一、人因工程學的命名及定義

 

人因工程學（Human Factors Engineering）是研究人-機-環境三者之間相互關系的學科，是近幾十年發展起來的一門邊緣性應用學科。該學科在發展過程中有機地融合了生理學、心理學、醫學、衛生學、人體測量學、勞動科學、系統工程學、社會學和管理學等學科的知識和成果，形成自身的理論體系、研究方法、標準和規范，研究和應用范圍廣泛并具有綜合性。該學科的研究目的在于設計和改進人-機-環境系統，使系統獲得較高的效率和效益，同時保證人的安全、健康和舒適。

 

目前，該學科在國內外還沒有統一的名稱。由于該學科研究和應用范圍廣泛，各學科、領域的專家和學者都試圖從自身角度進行學科命名和定義。

 

例如，該學科在美國稱為“Human Factors Engineering”（人的因素工程學）或“Human Engineering”（人類工程學），西歐國家稱為“Ergonomics”（人類工效學），“Ergonomics”是希臘文，意為“工作法則”。由于該詞比較全面地反映了學科本質，詞意比較中立，因此，目前許多國家采用希臘文“Ergonomics”作為該學科的命名。日本采用該詞的音譯，稱為人間工學。近年來美國和英國一些學者有將Human Factors與Ergonomics兩者融合的意向，稱之為人因工效學（Human Factors and Ergonomnics）。

 

我國關于該學科的命名已經出現多種，如人機工程學、人體工程學、工程心理學、人因工程學、人類工效學、人類工程學、人的因素等。近幾年使用人因工程學和人類工效學命名的較多，本書旨在強調重視人的因素的作用，故使用人因工程學這一名稱。

 

由于該學科在各國的發展過程不同，實際應用的側重點不同，所以各國學者所概括的定義也不盡相同。

 

國際人類工效學學會（International Ergonomics Association，IEA）將該學科定義為：研究人在某種工作環境中的解剖學、生理學和心理學等方面的因素；研究人和機器及環境的相互作用；研究在工作中、生活中和休假時怎樣統一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題。

 

《中國企業管理百科全書》將其定義為：研究人和機器、環境的相互作用及其合理結合，使設計的機器和環境系統適合人的生理、心理等特征，達到在生產中提高效率、安全、健康和舒適的目的。

 

綜上所述，人因工程學就是按照人的特性設計和改進人-機-環境系統的科學。

 

人-機-環境系統是指由共處于同一時間和空間的人與其所操縱的機器以及它們所處的周圍環境所構成的系統，也可以簡稱為人-機系統。在上述系統中，人是處于主體地位的決策者，也是操縱者或使用者；機是指人所操縱或使用的一切物的總稱，它可以是機器，也可以是設施、工具或用具等；環境是人、機所處的物質和社會環境。人、機、環境在其構成的綜合系統中，相互依存、相互制約和相互作用，完成特定的工作過程。

 

為了實現人、機、環境之間的最佳匹配，人因工程學把人的工作優化問題作為追求的重要目標。

 

其標志是使處于不同條件下的人能高效、安全、健康、舒適地工作和生活。高效是指在保證高質量的同時，具有較高的工作效率；安全是指減少或消除差錯和事故；健康是指設計和創造有利于人體健康的環境因素；舒適是指作業者對工作有滿意感或舒適感，它也關系到工作效率和安全，是對工作優化的更高要求。

 

能同時滿足上述條件要求的工作，無疑是高度優化的工作。但實際上同時實現這四方面要求是很困難的。在實際工作中，應根據不同情況，在執行好有關人因工程學標準的前提下允許有輕重之別。隨著社會的進步，人的價值日益受到尊重，安全、健康、舒適等因素在工作系統設計和評價中必將受到更廣泛的重視。

 

二、人因工程學研究內容

 

一、研究內容

 

人因工程學的研究包括理論研究和應用研究兩個方面，但學科研究的總趨勢還是側重應用研究。雖然各國工業基礎及學科發展程度不同，學科研究的主體方向及側重點也不同，但根本研究方向都是通過揭示人-機-環境之間相互關系的規律，以達到確保人-機-環境系統總體的最優化。其主要內容可概括為以下幾個方面：

