人机工程学讲义1(2)

首先是人机功能的合理分配。人与机，都有各自的能力、优势与限度，如机器具有功率大、速度快、精度高、可靠性强和不会疲劳的优点，而人具有适应能力、思维能力和创造能力。需要根据各自的特点，设计能够取长补短、相互协调、相互配合的人机系统，如图1-4. 更为重要的是人机交互及人机界面的设计。人机的相互作用包括物质的、能量的与信息的等多种形式，其中人机之间的信息交互最为重要。人凭借感觉器官通过信息显示器获得关于机器的各种信息，经大脑的综合、分析、判断、决策后，再以效应器官对操纵控制器的作用将人的指令传送给机器，使机器按照人所期望的状态运行。机器在接受人的操作信息之后又通过一定的方式将其工作状态反馈于人，人根据反馈信息再对机器的状态做出进一步的控制或调整。信息的交互以人机界面为渠道，信息的输入与输出都通过界面加以转换和传递。界面既包括硬件界面，如各种图形符号、仪表、信号灯、显示屏、音响装置等构成的信息显示器与各种键、钮、轮、把、柄、杆等构成的操纵控制器也包括软件界面，如计算机程序 界面等。人机工程学研究如何根据人的因素设计显示器与控制器，使显示器与人的感觉器官的特性相匹配，使控制器与人的效应器官的特性相匹配以保证人、机之间的信息交换通畅、迅速、准确。

此外还包括系统的安全性和可靠性。人机系统已向高度精密、复杂和快速化发展，而这种系统的失效，将可能产生重大损失和严重后果。实践证呱系统的事故大多数是由人为失误造成的，而人的失误则是由人的不可靠性引起的。人机工程学主要研究人的可靠性、安全性及人为失误的特征和规律，寻找可能引起事故的人的主观因素研究改进人机环境系统，通过主观与客观因素相互补充和协调，克服不安全因氯以减少系统中不可靠的劣化概率研究分析发生事故的人、物、环境和管理等原因，提出预防事故和安全保护措施，搞好系统安全管理工作。 3.研究作业场所设计和改善 作业场所设计包括作业空间设计、作业器具设计、作业场所总体布置。人机工程学研究如何根据人的因素，设计和改善符合人因的作业场所，使人的作业姿势正确、作业范围适宜、作业条件合理、达到作业时安全可靠、方便高效、不易疲劳、舒适愉悦的目的。 作业环境包括 ? ? ? ? 物理环境：照明、温度、湿度、噪声、振动、空气、粉尘、辐射、重力、磁场等。 化学环境：化学污染等。 生物环境：细菌污染及病原微生物污染等。 美学环境：造型、色彩、背景音乐的感官效果。

人机工程学主要研究在各种环境下人的生理、心理反应，对工作和生活的影响研究以人为中心的环境质量评价准则研究控制、改善和预防不长环境的措施，使之适应人的要求。目的是为人创造安全、健康、舒适的作业环境，提高人的工作、生活质量，保证人机环境系统的高效率。 4.作业研究及其改善 作业是人机关系的主要表现形式，人机工程学主要研究作业分析、动作经 济原则、工作成效测量与评定等研究人从事体力作业、技能作业和脑力 作业时的生理与心理反应、工作能力及信息处理特点研究作业时合理 的负荷及耗能、工作与休息制度、作业条件、作业程序和方法研究适宜作 业的人机界面， 除硬件机器系还包括软件，如规则、标准、制度、技法工程序、说明书、图纸、网页等，都要与作业者的特性相适应。以上研究的目的是寻求经济省力、安全、有效的作业方法，消除无效劳动，减轻疲荒合理利用人力和设备、提高系统的工作效率，如图1-7 此外还包括组织与管理，主要研究克服人决策时在能力、动机、知识等相关信息方面的制约因素，建立合理的决策行为模式研究改进生产或服务过程，为适应用户需要再造经营与作业流程，不断为产品与技术创新创 造条件研究使复杂的管理综合化、系统化，形成人与各种要素相互协调的作业流、信息流、物流等管理体系和方式研究人力资源中特殊人员的选拔、训练和能力开发，改进对员工绩效的评定管理，采取多重激励，发挥人的潜能，研究组织形式与部门界面，便于员工参与管理和决策，使员工行为与组织目标相适应，加强信息沟通和各部门之间的综合协调。

