1.4 人類工效學的研究內容和應用領域

人類工效學是一門實踐、應用性很強的交叉學科。由于各國科學和工業基礎的不同，研究側重點也不相同。例如，美國側重工程和人機關系；法國側重勞動生理學；蘇聯注重工程心理學；保加利亞偏重人體測量；捷克、印度等注重勞動衛生學；日本則介于歐美之間。盡管如此，本學科的根本研究方向應是共同的，即通過揭示人、物、環境之間相互關系的規律，達到確保人-物-環境系統總體性能的最優化。

本學科實際上是“人體科學”、“技術科學”和“環境科學”的融合，并不斷向工程科學滲透和交叉的產物，其學科體系如圖1-7所示。

人類工效學主要的研究內容有如下幾個方面。

1）人體特征的研究

（1）人體計測。人體計測包括靜態和動態的計測，必須按國家標準、用專用工具進行。靜態計測主要是對不同民族、區域的男女老少人體的205項數據進行計測。這些資料為建筑、室內、家具、家電、交通工具、環境設施等設計提供了極為重要的數據。然而由于人是動態的，僅有靜態數據在實際運用中仍然會遇到各種問題，所以出現了動態計測，即對人的基本動作，如蹲、坐、起等日常起居生活動作和勞作活動全過程的空間范圍進行計測。這些數據為使用者創造更為安全、健康、舒適和高效的工作、生活條件提供了基礎資料。隨著計算機技術的普及，過去難以量化的心理計測也變成現實，這使人體計測更為完善，使設計更符合人的生理特點，更具個性，也更人性化。

（2）作業姿勢和人體負擔研究。人在日常生活、生產和社會活動中有各種姿勢、動作，一般分為站立、平坐、椅坐和臥位4種。進一步細分，各種動作姿勢可分為34種。由于不同的姿勢和勞作活動，人的生理（如出汗、體重減輕）、心理（如壓迫、痛苦等）都有不同反應和變化，會出現不同的負擔。不同的工作消耗的能量不同，心臟負擔、心跳不同，肌肉的活動和負擔也不同，通過姿勢和人體負擔的研究，可以為設計提供優化的根據，從而減少疲勞和職業病，提高工作效率。

2）人機系統的設計研究

人機系統工作效能的高低首先取決于它的總體設計。人機配合成功的根本原因是兩者都有自己的特點，在系統中可以互補彼此的不足，如機器功率大、速度快、不會疲勞等，而人具有智慧、多方面的才能和很強的適應能力。系統設計基本問題是人與機器之間的分工以及人與機器之間如何有效地傳遞信息、有效互補等。

3）作業環境和信息傳遞裝置的界面設計

作業環境設計的合理與否，將對人的工作效率產生直接的影響。作業環境設計一般包括：作業空間設計、座位設計、工作臺或操縱臺設計以及作業場所的總體布置等。這些設計都需要應用人體測量學的知識和數據。研究作業場所設計的目的是保證物質環境適合于人體的特點，使人以無害于健康的姿勢從事勞動，既能高效率地完成工作，又感到舒適和不致過早產生疲勞。

人與機器之間的信息交流，由顯示器向人傳遞信息，控制器則接收人發出的信息。顯示器研究包括視覺顯示器、聽覺顯示器以及觸覺顯示器等各種類型顯示器的設計，同時還要研究顯示器的布置和組合等問題。控制器設計則要研究各種操縱裝置的形狀、大小、位置以及作用力等在人體解剖學、生物力學和心理學方面的問題。在設計時，還需考慮人的定向、動作和習慣動作等。人機界面的設計是能否正確識別操作的關鍵所在，也是安全的要素之一。

4）環境與安全設計研究

從某種意義上說，人類工效學研究工作效率，不僅是指創造舒適高效的工作環境、提高效率，而且是指在較長時期內不對健康產生有害的影響，并使事故危險性縮小到最低限度，確保人身安全。從環境控制方面應保證照明、通風、溫濕度、噪聲和振動等常見作業環境條件適合操作人員的要求。保護操作者免受因作業而引起的病痛、疾患、傷害或傷亡也是設計者的基本任務。因而在設計階段，安全防護裝置被視為機械的一部分，應將防護裝置直接置入機器內。此外，還應考慮使用前操作者的安全培訓，研究在使用中操作者的個體防護等。

