1、 人因工程介绍1 人因工程简介因为人们在使用系统和机器的时候会出现失误，所以有了人因工程领域的存在；否则，将很难找到人因工程存在的合理性。人因工程可以简单的描述为和人的能力、缺陷等相关的人体知识。人因工程的历史可以追溯到1911年，弗雷德里克泰勒做了各式各样的研究来决定效率最高的铲子的设计。1911年，泰勒研究工作的崇拜者富兰克林吉尔伯莱斯，在泰勒研究的基础上，研究了砌砖的问题，并且发明了可以使砖瓦工在适当的水准下能随时完成他们任务的脚手架。因为这些发明使得砌砖的效率从每小时120块增加到每小时350块。 1924年，国家研究委员会（NRC）在伊利诺斯州发起了一项关于西部电力霍桑计划中考察各方
2、面人因工程的研究。到1945年，人因工程被公认为一个专门的学科，1972年美国国防部发出了一份关于人因工程的文件。这份文件包含了对制造商和承包商订购的先进设备中使用人因工程原理的需求。现在，有大量的关于人因工程的书籍，科技报告，论文被发行。这个章节展现了基本的人因工程原理在运输系统中对人的可靠性和失误的研究方面意义重大。2 人因工程的目的，基于人因工程建立的原则，人机界面很多学科和人的因素、人和机器特性相关，因此也有很多人因工程的研究目标。它们可以被简单的分成四类：类型一（基本操作）主要是与减少失误或错误，增强安全性和提高系统性能相关的研究。类型二（对可靠性和可维护性的影响）主要和增强可靠性，
3、提高可维护性，减少培训需求以及降低人力投入相关。类型三（对使用者和操作者的影响）主要是与提高使用能力和使用者更加轻松，改善工作环境，减少疲劳、身体压力、厌倦、单调的感觉，增加具有审美性的外观相关。最后，类型四（其他方面的研究）主要是指和降低生产成本，减少时间和设备的损失等方面的研究。人因工程是以一个跨学科的领域。有很多学科与之相关，一些相关的学科如：心理学、工程学、人体测量学、应用生理学、工业设计学、环境医学、操作研究学、统计学。在一般人体行为和感知能力情况下，人和机器拥有很多特性。人和机器之间一些重要的特性比较如下：人：l 人在某种程度上需要一定的动机l 人拥有感应力l 人和机器相比较反应慢
4、l 人的协调一致性比较低l 人具有很强的理解力，并且有能力在解决意想不到的困难和问题时做出所需的判断l 随着工作时间的增加和缺乏休息会使人感到疲劳。l 人很大程度上要受到诸如噪声、温度、危险品等环境因素的影响，当然人还需要空气来呼吸。l 人的记忆受到时间的限制，但是没有容量限制的问题。l 人会因为包括疾病、罢工、培训、个人原因等各方面的因素而不能上班。机器：l 机器不需要动机l 机器没什么感应力，但拥有很好的推算演绎能力l 机器对外部信号拥有迅速的反应能力l 机器是很忠实可靠的，除非发生故障或者损坏l 机器不会疲劳，但是需要定期的维护保养l 机器不容易受到环境的影响，并且更容易满足在恶劣环境下
5、使用的条件l 机器的记忆完全不受时间的影响l 机器受到故障的限制3 一般的人体行为和人的感知能力以往的经验表明人的行为在工程体系的顺利进行中扮演着重要的角色，因此，在设计阶段的典型例子是很重要的。我们注意到在下列所列举的特定条件下使用智能机器（机器人）比使用普通的机器更加合适。l 人的行为一定要考虑人细心的极限程度。下面是我们列举的这方面的行为。l 人通常很不情愿承认自己的错误l 人经常会忽略或者误读说明和标签l 很多人不能重新检查操作者所犯的准确错误l 通常人在想事情的时候不能执行其他任务l 人很难对间隙、距离、和速度做出很好的估计l 很大一部分人在完成冒险的错做或是危险地项目时都会出现很长
6、一段时间的骄傲情绪l 人经常首先用手来进行测试和探究l 人很容易对不熟悉的事情感到困惑、烦恼l 通常，人会认为生产项目是安全的l 人倾向于担心这个担心那个l 人们会期望电能转化成向上的、能够到达目的地的、开启动力的能量人有很多感觉系统：听觉、嗅觉、触觉、视觉、味觉、还有很多特定的感觉系统，能够感觉温度、震动、旋转、压力、位置、加速、直线位置。此外感觉结果超过大范围一分钟的偏差都会被认为存在几个小时。四大人体感觉系统的相互关系分别如下描述： 震动感觉触觉感觉的能力视觉嗅觉视觉系统视觉是有特定波长的电磁波辐射激发的，经常见的是可见光的电磁波光谱。有一部分光谱是眼睛可看见的，显示为光亮，就像人们从不