 

（1）研究人的生理與心理特性 人的生理、心理特性和能力限度是人-機-環境系統優化的基礎。人因工程學從學科的研究對象和目標出發，系統地研究人體特性，如人的感知特性、信息加工能力、傳遞反應特性，人的工作負荷與效能、疲勞，人體尺寸、人體力量、人體活動范圍，人的決策過程、影響效率和人為失誤的因素等。這些研究為人-機-環境系統設計和改善，以及制定有關標準提供科學依據，使設計的工作系統及機器、作業、環境都更好地適應于人，創造高效、安全、健康和舒適的工作條件。

 

（2）研究人機系統總體設計 人機系統的效能取決于它的總體設計。系統設計的基本問題是人與機器之間的分工以及人與機器之間如何有效地進行信息交流等問題。從人與機器的分工上考慮，要研究系統中人與機器的特點和能力限度，在系統設計時，應考慮充分發揮各自的特長，合理分配人與機器的功能，使其相互補充、取長補短、有機結合，以保證系統的整體功能最優。從人與機器的信息交流考慮，要研究人在特定系統中的作用，使設計的機器、環境等要素適應人的特性。同時，還要考慮勞動者個體差異及可塑性，研究人員選拔及培訓方式，以提高人的身心素質和技能，這樣整體效率才能充分發揮。另外，手控、機控和監控的人機系統特點不同，人的作用也不一樣。自動化降低了人的工作負荷，導致人的喚醒水平降低，會影響到系統的安全性。因此，無論自動化程度多高的系統，都必須適當配置人員對系統進行監控和管理。

 

（3）研究人機界面設計 在人機系統中，人與機相互作用的過程，就是利用人機界面上的顯示器與控制器，實現人與機的信息交換的過程。顯示器是向人傳遞信息的裝置，控制器則是接收人發出去的信息的裝置。顯示器設計研究包括視覺、聽覺、觸覺等各種類型顯示器的設計研究，同時還要研究顯示器的布置和組合問題，使其與人的感覺器官特性相適應。控制器設計研究包括各種操縱裝置的形狀、大小、位置以及作用力等在人體解剖學、生物力學和心理學等方面的問題，使其與人的運動器官特性相適應。保證人與機之間的信息交換迅速、準確，從而實現系統優化。此外，人與計算機的交互界面設計是近些年人機界面設計的重要方面，網站、智能手機界面、應用軟件界面等設計都涉及人機界面設計問題。在這些研究內容中，用戶體驗、可用性、用戶情感都是交互界面設計質量的衡量指標。

 

開發研制任何供人使用的產品（包括硬件和軟件），都存在著人機界面設計問題。研究人機界面的組成并使其優化匹配，產品就會在功能、質量、可靠性、造型等方面得到改進和提高，也會增加產品的技術含量和附加值。

 

（4）研究工作場所設計和改善 工作場所設計的合理性，對人的工作效率有直接影響。工作場所設計包括工作場所總體布置、工作臺或操縱臺與座椅設計、工作條件設計等。研究設計工作場所時，應從生理學、心理學、生物力學、人體測量學和社會學等方面保證符合人的特性和要求。使人的工作條件合理，工作范圍適宜，工作姿勢正確，達到工作時不易疲勞、方便舒適、安全可靠和提高效率的目的。研究工作場所設計也是保護和有效利用人力資源，發揮人的潛能的需要。

 

（5）研究工作環境及其改善 任何人機系統都處于一定的環境之中，因此人機系統的功能不能不受環境因素影響，人與機相比，人受影響的程度更大。作業環境包括一般工作環境，如照明、顏色、噪聲、振動、溫度、濕度、空氣粉塵和有害氣體等，也包括高空、深水、地下、加速、減速、高溫、低溫及輻射等特殊工作環境。人因工程學主要研究在各種環境下人的生理、心理反應，對工作和生活的影響；研究以人為中心的環境質量評價準則；研究控制、改善和預防不良環境的措施，使之適應人的要求。其目的是為人創造安全、健康、舒適的作業環境，提高人的工作、生活質量，保證人-機-環境系統的高效率。除以上的物理環境因素外，還要注意研究社會環境因素對人工作效率的影響。

