第3讲_人机工程学.ppt

人机工程学 各行业中人因事故所占比例 近年来公众熟知的一些重大人因事故 二 大规模复杂系统中人因事故产生的主要原因 1 人始终是系统的中心和主宰者2 人固有的内在弱点3 复杂社会技术系统的特征及对人因的影响 人仍是系统的中心和主宰者 人的作用的不可替代性 尽管系统的自动化程度提高了 但归根结底还要由人来控制操作 要人来设计 制造 组织 维修 训练 要人来决策 即使所谓的智能系统也仅只是局部替代最终决策的前期动作 因而 人在系统中的作用不是削弱了 而是更加重要和突出了 系统自动化程度的提高带来了人因失误的迁移 由运行中操作型的直接人误转变为对自动化系统设计 维护 测试 检测 管理等间接人误 系统智能化程度的提高导致失误类型由疏忽等较低层次的认知失误向诊断 判断 决策等较高层次的认知失误类型转变 2 人的内在弱点 机体生理界限体力界限 反应速度界限 精度界限 生物节律界限和对外部环境变化的容许界限等 人作为一种现实的机体不可能随心所欲 完美无缺 人的内在弱点 体力界限 反应速度界限 精度界限 生物节律界限和对外部环境变化的容许界限等 人作为一种现实的机体不可能随心所欲 完美无缺 人机工程学的研究目的 设计机器和设备及工艺流程 工具以及信息传递装置与信息控制设备时 必须考虑人的各种因素 生理的和心理的及人体测量参数 生物力学的需要与可能 使人操作简便 省力 快速而准确 使人的工作条件和工作环境安全卫生和舒适 最终目的是为了使人机系统协调 保障安全健康和提高工作效率 1 学科命名的由来 欧洲 Ergonomics人类工程学或工效学 美国 HumanFactors HumanFactorsEngineering人类因素学或人类因素工程学 其他 工程心理学 前苏联 人间工学 日本 人体工程学 人机工程学 人类工效学 人机控制学 宜人学等 五 概述 2 人机工程学的定义 一 国际人机工程学会 InternationalErgonomicsAssociation 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 2 人机工程学的定义 二 中国企业管理百科全书 将人机工程学定义为 研究人和机器 环境的相互作用及其合理结合 使设计的机器与环境系统适合人的生理 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 2 人机工程学的定义 三 综上所述可以认为 人机工程学是以人的生理 心理特性为依据 应用系统工程的观点 分析研究人与机械 人与环境以及机械与环境之间的相互作用 为设计操作简便省力 安全 舒适 人 机 环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的科学 因此 人机工程学可定义为 按照人的特性设计和改善人 机 环境系统的科学 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 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它们所处的周围环境所构成的系统 简称人 机系统 1 人 机 环境的具体含义 3 具体含义说明 2 人 机 环境之间的关系 相互依存 相互作用 相互制约 3 人机工程学的特点 学科边界模糊 学科内容综合性强 涉及面广 4 人机工程学的研究对象 人 机 环境系统的整体状态和过程 5 人机工程学的任务 使机器的设计和环境条件的设计适应于人 以保证人的操作简便省力 迅速准确 安全舒适 心情愉快 充分发挥人 机效能 使整个系统获得最佳经济效益和社会效益 4 人机工程学的发展史 阶段 发展史 早期历史 20世纪前期 人机工程职业的诞生 1945 1960年 快速发展时期 1960 1980年 计算机 灾难和诉讼 1980 1990年 1990年以后 早期历史 萌芽阶段 Frank LillianGilbreth 人机学研究的先躯 动作研究和车间管理研究 熟练操作与疲劳 工作间的设计和残疾人使用设备的设计 20世纪前期 使人适应机器 职业的诞生形成阶段 1945 1960年 1945年美国军方成立 工程心理实室 1949年人机工程研究会在英国成立 第一本有关人机的书 应用经验心理学 工程设计中的人因学 出版 1950年英国成立了世界上第一个人类工效学会 1957年9月美国政府出版周刊 人的因素学会 1960年国际人机工程协会成立 使机器适应人 快速发展发展阶段 1960 1980年 到60年代 美国的人机工程学基本集中在复杂的军事工业的应用上 随着航天技术的发展 人机工程学迅速成为航天工业的一个重要部分 随后 人机工程学迅速发展 开始在军事和航天工业以外的领域得以应用 包括医药公司 计算机公司 汽车公司和其他消费公司 工厂也开始意识到人机工程学在工作场地和产品设计方面的重要性 仍然不为普通人所了解 计算机 灾难重新认识阶段 1980 1990年 1979年ThreeMile岛上的核电站事故 1984年12月4日UnionCarbide杀虫剂工厂有毒物质泄漏 4000人死亡 20000人受伤 1986年苏联Chernobyl核电站事故 300人死亡 1989年PhillipsPetroleum塑料工厂在一场爆炸中夷为平地 人机工程学的重要性 科学发展阶段 