综上所述，作为一门跨越和交叉多个学科的边缘学科，人机工程学的研究范畴非常广泛，囊括了人、机、环境及其系统。从工业设计学科的角度来看，更集中地关注基于人的因素而对机与环境的功能、结构、形态、空间、界面、材料、色彩、照明等要素做出的适宜人的设计。

研究方法

人机工程学多学科性、交叉性、边缘性的特点决定了其研究方法的多样性，包括人体科学、生物科学、统计学、系统工程、控制理论等学科的多种方法，以及本学科中的特殊方法。这些方法被用以测量人体各部分的静态和动态数据、分析研究作业的时间和动作、检测作业中人的名项指标和,心理状态下的动态变化，统计和计算数据内的规律和相互关系，调查和观察人的行为和反应特征、分析作业过程和工艺流程中存在的问题，分析差错和事故的原由，进行模型试验或电脑模拟试验等。由丁学科来源的多样性和应用的广泛性，人机工程学中采用的各种研究大法种类很多、有些是从其来源如人体测量学、工程心理学等学科中沿用下来的，有些是从其他有关学科借鉴过来的、更多的是从应用的目标出发创造出来的。下面介绍其中常用于一般产品设计领域的方法。 实测法 实测法(measure method)是一种借助于仪器设备进行实际测量的方法。 例如，对人体静态与动态参数的测量、对人体生理参数的测量或者是对系统参数、作业环境参数的测量等。 测量方法是人机工程学中研究人形体特征的主要方法，许多国家已经把这些测量结果编辑成手册供各行业的专业人员参考。在我国、这方面工作还很薄弱、设计师有时有必要自己动手通过实测获得有关数据。常用约有以下几种

1尺度测量；最常用的·一种仪器叫马丁测量仪、是由一些直尺、角尺、卡钳组合而成，在没有这种仪器陈用一般的类似二具完全可以代替。 2动态测量：测量人体在动态过程中某部位的运动轨迹、活动范围等。可用照像连续曝光的方式获得，也可以在所需的部分安上小灯泡，在黑暗的背景条件下用照相机的Br引聂影、比较高级的方法是将上述的连续图像输人计算机处理。 3力量测量：采用一般的拉力计、压力计、扭力计、握力计即可进行大多数的力量测量。 4体积测量最简单有效的办法是排水法。 5肌肉疲劳测量：采用生物电流计测量，这种仪器可将由于肌肉疲劳引起的肌肉化学变化转变成的电信号绘制成肌电图。 6其他生理变化的测量：如呼吸、心跳、耗氧量、排汗量、血压等生理变化的测量、可以昔助相应的医学仪器完成。 观察法 观察法(observation method)是指调查者在一定理论指导下、根据一定的目的、用人的感觉器官或借助一定的观察仪器和观察技术(计时器、录像机等)观察、测定和记录自然情境下发生的现象的一种方法。 例如，观察作业的时间消耗、流水线生产节奏是否合理，工作日的时间利用情况、动作分析等。观察法又可分为参与观察(观察者以内部成员的角色参与活动)和非参与观察(观察者以旁观者身份进行观察，不参与被观察者的任何活动)、结构式观察(根据预先设计的表格和记录工具，并严格按照规定的内容和程序观察物质表征、动作行为、态度行为等方面)和无结构式观察(对观察的内容、程序事先不作严格规定、依现场的实际情况随机决定观察)、直接观察(直接观察人的行为)与间接观察(对自然物品、社会环境、行为痕迹等事物进行观察，以间接的材料反映调查对象的状况和特征、如损蚀物观察、累积物观察)等类别。观察法也有其局限性、如大量的观察资料难于数量化、样本比较小等。 作业姿势的记录与评估 有两种方法用来记录姿势。一种是假设给定的姿势并观察它们实际上间隔多久发生。 例如定义所谓的前期、中期和后期的坐姿(观察对象的任何前倾，居中就坐或是倾斜向后)。但是这些\纯\姿势在作业中是几乎看不见的。另一种是对于身体部位确切位置的细节描述并进行记录，这个过程非常便利、可由一人集中专注于独特、重要的身体部分并记录它们的位置、用标准化术语描述。其他的技术，如提供一组观察者选择的最具代表，符合实际情况的预先成型的身体一体段位置、记录在作业场可能观察的结果，记录可以通过电影或录像方式进行。这些方法和技术在运用中已经取得了一些成功，虽然可靠性，重复性和所用时间在程度上各不相同。，但是要获得完全令人满意的技术仍然需要集可靠性、精确性、重复性和可用性于一体的不断发展和完善。通过对作业姿势的有效观察与记录、可以发现不合理的作业姿势，从而找到设计上的合理解决办法。 试验法 试验法(experiment method)是在人为控制条件下、系统的改变一定变量因素、以引起研究对象相应变化未做出因果推论和变化预测的一种研究方法、是人机工程学研究中的重要方法。 其特点是可以系统控制变量、使可研究的现象重复发生、反复观察、不必如观察法那样等前事件自然，发生的被动性、使研究结果容易验证，并且可对各种无关因素进行控制。 实验中研究者控制自变量，如照度、标志大小、仪表刻度、控制器布置、作业负荷等，稳定、精确地引发因变量的相应变化、如反应时间、失误率，反应频率、质量和效率等效绩指标，同时还要排除干扰变量的影响。例如，采用随机或抵消等方法消除被试差异和测试顺序产生的干扰效应，以此发现自变量与因变量之间的规律、探寻最合理的人机关系。

