人机工程学介绍 人机工程学简介

1、人体工程学(Human Engineering)，也称人机工程学、人类工程学、人体工学、人间工学或人类工效学(Ergonomics)。工效学Ergonomics原出希腊文“Ergo”，即“工作、劳动”和“nomos”即“规律、效果”，也即探讨人们劳动、工作效果、效能的规律性。

2、人体工程学是由6门分支学科组成，即：人体测量学、生物力学、劳动生理学、环境生理学、工程心理学、时间与工作研究学。

1．什么是人机关系

（1）概念 当我们使用这些物品时，物品就与人产生了一种相互的关系，这种相互的关系称为人机关系 人类在劳动过程中，不断地改造着自然和人类本身，并不可避免地要与劳动对象发生联系，我们把这种联系广义地称为人机关系。

（2）“机” 除机器外，还指工具，设施，家具，交通车辆等

2．人机关系要实现的目标

（1）高效 在设计中，应把人和机作为一个整体来考虑，合理或最优地分配人和机的功能，以促进二者的协调，提高人的工作效率

（2）健康 是指人在操作或使用产品的过程中，产品对人的健康不会造成不良的影响

（3）舒适 是指人在使用产品的过程中，人体能处于自然的状态，操作或使用的姿势能够在人们自然，正常的肢体肢体活动范围之内，从而使人不致过早地产生疲劳

（4）安全 指人们在操作和使用产品的过程中，产品对人的身体不构成生理上的伤害

3、如何实现合理的人机关系

（1）、考虑到普通人群和特殊人群

现在大多数产品是为了普通人群设计的，设计参照的标准是依据普通人群的数据确定的。但是特殊人群也是社会的重要组成部分，他们往往有着独特的需要。所以在设计时，还应充分地考虑特殊人数的特点和需要。

如：要考虑到残疾人的需求。

（2）、考虑静态的人与动态的人的关系

人们使用产品时时常处于动态和静态两种状态之中，因此，设计的产品不但要符合人体静态的尺寸，也要符合人体的动态尺寸。要让人在使用它时，能够方便施力、有足够的空间等。这样的设计有利于减少人体疲劳，提高效率，满足健康、舒适的要求。

（3）、满足人的心理需求和生理需求

设计中的人机关系，不仅要满足人的生理需求，而且要满足人的心理需求。产品的色彩、材质等都会对人的心理产生影响。视觉、听觉、触觉、味觉等都影响人的心理感受，如果能在设计中注意满足人在这些方面的心理需求，就可以将人机关系处理得更好。

案例：茶座、咖啡屋的设计应以暖色调为主，将空间处理得小一些，以营造温馨、宁静的效果；而办公空间一般应以冷色调为主，空间处理要简洁明快，以求产生严谨、高效的工作氛围。这样的设计都是为了满足人的心理需求。

（4）、信息的交互

人与产品的互动过程就是人与产品之间信息传递的过程即人机之间运用信息语言交流的过程。改善信息传递的途径能够获得更好的人机关系。

如：电话机的无液晶屏显示、有液晶屏显示、可以视屏通话。案例：汽车的颜色

现代人机工程学发展有三个特点：

1．不同于传统人机工程学研究中着眼于选择和训练特定的人,使之适应工作要求,现代人机工程学着眼于机械装备的设计,使机器的操作不超越人类能力界限

2．密切与实际应用相结合,通过严密计划规定的广泛的实验性研究,尽可能利用所掌握的基本原理,进行具体的机械装备设计

3．力求使实验心理学、生理学、功能解剖学等学科的专家与物理学、数学、工程学方面的研究人员共同努力、密切合作

人体工程学，或者称为人机工程学、人机工学，是本世纪初发展起来的一门独立的学科，它的宗旨是研究人与人造产品之间的协调关系，通过对人一机关系的各种因素的分析和研究，寻找最佳的人一机协调关系，为设计提供依据。设计是为人类提供生理和心理需求满足的活动，那么，应该说有两个学科是为设计提出人一机关系可靠依据的，即人体工程学和心理学，特别是消费心理学。人体工程学在60 、70 年代有相当显著的发展，对干设计的进步起到很大的促进作用。

