人機工程專題系列——人機工程的發展歷程
人機工程專題系列——人機工程的發展歷程
王郁琿
一、人機工程學的起源及發展階段
人機工程學的形成和發展經歷了較長歷史階段，隨著人機工程學的發展，人機工程的基本內涵在不斷的豐富和完善。在歐洲，人機工程對應Ergonomics一詞，通常翻譯為工效學，該詞由希臘詞根ergo（工作、勞動）和nomos（管理、規則）符合而成，源於對人的勞動規律的研究；在美國，最早的人機工程學對應HumanEngineering，之後表示為Human Factors表示人機工程（又作「人為因素」），該詞的形式曾使人們對其內涵產生誤解，之後NASA人機工程相關的研究部門對其內涵和研究內容作了明確的規定；日本早期以美國的HumanEngineering直譯為人間工學，之後改用Ergonomics，其研究內容以勞動/練習的效果或疲勞為主，闡述如何提高工作效率。目前，國際人機工效學會（InternationalErgonomics Association，IEA）定義人機工程學為研究人在某種工作環境中的解剖學、生理學和心理學等方面的各種因素；研究人和機器及環境的相互作用；研究在工作中、家庭生活中和休假中怎樣統一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學科。人機工程涉及到對人的能力、局限性和特點的研究，並將其應用於產品、系統、任務、工作和環境中，以提高安全性、舒適性和人的工作效率。
人機工程學的發展主要經歷了從20世紀初到第二次世界大戰前期、第二次世界大戰開始到20世紀50年代末、20世紀60年代至今三個階段，分別為經驗人機工程學、科學人機工程學和現代人機工程學。
二、經驗人機工程學階段
20世紀初，美國學者F.W.Taylor對生產領域中人的工作能力和效率進行了研究，並制訂了一整套以提高工作效率為目的的操作方法，考慮了人所使用的機器、工具、材料以及作業環境的標準化問題，其研究範圍包括工具形狀和重量對工效的影響、動作合理性對疲勞的影響、工作流程、工作方法分析、工具設計以及裝備布局等。F.W.Taylor因為以科學的方法研究人機工程做出了開拓性的貢獻，被公認為早期人機工程學專家。從F.W.Taylor的科學管理方法和理論形成到第二次世界大戰之前，人機工程的目的是使人適應機，主要研究不同職業特點、利用測試方法選擇工人並安排相應工作、制訂培訓方案使人力得到最有效的發揮等。在第一次世界大戰期間，由於使用了飛機、潛艇、無線電通訊等現代化裝備，對操作人員的素質提出了較高的要求。各國都很重視對疲勞、人員的選拔與訓練進行研究，使人去適應機器的要求。
當你對人機工程學的基本概念有所了解之後，你一定想知道人機工程學從何而來，又將去向何方，它在中國又經歷了怎樣的發展。這篇文章將解答你的問題。
人機工程學之父F.W.Taylor
三、科學人機工程學階段
第二次世界大戰期間，許多國家大力發展高效能、大威力的武器裝備。然而由於片面注重新式武器和裝備的功能研究，忽視了人在其中的地位和作用，因而由操作失誤帶來的失敗或損失大大增多，如由於戰鬥機座艙儀錶設計不當，造成飛行員誤讀儀錶和誤用操作器而導致意外事故；或由於操作裝置不符合人的生理特點而造成戰鬥命中率低下。此類問題引起了決策者和設計者的高度重視，使人們逐步認識到「人」的重要性，在設計高效能的裝備時，僅有工程技術是不夠的，還必須有生理學、人體測量學等方面的知識。因此，在二戰期間首先在軍事領域中開展了與工效設計相關的研究。此時人機工程學的目的是使機適應人，研究重點是在機器設計如何考慮人的生理、心理等因素，使機器設計適應於人。為此，美國國防部召集了多個領域的專家學者分析原因，並開展了大量的有關人機相互配合的研究。從第二次世界大戰結束到20世紀50年代末，人機工程學的研究逐漸從軍事領域向非軍事領域發展和延伸，並逐步利用軍事領域的研究成果解決工業和工程中的問題，如汽車、機械裝備、建築設施及生活用品等，在這個時期工效學開始與生物醫學、心理學等學科交叉，並運用相關領域的理論方法解決設計中人機工程相關的問題。此時人機工程學的目的是使人與機匹配，研究重點是在機器設計如何考慮人的生理、心理等因素，不但要讓人適應機器，而且還要使機器適應於人。
二戰美軍經典飛機P-38H的駕駛艙
四、現代人機工程學階段