根據有關專家對英、美等國家的人類工效學研究所作的考察資料，可把近期國外人類工效學研究方向歸納如下：

（1）工作負荷研究，包括體力活動、智力活動、工作緊張等因素引起的生理負荷和心理負荷。

（2）工作環境研究，包括高空、深水、地下、加速、高溫、低溫和輻射等異常工作環境條件下的生理效應，以及一般工作與生活環境中振動、噪聲、空氣、照明等因素的人類工效學研究。

（3）工作場地、工作空間、工具裝備的人類工效學研究。

（4）信息顯示的人類工效學問題，特別是計算機終端顯示中人的因素的研究。

（5）計算機設計與使用的人類工效學研究。

（6）安全管理的人類工效學研究。

（7）工作成效的測量與評定。

（8）機器人設計的智能模擬等。

隨著科技的進步，尤其是人類科學研究的日新月異，人們對生活和工作環境的要求越來越高，由“人-物”向“人-物-環境”系統方向發展，由對人的生理研究向人的心理綜合研究方向發展。

下面簡要地就環境、安全和作業空間進一步論述。

1.4.1 環境

人類的作業活動受到環境的影響。比如在空氣條件中，為了了解氣壓、溫度等任意一個因素變化會對精神性作業產生怎樣的影響，研究者進行了實驗。圖1-8所示為溫度、濕度等微氣候環境與生產量的關系。在正常的空氣狀態下容易工作，但離開這個狀態，想要維持正常時的作業量，自動控制機能就在身體內部起作用。環境條件變壞，作業狀態也惡化，甚至會無法作業。雖然可以認為環境舒適的狀態下，作業量會增加，但也不一定全都這樣，因為還受其他條件的影響。只是要長時間保持作業效率，必須有舒適的環境。日本學者勝木新先生綜合了大量研究者的研究結果，得出如表1-3所示結論。

從圖1-8可以看出，產量隨著氣溫而波動，在高溫的8月，無論是壓延工廠還是紡織工廠，產量均出現最低值。像這樣，環境影響著人的身心健康，但人的身心具有適應環境的能力，不僅僅是被動地受影響。不能徹底適應環境時，人的機能就失去平衡，就會生病。發現人體機能舒適工作的范圍，將其人為地控制，并設計其環境，就是工效學的課題。

1.4.2 安全

災害或事故發生的原因當中，人機不適合的情況時有發生。圖1-9是工廠安全事故發生件數和成因的例子。為防止事故發生，排除缺乏適應性的人，配置有適應性的人，使人和機械、環境匹配，是重要的手段之一。但從工效學的角度上，首先應該發現人-機系統的不合適情況，然后從機械方面加以改善。但是，由于對人類的諸多特性還沒有判明，因此，作為實際的解決方法，除了改進機器的工效學設計，在人的因素方面也同樣有必要采取措施，來填補人機之間的間隙。例如，交通問題從某種程度上也可以通過政治、社會的手段加以解決，但汽車是一個快速行駛的物體，很難完全防止事故的發生。為此，在人的方面也要具備適應這種事態的能力，才能期待提高交通安全的效果。

為防止災害，工效學方面的對策主要有：

（1）改良構造，使機械或器具的操作不勉強，不伴有危險。

（2）如同飛機的高度儀或汽車的速度儀一樣，表示器械動作狀態的視覺表示器，它的形態、文字、數字、符號、指針、刻度等，必須符合工效學的要求。圖1-10是不同字體的數字在照明和日光條件下的誤讀率。

（3）關于照度、照明方法、溫度、濕度、振動、有毒氣體等的作業環境，必須適當。

（4）人的諸特性之中，有必要充分考慮有關刺激和精神狀態、緊張及其之后的遲緩、生理節奏、作業者的適應性等諸多條件。

（5）還要考慮其他和作業相關的工學方面防止事故發生的有關要素，如作業空間、作業時間、作業順序、教育培訓、管理等。

1.4.3 作業空間

目前已有許多以人體測量為基礎的研究成果，表明空間位置和作業能力的關系。設計機械時，如果不考慮空間的寬度和作業能力的關系，就會出現許多問題，如在手達不到的地方配置按鈕，或使不上力的地方裝上把手等。密度大的作業或頻率高的工作，有必要放在能輕松作業的范圍內。從平面上看，在手能到達的最大作業區域中，有一塊易于作業的通常作業域，主要作業最好能設計在這個區域內進行。手的操作范圍如圖1-11所示。機械是物理性的，即使它的位置變化了，作業效率也不會下降，但人和機械不同，隨著空間位置變化，作業能力會有所不同。在不合適的作業位置上進行操作，效率會下降，也容易發生事故。從這個角度講，根據作業內容的不同決定合適的位置就顯得尤為重要了。