人机工程学讲义1.docx
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人机工程学讲义1
4.27
大家好，今天要学习的这门课程叫“人机工程学”我是这门课的老师，我姓杨。
首先说一下这门课的考核方式是主要以作业为主，出勤率作为辅助参考。
下面进入正题，在日常生活中，大家应该能够常常从某个产品的广告宣传或文案中听到或看到“本产品符合人体工学设计”“依据人机工学设计”等说法。
（比如很多电子产品手机电脑鼠标还有办公家具沙发座椅等生活日用品。
）但是具体什么是人机工学，这门学科是怎么回事就知之甚少了。
也不明白为什么有的叫人体工学有的地方叫人机工程学有的还叫工效学等。
所以很多人对这门学科可以说即熟悉又陌生。
那么接下来通过学习今天这门学科人机工程学就可以解开这些困惑大家就会对她有了新的认识。
希望通过学习大家能够了解它具体研究的什么为什么要学习他学习他对以后的课程学习有什么联系，对设计和工作有什么帮助。
这是我们学习这门课程的主要目的。
我们所讲的内容主要参考书籍有三本人机工程学-丁玉兰北京理工大学出版（这本书内容比较全面和系统大多学习这门课的院校主要依据这门书的内容教学好多考研的内容也是出自这本书，但是因为全面所以难免有些笼统针对具体专业还需要辅助书籍。
）人机工程学-清华大学出版社（这本书内容类似但更侧重工业设计产品设计专业）工业设计应用人机工程学（主要是一些案例分析和案例练习）我们不限制教材，同学们可以去图书馆查阅相关资料多看多了解这门学科由于课时的限制不可能所有内容都会讲到只是把我认为重要的内容详细讲解。
首先来看这门课的重要性。
重要性
世间万物都服务于“人”，人是社会的载体。
社会的每个功能都是通过人来体现的，要人来感受，体会，总结。
再加以改进并完善。
因此，设计要“以人为本”对人的研究必不可少，并且产品要满足人的需求才是好的产品，不仅满足需求更要力求舒适安全高效。
人机工程学的运用就很重要了。
人机工程学这门学科，是研究人机械及其工作环境之间相互作用的学科。
可以说涉及的范围和知识很广，如生理学心理学人体测量学生物力学工程学等他是一门边缘学科因为很多专业都会用到如机械专业工业设计产品设计专业平面设计建筑设计工程类专业等。
第一讲人机工程学概论
人机工程学是在不同领域不同地方发展起来的，出于各领域的自身研究的目的，各自从自己研究角度来给人机学科命名和下定义，从而形成了名称的多样性。
在美国被称为。
HumanEngineer。
（人类工程学）和。
HumanFactors
Engineerln。
（人的因素工程学）。
而在欧洲则称为"Er9onomics。
（人
类工效学或工效学）。
在前苏联、日本则被称为。
Er9onomics。
（人间工学）。
命名
人类工程学
HumanEngineering
人因工程学
HumanFactorsEngineering
工效学
Ergonomics＝ergon（工作、劳动）＋nomos（规律、规则）
我国人体工程学人类工效学人类工程学宜人学等
人机工程学在我国起步较晚，目前该学科国内的名称尚未统一，除普遍采用人机工程学外，常见的还有：
人-机-环境系统工程、人体工程学、人类工效学、人类工程学、工程心理学、宜人学、人的因素等。
在不同的研究和应用领域中，带有侧重点和倾向性的定义很多，我们介绍最有权威、最全面的定义
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；（研究对象）
研究人和机器及环境的相互作用；（研究内容）
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。
（研究目的）
研究对象
