第1章 人机工程学概述

1.1 人机工程学的命名及定义、分类

Engineering)是研究人、机器及其工作环境之间相互作用的学科，是20世纪40年代后期发展起来的跨越不同学科领域，应用多种学科原理、方法和数据的一门边缘学科。它应用生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学和管理学等多门学科的知识和成果，主要研究人-机-环境三者之间的关系，通过恰当地设计和改进这些关系，使工作系统获得满意的效果，同时保证人的安全、健康和舒适。

人机工程学是一门边缘学科，具有边缘学科共有的特点，如：学科命名多样化、学科定义不统一、学科边界模糊、学科内容综合性强、学科应用范围广泛等。

(Ergonomos):“ergon”为希腊词根，即“工作、劳动”,“nomos”即“规律、规则”, 合起来就是“人的劳动规律”的意思。由于该词能够较全面地反应本学科的本质，又源自希腊文，便于各国语言翻译上的统一，而且词义保持中性，被较多的国家所采 用。在日本被称为人间工学。

在国内，除普遍采用人机工程学外，常见的名称还有人体工程学、人类工效学、人类工程学、工程心理学、宜人学、人的因素学等。

1. 1.2 人机工程学的定义

该学科的定义与其命名一样也不统一。美国人机工程学专家 C. C. 伍德 (CharlesC.Wood)对人机工程学的定义为：设备设计必须适合人的各方面因素，以便在操作上付出最小的代价而求得最高效率。W.B.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、操作控制、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及作业时感到安全和舒适。

日本的人机工程学专家认为：人机工程学是根据人体解剖学、生理学和心理学等特性，了解并掌握人的作业能力和极限，让机具、工作、环境、起居条件等和人体相适应的科学。

前苏联的人机工程学专家则认为：人机工程学是研究人在生产过程中的可能性、劳动生活方式和劳动的组织安排，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面发展的一门学科。 中国1979年出版的《辞海》中所下定义为：人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科，从而设计出使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最佳位置。《中国企业管理百科全书》则将其定义为：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、心理等特征，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。

目前，国际人类工效学学会 (International Ergonomics Association, 简称IEA)所下的定义最权威，也最全面，即：人机工程学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各种因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。

综上所述，尽管各国对人机工程学所下的定义不尽相同，但在以下两个方面却是一致的：

(1)人机工程学的研究对象是“人-机-环境”系统中人、机、环境三要素之间的关系；

(2)人机工程学研究的目的是使人们在工程技术和工作的设计中能够使三者得到合理的配合，实现系统中人和机器的效能、安全、健康和舒适等的最优化。 在人、机、环境三要素中，“人”是处于主体地位的决策者，也是操作者或使用者，因此，人的心理特征、生理特征以及人适应机器和环境的能力都是重要的研究课题。

“机”是指机器，但比一般技术术语的意义要广泛得多，包括人操纵和使用的一切物的总称，可以是机器，也可以是设施、工具或用具等。怎样才能设计出满足人的要求、符合人的特点的机器产品，是人机工程学探讨的重要问题。

“环境”则是指人和机所处的周围环境，不仅指工作场所的声、光、空气、温度、振动等物理环境因素，而且也包括团体组织、奖惩制度、社会舆论、工作氛围、同事关系等社会环境因素。

“系统”是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体，而这个“系统”本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。系统是人机工程学最重要的概念和思想，人-机-环境系统是指由处于同一时间和空间的人与其所使用的机以及他们所处的周围环境所构成的系统，简称人机系统。人机系统可小至人与剪刀等手工工具，也可大至人与汽车，乃至人与宇宙飞船等。

人机工程学的特点是，不是孤立地研究人、机、环境三个要素，而是从系统的总体高度，将它们看成是一个相互作用、相互依存的系统。

“人的效能”主要是指人的作业效能，即人按照一定要求完成某项作业时所表现出的效率和成绩。一个人的效能决定于工作性质、人的能力、工具和工作方法，决定于人、机、环境三要素之间的关系是否得到妥善处理。

“安全”是与事故密切相关的概念，任何人-机-环境系统的设计都必须十分重视安全问题，人机工程学着重研究造成事故的人为因素。

“健康、舒适”是评价生活、工作质量的重要指标。近几十年来，随着社会的进步，人们对身心健康和舒适度的要求越来越高。一个好的人机系统，不仅要求效率高、事故少，而且还要不损害操作人员的身心健康，并要尽可能使操作人员感到舒适、满意。

了解了上述几个基本概念之后，就能更好地理解关于人机工程学的定义。关键应掌握两点：

( 1 )人机工程学是在人与机器、人与环境不协调，甚至存在严重矛盾这样一个历史条件下逐步形成建立起来的，它本身今天仍在不断发展；

( 2 )人机工程学的研究重点是“系统中的人”。

“系统中的人”作为一个完整的概念，既不独指人，也不独指系统，这里的人是属于特定系统的一个组成部分。因此，人机工程学并非孤立地研究人，它同时研究系统的其他组成部分，以便根据人的特性和能力来设计和改造系统。

