《人机工程学》张建雄，李世春主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《人机工程学》

【作　者】张建雄，李世春主编

【页 数】 173

【出版社】 成都：电子科技大学出版社 , 2019.03

【ISBN号】978-7-5647-6773-0

【价 格】42.00

【分 类】工效学

【参考文献】 张建雄，李世春主编. 人机工程学. 成都：电子科技大学出版社, 2019.03.

图书目录：

《人机工程学》内容提要：

其内容包括人机工程学概论、人体的测量与数据应用、人体感知与信息处理、作业环境设计。写作上既能体现传统教育的宝贵经验，又能对当代艺术发展中的新问题为学生提供富有价值的理论引导；注重对教学方法、教学理念的研究，力求建构完善的学科教育体系。结构合理，内容丰富，不仅可以作为高校工业设计和产品设计专业的教材使用，而且可供其他相关专业及广大从事工业产品设计的人员阅读参考。

《人机工程学》内容试读

第一章人机工程学概论

第一节人机工程学及其产生与发展

人机工程学是一门运用系统科学理论和方法，正确处理人一机一环境之间的关系，研究人一机一环境系统最优组合的工程技术科学。人机工程学既是一种设计思想和理论，又是

一种有效的系统综合设计和评价技术。对于后者，面向工程应用的研究已经成为工业领域普遍关注的问题。随着科学技术的发展和生产力的提高，人们对工作、生活和休息质量的要求不断提高，人机工程学的研究和应用范围不断扩大，如航空航天、国防、机械工业、交通运输、建筑、办公和日常生活等领域，都需要人机工程学理论和方法。人机工程学已成为推动社会进步和科学发展的新的技术动力。

一、人机工程学基本概念

人机工程学(Man-Machine Engineering),又称为人类工效学(Ergonomics)、人类工程学(Human Engineering)、工程心理学(Engineering Psychology)等。人机工程学是多门传统学科综合的交叉学科，所研究的内容十分丰富，应用的领域极其广泛；又因为它是一门新兴学科，因而对其所下的定义有多种，而且随着该学科的发展，其定义也在不断变化。目前，比较全面、明确的定义有以下两个。

2000年8月，国际人机工程学学会(IEA,International Ergonomics Association)所下的定义是：人机工程学是研究人与系统中其他因素之间的相互作用，以及应用相关理论、原理数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的学科。人机工程学专家旨在设计和优化任务、作业、产品、环境和系统，使之满足人们的需要、能力和限度。该定义强调将人类的需求和能力置于设计技术体系的核心位置，为产品、系统和环境的设计提供与人类相关的科学数据，追求实现人类和技术两者完美和谐融合的目标。

我国对人机工程学下的定义是：人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是以人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科作为研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。用以设计使操纵者能发挥最大效能的机器、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。

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人机工程学

人机工程学中所研究的“机”或“机器”是广义的，泛指一切人造器物：大到航天飞机、万吨轮船、机械设备；小到钳子、钢笔、茶杯，还包括室内外人工建筑、环境及其中的设施；等等。

人机工程学有多个不同的名称，这是其学科在形成过程中，各国学者从不同的角度给定的，沿用至今，未曾统一。这些不同名称出现之初，也许还多少反映了研究侧重点或研究方法上存在着一些差异，但经历数十年的发展和国际的学术交流以后，不同名称所对应的内涵和外延的差异已经很小。

二、人机工程学的产生与发展

(一)人机工程学的产生

人机工程学学科的形成可追溯到人类的早期活动，它的产生与发展经历了较长的时期。石器时代，人类用石头制作劳动工具和生活用品；爱迪生时代，人类发明了电话和留声机：今天，由于自动化技术和计算机技术的发展，自动化生产线、自动化工厂、自动售货机以及全自动家用电器等产品应运而生。但是人类并不满足于此，又会产生新的欲望，并且坚持不懈地追求下去。正是由于这种忘我的追求，导致我们不知不觉地进入从未经历的境界，致使我们在进行机器设计时，强调了技术性能的设计，忽视了人自身这个主要因素，使人机器的设计者和使用者一与机器之间的关系不协调，从而造成效率低下、可靠性和安全性差、环境污染等严重后果。