7、同角度看到不同的效果一样。人对颜色的感知能力会随着观察视角的增加而降低。在设计阶段需要特别注意的因素如下：l 在黑暗中颜色的区别很小l 在白天（光亮条件下）人的眼睛通常可以看见波长在5500埃左右的绿光到黄光波段l 作为警示目标的光源应尽可能的接近红光l 在任何可能的情况下，使用红光过滤器，可以得到波长优于6500埃的波长l 不要过分相信危险作业中由疲劳的人执行的颜色信号l 选择颜色时不要因为颜色比较淡酒忽视或弄混乱触觉系统这是一个非常重要的可以帮助减轻视觉和听觉向大脑传输信息的负荷的感觉系统。一个很重要的例子就是人可以通过触摸来判断控制手柄的形状。不过，几个世纪以来，在很多手工艺行业，通常触
8、觉获得的信息被用来检验表面粗糙度和表面缺陷。用来探测表面缺陷的方法已经得到了改进，不再直接用手来触摸表面而是隔着一层薄薄的布料或纸张来实现。震动感觉系统震动会降低人的精神状态，影响人的正常操作。其实震动的频次的高低会导致疲劳、头痛、疲乏、情绪疾病、阅读能力的退化。一些方法可以降低震动和情绪的影响，如下所示：l 在执行必须维护时，去除波幅大于0.08m和操作时需要辨别数字和字母的操作l 减少垂直震动，因为这对坐着的人影响很大l 通过安装弹簧、减震器、增加橡皮垫来减少震动l 避免任何垂直坐姿设计，着可能导致产生每秒钟3-4个周期的震动，因为长时间的垂直坐姿会在坐的位置上产生在3-4周期每秒钟的共振
9、效应听觉系统噪音通常指不规律的声音，人们对噪音的反应包括：疲劳、烦躁和其它不太好的情绪。长时间暴露在过度噪音可能会导致失去听觉，降低工作效率，对需要高度协调和精力高度集中的工作产生不良影响。噪声低于90分贝对人是安全的，高于90分贝对人是危险的。噪音高于130分贝是很难受的，可能会引起刺痛感。另外，噪音也可能由操作者和维修者的口头交流引起，这也可能损坏他们的听力。4 人因工程中有用的公式过去的很多年中研究者们亦应发明了很多数学公式来估计和人相关因素的信息。这些公式在研究人在传输系统中的可靠性和错误分析方面与重要的作用。公式一：休息时间估计一些估计性的公式是用来估计，在工作中一些其他需求的（计划
10、性的和非计划性的）。这些其他因素的估算（rest total ,TR）可以表示如下： TAWT(ACE-LEE)TR= (ACE-)注释：1) TAWT是用分钟来表示的估计的总工作时间，它的值大约等于安静水平下1.5千卡/分钟2) ACE代表每工作一分钟消耗的热量（能量，千卡数）3) LEE表示按照标准每分钟消耗千卡数的平均值例如：假设一个运输系统操作工执行一项任务需要150分钟，他/她的平均能量支出为6千卡/分钟，计算可得需要休息的时间，如果LEE=5千卡/分钟，已知的数据代入上述公式可以得到：150(6-5)TR= (6-1.5) =33.3(分钟)也就是说需要休息的时间为33.3分钟。公
11、式2：汽车安全的最高超速估计汽车安全最高速度的估计是基于交通通畅的公路的，最高时速可比表示如下：HW-CW-2Dm-(CL)*(MA)MSS= (MA)*(DRT)注释：1) MSS最高安全速度2) HW是公路宽度3) CW是汽车宽度4) Dm是汽车距离路边的最小安全距离5) CL是汽车长度 6) MA是汽车行驶时偏离实际线路的角度7) DRT是司机的反应时间公式三：巡检性能估计巡检的好坏是用他们的巡检任务来衡量的，巡检性能估算如下表示：TITIP= (NPI-NIE)注释：IP是巡检员每分钟执行正确巡检的次数TIT是总的反应时间NPI巡检种类的数目NEI是错误巡检的数目公式四：特征高度估计特
12、定高度的估计主要是通过观察距离、阅读的准确性、观察条件等因素的计算来确定的，计算方法如下： CH=(0.0022)(VD)+CF1+CF2注释：1) CH是以英寸为单位的特定高度2) VD是以英寸为单位的观察距离3) CF2是临界值修正系数，比较重要的项目它的值推荐使用0.075，其他情况下取值为0.4) CF2是照明和观测条件下的修正系数，不同的条件有不同的取值，0.26（一英寸高度的蜡烛，不适宜阅读），0.06(高于一英寸的蜡烛适宜阅读 )，0.16（高于一英寸的蜡烛不适合阅读），0.16(低于一英寸的蜡烛适合阅读)例如：假设距离仪表盘的观察距离大约是40英寸，在CF1、CF2分别是0.2