从工业设计的角度而言，人机工程学主要包括设备人机工程学和功能人机工程学。

学角度，对不同的民族、年龄、性别的人的身体各部位进行静态的 (身高、坐高，、辛长等)和动态的(四肢活动范围等)测量，得到基本的参数，作为设计中最根本的尺度依据。

一般而言，静态的人体尺度要大于动态的人体尺度，在设计时应根据具体的情况来选择正确的人体尺度。例如，在设计公共汽车上的拉手时，就要考虑到人在抓拉手时手的状态，因此，其高度不应以人的指尖到脚底的距离为依据，而应以人的掌心到脚底的尺度为准。

(2)功能人机工程学 (Functional Ergonomics) 功能人机工程学通过研究人的知觉、智能、适应性等心理因素，研究人对环境刺激的承受力和反应能力，为舒适、美观、实用的生活环境的创造提供科学依据。

例如，就环境而言，其优劣直接影响到人们的活动能力。人在过亮或过暗的照明条件下都不能取得最好的视觉效果；在过强的噪声或完全消除噪声的环境中，人也不能高效率地工作。因此，有的办公室经常播放一些轻松舒缓的背景音乐，就是出于这个道理。

1.2 人机工程学的发展简史

英国是世界上最早开展人机工程学研究的国家，但学科的奠基性工作却是在美国完成的。所以，人机工程学有“起源于欧洲、形成于美国”之说。虽然本学科的起源可追溯到20世纪初期，但成为一门独立学科却只有近60年历史。该学科在形成与发展的过程中大致经历了以下三个阶段。

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际关系的新阶段。这一阶段，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有“科学管理之父”美誉的泰勒。 20世纪初，美国学者F.W. 泰勒 (Frederick W. Taylor)在传统管理方法的基础上，首创了新的管理方法和理论，并据此制定了一整套以提高工作效率为目的的操作方法，考虑了人使用机器、工具、材料及作业环境的标准化问题。例如，他在1898年进入美国的伯利恒钢铁公司后，曾研究过铁锨的形状和重量，找到了铁锨的最佳设计以及每次铲煤或矿石的最适当重量。同时，泰勒还进行了操作方法的研究，剔除多余的不合理动作，制定最省力高效的操作方法和相应的工时定额，从而大大提高了工作效率。

研究，创立了通过动素分析改进操作动作的方法。他们于1911年通过快速拍摄影片，详细记录了工人的操作动作后，对其进行分析研究，将工人的砌砖动作进行简化，使工人的砌砖速度由原来的120块/小时提高到350块/小时。泰勒和吉尔布雷斯夫妇所创立的时间与动作研究，对提高工作效率和减轻工作疲劳，至今仍有重要意义。 现代心理学家、美国哈佛大学心理学教授H. 闵斯特博格 (H.Munsterberg)1912年前后出版了《心理学与工作效率》、《心理技术原理》等书，将当时心理学的研究成果与泰勒的科学管理方法从理论上有机炮结合起来，通过选拔、培训工人与改善工作条件、减轻疲劳等措施使工人适应机器。

因此，从泰勒的科学管理方法和理论的形成到第二次世界大战之前，称为经验人机工程学的发展阶段。这一阶段的主要研究内容有：研究每一职业的需求和特点；利用测试来选择工人和安排工作；规划利用人力的最好方法；制定培训方案，使人力得到最有效的发挥；研究最优良的工作条件；研究最好的管理组织形式；研究工作动机，促进工人和管理者之间的通力合作。由于当时该学科舶研究偏重于心理学方面，因而在这一阶段大多称本学科为“应用实验心理学”。在这个阶段，学科发展的主要特点是：以机械为中心进行设计，在人机关系上以选择和培训操作者为主，使人适应机器。

经验人机工程学一直持续到第二次世界大战之前，当时，人们所从事的劳动在复杂程度和负荷量上都有了很大变化。因而改革工具、改善劳动条件和提高工作效率称为最迫切的问题，从而使研究者对经验人机工程学所面临的问题进行科学的研究，并促使经验人机工程学进入科学人机工程学阶段。

1. 2. 2 科人机工教 (第二次世界大战～20世纪50年代末)

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杂。此时，完全依靠选拔和训练人员，已无法使人适应不断发展的新武器的效能要求，因而由于操作失误而导致的事故率大为增多。例如，由于战斗机座舱及仪表位置设计不当，造成飞行员误读仪表和误用操纵器而导致意外事故；或由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理尺寸而造成战斗命中率低等现象经常发生。据统计，美国在二战期间发生的飞行事故中，90%是由人为因素而造成的。失败的教训引起决策者和设计者的高度重视，通过分析研究，逐步认识到，“人的因素”在设计中是不容忽视的一个重要条件，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；同时还认识到，要设计好一个高效能的装备，只有工程技术知识是不够的，还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。于是，人机关系的研究进入了一个新的阶段，即从“人适机”转入“机宜人”的阶段。