人体工程的中心是解决人机之间关系的问题，其中包括：

l ）人造的产品、设备、设施、环境的设计与创造；

2 ）对于人类工作和活动过程的设计；

3 ）对于服务的设计；

4 ）对于人类所使用的产品和服务的合适程度的评估。

人体工程学的目的是以下两个方面：

l ）提高人类工作和活动的效应和效率；

2 ）保证和提高人类追求的某些价值，比如卫生、安全、满足等等。

人体工程学的接触方式或者工作方法是把人类能力、特征、行为、动机以系统的方法引人设计过程中去。

其实，自从人类开始制造工具、营造居所以来，就已经有人体工程的因素。因为要满足和适合人体的要求，在工具、用品、建筑设计中必须考虑人的因素，首先是尺寸合适，高低合适，方便使用，设计和制作时更考虑到安全、效率。所以说，人体工程的发展，并不是现代社会的产物，人体工程的开始是在工具制作、建造住宅的行为中自然发展起来的，因此，可以说设计上采用人体因素具有非常长的历史了。但是，作为一门独立的科学，人体工程学则是20 世纪才形成的，它的主要服务对象已经不再是简单的手工产品，而更多地与大工业化的产品密切关联，现代工业的复杂性，使以前完全靠设计师的感觉、靠经验积累的人体工程方式完全落伍，无法适应新的设计需求，因此，是工业化迫使这个学科形成。

工业化时代的人体工程学发展经历了以下几个阶段的发展：

l ）机械时代（1750-1590 年）

工业革命带来了新的机械和产品，新产生了大量从来没有过的新产品，特别是机械产品，人在使用、操纵这些新产品时出现了以前使用传统产品所没有过的问题，因此，如何在设计新产品时考虑产品与人的物理因素，特别是尺寸因素关系，就成为设计师（当时主要是工程师）考虑的问题之一这个时期的设计主要是简单地为寻找符合使用者的尺度的设计细节，即在设计上注重与人体配合的长短、宽窄、大小尺寸，但是，对于真正的适应性，特别是效率性、安全性，则还没有适当地考虑。因此，这个阶段可以说还没有真正地发展出人体工程学来。

2 ）技术革命时期（1570-1945 年）

自从1870 年前后开始，由于工业技术发展，进人了技术革命阶段，这个时期主要的特征是能源的广泛采用，称为能源革命时期。上一个阶段的能源主要是蒸汽能源，而这个时期则产生了采用汽油的内燃机、采用电的电动机等等新的能源方式，从根本上改变了技术和生产的面貌。新的能源被农业、工业、运输等采用，新的产品也层出不穷，汽车、飞机、内燃机车、电话、电灯、各种新的机器设备、家用电器、农业机械、各种生产机械和工具等等，在这个阶段被广泛采用，因此，设计问题变得比较复杂起来。第一个阶段单纯考虑人体尺寸的方式，明显表现出它的不足，人-机关系在设计上显得日益重要。

人体工程学的一个重要的发展刺激因素是20 世纪的两次世界大战。因为战争而导致大量的武器设备生产，如何使武器、兵器、军事工具和设备达到最大效应，使这些产品能够最大可能地适应人的使用要求，变成非常迫切的问题，而军事工业得到国家的全力资助，研究也就得到发展。

第一次世界大战期间，欧洲主要国家和美国都卷入了战争浩劫，法国、德国、俄国这几个欧洲主要国家都投人了巨大的人力物力，从1914 年到1918 年期间，数以百万计的军人在欧洲大陆混战，伤亡惨重。为了在战场上占上风，各国都一方面投人更大的兵力，另一方面则全力研制新的武器，坦克、飞机、机关枪、大炮等等都迅速投人战场，这些武器虽然具有比以前所有的武器都更大的杀伤能力，但是，由于设计时间短暂，无论是功能、效率还是方便使用方面，都存在很多的问题。如何使现代化武器适合战争需要，提高它们的效率，使武器能够更好地为士兵掌握，成为当时参战各国的政府关注的问题。其中，美国和英国政府更开始考虑在武器和其他战争设备上适应人的设计。适应人的设计是人体工程学在第一次世界大战期间的重大发展，重点已经不仅仅是尺度适合，而是如何全面符合人的需求。人体工程学的发展，到第一次世界大战的战后有了新的进步，工程技术人员开始把研究的注意点转移到如何在工作程序和工作方法上发展出适应人的需求的设计上，开始了关系到人在工作中的适应性。