人机工程学的萌芽就是在这种背景下产生的。人类希望通过对这门学科的研究，来提高机器、工具及其生产系统的质量，提高工作效率，享受更为舒适的生活。这里所说的质量，不但包括性能（精度、效率、可靠性等）和经济性，而且还包括产品的操作使用是否简便，维护和修理是否方便，加工制造是否容易，外形是否令人喜爱，工作是否安全可靠，社会效益是否明显等因素。要使产品达到这么高的要求，对人机工程学的研究是必不可少的。

(二)人机工程学的发展

从总体上看，人机工程学的研究和发展大致可划分为三个阶段。

1.经验人机工程学

经验人机工程学研究重点是“人如何适应机器”。其中比较典型的是“铁锨作业试验研究”。1898年，美国学者F·W.泰勒(F.W.Taylor)对铁锨的使用效率进行研究。他用形状相同而铲量不同的4种铁锨（每次可铲物料重量分别为6磅、10磅、17磅和30磅，1磅=0.4536kg),分别去铲同样一堆物料。试验结果，用10磅铲量的铁锨作业效率最高。进一步他又研究了怎样操作、怎样组织操作才能省力高效，并于1903年发表了论文《论工厂管理》，开创了人机工程学研究的先河。此后，吉尔布雷斯夫妇(Frank and Lillian Gilbreth)将建筑工人砌砖动作的全过程用高速摄影机拍摄下来，然后对其中的有效动作和无效动作进行分析研究，提出砌砖动作的合理方案，从而使工人的砌砖速度提高近3倍。两位学者的试验研究

第一章导论

成果为人机工程学学科的创立奠定了基础。

经验人机工程学一直延续到第二次世界大战之前，当时，人们所从事的劳动在复杂程度和负荷量上都有了很大变化，因而改革工具、改善劳动条件和提高劳动效率成为最迫切的问题，从而促使研究者对经验人机工程学所面临的问题进行科学的研究，推动经验人机工程学进入科学人机工程学阶段。

2.科学人机工程学

科学人机工程学研究重点是“机器如何适应人”。科学技术的发展，使机器的工作能力越来越强、结构越来越复杂，人与机器的信息交换量也越来越多。尤其是第二次世界大战期间，由于战争的需要，武器装备愈趋复杂（如美国制造的轰炸机上各种仪表和操纵装置多达100多个)，单靠人去适应机器已很难达到目的，不但影响武器效能的发挥，还经常发生事故。据统计，第二次世界大战中美国飞机事故的90%是由于人机工程学方面的原因造成的。因此，在加强操作技能和适应性训练的同时，又让生理学家、心理学家和人体解剖学家为机器设计提供适合操作人员生理、心理特征的设计参数，这样就相继出现了“实验心理学”“人体测量学”等学科。1957年，美国人E·J.姆科康米克(E.J.McCormick)出版了第一部人机工程学的专著Ergonomics,标志着这一学科进入了较为成熟的阶段。

科学人机工程学一直延续到20世纪50年代末。在其发展的后半阶段，由于战争的结束，本学科的综合研究与应用逐渐从军事领域向非军事领域发展，并逐步应用军事领域中的研究成果来解决工业与工程设计中的问题，如飞机、汽车、机械设备、建筑设施以及生活用品等。人们还提出在设计工业机械设备时也应集中运用工程技术人员、医学家、心理学家等相关学科专家的共同智慧，因此，在这一发展阶段中，本学科的研究课题已超出了心理学的研究范畴，许多生理学家、工程技术专家也投身到该学科中来开展研究工作，从而使本学科的名称也有所变化，故有人称其为“工程心理学”。

3.现代人机工程学

现代人机工程学即现在人们所说的人机工程学，其研究特点是把人一机一环境系统作为一个统一的整体来研究。20世纪五六十年代以来，科学技术的飞速发展，电子计算机应用的普及，工程系统的日趋复杂及其自动化程度的不断提高，宇航事业的空前进步，系统论、信息论、控制论这“三论”相继建立与发展，不仅为人机工程学注入了新的研究理论、方法和手段，而且也为人机工程学提出了一系列新的研究课题，如核电站等重要工程系统的可靠性问题、计算机的人机界面设计问题、宇航系统的设计和试验问题等等，从而拓宽了人机工程学的研究和应用范围，促使人机工程学进入了系统的研究阶段，促进了人机工程学的发展和