由此，在二战期间，首先在军事领域中开展了与设计相关学科的综合研究与应用。例如，为了使所设计的武器能够符合战士的生理特点，武器工程师不得不谙解剖学家、生理学家和心理学家等为设计操作合理的武器出谋划策，结果收到了良好的效果，军事领域中对“人的因素”的研究和应用，使科学人机工程学应运而生。 科学人机工程学一直延续到20世纪50年代末。在其发展的后阶段，随着战争的结束，本学科的综合研究与应用逐渐从军事领域向非军事领域发展，并逐步应用军事领域中的研究成果来解决工业与工程设计中的问题，如飞机、汽车、机械设备、建筑设施以及生活用品等。1949年，在默雷尔 (Murrell)的倡导下，英国成立了第一个人机工程学研究小组。第二年2月16日在英国海军部召开的会议上通过了人机工程学 (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。 此外，人们还提出在设计工业机械设备时也应集中工程技术人员、医学家、心理学家等相关学科专家的共同智慧。因此，在这一发展阶段中，本学科的研究课题已超出了心理学的研究范畴，使许多生理学家、工程技术专家涉及到该学科中来共同研究，从而使本学科的名称也有所变化，大多称为“工程心理学”。在这一阶段，本学科的发展特点是: 重视工业与工程设计中“人的因素”, 力求使机器适应于人。

20世纪60年代以后，科学技术的飞速发展，电子计算机应用的普及，工程系统的进一步完善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。如宇航系统的设计问题、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

等。同时，在科学领域中，由于控制论、信息论、系统论的兴起，在本学科中应用“新三论”来进行人机系统的研究应运而生。所有这一切，不仅给人机工程学提供了新的理论和新的实验场所，同时也给该学科的研究提出了新的要求和新的课题，从而促使人机工程学进入了系统的研究阶段。从60年代开始，可以称其为现代人机工程学的发展阶段。

随着人机工程学所涉及的研究和应用领域的不断扩大，从事本学科研究的专家所涉及的专业和学科也就愈来愈多，主要有解剖学、生理学、心理学、工业卫生学、工业与工程设计、工作研究、建筑与照明工程、管理工程等专业领域。国际人类工效学学会 (简称IEA)在其会刊中指出，现代人机工程学发展有三个特点：

(1)不同于传统人机工程学研究中着眼于选择和训练特定的人，使之适应工作要求；现代人机工程学着眼于机械装备的设计，使机器的操作不越出人类能力界限之

(2)密切与实际应用相结合，通过严密计划设定的广泛实验性研究，尽可能利用所掌握的基本原理，进行具体的机械设备设计。

(3)力求使实验心理学、生理学、功能解剖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-环境系统作为一个统一的整体来研究，以创造最适合于人操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。

IEA于1960年成立以来，为推动各国人机工程学的发展起了重大的作用，已分别在瑞典、德国、英国、法国、荷兰、美国、波兰、日本、淇大利亚等国家召开了15次国际性学术会议，交流和探讨了不同时期本学科的研究动向和发展趋势，从而有力地推动着本学科不断向纵深发展。许多国家的人机工程学学会均与IEA建立了联系且都相继建立了本国的人机工程学国家标准。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。

1.3 人机工程学在世界各国的发展情况

目前，几乎所有工业发达国家都十分重视人机工程学的研究和应用，并且都建立和发展了这门学科。

1.3. 1 人机工程学在国外的发展

英国是最早开展人机工程学研究的国家。1949年，在默雷尔 (Murrell)的倡导下，成立了第一个人机工程学研究小组，翌年成立了人机工程学研究协会，并于2月 16 日在英国海军部召开的会议上通过了人机工程学 (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。1957年发行会刊

《Ergonomics》, 现已成为国际性刊物。目前，人机工程学已应用于英国国民经济的各个部门。

美国是现代人机工程学的起源地，也是人机工程学最发达的国家。美国于1957年成立人机工程学协会，之后人机工程学得到了迅速发展。其研究机构大部分在海、陆、空军系统和各大学，主要进行工程学以及有关宇航、军事工业、大型计算机体系、自动化系统等的研究。

德国对人机工程学的研究开始于20世纪40年代，其自动化中的人机关系、工作环境、选拔训练以及管理方面的问题都得到了广泛深入的研究。

前苏联1962年成立全苏联技术美学研究所，并建立了人机工程学学部，其研究偏重于工程心理学方面，并且大力开展了人机工程学的标准化工作，先后有30多项

日本的人机工程学起步于20世纪60年代，着力引进各个的理论和实践经验，逐步形成和发展了自己的人间工学体系，于1963年建立了人间工学学会。人间工学把人看作是系统的一部分进行研究，目前被广泛应用于工业、交通运输、国防和服装行业。

