人机功效学人因工程学概述.ppt

人因工程学,引例人因学的思想萌芽源远流长,鲁智深要打100斤的禅杖，铁匠却：肥了 “器物与人的体能是否相适应”,矮张飞“身高八尺”，惯使一条“丈八蛇矛”,人因学的思想萌芽源远流长,器物要和人（使用者）的各种因素相适宜，这就是人因工程学的基本思想和学术理论的简洁表述。 简单、朴素，自然、本能 “自发的思维倾向，本能的行为方式” “人的因素”：人体尺寸、体能，感知、认知、情感、精神、心理、社会,第一章 人因工程学概述,第1章 人因工程学概述,1.1 人因工程学的命名及定义 1.2 人因工程学的起源与发展 1.3 人因工程学的研究内容与应用领域 1.4 人因工程学的研究方法和步骤 1.5 人因工程学的相关学科,第一节 人因工程学的命名及定义,人因工程学(Human Factors Engineering)是研究人机环境三者之间相互关系的学科，是近几十年发展起来的一门边缘性应用学科。 1.1 命名 美国：Human Factors Engineering 或 Human Engineering 西欧：Ergonomics 日本：人間工学 我国：人机工程学、人体工程学、工程心理学、人类工效学、人类工程学、人的因素,二、定义 国际人类工效学会(IEA，International Ergonomics Association）: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因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。,第一节 人因工程学的命名及定义,(IEA)2000年：人因工程学是一门研究各种系统中人与其他元素相互作用的科学；它是一种运用理论、原则、数据和方法进行系统设计的职业，以便使系统有利于人的健康和系统的全部性能得到优化。,人因工程学定义,本学科起源于欧洲，形成于美国。人因工程学科诞生前后，经历了以下几个发展阶段。 一、对劳动工效的苛刻追求人因学的孕育 20世纪初，美国人泰勒(科学管理的创始人)进行了著名的铁铲实验和时间研究实验 ，他还对工人的操作进行了时间研究，改进操作方法，制定标准时间，在不增加劳动强度的条件下提高了工作效率。 与泰勒同一时期的吉尔布雷斯夫妇开展了动作研究，创立了通过动素分析改进操作动作的方法。,第二节 人因工程学的起源与发展,第二节 人因工程学的起源与发展,在这一时期，德国心理学家闵斯托伯格倡导将心理学应用于生产实践，其代表作是心理学与工业效率，提出了心理学对人在工作中的适应与提高效率的重要性。 20世纪初，虽然已孕育着人因工程学的思想萌芽，但人机关系总的特点是以机器为中心，通过选拔和培训使人去适应机器。由于机器进步很快，使人难以适应，因此大量存在着伤害人身心的问题。,希腊魔鬼故事,二、二战中尖锐的军械问题人因学的诞生 这一阶段处于第一次世界大战至第二次世界大战之前。第一次世界大战为工作效率研究提供了重要背景。该阶段主要研究如何减轻疲劳及人对机器的适应问题。 自1924年开始，在美国芝加哥西方电气公司的霍桑工厂进行了长达8年的“霍桑实验”，这是对人的工作效率研究中的一个重要里程碑。实验得到的结论是工作效率不仅受物理的、生理的因素影响，还发现组织因素、工作气氛和人际关系等都是不容忽视的因素。,第二节 人因工程学的起源与发展,二、二战中尖锐的军械问题人因学的诞生,由于战争的需要，首先在军事领域开始了与设计相关学科的综合研究与应用，使人适应机器转入到使机器适应人的新阶段 。,意味着现代人因学的诞生。,三、向民用的广阔领域延伸人因学的发展和成熟,人因学,人因,人因学理论至此趋于成熟。,四、反思工业文明与可持续发展：人因学的更高阶段,因,人因学,五、我国人因工程学科的发展,一、中国古籍中的卓越论述考工记,天工开物,中国最早开展工作效率研究的是心理学家。20世纪30年代，清华大学开设了工业心理学课程，1935年，陈立先生出版了“工业心理学概观”，这是我国最早系统介绍工业心理学的著作。 新中国成立后，中国科学院心理研究所和杭州大学的心理学家开展了操作合理化、技术革新、事故分析、职工培训等劳动心理学研究。 “文化大革命”使许多研究陷于停顿。70年代后期，一些研究单位和大学，成立了工效学或工程心理学研究机构。,第二节 人因工程学的起源与发展,五、我国人因工程学科的发展,1980年5月成立了中国人类工效学标准化技术委员会和中国心理学会工业心理学专业委员会。