1.4 人类工效学的研究内容和应用领域

人类工效学是一门实践、应用性很强的交叉学科。由于各国科学和工业基础的不同，研究侧重点也不相同。例如，美国侧重工程和人机关系；法国侧重劳动生理学；苏联注重工程心理学；保加利亚偏重人体测量；捷克、印度等注重劳动卫生学；日本则介于欧美之间。尽管如此，本学科的根本研究方向应是共同的，即通过揭示人、物、环境之间相互关系的规律，达到确保人-物-环境系统总体性能的最优化。

本学科实际上是“人体科学”、“技术科学”和“环境科学”的融合，并不断向工程科学渗透和交叉的产物，其学科体系如图1-7所示。

人类工效学主要的研究内容有如下几个方面。

1）人体特征的研究

（1）人体计测。人体计测包括静态和动态的计测，必须按国家标准、用专用工具进行。静态计测主要是对不同民族、区域的男女老少人体的205项数据进行计测。这些资料为建筑、室内、家具、家电、交通工具、环境设施等设计提供了极为重要的数据。然而由于人是动态的，仅有静态数据在实际运用中仍然会遇到各种问题，所以出现了动态计测，即对人的基本动作，如蹲、坐、起等日常起居生活动作和劳作活动全过程的空间范围进行计测。这些数据为使用者创造更为安全、健康、舒适和高效的工作、生活条件提供了基础资料。随着计算机技术的普及，过去难以量化的心理计测也变成现实，这使人体计测更为完善，使设计更符合人的生理特点，更具个性，也更人性化。

（2）作业姿势和人体负担研究。人在日常生活、生产和社会活动中有各种姿势、动作，一般分为站立、平坐、椅坐和卧位4种。进一步细分，各种动作姿势可分为34种。由于不同的姿势和劳作活动，人的生理（如出汗、体重减轻）、心理（如压迫、痛苦等）都有不同反应和变化，会出现不同的负担。不同的工作消耗的能量不同，心脏负担、心跳不同，肌肉的活动和负担也不同，通过姿势和人体负担的研究，可以为设计提供优化的根据，从而减少疲劳和职业病，提高工作效率。

2）人机系统的设计研究

人机系统工作效能的高低首先取决于它的总体设计。人机配合成功的根本原因是两者都有自己的特点，在系统中可以互补彼此的不足，如机器功率大、速度快、不会疲劳等，而人具有智慧、多方面的才能和很强的适应能力。系统设计基本问题是人与机器之间的分工以及人与机器之间如何有效地传递信息、有效互补等。

3）作业环境和信息传递装置的界面设计

作业环境设计的合理与否，将对人的工作效率产生直接的影响。作业环境设计一般包括：作业空间设计、座位设计、工作台或操纵台设计以及作业场所的总体布置等。这些设计都需要应用人体测量学的知识和数据。研究作业场所设计的目的是保证物质环境适合于人体的特点，使人以无害于健康的姿势从事劳动，既能高效率地完成工作，又感到舒适和不致过早产生疲劳。

人与机器之间的信息交流，由显示器向人传递信息，控制器则接收人发出的信息。显示器研究包括视觉显示器、听觉显示器以及触觉显示器等各种类型显示器的设计，同时还要研究显示器的布置和组合等问题。控制器设计则要研究各种操纵装置的形状、大小、位置以及作用力等在人体解剖学、生物力学和心理学方面的问题。在设计时，还需考虑人的定向、动作和习惯动作等。人机界面的设计是能否正确识别操作的关键所在，也是安全的要素之一。

4）环境与安全设计研究

从某种意义上说，人类工效学研究工作效率，不仅是指创造舒适高效的工作环境、提高效率，而且是指在较长时期内不对健康产生有害的影响，并使事故危险性缩小到最低限度，确保人身安全。从环境控制方面应保证照明、通风、温湿度、噪声和振动等常见作业环境条件适合操作人员的要求。保护操作者免受因作业而引起的病痛、疾患、伤害或伤亡也是设计者的基本任务。因而在设计阶段，安全防护装置被视为机械的一部分，应将防护装置直接置入机器内。此外，还应考虑使用前操作者的安全培训，研究在使用中操作者的个体防护等。