1.3.2 人机工程在中国的发展

中国最早开展人的工作效率研究的是心理学家，人机工程学在中国一直是工业心理学的一个重要分支。30世纪30年代西方国家的工业心理学思想已引人中国，并开展了工作疲劳、劳动环境、择工测验等方面的研究。l935年中国心理学之父陈立先生编著的《工业心理学概论》是国内最早系统介绍工业心理学的著作。新中国成立后，从20世纪50年代中期开始，中国科学院心理研究所和杭州大学等单位的心理学家们在职工培训、操作合理化、预防工伤事故等方面做了许多工作。到60年代初，一部分心理学工作者开始转向人机关系等问题的研究，如铁路灯光信号显示、电站控制室信号显示、仪表表盘设计、航空照明和座舱仪表显示等人机工程学研究，均取得了可喜成果。到70年代后期，人机工程学的研究获得了较快发展。中国科学 院心理研究所、航天医学工程研究所、空军医学研究所、杭州大学、同济大学等分别建立了工效学或工程心理学研究机构，杭州大学还创建了工业心理学专业，到80年代，人机工程学在中国以前所未有的速度和规模获得发展。

1980年5月国家标准局和中国心理学会联合召开会议，同时成立了中国人类工效学标准化技术委员会，至1988年已制订了有关国家标准22个。lg89年成立中国人类工效学学会（Chinese Ergonomics Society, 简称CES), 下设人机工程学、环境工效学、认知工效学、交通工效学、生物力学工效学；管理工效学、工效学标准化等专业委员会。这些学会组织推动者中国人机工程学不断向前发展。目前，该学术组织已成为IEA的会员国，成为中国人机工程学发展中又一个新的里程碑。

1.4 工业设计与人机工程学

从工业设计所包括的内容来看，大至宇航系统、城市规划、机械设备、交通工具、建筑设施??小至服装、家具、文具以及锅、碗、瓢、盆之类的日常用品，总之为人类各种生产与生活所创造的一切“物”, 在设计和制造时，都必须把“人的因素”作为一个重要条件来考虑。显然，在设计中研究和运用人机工程学的理论和方法就成为工业设计师所面临的新课题。

1.4. 1 工业设计与人机工的相互关系

( 1)工业设计与人机工程学的关系 工业设计与人机工程学的共同之处在于，两

者都是以人为核心，以人类社会的健康发展为终极目的。前者的任务是创造符合人类社会健康发展所需要的产品和设施，而后者则着重研究人、机、环境三者之间的关系，为解决这一系统中人的效

性不适应有关。后一问题的产生，均可归结于在产品设计阶段未能进行人机工程设计所致。在

产品设计阶段，如果不注意研究使用者的生理、心理特性，忽视人的因素，即使设计的产品本

身具有很好的性能，投入使用后也不可能得到充分发挥，甚至还可能导致事故的发生。

列出了产品设计各阶段中需要考虑的人机工程学内容。

表1-1 产品设计五个阶段捕要进行的人机工程设计内杏

析都是缝个设计过程中必不可少的一个环节。无论是在最初的概念设计阶段或者是最后的生产设计阶段，人的因素都已成为了其中的主要因素甚至是决定性因素。 在产品设计中进行人机分析的主要目的就是把一切尽可能给使用者造成不便甚至是危险的因素消灭在设计之初，使整个人-机-环境系统能够安全、有效、协调地运转。当然，解决人机问题并不是产品设计中的惟一任务。设计师作为一个总的协调者，要考虑到产品在生产、销售、使用以及回收中的各种因素：形态、色彩、质地、功能、材料、工艺、费用、生产、销售、使用、回收等。人机问题要纳入整个系统中加以权衡取舍，不可片面地强调一方而忽视另一方。对于不同的产品，设计时考虑的重点不同。即使是同一类型的产品，针对不同的消贵人群，其侧重点也不 一样。管如，同样是座椅的设计，对于工作椅与躺椅其考虑的人机因素就有不同。前者要考虑到工作效率，因此设计时以提高系统工作效率为主，兼顾使用者的舒适度。而后者则主要用来休息、休闲，因此，舒适度就成为了其设计重点 (图1-4)。类似地，同样是手机的设计，针对年轻人和老年人两个不同的消费群体，其人机因素的侧重点就大不一样。对于年轻人而言，小巧、时手髫、功能多样就成为设计的重点，因此在考虑人机关系时就要很好地协调这些要素之间的矛盾与冲突 (彩图1-Z)。而对于老年人，由于受到视力下降、动作减慢、反应不灵敏生理因素的影响，在设计时，就要将按键和屏幕设计得适当大一些，按键的功能尽富简化，菜单

