人机工程学考试资料

人机工程学人机工程学是研究人、机器及工作环境之间相互作用的一门边缘学科。其研究的主要内容是人机系统中人的作业效能，以达到“人尽其力、机尽其用、环境尽其美”目的，给人有较高的舒适度和生命保障功能，使整个系统安全高效、综合使用效能达到最高。通过人机工程学有关的理论学习，能帮助我们了解人机工程学的基本理论体系，学会从人机工程学的基本原则和方法出发，发现设计中存在的人机工程问题，创造性地提出人机工程解决方案。1.人机工程学历史和研究方法1.1人机工程学历史1.早期人机工程学早期人机工程学是以19世纪80年代和90年代初的工业化运动为起点，其代表人物是泰勒和吉尔伯瑞斯。泰勒是被认为最早对人与工具匹配问题进行科学研究的学者，其著作《科学管理原则》的宗旨是：使机器生产所需求的机器运动同人与作业之间、人与工作组织形式之间建立起最佳的匹配关系，把人的无效活动降到最低。泰勒的研究和理论特别重视“测量”的概念，认为只有通过测量才能找到改良生产效率的途径，并且要测量来验证改良的绩效。而吉尔伯瑞斯热衷于时间动作的研究2.人机工程学诞生人机工程学诞生于1945—1960之间，人的因素影响了机器性能的发挥，而继续调动人的能力又受到人自身的生理和心理极限的限制，只要求“人适应机器”是不够的，因此人们提出了“使机器适应于人”的思想。3.人机工程学迅速发展期1960—1980是人机工程学迅速发展的时期。人机工程学的研究和实践从实验室和军事领域扩大到工业的各个领域，如计算机、汽车和消费产品。4.1980年以后的人机工程学1980年以后人机工程学已经形成了一个完整的学科体系，而与此同时计算机科学的飞跃发展又引起了人机交互、人机界面、可用性研究、认知科学等新的人机工程研究领域。在人机相互适应的目标下，人机工程学不仅关注人的安全、健康、效率，更加关注人的价值，关心人的满意度、舒适感、成就感和人的尊严。5.我国人机工程学我国人机工程学发展的基础工作是在工业心理学和工程心理学领域内开始的，其中《工业心理学概观》是我国最早系统的介绍工业心理学的著作。1.2人机工程学研究方法人机工程学是采用科学的方法研究人、机和环境三大要素之间的关系。主要的研究方法有以下三种：1.观察法和描述研究观察是指在某一特定时间内或特定事件发生时，观察“被观察者”自然表现的行为和言语，系统的观察技术的基本原则是明确定义所观察的行为类别，训练数据收集人员保证观察的一致性，对行为进行系统的和有代表性的抽样。影响观察的因素主要有以下四个方面：（1）情境观察研究时情境有实验情境和自然情境，通常自然情境更可能产生自然行为而实验情境更容易控制变量。（2）数据获取在定量的观察研究中，数据资料记录在事先制定的记录框架中称为结构化方法。在定性研究中，研究过程保持开放，便于收集广泛的数据。（3）知情性所谓知情性是指被观察者是否知道被观察，知情性不仅影响实验中的行为人。而且是一个道德问题。（霍桑效应）（4）观察者观察者参与行为过程的方式可分为：旁观者的隐蔽观察、与被观察者有互动但不是被观察群体的一员、观察者完全融入被观察群体。2.实验法实验法的基本原则是：在其他变量C被妥善控制的情况下，实验者系统的改变某一变量A,然后观察A的系统变化，对另一变量B的影响。变量A被认为实验变量，变量B被称为因变量，变相C被认为控制变量。3.相关研究法相关研究法的基本原则是：在尽可能自然状态下，确定两个以上变量之间的统计关系。相关研究法的主要内容是：（1）相关与相关分析相关分析即采用统计方法分析两个变量之间的相关性（2）相关与因果相关关系虽然不能说明变量之间的因果关系，单仍能具有描述和预测能力，这一点在心理和社会预测中非常重要。2.人体尺寸、感觉和运动控制系统与设计2.1人体尺寸与设计、人体尺寸设计原则和作业空间设计1.应用人体尺寸设计的原则（1）极限设计原则设计的最大尺寸参考选择人体尺寸的低百分位，设计的最小尺寸选择尺寸参考选择人体尺寸的高百分位；受人体伸及度限制的尺寸应该根据低百分位确定，受人体屈曲限制的尺寸应该根据高百分位来确定。