人機工程學

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更新時間: 2013-09-15

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人機工程學是從20世紀50年代開始迅速發展的一門新興邊緣科學。它從人的生理和心裡特性出發,研究人,機,環境的相互關係和相互作用的規律,以優化人-機-環境的一門科學。

人機工程學 -概述

人機工程學是從20世紀50年代開始迅速發展的一門新興邊緣科學。人機工程學是從人的生理和心裡特性出發,研究人,機,環境的相互關係和相互作用的規律,以優化人-機-環境的一門

人機工程學人機工程學

 科學。人機工程學,亦即是應用人體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法,對人體結構特徵和機能特徵進行研究,提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關係和可及範圍等人體結構特徵參數;還提供人體各部分的出力範圍、活動範圍、動作速度、動作頻率、重心變化以及動作時的習慣等人體機能特徵參數,分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性;分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應能力;探討人在工作中影響心理狀態的因素以及心理因素對工作效率的影響等。

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人機工程學 -發展簡史
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社會的發展、技術的進步、產品的更新、生活節奏的加快……等等一系列的社會與物質的因素,使人們在享 受物質生活的同時,更加註重產品在「方便」、「舒適」、「可靠」、「價值」、「安全」和「效率」等方面的評價,也就是在產品設計中常提到的人性化設計問題。
  
所謂人性化產品,就是包含人機工程的產品,只要是「人」所使用的產品,都應在人機工程上加以考慮,產品的造型與人機工程無疑是結合在一起的。人們可以將它們描述為:以心理為圓心,生理為半徑,用以建立人與物(產品)之間和諧關係的方式,最大限度地挖掘人的潛能,綜合平衡地使用人的肌能,保護人體健康,從而提高生產率。僅從工業設計這一範疇來看,大至宇航系統、城市規劃、建築設施、自動化工廠、機械設備、交通工具,小至傢具、服裝、文具以及盆、杯、碗筷之類各種生產與生活所創造的「物」,在設計和製造時都必須把「人的因素」作為一個重要的條件來考慮。若將產品類別區分為專業用品和一般用品的話,專業用品在人機工程上則會有更多的考慮,它比較偏重於生理學的層面;而一般性產品則必須兼顧心理層面的問題,需要更多的符合美學及潮流的設計,也就是應以產品人性化的需求為主。

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人機工程學 -研究內容

運用生理學、心理學和醫學等有關科學知識,研究組成人機系統的機器和人的相互關係,以提高整個系統工效的新興邊緣科學。人機工程學研究設計人機系統時如何考慮人的特性和能力,以及人受機器、作業和環境條件的限制。人機工程學研究人的訓練,人機系統設計和開發,以及同人機系統有關的生物學或醫學問題。對於這些研究,在北美稱為人因工程學或人機工程學,蘇聯稱為工程心理學,歐洲,日本和其他國家稱為工效學。

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發展過程

 人開始使用機器就構成了人機系統。第二次世界大戰期間,發現對製造出來的各種高效能的新式機器和機器系統(生產、運輸、通信、武器和航空飛行器等)進行操縱和控制時,整體系統的工作效率在很多情況下是由其中人的活動來決定的。如雷達運行時,要求操縱人員接收和分辨出顯示器上顯示的各種信息,根據這些信息在很短時間內作出決策和進行操作。若雷達設備的全部潛力沒有發揮出來,至少部分原因是操縱人員不能掌握這個電子設備的複雜操作。經驗和教訓提醒人們,有時飛機弄錯方向墜毀,炸彈誤中友船,就是因為設計時沒有考慮人的各種長處和短處。電子計算機發展的初期,計算機運算速度很快,輸入數據、編製程序和列印結果很慢,機器經常處於空閑狀態,也是因為沒有考慮和研究人機介面系統和人機功能分配等因素引起的。人的能力和機器的潛力很好地配合,能提高管理和控制效率。隨著機械化、自動化和電子化的高度發展,人的因素在生產中的影響越來越大,人機協調問題也就越來越顯得重要,人機工程學就是在這樣的背景下創立和發展起來的。1970年成立國際工效學學會,簡稱IEA,出版《工效學》和《應用工效學》兩種刊物,每三年召開一次學術會議。  

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人機系統

在人機系統中操縱人員被看作系統中的一個元件。操作人員通過感覺器官(視、聽、觸、嗅、味)接收來自機器的信息,了解其意義並予以解釋,或先進行計算,再把結果與過去的經驗和策略進行比較,然後作出決策。作出決策后,人通過控制器官(手、腳等)去操縱機器的操縱器(如開關、按鈕、操縱桿、操縱盤、光筆或呼口令等)改變機器的運轉情況。機器隨即發出新的信息,如此重複不斷。人機系統不是孤立存在的,而是存在於某種環境之中。環境特性影響人的效率和行為。環境因素包括溫度、濕度、雜訊、照明、加速、振動、污染和失重等。
  