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意外，还与管理工程、劳动科学、安全工程、环境工程等领域相关。
研究内容
人-机-环境的最佳匹配及优化措施。
研究目的
设计一切器物都要考虑人们生活与工作的安全、舒适和高效。
定义中值得注意的有：
定义中的“机”
或“机器”是广义的，泛指一切人造器物：
大到飞机轮船火车生产设备，小道一把签字一支笔一个水杯也包括室内外人工建筑环境及其中的设施等。
设计的目的“安全、舒适、高效”，定义只讲应该“考虑”儿没有选用“确保”、“尽量达到”之类的词汇。
因为设计总有多方面约束条件，又常有多种因时、因地而异的目标；好的设计，在于针对具体对象，在多种约束条件和多重目标之间恰当地把握住平衡。
例如，把我国火车硬卧车厢的三层铺改为两层铺，或者把所有硬座都改为卧铺，安全、舒适方面就大为改善。
但是由于其他条件的约束，如人口数量，运营成本及售票价格等方面，比如卧铺肯定比硬座售价高，短距离的旅程，从石家庄到邢台硬座就十几块钱，如果换成卧铺，价格要多出一倍以上吧，这么短的距离完全没必要做卧铺躺在吧现在火车提速坐个几十分钟就到了。
都换成卧铺一辆火车能够承载的人数立刻就少了好几成运营成本就上去了为了盈利单张车票的价格也就上去了。
所以把握这些条件及目标间的平衡很重要，懂得取舍是设计中很关键的素质。
起源与发展
英国是世界上开展人机工程学研究最早的国家，但本学科的奠基性工作实际上是在美国完成的。
（原因与当时社会背景有关）（战争）
所以人机工程学有“起源于英国，形成于美国”之说
共分三个阶段
经验人机工程学说（第二次世界大战以前）
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。
科学人机工程学（第二次世界大战之间）
重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人。
现代人机工程学（第二次世界大战之后）
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。
经验人机工程学说（第二次世界大战以前）
原因：
20世纪初，美国学者卡·w·泰罗在传统的管理基础上
首创了新的管理方法和理论
制定了一整套以提高工作效力为目的的操作方法
并考虑了人使用机械、工具、才料、及作业环境标准化的问题
例如：
他曾研究铲子的最佳形状、重量，研究如何减少由于动作不合理而引起的疲惫等。
其后，（科学管理内）容不断充实包括动作时间研究—工作流程与工作方法分析—工具设计—装备布置等
结论：
研究都涉及机器、人和环境的关系问题，成为后来人机工程学发展的奠基石
研究每一位的职业要求——用测试来选择工人和安排工作
研究最优良的工作条件，研究最好的管理组织形式，研究工作动机
目的：
•规划和利用人力、制定培养方案，使人力得到最有效的发挥。
•研究最优良的工作条件，研究最好的管理组织形式，
•研究工作动机
科学人机工程学（第二次世界大战之间）
二战期间，由于战争的需要，许多国家大力发展效能高、威力大的新式武器和装备。
由于片面注重新式武器和装备的功能研究，而忽视了其中“人的因素”（由于操作失误导致失败的教训屡见不鲜）。
例如：
由于战斗机中座舱与仪表的位置设计不当，造成分行员误读仪表和误用操纵器导致意外事故；由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理尺寸而造成战斗命中率低等现象经常发生。
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，通过分析研究：
在人和武器关系中，主要的限制因素不是武器而是人，并深感“人的因素”在设计中是不能忽视的一个重要条件。
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。
