1.2 人因工程研究与应用

1.2.1 人因工程研究的任务和内容

人的工作主要有三种类型：肌肉工作、感知工作和智能工作。现代的机器装备及机器体系，不仅可以代替肌肉工作及延长人的体力，而且还可以承担一定的感知工作和智能工作。虽然大部分体力劳动可以由机器体系代替，但至今还不能完全代替，更不能完全代替脑力劳动。在生产系统这个由人、机器和环境条件构成的有机综合体中，人始终是主体。人因工程的主要任务是把人、机、环境作为一个整体来研究，使机器的设计和环境条件的控制适合人的生理、心理特征，从而达到高效、安全、健康和舒适的目的。

人因工程研究的内容包括理论和应用两个方面。随着工业化程度的提高，学科研究的内容从人体测量、环境因素、作业强度和疲劳等方面的研究转到操纵显示设计、人机系统控制以及人因工程原理在各种工业与工程设计中的应用等方面，进而深入到人因工程前沿领域，如人机关系、人与环境的关系、人与生态的关系、人的特性模型、人机系统的定量描述、人际关系乃至团体行为、组织行为等方面的研究。

通过对人因工程任务的探讨，人因工程研究内容可概括为以下方面。

1．人体因素的研究

人的生理、心理特性和能力限度是人—机—环境系统设计的基础。从工程设计的角度出发，人因工程研究与人体有关的主要内容是探索人体形态特征参数、人的感知特征、人的行为特征与可靠性，以及人在劳动过程中的生理、心理特征等，从而为与人体相关的设施、机电设备、工具、用品、用具、作业以及人—机—环境系统设计提供有关人的准确数据资料和要求。

2．工作场所和信息传递装置设计研究

工作场所包括工作空间、座位、工作台或操纵台等。工作场所的设计是否合理，将对人的工作效率产生直接的影响。只有使作业场所适合于人的特点，才能保证人以无害于健康的姿势从事劳动，既能高效地完成工作，又感到舒适和不致过早地产生疲劳。

人、机、环境之间的信息交流是通过人机界面上的显示器和控制器完成的。为了使人机之间的信息交换迅速、准确且不易使人疲劳，所以要研究显示器，使其和人的感觉器官的特性相匹配，研究控制器，使其和人的效应器官相匹配，以及它们相互之间兼容配合。

3．劳动生理与作业分析的研究

人因工程研究人从事不同作业时的生理、心理变化，并据此确定作业的合理负荷及能量消耗，制定合理的休息制度，采取正确的操作方法，以减轻疲劳、保障健康，提高作业效率。

人因工程还研究作业分析和动作经济原则，寻求经济、省力、有效的标准工作方法和标准作业时间，以消除无效劳动，合理利用人力和设备，提高工作效率。

4．人机系统的设计研究

人机系统总体效能的发挥首先取决于总体设计，所以要在整体上使机器与人相适应。应根据人、机各自的特点，合理分配人、机功能，使其在人机系统中发挥各自的特长，并互相取长补短、有机配合，保证系统的功能最优化。

5．环境控制与安全保护

人因工程通过研究温度、湿度、照明、噪声、振动、色彩、空气污染等一般工作与生活环境条件对人的作业活动和健康的影响，以及采取控制和改善不良环境的措施，来保护操作者免遭因作业而引起的疾患、伤害。

随着科学技术的进步，工作成效的测量与评定、人在异常工作环境条件下的生理效应以及机器人设计的智能模拟等也是人因工程研究的重要内容。

1.2.2 人因工程的应用

人因工程的应用十分广泛。在不同的产业部门，人因工程的应用课题见表1-1。

1.2.3 人因工程的研究方法

人因工程是以人及有关的机器设备和所处的环境为研究对象，研究方法通常针对不同的研究特征将其分为三类：描述性研究、实验性研究和评价性研究。现实中的具体研究课题往往涉及多个类别，虽然每一类别都有不同的目标、使用不同的方法，但其过程和研究程序与分析解决问题的方式方法都相类似，都有确定目标、收集资料、制订方案、综合评价、供决策者参考这样一个基本过程。

1．人因工程一般研究程序及内容

1）确定目标

人机系统有许多问题需要解决，因此必须逐个分析界定，选择系统中的主要问题作为研究目标，如长期效率比较低的作业环节、标准化欠佳的操作、事故频发的作业等。

2）收集资料

没有一定的资料既不能作出定性分析，也不能作出定量分析，因此，必须占有必要的资料。收集资料时，首先应针对研究目标，广泛收集与目标有关的资料；其次对于数据资料应具有收集的连续性和准确性；还要对所收集的资料进行科学整理，反映出事物的相关性和规律性。