1990年以后 人类空间站的建立 计算机和计算机工程的应用 药物器械设计和老年人产品设计 人民生活和工作质量设计 人 机 环境系统的建立 我国人机发展进程 1961年在瑞典斯得哥尔摩举行首次国际人机工程会议 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 国际标准化组织 ISO 1975年成立了国际人机工程标准委员会 TC 159 1981年我国相应成立中国人类工效学标准技术委员会 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 各国人机工程研究的基本状况 由于各国学科和工业基础不同 各国人机工程的研究方向和侧重点也有所不同 例如 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 六 人机工程学研究的内容和方法 一 人机工程学的内容 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 人的特性模型 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归纳如下 1 1 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 2 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 3 工作场地 工作空间 工具装备的人机工程学的研究 4 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 5 计算机设计与人机工程学研究 6 工作成效的测量与评定 7 机器人设计的智能模拟等 8 人 机 环境系统中心理学的研究 二 人机工程学研究的方法 测量人体各部分静态和动态数据 调查 询问或直接观察人在作业时的行为和反应特征 对时间和动作的分析研究 测量人在作业前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化 观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题 分析差错和意外事故的原因 进行模型实验或用计算机进行模拟实验 运用数字和统计学的方法找出各变数之间的相互关系 以便从中得出正确的结论或发展有关理论 目前常用的研究方法有 研究方法 观察法 实测法 实验法 计算机数值仿法 调查研究法 分析法 七 人机工程学学科体系 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 33 3 2人机工程与人机界面 介绍人机工程学对人机界面设计的作用为人机界面设计中考虑 人的因素 提供人体尺度参数 研究人 包括人体结构尺度 人体生理尺度和人的心理尺度为人机界面设计中 机 的功能合理性提供科学依据 研究机 解决 机 与人相关的各种功能的最优化 创造出与人的生理和心理机能相协调的 界面 为人机界面设计中考虑 环境因素 提供设计准则 研究环境 研究环境因素对人的影响 确定人在生产和生活活动中所处的各种环境的舒适范围和安全限度 34 3 2人机工程与人机界面 为进行人 机 环境系统设计提供理论依据 研究系统 以系统的观点综合研究人 机 环境三个要素计算机人机界面设计中需要考虑人机工程因素 如 系统用户应该始终知道下一步该做什么 准备 输入命令 输入选择 输入数据等 提示输入数据正确 提示输入数据错误 告知系统延迟的原因 提示任务完成或未完成等所有类型的信息 说明 消息等都在同一个总的显示区域内显示简化复杂的功能 减少输入命令 尽可能采用功能键默认值和需要用户输入的值要说明清楚告诉用户可能的错误操作 设置中间或者最终提醒过程 35 3 3显示界面设计 显示界面 表达机器和设备的性能参数 运转状态 工作指令和其它信息的界面根据人接受信息的感觉通道分类 视觉显示界面 听觉显示界面 触觉显示界面视觉显示界面分类 数量型 性状型 再显型 警报与信号主要介绍视觉显示界面 36 3 3显示界面设计 数量型显示界面提供变量或过程的量化信息 具有明确的显示单位分类 指针移动式 刻度标尺移动式 直读式显示性能指针移动式显示不断变化的量 同时显示变量的变化方向及速率的信息刻度标尺移动式显示采用 窗口 读数 读数速度快 节省控制屏的空间 但标尺范围不直观直读式读数准确性最高 它适应于变量数值变化 能保证足够的认读时间的场合 37 3 3显示界面设计 数量型显示界面显示的参数设计表盘设计 包括表盘形状的选择 仪表刻度盘的大小刻度单位 刻度标尺上读出的最小单位的数值 由相邻刻度线中心之间的间距表示刻度线 三种长度 大 中 小 刻度的标度 刻度标尺的数量进位体制 由相邻刻度所表示的数值大小和主刻度的标度数反映 38 3 3显示界面设计 性状型显示界面显示变量的状态或性质一般采用指针移动式显示装置检查型显示界面 组合性状型显示界面与数量型显示界面警报与信号显示界面两类提供监控者注意或指示监控者应执行什么操作向监控者报告执行系统的运行状态或异常情况主要要求 指示运行状态 引起注意再现型显示界面采用完全重现方式或符号和图形方式优点 观察情形时不需要或者只需要很少的解释 39 3 3显示界面设计 字母设计重要特征 字母的认读性 