进步。前述IEA关于人机工程学的早期定义，就是在这一时期提出的。与人机工程学建立

之初强调“机器设计必须适合人的因素”不同，EA的定义阐明的观念是人机（以及环境）系统

的优化，人与机器应该互相适应，人机之间应该合理分工。人机工程学的理论至此趋于成熟。

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人机工程学

人机工程学的发展和演变，今后会继续下去，近期内在以下几个方面可能形成热点：永久太空站的生活和环境、弱势群体（残疾人、老年人）的医疗和便利设施、海陆空交通安全保障、生理与心理保健产品与设施等等。数字技术、信息技术、基因技术急剧改变着人类的文明进程，可能带给人类空前的利益，同时也可能潜伏着更多危及人类身心健康的负面影响。人机工程学以提高人类的生活质量为研究目的，今后无疑将任重而道远

(三)我国入机工程学研究情况

在我国，人机工程学研究起步较晚，大约于20世纪60年代开始在军事领域尖端技术中进行，并侧重于生命保障系统，而普及于一般工业部门和民用领域的研究应用开始于20世纪80年代初。如机械工业系统的工效学学会成立于1980年，冶金工业系统中的人机学会成立于1985年，中国工业设计协会下属的人机工程学专业委员会也于1985年建立，中国系统工程学会下的“人一机一环境系统工程专业委员会”则成立于1993年。

我国人机工程学研究起步虽然较晚，但发展进步非常快。到目前，有许多高等院校开办了此专业和设置了课程，一些科研机构和企业也建立了人机工程学实验室或研究所，人机工程学硕士、博士也相继走上了工作岗位。人机工程学已应用于许多部门，如铁路、汽车运输、工程机械、机床设计、航天航空等领域，并已取得了不少应用成果

第二节人机工程学的研究内容与方法

一、人机工程学的研究内容

人机工程学是一门涉及诸多方面的边缘学科。因此，它的研究内容相当广泛，不同的系统和业务部门所研究的侧重点也不尽相同，但它始终是以人一机一环境作为研究的基本对象，通过揭示人、机、环境之间相互关系的规律，以达到确保人一机一环境系统总体性能的最优化。这里的“人”是指作为主体工作的人；“机”是人所控制的一切对象的总称；“环境”是指人、机器共处的特殊条件，它既包括物理、化学因素的效应，也包括社会因素的影响。“人”“机”“环境”是人一机一环境系统的三大要素。通过这三大要素之间的物质、能量和信息传递、加工与控制等作用，组成一个复杂的系统。很显然，对任何一个系统来讲，系统的总体性能不仅取决于各组成要素的单独性能，更重要的是取决于系统中各要素的关联形式，即物质、能量、信息的传递，加工和控制的方式。人机工程设计就是从“系统”的总体出发，一方面既要研究人、机、环境各要素本身的性能，另一方面又要研究这三大要素之间的相互关系、相互作用、相互影响以及它们之间的协调方式，运用系统工程的方法找出最优组合方案，使人一机一环境系统总体性能达到最佳状态，即满足舒适、宜人、安全、高效、经济等指标。就工程设计来讲，也是围绕人机工程的根本研究方向确定其具体研究内容。对工业设计人员

第一章导论

来讲，从事本学科研究的主要内容，归纳起来有以下几个方面，如图1一1所示。

任务要求

系统输出

境

图1一1人一机一环境系统示意图

(一)人体特性的研完

在人一机系统中，人是最活跃、最重要、同时也是最难控制和最脆弱的环节。任何机器设备都必须有人参与，因为机器是人设计、制造、安装、调试和使用的，即使在高度自动化生产过程中全部使用的是“机器人”，也都是人在操纵、监督和进行维修的。由此可见，在人机系统中，人同机器总是相互作用、相互配合和相互制约的，而人始终起着主导作用。国外统计资料表明，生产中58%一70%的事故是与轻视“人的因素”有关，这一数字必须引起我们的重视。

