第一章,人機(jī)工程學(xué)概論

人機(jī)工程學(xué)教師：廖敏203二月2023第一章人機(jī)工程學(xué)概論1.1人機(jī)工程學(xué)的起源和發(fā)展

1.2人機(jī)工程學(xué)定義1.5人機(jī)工程與工業(yè)設(shè)計(jì)1.3人機(jī)工程學(xué)的研究內(nèi)容與方法

1.4人機(jī)工程學(xué)體系及其應(yīng)用

303二月20231.1人機(jī)工程學(xué)的起源和發(fā)展任何事物的發(fā)展都取決于事物內(nèi)部的矛盾。著名人體工程學(xué)家伍德（JohnWood）認(rèn)為：“當(dāng)人操作和控制系統(tǒng)的能力無法達(dá)到系統(tǒng)的要求時，人們就確認(rèn)了人體工程學(xué)這門學(xué)科?！?.1.1人機(jī)工程學(xué)的起源403二月20231.1.1人機(jī)工程學(xué)的起源人機(jī)工程學(xué)的起源是由于人與物（工具）之間的關(guān)系變化。503二月2023第一時期：石器時代、青銅時代和農(nóng)耕時代

603二月2023第一時期：石器時代、青銅時代和農(nóng)耕時代

703二月2023第二時期:工業(yè)化時代電影《摩登時代》人機(jī)工程學(xué)產(chǎn)生的核心思想是“使機(jī)器適應(yīng)于人”。803二月2023第三時期:信息時代人機(jī)關(guān)系將是一種相互適應(yīng)的關(guān)系。903二月20231.1.2人機(jī)工程學(xué)簡史尚德斯（MarkS.Sanders）和麥克米克（ErnerstJ.McCormick）在《工程和設(shè)計(jì)中的人因?qū)W》一書中，將人機(jī)工程學(xué)簡史分為四個階段：早期人機(jī)工程學(xué)人機(jī)工程學(xué)的誕生人機(jī)工程學(xué)迅速發(fā)展期1980年以后的人機(jī)工程學(xué)

1003二月2023泰勒（WTaylor）——最早進(jìn)行人和機(jī)器匹配問題研究的學(xué)者

鐵鍬實(shí)驗(yàn)

《科學(xué)管理原理》

1.早期人機(jī)工程學(xué)1103二月20231.早期人機(jī)工程學(xué)吉爾伯瑞斯（FGilbreth）

時間和動作研究

手術(shù)研究1203二月20231.早期人機(jī)工程學(xué)莫斯特伯格（HMusterberg）用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行人員挑選和培訓(xùn)

1303二月20231.早期人機(jī)工程學(xué)

早期人機(jī)工程學(xué)的特點(diǎn)：機(jī)械設(shè)計(jì)的的主要著眼點(diǎn)在于力學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)等工程技術(shù)的原理設(shè)計(jì)上；在人機(jī)關(guān)系上是以選擇和培訓(xùn)操作者為主，使人適應(yīng)于機(jī)器。1403二月20232.人機(jī)工程學(xué)誕生第二次世界大戰(zhàn)影響

人的因素影響了機(jī)器性能的發(fā)揮，而繼續(xù)調(diào)動人的能力又受到了自身的心理、生理極限的限制，只要求“人適應(yīng)機(jī)器”是不夠的。因此，提出了“使機(jī)器適應(yīng)于人”的思想。1503二月20232.人機(jī)工程學(xué)誕生英國人機(jī)工程學(xué)會（ErgonomicsResearchSociety）美國人因工程學(xué)會（HumanFactorsSociety）/content/hfes國際工效學(xué)協(xié)會（InternationalErgonomicsAssociation）1603二月20233.人機(jī)工程學(xué)迅速發(fā)展期

軍事領(lǐng)域的繼續(xù)發(fā)展和太空競賽的促進(jìn)；

從軍事領(lǐng)域轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域；

面向特殊人群的產(chǎn)品設(shè)計(jì)；

受到控制論、信息論和系統(tǒng)論的影響；

出版了一批優(yōu)秀的人機(jī)工程學(xué)著作。1703二月20234.1980年以后的人機(jī)工程學(xué)