因此：
二战期间，人机工程学首先在军事领域中展开了与设计相关学科的综合研究与应用。
例如：
为了使所设计的武器能够符合战士的生理特点，武器设计家不得不把生理学家、解剖学家、心里学家等请去，一同为设计操纵合理的武器而触摸献策。
现代人机工程学（第二次世界大战之后）
二战后，各先进工业国纷纷开展人机工程学的研究。
人机工程学迅速渗透到室内设计、工业生产、建筑设计及生活用品等领域，专家们将人体工程的体制及各项研究成果广泛运用到产业界，以追求人与机械间的合理化。
美国：
首先在航空航天领域得到发展
研究范围：
太空中的生理需要、太空中漫长的空间旅行需求
60年代，欧美各国进入了大规模的经济发展时期
研究范围：
进入了系统的研究阶段（如：
信息论、系统论）
60年代至今,
研究范围：
使机器的操作不越出人类能力界限之外
机械为人服务，是机械适应人的要求过去的基点是机械，而现在是人。
特点补充：
量化科学力学的统计尺寸的统计
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。
人机工程学研究内容和研究方法
研究内容
对于学科研究的主题方向，由于各国科学和工业基础不同侧重点也不同，如美国侧重工程和人际关系；发过侧重劳动生理学；前苏联侧重工程心理学；保加利亚侧重人体测量；捷克印度等侧重劳动卫生学。
虽然侧重不同，但都有一般规律。
总的来说，工业化程度不高的国家石油人体测量、环境因素、作业强度和疲劳等方面着手研究、慢慢捉到感官知觉、运动特点、作业姿势等方面研究、然后进一步转到操纵、显示设计、人机系统控制以及人机工程学原理在各种工业与工程设计中啊应用等方面的研究；最后则进入人机工程学的前沿领域，如人机关系、人与环境关系、人与生态、认得特性模型、人机系统的定量描述、人际关系、直至团体行为、组织行为等方面的研究。
从人-机-环境角度出发研究内容主要是曲线交叉形成的七个分支，各分支的主要研究内容是
人体特性的研究
机器特性的研究
环境特性的研究
人-机关系的研究
人-环境关系的研究
机-环境关系的研究
人-机-环境系统性能的研究
对工业设计学科而言也是围绕人机工程的基本研究方向来确定相关的研究内容。
工业设计师从事本学科研究的主要内容可概括为以下四点
1.产品系统中人的因素
2.人机系统的总体设计
3.研究作业场所设计和改善
4.作业研究及其改善
1.产品系统中人的因素
人的因素包括
•人体形态特征参数：
静态尺度与动态尺度。
•人体机械力学功能和机制：
人在各种姿态及运动状态下，力量、体力、耐力、惯性、重心、运动速度等的规律。
•人的劳动生理特征体：
劳动、脑力劳动、静态劳动及动态劳动的人体负荷反应与疲劳机制等。
•人的可靠性：
在正常情况下人失误的可能性和概率等。
•人的认知特性：
人对信息的感知、传递、存储、加工、决策、反应等规律。
•人的心理特性：
影响人心理活动的基础（生理与环境基础）、动力系统（需要、动机、价值观理念等）、个性系统（人格与能力）、心理过程（感知、记忆、学习、表象、思维、审美构成的认知，情绪与情感意志或意动、习惯与定势）等。
人在以上各个方面的规律和特性是人-机一环境系统设计的基础，这些研究为人机环境系统设计和改善以及制定有关标准提供了科学依据、使设计的工作系统及机器、作业、环境都更好地适应人，创造安全、健康、高效和舒适的工作和生活条纯如图1-3
2.人机系统的总体设计
•人机功能的合理分配。
•人机交互及人机界面的设计。
•系统的安全性和可靠性。
首先是人机功能的合理分配。
人与机，都有各自的能力、优势与限度，如机器具有功率大、速度快、精度高、可靠性强和不会疲劳的优点，而人具有适应能力、思维能力和创造能力。
需要根据各自的特点，设计能够取长补短、相互协调、相互配合的人机系统，如图1-4.
