人体计测的应用.ppt

第五章人因工程,5,大綱,5-1人因工程的意義與演進5-2人的基本能力5-3人體計測與應用5-4人與機具的介面5-5習題,1-2,5-1人因工程的意義與演進,用來指稱人因工程這門學科的名稱有好幾種，包括人因工程(HumanFactors)、工效學(Ergonomics)、人類工程(HumanEngineering)，與工程心理學(EngineeringPsychology)等。雖然用詞不同，都意指同一門學科，即人因工程。,1-3,5-1-1人因工程的定義(1/2),5-1-1人因工程的定義(2/2),人因工程的定義為：人因工程旨在發現有關人類行為、能力、限制，和其他特性的資訊，將其應用於工具、機器、系統、工作、職務，和環境等的設計，使人類在使用它們時可獲得生產力、安全、舒適，和有效性。,1-4,以往的機具設計觀念，係以機器設備的功能設計為主，機具使用人員必須配合適應機器設備，但是經常會發現，就算使用最佳的人員挑選和訓練計劃，有些複雜設備的操作仍然會超過操作人員的能力，因此才發現，應該重新考慮如何使機器設備的設計配合使用者才對。,1-5,5-1-2人因工程的演進(1/5),1919年吉爾勃斯(Gilbreth)分析砌磚者的動作與工具的關係，以及手術房內工作人員的互動關係，這些工作都可經由程序的改善而大幅增加生產力，而這些研究也成為人因工程發展的先驅。,1-6,5-1-2人因工程的演進(2/5),人因工程這一專業的正式誕生乃在二次大戰後，1949年人類研究團體(HumanResearchGroup)在英國成立，次年改名為人因研究協會(ErgonomicResearchSociety)。1959年，結合世界各國的人因工程學會的國際人因工程協會(InternationalErgonomicsAssociation)終於成立。,1-7,5-1-2人因工程的演進(3/5),1960年以後美國太空計畫積極發展，為了確保太空任務的安全，必須設立人因研究小組，來進行許多相關研究。許多生產汽車、電腦、醫療器材、機器設備等公司也都有人因工程小組的設立,1-8,5-1-2人因工程的演進(4/5),1970年以後產品安全性與工業安全也開始受到重視，人因工程專家在產品肇事責任歸屬的評估上能夠提供協助。與公眾安全有關的設施（如核能發電廠）必須接受人因工程專家的檢核，以避免因設計缺失而導致大災難。1980年以後電腦普及所帶來的資訊革命以及工業自動化的結果，促使人因工程受到大眾的注目。,1-9,5-1-2人因工程的演進(5/5),5-2人的基本能力,資訊以不同的刺激形式，經由可接受該形式的感覺器官，輸入給人們。這些刺激/感覺形式包括了視訊/視覺、音訊/聽覺、振動/觸覺，與氣味/嗅覺等。人類處理資訊的過程，可分為知覺認知決策與反應選擇三階段。如圖5-1所示，外界的刺激經過知覺階段輸入；由知覺階段傳遞的訊息，經認知階段的分析、比較後，再由決策與反應選擇階段作出判斷與適當的決策，並選擇反應及執行動作來輸出反應。,1-10,5-2-1人的資訊處理能力(1/5),1-11,圖5.1人類資訊處理模型,刺激,知覺,認知,決策與反應選擇,執行動作,5-2-1人的資訊處理能力(2/5),知覺：知覺有多種不同的水準。其中，最基本的知覺形式為單純的偵察(detection)，亦即察覺到信號或目標是否出現。,1-12,5-2-1人的資訊處理能力(3/5),認知：認知階段乃將知覺階段所輸入的資訊與記憶中所找出的相關資訊做比較。人的記憶系統可以概念化分成三個子系統或程序：感應儲存(sensorystorage)、短期記憶(workingmemory)，和長期記憶(long-termmemory)。短期記憶是通往長期記憶的途徑，而在感應儲存子系統中的資訊，必須經過短期記憶才能進入長期記憶。,1-13,5-2-1人的資訊處理能力(4/5),決策與反應選擇：決策是資訊處理的核心，它是一種複雜的程序。在此程序中，人們評估各種可供選擇的反應方案，並從中選取一個成為行動反應方案。,1-14,5-2-1人的資訊處理能力(5/5),5-2-2人的體能輸出能力(1/5),人們各種耗費體能的活動皆依賴肌肉的活動才得以達成，而肌肉唯一能做的活動就是伸張與收縮，當肌肉伸縮時，會造成連結環節的關節（如手肘、肩膀與膝蓋等）的運動。,1-15,運動能源：人體動作出自肌肉收縮，以帶動肌肉骨骼的活動，而肌肉收縮需要能量。