的显示和变换尽量清晰明了。总之，设计师要善于抓住主要矛盾，为设计确定正确的方向。

产品设计中的人机分析，大致有以下几个方面。

(2. 1)使用者的分析 任何设计都是以人为本，而且任何设计都是针对一定的目标用户，因此，在人机系统设计中首先要对使用者进行分析，只有这样，才能使设计出的产品适合目标用户群的使用。

④使用者的构成分析 任何产品的设计都是有针对性的。由于人与人之间在年龄、性别、国籍、地域、观念、文化程度、经济基础等方面均存在着明显的差异，不同的群体对产品就有不同的要求。一个好的设计师应该将使用者作为一个群体来对待、分析和研究，了解该群体的共性与个性，以便有针对性地设计产品。

②使用者的生理因素分析 设计师对使用者生理状态的了解可以来自直接经验、间接经验和书本知识。几十年来，生理学家、心理学家、人体测量学家、人机工程

学家以及行为学家等都致力于对人体的研究，从而为设计师了解人类自身提供了丰富的资料和数据，设计师为此可了解人类生理运行机制的原理和特点。作为设计师，也应该不断地积累这方面的知识。除此

之外，通过亲身体验所获得的经验和感受也是不可或缺的。从某种意义上而言，这种亲身体验甚至比书本知识以及前人的经验更重要。当然，在直接经验不可能获得的情况下，答如，一个健康正常的人要想了解残疾人的生理状况，就必须借助观察、询问、调研等方法去间接体验。设计师由体验所获得的知识往往更其实、更生动、更直观，从而使设计出的产品更具有人性化。

③使用者的行为方式分析 每个人在长期的生活、工作中，在特定的国家、地区，风俗习惯等环境下，受其职业、种族、宗教信仰、受教育程度、年龄、性别等各种因素的影响，会形成某些固定的动作习惯、处世方式、办事方法等。一个人的行为方式会直接影响他 (或她)对产品的操作使用，因此，设计师必须考虑或者利用这些因素。答如，在设计电脑鼠标时，一般将左键与右键的功能区分开来，且常将右手为利手的使用者作为使用对象，但对于一些习惯使用左手的人，也就是我们常说的左撇子而言，这样的鼠标的操作效

(2.2)使用环境分析 这里所说的环境是指影响产品人机关系的外界的限制性因素，包括物理环境和社会环境，如产品使用的气候、季节、场所、时间、安全性等。因为使用环境不同，街头休息椅与家庭躺椅就会有不同的设计要求，其使用条件和使用目的也会有很大的不同，这些都规定了设计活动的场所。设计者应使自己设计的产品在各种条件下都美观大方、全耐用、使用方便，保持良好的人机关系。例如，公用电话(彩图1—3)安放在露天环境，其周围嘈杂、混乱的环境就是设计时必须加以考虑的因素，与家庭电话(彩图1—4)相比，除了满足其基本的通话等功能外，设计师还要使其经久耐用、防酸防碱、防止破坏等。

(2．3)使用过程分析 对使用过程进行分析需要深入、仔细、科学。一些产品中的人机不匹配问题，不是仅凭常识就可以发现的，有时甚至在短时间内使用也体会不到。然而，如果长期使用该产品，其影响与危害性就会日积月累，最终导致对人体身心健康的伤害。这种问题尤其容易发生在工作场合，许多职业病如颈椎炎、肩周炎、腰肌劳损、静脉曲张、腕管综合症等以及其他一些疾病都与长期采用不合理的工作姿势有关。因此，在设计人们长时间、高频率使用的产品时，要进行认真的使用分析。

使用过程分析一般包括以下步骤。

借助辅助性的功能模型可展示使用过程通过反复测试和使用来发现其中的问题。在这里“反复”起着很重要的作用人体有一种自动寻求省力的能力和本能，不合理的动作和使用方式重复的次数一多自然会被发现。图1-5是人体坐姿的研究。

动作的记录就是把展示的过程用摄像机、照相机、计时器、生理监测仪、脑电仪等辅助设备记录下来，或者采用观察、询问、座谈、笔录的方式记下被测人员诉说的生理和心理感受。无论采用何种方法，都要保证记录结果的真实性。

将整个动作过程分解成一系列单个的、简单的动作并且详细记录下整个动作所花的时间、动作幅度的大小、动作活动的范围、完成这一动作的难易程度、获得的经验等。对动作分类对动作分类是整个使用过程分析中最关键的环节，分类结果的好坏直接影响到设计的优劣。根据吉尔布雷斯的分类，可以将动作分成有效动作、辅助性动作和无效动作三大类。有效动作就是完成一项工作或者任务时所必须的动作，也可以称之为必更动作。笞如，接电话时手握听筒、对着麦克风讲话以及倾听对方讲话就是有效动作。埔助性动作并不直接完成作业任务，有推迟有效动作的趋向，尽可能降低到最低为好。答如，寻找电话、将听筒凑近耳边等就属于这一类动作。大多数时候，有效动作和辅助性动作的界限不是很明显。最后一类动作是对完成作业没有任何帮助和益处的动作，又可称作多余动作，一定要设法消除。但是这些动作有时难以避免，特别是在注意力不集中、身体较疲倦或者操作不熟练时尤其难以消除。如接电话时，身体不断摇晃或者误按电话键等都可归人多余动作。