一般在实验室进行，单也可以在作业现场进行，例如，为了获得人对各种不同显示仪器的认

读速度和差错率的数据时，一般在实验室进行，如需要了解色彩环境对人的心理，生理和工作效率的影响时，由于需要进行长时间和多人次的观测，才能获得比较真实的数据，没通畅是在作业现场进行试验。 模型试验法 在一些复杂的系统、危险的情境或预测性的研究中，常采用模拟和模型试验法、如操作训练模拟器、机械的模型以及各种人体模型等，可以对系统进行逼真的试验，从而获得现实情况中无法或不易获得的数据。 以模型辅助设计是设计师必不可少的工作方法。 设计师可通过模型构思方案、规划尺度，检查效果、发现问题。有效地利用模型是提高设计成功率的好办法。 设计中应用的模型有如下两类 1有关人的模型：最简单的是平面人体模板、可根据需要制成l: 1、l:2、1:5、1:10等各种比例，用于推敲尺度。三维人体模型在服装、汽车行业方面应用普遍。 2有关物的模型：将设计中的构思用简单材料制成1:1的模型进行操作检验，是设计中最常用的方法。有时一个设计课题，这种设计模型要做好几次，因此，模型应尽可能简单便宜。 分析法(nalysis method)是在实测法和试验法的基础上进行的。 如果要对人在操作机械时的动作进行分析时，首先需进行实测，即将人在操作过程中所完成的每个连续动作用仪器或摄影逐一记录下来；然后进行分析研究，以便排除其中的无效动作、纠正不良姿势、从而有效地减轻人的劳动强度，提高工作效率。特别的是对一种动作在一个作业班次内要重复成千上万次的时候，利用这种方法，即使只去掉或改进一个动作，都会对提高生产效率起着重要作用。在分析法中，通常要研究自变量和因变量两种变量。自变量就是实测的资料(因素)、如作业器具的尺度、照度值等因素；因变量是随自变量而变化的因素。研究这两种变量的关系，以便找出其中的规律，为设计提供可靠的依据。 调查法 调查法(survey metnod)是获取有关研究对象材料的一种基本方法。 人机工程学中许多感觉和心理指标很难用测量的办法获得。有些即使有可能、但从设计师工作范围来看也无此必要，因此，设计师常以调查的办法获得这方面的信息。调查的结果尽管较难量化，但却能给人以直观的感受、有时反而更有效。调查工作的原则是在较短的时间内，花费较少的人力、物力获取最有效的信息。设计师应认真选择调查对象、调查渠道和调查方法。