13、6和0.075的情况下，计算仪表盘的合理高度，代入上面所给的公式我们可以得到：CH=（0.0022）（40）+0.26+0.075=0.423（英寸）所以合理的高度应该是0.423英寸。公式五：亮度对比公式亮度对比估计可如下表示：(LB-LD)*(100)BC= LB注释：1) BC是亮度对比2) LB两处光源亮度的比较3) LD两处黑暗区域的亮度比较例如：假设一种纸张有90%的反射率，在这种纸张上的字迹的反射率是10%的情况下，计算亮度对比值。同样代入上面的公式，我们可以得到：(90-10)*(100)BC= 90这样我们就可以得到亮度对比值为88.88%。公式六：闪耀常量的估计可以描述如下
14、：(SA)0.8(SL)1.6GC= (LGB)(AN)2注释：1) GC是闪耀常量2) SA是观察物体和视线的夹角3) SL是光源的亮度4) LGB是一般背景亮度5) AN是光源距离和观察距离的夹角通常GC=35是可以接受的闪耀程度，GC=150意味着是不舒服的闪耀界限。5 在系统设计中运用人因工程以及它们的优点在设计阶段考虑人因工程因素是非常必要的，对生产和系统的适应性有积极地影响，在设计阶段一个很重要的目标就是设计一种以使人在操作时效率很高的方式。更加明确，系统应该拥有对人很好的适应性，而不用考虑人的精神极限和身体的疲劳和危害。从新建立阶段系统设计阶段可以分成几个部分，关系如下： 阶段概
15、念阶段从新设计阶段详细设计阶段和专业人员相关的设计计划要根据详细的不同阶段来考虑人因工程因素，在概念设计阶段，和专业人士相关的设计必须系统的定义：它的任务、操作要求、对重大事件的功能要求等项目。类似地，在概念设计阶段和专业人员相关的设计必须包含：操作者、使用者、维修者的初步任务描述；初步定义人员配置、维修需求；分析、定义最有效地设计方法来完成硬件功能的配置。在初步设计阶段，和专业人士相关的设计必须考虑：操作机模型、模拟仿真学习、时线、联系分析、观察分析之前的不同阶段等项目。最后，在详细设计阶段，和专业人员相关的设计要考虑：评估所有关键的人机模型，对所有的人机界面进行分析，制作函数图解的图表。在
16、设计系统时考虑人因工程因素有很多的优点。一些因素对减少潜在的人为错误、增加生产率、降低系统学习和维修难度、减少事故和伤害的发生、减少机器窝工时间、降低操作者的疲劳、提高用户可接受性、减少人员的选择和培训费用和增加系统安全性都很有用。6 人因工程数据收集来源，文件数据，选择性数据在工程设计中，经常会用到很多人因工程数据，包括：人体的重量和尺寸、不同工作的能量消耗、人的错误率、单位时间允许暴露的噪音大小等。这类数据还可以以其他形式存在：设计标准、数学公式和表达式、专家的判断、经验和一般的意识、定量的数据表格等尽管如此，收集和人因工程相关的六个数据来源如下所示：l 已经发行的文献。包括报刊杂志、会议
17、记录、科技报告和书籍l 已经发行的标准。这些文件包括社团协会的发行刊物，政府机构的文件l 之前的经验。这些数据时通过过去忽略的一些小的细节中收集的l 测试报告。这些是根据对人造的物体或货物的测试获得的l 用户经验报告。这些都是从用户的操作和操作环境中反映出来的数据l 产品发展阶段。这是一个对获得各种人因工程数据非常有的收集来源7 系统设计时，有用的人因工程指导过去的几年中，和各种各样人因工程数据相关的非常好的文件已经出现，下面是列出的其中十本：u Woodson, W.E., Human Factors Design Handbook, McGraw Hill Book Company, Ne
18、w York, 1972u White, R.M., The Anthropometry of United States Army Men and Women: 19461977, Human Factors, Vol. 21, 1979, pp. 473482.Chapanis, A., Human Factors in Systems Engineering, John Wiley and Sons, New York, 1996.u Dhillon, B.S., Human Reliability with Human Factors, Pergamon Press, Inc., Ne
