人机工程学概述

人机工程学,第1章 人机工程学概论,1.1 人机工程学的命名及定义1.2 人机工程学的起源和发展1.3 人机工程学的研究内容与方法1.4 人机工程学体系及其应用领域1.5 人机工程学与工业设计1.6 学科的应用1.7 人机工程学的学习,目录链接 第2章链接,1.1 人机工程学的命名与定义 人机工程学（Man-Machine Engineering)： 研究人、机械及其工作环境之间相互作用的学科。1.1.1 学科的命名 1. 美国： Human Factors; Human Factors Engineering人类因素学或人类因素工程学。人类工程学Human Engineering 2. 欧洲： Ergonomicsergon（工作、劳动）nomos（规律、规则） 工效学 3.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。,1.1.2 学科的定义,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。,（1）国际人类工效学学会（International Ergonomics Association）,（2）中国企业管理百科全书,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。,上述两定义本质上是相同的。即研究人机环境系统中三大要素的关系，目的是解决人的效能、健康问题,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，分析研究人与机器、人与环境以及机器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。,（3）综上所述可以认为：,（4）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-环境,操作者/使用者,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,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,1.2 人机工程学的起源与发展,发展史,早期历史（20世纪前期）,人机工程职业的诞生（19451960年 ）,快速发展时期（19601980年）,计算机、灾难和诉讼（19801990年）,1990年以后,在经历工业革命之后，人们所从事的劳动在复杂程度上和负荷量上都有了很大变化。改革工具以改善劳动条件和提高劳动效率已经成为一个迫切问题。 因此人们开始对经验人机工程学所提出的问题进行研究。下面我们就列举几项比较著名的研究工作。,1.2.1 经验人机工程学 （使人适应机器，20世纪初二次大战）,考工记中的兵器和农具,战国时期宜人设计,人的因素初受重视,达芬奇创作的人体比例图,古建筑与人体尺度,肌肉疲劳试验,1884年，德国学者莫索（AMosso）对人体劳动疲劳进行了试验研究。对作业的人体通以微电流，随着人体疲劳程度的变化，电流也随之变化，这样用不同的电信号来反映人的疲劳程度。这一试验研究为以后的“劳动科学”打下了基础。,铁锹作业试验,1898年美国学者泰勒（FWTaylor）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。他做了许多实验，终于找出了铁锹的最佳设计和搬运煤屑、铁屑、砂子和铁矿石等松散粒状材料时每一铲的最适当的重量。这就是人机工程学过程中著名的“铁锹作业实验”。,砌砖作业试验,1911年吉尔伯勒斯（FBGilreth）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，去掉多余无效动作，最终提高了工作效率，使工人砌砖速度由当时的每小时120块提高到每小时350块。 泰勒和吉尔伯勒斯的这些重要试验影响很大，而且成为后来人机工程学的重要分支，即所谓“时间与动作的研究”（Time and Motion Study）的主要内容。特别是泰勒的研究成果，在20世纪初成了美国和欧洲一些国家为了提高劳动生产率而推行的“泰勒制”。,特点：机械设计的的主要着眼点在于力学、电学、热力学等工程技术的原理设计上；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。,1.2.2 科学人机工程学 使机器适应人，（二次大战50年代末）,由于设计不当和缺乏训练，导致了较多意外事故的发生，这使人们意识到“人的因素”的重要性，意识到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。 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。,机器与人不相适应,卓别林辛辣讽刺的背后,未考虑机器适应人原则时设计的大炮,卓别林的摩登时代,战时需求促进学科发展,空战事故的警示,一战时期的战斗机,二战时期的战斗机,人体数据的测量,人机工程的奠基学者,测定背肌力,脊柱胸段和腰段侧曲活动测量,阿克布罗姆靠背曲线及其应用,沙发座椅,高级轿车座椅,飞机座椅,新型的飞机座椅（后倾可达125度，头枕高度和扶手可调）,阿克布罗姆靠背曲线,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。,快速发展发展阶段,19601980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,19801990年,1979年Three Mile岛上的核电站事故；1984年12月4日Union Carbide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Phillips Petroleum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）,功能与便利性兼顾,器物设计适合人的因素,好拿、好带、好用，又快又准,安全性与经济性的矛盾,登月插曲启迪新,“阿波罗”登月舱,教练机驾驶舱,人机关系无处不在,随身听、傻瓜相机及其他,小原二郎研究和科普双建卓绩,平放式暖风机,特级咖啡机,小型碎肉机,无线电水壶,打蛋器,微波炉,美国亨利德累夫斯（Henry Deryfuss）事务所的人机学实验,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（TC159）。