計(jì)算機(jī)科學(xué)的飛躍發(fā)展又引起了人機(jī)交互、人機(jī)界面、可用性研究、認(rèn)知科學(xué)等新的人機(jī)工程研究領(lǐng)域。

更加關(guān)注人的價值。

1803二月20235.我國人機(jī)工程學(xué)發(fā)展基礎(chǔ)工作是在工業(yè)心理學(xué)和工程心理學(xué)的領(lǐng)域內(nèi)開始的。20世紀(jì)30年代，清華大學(xué)開設(shè)了工業(yè)心理學(xué)課程?！豆I(yè)心理學(xué)概觀》（陳立，1935）是我國最早系統(tǒng)地介紹工業(yè)心理學(xué)的著作。70年代后期，人機(jī)工程學(xué)開始發(fā)展，其標(biāo)志性發(fā)展是中國科學(xué)院心理研究所、航天醫(yī)學(xué)工程研究所、空軍醫(yī)學(xué)研究所和杭州大學(xué)等分別建立了工效學(xué)或工程心理學(xué)研究機(jī)構(gòu)。1989年成立了中國人類工效學(xué)學(xué)會（ChineseErgonomicsSociety,簡稱CES）。/1903二月20231.2人機(jī)工程學(xué)的定義

1.2.1人機(jī)工程學(xué)的知識基礎(chǔ)及其科學(xué)技術(shù)性質(zhì)1.學(xué)科命名在美國：HumanEngineering（人類工程學(xué)）；或者：HumanFactorsEngineering（人的因素工程學(xué)）；西歐國家：Ergonomics（人類工效學(xué)）。Ergo——工作（work）；Nomics——規(guī)律或法則（laws）。由此，Ergonomics的基本含義是工作的規(guī)則或法則。

2003二月20231.2人機(jī)工程學(xué)的定義

1.2.1人機(jī)工程學(xué)的知識基礎(chǔ)及其科學(xué)技術(shù)性質(zhì)2.知識基礎(chǔ)及其科學(xué)技術(shù)性質(zhì)人機(jī)工程學(xué)是一門技術(shù)學(xué)科。

從縱向看，人體工程學(xué)從基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和工程技術(shù)這三個層面進(jìn)行研究。2103二月20231.2.1人機(jī)工程學(xué)的知識基礎(chǔ)及其科學(xué)技術(shù)性質(zhì)

從橫向看，人機(jī)工程學(xué)是一門交叉性的學(xué)科，涉及心理學(xué)、生理學(xué)、解剖學(xué)、生物力學(xué)和工程學(xué)等。2.知識基礎(chǔ)及其科學(xué)技術(shù)性質(zhì)2203二月2023

未來人機(jī)工程學(xué)將越來越多地研究智能機(jī)器或者智能系統(tǒng)中的人機(jī)關(guān)系問題，計(jì)算機(jī)科學(xué)與人機(jī)工程學(xué)的聯(lián)系正日趨緊密。1.2.1人機(jī)工程學(xué)的知識基礎(chǔ)及其科學(xué)技術(shù)性質(zhì)2.知識基礎(chǔ)及其科學(xué)技術(shù)性質(zhì)2303二月20231.2.2人機(jī)工程學(xué)的定義1.傳統(tǒng)人機(jī)工程學(xué)的定義人機(jī)工程學(xué)研究人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中人、機(jī)、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系，為解決系統(tǒng)中人的作業(yè)效能、安全、生理和心理健康問題提供理論和方法。2403二月20232.新的人機(jī)工程學(xué)定義2000年8月，國際工效學(xué)協(xié)會:人機(jī)工程學(xué)是研究系統(tǒng)中人與其他組成部分的交互關(guān)系的一門科學(xué)，并運(yùn)用其理論、原理、數(shù)據(jù)和方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，以優(yōu)化系統(tǒng)的工效和人的健康幸福之間的關(guān)系。2503二月20231.2.3人機(jī)工程學(xué)的基本理論模型現(xiàn)有的人機(jī)工程學(xué)理論模型主要從三個角度出發(fā)：系統(tǒng)，人機(jī)界面以及人的作業(yè)效能?！跋到y(tǒng)”即由相互作用和相互依賴的若干個組成部分相結(jié)合成的具有特定功能和目標(biāo)的有機(jī)整體。

