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人机工程学的研究背景

人机工程学的研究背景

一、人机工程学的基本概念和定义

所谓人机工程学,亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法,对人体结构特征和机能特征进行研究,提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数;还提供人体各部分的出力范围、以及动作时的习惯等人体机能特征参数,分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性;分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力;探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。

社会的发展、技术的进步、产品的更新、生活节奏的加快等等一系列的社会与物质的因素,使人们在享受物质生活的同时,更加注重产品在“方便”、“舒适”、“可靠”、“价值”、“安全”和“效率”等方面的评价,也就是在产品设计中常提到的人性化设计问题。所谓人性化产品,就是包含人机工程的产品,只要是“人”所使用的产品,都应在人机工程上加以考虑,产品的造型与人机工程无疑是结合在一起的。我们可以将它们描述为:以心理为圆心,生理为半径,用以建立人与物(产品)之间和谐关系的方式,最大限度地挖掘人的潜能,综合平衡地使用人的肌能,保护人体健康,从而提高生产率。仅从工业设计这一范畴来看,大至宇航系统、城市规划、建筑设施、自动化工厂、机械设备、交通工具,小至家具、服装、文具以及盆、杯、碗筷之类各种生产与生活所创造的“物”,在设计和制造时都必须把“人的因素”作为一个重要的条件来考虑。若将产品类别区分为专业用品和一般用品的话,专业用品在人机工程上则会有更多的考虑,它比较偏重生理学的层面;而一般性产品则必须兼顾心理层面的问题,需要更多的符合美学及潮流的设计,也就是应以产品人性化的需求为主。

二、人机工程学的起源与发展

人机工程学是一门新兴的边缘科学。它起源于欧洲,形成和发展于美国。人机工程学在欧洲称为Ergonomics,这名称最早是由波兰学者雅斯特莱鲍夫斯基提出来的,它是由两个希腊词根组成的。“ergo”的意思是“出力、工作”,“nomics”表示“规律、法则”的意思,因此,Ergonomics的含义也就是“人出力的规律”或“人

工作的规律”,也就是说,这门学科是研究人在生产或操作过程中合理地、适度地劳动和用力的规律问题。人机工程学在美国称为“Human Engineering”(人类工程学)或“Human Factor Engineering”(人类因素工程学)。日本称为“人间工学”,或采用欧洲的名称,音译为“Ergonomics”,俄文音译名“Эргнотика”在我国,所用名称也各不相,有“人类工程学”、“人体工程学”、“工效学”、“机器设备利用学”和“人机工程学”等。为便于学科发展,统一名称很有必要,现在大部分人称其为“人机工程学”,简称“人机学”。

人机工程学的国内外发展状况:人机工程技术是21世纪信息领域需要解决的重大课题。美国21世纪信息技术计划中的基础研究内容为4项:软件、人机交互、网络、高性能计算机。其中,人机建模研究在信息技术中被列为与软件技术和计算机技术等并列的六项国家关键技术之一,并被认为“对于计算机工业有着突出的重要性,对其它工业也很重要”。美国国防关键技术计划不仅把人机交互列为软件技术发展的重要内容之一,而且还专门增加了与软件技术并列的人机界面这项内容。日本也提出了FPIEND21计划(Future Personalized Information Environment Development),其目标就是要开发21世纪个性化的信息环境。我国973、S-863、十五计划及未来的十一五计划均将人机交互列为主要内容。

在中国,人机工程学的研究在20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。20世纪90年代初,北京航空航天大学首先成立了我国该专业的第一个博士学科点,随后南京航空航天大学、西北工大、北京理工大学、北大医学部等大学也先后成立了相应的专业。当前,随着我国科技和经济的发展,人们对工作条件、生活品质的要求正逐步提高,对产品的人机工程特性也会日益重视。一些厂商把“以人为本”、“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。

三、人机工程学的研究方向和重要意义

人机工程学现在已发展为一门多学科交叉的工业设计学科,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。总之,人类和工效的研究和人机关系是这个学科的核心内容。人机工程学的各个分支学科的研究,在第二次世界大战期间获得了突破性的进展,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。

人机工程学因素往往是企业提高其竞争力的手法之一。若说“人性化产品”

是与“人”合为一体的产品设计,“人机工程因素”则是设计工业产品时的人机界面所必须考虑的因素。随着中国近些年的发展,中国的制造业无不是严阵以待,企图在竞争中保持优势。管理大师麦克·波特(MICHAEL PORTER)曾说过,企业具备竞争优势的两个方式,一是扩大生产规模,走向规模经济,才能占有成本上的优势;另一个便是创造企业或产品的附加值,制造消费者趋之若鹜的心理。在现今产品和质量逐步提高,且消费者对商品品质要求越来越高的情况下,各产品制造商们无不力求突破,希望能出奇制胜,打动消费者的心。拿当今世界上提出的“健康”人机工程学的新要求为例,即是用某些考虑人机因素的辅助性产品,如:电动腰靠、紫外线阻隔(UV、CUT)等来提高产品人性化的层次,籍此创造其他品牌无法模仿的优势,而赢得消费者青睐的。

究竟什么样的产品需要人机工程呢?在设计上又如何表现,才能成为符合人机工程学的产品呢? 工业设计师指出,就电脑的相关部件和设备而言,如键盘、鼠标等输入装置,因使用者可能长时间利用其从事工作或娱乐,接触的时间较长,在使用时也可能十分投入。因此,人机工程学就成了设计上最主要的条件之一。

四、人机工程学的和应用方向

人机工程学作为一个工程应用学科,基本研究对象是人的工作,常常是针对具体的现实问题。其中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被忽视。

