人机工程学--第一章绪论

人机工程学概论第1章人机工程学概论第2章人体测量与数据应用第3章人体感知与运动系统第4章人的心理与行为特征第5章人机的信息界面设计第6章工作台椅与工具设计第7章作业姿势与动作设计第8章作业岗位与空间设计第9章人与环境的界面设计第10章事故控制与安全设计第11章人机系统总体设计第12章人机工程发展趋势人机工程学概论格雷夫斯为意大利阿勒西公司设计了一系列具有后现代特色的金属餐具，这是1985年设计的水壶实用美观。1、方便、适应手提。2、往里装水，盖子可以用手打开。3、水烧开后壶会热，要有隔热手柄。4、要把水烧开的信息告诉使用壶的人。5、把烧开的水倒出来。人机工程学概论学科的命名由于该学科研究和应用的范围及其广泛，各个领域的研究人员都试图从自身的研究角度来给本学科命名和下定义，因而世界各国对本学科的命名不尽相同，即使在同一个国家里对本学科的命名也不统一。例如，在美国本学科称为“HumanEngineering”（人类工程学）、“HumanFactorsEngineering”（人的因素工程学）。也有称为“人类工程学”、“人机工程学”的，大多数西欧国家称为“Ergonomics”（人类工效学），其他国家大多引用西欧的名称。“Ergonomics”一词是由希腊词根“ergon”（即工作、劳动）和“nomos”（即规律、规则）复合而成，其本义为人的劳动规律。由于该词能够较全面地反映本学科的本质，词义能保持中立性，不显露它对各组成学科的亲密和间疏。学科的命名人机工程学概论学科的命名人机工程学在70年代末才在我国兴起，学科为了同国际接轨，采用“人类工效学”这一名称进行对外交流为多。由于该学科在国内主要被用于协调产品与人之间的关系，因而，普遍采用人机工程学这一名称。此外，常见的名称还有：人机工程学、人类工效学、人类工程学、工程心理学、宜人学、人的因素等。人机工程学概论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、安全和舒适性等问题的学科。学科的定义国际人机工程学会（InternationalErgonomicsAssociation）对本学科所下的定义为人机工程学概论人—机—环境系统人—机—环境系统是指由共处于同一时间和空间的人与其所使用的机以及他们周围的环境所构成的系统，简称人—机系统，在人—机系统中，人、机、环境相互依存、相互作用、相互制约完成某一特定的生产或生活过程。人机工程学概论人—机—环境系统人机环境人—机—环境系统人机工程学概论人—机—环境系统人:人是指操作者或使用者机:机泛指人可操作与可使用的物，可以是机器，也可以是用具或生活用品、设施、计算机软件等各种与人发生关系的一切事物；环境:环境是人与机共处的环境，如作业场所和作业空间，自然环境和社会环境等。人机工程学概论起源与发展英国是世界上开展人机工程学研究最早的国家，但学科的奠基性工作实际上是在美国完成的。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以追溯到20世纪初期，但作为一门独立的学科只有五十多年历史。学科在形成与发展的过程中，大致经历了以下三个阶段：经验人机工程学科学人机工程学现代人机工程学人机工程学概论起源与发展0.2.1经验人机工程学20世纪初，美国学者F·W·泰罗（Frederick·W·Taylor）在传统管理基础上，首创了新的管理方法和理论，并据此制订了一整套以提高工作效率为目的的操作方法，并考虑了人使用的机器、工具、材料及作业环境的标准化问题。人机工程学概论起源与发展A、泰罗铁锹试验：用形状相同而铲量不同的四种铁锹，它们分别是每次铲重量的：5、10、17、30KG泰罗让工人分别用这四种铁锹去铲煤。通过试验得出每次铲10KG的效率最高。B、吉尔伯勒斯的砌砖试验：动作研究：18个减少为5个效率：120块/H增加到350块/H人机工程学概论起源与发展从泰罗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。经验人机工程学一直延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劳动效率成为最迫切的问题，从而使研究者对经验人机工程学所提出的问题进行科学的研究，并促使经验人机工程学发展为科学人机工程学。其中突出的代表是美国哈佛大学的心理学教授H·闵斯特泼格（H·Munsterberg），在其代表作《心理学与工业效率》中，他提出了心理学对人在工作中的适应与提高效率的重要性。闵氏的心理学研究工作与泰罗的科学管理方法联系起来，解决了选择、培训人员与改善工作条件、减轻疲劳等实际问题。由于当时该学科的研究着眼于心理学方面，因而在这一阶段大多称本学科为“应用实验心理学”。学科发展的主要特点是：机器设计的主要着眼点在于力学、电学、热力学等工程技术方面的优选上，在人机关系上是以选择和培训操作者为主，使人适应于机器。人机工程学概论起源与发展人机工程学概论起源与发展本学科发展的第二阶段是第二次世界大战期间。在这个阶段中，由于战争的需要，许多国家大力发展效能高、威力大的新式武器和装备。但由于片面注重新式武器和装备的功能研究，而忽视了其中“人的因素”，因而由于操作失误而导致失败的教训屡见不鲜。人机工程学概论起源与发展例如，由于战斗机中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；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，美国在第二次世界大战的飞机事故中，80%是由于人机工程学方面的原因造成的。失败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，在人和武器的关系中，主要的限制因素不是武器而是人，并深深感到“人的因素”在设计中是不能忽视的一个重要条件；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。人机工程学概论起源与发展科学人机工程学一直延续到50年代末。