根据有关专家对英、美等国家的人类工效学研究所作的考察资料，可把近期国外人类工效学研究方向归纳如下：

（1）工作负荷研究，包括体力活动、智力活动、工作紧张等因素引起的生理负荷和心理负荷。

（2）工作环境研究，包括高空、深水、地下、加速、高温、低温和辐射等异常工作环境条件下的生理效应，以及一般工作与生活环境中振动、噪声、空气、照明等因素的人类工效学研究。

（3）工作场地、工作空间、工具装备的人类工效学研究。

（4）信息显示的人类工效学问题，特别是计算机终端显示中人的因素的研究。

（5）计算机设计与使用的人类工效学研究。

（6）安全管理的人类工效学研究。

（7）工作成效的测量与评定。

（8）机器人设计的智能模拟等。

随着科技的进步，尤其是人类科学研究的日新月异，人们对生活和工作环境的要求越来越高，由“人-物”向“人-物-环境”系统方向发展，由对人的生理研究向人的心理综合研究方向发展。

下面简要地就环境、安全和作业空间进一步论述。

1.4.1 环境

人类的作业活动受到环境的影响。比如在空气条件中，为了了解气压、温度等任意一个因素变化会对精神性作业产生怎样的影响，研究者进行了实验。图1-8所示为温度、湿度等微气候环境与生产量的关系。在正常的空气状态下容易工作，但离开这个状态，想要维持正常时的作业量，自动控制机能就在身体内部起作用。环境条件变坏，作业状态也恶化，甚至会无法作业。虽然可以认为环境舒适的状态下，作业量会增加，但也不一定全都这样，因为还受其他条件的影响。只是要长时间保持作业效率，必须有舒适的环境。日本学者胜木新先生综合了大量研究者的研究结果，得出如表1-3所示结论。

从图1-8可以看出，产量随着气温而波动，在高温的8月，无论是压延工厂还是纺织工厂，产量均出现最低值。像这样，环境影响着人的身心健康，但人的身心具有适应环境的能力，不仅仅是被动地受影响。不能彻底适应环境时，人的机能就失去平衡，就会生病。发现人体机能舒适工作的范围，将其人为地控制，并设计其环境，就是工效学的课题。

1.4.2 安全

灾害或事故发生的原因当中，人机不适合的情况时有发生。图1-9是工厂安全事故发生件数和成因的例子。为防止事故发生，排除缺乏适应性的人，配置有适应性的人，使人和机械、环境匹配，是重要的手段之一。但从工效学的角度上，首先应该发现人-机系统的不合适情况，然后从机械方面加以改善。但是，由于对人类的诸多特性还没有判明，因此，作为实际的解决方法，除了改进机器的工效学设计，在人的因素方面也同样有必要采取措施，来填补人机之间的间隙。例如，交通问题从某种程度上也可以通过政治、社会的手段加以解决，但汽车是一个快速行驶的物体，很难完全防止事故的发生。为此，在人的方面也要具备适应这种事态的能力，才能期待提高交通安全的效果。

为防止灾害，工效学方面的对策主要有：

（1）改良构造，使机械或器具的操作不勉强，不伴有危险。

（2）如同飞机的高度仪或汽车的速度仪一样，表示器械动作状态的视觉表示器，它的形态、文字、数字、符号、指针、刻度等，必须符合工效学的要求。图1-10是不同字体的数字在照明和日光条件下的误读率。

（3）关于照度、照明方法、温度、湿度、振动、有毒气体等的作业环境，必须适当。

（4）人的诸特性之中，有必要充分考虑有关刺激和精神状态、紧张及其之后的迟缓、生理节奏、作业者的适应性等诸多条件。

（5）还要考虑其他和作业相关的工学方面防止事故发生的有关要素，如作业空间、作业时间、作业顺序、教育培训、管理等。

1.4.3 作业空间

目前已有许多以人体测量为基础的研究成果，表明空间位置和作业能力的关系。设计机械时，如果不考虑空间的宽度和作业能力的关系，就会出现许多问题，如在手达不到的地方配置按钮，或使不上力的地方装上把手等。密度大的作业或频率高的工作，有必要放在能轻松作业的范围内。从平面上看，在手能到达的最大作业区域中，有一块易于作业的通常作业域，主要作业最好能设计在这个区域内进行。手的操作范围如图1-11所示。机械是物理性的，即使它的位置变化了，作业效率也不会下降，但人和机械不同，随着空间位置变化，作业能力会有所不同。在不合适的作业位置上进行操作，效率会下降，也容易发生事故。从这个角度讲，根据作业内容的不同决定合适的位置就显得尤为重要了。