人机工程的应用领域是十分广泛的,几乎涉及人类工作和生活的各个方面。下面列出几大类主要应用方向:

(1)事故、健康与安全:包括事故与安全、事故调查、事故改造、健康与安全、健康人机工程、危险分析、健康与安全课题、健康与安全规则的应用、工业工作压力、机器防护、安全文化与安全管理、安全文化评价与改进、警示与提醒技术、安全概率分析;

(2)人体工作行为解剖学和人体测量:解剖学、人体测量、人体测量和工作空间设计、生物力学、残疾人设计、姿势和生物力学负荷研究、工作中的滑倒、差错研究、背部疼痛、听觉障碍研究;

(3)认知工效学和复杂任务:认知技能和决策研究、法律人机工程、团队工作、过程研究;

(4)计算机软件人机工程:软件设计、软件发展、软件人机工程、执行和可用性;

(5)计算机终端:设计与布局:计算机产品和外设的设计与布局、计算机终端工作站、显示屏设备与规则、显示屏健康与安全、办公环境人机工程研究;(6)显示与控制布局设计:显示与控制信息的选择与设计;

(7)控制室设计:控制台和控制室的布局设计、控制室人机工程;

(8)环境人机工程:环境状况和因素分析、噪音测量、工作中的听力损失、热环境、可视性与照明、工作环境人机工程、振动;

(9)专家论证:多工作环境:专家论证调查研究、法律人机工程、工作赔偿申诉、伤害诉讼、伤害原因、诉讼支持;

(10)人机界面设计与评价:人机界面的设计与发展、知识系统、人机界面形式、HCI/MMI原型、GUI原型;

(11)人的可靠性:人的失误和可靠性研究、人的失误分析、人因审查、人因整合、人的可靠性评价;

(12)工业设计应用“信息设计、市场/用户研究、医疗设备、座椅的设计与舒适性研究、座椅设计与分类、家具分类与选择;

(13)工业/商业工作空间设计:工业工作空间设计、工业人机工程、工作设计与组织、人体测量学与工作空间设计、工作空间设计与工作站设计、警告、标签与说明、工作负荷分析;

(14)管理与人机工程:变化管理、成本-利益分析、突发事故应变研究、人机战略实施、操作效能、操作负荷分析、标准化研究、人力资源管理、工作程序、人机规则和实践;

(15)手工操作负荷,安全与培训:手工操作评价与培训、手工操作与举力、手工操作负荷;

(16)办公室人机工程与设计:办公自动化、办公室和办公设备设计、办公室设计人机工程;

(17)生理学方面和医学人机工程:生理学、生理能力、医学人机工程、医学设备、心理生理学、行为期望、行为标准;

(18)产品设计与顾客:人机工程销售与市场、产品设计与测试、产品中人机工程、产品发展、产品可靠性与安全性、产品缺陷、产品材质、服装人机工程;(19)风险评估:多种工作状况:风险与成本-利益分析、风险评估与风险管理、风险预测、总体骨骼、肌肉风险研究;

(20)社会技术系统与人机工程:组织行为、组织变化、组织心理学、人机工程战略、社会技术系统、暴力评估与动机;

(21)系统分析:系统分析与设计、系统整合、系统需求、电信系统与产品、人机系统、人员配备研究、三维人体模型、实验设计、系统设计标准与类别、通信分析;

(22)任务分析:任务分析与工作设计、任务分析与综合、团队协作;

(23)管理培训与人员培训:人机工程培训、整体培训、认知技能/决策分析、工程师培训、STUDIO中的训练、训练模型、培训需求分析;

(24)可用性评估:可用性评估与测试、可用性审核、可用性评估、可用性培训、试验与验证、仿真与试验、仿真研究、仿真与原型;

(25)用户需求与用户指导:用户文档、用户指导、用户手册与说明、用户界面

设计与原型、用户需求分析与类别、用户实验管理;

(26)车辆与交通人机工程:航空人机工程、头盔显示、乘客环境、铁路车辆与系统、交通设计、车辆设计、车辆人机工程、车辆安全性;

(27)其它特殊的人机工程应用:原子能、军队人机工程、过程控制、文化调查、调查与研究方法、自动语音识别。

五、人机工程学的发展前景

二十一世纪人类步入了信息时代,人机工程学的发展必然向着信息化、智能化、网络化的方向发展。人机工程学作为应用性学科,与人的工作生活息息相关,设计生产出更加人性化、高效能的设备、工具和日常生活用品是努力的目标。以发展的眼光看,人机工程学又分为技术人性化和人的技术化两个方面。从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体,继而是网络和虚拟现实,就是计算机技术的日益“人性化”的过程,也就是人机工程特性的不断提高。盖茨的《未来之路》、尼葛洛庞帝的《数字化生存》和美国前副总统戈尔的“数字地球”的讲演都谈到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。

现代人机系统中,作业人员是在特定环境中操作和管理复杂系统和各种数字化设备,当人在这种环境中工作时,既要靠眼睛来观察环境,又要靠细致的注视来完成精确的控制动作,通过人机工程技术分析,就可知道人在操作时如何分配注意力、体力,同时了解仪表、屏幕以及外视景如何设计和合理分配才能获得最好的人机交互,既减轻操作人员的工作负荷又避免出错,切实提高人机工效。这对于计算机系统、自动化控制、交通运输、工业设计、军事领域以及社会系统中重大事变(战争、自然灾害、金融危机等)的应急指挥和组织系统、复杂工业系统中的故障快速处理、系统重构与修复、复杂坏境中仿人机器人的设计与制造等问题的解决都有着重要的参考价值。