1984年国防科工委还成立了军用人机环境系统工程标准化技术委员会。 20世纪80年代末，我国已有几十所高等学校和研究单位开展了人因工程学研究和人才培养工作。许多大学在应用性学科开设了有关人因工程学方面的课程。 1989年6月29-30日在上海同济大学召开了全国性学科成立大会，定名为中国人类工效学学会。,第二节 人因工程学的起源与发展,五、我国人因工程学科的发展,人因工程学研究内容,(1)研究人的生理与心理特性; (2)研究人机系统总体设计; (3)研究人机界面设计; (4)研究工作场所设计和改善; (5)研究工作环境及其改善; (6)研究作业方法及其改善; (7)研究系统的安全性和可靠性; (8)研究组织与管理的效率.,(1)研究人的生理与心理特性。人因工程学系统地研究人体特性，如人的感知特性、信息加工能力、传递反应特性；人的工作负荷与效能、疲劳；人体尺寸、人体力量、人体活动范围；人的决策过程、影响效率和人为失误的因素等。 (2)研究人机系统总体设计。人机系统的效能取决于它的总体设计。系统设计的基本问题是人与机器之间的分工以及人与机器之间如何有效地进行信息交流等问题。,第三节 人因工程学的研究内容与应用领域,(3)研究人机界面设计。在人机系统中，人与机相互作用的过程就是利用人机界面上的显示器与控制器，实现人与机的信息交换的过程。研究人机界面的组成并使其优化匹配，产品就会在功能、质量、可靠性、造型及外观等方面得到改进和提高，也会增加产品的技术含量和附加值。 (4)研究工作场所设计和改善。工作场所设计包括工作场所总体布置、工作台或操纵台与座椅设计、工作条件设计等。,第三节 人因工程学的研究内容与应用领域,第三节 人因工程学的研究内容与应用领域,(5)研究工作环境及其改善。作业环境包括一般工作环境，如照明、颜色、噪声、振动、温度、湿度、空气粉尘和有害气体等，也包括高空、深水、地下、加速、减速、高温、低温及辐射等特殊工作环境。 (6)研究作业方法及其改善。人因工程学主要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能量消耗、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等等。,第三节 人因工程学的研究内容与应用领域,(7)研究系统的安全性和可靠性。人因工程研究人为失误的特征和规律，人的可靠性和安全性，找出导致人为失误的各种因素，以改进人机环境系统，通过主观和客观因素的相互补充和协调，克服不安全因素，搞好系统安全管理工作。 (8)研究组织与管理的效率。人因工程学要研究人的决策行为模式；研究如何改进生产或服务流程；研究组织形式与组织界面，便于员工参与管理和决策，使员工行为与组织目标相适应等。,表1-1 人因工程学的应用领域及示例,人因工程学研究方法,调查法 观测法 实验法 心理测量法 心理测验法 图示模型法,一、人因工程学研究的方法论基础 人因工程学的研究以唯物辩证法为指导，正确地制定技术路线，采取科学合理的具体研究方法，并对研究结果做出客观的科学结论。根据方法论基础及人因工程学科自身特点，在研究中要特别注意客观性和系统性。 客观性是指研究者在工作中应坚持实事求是的科学态度，根据客观事实的本来面目去揭示事物内在的规律性，不能以个人主观臆断解释客观事实。 系统性是指把研究对象放到系统中加以研究和认识。人因工程学的主要研究对象是人一机一环境系统。用系统观点研究人一机一环境系统时，必须从系统的整体出发去分析各子系统的性能及其相互关系，再通过对各部分相互作用的分析来认识系统整体。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,（一）调查法 调查法是获取有关研究对象资料的一种基本方法。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收集有关资料的方法。 （2）考察法。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。 （3）问卷法。是研究者根据研究目的编制一系列问题和项目，以问卷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。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,二、主要研究方法,（二）观测法 观测法是研究者通过观察、测定和记录自然情境下发生的现象来认识研究对象的一种方法。