人体工程学1

人体工程学1

人机工程学

生物动力学工程学解剖学心理学生理学

系统工程

第一章 . 人机工程学概论

1. 人机工程的起源和历史

1. 1. 人机工程的起源——人机关系和人机矛盾的演变和发展的三个历史时期

人机工程学的发展首先是由于人和“人造物”之间的矛盾。著名人体工程学家伍德（John Wood ）认为：“当人操作和控制系统的能力无法达到系统的要求时，人们就确认了人体工程学这门学科。”

第一时期——石器时代、青铜时代和农耕时代

人们使用的工具均属手工工具，人的劳动属手工劳动。因此，人机关系是一种所谓“柔性”的关系，即工具对于使用者而言是一种“器物”，工具对于人没有很大的“约束力”，工具是个体意义的工具或者说“我的工具”。因此，在人机关系中人占主导地位。

第二时期——工业化时代

工业化使“器物”的工具演变为具有动力和计算能力的机器，形成了社会化的大工业生产方式和组织方式。人与机器的关系演变为“刚性”的关系，人机关系中人不再处于主导地位。机器对于人具有强大的“约束力”，人的工作效率和生活素质取决于甚至是依附于机器。

第三时期——信息时代

这将是人机关系的一次重大演变。如果机器的智能水平达到了一定程度的“自主性”，可以设想人机关系将是一种相互适应的关系，或者说一种“弹性”的人机关系。人机交互是未来人体工程学发展的核心点。

1. 2.人机工程学简史——四个阶段 早期人机工程学

以19世纪80年代和90年代初的工业化运动为起点。 代表人物： 泰勒（W Taylor) ——最早进行人和机器匹配问题研究的学者；

吉尔伯瑞斯（F Gilbreth ）——时间和动作研究：手术研究；

莫斯特伯格（H Musterberg) ——用实验方法进行人员挑选和培训。 理论思想：泰勒，《科学管理原理》：铁锹实验 p6“人的本性是懒惰和低效”。使机器的运动与人的作业、工作组织形式之间建立最佳的匹配关系，降低人的无效活动；注重“测量”的概念。

人机工程学诞生

人机工程学的诞生于1945年到1960年期间。第二次世界大战影响：人的心理和生理极限影响了机器性能的发挥。1949年英国人机工程学会（Ergonomics Research Society ）成立 1955年美国人因工程学会（Human Factors Society ）成立 1959年国际工效学协会（International Ergonomics Association ）成立

人机工程学迅速发展期 军事领域的继续发展和太空竞赛的促进——登月 从军事领域转向民用领域，研究特殊人群：妇女、老人、儿童、残疾人 受到控制论、信息论和系统论的影响 出版了一批优秀的人机工程学著作1980年以后的人机工程学

计算机科学的飞跃发展，引起了人机交互、人机界面、可用性研究、认知科学等新的人机工程研究领域。 更加关注人的价值。（环境的价值应考虑在内。）

2. 人机工程学的定义

2. 1. 知识基础及其科学技术性质 人机工程学是一门技术学科。从纵向看，人体工程学从基础科学、

技术科学和工程技术这三个层面进行研究。从横向看，人机工程

人 机 工 程关注焦点 目标 研究方法

人与物 人的效率 试验和统计

人的价值 分析

感性体验舒适效率安全

天人合一 先秦哲学 人本主义 西方心理学

平民化设计 政治思想 人机工程学 独立学科

高情感设计 非物质社会 学是一门交叉性的学科，涉及心理学、生理学、解剖学、生物力学和工程学等。

未来人机工程学将越来越多地研究智能机器或者智能系统中的人机关系问题，计算机科学与人机工程学的联系正日趋紧密。 2. 2. 定义

人机工程学关注焦点、目标、研究方法

传统定义

人机工程学研究人—机—环境系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解决系统中人的作业效能、安全、生理和心理健康问题提供理论和方法。 新的定义

人机工程学是研究系统中人与其他组成部分的交互关系的一门科学，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的工效和人的健康幸福之间的关系。 2. 3. 基本理论模型

从系统优化的角度看人体工程学研究的四个层次

人机工程学理论模型主要从三个角度出发：系统，人机界面以及人的作业效能。

“系统”是人体工程学最重要的概念和思想。从系

统优化的角度看，人体工程学研究可以分为安全、

效率、舒适和审美四个层次。

人与机交互关系的接口被定义为人机界面（interface ），人机界面的形式与内容是对人机关系的表征，是人体工程学研究的核心方面。

人的作业效能（Human Performance ），即人按照一定要求完成某项任务时所表现出来的效率和成绩。

2. 4. 人机界面研究的3个层次

感性层次 意 形 色 感觉 人机界面 认知层次 意 心 心 理解 物理层次 意 尺 力 姿 动 视 操作 物理层的界面（对的） 人操作活动的界面；偏重于人的心理与生理特性的研究：把手、按键的大小，显示的认读性；（物的尺寸、表面作用于人的感觉的属性） 认知层的界面（对的）

人与物理界面接触时所隐含的认知与信息处理过程；偏重于人在认知过程中的心理特征的研究：心理模型和用户模型的研究与建立；（人的操作和使用方式对物的属性的影响） 感性层的界面（好的） 人对物产生的感觉和感性的形式；偏重于基于人的情感活动的心理特征的研究：汽车的驾驶感和操作感，它是人机系统设计的最高境界。（人的情感、个性等的对物的属性的影响） 3. 人机工程学与设计