第二次世界大战期间，人体工程学的研究变得更加复杂。这个时期的军队使用更加复杂的兵器，而战争设备也比第一次世界大战期间的设备复杂得多。飞机、坦克自不必说，新的大型航空母舰、远程轰炸机、雷达设备等等，都是前所未有的新产品。战争不但在规模上比任何一次战争都要大得多，并且也复杂得多。多兵种协调作战、海陆空立体战争、世界范围的战争计划、世界范围的战争补给协调等等，都使设计面临前所未有的新挑战。除了设计出适应人的产品这个问题之外，此时另外一个主要的设计问题出在不少战争设备、兵器设备在设计上非常不安全，军用车辆的座椅在颠簸运行中不能保障乘员的安全、空降部队的装备设计经常出现恶性故障、坦克乘员无法得到比较好的视野、登陆舰艇作业的困难，等等，各种各样的问题层出不穷，必须通过人体工程学的研究找到如何为作战中的人更好的设计方法成为关键。因此，新的设计开始从以前的为适应人的设计转移到为工作的人的设计上。这是人体工程学的一个新的重大进步。

3 ）为人的思维的设计阶段（1945-）

自从1945 年第二次世界大战结束以来，世界各国逐渐进人高速度的经济发展阶段。科学技术的迅速发展，特别是自动化技术、电脑技术、通讯技术、材料技术等等的进步，导致大量崭新的产品问世。机械不仅仅是为人省力的工具，它同时能够为人节省思维耗费的时间。从技术角度来说，上述的第一和第二阶段都是为了扩展人的肌肉力量设计的，而战后的人体工程学研究转移到扩大人的思维力量设计方面，使设计能够支持、解放、扩展人的脑力劳动。

第二次世界大战结束以后，人体工程学的一个重点的发展是从比较集中为军事装备设计服务转人为民用设备、为生产服务，它开始进人制造业、通讯业和运输业，为提高这些范畴的效率、安全、准确水平而得到发展。

大量的自动化设备、电脑设备都必须采用控制系统，战后的控制系统越来越复杂，无论是简单的汽车仪表盘还是复杂的核电站控制中心，都牵涉到控制效率问题。如何设计出更加具有效率、更加准确的仪表盘，包括显示设备和按钮设备，越来越为设计界关注。这是人体工程学的一个新的发展阶段。

战后初期阶段称为按钮时期，主要的力量在于控制系统的仪表版设计，特别侧重于各种开关器、各种按钮设计的合理。目的在于使控制系统更加准确、无误、反应快捷。

人体工程学的研究，到70 年代达到高潮，当时设计界广泛认为人体工程学是能够导致良好设计的重要的、甚至是唯一的途径。一方面，这个学科的研究、发展和运用得到迅速的完善，另外一方面，人体工程学的重要性则在某种程度上被夸大了。可以说，70 年代是人体工程学泛滥、夸大的阶段，也是人体工程学作为一个独立的学科得到理论、试验上的完善化的阶段。随着技术科学的发展，设计的日益成熟，人体工程学在设计中的位置、它的使用方式逐步成熟。

以下，简单地介绍人体工程学涉及的基本内容。

人体工程学的研究主要集中在人一机关系方面，它的研究内容包括以下这几个方面：

人体工程学基本内容：

1 ．什么是人体工程学？对于这个学科的内容、研究对象和研究方法进行综述，其中包括：

人体工程学的产生、发展、运用和现状

人体工程学的研究资料基础和收集方法

2 ．信息输人。从信息理论的研究角度入手，必须由输人开始研究，包括如下内容：

信息输人与处理过程

视觉显示

听觉、触觉和嗅觉显示

语言传达

3 ．人类的输人与输出系统。输人的信息经过脑活动的处理之后，转为输出信号和指令：

人类的活动：本质与影响

人类的控制系统

控制

手工工具与设备

4 ．工作环境与安排。影响人类活动的主要因素之一是人类存在的空间，包括：

在工程环境中人体因素的设计

物理空间与安排

5 ．环境。具体到人造环境因素，包括以下几个重要的内容：O 照明

环境气氛

噪音

运动

为了提供一个对于人体工程学具体内容比较详细的了解，以下，就人体工程学中有关人一机系统关系这一个因素的内容进行简单的介绍，以补充有关人体工程学内容的解释。一、人一机系统的大环境