从多个字母中辨认出某个字母的可能性有一定规范要求 字宽 字高 笔划宽的比例 颜色等符号设计采用一定编码方式传达信息设计原则 图形 背景区分明显 图形轮廓明显 图形的简化 图形的封闭性 图形的整体性符号设计 按照符号与符号的功能关系组合设计控制面板 形成协调和可理解的符号系统符号的测试 直接测试法 辨别法 反应时法 选择法指针设计指针设计原则 形状 宽度 间隙 长度 颜色 40 3 4控制界面设计 控制界面各种操纵装置 手动 旋转式 移动式 按压式 脚动需要力的作用与反馈设计分析控制界面的功能控制操作的要求控制过程中的人机交互作业者的负荷 脑力 体力 41 3 4控制界面设计 编码设计用于多操纵器场合 为减少操作错误 对操纵器进行编码设计 包括形状 大小 颜色和标志编码等形状编码 适于视觉和触觉材料编码 适于触觉位置编码 适于触觉色彩编码 最佳编码方式 适于视觉标注编码 在操纵器上刻注不同符号 适于视觉和触觉 42 3 4控制界面设计 控制的基本特性控制的C R比值与操纵C R比值 控制的操纵量 C 与显示的反应量 R 的比值粗调时要求C R比值小 微调时要求C R比值大控制的操作阻力形成操作的反馈信息 给人以控制的 感觉 误操作运动控制界面设计需要防止无意识动作引起的控制误操作 避免人在紧急情况下的失误 43 3 5显控协调性设计 显控协调性显示和控制的关系与人们期望的一致性应该遵循若干原则空间协调性显示和控制在空间位置上的关系与人们期望的一致性显示与控制在设计上存在相似的形式特性显示与控制在布置位置上存在对应或者逻辑关系 44 3 5显控协调性设计 运动协调性人对显示界面与操纵界面的运动方向有一定的习惯定式 顺时针旋转或自下而上代表增加指针移动式显示与旋钮 45 3 5显控协调性设计 运动协调性人对显示界面与操纵界面的运动方向有一定的习惯定式指针移动式显示与旋钮刻度标尺移动式显示与旋钮圆形控制与直线型显示 46 3 5显控协调性设计 运动协调性人对显示界面与操纵界面的运动方向有一定的习惯定式指针移动式显示与旋钮刻度标尺移动式显示与旋钮圆形控制与直线型显示不同平面上显控的协调性 47 3 5显控协调性设计 概念协调性显示和控制在概念上的关系与人们期望的一致性红 绿 黄习惯模式指下意识和 自动 的行为 条件反射显示与控制除了功能连接外 其相应的动作应符合人的习惯模式个体差异 有撇子和左撇子习惯模式可能存在矛盾 控制件右旋被控量增加 控制水和气体的开关 右旋为关闭 需要以系统安全为目的 解决此问题 48 3 6集中控制中的显控界面设计 集中控制台或集中控制室设计显示的及时察觉 控制的及时性 正确性视野与控制区视野 包括视线 视野 视距 视角控制区 人的操作范围 49 3 6集中控制中的显控界面设计 界面布局设计原则重要性原则 把最重要的控制与显示布局在操作者视野和控制区的最佳位置上操作频率原则 将操作频繁的显示和控制 布局在操作者的最佳视野和最佳控制区功能分组原则 将功能相关的显示与控制构成若干 功能组 分区布局操作次序原则 对于有次序的显示和控制 按照其次序布局 50 3 6集中控制中的显控界面设计 界面布局设计注意事项控制件与其相应的显示应尽可能靠近 控制件在显示的下方或右方显示屏与控制台必须分离时 两者布局应相互对应文字说明表在控制和显示的上方紧急开关和安全控制应位于作业注意区的中心 且形状和颜色编码应明显软件界面设计是否有值得借鉴的地方 51 3 7人机系统及其界面设计 人机系统的组成和人机系统基本框架人机系统 包括人 机 人机之间的界面以及人机系统所处的环境人子系统 包括感觉器官 中枢神经系统及运动器官机子系统 操作器 控制器 机具本体及显示器人机界面 负责人机子系统之间的信息传递环境 人机系统运行的外界条件在进行人机界面设计时 不应单纯设计显示与控制 还必须站在系统的高度上 整体考虑人 机 环境系统 进行系统设计 52 3 7人机系统及其界面设计 人机比较及分工人机工程学的研究目的 根据人类的各种特性 对与人类直接相关的各种机具进行设计与改进 使人机系统以最优方式协调运行 达到最佳效率和总体功能人与机的特性比较 53 3 7人机系统及其界面设计 人机比较及分工按照系统的效率 可靠性 成本等原则在人 机之间合理分工 在经济合理的前提下 尽可能让机更多地取代人的工作强度 54 3 7人机系统及其界面设计 人机比较及分工可由机完成的工作枯燥 单调 笨重的作业危险性大的作业或会影响人体健康的作业高级运算 快速操作可靠性 高精度的和程序固定的作业 55 3 7人机系统及其界面设计 人机比较及分工可由人完成的工作程序设计意外事件处理变化频繁的作业探索性工作或需要作出决策的工作 56 3 7人机系统及其界面设计 人机系统设计要求和应考虑的问题人机系统设计要求达到预定目的 完成预定任务人与机能发挥各自作用并协调一致工作系统能接受输入和完成输出 并具备调节功能应考虑环境因素影响应充分适应人的特性 易学习 易操作 易使用系统 57 3 7人机系统及其界面设计 人机系统设计要求和应考虑的问题人机系统设计应考虑的问题为了满足系统设计目标必须提供什么输入和输出 为产生系统输出需要什么操作 人机之间的功能如何分工 人要完成操作需要什么样的训练和技能 构成的人机系统提供哪些材料帮助人接受训练和获得技能 需要系统完成的任务能否与人的能力相容 人要完成作业需要什么样的设备接口 人机子系统工作能否协调