人体特性研究的主要内容是：在工业产品造型设计中与人体有关的问题。例如：人体基本形态特征参数、人的感知特性、人的运动特性、人的行为特性以及人在劳动中的心理特征和人为差错等。研究的目的是解决机器设备、工具、作业场所以及各种用具的设计如何适应人的生理和心理特点，为操作者（或使用者）创造安全、舒适、健康、高效的工作条件。

(二)研究人与机器间信息传递装置和工作场所的设计

要研究人与机器及环境之间的信息交换过程，并探求人在各种操作环境中的工作成效问题。信息交换包括机器（显示装置）向人传递信息和机器（操纵装置）接受人发出的信息，而且都必须适合人的使用。值得注意的是，人机工程所要解决的重点不是这些装置的工程技术的具体设计问题，而是从适合于人使用的角度出发，向设计人员提出具体要求，如怎样保证仪表能让操作者看得清楚、读数迅速准确，怎样设计操纵装置才能使人操作起来得心应手、方便快捷、安全可靠等。

工作场所设计的合理性，对人的工作效率有直接影响。工作场所设计一般包括空间设计、作业场所的总体布置、工作台或操作台设计以及座位设计等。研究工作场所的目的在于保证物质环境符合人体的特点，既能使人高效的工作，又要感到舒适和不易产生疲劳。

(三)环境控制和人身安全装置的设计

生产现场有各种各样的环境条件，如高温、潮湿、振动、噪声、粉尘、光照、辐射、有毒等。为了克服这些不利的环境因素，保证生产的顺利进行，就需要设计一系列的环境控制装置，以适合操作人员的要求和保障人身安全。

“安全”在生产中是放在第一位的，这也是人一机一环境系统的特点。为了确保安全，不

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人机工程学

仅要研究产生不安全的因素，并采取预防措施，而且要探索不安全的潜在危险，力争把事故消灭在设计阶段。安全保障技术包括机器的安全本质化、防护装置、保险装置、冗余性设计、防止人为失误装置、事故控制方法、救援方法、安全保护措施等。

(四)人的行为特性与产品设计

行为是心理的表现，人的行为反映了人的心理状况。在产品设计中，人的行为是设计师关注的焦点，不论是显示设计还是控制设计，都取决于产品支持的人的行为。

人具有许多适应环境的本能性行为，它们是在长期的人活动中，由于环境与人的交互作用而形成的，这种本能称为人的行为习性。此外，人总会犯各种错误。产品设计中应考虑用户的各种行为习性，减少用户出错，提高舒适性和工作效率。

(五)人机系统的整体设计

人们设计人一机系统的目的，就是为了使整个系统工作性能最优化，即系统的工作效果最佳。这是指系统运行时实际达到的工作要求，如功率大、速度快、精度高、运行可靠，以及人的工作负荷要小，即指人完成任务所承受的工作负担或工作压力要小和不易疲劳等。

人与机器各有特点，在生产中应充分发挥各自的特长，合理地分配人机功能，这对系统效率的提高影响很大。显然，为了提高整个系统的效能，除了必须使机器的各部分（包括环境系统)都适合人的要求外，还必须解决机器与人体相适应问题，即如何合理地分配人机功能，二者如何配合，以及人与机器之间又如何有效地交流信息等。

值得指出的是，随着自动化的发展，人们必须解决更复杂的测量精度、高反应速度及信息量增大等有关问题，又必须控制生产过程和规定有限的时间间隔。自动化不是从多而复杂的系统所控制的过程中把人排挤出去的，而是把人摆到新的条件上去。因此，在设计新的自动化系统时，就必须充分注意人的生理和心理特性，使自动化条件能对人更有利。

二、人机工程学的研究方法

人机工程学的研究广泛采用了人体科学和生物科学等相关学科的研究方法及手段，也采取了系统工程、控制理论、统计学等其他学科的一些研究方法，而且本学科的研究也建立了一些独特的新方法，以探讨人一机一环境要素间复杂的关系问题。这些方法包括：测量人体各部分静态和动态数据，调查、询问或直接观察人在工作时的行为和反应特征，对时间和动作的分析研究，测量人在工作前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化，观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题，分析差错和意外事故的原因，进行模型实验或用电子计算机进行模拟实验。运用数学和统计学的方法找出各变量之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展成有关理论。

目前常用的研究方法有以下几种。

···试读结束···