人机工程学第1章

第一章人机工程学总论第一节绪言第二节人机工程学的起源与发展第三节人机工程学的体系第四节人机工程发展新趋势第一节绪言人机工程学是上个世纪50年代发展起来的一门学科，是研究产品设计中如何正确处理人、机器及其工作环境之间相互作用的学科。1、学科的定义1.1国际人机工程学会（IEA）定义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因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中，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。第一句话指出人机学的研究对象，是工作环境中的解剖学、生理学、心理学等方面的因素。这些因素除了工业设计以外，还与管理工程、劳动科学、安全工程、环境工程等领域有关。第二句话指出人机学的研究内容，是人－机－环境的最佳匹配、人－机－环境系统的优化。第三句话指出人机学的研究目的：就是设计一切器物都要考虑人们生活、工作的安全、舒适、高效。1.2《中国企业管理百科全书》的定义研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器及环境适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。1.3本文定义按照人的特性设计和改善人—机—环境系统的科学。2、人机问题巡视（1）并条机设计问题（2）客车车窗设计问题（3）公共汽车扶手设计问题（4）双管荧光台灯设计问题（5）大型水压机事故问题（6）军械的设计问题讨论：（1）洗衣机的人机工程问题（2）电冰箱的人机工程问题3学科命名欧洲Ergonomics工效学美国HumanFactors人类因素学HumanEngineering人类工程学EngineeringPsychology工程心理学日本人间工程学中国人机工程学、功效学、人机学、人体工程学本书使用“人机工程学”这一名称。4人机工程学所研究的三要素人——指操作者或使用者；机——泛指人操作或使用的物，可以是机器。也可以是用具、工具或设施、设备等；环境——是指人、机所处的周围环境，如作业场所和空间、物理化学环境和社会环境等。目的是如何达到安全、健康、舒适和工作效率的最优化。5各国人机工程的研究方向和侧重点美国：侧重工程和人际关系；法国：侧重劳动生理学；前苏联：注重工程心理学；保加利亚偏重人体测量；捷克、印度等：注重劳动卫生学。第二节人机工程学的起源与发展1、经验的人机工程学(孕育阶段)1.1“铁锹作业实验”1898年美国学者泰勒（F·W·Taylor）从人机学角度出发，对铁锹的使用效率进行了研究。他用形状相同而铲量分别为5kg、10kg、17kg、和30kg四种铁锹去铲同一堆煤，虽然17kg和30kg的铁锹每次铲量大，但实验结果表明，铲煤量为10kg的铁锹作业效率最高。这一研究的结果是非常出色的，堆料场的劳动力从400-600人减少为140人，平均每人每天的操作量从16t提高到59t。1.2“砌砖作业实验”1911年吉尔伯勒斯（F·B·Gilreth）对美国建筑工人砌砖作业进行了试验研究。他用快速摄影机把工人的砌砖动作拍摄下来，然后对动作进行分析，将全过程中的17个动作减少为4.5个，最终提高了工作效率，使砌砖的速度由原来的120块/h提高到350块/h。1.3“心理学与工作效率”1912年，现代心理学家闵斯托伯格（H•Munsterberg）出版了《心理学与工作效率》等书，将当时心理技术学的研究成果与泰勒的科学管理学从理论上有机的结合起来，运用心理学的原理和方法，通过选拔和培训，使工人适应于机器。这一阶段，人机关系的特点：通过选拔与培训，使工人适应机器。其工作的重要意义在于，提高工效的观念从此不再是一种自发的思维倾向，它已开始建立在科学实验的基础上，具有现代科学的形态。2、科学的人机工程学(诞生阶段)这一阶段又称为人机工程学的诞生和成长阶段。大致是从第二次世界大战开始及战后的十几年。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性能要求，事故率大为增多。人们在屡屡失败中逐渐认识到，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。这一阶段的发展特点是：从以机器为中心转变为以人为中心，力求使机器的设计适应于人的因素。3、现代的人机工程学(发展和成熟阶段)1949年，在默雷尔（Murrell）的倡导下，英国成立了第一个人体工程学科研究组，翌年2月16日在英国海军军部召开的会议上通过了人体工程学（Ergonomics）这一名称，正式宣告人体工程学作为一门独立学科的诞生。1949年，查帕尼斯（A•Chapanis）等人出版了《应用实验心理学—工程设计中人的因素》一书，总结了二战时期的研究成果，系统论述了人体工程学的基本理论和方法，为人体工程学奠定了理论基础。1957年，麦克考米克（E•J•McCormick）出版了《人类工程学》一书，该书相继被美国、欧洲和日本等国广泛采用作为大学教科书。德国的马克思—普朗克协会人类工程学研究所、英国的劳勃路技术学院、美国的哈佛大学等机构或组织开展了不少有关人体工程学的研究。20世纪60年代以后，科学技术飞速发展，电子计算机应用的普及，工程系统的进一步复杂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，不仅为人体工程学注入了新的研究理论、方法和手段，而且也为人体工程学提出了一系列新的研究课题。如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、宇航系统的设计问题等等，拓宽了人体工程学的研究领域和应用范围，促进了人体工程学的发展和进步。