更为重要的是人机交互及人机界面的设计。
人机的相互作用包括物质的、能量的与信息的等多种形式，其中人机之间的信息交互最为重要。
人凭借感觉器官通过信息显示器获得关于机器的各种信息，经大脑的综合、分析、判断、决策后，再以效应器官对操纵控制器的作用将人的指令传送给机器，使机器按照人所期望的状态运行。
机器在接受人的操作信息之后又通过一定的方式将其工作状态反馈于人，人根据反馈信息再对机器的状态做出进一步的控制或调整。
信息的交互以人机界面为渠道，信息的输入与输出都通过界面加以转换和传递。
界面既包括硬件界面，如各种图形符号、仪表、信号灯、显示屏、音响装置等构成的信息显示器与各种键、钮、轮、把、柄、杆等构成的操纵控制器也包括软件界面，如计算机程序
界面等。
人机工程学研究如何根据人的因素设计显示器与控制器，使显示器与人的感觉器官的特性相匹配，使控制器与人的效应器官的特性相匹配以保证人、机之间的信息交换通畅、迅速、准确。
此外还包括系统的安全性和可靠性。
人机系统已向高度精密、复杂和快速化发展，而这种系统的失效，将可能产生重大损失和严重后果。
实践证呱系统的事故大多数是由人为失误造成的，而人的失误则是由人的不可靠性引起的。
人机工程学主要研究人的可靠性、安全性及人为失误的特征和规律，寻找可能引起事故的人的主观因素研究改进人机环境系统，通过主观与客观因素相互补充和协调，克服不安全因氯以减少系统中不可靠的劣化概率研究分析发生事故的人、物、环境和管理等原因，提出预防事故和安全保护措施，搞好系统安全管理工作。
3.研究作业场所设计和改善
作业场所设计包括作业空间设计、作业器具设计、作业场所总体布置。
人机工程学研究如何根据人的因素，设计和改善符合人因的作业场所，使人的作业姿势正确、作业范围适宜、作业条件合理、达到作业时安全可靠、方便高效、不易疲劳、舒适愉悦的目的。
作业环境包括
•物理环境：
照明、温度、湿度、噪声、振动、空气、粉尘、辐射、重力、磁场等。
•化学环境：
化学污染等。
•生物环境：
细菌污染及病原微生物污染等。
•美学环境：
造型、色彩、背景音乐的感官效果。
人机工程学主要研究在各种环境下人的生理、心理反应，对工作和生活的影响研究以人为中心的环境质量评价准则研究控制、改善和预防不长环境的措施，使之适应人的要求。
目的是为人创造安全、健康、舒适的作业环境，提高人的工作、生活质量，保证人机环境系统的高效率。
4.作业研究及其改善
作业是人机关系的主要表现形式，人机工程学主要研究作业分析、动作经
济原则、工作成效测量与评定等研究人从事体力作业、技能作业和脑力
作业时的生理与心理反应、工作能力及信息处理特点研究作业时合理
的负荷及耗能、工作与休息制度、作业条件、作业程序和方法研究适宜作
业的人机界面，
除硬件机器系还包括软件，如规则、标准、制度、技法工程序、说明书、图纸、网页等，都要与作业者的特性相适应。
以上研究的目的是寻求经济省力、安全、有效的作业方法，消除无效劳动，减轻疲荒合理利用人力和设备、提高系统的工作效率，如图1-7
此外还包括组织与管理，主要研究克服人决策时在能力、动机、知识等相关信息方面的制约因素，建立合理的决策行为模式研究改进生产或服务过程，为适应用户需要再造经营与作业流程，不断为产品与技术创新创 造条件研究使复杂的管理综合化、系统化，形成人与各种要素相互协调的作业流、信息流、物流等管理体系和方式研究人力资源中特殊人员的选拔、训练和能力开发，改进对员工绩效的评定管理，采取多重激励，发挥人的潜能，研究组织形式与部门界面，便于员工参与管理和决策，使员工行为与组织目标相适应，加强信息沟通和各部门之间的综合协调。
综上所述，作为一门跨越和交叉多个学科的边缘学科，人机工程学的研究范畴非常广泛，囊括了人、机、环境及其系统。
从工业设计学科的角度来看，更集中地关注基于人的因素而对机与环境的功能、结构、形态、空间、界面、材料、色彩、照明等要素做出的适宜人的设计。
研究方法
人机工程学多学科性、交叉性、边缘性的特点决定了其研究方法的多样性，包括人体科学、生物科学、统计学、系统工程、控制理论等学科的多种方法，以及本学科中的特殊方法。