 

（6）研究作業方法及其改善 作業是人機關系的主要表現形式，也是人機系統的工作過程，只有通過作業才能產生系統的成果。人因工程學主要研究人從事體力作業、技能作業和腦力作業時的生理與心理反應、工作能力及信息處理特點；研究作業時合理的負荷及能量消耗、工作與休息制度、作業條件、作業程序和方法；研究適宜作業的人機界面。除硬件機器外，還包括軟件，如規則、標準、制度、技法、程序、說明書、圖樣、網頁等，都要與作業者的特性相適應。軟件設計除考慮生理、心理因素外，還要重視管理、文化、價值體系、經驗和組織行為等因素的影響。以上研究的目的是尋求經濟、省力、安全、有效的作業方法，消除無效勞動，減輕疲勞，合理利用人力和設備，提高系統效率。

 

（7）研究系統的安全性和可靠性 人機系統已向高度精密、復雜和快速化發展。而這種系統的失效將可能產生重大損失和嚴重后果。實踐表明，系統的事故絕大多數是由人因失誤造成的，而人因失誤則是由人的不注意引起的。因此，人因工程要研究人因失誤的特征和規律，人的可靠性和安全性，找出導致人因失誤的各種因素，以改進人一機-環境系統，通過主觀和客觀因素的相互補充和協調，克服不安全因素，搞好系統安全管理工作。

 

（8）研究組織與管理的效率 人一機-環境系統的研究應與組織、管理、文化和社會相適應。因此，人因工程學要研究人的決策行為模式；研究如何改進生產或服務流程；研究使復雜的管理綜合化、系統化，形成人與各種要素相互協調的信息流、物流等管理體系和方式；研究特殊人才的選拔、訓練和能力開發，改進對員工的績效評定管理；研究組織形式與組織界面，便于員工參與管理和決策，使員工行為與組織目標相適應。

 

三、人因工程學的研究方法和步驟

 

一、人因工程學的研究方法論基礎

 

研究方法在科學發展中具有重要作用，只有掌握科學的研究方法才會使研究工作取得預期的結果。

 

唯物辯證法是所有科學研究的方法論基礎。人因工程學的研究只有以此方法論為指導，才能正確地制定技術路線，采取科學合理的具體研究方法，并對研究結果做出客觀的科學結論。根據方法論基礎及人因工程學科自身特點，在研究中要特別注意客觀性和系統性。

 

客觀性是指研究者在工作中應堅持實事求是的科學態度，根據客觀事實的本來面目去揭示事物內在的規律性，不能以個人主觀臆斷解釋客觀事實。這就要求研究人員要以科研和生產實際需要選擇研究課題；在研究過程中，要全面、真實、具體地記錄情境條件和研究對象的各種反應；在分析結果時，一定從客觀事實出發得出結論。

 

系統性是指把研究對象放到系統中加以研究和認識。20世紀40年代以來發展起來的系統論、信息論和控制論等系統科學理論為人因工程學科的研究提供了新思想、新觀點。

 

人因工程學的主要研究對象是人-機-環境系統。系統中人、機器、環境這三大要素之間存在著相互制約和相互協同的關系，整個系統的性能不同于各要素性能的簡單相加，同時，人、機器、環境各自構成了自己的系統。用系統觀點研究人-機-環境系統時，必須從系統的整體出發去分析各子系統的性能及其相互關系，再通過對各部分相互作用的分析來認識系統整體。

 

在研究設計和改進系統功能的過程中，要尋求各要素之間的最合理的配合，以取得最好的效果。

 

二、主要研究方法

 

人因工程學是由多學科交叉形成的，應用領域非常廣泛，因此其研究方法也很多。下面簡要介紹幾種主要研究方法：

 