19、w York, 1986.u Parker, J.F., West, V.R., Bioastronautics Data Book, Report No. NASA-SP3006, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 1985.u Salvendy, G., Editor, Handbook of Human Factors, John Wiley and Sons, New York, 1987. Anthropometry for Designers, Anthropometric Source Book 1, Repor
20、t No. 1024, National Aeronautics and Space Administration, Houston, Texas, 1978. u Meister, D., Sullivan, D., Guide to Human Engineering Design for Visual Displays, Report No. AD693237, 1969. Available from the National Technical Information Service, Springfield, Virginia, USA. u Phillips, C.A., Hum
21、an Factors Engineering, John Wiley and Sons, New York, 2000. u Van Cott, H.P., Kindade, R.G., Editors, Human Engineering Guide to Equipment Design, John Wiley and Sons, New York, 1972.正如前面提到的，有很多发行的刊物可以提供关于人因工程的数据。下面的表格简单的总结了这些数据，该数据表依据美国成年人的人体尺寸制得。数据描述第95百分位数（单位：英寸）第5百分位数（单位：英寸）女性男性女性男性体重199（磅）217（
22、磅）104（磅）126（磅）标准身高67.172.85963.6坐姿高度35.53830.933.2坐姿宽度17.115.912.312.2l 在系统和生产周期设计时准备一张人因工程因素的清单l 从人因工程方面回顾系统设计的目标l 获得所有合适的人因工程文献l 用恰当的模型测试用户硬件界面的影响因素l 当参考文献不能提供满意的信息用来决策时，做一些合适的实验来获得l 重新细心检验最后的产品结果中关于人因工程的实施l 恰当的运用专有的人因工程因素l 在批准系统设计交给客户之前首先进行合适领域的测试1. 8 问题1， 关于人因工程的历史写一篇论文2， 讨论人因工程的目的3， 比较至少六组人机特性4
23、， 列举至少十种人体行为5， 讨论以下与人的感官有关的能力 视觉 触觉 嗅觉6， 假设一种纸张的反射率是85%，纸张上的字迹反射率是8%，计算亮度对比值。7， 在系统设计阶段考虑人因工程的好处是什么？8， 列举至少七种系统设计的人因工程因素参考文献： 1 .Chapanis, A., Man-Machine Engineering, Wadsworth Publishing Company, Belmont, California, 1965. 2 .Gilbreth, F.B., Bricklaying System, Published by Mryon C. Clark, New Yor
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26、8 .Woodson, W.E., Human Factors Design Handbook, McGraw Hill Book Company, New York, 1981. 9 .Dhillon, B.S., Human Reliability with Human Factors, Pergamon Press, Inc., New York, 1986. 10 .Lederman, S., Heightening Tactile Impression of Surface Texture, in Active Touch, edited by G. Gordon, Pergamon
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