能量的基本來源是食物，其中又以碳水化合物與脂肪為主。人的體力活動，就是依賴食物轉化所得的機械能。量度人體運動時能量消耗的方式包括：量取工作中的耗氧量、心跳率，和以肌電圖衡量特定肌肉束的活動水準等。,1-16,5-2-2人的體能輸出能力(2/5),5-2-2人的體能輸出能力(3/5),工作的能量需求：人即使在完全靜止時，也必須消耗基本能量以維持體內器官的運轉。一個體重60公斤的人每小時約需60千卡，一天約需1440千卡。工作人員不宜勞動過度，從事工作時所消耗的能量應維持在合理的限度之內。Ayoub(1989)建議，以一天工作8小時為基準，男性的能量消耗平均應低於5.0kcal/min，而女性則應低於3.35kcal/min。,1-17,反應動作速度(1/2)：總反應時間(totalresponsetime)包括兩個組成：感應時間(reactiontime)和動作時間(movementtime)。感應時間是指從要求反應的信號出現，到發動反應所經過的時間，而從發動反應到反應動作完成所發生的時間則為動作時間。,1-18,5-2-2人的體能輸出能力(4/5),反應動作速度(2/2)：感應時間又可分成兩種形式：單一感應時間(simplereactiontime)與選擇感應時間(choicereactiontime)。單一感應時間是指當只有一個特定刺激會出現時，所做的特定反應所費的時間。單一感應時間通常在0.15秒到0.2秒之間。選擇感應時間是指根據不同的刺激之出現，而必須作不同的反應。一般而言，可能出現的刺激與反應的種類愈多，感應時間就愈慢。,1-19,5-2-2人的體能輸出能力(5/5),5-3人體計測與應用,人體計測學是有關於人體尺寸和各項身體特徵之量度的學問。人體尺寸包括：身高、眼高、肩高、肘高、膝高、膝後窩高、兩肘寬、臀寬等。身體特徵則包括：體積、重心、身體局部重量等。人體尺寸是眾多設施設計所需的基本資料。,1-20,5-3-1人體計測學(1/3),5-3-1人體計測學(2/3),1-21,圖5.2美國男性的人體平均尺寸(單位：公厘),5-3-1人體計測學(3/3),1-22,圖5.2美國男性人體平均尺寸(單位：公厘),5-3-2人體計測的應用(1/2),應用人體計測資料於某特定設計時，有三個通用的原則可以使用，各種不同型態的情況皆可使用其中一種原則：極端值設計：如果某些設計部位使用最大人體計測值，而可適合幾乎所有人使用，則可利用此一最大值(一般是使用95百分位數即可)。例如門口高度的設計可容最高或較高的人通過時，中等或矮小身材的人也可通行無阻。反之如果最小值可適用於大多數人時，則可使用5百分位數的值。例如控制按鈕與操作員的距離，手腳短小或身材矮小者可以輕易觸及時，身材高大者自然也沒問題。,1-23,5-3-2人體計測的應用(2/2),可調節設計：某些設備或設施的特定部位可設計成具有可調節的裝置，以適合於不同的使用者。例如：汽車駕駛座椅、辦公椅與桌面高度等。平均值設計：當極端值設計與可調節設計不適用的情況，則使用人體計測資料的平均值。例如超市結帳櫃台的高度以平均值的設計可適用於大部份的顧客，而感覺到不方便的顧客會比較少。,1-24,5-4人與機具的介面,如果一個系統包含人和機件，經由彼此互動，將輸入轉換成所需產出，此系統可稱為人機系統(human-machinesystem)。,1-25,5-4-1人機系統(1/3),5-4-1人機系統(2/3),在人機系統中，人具有主動性，人與系統互動，並經由人機介面完成人機系統所設計的功能。人與機的典型互動關係如圖5.3所示。人由機器的顯示器獲得刺激源，感覺到顯示器的刺激後，將此一刺激所傳遞的資訊加以處理，然後做出某種決策與動作（即操作控制器以控制機具的運作）。當人們做出控制行動時，通常藉按鈕、拉桿、踏板、開關、轉盤等控制器來操作機器，而機器經控制器操作後，其運作狀況則又透過機器的顯示裝置反應給操作者，如此周而復始地形成人機的互動。,1-26,5-4-1人機系統(3/3),1-27,圖5.3人與機的典型互動關係資料來源：Chapanis,1976,5-4-2顯示器與控制器的相容性(1/3),相容性(compatibility)係指刺激與反應間的關係與人們所預期者一致的程度。一般而言，相容性愈高則在資訊的處理過程中所需要的再符碼化(recoding)的程序愈少，也因此可以獲得較易學習、反應較快、錯誤較少，和減輕心智工作負荷等結果。