（一）調查法

 

調查法是獲取有關研究對象資料的一種基本方法。它具體包括訪談法、考察法和問卷法。

 

（1）訪談法 它是研究者通過詢問交談來收集有關資料的方法。訪談可以是有嚴密計劃的，也可以是隨意的。無論采取哪種方式，都要求做到與被調查者進行良好的溝通和配合，引導談話圍繞主題展開，并盡量客觀真實。

 

（2）考察法 它是研究實際問題時常用的方法。通過實地考察，發現現實的人一機-環境系統中存在的問題，為進一步開展分析、實驗和模擬提供背景資料。實地考察還能客觀地反映研究成果的質量及實際應用價值。為了做好實地考察，要求研究者熟悉實際情況，并有實際經驗，善于在人、機、環境各因素的復雜關系中發現問題和解決問題。

 

（3）問卷法 它是研究者根據研究目的編制一系列問題和項目，以問卷或量表的形式收集被調查者的答案并進行分析的一種方法。

 

例如，通過問卷調查某一種職業的工作疲勞特點和程度，讓作業者根據自己的主觀感受填寫問卷調查表，研究者經過對問卷回答結果的整理分析，可以在一定程度上了解這種職業的工作疲勞主要表征和疲勞程度等。

 

這種方法有效應用的關鍵在于問卷或量表的設計是否能滿足信度、效度的要求。所謂信度即可靠性；效度即有效性，是指研究結果要真實地反映所評價的內容。

 

問卷提問用語要通俗易懂，回答應力求簡潔明了，容易被調查者掌握。

 

（二）觀測法

 

觀測法是研究者通過觀察、測定和記錄自然情境下發生的現象來認識研究對象的一種方法。

 

這種方法是在不影響事件的情況下進行的，觀測者不介入研究對象的活動中，因此能避免對研究對象的影響，可以保證研究的自然性和真實性。

 

例如，觀測生產現場的照度、噪聲情況，作業的時間消耗，流水線生產節奏是否合理，工作日的時間利用情況等，進行這類研究，需要借助儀器設備，如照度計、噪聲測量儀、秒表、錄像機等。

 

應用觀測法時，研究者要事先確定觀測目的并制訂具體計劃，避免發生誤觀測和漏觀測的現象。為了保證能夠正確全面地感知客觀事物，研究者不但要堅持客觀性、系統性原則，還需要認真細微地做好觀測的準備工作。

 

（三）實驗法

 

實驗法是在人為控制的條件下，排除無關因素的影響，系統地改變一定變量因素，以引起研究對象相應變化來進行因果推論和變化預測的一種研究方法。在人因工程學研究中這是一種很重要的方法。它的特點是可以系統控制變量，使所研究的現象重復發生，反復觀察，不必像觀測法那樣等待事件自然發生，使研究結果容易驗證，并且可對各種無關因素進行控制。

 

實驗法分為兩種，實驗室實驗和自然實驗。

 

實驗室實驗是借助專門的實驗設備，在對實驗條件嚴加控制的情況下進行的。由于對實驗條件嚴格控制，該種方法有助于發現事件的因果關系，并允許人們對實驗結果進行反復驗證。缺點是主試嚴格控制實驗條件，使實驗情境帶有極大的人為性質，被試意識到正在接受實驗，可能干擾實驗結果的客觀性。

 

自然實驗也稱為現場實驗，在某種程度上克服了實驗室實驗的缺點。自然實驗雖然也對實驗條件進行適當控制，但由于實驗是在正常的情境中進行的，因此實驗結果比較符合實際。但是，由于實驗條件控制不夠嚴格，有時很難得到精密的實驗結果。

 

實驗中存在的變量有自變量、因變量和干擾變量三種。

 

自變量是研究者能夠控制的變量，它是引起因變量變化的原因。自變量因研究目的和內容而不同，如因照度、聲壓級、標志大小、儀表刻度、控制器布置、作業負荷等的不同而不同。自變量的變化范圍應在被試的正常感知范圍之內，并能全面反映對被試的影響。