3）制订方案

在收集资料的基础上考虑互排斥性和可比性等要求。

4）综合评价

拟制多种备选方案。各方案应满足整体详尽性、相互排斥性和可比性的方案，供决策者决策参考。

2．人因工程一般研究方法分类

1）描述性研究

描述性研究用于描绘人的某些特性、力量损失、能够抬多重的箱子等。

虽然描述性研究比较枯燥，但它对于人因科学的意义非常重要，许多设计决策都是基于它所得出的基本数据。另外，在方案给出之前，描述性研究还常用于确定问题的范围。如对操作者进行调查，了解他们对设计效率和操作问题的一些看法等。

2）实验性研究

实验性研究的目的是为了检测一些变量对人的行为的影响。通常根据实际问题、预测理论来决定需要调查的变量和检测的行为，如评价手臂活动的时候肩部的负荷大小、人们的视野等。通常，实验性研究更关心变量是否对行为有影响以及将如何影响的问题，描述性研究则更关心所描述对象的统计结果，如平均值、标准偏差和百分比等。

3）评价性研究

评价性研究类似于实验性研究，但其目的多是为了评价一个系统或产品，并希望事先了解人们在使用系统或产品时的行为表现。

评价性研究比实验性研究更为全面和复杂，它通过比较目标的差异来评价一个系统或产品的各个方面。人因工程学专家通过对设计优劣的系统性评价，提出改进的建议。评价性研究的常用方法是成本收益分析。

3．目前常用的研究方法

1）实测法

实测法是借助工具、仪器设备等进行测量的方法，如完成人体尺寸的测量，人体生理参数（能量代谢、呼吸、脉搏、血压、尿、汗、肌电、心电等）的测量，作业环境参数（温度、湿度、照明、噪声、特殊环境下的失重、辐射等）的测量。

2）实验法

实验法是在人为设计的环境中测试实验对象的行为或反应的一种研究方法，一般在实验室进行，但也可以在作业现场进行。如人对各种仪表示值的认读速度、误读率，仪表显示的亮度、对比度，仪表指针和表盘的形状，观察距离，观察者的疲劳程度和心情等关系的研究。

3）询问法

询问法指调查人通过与被调查人的谈话，评价被调查人对某一特定环境、条件的反应。询问法需要具备高超的技巧和丰富的经验，调查人要对询问的问题、先后顺序和具体的提法作好充分准备，对所调查的问题采取绝对中立的态度；对被调查人要热情关心，建立友好的关系。这种方法能帮助被调查人整理思路，对了解被调查人过去没有认真考虑过的问题特别有效。

4）测试法

即根据研究内容，对典型生产环境中的人进行测试调查，收集其在特定环境下的反应和表现，从中分析产生问题的原因、差异等。

5）观察法

即通过直接或间接观察，记录自然环境中被调查对象的行为表现、活动规律，然后进行分析研究的方法。其技巧在于能客观地观察并记录被调查者的行为而不受任何干扰。根据调查目的，可事先让被调查者知道调查内容，也可不让其知道而秘密进行。有时也可借助摄影或录像等手段。

6）模拟和模型试验法

由于机器系统一般比较复杂，因而在人机系统研究时常采用模拟法。它是运用各种技术和装置的模拟，对某些操作系统进行逼真的试验，以得到所需要的更符合实际的数据的一种方法。如采用训练模拟器、各种人体模型、机械模型、计算机模拟等。因为模拟器或模型通常比所模拟的真实系统价格便宜得多，而又可以进行符合实际的研究，所以获得较多的应用。

7）分析法

分析法是在上述各种方法中获得一定的资料和数据后采用的方法。目前，人因工程学常采用如下几种分析法：

（1）瞬间操作分析法。生产过程一般是连续的，人机之间的信息传递也是连续的。但要分析这种连续传递的信息比较困难，因而只能用间歇性的分析测定法，对操作者和机械之间在每一间隔时间的信息进行测定后，再用统计推理的方法加以整理，从而获得人机系统的有益资料。

（2）知觉与运动信息分析法。由于外界给人的信息首先由感知器官传到神经中枢，经大脑处理后产生反应信号，再传递给肢体对机器进行操作，被操作的机器状态又将信息反馈给操作者，因而形成了一种反馈系统。知觉与运动信息分析法就是对此反馈系统进行测定分析，然后用信息传递理论来阐明人机之间信息传递的数量关系。

（3）动作负荷分析法。在规定操作所必需的最小间隔时间的条件下，采用计算机技术来分析操作者连续操作的情况，从而推算操作者工作的负荷程度。另外，对操作者在单位时间内工作负荷进行分析，也可获得用单位时间的作业负荷率来表示的操作者的全工作负荷。

（4）频率分析法。对人机系统中的机械系统使用频率和操作者的操作动作频率进行测定分析，可以获得调整操作人员负荷参数的依据。

（5）危象分析法。对事故或近似事故的危象进行分析，特别有助于识别容易诱发错误的情况，同时也能方便地查找出系统中存在的而又需用复杂的研究方法才能发现的问题。

（6）相关分析法。在分析方法中，常常要研究两种变量，即自变量和因变量。用相关分析法能够确定两个以上的变量之间是否存在统计关系。利用变量之间的统计关系可以对变量进行描述和预测，或者从中找出合乎规律的东西。由于统计学的发展和计算机的应用，使相关分析法成为人因工程学研究的一种常用方法。