設計人機系統時,要把人和機器作為一個整體來考慮,合理地或最優地分配人和機器的功能,保證系統在環境變動下達到要求的目標。有些人機系統能用定量的系統分析和系統綜合的方法進行設計。一個簡單系統,如一位操縱人員和一台機器構成的單參數跟蹤系統,操縱人員被看作是系統中一個元件,可用定量方法即用傳遞函數或其他數學方法近似表達操縱人員的動態特性,建立操縱人員的準線性數學模型;用控制理論方法對操縱人員的傳遞函數和機器的傳遞函數進行綜合,便可得到調節品質合乎要求的穩定的人機跟蹤系統。
  
建立人機系統,必須考慮以下5個方面:人員選擇、訓練(包括訓練設備)、設備設計、操作程序和環境。建立複雜的人機系統,除了這 5個方面外,還要考慮人機系統的系統性能、人和機器的特性等,採用系統科學或信息科學的方法來設計和分析,然後進行系統試驗,檢查系統性能和操縱人員操縱的難易程度。一般說來,人機系統要反覆試驗和使用才能逐漸完善。人機系統中,操縱人員是人機系統中的主體,設計和運用人機系統時應當充分發揮人在人機系統中的能動和主導作用。設計人員要和操縱人員密切配合,使人機系統達到要求的性能和指標,同時保證操縱人員操縱簡便、安全舒適和提高系統工效。
  
應用人機工程學是一門年輕的科學。人機系統中人的特性、能力和限制已經有大量測試數據可查。從系統分析角度研究人機系統,在原有設備基本不變的情況下,由於考慮了人的動態特性而進行系統分析,再適當改動設備,就能顯著提高工效。如手動控制系統,即操縱人員直接參与的用手連續控制的系統,在飛機、火炮、雷達、汽車、艦船和太空梭等方面已廣泛應用,在工業生產中也得到廣泛應用。人機介面系統,即人和計算機之間相互作用的系統,已是電子計算機發展的必不可少的重要組成部分。人機介面系統不僅在硬體上,而且在軟體上也取得了進展。特別是在人機對話(或人機通信)方面,已研究出許多高級語言,正在研究採用自然語言進行人機對話,加快人機對話的速度,提高通信效果,發揮計算機的潛力。人機介面系統中人承擔越來越多的功能,操縱人員執行許多操作,進行人機對話,處理大量信息,作出各種決策。指揮控制通信系統(簡稱C3系統)是一種多操縱人員、多台機器(或工程系統)的複雜的人機系統。即使是一個非常簡單的設備,在操縱人員的問題上也會產生常規工程實踐無法解決的問題。因此人機工程學具有重要的應用價值。人機工程學的應用領域有電話、電傳、計算機控制台、數據處理系統、高速公路信號、汽車、航空、航海、現代化醫院、環境保護、教育等,人機工程學甚至可用於大規模社會系統。

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人機工程學 -常用方法

一個好的產品設計是可以涵蓋形態和人機因素的,產品的外形一樣也可以有機會作人機工程的發揮。以TEAGE為微軟所設計的易用滑鼠球而言,該滑鼠是特別為兒童體驗電腦而設計的,在方案決定之前對兒童的抓握方式進行了研究,黃白兩色相間的滑鼠球使兒童們在學習電腦時,增加了趣味性和功能性。該產品已經超脫了產品造型上的束縛,除讓其更好用之外,也同時賦予了產品新的意義與想象空間。

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除了一般的大眾消費品之外,專為特殊族群所設計的產品在人機工程學上也有更多的考慮。如,殘疾人用的瓷器套具,此套設計是專為殘疾人做的餐具,又不讓人直接看出它們是專為殘疾人做的。故而,設計師在充分考慮了人機工程學的基礎上,特別處理手把的凹凸,使患者拿在手裡有一種心態上的平衡感,既能看到,又能摸到,但又不那麼顯眼。
  
再以醫療設備來說,病床、醫療椅等產品,在設汁上不只是考慮操作要符合人機工程學,在材料上也應力求人性化,增加產品的親和力,以提高產品的「EQ」。
  
由於學科來源的多樣性和應用的廣泛性,人機工程學中採用的各種研究方法種類很多,有些是從人體測量學、工程心理學等學科中沿用下來的,有些是從其他有關學科借鑒過來的,更多的是從應用的目標出發創造出來的。