这些方法被用以测量人体各部分的静态和动态数据、分析研究作业的时间和动作、检测作业中人的名项指标和,心理状态下的动态变化，统计和计算数据内的规律和相互关系，调查和观察人的行为和反应特征、分析作业过程和工艺流程中存在的问题，分析差错和事故的原由，进行模型试验或电脑模拟试验等。
由丁学科来源的多样性和应用的广泛性，人机工程学中采用的各种研究大法种类很多、有些是从其来源如人体测量学、工程心理学等学科中沿用下来的，有些是从其他有关学科借鉴过来的、更多的是从应用的目标出发创造出来的。
下面介绍其中常用于一般产品设计领域的方法。
实测法
实测法（measuremethod）是一种借助于仪器设备进行实际测量的方法。
例如，对人体静态与动态参数的测量、对人体生理参数的测量或者是对系统参数、作业环境参数的测量等。
测量方法是人机工程学中研究人形体特征的主要方法，许多国家已经把这些测量结果编辑成手册供各行业的专业人员参考。
在我国、这方面工作还很薄弱、设计师有时有必要自己动手通过实测获得有关数据。
常用约有以下几种
1尺度测量；最常用的·一种仪器叫马丁测量仪、是由一些直尺、角尺、卡钳组合而成，在没有这种仪器陈用一般的类似二具完全可以代替。
2动态测量：
测量人体在动态过程中某部位的运动轨迹、活动范围等。
可用照像连续曝光的方式获得，也可以在所需的部分安上小灯泡，在黑暗的背景条件下用照相机的Br引聂影、比较高级的方法是将上述的连续图像输人计算机处理。
3力量测量：
采用一般的拉力计、压力计、扭力计、握力计即可进行大多数的力量测量。
4体积测量最简单有效的办法是排水法。
5肌肉疲劳测量：
采用生物电流计测量，这种仪器可将由于肌肉疲劳引起的肌肉化学变化转变成的电信号绘制成肌电图。
6其他生理变化的测量：
如呼吸、心跳、耗氧量、排汗量、血压等生理变化的测量、可以昔助相应的医学仪器完成。
观察法
观察法（observationmethod）是指调查者在一定理论指导下、根据一定的目的、用人的感觉器官或借助一定的观察仪器和观察技术（计时器、录像机等）观察、测定和记录自然情境下发生的现象的一种方法。
例如，观察作业的时间消耗、流水线生产节奏是否合理，工作日的时间利用情况、动作分析等。
观察法又可分为参与观察（观察者以内部成员的角色参与活动）和非参与观察（观察者以旁观者身份进行观察，不参与被观察者的任何活动）、结构式观察（根据预先设计的表格和记录工具，并严格按照规定的内容和程序观察物质表征、动作行为、态度行为等方面）和无结构式观察（对观察的内容、程序事先不作严格规定、依现场的实际情况随机决定观察）、直接观察（直接观察人的行为）与间接观察（对自然物品、社会环境、行为痕迹等事物进行观察，以间接的材料反映调查对象的状况和特征、如损蚀物观察、累积物观察）等类别。
观察法也有其局限性、如大量的观察资料难于数量化、样本比较小等。
作业姿势的记录与评估
有两种方法用来记录姿势。
一种是假设给定的姿势并观察它们实际上间隔多久发生。
例如定义所谓的前期、中期和后期的坐姿（观察对象的任何前倾，居中就坐或是倾斜向后）。
但是这些"纯"姿势在作业中是几乎看不见的。
另一种是对于身体部位确切位置的细节描述并进行记录，这个过程非常便利、可由一人集中专注于独特、重要的身体部分并记录它们的位置、用标准化术语描述。
其他的技术，如提供一组观察者选择的最具代表，符合实际情况的预先成型的身体一体段位置、记录在作业场可能观察的结果，记录可以通过电影或录像方式进行。
这些方法和技术在运用中已经取得了一些成功，虽然可靠性，重复性和所用时间在程度上各不相同。
，但是要获得完全令人满意的技术仍然需要集可靠性、精确性、重复性和可用性于一体的不断发展和完善。
通过对作业姿势的有效观察与记录、可以发现不合理的作业姿势，从而找到设计上的合理解决办法。
试验法
试验法（experimentmethod）是在人为控制条件下、系统的改变一定变量因素、以引起研究对象相应变化未做出因果推论和变化预测的一种研究方法、是人机工程学研究中的重要方法。