这种方法是在不影响事件的情况下进行的，观测者不介入研究对象的活动中，因此能避免对研究对象的影响，可以保证研究的自然性和真实性。 （三）实验法 实验法是在人为控制的条件下，排除无关因素的影响，系统地改变一定变量因素，以引起研究对象相应变化来进行因果推论和变化预测的一种研究方法。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,实验法分为两种，实验室实验和自然实验。 实验室实验是借助专门的实验设备，在对实验条件严加控制的情况下进行的。 自然实验也对实验条件进行适当控制，由于实验是在正常的情境中进行，因此，实验结果比较符合实际。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,实验中存在的变量有自变量、因变量和干扰变量三种。 自变量是研究者能够控制的变量，它是引起因变量变化的原因。 因变量应能稳定、精确地反映自变量引起的效应，具有可操作性；能充分代表研究的对象性质，具有有效性。同时尽可能要求指标客观、灵敏和定量描述。 干扰变量按其来源可分为个体差异、环境条件干扰及实验污染三个因素。,（四）心理测量法 心理测量法（也叫感觉评价法）是运用人的主观感受对系统的质量、性质等进行评价和判定的一种方法，即人对事物客观量作出主观感觉评价。 心理测量对象可分为两类，一类(A)是对产品或系统的特定质量、性质进行评价，如声压级、照明的照度及亮度、空气的干湿程度等评价；另一类(B)是对产品或系统的整体进行综合评价，如舒适性、使用性、居住性、工作性等。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,（五）心理测验法 心理测验法是以心理学中有关个体差异理论为基础，将操作者个体在某种心理测验中的成绩与常模作比较，用以分析被试心理素质特点。 测验必须满足以下两个条件:第一，必须建立常模。常模是某个标准化的样本在测验上的平均得分。第二，测验必须具备一定的信度和效度，即准确而可靠地反映所测验的心理特性。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,（六）图示模型法 图示模型法是采用图形对系统进行描述，直观地反映各要素之间的关系，从而揭示系统本质的一种方法。这种方法多用于机具、作业与环境的设计和改进，特别适合于分析人机之间的关系。 在图示模型法中，应用较多的是三要素图示模型。这是一种静态图示模型，把人和机的功能都概括为三个基本要素。人的三要素是中枢神经系统、感觉器官和运动器官；机具的三要素是机器本体、显示器和控制器。图1-1a为三要素图示模型形式；图1-1b为驾驶员汽车图示模型(宫胁)示例(P14)。此外，动态图示模型有方框图和流程图等。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,1.效度。效度是指研究结果能真实的反映所评价的内容。可从不同角度研究效度，应用比较广泛的是内部效度和外部效度。 （1）内部效度。是指研究中各变量间确实存在着一定的因果关系。 （2）外部效度。外部效度是指某一研究的结论能够在多大程度上推广和普及到其他的人和背景中去。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,三、研究方法的效度与信度,2.信度。信度指的是研究方法和研究结果的可靠性，即多次测量的结果保持一致性的程度。实际研究中通常用一致性系数法、等值性系数法、内部一致性系数法来估计信度。,（一）机具的研究步骤,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,四、人因工程学的研究步骤,1.确定目的及功能。首先确定设计和改进机具的目的，然后找出实现目的的手段，即赋予机具一定的功能。 2.人与机具的功能分配。对人和机具的能力特性进行比较，以充分发挥各自的特长。 3.模型描述。用模型对系统进行具体的描述，以揭示系统的本质。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,4.分析。对人的特性、机具的特性和系统的特性进行分析。 5.模型的实验。如果需要更详细的设计或改进数据时，可以在上述分析数据的基础上制作出机具的模型，再由人使用该机具模型，反复实验研究。 6.机具的设计与改进。最后是确定机具的最优方案，并进行具体的设计和改进。