一般產品設計領域的方法有如下幾類
  
1.測量方法
測量方法是人機工程學中研究人形體特徵的主要方法,它包括尺度測量、動態測量、力量測量、體積測量、肌肉疲勞測量和其他生理變化的測量等幾個方面。
  
2.模型工作方法
這是設計師必不可少的工作方法。設計師可通過模型構思方案,規劃尺度,檢查效果,發現問題,有效地提高設計成功率。
  
3.調查方法
人機工程學中許多感覺和心理指標很難用測量的辦法獲得。有些即使有可能,但從設計師工作範圍來看也無此必要,因此,設計師常以調查的方法獲得這方面的信息。如每年持續對1000人的生活形態進行宏觀研究,收集分析人格特徵、消費心理、使用性格、擴散角色、媒體接觸、日常用品使用、設計偏好、活動時間分配、家庭空間運用以及人口計測等,並建立起相應的資料庫。調查的結果儘管較難量化,但卻能給人以直觀的感受,有時反而更有效。
  
4.數據的處理方法
當設計人員測量或調查的是一個群體時,其結果就會有一定的離散度,必須運用數學方法進行分析處理,才能轉化成具有應用價值的資料庫,對設計產生指導意義。
  
工業設計師面臨著多種活動和課題,例如:電視資訊、互動電視、通用遙控器等,與企業合作的範圍也很廣,在實施產品的人性化設計過程中,通常採用如下的設計程序:
1)建立並運用資料庫(這在前面已有論述);
2)決定研究主題;
3)觀察階段:*目標輪廓*訪識/觀察*使用模式/議題
4)發展階段:*關鍵議題*產品概念*測試與評估

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在整個研究過程中,人機工程師和工業設計師都必須全程參與,但在各個階段為主為輔的角色會有不同。例如:產品概念由工業設計師主導,測試則由人機工程師主導,每個步驟以劇本的形式來串連溝通。每件產品都有各自的在人機工程學上的特色,特別是消費性產品。以汽車內部設計來說,就有三個表達人機工程需求的方式:一是操控界面,如方向盤的設計;二是座椅及內裝設計,如一些大客車座椅,或者老闆椅的靠背上部,都有一道鼓起來的凸包。對於大多數的中國人來說,這個凸包常常是頂在後腦勺,使得身體后靠在椅背時,不得不稍稍低頭。從設計上來說,這道凸包本來是用來墊靠頸部凹處,使人的頭頸更舒服的。問題的出現是由於這些座椅的設計和生產直接從國外引進,而生產者又沒有重新考慮中西方人在身材方面的不同,尺寸上完全照搬。結果西方人墊頸的凸包就頂住了人們的後腦勺;三是情報溝通系統,如導航系統設計及安全警報功能。
  
在新的世紀里,人們以新的方式來感知世界,人們越來越多的在追求一種新的生存環境和生存空間,毫無疑義,未來的人性化設計具有更加全面立體的內涵,它將超越人們過去所局限的人與物的關係的認識,向時間、空間、生理感官和心理方向發展,同時,通過現代高科技技術如虛擬現實、互聯網路等多種數字化的形式而擴延。IDEO設計公司的數字化收音機正是基於這一觀念上的最新數字廣播概念設計,通過對使用者狀況的設計構想,研究收音機的可能外觀和操作方式。無論在造型上還是在界面設計上,都使人機交互關係達到物我兩忘的狀態。該收音機上的顯示屏幕以圖形界面來說明音頻節目的內容。設計範圍包括個人化家用收音機、個人可攜式收音機和演藝工作者的專業收音機。
  
中國未來的產品設計必須以創意與革新為首要條件,唯有真正好用且務實的商品才能在市場上脫穎而出,讓消費者感到貼心且實惠的產品方是企業制勝的絕佳利器。符合人機工程,人性化的設計是最實在,同時也是最前沿的潮流與趨勢,是一種人文精神的體現,是人與產品完美和諧的結合。使人性化的設計真正體現出對人的尊重和關心。

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人機工程學 -重要意義

人機工程學因素往往是企業提高其競爭力的手法之一。若說「人性化產品」是與「人」合為一體的產品設計,「人機工程因素」則是設計工業產品時的人機界面所必須考慮的因素。在中國即將加入WTO所面臨的衝擊下,中國的製造業無不是嚴陣以待,企圖在競爭中保持優勢。管理大師麥克·波特(MICHAEL PORTER)曾說過,企業具備競爭優勢的兩個方式,一是擴大生產規模,走向規模經濟,才能佔有成本上的優勢;另一個便是創造企業或產品的附加值,製造消費者趨之若鶩的心理。在現今產品和質量逐步提高,且消費者對商品品質要求越來越高的情況下,各產品製造商們無不力求突破,希望能出奇制勝,打動消費者的心。拿當今世界上提出的「健康」人機工程學的新要求為例,即是用某些考慮人機因素的輔助性產品,如:電動腰靠、紫外線阻隔(UV、CUT)等來提高產品人性化的層次,籍此創造其他品牌無法模仿的優勢,而贏得消費者青睞的。 

究竟什麼樣的產品需要人機工程呢?在設計上又如何表現,才能成為符合人機工程學的產品呢?   