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,1.3 人机工程学的研究内容与方法,1.3.1 学科的研究内容,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。,人机工程学科的研究内容国家军用标准GJB-90 “人-机-环境系统工程术语”,人,机,环境,人-机,机-环,人-环,人-机-环,人的特性的研究,机器特性的研究,环境特性的研究,人-机关系的研究,机-环关系的研究,人-环关系的研究,人-机-环境系统总体性能的研究,人机工程学科的研究内容欧美国家对系统工效研究内容的表述,系统工效（System ergonomics）,人机工程学科的研究内容航空航天方面人机工程研究内容,人机工程,研究内容具有多样性、应用性和灵活性。主要包括以下几个方面：（1）人体特性的研究：主要研究在工业设计中与人体有关的问题。如本书2、3、4章的内容。（2）工作场所和信息传递装置的设计：主要研究如何设计合适的环境及信息传递装置，使人可以舒适高效的工作。如本书5、6、7、8章的内容。（3）环境控制与安全保护：主要研究从长远利益出发，如何设计环境及进行安全保护以保证人在长期工作下健康不受影响，事故危险性最小。如本书9、10章的内容。（4）人机系统的总体设计：人机系统工作效能的高低主要取决于它的总体设计，即在整体上使“机”与人体相适应，解决好人与机器之间的分工和机器之间信息交流的问题可使二者取长补短，各尽所长。如本书第11章的内容。（5） 人机工程学发展动向的研究，如本书12章内容。,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,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。,1.3.2 研究方法,研究方法,观察法,实测法,实验法,计算机数值仿真法,模拟和模型试验法,分析法,调查研究法,1.4 学科的体系,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,人体工程学的命名已经充分体现了该学科是“人体科学”与“工程技术”的结合，是环境科学不断向工程科学渗透和交叉的产物。 它是以人体科学中的人类学、生物学、心理学、卫生学、解剖学、生物力学、人体测量学等为“一肢”。 以环境科学中的环境保护学、环境医学 、环境卫生学、环境心理学、环境监测技术等学科为“另一肢”。 而以技术科学中的工业设计、工业经济、系统工程、交通工程、企业管理等学科为“躯干”。 构成了本学科的体系，从人机工程学的构成体系来看就是一门综合性的边缘学科，其研究的领域是多方面，可以说与国民经济的各个部门都有密切关系。,1.5 人机工程学与工业设计,人机工程学与工业设计的共性与区别,人机工程学和工业设计在基本思想与工作内容上有很多一致性：人机工程学的基本理论“产品设计要适合人的生理，心理因素”与工业设计的基本观念“创造的产品应同时满足人们的物质和文化的需求”，意义基本相同，侧重点稍有不同；工业设计与人机工程学同样都是研究人与物之间的关系，研究人与物交接面上的问题。由于工业设计在历史发展过程中融入了更多的美的探求等文化因素，工作领域还包括视觉传达设计等方面，而人机工程学则在劳动与管理科学中有广泛应用，这是二者的区别。,为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数 为工业设计中考虑“物”的功能合理性提供科学依据 为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则 为进行人机环境系统设计提供理论依据 为坚持以“人”为核心的设计思路提供工作程序。参阅表1-3、1-4。,人机工程学对工业设计的作用,人机工程学在有些产品中的应用要多一些，在另外一些产品中的应用要相对少一些，如下面 的机械手。一些产品中的人机工程学原则应用相对简单，不要进行复杂的人体工程学研究，而有些产品则要进行比较复杂的人机工程学研究，如飞机的驾驶舱等。,航天员的座椅都是针对特定的人设计,手套的指关节都是按照人体的统计数据进行设计,人体测量数据的应用,多功能儿童推车,儿童玩具,喂奶辅助器具,儿童用具系列,儿童的身体尺度参数的应用,人体测量数据的应用,打蜡机,背包参照人体的不同围长尺寸数据,茶壶,三星数字摄像机,人体各部位尺寸及个人使用习惯（如左撇子）,人体测量数据的应用,篮球运动鞋,自行车运动鞋,各种拖鞋,女士用剃须刀,同轴冰鞋,1.6学科的应用,研究的课题工具、机械及生产设备的设计和运用以及生产场所环境的改善为减轻作业负担而对作业方式的改善和研究开发为防止单调劳动而对作业进行合理的安排为防止人的差错而设计的安全保障系统为提高产品的操作性能、舒适性及安全性，对整个系统的设计和改善,在工业生产中，人机工程首先应用于产品的设计,主要应用领域（与人相关的所有方面）办公用品家具各种手工工具各种装备建筑交通工具其他,人机工程学与微软,一提及微软，人们立即就会想到它的软件创新，而不是它的硬件或有关人机工程学的研究。其实，微软硬件和人机工程学研究与其软件一样出色。在人机工程学键盘、鼠标和轨迹球的设计和生产方面，微软位居硬件行业首位，荣获200多项专利和许多行业奖项。 为什么象微软这样的公司会如此着重硬件产品中的人机工程学特性呢？因为调查发现：多数计算机用户将每天的大部分时间都用于操作鼠标或键盘上。而且据最新调查表明，鼠标或键盘是人们最常使用的物品，其次是枕头。,工作中的人机工程学,人机工程学这门学科不只是医生、科学家和物理治疗家应遵循的准则。实际上，像AT&T无线通信、波音、通用、Johnsonvile Sausage、微软和美国邮政服务等大公司都已聘用了资深的人机工程学工程师。许多公司通过帮助人们更加舒服有效地工作（无论工作场所是在超市、工厂还是