人機(jī)工程程學(xué)的特點(diǎn)是它不是孤立地研究人、機(jī)和環(huán)境，而是從系統(tǒng)的高度，將人、機(jī)、環(huán)境看成是一個相互作用、相互依存的具有特定目標(biāo)的系統(tǒng)。系統(tǒng)的人機(jī)工程研究2603二月20231.2.3人機(jī)工程學(xué)的基本理論模型人與機(jī)交互關(guān)系的接口被定義為人機(jī)界面（interface），人機(jī)界面的形式與內(nèi)容是對人機(jī)關(guān)系的表征，是人機(jī)工程學(xué)研究的核心方面。2703二月20231.2.3人機(jī)工程學(xué)的基本理論模型人的作業(yè)效能（HumanPerformance），即人按照一定要求完成某項(xiàng)任務(wù)時所表現(xiàn)出來的效率和成績。2803二月2023案例與研究：古希臘的人機(jī)工程學(xué)研究從兩個方面說明：從文獻(xiàn)資料研究古希臘人從“使工作適應(yīng)于人”的角度，對可用性、生活條件、工作條件的改善和研究；研究古希臘的器物設(shè)計(jì)所達(dá)到的人體工程學(xué)水平。研究的重點(diǎn)是古希臘人在多大程度上了解人的特性的知識，并以人為中心設(shè)計(jì)了他們的器物和如何降低人的工作強(qiáng)度。2903二月20231.減少工作量的設(shè)計(jì)－－運(yùn)載馬車案例與研究：古希臘的人機(jī)工程學(xué)3003二月20232.保證安全的設(shè)計(jì)――剎車系統(tǒng)案例與研究：古希臘的人機(jī)工程學(xué)3103二月20232.保證安全的設(shè)計(jì)――剎車系統(tǒng)案例與研究：古希臘的人機(jī)工程學(xué)3203二月20233.工具設(shè)計(jì)案例與研究：古希臘的人機(jī)工程學(xué)3303二月20234.日常器物的人體工程設(shè)計(jì)案例與研究：古希臘的人機(jī)工程學(xué)帶把手的甕3403二月20234.日常器物的人體工程設(shè)計(jì)案例與研究：古希臘的人機(jī)工程學(xué)土罐土烤箱3503二月20234.日常器物的人體工程設(shè)計(jì)案例與研究：古希臘的人機(jī)工程學(xué)兒童喂食瓶兒童座椅3603二月20234.劇場設(shè)計(jì)案例與研究：古希臘的人機(jī)工程學(xué)古希臘劇場3703二月20231.3人機(jī)工程學(xué)的研究內(nèi)容與方法1.3.1學(xué)科的研究內(nèi)容1）人體特性的研究。2）工作場所和信息傳遞裝置的設(shè)計(jì)。3）環(huán)境控制與安全保護(hù)。4）人機(jī)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。5）人機(jī)工程學(xué)發(fā)展動向的研究。3803二月20231.3.2學(xué)科的研究方法1.觀察法和描述研究

觀察是指在某一特定時間內(nèi)或特定事件發(fā)生時，觀察“被觀察者”自然表現(xiàn)的行為和言語。系統(tǒng)的觀察技術(shù)的基本原則是：明確定義所觀察的行為類別；訓(xùn)練數(shù)據(jù)收集人員保證觀察的一致性；對行為進(jìn)行系統(tǒng)的和有代表性的抽樣。3903二月20231.3.2學(xué)科的研究方法2.實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法的基本原則是：在其他量C被妥善控制的情況下，實(shí)驗(yàn)者系統(tǒng)地改變某一變量A，然后觀察A的系統(tǒng)變化對另一個變量B的影響。變量A被稱為實(shí)驗(yàn)變量，變量B被稱為因變量，變量C被稱為控制變量。4003二月20231.3.2學(xué)科的研究方法2.實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法可以引入以下表達(dá)式來描述：