（一）我们使用的环境：

1 ．人一机系统（机在此代表所有的人造产品和环境）2 ．物理环境，包括两个方面：

( l ）人类使用的物理空间，以及相关的设备。这里包括直接空间和间接空间；

( 2 ）物理空间的附属因素，比如照明、环境气氛（包括污染水平），噪音等；

3 ．个人用品与保护用品。

（二）人一机系统的种类：

1 ．人工系统：

2 ．机械系统；

3 ．自动系统。

（三）系统的基本功能：

系统的功能关系和运作程序：

系统储存

信息输人-感觉（信息接受）-信息处理和决定行动（具体控制或者通讯）-输出

二、人体工程学的数据基础-人体工程学的研究方法

（一）研究确定；

（二）不同的种类；

（三）抽样；

（四）数据和资料的收集；

（五）数据和资料的分析；

（六）标准的确立；

（七）标准的种类：

1 ．人类表现的度量标准；

2 ．心理反应的标准；

3 ．主观反应标准；

4 ．事故频率。

三、信息输人和程序

信息输入经过神经系统的过程：感觉-短期储存-选择筛选-有限渠道-输出渠道-效应-储存-有条件地储存

（一）人类记忆中的信息

（二）人类反应中的信息

（三）影响人类信息接收的因素：

1 ．噪音与信号感觉体系（TSD) ;

2 ．速度负担与刺激负担；

3 ．时间的享有：

4 ．视觉输人量的享有。

四、视觉

（一）视觉的过程；

（二）视觉的敏锐性；

（三）不同种类的视觉敏锐性；

检验视觉敏锐性的通常方法：最低分辨能力敏锐性测试(MSA)

（四）视觉对色彩的选择与反应区别；

（五）黑暗适应能力；

（六）亮度对比能力；

（七）照明；

1 ．时间因素

2 ．照度

3 ．眩光度（Glare )