其特点是可以系统控制变量、使可研究的现象重复发生、反复观察、不必如观察法那样等前事件自然，发生的被动性、使研究结果容易验证，并且可对各种无关因素进行控制。
实验中研究者控制自变量，如照度、标志大小、仪表刻度、控制器布置、作业负荷等，稳定、精确地引发因变量的相应变化、如反应时间、失误率，反应频率、质量和效率等效绩指标，同时还要排除干扰变量的影响。
例如，采用随机或抵消等方法消除被试差异和测试顺序产生的干扰效应，以此发现自变量与因变量之间的规律、探寻最合理的人机关系。
一般在实验室进行，单也可以在作业现场进行，例如，为了获得人对各种不同显示仪器的认读速度和差错率的数据时，一般在实验室进行，如需要了解色彩环境对人的心理，生理和工作效率的影响时，由于需要进行长时间和多人次的观测，才能获得比较真实的数据，没通畅是在作业现场进行试验。
模型试验法
在一些复杂的系统、危险的情境或预测性的研究中，常采用模拟和模型试验法、如操作训练模拟器、机械的模型以及各种人体模型等，可以对系统进行逼真的试验，从而获得现实情况中无法或不易获得的数据。
以模型辅助设计是设计师必不可少的工作方法。
设计师可通过模型构思方案、规划尺度，检查效果、发现问题。
有效地利用模型是提高设计成功率的好办法。
设计中应用的模型有如下两类
1有关人的模型：
最简单的是平面人体模板、可根据需要制成l:
1、l:
2、1:
5、1:
10等各种比例，用于推敲尺度。
三维人体模型在服装、汽车行业方面应用普遍。
2有关物的模型：
将设计中的构思用简单材料制成1:
1的模型进行操作检验，是设计中最常用的方法。
有时一个设计课题，这种设计模型要做好几次，因此，模型应尽可能简单便宜。
分析法（nalysismethod）是在实测法和试验法的基础上进行的。
如果要对人在操作机械时的动作进行分析时，首先需进行实测，即将人在操作过程中所完成的每个连续动作用仪器或摄影逐一记录下来；然后进行分析研究，以便排除其中的无效动作、纠正不良姿势、从而有效地减轻人的劳动强度，提高工作效率。
特别的是对一种动作在一个作业班次内要重复成千上万次的时候，利用这种方法，即使只去掉或改进一个动作，都会对提高生产效率起着重要作用。
在分析法中，通常要研究自变量和因变量两种变量。
自变量就是实测的资料（因素）、如作业器具的尺度、照度值等因素；因变量是随自变量而变化的因素。
研究这两种变量的关系，以便找出其中的规律，为设计提供可靠的依据。
调查法
调查法（surveymetnod）是获取有关研究对象材料的一种基本方法。
人机工程学中许多感觉和心理指标很难用测量的办法获得。
有些即使有可能、但从设计师工作范围来看也无此必要，因此，设计师常以调查的办法获得这方面的信息。
调查的结果尽管较难量化，但却能给人以直观的感受、有时反而更有效。
调查工作的原则是在较短的时间内，花费较少的人力、物力获取最有效的信息。
设计师应认真选择调查对象、调查渠道和调查方法。
它具体包括访谈法、考察法和问卷法。
1访谈法是研究者通过询问交谈来搜集有关资料的方法。
访谈可以是有严密计划的，或是随意的。
无论采取哪种方式，都要求做到与被调查者进行良好的沟通来配合，引导谈话围绕主题展开、并尽量客观真实。
2考察法是研究实际问题时常用的方法。
通过实地考察，发现现实的人一机一环境系统中存在的问题，为进一步开展分析、实验和模拟提供背景资料。
实地考察还能客观地反映研究成果的质量及实际应用价值。
为了做好实地考察要求研究者熟悉实际情况，并有实际经验、善于在人、机、环境各因素的复杂关系中发现'问题和解决问题。
3问卷法是研究者根据研究目的编制一系列的问题和项目，以问巻或量表的形式收集被调查者的答案并进行分析的一种方法。
例如，通过问卷调查某种职业的工作疲劳特点和程度，让作业者根据自己的主观感受填写问卷调查表，研究者经过对'问卷回答结果的整理分析，可
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