人机工程学读书笔记

《人机工程学》读书笔记 随着科学技术的进步,社会的发展,人类文明的不断提高,人们对工作和生活质量的要求越来越高。创建优良的工作条件和舒适的生活环境,以满足人的生理和心理的需求,将成为人类不断追求的目标。而人机工程学正是一门研究人,机,环境如何才能达到最佳匹配,使人—机—环境系统能够适合人的生理和心理特点,以保证安全,健康,高效,舒适地进行工作和生活的学科。 《人机工程学》以人,机,环境三要素为对象,以人为中心,按照人体因素,人机界面,作业环境,人机系统为顺序展开论述,重点落实在如何应用人机工程学的原理和方法进行人机系统的设计与分析评价。人机因素主要研究人在工作过程中的生理和心理特征,是人机工程学的基础理论。内容包括:人的形体参数,人体力学,人的机能特征,人的作业能力与疲劳,人的自然倾向和可靠性等,是研究人机系统的基础和设计依据。人机界面是人机工程学研究的重点,内容包括:显示器,控制器,作业空间和用具,主要介绍设计原则,方法和必要的数据,资料及其使用条件。人在不同的作业环境条件下有不同的生理和心理反应,所以作业环境介绍了热,声,光,空气等环境对人体的影响,分析评价的指标,方法以及改善的具体措施。人机系统的设计分析是人机工程学的综合应用性内容,具体研究如何应用人机工程学的基本理论,原理和数据解决实际问。 第一章绪论 人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理,亦即对人的 知觉显示,操纵控制,人机系统的设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的研究,其目的在于获得最高的效率和作业时感到安全与舒适。人机系统的基本类型:1)手工劳动系统;2)半自动化,机械化系统;3)自动化系统。人与机的结合方式:1)人与机串联方式;2)人与机并联方式;3)人与机串并联方式。人的工作主要有三种类型:肌肉工作,感知工作和智能工作。因此人机工程学的主要任务是对人—机—环境综合体进行系统的分析研究,用人类创作的科学技术为这一综合体建立合理且有可行的实用方案,使人类获得舒适,安全,健康的环境条件,力图提高人本身的能力,从而达到提高工作效率的目的。根据人机工程学的任务,人机工程学的研究内容可概括为以下几个方面:1)人体因素的研究;2)人机系统的总体设计研究;3)工作场所和信息传递装置研究设计;4)作业改善研究;5)环境控制与安全保护。 人机工程学的研究方法有以下几种:1)实测法;2)实验法;3)询问法;4)测试法;5)观察法;6)模拟和模拟实验法;7)分析法。人机工程学研究的一般程序:确定目标—收集资料—制定方案—综合评价。在研究人机工程学是应该注意以下问题:1)测试方法的可靠性与有效性;2)统计学的差异与实际意义的差异。 第二章人的形体参数 为了设计和改善人—机—环境系统,必须知道人体各部分形态特征及各项测量数据,其中包括人体高度,厚度及活动位移范围等。对于这些参数的测量,叫做人体测量。人体测量通常采用的仪器主要有: 人体测高仪、人体测量用直角规、人体测量用弯角规、人体测量用三角平行规、坐高椅、量足仪、角度计、软卷尺、描骨器以及医用台称等。我国对前四种测量仪器已制定了。 人体大小各不相同,设计一般不可能满足所有使用者。为了设计能适合较多的使用者,在应用人体测量数据是应考虑以下原则: 1)由人体身高决定的物体,如门、船舱口、通道、床、担 架等,其尺寸应以95百分位数为依据。 2)由人体某些部分的尺寸决定的物体,如取决于腿长的坐 平面高度,其尺寸应以第5白分位数为依据。 3)可调尺寸,应以第5百分位数和第95百分位数调节到使 之间的所有人使用方便。 4)以第5百分位数和第95百分位数为界限值的物体,当身 体尺寸在界限以外的人使用会危害其健康或增加事故危 险时,其尺寸界限应扩大到第1百分位数和第99百分位 数。 5)门铃、插座、电灯开关的安装高度以及付账柜台高度, 应以第50百分位数为依据。 应用人体尺寸数据时应注意以下问题: 1)必须弄清设计的使用者或操作者的状况,列出使用者的特 征,包括性别、年龄、种族、体格等。 