在其发展的后一阶段，由于战争的结束，学科的综合研究从军事领域向非军事领域发展，并逐步把应用在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。人们还提出在设计工业机械设备时也应集中运用工程技术人员、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，学科的研究课题已超出了心理学的研究范畴，使许多生理学家工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。工程技术专家涉及到该学科中来共同进行研究，从而使本学科的名称也有所变化，大多称“工程心理学”。本学科在这一阶段的发展特点是：重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。人机工程学概论起源与发展到了60年代，经过战后的恢复阶段后，欧美各国进入了大规模的经济发展时期，在这一时期由于科学技术的进步，使人机工程学获得了更多的发展机会，许多用于战争的技术转向民用。同时，在科学领域中，由于控制论、信息论、系统论和人体科学等学科中新理论的建立，在本学科中应用新理论和新技术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和新实验场所，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年代至今，可以称其为现代人机工程学发展阶段。人机工程学概论1.2.3现代人机工程学（60年代以来）现代人机工程学有三个特点：1）着眼于机械设备的设计，使机器的操作不超越人的能力极限，而不是让人去适应机器。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，进行具体的机械装备设计。3）综合心理学、生理学、功能解剖学、物理学、数学、工程学各方面的知识。研究方向：把人-机-环境作为一个整体来研究，从而获得系统的最高综合效能。起源与发展人机工程学概论起源与发展学科在国内的发展情况本学科在国内起步虽晚，但发展迅速。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，到60年代初，也只有在中科院、中国军事科学院等少数单位从事本学科中个别问题研究，而且其研究范围仅局限于国防和军事领域。但是，这些研究却为我国人机工程学的发展奠定了基础。十年动乱期间，本学科的研究曾一度停滞，直至70年代末才进入较快的发展时期。随着我国科学技术的发展和对外开放，人们逐渐认识到人机工程学研究对国民经济发展的重要性。目前，该学科的研究和应用已扩展到工农业、交通运输、空间技术、医疗卫生以及教育系统等国民经济的各个部门，由此也促进了本学科与工程技术和相关学科的交叉渗透，使人机工程学成为既有深厚理论基础又有广泛应用领域的边缘学科。人机工程学概论研究内容与方法从工业设计学角度来看，与本学科相关的研究内容主要有以下几个方面：a.在人与产品关系中，作为主体的人，既是自然的人，也是社会的人。在自然方面的研究有：人体形态特征参数，人的感受知特性，人的反映特性，人在工作和生活中生理特征和心理特征等。在社会方面的研究有：人在工作和生活中的社会行为、价值观念、人文环境等，目的是解决机器设施、工具、作业、场所以及各种用具的设计如何适应人的各方面特征，为使用者创造安全、舒适、健康、高效的工作条件。人机工程学概论研究内容与方法b.人机系统的整体设计人机系统设计的目的就是创造最优的人机关系、最佳的系统效益、最舒适的工作环境，充分发挥人、机各自的特点，取长补短、相互协调、相互配合。如何合理分配人与机在系统功能以及人机间有效传递信息是系统整体设计的基本问题。随着信息技术的发展，人们面对的是大量快速传递的信息，要求操作时精度高、快速准确。同时人机界面由硬件向软件转移，这时人与机都进入了一个新的阶段，因此新系统中人的特性如何体现，人与机的功能如何分配，机器系统如何更宜人等成为系统设计的主要内容。人机工程学概论研究内容与方法c.工作场所和信息传递装置的设计工作场所设计得是否宜人，将对人的舒适健康和工作效率产生直接的影响，工作场所设计一般包括：作业空间设计、作业场所的总体布置，工作台或操纵台设计、座椅设计等，作业场所设计的研究目的是保证工作场所适合操作者的作业目的，工作环境符合人的特点，使人在工作过程中健康不会受到损害，高效而又舒适地完成工作。人—机—环境系统的信息传递，主要是机器和环境向人传递信息，机器接受人的信息，即操纵与显示的设计两个方面。人机工程学对它们的研究不是重点解决工程技术上的具体设计问题，而是从人的特性出发，研究信息传递方式、准确性、可靠性以及人的认读速度与精度等；研究操作装置的形状、大小、位置和操纵方式与人的生理、心理、生活习惯等相适应等。人机工程学概论研究内容与方法d、环境控制和安全保护设计人机工程学研究环境因素，如温度、湿度、照明、噪声、振动、粉尘、有害气体、辐射等对作业过程和健康的影响；研究控制、改良环境条件的措施和方法，为操作者创造安全、健康、舒适的工作空间。人机系统设计首要任务应该是保护操作者的人身安全，要求在产品的设计过程中，研究产生不安全的因素时，如何采取预防措施。这方面的内容包括：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、安全保护措施等。人机工程学概论1.观察法可借助摄影或录像2.实测法借助仪器进行实际测量3.实验法在实验室或作业现场进行多次反复观测4.模拟和模型试验法5.计算机数值仿真法6.分析法7.调查研究法研究内容与方法人机工程学概论研究内容与方法a.自然观察法自然观察法是研究者通过观察和记录自然情境下发生的现象来认识研究对象的一种方法。观察法是有目的、有计划的科学观察，是在不影响事件的情况下进行的。观察者不参与研究对象的活动，这样可以避免对研究对象的影响，可以保证研究的自然性与真实性。自然观察法也可以借助特殊的仪器进行观察和记录，这样能更准确、更深刻地获得感性知识。如要获取人在厨房里的行为，可以用摄像机把对象在厨房里的一切活动记录下来，然后，逐步对其进行分析和整理。b.实测法这是一种借实验仪器进行实际测