学科的主要内容，但后者更能抓住问题的 核心在于人机关系，也更适合学科目的的丰富内涵。2 人机工程学在二战时期的迅
4、速发展人机工程学的各个分支学科的研究，都在一定程度上具有人机工程学研究的性质。所 有这些思想和方法经过长期和零散的酝酿，在二战时期获得了突破性的进展，从此也奠定 了人机工程学被视为成熟的现代学科的地位，在世界范围受到重视并被视为工业的推动力 之一。这种情形的发生，是因为战争中复杂武器的发展，使得人机协调问题的突然激化。 例如空战和歼击机提出对飞行员的体能和智能要求，使得人员的选拔和培训难度不断增大， 促使在飞机的仪表显示、操纵工具和飞行员座椅等部件的设计中，不得不加大对人的因素 的考虑，进而带动了有关的技术和方法的迅速发展。人机工程学作为一个工程学科，其研究常常是围绕具体的现实问题而展开，例如
5、由于 航空航天活动对人类生理适应性和工作能力的挑战，促进了航空航天医学的发展，在北京 航空航天大学飞行器设计与应用力学系，也较早设立了人机环境专业的教学和科研；由于 工业生产中职业病的广泛危害，在北京医科大学公共卫生学院也开展了包括坐姿作业导致 的肌肉骨骼劳损、粉尘污染致癌等职业病学的研究，同时也就涉及到作业姿势，作业环境 评价等方面的人机工程学的研究。3 我们身边的人机工程学人机工程学的基本研究对象是人的工作，有趣的是，其许多原理认识之后常常显得非 常浅显，而认识之前又常常难以发现或者易于忽视。就日常的熟悉程度，最典型的例子莫过于青少年的学习姿势和近视眼问题。为了防止 青少年写字时驼背和近视
6、眼，人们曾设计出各种姿势纠正器具，来限制弓腰，使学生写字 时保持直坐姿势。这些器具也许会吸引家长掏腰包，但我要怀疑它们是否会得到学生的欢 迎。难题实际上在于，人的眼睛是向前长在脸上的，而不是向下长在下巴上的，而人的眼 睛又倾向于对对象作正面的观察。这样，看作业本就就要求面部向下倾斜，这时要挺直脊 柱，必然导致颈部弯曲角度的加大；如果又要挺胸又要直颈，学生就只好使劲向下撇眼睛。 对此王小波在白银时代里有一段生动的描写：“只要不是工间操时间，我们都要挺胸 垂着头写稿子，那样子就像折断了颈骨悬在半空中的死尸。长此以往，我们都要像一些拐 杖了。 ”所以相比之下，在作业中自然形成的适度的驼背姿势，把这个
7、角度的扭曲交由脊柱、 颈部和眼睛来共同分担，倒可能是更适合人的生理特性的姿势。这个问题合理的解决办法 之一，是让桌面具有适当的斜度，及椅座具有所谓瀑布形的前缘，总之某种姿势的自然形 成，是离不开相应的桌椅设计为诱导和支持的。类似的问题，也出现在操作计算机的上机姿势中。在现行的上机条件下，操作员常常 是手臂向前悬空着来操作键盘和鼠标的。手臂的悬空形成了肩颈部的静态疲劳，使得操作 员不便背部后靠在椅子靠背上作业（后靠姿势会加大悬空的手臂的前伸程度，从而增大肩 部所需的平衡力矩，加快肩颈部的疲劳） ，而当操作员脱离靠背又手臂悬空时，体重就全部 需要由脊柱来承担，其结果或者是腰背的疲劳酸痛，或者是腰肌
8、放弃维持直坐姿势而塌腰 驼背，或者是把手腕抵在桌沿而引发腕管综合症。如此等等，使得计算机操作员的作业姿 势，大都不是打字教科书中推荐的正确姿势。这里问题的关键和前面类似，即如果书本推 荐的正确姿势没有适当设计的桌椅的支持，就会是一种费力的姿势，而各种错误的姿势由 于其省力而易于维持，便会成为人们事实上的作业姿势。在一些计算机教育的报道中，我们见到儿童趴在与其身材不适的电脑台上，眼睛凑得 很近地操作计算机，这样的“电脑从娃娃抓起” ，后果会不会是电脑职业病从娃娃得起呢？ 对于计算机作业姿势和作业环境，笔者已在因特网上建立了一个专门的站点 （http:/）来加以分析和讨论。再举一个人体测量学的例子
9、，在一些大客车座椅，或者老板椅的靠背上部，都有一道 鼓起来的凸包。对于大多数中国人来说，这个凸包常常是顶在后脑勺，使得当身体后靠在 椅背时，不得不稍稍低头。从设计上来说，这道凸包本来是用来垫靠颈部的凹处，使人的 头颈更舒服的。问题的出现是由于这些座椅的设计和生产直接从国外引进，而生产者又没 有有关的常识，尺寸上完全照搬。由于中国人的身材较西方人小，结果西人垫颈的凸包就 顶住了我们的后脑勺。4 人机工程学在中国在中国，人机工程学的研究在本世纪 30 年代开始即有少量和零星的开展，但系统和深 入的开展则在文革以后。1980 年 4 月，国家标准局成立了全国人类工效学标准化技术委员 会，统一规划、研
10、究和审议全国有关人类工效学的基础标准的制定。1984 年，国防科工委 成立了国家军用人机环境系统工程标准化技术委员会。这两个技术委员会的建立，有 力地推动了我国人机工程学研究的发展。此后在 1989 年又成立了中国人类工效学学会，再 在 1995 年 9 月创刊了学会会刊人类工效学季刊。虽然人机工程学在中国已有所进展，但是和发达国家相比还非常落后。中国在人力资 源方面是相对充裕和廉价的，象“王铁人”这样的劳动楷模，就其奉献精神和坚强意志固然让人钦敬，而在人机工程学角度看来，却体现出技术的落后和对人力的滥用。随着我国 科技和经济的发展，人们对工作条件、生活品质的要求也逐步提高，对产品的人机工程特