它具体包括访谈法、考察法和问卷法。 1访谈法是研究者通过询问交谈来搜集有关资料的方法。访谈可以是有严密计划的，或是随意的。无论采取哪种方式，都要求做到与被调查者进行良好的沟通来配合，引导谈话围绕主题展开、并尽量客观真实。

2考察法是研究实际问题时常用的方法。通过实地考察，发现现实的人一机一环境系统中存

在的问题，为进一步开展分析、实验和模拟提供背景资料。实地考察还能客观地反映研究成果的质量及实际应用价值。为了做好实地考察要求研究者熟悉实际情况，并有实际经验、善于在人、机、环境各因素的复杂关系中发现'问题和解决问题。 3问卷法是研究者根据研究目的编制一系列的问题和项目，以问巻或量表的形式收集被调查者的答案并进行分析的一种方法。例如，通过问卷调查某种职业的工作疲劳特点和程度，让作业者根据自己的主观感受填写问卷调查表，研究者经过对'问卷回答结果的整理分析，可以在一定程度上了解这种职业的工作疲劳主要表征和疲劳程度等。这种方法有效应用的关健在于问卷或量表的设计是否能满足信度、效度的要求。所谓信度即准确性，或多次测得结果的一致性；效度即有效性，确保测得结果符合研究需要。这是唯一适合大规模开展的调查方法，其效果的好坏完全取决于如何设计和发放问卷。设计成功的问卷问题不多、回答容易，但可以从中获取多方面的信息。设计不成功的问卷，问的问题模棱两可，使调查对象难以回答，得到的结果集中程度差，缺少说服力。问卷设计是一门单独的学问、有专门著作论述，这里就不具体讲解了。 感觉评价法 感觉评价法(sensory insdection)是运用人的主观感受系统的质量、性质等进行评价和判定的一种方法，即人对事物客观量做出的主观感觉度量。 在人机工程学的研究中，离不开对各种物理量、化学量的测量、如噪声、照度、颜色、干湿度、气味、长度、速度等，但还须对人的主观感觉量进行测量。客观量与主观量之词存在一定差别关系。在实际的人机环境系统中、直接决定操作者行为反应的是其对客观刺激产生的主观感觉。因此，对人有直接关系的人—机—环境系统进行设计和改进时，测量人的主观感觉非常重要。这种方法在心理学中经常应用、称之为心理测量法。过去感觉评价主要依靠经验和直觉，现在可应用心理学、生理学及统计学等方法进行测量和分析。 感觉评价对象可分为两类：一类(A)是对产品或系统的特定质量、性质进行评价，另一类(B)是对产品或系统的整体进行综合评价。 现在前者可借助计测仪器或部分借助计测仪器进行评价，而后者只能由人来评价。感觉评价的主要目的有：按一定标准将各个对象分成不同的类别等级，评定各对象的大小和优劣，按某种标准度量对象大小和优劣的顺序等。 感性评价简单地说就是让使用者用语言表达出对已有设计的感受或自己头脑中所期待产品的要求。 这个环节是设计人机关系改进过程中非常重要的一环。由于本能的关系，通常多数人对已有产品的评价会非常接近，而多数人提出的产品缺陷势必具有改进的必要，针对产品缺陷提出的意见或建议都可以成为改进设计的有力依据。日本早在20世纪80年代就已经提出“感性工学”的概念，即以工学的手法，设法将人的各种感觉定量化(或称为 “感性量”)，再寻找出这个感性量与工学中所使用的各种物理量之间的高元函数关系，作为工程施行的基础。这个感性量应包含生理上的。感觉量。和心理上的。感受量。，简单说就是将人们的想象及感性等心理翻译成物理性的设计要素，具体进行开发设计的技术。我们可以把感性工学系统分为顺向型与逆向型两类。顺向型指感性需求转译为设计要素，进行开发；逆向型指将设计提案转译并进行感性评价，上面说到的计算机虚拟辅助手段(如POSER)若结合具体设计亦可作为感性评价的对象。在使用者们对设计方案与使用方式的配合关系进行初评之后，设 计者便可以挑选最有实现性的方案进行模型制作，这样不但降低了模型制作成本，也降低了

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