（2）可调性设计原则设计中优先采用可调式结构。可调的尺寸范围应根据第5百分位和第95百分位确定。（3）动态设计原则考虑人员操作必须执行操作时，选用动作范围最小值；考虑人员自由活动空间时，选用动作范围最大者。（4）非“平均人”设计原则设计中一般不应该对所有设计尺寸均采用人体尺寸的平均值。2.作业空间设计（1）作业空间的一般要求作业空间根据人体尺寸参数设计，应该保证90%以上的使用者在所设计的空间内能顺利完成规定的作业；并均衡四肢的作业负荷；避免不必要的空间障碍和违反使用者正常习惯的空间布局；保证在紧急条件下人员的撤离安全。（2）坐姿作业坐姿作业适合于长时间操纵、控制精度高或者需要四肢共同操作的场合，用于轻体力的工作性质。优点是操作稳定，身体位置平衡，可减轻疲劳。缺点是长时间的坐姿尤其是不正确的坐姿对腰部有不利影响。（3）立姿作业（4）坐立交替作业坐立交替作业常用与同时要求坐和立两种作业姿势。如既要求坐姿的稳定体位以提高操作精度，又要求体位易于改变的作业方式。2.2视觉特征、显示设计1.视觉特征在设计中要尽量避免产生目眩的现象。要让视野内的所有物体都具有相同或者相似的亮度防止目眩。（1）暗适应：从亮的环境进入或者转变为暗环境的时候，视网膜感光性的变化（2）亮适应：由暗变亮的条件下，视网膜感受性的变化（3）亮适应优先于暗适应，即两者同时存在时，视网膜以亮适应为主2.显示设计（1）设计显示的方法○1设计师尽可能多的了解用户需要执行的任务○2选择正确的显示方式○3设计师还应该考虑显示的内容、格式、显示的形式（字体、背景、亮度等）以及显示的时间等方面的因素（2）视觉显示设计○1机械显示设计机械显示是传统的显示方法，它主要是显示数字或者某种状态，可分为指针移动式显示、刻度标尺移动式显示和直接式显示。○2电子显示设计对于电子显示最关键的是满足人的视觉要求，除了视觉显示都需要注意的显示大小、观察角度、观察距离和图形的数量外，分辨率、目标和背景亮度、色彩、闪烁等都是电子显示需要特别考虑的。○3信息编码信息编码要考虑显示信息的类型、数量、可用的显示面积、编码的准确性和易理解性。最常用的编码方式有颜色编码、形状编码、数字和字母编码等。○4刻度盘设计刻度盘设计分为4个阶段：选择刻度盘、刻度盘大小、刻度线间距以及标数和指针。○5字母和数字设计设计字母和数字最重要的是设法避免不同字母之间或者不同数字之间发生混淆。应尽可能突出每一个字母和数字特有成分，同时使字母和数字中可能混淆的成分相对减弱。○6图符设计图符设计需要遵循以下原则：图符和背景对比强烈、图符边界明显、封闭图符、简单化和整体化。2.3动作分析、控制器设计1.动作分析动作分析就是指对作业或操作的动作组成结构特点及其相互关系的分析。动作研究的宏观方法是从整个过程出发分析生产流程及各个组成部分，即通过分析各个工序之间、各个机器之间以及作业者与机器之间的关系，找出影响作业活动的症结（如流程不合理或者人机能力不匹配），这成为“程序分析”。微观的方法是从操作动作本身出发，分析具体操作动作的合理性和效率，达到删除无效动作，减少等待时间、增加节奏和提高工作效率的目的，这称为“动作分析”（1）动作元素人们把人的动作分解为基本的动作元素称为动素，从操作的作用来说，人的动作可以分为必须动作、准备动作和无效动作。（2）动作分析的方法动作分析主要有两种手段：目视动作分析和摄影分析。2.控制器设计从控制的形式看，控制设计分为直接控制和间接控制两种。（1）控制设计的方法选择控制器的时候主要考虑四个方面：○1控制器的功能○2任务需要○3用户对信息的需要○4工作场所的情况。（2）控制器编码控制器编码主要有三种形式：视觉编码、触觉编码和位置编码。