 

因變量應能穩定、精確地反映自變量引起的效應，具有可操作性；能充分代表研究的對象性質，具有有效性。同時盡可能要求指標客觀、靈敏和定量描述。鑒于以上要求，實驗法中一般采用三類指標：

 

①操作者績效指標，如反應時間、失誤率、質量和效率等。

 

②生理指標，如心率、呼吸數、血壓等生理指標隨勞動強度的變化情況。

 

③主觀評價，是指操作者的主觀感受，如監控作業，操作者的精神負荷產生的效應遠大于體力負荷的效應。主觀評價比績效更能反映作業時機體的狀態。因變量根據研究的性質和條件，可選取多項指標進行測量和分析，這樣可避免采用單一指標的局限性。

 

干擾變量按其來源可分為個體差異、環境條件干擾及實驗污染三個因素。

 

個體差異因素是指被試在實驗中隨時間推移而產生身心變化或選擇的被試不符合取樣標準而使樣本出現偏差等。

 

環境條件干擾是指環境條件對實驗的影響，如聽覺測試中噪聲的干擾、測試儀器的系統誤差等。

 

實驗污染是指由于多次對被試施加處理和反復測試而形成的交互作用影響研究結果的準確性。

 

實驗中應采取實驗控制法使干擾變量減小到最低限度。主要控制方法包括：讓被試在已經適應的環境下進行實驗；實驗中使環境干擾因素保持恒定；采用隨機或抵消等方法消除被試差異和測試順序產生的干擾效應；設立實驗組和控制組，兩組除控制的自變量不同外其他條件完全相同。這樣兩組因變量的差異可反映自變量的效應。

 

（四）心理測量法

 

人因工程的研究中，除了要測量光、聲、溫濕度、空氣污染物等客觀對象的量值外，還必須對人的主觀感覺進行度量。

 

心理測量法（也稱為感覺評價法）是運用人的主觀感受對系統的質量、性質等進行評價和判定的一種方法，即人對事物客觀量做出主觀感覺評價。客觀量與主觀量存在著一定差別。在實際的人-機-環境系統中，直接決定操作者行為反應的是他對客觀刺激產生的主觀感覺。因此，對人有直接關系的人-機-環境系統設計和改進時，測量人的主觀感覺非常重要。

 

心理測量對象可分為兩類，一類（A）是對產品或系統的特定質量、性質進行評價，如對聲壓級、照明的照度及亮度、空氣的干濕程度、長度、重量、表面狀況等進行評價。

 

另一類（B）是對產品或系統的整體進行綜合評價，如對舒適性、使用性、居住性、工作性、滿意度、愛好、興趣、情緒、感覺、購物動機、消費者態度等進行評價。前者可借助計測儀器或部分借助計測儀器進行評價；而后者只能由人來評價。

 

感覺評價的主要目的包括：按一定標準將各個對象分成不同的類別和等級；評定各對象的大小和優劣；按某種標準度量對象大小和優劣的順序等。

 

（五）心理測驗法

 

在操作人員素質測試、人員選拔和培訓中，廣泛使用心理測驗方法。心理測驗法是以心理學中有關個體差異理論為基礎，將操作者個體在某種心理測驗中的成績與常模做比較，用以分析被試心理素質特點。

 

心理測驗按測試方式分為團體測驗和個體測驗。前者可在同一時間內測量大量人員，比較節省時間和費用，適合時間緊、待測人數較多的場合；后者則個別進行，能獲得更全面和更具體的信息，但時間較長。心理測驗按測試內容分為能力測驗、智力測驗和個性測驗。

 

無論何種測驗，都必須滿足以下兩個條件。第一，必須建立常模。常模是某個標準化的樣本在測驗上的平均得分。它是解釋個體測驗結果時參照的標準。只有把個人的測驗結果與常模做比較，才能表現出被試的特點。第二，測驗必須具備一定的信度和效度，即準確而可靠地反映所測驗的心理特性。人的能力素質并非是恒常的，所以不能把測驗結果看成是絕對不變的。