Y=f(Xi)i=1,2,……,n

其中Y是因變量，Xi是自變量。實(shí)驗(yàn)者的任務(wù)是要設(shè)法確定f()所表達(dá)的關(guān)系。當(dāng)然，并不是所有的關(guān)系都可以用數(shù)學(xué)函數(shù)來描述的，所以，f()只是廣義地表示一種關(guān)系。其中只會有幾個變量Xi選定為實(shí)驗(yàn)變量，其余為控制變量。4103二月20231.3.2學(xué)科的研究方法2.實(shí)驗(yàn)法

（1）實(shí)測法宇航員生理、心理能力測量裝置4203二月20231.3.2學(xué)科的研究方法2.實(shí)驗(yàn)法

（2）實(shí)驗(yàn)法駕駛員眼動規(guī)律實(shí)驗(yàn)裝置4303二月20231.3.2學(xué)科的研究方法2.實(shí)驗(yàn)法

（3）模擬和模型實(shí)驗(yàn)法汽車碰撞實(shí)驗(yàn)4403二月20231.3.2學(xué)科的研究方法2.實(shí)驗(yàn)法

（4）計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真法汽車碰撞實(shí)驗(yàn)4503二月20231.3.2學(xué)科的研究方法3.相關(guān)研究法（1）相關(guān)與相關(guān)分析

相關(guān)是用于兩個變量之間關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)測量度。相關(guān)分析即采用統(tǒng)計(jì)方法分析兩個變量之間的相關(guān)性。皮爾遜相關(guān)系數(shù)是廣泛運(yùn)用于人體工程學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法：其中x、y分別為兩個變量的實(shí)際測量值與其平均值之間的差。r=+1.00為完全正相關(guān)，r=-1.00為完全的負(fù)相關(guān)，r=0為無任何線性相關(guān)。4603二月20231.3.2學(xué)科的研究方法3.相關(guān)研究法（1）相關(guān)與相關(guān)分析

相關(guān)是用于兩個變量之間關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)測量度。相關(guān)分析即采用統(tǒng)計(jì)方法分析兩個變量之間的相關(guān)性。皮爾遜相關(guān)系數(shù)r=+1.00為完全正相關(guān)，r=-1.00為完全的負(fù)相關(guān)，r=0為無任何線性相關(guān)。三種相關(guān)系統(tǒng)分布圖4703二月20231.3.2學(xué)科的研究方法3.相關(guān)研究法（2）相關(guān)與因果

相關(guān)只說明變量之間存在某種聯(lián)系，不能充分說明變量之間的因果關(guān)系，這是相關(guān)研究法與實(shí)驗(yàn)法的重要不同之處。4803二月20231.3.3以人為中心的設(shè)計(jì)研究方法1.經(jīng)典研究方法（1）訪談法訪談法是通過訪問從訪問對象那里獲得信息的一種方法，即研究者通過與研究對象的交談來收集有關(guān)對方心理特征與行為的數(shù)據(jù)資料的研究方法。（2）問卷法通過書面形式、以嚴(yán)格設(shè)計(jì)的心理測量項(xiàng)目或問題，從被問對象那里獲得信息的一種方法。4903二月20231.3.3以人為中心的設(shè)計(jì)研究方法2.過程性研究方法（1）口語分析法（ProtocolAnalysis）口語分析實(shí)驗(yàn)也稱為“有聲思維”（thinkingaloud）實(shí)驗(yàn)，是一種通過分析被試的口語報(bào)告獲取被試認(rèn)知活動信息的一種方法。5003二月20231.3.3以人為中心的設(shè)計(jì)研究方法2.過程性研究方法（2）任務(wù)分析法指對人員按照系統(tǒng)規(guī)定，完成指定任務(wù)的周期中的人的作業(yè)行為分析。任務(wù)分析法的主要研究內(nèi)容包括：任務(wù)的啟動信號；作業(yè)活動；任務(wù)的技能水平、知識、人為失誤；系統(tǒng)的失效。5103二月20231.3.3以人為中心的設(shè)計(jì)研究方法2.過程性研究方法（2）任務(wù)分析法