影響控制器和顯示器之間的關係之相容性有兩種：空間相容性(spatialcompatibility)和移動相容性(movementcompatibility)。,1-28,5-4-2顯示器與控制器的相容性(2/3),空間相容性乃指顯示器與控制器之間的配置具有對應的關係，例如當電腦鍵盤上功能鍵為橫向配置時，若電腦顯示器上功能鍵的標記也橫向配置，則使用者反應時間愈快。反之，如果電腦鍵盤上功能鍵為配置成縱向時，則電腦顯示器上功能鍵的標記也應以縱向配置。,1-29,5-4-2顯示器與控制器的相容性(3/3),當使用者移動控制器以追逐顯示器上物體的移動時（例如移動操縱桿向右以追逐雷達幕上向右移動的物體光點），或移動控制器以控制顯示器上物體的移動時（例如轉動收音機旋鈕到某一波長），在這些情況下，必須將移動相容性設計到控制器與顯示器上。,1-30,5-4-3顯示裝置的設計,顯示裝置必須依據人的感覺能力而設計，主要的顯示裝置可分為視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等四種類型。,1-31,5-4-3顯示裝置的設計-視覺(1/2),視覺顯示器視覺顯示器在日常生活和工作中是最普遍的顯示裝置，從書本、路標、汽車儀表，到電廠主控室的顯示器等，皆為視覺顯示裝置。,1-32,5-4-3顯示裝置的設計-視覺(2/2),視覺顯示器的設計有三項基本準則：1.可見度(visibility)：使資訊接受者可以清楚看見顯示器的內容。2.分辨度(distinguishability)：使接受者可以分辨出所需的資訊，才能作出正確的反應。3.解讀度(interpretability)：使接受者可以瞭解、解讀顯示資訊的意義。,1-33,5-4-3顯示裝置的設計-聽覺(1/4),聽覺顯示器聽覺顯示器的設計原則有四項：1.信號偵測(detectionofsignals)：信號的強度、頻率和持續時間會影響其偵測性。信號必須有足夠的強度和持續時間才能被使用者接收，尤其在有噪音的環境下，信號音量應比背景噪音高出15分貝，以確保可偵測到。,1-34,5-4-3顯示裝置的設計-聽覺(2/4),2.相對區辨(relativediscrimination)：當有數種類似信號出現時，可依據頻率、強度的不同，分辨出其差異。根據研究，60分貝以上的中頻音(1,000Hz-4,000Hz)比高頻或低頻更容易讓人分辨信號強度。,1-35,5-4-3顯示裝置的設計-聽覺(3/4),1-36,5-4-3顯示裝置的設計-聽覺(4/4),4.聲音定位(soundlocalization)：判定聲音來源的方位，取決於聲音的強度和相位兩者的差異。低頻率聲音的音波容易繞過頭部，因此兩耳不易聽出強度差異，亦即不易對聲音定位，反之高頻率聲音的音波被頭部有效遮擋，強度差異便相當明顯，因此容易對聲音定位。,1-37,5-4-3顯示裝置的設計-觸覺,觸覺顯示器大多數觸覺顯示器均是以手指或手掌來接受訊息，由於整隻手的各部位對觸覺的敏感性不同（愈接近指尖敏感度愈高），因此在需要精細區辨控制的情況下，宜設計成使用指尖作為知覺感受部位。,1-38,嗅覺顯示器嗅覺顯示可作為警告裝置，例如瓦斯本來是沒有氣味的毒氣，添加上特殊氣味則有警訊的功能。嗅覺顯示也適用於特殊環境的警示，例如在礦坑內，視線不佳，使用聲音又會造成回聲，但在又深又長的地下通道，氣味經由通氣管卻可迅速散發開來。,1-39,5-4-3顯示裝置的設計-嗅覺,5-4-4控制裝置的設計(1/2),1-40,5-4-4控制裝置的設計(2/2),在設計控制裝置時，有些因素會影響到控制裝置使用上的實用性與效用。這些因素包括：編碼辨識、間距、抗力、控制反應比等。,1-41,5-4-4控制裝置的設計-編碼辨識(1/3),編碼辨識為避免錯亂，任何可能造成錯誤的控制器應設計為易於辨識。,1-42,下列設計的方向能確保有效的辨識：1.排列：例如依操作的順序排列或交替依垂直與水平控制器排列，但是僅當控制器的數量少才能以此方式辨識。2.結構與材料：圖5.4顯示Jenkins(1947)早期實驗發展的11種形狀的節鈕。這些形狀讓操作者就算蒙住眼睛也很少會發生錯亂。除了形狀和尺寸，旋鈕還可藉由其表面質地（平滑，粗糙等）來加以區分。當控制器必須以手控制並且無法用視覺感受時，這些形狀尺寸和質地的特性是最有幫助的。,1-43,5-4-4控制裝置的設計-編碼辨識(2