 

（六）圖示模型法

 

圖示模型法是采用圖形對系統進行描述，直觀地反映各要素之間的關系，從而揭示系統本質的一種方法。這種方法多用于機具、作業與環境的設計和改進，特別適合于分析人機之間的關系。

 

在圖示模型法中，應用較多的是三要素圖示模型。這是一種靜態圖示模型，把人和機的功能都概括為三個基本要素。人的三要素是中樞神經系統、感覺器官和運動器官；機具的三要素是機器本體、顯示器和控制器。

 

圖1-1a所示為三要素圖示模型形式；圖1-1b所示為駕駛員-汽車圖示模型示例。圖中方框的大小和要素之間連線的粗細均表示重要程度。通過這種圖示模型，可以清楚表明各個要素之間如何連接并構成系統的。

 

同理可以繪出各種機具，如家電、計算機、售貨機、工具、作業的圖示模型，從而清楚地了解人體與機具各部位的對應關系。

 

此外，動態圖示模型有方框圖和流程圖等。這些模型主要以時間順序這一動態特性為中心，對系統進行描述，用于表現人機系統的結構和時間動態特征。

 

這些模型都可以通過數學或計算機模擬來求得系統的動態特性，如汽車、飛機與駕駛員構成的系統動態特性。人因工程的研究方法還有很多，如工作研究（方法研究和作業測定）、模擬法、使用頻率分析、設備關聯性分析、系統分析評價法，以及相關學科的研究方法。

 

三、研究方法的效度與信度

 

在人-機-環境系統中，人的行為受很多因素影響，所以不容易測試。而人因工程學的研究成果大多直接或間接地應用于生產和生活實際，其研究質量將對實踐產生顯著的影響。因此，要準確地揭示人-機-環境系統的規律性，必須使所用的研究方法具有可靠性（信度）和有效性（效度）。

 

研究方法的效度、信度是評價研究方法科學性的重要標準。在開展研究的同時，要注意所選研究方法的信度和效度，并對研究結果進行總結、評價和改進。

 

（1）效度 效度是指研究結果能真實地反映所評價的內容。可從不同角度研究效度，應用比較廣泛的是內部效度和外部效度。

 

1）內部效度。內部效度是指研究中各變量間確實存在著一定的因果關系。譬如在研究中，研究者發現，隨著目標亮度的增大，觀察者的效績（反應時間、判讀正確率等）也在提高，并且排除了其他因素作用的可能性。這種研究就具有內部效度，即其效績的改變的確是由于照明水平的變化引起的，兩者之間存在著因果關系。

 

2）外部效度。外部效度是指某一研究的結論能夠在多大程度上推廣和普及到其他的人和背景中去。例如，在實驗室條件下研究得到的學習曲線是否能應用于實際生產作業中，若是，則表明該研究有較高的外部效度。

 

一項良好的人因工程學研究應滿足上述兩方面的效度要求。

 

（2）信度 信度是指研究方法和研究結果的可靠性，即多次測量的結果保持一致性的程度。如果一個測驗的可靠度高，那么，同一個人多次接受這個測驗時，就應得到相同或大致相同的成績。實際研究中通常用三種方法估計信度。

 

一是穩定性系數法，它是指用同樣的方法在不同的時間先后對研究對象進行測量所得結果之間的一致性。

 

二是等值性系數法，它是用兩種基本相同的測量方法（指測量內容性質相似，形式相同），在極短的時間內對研究對象進行測量得到的結果的一致性。

 

三是內部一致性系數法，它是指一次測量中各部分測量結果之間的一致性。

 

在人因工程研究中，通常采用抽樣的方法進行觀察和測量。因此，樣本的選擇及對測量結果的統計處理直接影響研究的效度和信度。

 

（1）研究樣本的選擇 在人因工程學研究中，通常要求選擇的研究對象滿足研究問題所需要的素質。除此之外，要保證樣本數量能代表所要研究的對象的全體。

 