進入20世紀60年代，人機工程學研究有了較大的發展，由於各種自動裝置開始廣泛使用，使人-機關係趨於複雜。同時，在科學研究領域，由於控制論、資訊理論和系統工程等學科的建立和發展，不僅給人機工程學提供了新的理論基礎，同時也給該學科提出了新的要求和研究課題，使人機工程學進入了系統研究階段。從20世紀60年代至今，人機工程學所研究和應用的領域不斷擴大，所涉及的專業和學科也愈來愈多，主要有生理學、心理學、解剖學、工業設計、管理工程等，並表現出了如下特點：
1）不再局限於產品設計後的人員選擇和培訓，更著眼於產品的設計，使產品的使用不會超越人類能力極限；
2）與工程應用相結合，通過詳細的理論分析和實驗研究進行產品設計；
3）使生理學、解剖學等學科與物理學、工程學、數學等方面的研究相結合，共同完成產品的設計。
新一代美軍飛機駕駛艙，界面設計已得到長足進步
目前，人機工程學主要著眼於將人-機-環境系統作為一個統一的整體進行研究，分析人、機、環境三要素之間的相互關係，藉助心理學、生物醫學等學科領域的先進技術手段，深層次探索人、機、環境相互作用的機理，如通過監測人在作業時的動作時間和反應特徵，採集分析作業過程中人體的心電、腦電等生理指標的動態變化，將人的認知特性應用於產品的設計當中，運用數學或統計學的方法找出不同參數間的關係等。通過開展工效設計以開發出最適合人使用的產品或適宜人活動的環境，使人-機-環境系統相協調，獲得良好的系統綜合性能，確保人-機-環境系統的最優化。人機工程學溯源到系統的研究領域愈來愈大，特別是在現代化的武器裝備中，武器系統愈發複雜與龐大，尤其是在航空、航天技術領域中，如何將人員、人力、人的因素等融入系統設計，成為影響武器系統性能優劣的一項重要因素。
在當代人機工程學指導下設計的戰鬥機座艙，界面設計大幅優化
五、我國的人機工程學發展
在我國，工效學、人機工程學、人因學、工程心理學等稱謂被不同領域的研究者所使用，對應的研究側重點略有不同，其內涵並無本質的差別。我國1979年出版的《辭海》中對人機工程學給出了如下的定義，即人機工程學是一門新型的邊緣學科。它是運用人體測量學、生理學、心理學和生物力學以及工程學等學科的研究方法和手段，綜合地進行人體結構、功能、心裡以及力學等問題研究的學科。用以設計使操作者能發揮最大效能的機械、儀器和控制裝置，並研究控制台上各個儀錶的最適位置。
我國人機工程學研究起步比較晚。在中國，人機工程學的研究在20世紀30年代開始即有少量和零星的開展，但系統和深入的開展則在80年代以後。1980年4月，由中國標準化研究院牽頭成立了全國人類工效學標準化技術委員會，統一規劃、研究和審議全國有關人類工效學的基礎標準的制定。1984年，國防科工委成立了國家軍用人－機－環境系統工程標準化技術委員會。這兩個技術委員會的建立，有力地推動了我國人機工程學研究的發展。此後在1989年又成立了中國人類工效學學會。
目前，人機工程在我國正逐漸得到重視。從學科層面分析，人機與環境工程學科是一門新興的綜合性學科，隸屬航空與宇航技術學科，本學科研究人、機器與其工作環境之間的相互作用，把人、機與環境系統作為一個統一的整體研究，創造出最適合於人工作的機械設備和作業環境，從而獲得人、機器與環境系統總體性能的最優化。人機與環境工程學科適用範圍廣泛，基礎研究與應用研究並重，注重高新技術向產品轉化，直接為國民經濟建設服務。
當前國內很多高校和研究機構都設置了人機工程方面的研究系所，分布在各個學院下面。例如中國標準化研究院的人類工效學實驗室，清華大學工業工程系人因與工效學研究所和人機與環境工程研究所，北京航空航天大學人機環境工程研究所，醫學研究所等都有相關領域的研究。其他如西北工業大學、北京理工大學、南京理工大學、南京航空航天大學、哈爾濱工業大學、中國民航大學等諸多高校也已開設人機與環境工程學科的碩士與博士課程。還有許多相關核能、航海、航天、宇航、軍事的研究單位進行人因的研究。各個研究機構的側重方向不同。人機工程近年被單獨提出並加以重視，《人機工程學》、《武器裝備人機工程》等書籍的出版，更是說明了這一學科的地位，尤其在裝備領域。
需要強調的是，在中國台灣地區，人機工程學的研究已經形成相當規模，有包括台灣科技大學在內的多家大學建有專門的人因工程實驗室，並有較為豐富的科學研究成果。
敬請期待下期：人機工程標準化現狀
TAG:軍民通用標準化 |