工業設計師指出,就電腦的相關部件和設備而言,如鍵盤、滑鼠等輸入裝置,因使用者可能長時間利用其從事工作或娛樂,接觸的時間較長,在使用時也可能十分投入。因此,人機工程學就成了設計上最主要的條件之一。

人機工程學 -顯著特點

人機工程學的顯著特點是,在認真研究人、機、環境三個要素本身特性的基礎上,不單純著眼於個別要素的優良與否,而是將使用「物」的人和所設計的「物」以及人與「物」所共處的環境作為一個系統來研究。在人機工程學中將這個系統稱為「人——機——環境」系統。這個系統中,人、機、環境三個要素之間相互作用、相互依存的關係決定著系統總體的性能。本學科的人機系統設計理論,就是科學地利用三個要素間的有機聯繫來尋求系統的最佳參數。   

系統設計的一般方法,通常是在明確系統總體要求的前提下,著重分析和研究人、機、環境三個要素對系統總體性能的影響,如系統中人和機的職能如何分工、如何配合、環境如何適應人、機對環境又有何影響等問題,經過不斷修正和完善三要素的結構方式,最終確保系統最優組合方案的實現。這是人機工程學為工業設計開拓了新的思路,並提供了獨特的設計方法和有關理論依據。   

設計優良的產品作為一個全息系統的局部,一個產品中包括了我們這個商品社會中的全部信息。一件設計優良的產品,必然是人、環境、經濟、技術、文化等因素巧妙融合與平衡的產物。開始一項產品設計的動機可能來自各個方面,有的是為了改進功能,有的是為了降低成本,有的是為了改變外觀,強化「櫃檯效應」,以吸引購買者,更多的情況是上述幾方面兼而有之。於是,對設計師的要求就可能來自功能、技術、成本、使用者的愛好等各種角度。不同的產品設計的重點也大不相同,暖水瓶的設計顯然就要比香水瓶的設計考慮更多的人機問題;再以肇及設計所設計的電腦遊戲遙感器為例,乍見此產品時,看似不符合人機工程學,但實際使用時卻很合手,操控性良好,而且遙感器外型頗酷,用此搖桿玩空戰遊戲,有操控戰鬥機的味道。相比於市場上其他同類型的產品,即使售價比一般產品高出許多,也一樣大受歡迎,足見其魅力所在。但也有這樣一種產品,在市場上受到歡迎,是因其外型討好且成本不高所致,但缺點是產品輕,因此,在使用時本來一隻手操作很方便,卻不得不雙手並用才行,這就是該產品在人機工學上的不足之處;但在成本、售價及市場因素的考慮下,廠商還是推出此種產品。而對於專業用品就不同了,例如美髮師每天所使用的吹風機,除草機工人所使用的修剪機就絕對不能輕視人機工程學在生理層面上的考慮。   

但在成本、售價及市場因素的考慮下,廠商還是推出此種產品。而對於專業用品就不同了,例如美髮師每天所使用的吹風機,除草機工人所使用的修剪機就絕對不能輕視人機工程學在生理層面上的考慮。   

然而,一個好的產品設計是可以涵蓋形態和人機因素的,產品的外形一樣也可以有機會作人機工程的發揮。以TEAGE為微軟所設計的易用滑鼠球而言,該滑鼠是特別為兒童體驗電腦而設計的,在方案決定之前對兒童的抓握方式進行了研究,黃白兩色相間的滑鼠球使兒童們在學習電腦時,增加了趣味性和功能性。該產品已經超脫了產品造型上的束縛,除讓其更好用之外,也同時賦予了產品新的意義與想象空間。   

除了一般的大眾消費品之外,專為特殊族群所設計的產品在人機工程學上也有更多的考慮。如,殘疾人用的瓷器套具,此套設計是專為殘疾人做的餐具,又不讓人直接看出它們是專為殘疾人做的。故而,設計師在充分考慮了人機工程學的基礎上,特別處理手把的凹凸,使患者拿在手裡有一種心態上的平衡感,既能看到,又能摸到,但又不那麼顯眼。   

再以醫療設備來說,病床、醫療椅等產品,在設計上不只是考慮操作要符合人機工程學,在材料上也應力求人性化,增加產品的親和力,以提高產品的「EQ」( 它是Emotional Quotient的英文縮寫。漢語意思是:「情緒智慧」或「情緒智商」,簡稱情商。它代表的是一個人的情緒智力(Emotional Intelligence)之能力。簡單的來說,EQ是一個人自我情緒管理以及管理他人情緒的能力指數。)。

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