4.对动作分类 对动作分类是真个按照动作经济原则对各个动作进行挑选、改进与完善、重新组合和再设计，把它们变成一组同时满足系统目标和使用者两方面要求的动作序列，按这一动作序列设计产品或产品系统。

以上的过程主要是从纯推理的角度来进行的动作分析。在实际中，人的许多动作从完成工作的角度是多余的，但是从生理乃至心理角度来看却是必须的，如伸伸腰、弯弯腿、抬抬胳膊、耸耸肩这类动作是人为了调整姿势、减轻疲劳、调节身心的有力手段。有些完全的下意识行为却是人心理的需要。从人机关系来看，这些看似无效的动作却是提高工作效率、促进身心健康所必需的，所以说，某些完全机械地按照“经济”原则重组的动作反而不是最“经济”的。要解决产品设计中的人机问题，也不存在一种十全十美的程序或者过程，只有依窍设计师的工作热情、责任感、创造力和社会意识，加上科学的设计方法，才能产生出优良的设计。

第2章 人机工程学的研究

2.1 人机工程学研究的基本原则

科学的进步依赖于研究方法的发展，一门学科在确定了研究对象和研究目的之后，就要考虑用什么方法对其进行研究。研究方法在科学发展中具有非常重要的作用，只有掌握科学的研究方法才会使研究工作取得预期的结果。人机工程学在研究中特别需要遭循以下原则。

坚持科学性是科学研究最重要的原则，也是对科学工作者最基本的要求。所谓科学性首先就表现在研究工作建立在科学事实的基础上。不以科学事为基础的研究不能称为科学研究；没有科学事实作证明的理论不是真正的理论。

科学除了要重视搜集科学事实外，还必须对科学事实进行理论概括。科学研究不能停留于事实的搜集，而必须对搜集到的事实进行加工整理，使之上升为科学理论。科学理论不仅需要以坚实的科学事实作基础，还要有严格的论证和严密的科学表述方式。

人机工程学的研究工作能否满足科学性要求，关键在于做到三严，即对待研究工作耍有严肃的态度，对研究工作和研究'过程要有严密的设计，研究的结果要经得起严格的检验，只有做到这几点，才能取得有科学价值的结论和结果。

人机工程学必须坚持以唯物辩证法为其方法论的基础，正确制定技术路线，采取科学合理的研究方法，并对研究对象做出客观的科学结论。所谓客观性原则，是指研究者对研究发生的现象及对研究结果的解释要采取客观的态度，要根据客观事物的本来面目去反映其固有的本质和规律性。要遵循客观性原则，就要求研究者一方面具有严谨的、实事求是的科学态度，另一方面要在辨假证伪、去伪存真上下功夫。在研究工作开始时，要根据科研或应用的实际需要，考虑所具备的主客观条件选择合适的研究课题；在研究过程中，要全面、客观、真实地记录情境条件下和研究对象的各种反应；在分析研究结果时，要从现实出发，以事实为依据做出合理的推论。

所谓系统性原则，就是要把研究对象放在系统中加以认识和研究，系统性原则研究最重要的是要坚持其整体性。人机工程学的主要研究对象是人-机-环境系统。系统中人、机、环境这三大要素之间存在着相互制约和相互依存的关系，整个系

统的性能不同于备要素性能的简单相加。用系统观点研究人-机-环境系统时，必须从系统的整体出发去分析各子系统的性能及其相互关系，再通过对各部分相互作用的分析来认识系统整体。人-机-环境系统作为一个动态的开放系统，不仅各子系统之间存在着物质、能量和信息的交换，而且作为一个整体，它还处于社会系统的影响之下。因此，各种社会性因素也制约着系统中各个要素

及其相互关系。在研究设计和改进系统功能的过程中，要寻求各要素之间的最合理的配合，以取得最佳的效果。

所谓适用性原则是指科学研究的问题和内容要有实际的应用价值。人机工程学作为一门应用性学科，尤其要将其作为一条主要的研究原则。要使研究适合于应用，就必须坚持理论联系实际。人机工程学研究在中国的起步较晚，但发展较快，为了使研究的结果符合中国的国情特点，就要研究中国工程技术和设计中巫待解决的问题。