機(jī)床報(bào)警任務(wù)分析圖5203二月20231.3.3以人為中心的設(shè)計(jì)研究方法3.創(chuàng)新性研究方法是以人為中心的設(shè)計(jì)研究中一種強(qiáng)調(diào)以發(fā)現(xiàn)問題、解決問題為目標(biāo)的方法。主要介紹三種方法：（1）工作坊（workshop）；（2）用戶參與性研究（participation）；（3）意象尺度圖法（imagescale）。5303二月2023案例與研究：客車座椅舒適性實(shí)驗(yàn)研究1.問題提出舒適性的概念是首先必須定義的核心概念。研究假設(shè)舒適“comfort”是一個連續(xù)的心理量。研究中，舒適性度量，則采用舒適性量表。2.研究思路

從生理、主觀體驗(yàn)、坐姿、效能的角度，使舒適性評價與座椅設(shè)計(jì)密切關(guān)聯(lián)。即設(shè)法使評價能夠作為改進(jìn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。5403二月2023案例與研究：客車座椅舒適性實(shí)驗(yàn)研究3.實(shí)驗(yàn)方法采用了四個測量方法來綜合測量座椅的舒適性：（1）一種基于模糊數(shù)學(xué)的5點(diǎn)量表測量方法（Multistagecomfortscale,MCS）；（2）背部人體曲線測量；（3）坐姿行為測量；（4）不同座高的人體肌電圖測量。這四種測量作為實(shí)驗(yàn)效標(biāo)來表征舒適性這個系統(tǒng)效標(biāo)。5點(diǎn)舒適性量表5503二月2023案例與研究：客車座椅舒適性實(shí)驗(yàn)研究4.實(shí)驗(yàn)被試為30個中國高校學(xué)生，年齡在18到25歲，身高按第10百分位、第50百分位和第90百分位正負(fù)20毫米分布三個身高組。

背部曲線測量示意圖

肌電圖測量示意圖5603二月2023案例與研究：客車座椅舒適性實(shí)驗(yàn)研究5.數(shù)據(jù)分析舒適性測量的總平均分為0.532，可見該測量結(jié)果說明被試基本沒有不舒適感，但并不感到很舒適?？梢曰九袛嘣撟卧O(shè)計(jì)是符合舒適性要求的。舒適性測量結(jié)果5703二月2023案例與研究：客車座椅舒適性實(shí)驗(yàn)研究5.數(shù)據(jù)分析

肌電圖測量5803二月2023案例與研究：客車座椅舒適性實(shí)驗(yàn)研究5.數(shù)據(jù)分析5903二月2023案例與研究：客車座椅舒適性實(shí)驗(yàn)研究6.研究結(jié)論客車座椅的靠背曲線設(shè)計(jì)應(yīng)按照人的放松背部曲線，但在腰部座椅靠背曲線應(yīng)與人體曲線有適當(dāng)?shù)慕痪€，以提供更大的腰部支撐。6003二月20231.4人機(jī)工程學(xué)體系及其應(yīng)用1.4.1學(xué)科的體系6103二月20231.4人機(jī)工程學(xué)體系及其應(yīng)用1.4.2學(xué)科的應(yīng)用

人機(jī)工程學(xué)在制造、農(nóng)業(yè)、建筑、交通等行業(yè)都有不同的應(yīng)用。6203二月20231.5人機(jī)工程學(xué)與工業(yè)設(shè)計(jì)1.為工業(yè)設(shè)計(jì)中考慮“人的因素”提供人體尺度參