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,（二）作业的研究步骤,1.确定作业的目的和实现该目的的功能。 2.确定作业中人员和机具的功能分配。 3.用作业模型表示作业对象的顺序、数量、时间、使用的机具和材料等。作业模型主要用语言模型和图示模型。例如各种工序分析图就属于图示模型。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,4.对作业人员的特性进行计测、数据处理和分析，对作业特性进行实验研究。 5.提出各种方案，并对这些方案进行作业研究和评价，以确定最佳的作业方案。 6.对作业进行设计、改进和评价，并继续不断加以完善。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,（三）环境的研究步骤,（1）确定目的，明确研究环境的重点因素，如照明、噪声、微气候等。 （2）通过实验和理论研究分析环境因素对人的影响，这些影响可用图示模型和数学模型来描述。 （3）提出多种方案，在进行分析评价基础上，确定最佳方案，有时还需进行小规模实验。 （4）对环境进行设计、改进和评价，并不断进行完善。,第五节 人因工程学的相关学科,人体生理学、心理学、人体测量学、解剖学、生物力学、医学等，是人因工程的重要基础学科。其中心理学、人体测量学、生理学与人因工程学的关系更为密切。 医学与生理学对人因工程的作用是很明显的。许多人因工程学的问题，若要深入探究其原理与机制，就需要从人体解剖特点和人体生理过程进行分析。,一、人因工程学与人体科学的关系,第五节 人因工程学的相关学科,心理学与人因工程的研究对象、内容和方法存在着很多共通性。心理学关于人的信息加工研究的成果，可为人因工程学提供科学原理和设计参数。人的任何工作和行为都离不开心理活动。 人体测量学主要研究静态结构性人体测量尺寸数据和动态功能性人体测量数据。 生物力学主要研究人体运动及受力情况，人与机器、工具间受力关系。,第五节 人因工程学的相关学科,人因工程学的研究目的体现了本学科是人体科学和环境科学不断向工程科学渗透和交叉的产物。工程科学包括工程设计、安全工程、系统工程以及管理工程等学科。 工程设计是人因工程研究的主要目的，它与人因工程学科之间自然存在着密切的关系。例如，研究航空人因工程学问题，应具有一定的航空工程学和航空飞行的知识 。 优化设计和应用的工程学。在研究对象、方法与解决实际问题方面这两个学科有密切关系。现在人一机环境系统工程已成为系统工程学科的一个重要分支。,二、人因工程学与工程科学的关系,第五节 人因工程学的相关学科,管理工程学科是把由人、组织、设备、信息、技术等要素构成的综合系统的管理与生产(或服务)系统的优化作为研究对象。管理与生产优化是人因工程学的重要应用领域，同时人因工程学的研究也应用管理学科的知识和方法。 安全工程是研究生产(或服务)过程中事故发生的原因、分析方法、安全技术和安全管理的科学。人因工程既要应用安全工程的原理和方法，又为安全工程提供重要依据，两者关系密切。,第五节 人因工程学的相关学科,环境科学主要研究环境指标的测量、分析和评价，环境对人的生理及心理影响，恶劣环境下职业病的形成机理及控制措施，环境的设计与改善等 。人因工程中人与环境的优化是重要研究内容，上述学科的研究内容为人因工程学进行环境设计和改善，创造适宜的劳动环境和条件提供了方法和标准。 除上述学科外，人因工程学还需要社会学、统计学、信息技术、控制技术等学科的有关理论和方法。,三、人因工程与环境科学的关系,参考书,郭伏，钱省三主编. 人因工程学. 北京：机械工业出版社，2006 廖建桥主编. 人因工程. 北京：高等教育出版社，2006 丁玉兰编著. 人因工程学. 上海：上海交通大学出版社，2004 孙林岩主编. 人因工程. 北京：中国科学技术出版社，2001 Mark S. Sanders and Ernest J. McCormick. 工程和设计中的人因学（第七版）. 北京：清华大学出版社，2002,复习思考题,1.简述人因工程学的定义。 2.人因工程学的发展经历了那几个阶段？ 3.人因工程学的研究内容是什么？ 4.人因工程学有哪些研究方法？ 5.实验室实验和自然实验的特点？ 6.什么是效度？什么是信度？人因工程研究方法为什么要保证效度和信度要求？ 7.机具的研究步骤有哪些？ 8.简述人因工程学与人体科学的关系。,日常生活中的人因学问题,谢谢！,