2.2人机工程学的研究步骤

一般来说，人机工程学的研究可根据如下步骤进行。

每一个人机系统都有其客观目标，目标的确定对以后各阶段的设计至关重要。确定系统的主要目标，设计者必须分析清楚该系统的性质、使用范围；分析当前技术发展水平和趋势；分析要完成该系统应提出哪些设计要求及实现的可能性；分析制造成本及周期等。此外，还需要与使用者要求的各方面进行比较，然后详细讨论要达到该系统的目标，系统应具备什么功能。

2．2. 2收集资料和数据

在确定了系统的目标后，就要开始收集资料。没有一定的资料既不能做出定性分析，也无法做出定量分析，因此，必须占有大量的资料和数据。收集资料时，首先要针对研究目标，广泛收集与目标有关的资料；其次对于数据资料还应具有连续性和准确性；最后还要对所收集的资料进行科学整理，反映出事物的相关性和规律性。

在收集了大量资料的基础上，应拟定多种备选的可行性方案。各方案应满足整体详尽性、相互排斥性和可比性要求。

通过对备选方案的试验、检测、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，供决策者参考运用。

2. 3人机工程学的研究内容及研究方法

2.3. 1学科的研究内容

虽然人机工程学的内容和应用范围及其广泛，但本学科的根本研究方向却是通过揭示人一机－环境之间相互关系的规律，以达到确保人一机一环境系统总体性能的最优化。在任何一个人一机一环境的综合系统中，人始终是有意识、有目的地操纵机器和控制环境的主体，而机器始终是人的劳动工具，服从于人，执行人的指令，人与机的关系是否协调，要看机器本身是否具备适应人的特性而定。人虽然对环境进行控制，但不可能完全控制环境，在一定的情况下，人总是要受周围环境的约束 和影响。就工业设计学科而言，也是围绕着人机工程的根本研究方向来确定具体的研究内容，对于工业设计师而来说，从事本学科研究的主要内容可概括为：

(1)人体特性的研究人的生理、心理特性和能力限度，是人一机一环境系统最优化的基础·在人与产品关系中，作攀体的人，既是自然的人，又是社会的人。对于自然人的研究有：人体形态特征参数、人的感知特性、人的反应特性以及人在工作和生活中的心理特性等。对于社会人的研究有：人在工作和生活中的社会行为、价值观念、人文环境等。研究的目的是解决机器产品、设施、工具和用具、作业、工作场所等的设计如何与人的生理、心理特征相适应，从而为使用者创造高效、安全、健康、舒适的工作条件。

(2)人机系统的整体设计人一机一环境系统设计的目的就是创造最优的人机关系、最佳的整体系统工作效益、最舒适的工作环境。在系统设计时，由于人和机各自的特点不同，都有各自的能力和限制，因此，应考虑充分发挥各自的特长，合理分配人与机器的功能，使其取长补短、相互协调、有机结合，以保证系统的整体功能最优。

(3）人机界面的设计在人一机一环境系统中，人与机器系统是主体。人与机相互作用的过程，就是利用人机界面上的显示器和控制器，实现人与机的信息交换过程。在开发研制任何产品时，都存在人机界面设计的问题。而且随着信息技术的高度发展，操作者面对的是快速传递和高度复杂的信息，要求操作时精度高且快速准确。同时，由于计算机技术的日益更新，人机界面开始由硬件人机界面向软件人机界面转移，这时人与机都进人了一个新的阶段。研究人机界面的组成并使其优化匹配，产品（包括硬件和软件产品）就会在质量、造型、外观、功能及产品可用性等方面得到改善和提高，同时也会增加产品的技术含量和附加值。

(4)工作场所的设计工作场所设计得是否合适，将对人的工作效率和舒适健康产生直接的影响。工作场所设计一般包括：工作场所总体布置、工作空间与工作区域设计、工作台或操纵台设计、座椅设计、工具设计、工作条件设计等。设计工作场

所时，应从生理学、心理学、生物力学、人体测量学和社会学等方面出发，保证所设计的工作场所符合操作者的特性和需求、适合作业者的作业目的、工作环境方便舒适，使人在工作时不易疲劳、健康不会受到损害、能高效而又舒适地完成工作任务。合理设计工作场所也是保护和有效利用人力资源、充分发挥人的潜能的需要。

(5)工作环境和安全保护设计任何人机系统都处于一定的环境之中，因此人机系统的功能不可避免地受到其周围环境的影响。人与机相比，受影响的程度更大，如照明、色彩、噪声、振动、温度、湿度、粉尘、有害气体以及辐射等都会对作业过程和人产生一定的影响。因此，研究控制、预防和改善不良环境，使之适应于人的要求，目的是为人创造一个安全、健康、舒适的工作空间，从而提高人一机一环境系统的效率和效能。除了要研究控制物理环境因素之外，还应注意研究社会环境因素对人的工作效率的影响。

此外，保护操作者免遭“因作业而引起的病痛、疾患、伤害或者死亡”也是人机系统设计者的基本任务。因而在设计阶段，安全防护装置、保险装置、冗余性设计、防止人为失误装置、事故控制方法、求援方法等应视为设计的一部分。