人性化设计思想与人体工程学

人机工程学与设计研究的关注点都是人与物的关系。 人们总以为设计有三维，美学、技术和经济，然而更重

要的是第四维：人性。（自然是第五维）天人合一——人对自然敬畏，中国人的“话语”。人本主义、平民化设计等——人在自然之上，或者自然不在视野之内，西方人

的“话语”。发明小儿麻痹症疫苗的美国科学家琼· 沙

理 论事 实

假 设

进一步的事实归纳验证

演绎尔克（Jonas Edward Salk ）“如果昆虫在地球上消失不见，五十年内，地球上的生命都会结束；但是，如果人类在地球上消失不见，五十年内，地球上所有生命都会欣欣向荣。” 天才能力的运用需谨慎！

3. 1. 以用户为中心的设计（UCD ）

首先在人－计算机界面的人机工学中提出。以用户为中心的设计思想非常简单：在开发产品的每一个步骤中，都要把用户列入考虑范围。

以用户为中心的设计可以被描述为一个多阶段的问题处理流程，这一流程不仅要求设计师分析和预测用户可能如何使用软件，而且要在真实的使用环境下通过对实际用户的测试来验证自己的假设。这样的测试十分有必要，因为对于交互设计师来说，直观的理解初次使用软件用户的体验，是一件非常困难的事情。

和其他设计理念的主要区别在于，以用户为中心的设计理念尝试围绕用户如何能够完成工作、希望工作和需要工作来优化用户交互界面，而不是强迫用户改变他们的使用习惯来适应软件开发者的想法。

3. 2. 以人为中心的设计（HCD ）（people －based design ） 与前者相比较，两者虽只差一个字，却反映出更加人性化的设计理念。 用户是一种使用、操作和完成任务的概念，“人”的概念比“用户”的概念 更强调人的全面需求、人的价值。

以认为中心的设计是在以用户为中心的设计基础上提出来的，以认为中心的设计提出了将文脉、文化纳入设计研究的范围。 3. 3. 可用性

可用性（Usability ）

可用性是关于人机互动关系的，是一个以用户为中心的设计理念。对日用品设计而言，是通过用户的试用来“测量”其可用性的；一个信息系统的可用性是无法直接测量的，只能借助人机交互和认知心理等人机工学方法来完成。 可用性的五大属性为: 效率(Efficiency)、学习(Learnability)、记忆(Memorability)、错误(Errors)及满意程度(Satisfaction)。

第二章 . 人机工程学的研究方法

1. 科学的研究方法 1. 1. 科学的研究方法

科学研究的一般过程：运用归纳法，从各种特殊现象中总结出一般性理论；同时，通过演绎法，从中得出

相关假设，并在实验中验证或通过实验支持理论。

人机工程学与其它研究人的科学所不同的是，它研究的是“系统中的人”。将人放到人—机—环境这样一个系统中来研究，从而建立解决人与物之间的矛盾的理论和方法。 人机工程学在解决系统中人的问题上，主要有两条途径： 第一，使机器和环境适应于人； (残疾人通道、老年人手机)

第二，通过最佳的训练，使人适应于机器以及环境。(各类交通工具的驾驶员） 人机工程学大量地采用或沿用了心理学的研究方法，接受实证主义的科学研究模型——依据事实/现象提出理论，根据理论逻辑推断假设。假设要用纯粹的实验研究来检验。科学研究是一个整体循环，是一个不断从事实到进一步的事实的过程。

一般认为，心理学的理论，如果达到了预期的结果，就是为理论提供了支持，而不是理论被证实。一个理论受到的支持越多越被接受。 1. 2. 科学研究的层次

科学研究的基本目标在于收集经验性证据以支持或挑战某一种理论观点。

由于研究的问题和研究目的不同，进行科学研究主要有三个层次：描述、解释和预测。为了描述、解释和预测对象，就需要建立系统的理论。

理论可以定义为一组相互联系的概念和命题，它通过变量之间的关系的系统，来描述、解释和预测各种现象。

描述：就研究对象的现状做出描述和说明。（甲、乙两车的内饰描述。）

解释：解释研究对象的活动过程和特点。比描述做更进一步的研究。（为什么甲车的内空间感乙车的更大？）

预测（科学在现实生活中的作用）给出某些条件或参数，预测对象可能发生的变化或者对象各要素之间的“关系”，或者说两个事实之间的关系。（建筑的结构计算）

1. 3. 人机工学研究方法的基本原则

人机工程学的研究主要采用或者沿用实验心理学方法和实验生理学方法，以及所谓心理生理学（Psychophysiology）方法。心理生理学方法，简单地讲，即一种使用电测量方法（如多导生理仪），通过生理变化（如血压、心率）的测量指标来表征心理状态的方法。

人机工程学研究强调七个方面的内容：

（1）课题来源：

人机工程研究的课题来源主要有两种：理论研究和技术研究，

理论研究从理论假说中推演出某个假设，并需要用实验来验证其是否符合实际；

技术研究是实际技术运用中存在的问题需要用实验来解决。

技术研究包括：产品设计（Product design）、工作设计（Job

design）、设备设计（Equipment design）。

(2)定义问题

人机工程学研究的问题主要是关于“系统中的人”，即人的速度、