2)人体尺寸的统计分布一般是呈正态分布的,故按人体尺寸 均值设计产品和工作空间,往往只能适合50%的人群,而 对另外50%的人群则不适合。 3)选用人体尺寸数据时,要考虑操作者的着衣穿鞋情况和其 他可能配备的东西,如手套、头盔、靴子以及其他用具。 4)由于人在操作过程中的姿势和体位经常变换,使用静态测 得的尺寸数据会出现较大的误差,所以设计时需要用动态 测得的尺寸数据加以适当调整。 5)确定作业空间的尺寸范围,与人的肢体活动范围及作业方 式有关。 第三章人的机能特征 神经系统是机体的主导系统,全身各器官、系统均在神经系统的控制和调节下,互相影响,互相协调,保证机体的整体统一及其与外界环境的相对平衡。在此过程中,首先是借助与感知器官接受体内外环境的各种信息,通过脑和脊髓各级中枢的整合,最后经周围神经控制和调节各系统活动,以使机体适应多变的外环境,同时也调节着机体内环境的平衡。人的一切心理和意识活动也是通过神经系统的活动实现的,因此,神经系统也是心理现象的物质基础。 人在生产作业时经常受着心理因素的影响,同时,生产机械、作业方式、工艺流程和生产环境对人的心理状况发生作用。人机工程学是研究人、机、环境相互之间的适合性问题,当然包括机械和环境必须适合人的心理特性这个重要的内容。所以说心理学是人机工程学的重要基础。 第四章人体力学 人的一切运动都是通过人体的运动系统完成的。人体的运动系统主要由骨骼、关节、肌肉三大部分组成。人体的运动以关节为支点,通过附着于骨面的骨骼肌的收缩,牵动骨骼改变位置而产生的。因此,在运动过程中,骨骼起杠杆的作用,关节起枢纽作用,骨骼肌则是运动的动力源。 人体内有三种类型的肌肉。第一类为骨骼肌,通过腱与骨骼相连。骨骼肌的收缩能力强,但不能持久,其活动能随着人的意志运动,也称随意肌。第二类为平滑肌,构成人体某些脏器的管壁,其活动不受意志支配,故称不随意肌。第三类为心肌,分布在心脏的房、室壁上,组成心肌层,也属不随意肌。 成人全身共有206块骨,通过骨连接组成骨骼系统,约占体重的1/5。骨依其所在部位可分为颅骨、躯干骨、四肢骨三部分;依其形态则可分为长骨、短骨、扁骨和不规则骨四种。骨骼的主要功能是,骨骼构成人体的支架,有维持体型、支撑软组织、承担全身重量的作用;骨骼形成体腔壁,可保护大脑及内脏器官,并能帮助呼吸;骨是人体运动的杠杆,肌肉牵动骨绕关节转动,使人体产生各种运动;骨的红、黄骨髓有造血、储藏脂肪的功能,骨还是人体内矿物盐的储备仓库。 人在日常生活和生产中,一般有四大基本姿势,即立姿、端坐姿、靠椅坐姿和卧姿。根据支持躯体的方式可将上述4种基本姿势划分为34种姿势,其中立姿7种、端坐姿14种、靠椅坐姿10种和卧姿3种。随着宇航技术的迅速发展,失重姿态也将作为一种作业姿势而成 为研究、分类的对象。 影响作业姿势的因素很多,主要有以下几个方面: 1)作业空间的大小及照明条件,变换姿势的可能性; 2)体力负荷的大小及用力方向,作业所要求的准确度和速度; 3)工作场所的布置,工具设备与材料的位置以及取用、操作 的方式; 4)作业的方式、方法以及操作时的起坐频率; 5)工作台面与座椅的高度,有无足够的容膝空间; 6)操作者随意采取的体位。 第五章人的作业能力与疲劳 体力劳动强度是以作业过程中的人体的能耗量、氧耗量、心率、直肠温度、排汗率或相对代谢率等作为指标分级的。由于最紧张的脑力劳动的能力消耗一般不超过基础代谢的10%,而体力劳动的能量消耗可高达基础代谢的10~25倍,因此,以能量消耗或相对代谢率作为指标制定的劳动强度分级,只适用于体力劳动为主的作业。 作业能力的动态变化规律:在入门期,劳动生产率逐渐提高,不良品率降低。当作业能力达到最高水平时,即进入稳定期,一般可维持一小时左右。此阶段劳动生产率以及其他指标变动不大。稳定期之后,作业者开始感到劳累,作业速度和准确性开始降低,不良品开始增加,即转入疲劳期。午休后,又重复午前的三个阶段,但第一二阶段的持续时间比午前短,疲劳期提前出现。