现代人机工程学发展有二个特点：在20世纪70年代，人体工程学形成了两大特点：一是人体工程学渗透到人们工作和生活的各个领域；二是人体工程学在高科技领域中得到了应用，自动化系统中人的监控制作用、人机信息交互、人工智能等都于人体工程学有着密切的关系。阶段时间特点早期经验期20世纪初~第二次世界大战前使人适应机中期创建期第二次世界大战间重视人的因素；使机器适合人现代成熟期60年代~今以人为本，人机协调，多学科交叉人机工程发展的三个阶段的特点4、各国的发展现状英国：欧洲研究人机工程学最早的国家，早在1949年就成立了人机工程学研究会。该会于1957年发行了Ergonomics会刊，该会刊目前已成为国际性刊物。法国、德国、荷兰、瑞士和瑞典等国家的代表也参加了该刊的编辑委员会。英国的劳勃路技术学院（LoughborougCollegeofTechnology）是世界上最早开设人机工程学课程的大学，在人机工程学方面开展了不少研究工作。美国：美国是人机工程学研究最发达的国家，1957年成立了人因工程学会（HumanFactorsSociety），该学会除了发行会刊外，还有不少专利文献。美国是世界上发行人机工程学书刊最多的国家。美国的人机工程学研究机构大部分设在各大学。哈佛大学、麻省理工学院、俄亥俄州立大学等都设有专门的研究机构；另一部分设在海、陆、空军事部门，主要服务对象是国防工业。德国：对人机工程学的研究开始于20世纪60年代，其马克思—普朗克协会人类工程学研究所，在基础理论方面的研究成果举世闻名。这些成果在德国的工业设计中等到了广泛应用，如奔驰轿车。前苏联：前苏联的人机工程学的研究侧重于工程心理学方面，并大力开展人机工程学的标准化的研究工作，其中有20多项标准得到其国家标准局批准列入“技术水平与产品质量卡”。日本：日本的人机工程学研究起步于20世纪60年代前后，着力引进世界各国人机工程学方面理论和实践经验，特别是欧美的经验。目前，日本已有近10个人机工程学的地方学会，其研究广泛应用于工业、交通运输和国防等各个领域。日本人机工程学着重从系统论的角度看待人，把人看作系统的一部分去研究，力图研究出一套技术手段来提高人本身的能力。我国的人机工程学研究起步较晚，在20世纪60年代初只有在中科院、中国军事科学院等少数单位从事本学科中个别问题的研究，而且其研究范围仅局限于国防和军事领域，如国防科委的有关研究所曾结合飞机设计做过一些实验研究工作。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。但作为一门学科，直到20世纪80年代初才确立起来，各大学及研究所开始建立研究室。1981年我国相应成立中国人类工效学标准技术委员会。1982年在日本东京举行第八次国际人机工程会议，我国第一次派人参加。1989年成立《中国人类工效学学会》1991年1月成为《国际人类工效学协会》正式成员第三节人机工程学的体系1、学科体系人机工程学人体科学技术科学环境科学生理学心理学劳动卫生学人体测量学人体力学环境卫生学环境医学环境心理学环境保护学环境检测学工业设计工程设计安全工程系统工程机械工程管理工程2、人机工程学的研究内容人机工程学的研究对象：三要素——人、机、环境人环人-机人-环机-环人机环机工业设计对人机工程的主要研究内容：人的特性的研究人机系统的总体设计人机界面和工作场所的设计环境控制与安全保护设计目前人机工程学的前沿领域研究包括：人机关系；人与环境关系；人与生态；人的特性；人机系统的定量描述；人际关系、直至团体行为、组织行为、心理状态等方面的研究。近期国内外人机工程学研究的方向：工作负荷研究，包括体力活动、智力活动、工作紧张等因素引起的生理负荷和心理负荷。工作环境的研究，包括各种工作环境条件下的生理效应，以及一般工作与生活环境中振动、噪音、空气、照明等因素的人机工程学的研究。工作场地、工作空间、工具装备的人机工程学的研究。信息显示的人机工程学问题，特别是计算机终端显示中人的因素研究。计算机设计与人机工程学研究。工作成效的测量与评定。机器人设计的智能模拟等。人-机-环境系统中心理学的研究。研究方法观察法实测法实验法模拟和模型试验法计算机数值仿真法分析法调查研究法3、人机工程学的研究方法第四节人机工程发展新趋势1、绿色人机工程绿色设计是指在产品整个生命周期内以产品环境属性为主要设计目标，着重考虑产品的可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等功能目标，并在满足环境目标的同时，保证产品应有的基本功能、使用寿命和经济性等，突出了生态意识和以环境保护为本位的设计理念基本思想是在设计阶段就将环境因素和预防污染措施纳入产品设计中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。比较因素传统设计绿色设计设计依据用户对产品提出的功能、性能、质量和成本要求环境效益和生态环境指标与产品功能、性能、质量和成本要求设计人员很少或没有考虑有效的资源再生利用和对生态环境的影响在产品构思和设计阶段，即考虑降低能耗、资源重复利用和保护生态环境设计技术或工艺很少考虑产品回收，仅考虑贵重金属回收考虑可拆卸、易回收、无毒副作用及产生最少废弃物设计目的以需求为主为需求和环境设计，满足可持续发展要求产品普通产品绿色产品或绿色标志产品绿色设计与传统设计的比较2、虚拟人机工程虚拟现实技术——利用多媒体计算机仿真技术构成一种特殊环境，用户可以通过各种传感系统与该环境进行自然交互，从而体验比真实世界更丰富的感受。应用领域——军事、建筑、汽车工业、计算机网络、服装设计、化工、医学、娱乐等虚拟技术的特征——自主性，交互性，沉浸性3、数字化人机工程研究课题主要包括：数字化的人体态人机学建模人机工程分析系统人机工程咨询系统人机工程评价系统4、智能化人机工程人机智能结合系统——将人的创造性、预见性等高级智能与计算机低层相结合的系统。研究内容：人的智能模型，人机智能结合的必要条件，人机交互作用，计算机的智能结构，人机交互的智能化