當研究對象的總體很大，或觀察值較為分散時，通常把樣本選得大一些，例如，工程人體測量研究就常采用大樣本。

 

當研究的問題比較簡單、個體間差異不太大時，如在有關感覺、知覺、記憶等研究中，一般可選用較少的研究對象做多次的反應來進行研究。

 

抽樣的具體方式包括隨機抽樣和非隨機抽樣。隨機抽樣方法又包括分層抽樣、簡單隨機抽樣、系統抽樣、整群抽樣、多級抽樣等。人因工程研究中常用到分層抽樣方法。它是從一個可以分成不同子總體（或稱為層）的總體中，按規定的比例從不同層中隨機抽取樣本（個體）的方法。

 

例如，人體尺寸測量，采用分層抽樣的方式，可以根據年齡、性別、地域等變量將總體劃分成不同層，然后從不同的層中按比例隨機抽取樣本，這樣就可以從樣本的測量結果來推斷總體的人體尺寸數據。

 

（2）統計分析的正確性。統計分析的正確性取決于良好的數據質量和所選擇的統計方法的正確性。

 

人因工程學研究中常需要對測量的結果進行統計分析，需要不同的分析方法。有對數據進行組織和概括的描述性統計方法，如表示數據集中程度的平均數、中位數和眾數，以及表示數據離散趨勢的方差、標準差等。

 

也包括在數據分析的基礎上做出統計推論的推斷統計方法，如T檢驗，F檢驗和x2檢驗等。不同的統計方法適用于特定的研究設計。

 

它們對數據的質量也有一定要求，所以，研究者在進行數據分析時，應根據具體的研究要求選擇正確的統計方法。

 

四、人因工程學的研究步驟

 

人因工程學的研究，除對學科的理論進行基礎研究外，大量的研究還是對與人直接相關的機具、作業、環境和管理等進行設計和改進。雖然所設計和改進的內容不同，但都應用人一機-環境系統整體優化的處理程序和方法。下面介紹人因工程學的研究步驟：

 

（一）機具的研究步驟

 

機具類包括機械、器具、設備設施等，見表1-1。被服盡管與上述機具不同，但也是人類的一種用具，在研究步驟與方法上有相同之處。機具的設計與改進的一般步驟如下：

 

（1）確定目的及功能 首先確定設計和改進機具的目的，然后找出實現目的的手段，即賦予機具一定的功能。實現目的的方案越多，選擇余地越大，在一定的限制條件下，容易得到更優的方案。因此，應將目的定得高一些，從廣闊的視野設想出多種方案。

 

圖1-2所示為目的與功能關系圖。由圖可見，實現目的的功能有多種，用a，b，c···表示。為了實現功能a,b,c···,目的又必須設想出功能 作為實現的手段。如果最初目的作為大目的，則功能a，b，c···就是中目的，依此類推，更具體的功能···就是小目的， ···就是更小目的。該圖表述了由上至下的目的與功能構成的系統。在功能展開過程中，由目的求功能時考慮“怎么辦”，由功能求目的時考慮“為什么”。

 

圖1-2 目的與功能關系圖

 

（2）人與機具的功能分配 整個系統的功能確定后，就要考慮在人與機具之間如何進行功能分配。為此，必須對人和機具的能力特性進行比較，以充分發揮各自的特長。

 

簡言之，人的能力特長是具有智能、感覺、綜合判斷能力、隨機應變能力、對各種情況的決策和處理能力等；而機械則是作用力強、速度快、連續作業能力和耐久性能好等。根據實現目的的要求，對人與機器的能力進行具體分析，合理地進行功能分配。

 

有時人分擔的功能減少，機器的功能就相應增加；人分擔的功能增加，機器的功能就相應減少。例如，汽車的手動變速實現了自動化，照相機的光圈和對焦實現了自動化，從而減少了人分擔的功能。衣服上多些口袋來攜帶工具等，就會擴大手的功能。在大規模系統、運輸系統以及安全、防災設備中，應糾正單純追求機械化、自動化的傾向，必須考慮充分發揮人的功能。

 