有时在工作日快结束时,也可能出现工作效率提高的现象,这与结束任务和争取完成或超额完 成任务的情绪激发有关,这种现象叫终末散发。 影响作业能力的主要因素:1)生理因素:体力劳动的作业能力,随作业者的身材、年龄、性别、健康和营养状况的不同而异;2)环境因素:环境因素通常是指工作场所范围的空气状况、噪声、照明、色彩和微气候等;3)工作条件和性质:生产设备与工作好坏对作业能力的影响较大,这主要看它在提高工效的同时,是否能减轻劳动强度,减少静态作业成分,减少作业的紧张程度等;4)锻炼与熟练效应:锻炼能使机体形成巩固的动力定型,可使参加运动的肌肉数量减少,动作更加协调、敏捷和准确,大脑皮层的负荷减轻,故不易产生疲劳。疲劳是由于身体的一部分使用之后发生的,但并不限于这一部分,而会扩散至全身,引起全身筋疲力尽和不舒服感,最后出现疲劳自觉症状。人体疲劳后,具有恢复原状的能力。未完全恢复的疲劳可在一定程度上延续到次日。当人们在重度劳累之后,第二天还感到周身无力、疲倦、不愿工作。人如果连续工作,反而不觉得累了,这是体力上的适应性。人们在生理周期中如生物节律低潮期时发生疲劳的自我感受较重,而在高潮期则较轻。 第6章人的自然倾向与可靠性 视错觉:指观察注意对象所得到的印象与实际注意对象出现差异的现象。视错觉由人的生理心理现象决定,但有些作用机理目前仍没搞清楚。紧张状态的发展可分为三个阶段:①警戒反应期、②抵抗期、③衰竭期。慌张:是作业者在某种心理状态下所出现的一种工作状态,表现为着急慌忙,工作急于求成而忙中又常出错。着急慌张有两方面 的原因,一是本人主观上的性格,二是出于某种原因想尽快做完某种事情。人为差错分为:①设计差错、②制造差错、③检验差错、 ④安装差错、⑤维修差错⑥操作差错。生理节律:生理功能所显示出的周期性变化,通常称生理节律。在日常生活中,昼夜变化是人们经受的最急骤的变化,人体对昼与夜的反应很不相同。人们的日常生活节律基本上以24小时为周期,故称之为日周节律。在工程心理学中,常用闪光融合阈限值表示大脑意识水平,来说明人体的机能状况。频闪融合阈限值越高,大脑意识水平也越高;相反,精神疲劳或困倦时,频闪融合阈限值变低。星期一反应:在一周中,常由于星期日的活动过多过累,星期一早晨上班感觉浑身无力,使得上午或整天工作效率都不很高。星期日造成的工作中断,对工作效率也有影响,人们把这种现象称为星期一反应。PST周期:德国医生佛里斯和奥地利心理学家瓦波达经过长期临床观察,提出了体力强弱周期为23天,情绪好坏周期为28天,智力高低周期为33天。科学家经过研究进一步提出,人的行为在一定程度上受该三种生理节律的综合作用的影响,这三种生理节律合称为PST周期。 第7章人机界面设计 人机界面设计是指通过一定的手段对用户界面有目标和计划的一种创作活动。大部分为商业性质、少部分为艺术性质。人机界面(Human Computer Interface,简称HCI)通常也称谓用户界面。人机界面设计主要包括三个方面:1)设计软件构件之间的接口;2)设计模块和其他非人的信息生产者和消费者的界面;3)设计人(如用 户)和计算机间的界面。 人机界面是计算机科学和认知心理学两大学科相结合的产物,同时也吸收了语言学、人机工程学和社会学等学科的研究成果。经过40余年的发展,已经成为一门以研究用户及其与计算机的关系为特征的主流学科之一。今年来,人机界面的设计理论已经更广泛地发展和应用到人—机—环境系统工程等领域,使工程技术与使用者的身心行为特点相适应,从而使人能够高效、舒适地工作与生活。 人机工程学的显著特点是,在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上,不单纯着眼于个别要素的优良与否,而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究。在人机工程学中将这个系统称为“人——机——环境”系统。这个系统中,人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。本学科的人机系统设计理论,就是科学地利用三个要素间的有机联系来寻求系统的最佳参数。