4 ．多种因素的组合

5 ．运动与照明的关系

（八）年龄（经验）与照明识别的关系。

五、定量性视觉显示设计

（一）基本定量性视觉显示设计：

1 ．移动尺度针，固定尺度表；

2 ．固定尺度针，称动尺度表；

3 ．数字显示。

（二）可读性和可读能力：

可读性设计的几种基本方法：

1 ．组合纵向式；

2 ．组合圆圈式；

3 ．数字分开式；

4 ．圆圈分开式。

（三）定量显示设计的特殊性质：

1 ．尺度表单位的长度，第一个单位最好是在005-007 英尺左右；

2 ．尺度表的标识；

3 ．尺度表数字的进阶方式：0 , l , 2 , 3 ,

5 , 15 , 25 , 10 , 100 , 1000 ,

4 ．指针设计；

5 ．定量显示设计的综合因素。

（四）定性视觉显示设计：

1 ．定性设计的定量基础；

2 ．色彩与图案作为定性视觉显示设计的方法；

3 ．信号和紧急灯光设计：对信号与紧急灯光的反应；尺寸；

照明情况；

暴露时间；

光线的色彩；

闪光的频率；

光线的背景。

（五）形状显示设计：

飞机位置显示设计

（六）平面视觉显示设计：关系因素；

各种图表选择；

纵横图表选择；

色彩种类多少控制；

阅读能力判断；

举例：地下铁图表

（七）数字或字母视觉显示设计

1 ．字体

笔划宽度；

字体比例宽度；

字体选择；

字体尺寸大小选择。

2 ．阅读能力的判断

3 ．电子显示设计时字体的选择

4 ．电子与数字混合一起时的阅读能力判断

（八）视觉符号和代号

1 ．视觉符号：数字、字母、形状、位置符号、色彩五种视觉符号与代号；

视觉符号与代号和色彩有非常密切的关系；

2 ．符号的设计：

( l ）直接解释法：一目了然的图形；

( 2 ）间接解释法：注意：

解释人的背景，文化，教育，误差水平

( 3 ）反应时间测试。

（九）道路与交通标志：

1 ．符号与文字的比较；

2 ．具体的道路和交通标志应用。

（十）特殊情况显示设计：

（十一）视觉显示设计的一般注意规律：

1 ．定量尺度表：

数码与开窗式设计比较合适，前提是有足够的阅读时间；长尺度表，采用移动尺度比固定尺度合适。

2 ．定性显示设计：

采用固定尺度，移动针比较合适；

如果有一批显示内容，采用圆圈式尺度，利用时钟方式安排，比较容易阅读。

3 ．信号与紧急光线设计：

如果尺寸小，必须持续照明和显示；

如果北京色彩反差水平低，必须采用红色。

闪光时间可以在1-10 秒之间，容易为人觉察。

4 ．形状显示设计：

背景固定，形状移动；

形状与线条混合采用，比较容易识别。5 ．数字与字母显示设计：

最重要的因素是字体、尺寸、对比关系；字母或者数字应该按照三个或者四个一组组合，增进短时记忆；

字体的长宽比例非常重要。

6 ．符号设计：

重要因素：形状与背景，形状的边缘，完整，简单，统一六、语言传达

（一）语言的本质；

（二）语言的要素：元音与辅音

（三）语言的密度；

（四）语言的频率分布；

（五）语言的明确水准。

七、人类的输人与输出系统

（一）人类的活动：本质和效应：

1 ．人体运动的生物工程学基础：骨骼结构

肌肉结构

神经系统对于肌肉结构的控制

2 ．人体运动的种类：

舒展

扩展

扭转

推动

细节分析

3 ．运动的度量方法：骨骼运动影响的度量；肌肉运动的度量；精神活动的度量；主观和客观反应性。

4 ．表现度量

5 ．人体物理活动的能源消耗度量：按照劳动水平分等级；按照运动水平分等级；按照活动水平分等级。

6 ．力量的持续性：手臂的力量；

手臂力量的持续性；下肢的力量；

下肢力量的持续性；

其它部分的力量与持续性分析。

7 ．运动的速度和准确性：

反应时间；

简单反应时间；

选择反应时间。

8 ．定点活动方式：

定点活动的时间与运动尺度；

定点活动的方向；

定点活动的盲点；

持续性活动；

受控的运动；

重复的运动；

静止反应。

9 ．体力劳动：

举提劳动：频率与能源的消耗，频率的高低

携带劳动：

推动劳动。

10 ．工作负担：

工作负担的定义；

工作负担和能力；

工作负担和压力；

压力的影响；

工作因素对于工作负担的影响作用。

八、人类控制系统：

（一）人类输人与输出渠道：感觉反应渠道：视觉、听觉、触觉、嗅觉反应。

1 ．输人与输出之间的关系；

2 ．影响人类控制系统的因素。

（二）显示与控制的物理安排：

以煤气炉灶设计为例

（三）旋转式设计与控制效率：顺时针与逆时针方向设计；汽车方向盘设计。

（四）追踪作业的实质：输入与输出的追踪；

追踪设计；

设计系统的次序；

追踪设计的促进与支援方法；

影响追踪设计的因素；

显示的种类：迫寻和补偿式追踪显示的误差；

对以前追踪的复查；

参与；

频率与自我追踪频率关系；

追踪的时间差。

九、控制设计

（一）控制的功能

（二）控制的种类：

手指按钮；

脚踏；

简单开关；

旋转式开关；

旋钮；

旋转手柄；

方向盘；

手柄；

脚开关。

（三）开关的识别

以上是有关人一机关系和人一机关系控制系统的基本内容，人体工程学还包括其它的几个范畴，即：

一、工作环境与安排；

二、在工程环境中人体因素的设计；

三、物理空间与安排；

四、有关环境因素的几个主要方面，即照明、环境气氛、噪音和运动影响等等。

对于这几个范畴的具体内容，也都有同样详细的研究。这些成果对干设计来说，起到很重要的促进作用。因为本书篇幅有限，在此不可能具体全部介绍。

必须注意到的是：人体工程学80 年代以来的一个重大的发展，是从人与他的生存、工作、娱乐环境的关系、从人与环境的心理关系方面进行了深人的研究，因此导致了一个界于人体工程学、心理学、行为科学、社会学等学科之间的新边缘学科-环境心理学（environmental Phychology）的产生。

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