（3）模型描述 人機功能分配確定后，接著用模型對系統進行具體的描述，以揭示系統的本質。模型描述一般分為語言（邏輯）模型描述、圖示模型描述和數學模型描述等，它們可單獨或組合使用。語言模型可描述任何一種系統，但不夠具體；數學模型很具體，便于分析和設計，但在表現實際系統時受到限制，多用于描述整個系統中的一部分；圖示模型應用廣泛，而且在其中可以加入語言模型和數學模型進行說明。

 

另外，圖示模型便于表示各要素之間的相互關系，特別是人機之間的關系。因此，實際上多使用含有語言或數學式的圖示模型。

 

（4）分析 在用模型對系統進行描述的基礎上，再對人的特性、機具的特性和系統的特性進行分析。人的特性除包括基本特性，如形態特性、功能特性外，還包括復雜特性，如人因失誤和情緒等，在分析時要進行必要的計測和數據處理。機具的特性包括性能、標準和經濟性等。整個系統的特性包括功能、制造容易、使用簡單、維修方便、安全性和社會效益等。

 

（5）模型的實驗 如果需要更詳細的設計或改進數據時，可以在上述分析數據的基礎上制作出機具的模型，再由人使用該機具模型，反復實驗研究。這樣可以取得更具體的數據資料或從多個方案中選擇最優方案。模型可分為實物大小模型和縮小模型。縮小模型不但經濟而且易于操作。

 

模型實驗可根據實際需要采用變量不同的模型，如有單件的機具和被服的模型；有核電站控制中心整體人機界面關系以及船舶設備配置與乘員之間關系這樣的大規模實驗模型。此外，還有把實驗的重點放在關鍵功能上而省略其他方面的模型。

 

（6）機具的設計與改進 最后是確定機具的最優方案，并進行具體的設計和改進。最優方案是根據上述分析實驗結果進行評價確定的。設計和改進完成后，甚至試制品出來后，還要繼續進行評價和改進，以求更加完善。其中特別重要的是機具與人的功能配合是否合理的評價，因此經常應用由人直接參與的感覺評價法。

 

（二）作業的研究步驟

 

為了獲得最佳作業，需要不斷研究、設計和改進作業方法、作業量、作業姿勢和作業機具及其布置等。所謂最佳作業是指最適合于人的各種特性，疲勞程度最小，人因失誤最少，安全可靠，使人感到舒適而效率高的作業。設計和改善作業方法的步驟如下：

 

1）確定作業的目的和實現該目的的功能。

 

2）確定作業中人員和機具的功能分配。

 

3）用作業模型表示作業對象的作業順序、時間、使用的機具和材料等。作業模型主要用語言模型和圖示模型。例如，各種工序分析圖就屬于圖示模型。

 

4）對作業人員的特性進行計測、數據處理和分析，對作業特性進行實驗研究。

 

5）提出各種方案，并對這些方案進行作業研究和評價，以確定最佳的作業方案。

 

6）實施最佳作業方案，并對實施效果進行評價。

 

（三）環境的研究步驟

 

人類為了追求最佳環境，不斷地對照明、顏色、聲音、微氣候、粉塵等進行研究，使周圍的環境適于工作和生活。所謂最佳環境，是指最適宜人的各種特性，使人類能夠高效率工作和舒適生活的環境。設計和改進環境的方法與機具的研究有類似之處，可采取以下步驟：

 

1）確定目的，明確研究環境的重點因素，如照明、噪聲、微氣候等。

 

2）通過實驗和理論研究分析環境因素對人的影響，這些影響可用圖示模型和數學模型來描述。

 

3）提出多種方案，在分析評價的基礎上，確定最佳方案，有時還需進行小規模實驗。

 

4）實施環境改善方案，并不斷完善。

 

此外，組織與管理方面的研究步驟與上述幾方面也大體相似，主要包括：尋找問題，確定目的；明確各相關要素的功能；提出方案，分析、評價、選優；系統設計和改進；實施、總結和完善。以上概括的研究步驟對新系統的設計和現有系統的改進都是適用的。