选择控制器编码方式时，需要考虑几个因素：○1在控制器进行识别时，用户的所有要求○2用户已经使用的编码方式○3用户工作区域的照明情况○4用户识别时的速度和精确度要求○5控制器可以放置的空间○6需要编码的控制器数量（3）控制设计中的反馈和偶发启动（4）常用的控制装置设计○1按键○2转臂开关○3旋钮○4控制杆○5手轮和摇把○6踏板（5）手工具设计手工具设计的基本原则：○1保持手腕的自然直线状态○2减少手部组织的压力○3避免手指重复动作3.认知心理、人的行为以及人的情绪需求与设计3.1知觉格式塔原则、知觉加工原理、记忆、思维和选择性注意1.知觉格式塔原则格式塔理论强调在知觉过程中整体大于部分之和，知觉是对刺激的整个模式的知觉。格式塔理论的规律有：（1）临近律：人们对知觉场中客体的知觉，是根据它们各部分彼此接近或邻近的程度而组合在一起的。各部分越是接近，组合在一起的可能性就越大。（2）相似律：人们在知觉时，对刺激要素相似的项目，只要不被接近因素干扰，会倾向于把它们联合在一起。换言之，相似的部分在知觉中会形成若干组。（3）封闭律：闭合是指一种完成某种图形(完形)的行动。（4）良好连续律：在知觉过程中人们往往倾向于使知觉对象的直线继续成为直线，使曲线继续成为曲线。2.知觉加工原理（1）整体加工和局部加工Navon研究表明：当客观对象作用于人的时候，先引起整体知觉，然后再知觉到对象的组成部分。也就是说人在进行知觉加工时，整体知觉的加工可以干扰部分知觉加工，而部分知觉加工不能干扰整体知觉加工。（2）自下而上的加工和自上而下的加工自下而上的加工也叫数据驱动加工，强调对客观事物的信息的加工，信息加工是加工输入信息；而自上而下的加工叫概念驱动加工，强调已有知识开始的信息加工，信息加工是由人的知识和记忆来引导的。3.记忆人的记忆主要有三种形式：感觉记忆、短时记忆和长时记忆。（1）感觉记忆感觉记忆又称感觉登记。信息在瞬时记忆中只能保持若干毫秒或者若干秒的时间。电影和电视就是利用人的感觉记忆的特点，是本来是一幕一幕静止且分割的画面形成连续的动作画面。（2）短时记忆短时记忆又称工作记忆。如果计算机为例的话，短时记忆就好比计算机中的内存。①短时记忆的容量②短时记忆编码：一般有三种编码情形——声音编码、视觉编码和语意编码③短时记忆的丧失（3）长时记忆短时记忆经过反复复述练习，可以进入人的长时记忆，长时记忆就好比计算机的硬盘。①长时记忆分类：情节记忆和语意记忆②长时记忆的编码：长时记忆和短时记忆的编码不同，长时记忆以语意编码为主③长时记忆的提取：长时记忆的提取比较慢，而且很容易出现失真的现象。研究表明记忆材料的组织层次对长时记忆的提取有密切的关系。4.思维思维是人类认知活动中最高级的心理过程。问题解决的思维过程理论主要有格式塔方法、通用问题解决方法和类比问题解决方法（1）格式塔方法格式塔方法认为人的思维分为两种类型：产生式思维和再造思维。前者是对问题进行重新构建，产生新的解决方法；后者是依靠经验进行思维活动。（2）通用问题解决方法通用问题解决方法认为人们在解决问题的过程中，通过某种方式，从一种状态转向另一种状态。（3）类比问题解决方法把当前问题与其他相关问题进行类比，是解决问题的常用方法。类比过程的关键是发现两种问题的类似之处。5.选择性注意选择注意就是要对各个信号有选择的进行注意。在选择性注意中，一个重要的问题就是取样，取样就是选择注意的焦点。3.2行为特征、人的差错、任务分析方法和以人为中心的设计原则1.行为特征人的行为特征主要包括三个方面：（1）人的心理模型人的心理模型是外部世界的某些因素在人脑中的反映，是一组集成的构思和概念。研究表明人既有有意识的行为又有无意识的行为。（2）人的行为结构Norman认为人的行为结构有三类：宽而深的结构、窄而深的结构和宽而浅的结构。（3）人的行为过程人日常行为中，经常出现问题是由于自己的心理模型和实际操作和操作对象的状态之间关系不清楚而产生的。2.人的差错（1）人的差错的类型：①失误：它是由人的信息加工层面造成的错误，可以分为两种——基于知识的失误和基于规则的失误。②过失：它是由于行为规则选择错误而导致的行为目标意图错误。他是由于人的行为实施层面上出现错误而