11、 性也会日益重视，本文开篇谈到一些厂商把“以人为本”的、 “人体工学”的设计作为产品 的卖点，也正是出于对这种新的需求取向的意识。笔者有一次在北京图书馆复印国际人类工效学专业杂志Ergonomics的几篇文章， 旁边有位读者很好奇地问我 ergonomics 是什么意思，当我告诉他这个词的中文译名是人机 工程学或者人类工效学时，对方的反应显然仍是一头雾水。事实上，在我国不光普通公众， 即使理工科的大学毕业生，也大都不太知道这门学科的有关情况。另一方面，从中国专利 局公布的专利授予可以看出，人类发明创造的很大一部分，都是关于如何使各种器具变得 更省力和方便，虽然人机工程学正是为这类改进提供系统的
12、理论和方法，但就象前面提到 的少儿姿势纠正器一样，大多数发明人显然也缺乏有关的基本知识。这都反映出人机工程 学在我国不仅有待研究和提高，更亟需宣传和普及。杭州大学朱祖祥教授主编的人类工 效学教程序言也指出：“人类工效学工作者除了要努力从事研究工作外，还须向全社会 广作宣传。 ”5 二十一世纪的人机工程学人机工程学致力于人与技术之间的协调，分开来讲，则有技术的人性化和人的技术化 两个方面。从信息技术的发展来看，下一个世纪技术人性化的最大体现将在于计算机虚拟现实技 术的实用化。回顾人与计算机交互方式的演变，从利用穿孔纸带输入计算程序，到面对终 端机上的字符操作界面，再到个人计算机上的图形界面和多媒
13、体，继而是网络和虚拟现实， 界面的日益“友好”或者说计算机技术的日益“人性化” ，其实质也就是人机工程特性的不 断的提高。彼尔盖茨的未来之路和尼葛洛庞帝的数字化生存都向公众介绍过虚 拟现实的有关概念和前景，从人机工程学的角度来说，虚拟现实技术把人类的空间感、行 走等感觉和行为功能纳入到人机交互之中，使得人与信息的交流变得更加自然和没有阻碍。在人的技术化方面，一方面人自觉和主动地进行学习、接受训练和选拔，从而获得更 大的能力；另一方面也会被动地和不自觉地接受技术的约束，和形成对技术的依赖，后者 例如使用计算器后心算能力的减退，继而使用电脑记事后记忆力的减退。1997 年克隆羊的 问世，引起了世界
14、范围的震动，也继而引起了是否要研究克隆人的激烈争论。从生物科学 的发展来看，克隆羊或者克隆人的出现，或者在此时，或者在彼地，但都是技术不断进步 的必然结果，而引起笔者更大震动的，是前不久读到的一段英国科学家霍金的言论，记得 其大意是：由于人类社会和技术环境的复杂性的不断提高，使人类作为一种生物所具有的 有限能力和复杂性日益难以适应，因而利用基因技术来改造和提高人类的素质将成为必然 的选择。这个观点意味着人类这个认识和改造的主体，将自觉地将其所发展的技术手段应 用于对自身的根本性改造，这将对人类未来的演进带来复杂和深远的影响。当然，在这样 的意义上，笔者和大家一样都还是未被改进的旧人类，所以对这
15、种新的前景也还无从臆测 了。这里值得注意的是，和技术的人性化相比，人的技术化涉及到社会、文化、宗教层面 的争论，或者说涉及到的不同的价值取向的争论，而这样的争论，就越出到科技以外的范 畴去了。人因工程与建筑设计一、前言 人因的问题早发展在远古人类祖先使用简单工具之初，虽然这自远古就存在的问题。 却直至近百年才被人类所注意到，而有系统研究人因是最近五十年来的事，到了 1960 年以 后，人因的发展才逐渐快速起来，广受先进国家的重视与推展。 二、人因是什么？ 简单的说，人因是探讨人类日常生活和工作中的人与工具、设备、机器及周遭环 境之间交互作用的关系，以及如何去设计这些会影响到人的事物及环境。易言
16、之，人因就 是要去改善那些人们所常使用的器物与其所处的周遭环境，其使人与人本身的能力 (CAPABILITIES)、本能极限(LIMITATIONS)和需求之间(NEED)能有更好的配合。 换个角度来看，就是将人视为整个系统的一部份，除了技术外，为了发挥整个系统的预期 功能，以及将人视为最有效的资源，再加上昂贵的人力成本，所以我们要研究人这个 子系统，使其它的子系统更能配合人 ，以发挥人的最大功能并使其不受损害，这就 是人因。 三、人因的发展史 早期人类的主要观念很明显的是以人来配合工作或任务。直至二次世界大战期间才发 现，即使经过特殊训练的人员。仍无法操作一些复杂的机器或胜任一些看似简单的工作， 因为这些机器或工作本身就超出人类的能力极限。因此，从这期开始奠定了促使日后人因 快速发展及其发展体质的重要观念，那就是以物就人，而非以人易物 。1960 年至 1980 年是人因发展最快的一个时期。1960 年代，人因工程在美国仅被应用在国防方面，加上为 了开拓星际作业，人因工程在太空计画中变得非常