1.2.4 研究人因工程学应注意的问题

1．测试方法的可靠性与有效性

在人-机-环境系统中，人的行为受多种因素影响，很不容易测试。要准确地揭示人体系统的规律性，就必须使采用的测试方法具有可靠性和有效性。

测试方法的可靠性是指同样的测试内容在同一个被试者身上重复时，其结果应该一致，即具有可验证性。一般地说，测试人体的生理指标，可靠性比较容易满足，但测试人的心理指标就比较难以实现。

有效性是指测试的结果能真实地反映所评价的内容。一般为了保证测试内容的有效性，常常安排对照组的测试，以排除偶然因素对测试结果的影响。

测试结果可能是既可靠又有效的，也可能是可靠而无效的，还可能是不可靠而有效的，或者是既不可靠又无效的。例如，考查汽车司机职业选择指标时，若测试被评价人的体力指标，虽然该指标可靠，但是并不一定有效；而敏感的决断力可以有效，却不一定可靠。显然单凭一个或几个指标判断职业适应性是不可能的，必须有一系列的指标。为了保证指标体系的可靠性和有效性，需要选择优秀职业者和不良职业者作为对照组，事先对这些指标进行测试，以检验其可靠性和有效性。

2．统计学的差异与实际意义的差异

由于人机系统的复杂性，研究结果会受到大量的各种各样的因素的影响，以致虽然在统计学上具有差异，却可能不具有实际意义上的差异。例如，在设计汽车驾驶室时，需要了解不同国家汽车驾驶员的身高是否有差别。通过对两个国家的汽车驾驶员的身高进行抽样测量，并对测量结果进行统计分析，驾驶员平均身高确实存在着统计学意义上的差异。但若这种差异只有10～20 mm，则对汽车驾驶室的设计没有什么实际意义。

由于个体差异的存在，人团工程学的结论，只表征正常情况下多数人的特性，而且结论也不是绝对的。

【阅读材料1-2】 人体工程学和人因工程学

在室内设计中，我们往往会涉及两个专业的理论：人体工程学和人因工程学。在装修过程中知道这两个学问中的一些知识是很重要的。在一些论文中，有人认为人体工程学和人因工程学属于同一概念。本文意在简单阐述和介绍，并不构成对理论的争议。

人体工程学（ergonomics）又称人体工学或人类工程学，是探讨人与环境尺度之间关系的一门学科。人体工程学通过对人类自身生理和心理的认识，将有关的知识应用在相关的设计中，从而使环境适合人类的行为和需求。对于室内设计来说，人体工程学的最大课题就是尺寸的问题。通过人体工程学，我们知道一个人的肩膀宽在600mm左右，所以当要设计一条可容纳两个人的过道，就得是1200mm宽；而这条过道若仅仅确保一人行进、一人侧避，就得是900mm宽。在装修家具时，我们知道橱柜需要多高，写字台需要多高，床需要多长，这些数据都不是随意定夺的，而是通过大量的科学数据分析出来的，具有一定的普遍通用性。人体工程学并不仅仅是一个提供普遍性数据的学科，它还是一门优化人类环境的学问，通过它，人们可以设计越来越舒服的沙发和床垫，也能设计出更方便的工作制服。

人体工程学在室内设计中最主要的内容包括：

（1）人体尺寸；

（2）人体作业域；

（3）家具设备常见尺寸；

（4）建筑尺度规范；

（5）视觉心理和空间。

人因工程学（human factor），又称人机工程学，是探讨日常生活和工程中的人与工具、环境、设备、用户、机器之间的交互作用的关系，以及如何去设计这些会影响人的事物和环境，以及人在使用这些关系时的心理和行为习惯的学科。在人因工程中，人是其中的一个子系统，在设计过程中，就要尽可能使整个系统的各个子系统有很好的配合。通俗点说，就是设计的东西要在人的能力和本能极限之内，并得到合理使用。

我们用计算机时，有时候想删掉一个文件，操作后Windows系统会弹出一个警告框询问你：“确实要把xxx放入回收站吗？是/否”。早年的录音机要录音时，要同时按下两个键才能录音，也是采用这个原理。它用预先防范的手法来避免人容易犯下的错误。在室内设计中也是同样的道理。我们设计一种床头靠背，会去预测主人将怎么使用它，可能遇上什么麻烦，从而在设计中尽量解决和避免。

人因工程学在室内设计中最主要的内容包括：

（1）人体生理特征；

（2）累积损伤疾病；

（3）作业环境影响（温度、照明、噪声、运动、振动）；

（4）特殊人群差异；

（5）意外和安全。

人体工程学是室内设计中必不可少的一个专业课程，相对之下，人体工程学的知识要比人因工程学的理论更实际和重要一些。掌握更多知识，对于我们总是无害的，无论设计师还是业主，采用更丰富的科学知识可以避免造成不必要的损失和伤害，能使我们的生活更趋美好。