2.3.2学科的研究方法

学科的进步依赖于研究方法的发展。任何一门学科在确定了研究对象和研究内容之后，就要考虑使用什么样的方法来进行研究。人机工程学作为一门边缘学科，在其发展过程中，不可避免地要借鉴人体科学、生物科学和心理学等相关学科的研究方法，采用系统工程、控制理论、信息科学、统计学等其他一些学科的研究方法，并利用本学科的学科特点，逐步建立和完善一套独特的研究方法，以探讨人一机一环境三要素之间的复杂关系。

目前在人机工程学中常用的研究方法有以下几种。

(1)观察法通过直接或间接观察，有时甚至借助某些工具，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。观察法是在不影响事件正常发生的情况下有目的、有计划、有步骤地进行的。观察者通常不参与研究对象的活动，从而可以避免对研究对象的影响，以便保证研究的自然性与真实性。为了研究系统中人和机各自的工作状态，常采用各种各样的观察方法，如对工人操作动作的分析、人与机功能的分析和工艺流程分析等。

(2)实测法这是一种借助于仪器设备进行实际测量的方法，也是比较普遍使用的一种方法。例如为了获得对一个作业空间设计所需的人体尺寸，我们必须对使用者群体进行抽样，然后对所选样本进行实际测量，并对所测数据进行统计处理，为作业空间的具体设计提供人体尺寸依据。

(3)实验法实验法是在人为设计的环境中对被试的行为或反应进行测试的一种

的研究方法，一般在实验室进行，也可在作业现场进行。如进行仪表盘设计时，必须对人对各种仪表表示值的认读速度、误读率与表盘的形状、观察距离以及仪表显示的亮度、对比度、仪表指针的形状、长短等进行研究。

(4)模拟和模型试验法由于机器系统一般比较复杂，因而在进行人机系统研究时常采用模拟的方法。模拟方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器、机械的模型以及各种人体模型等。通过这类模拟方法可以对某些操作系统进行逼真的试验，可以得到从实验室研究外推所需的更符合实际的数据。由于模拟器或者模型通常比所模拟的真实系统便宜得多，又可以进行符合实际的研究，所以获得较多的应用。

(5)计算机辅助研究方法随着计算机和数字技术的高速发展，在数字世界中建立人体模型成为可能，可利用人体模型模仿人的特征和行为，描述人体尺度、形态和人的心理等。数字人体模型可以使设计与产品的人机分析过程可视化，对于工业设计师和人机工程学家而言，数字人体模型具有以下优点：

①它能使产品的变量在设计的早期较明确化，且容易获取这些变量的发展趋势； ②它可以控制产品的某些特征，即依人的特性来决定产品的功能参数；

③可以用人的数字模型进行产品的可用性测试。

(6)分析法分析法是对人机系统获得了一定的资料和数据后采用的一种研究方法。人机工程学家通常在研究中采用如下几种分析方法。

①瞬间操作分析法生产过程一般是连续的，人和机器之间的信息传递也是连续的。但要分析这种连续传递的信息很困难，因此只能用间歇性的分析测定法，即采用统计学中的随机取样法，对操作者和机器之间在每一间隔时刻的信息进行测定后，再用统计推理的方法加以整理，从而获得改善人机系统的有益资料。

②知觉与运动信息分析法外界的信息要传递给人，首先由感知器官传到神经中枢，经大脑处理后产生反应信号，再传递给四肢，四肢接受指令后即对机器开始进行操作，被操作的机器状态又将信息反馈给操作者，从而形成一种反馈系统。知觉与运动信息分析法就是对这种反馈系统进行测定分析，然后用信息传递理论来说明人机之间信息传递的数量关系。

③动作负荷分析法 在规定操作所必须的最小间隔时间的条件下，采用计算机技术分析操作者连续操作的情况，从而可推算操作者工作的负荷程度。另外，对操作者在单位时间内工作负荷进行分析，也可获得用单位时间的作业负荷率来表示的操作者全工作负荷。

④频率分析法 对人机系统中的机械系统使用频率和操作者的操作动作频率进行测定分析，其结果可作为调整操作人员负荷参数的依据。

⑤危象分析法 对事故或近似事故的危象进行分析，特别有助于识别容易诱发错误的情况，同时也能方便地查找出系统中存在的而又需要复杂的研究方法才能发现的问题。

⑥相关分析法 在分析法中，常常要研究两种变量：自变量和因变量。相关分析法的基本原则就是确定两种变量之间是否存在统计关系。在相关研究中并不系统地改变某一变量，而是尽可能使所有变量保持“自然状态”，以避免人为因素的干扰。因此，使变量保持自然状态是相关研究的特征。

何灿群 编著.产品设计人机工程学[M].北京，化学工业出版社..