人因工程学(王雁)第1章概述.ppt

人因工程学 Human Factors Engineering,主 讲：王 雁 Email：合肥工业大学 工业工程教研室,The evolution that went wrong,人因工程学在专业培养中的地位,IE目标IE是对生产或服务系统进行设计、设置和改善的一门学科。IE目标是设计一个系统及该系统的控制方法，使系统达到：最低的生产成本；特定的产品质量；较高的生产效率；保证工人和最终用户安全和健康。,人因工程学在专业培养中的地位,IE人才培养目标知识结构：数理知识、外语知识、计算机技术、工程技术、人文社科、经济管理知识，特别强调工业工程理论与方法的学习。能力要求：由于工业工程是实践性很强的学科，培养目标中特别注重学生系统设计和改善能力，分析问题解决问题能力，特别是贯穿整个过程的创新能力。,人因工程学在专业培养中的地位,人因工程学是研究人机环境三者之间关系的学科。该学科的主要目标是为人-机-环境系统优化设计和改善提供理论方法，特别突出系统设计中以人为主体的设计原则。人因工程学在实现工业工程的效率、质量、成本、安全和健康方面起到重要作用。人因工程课程内容是IE学生解决生产系统设计及设置所必须掌握的知识和技能，也是企业对工业工程人才的基本要求。,人因工程学课程目标,人因工程学是理论与实验教学相结合的课程，通过理论学习和实验环节达到以下目标：（1）从工程的角度掌握人的生理、心理的特点，对人-机-环境相互关系有比较全面了解和认识；（2）掌握人的行为方式、工作能力、作业限制等特点，能够对工程设计、工作安排、环境布置等提出科学的建议和要求，为人-机-环境系统建立合理可行的方案，以达到提高作业者的作业能力、系统生产率、安全性和舒适性的目的。,人因工程学主要模块,人因工程学科概述人的因素（生理、心理特点）人与环境：环境对人的影响分析、环境设计、改善人的工作效能：体力作业时人的作业能力变化过程、体力工作负荷；人的认知过程、脑力工作负荷；作业疲劳。人与作业空间：人体数据，作业空间设计（不同作业姿势、作业场所的空间设计）、座椅设计。人与机：人机功能分配，人机界面设计（显示器、控制器设计），人机系统设计程序、系统评价。作业安全：人、设备、环境、管理因素对安全的影响。,第一章 人因工程学概述,重点内容,1.学科的命名及定义；2.学科产生及发展的过程；3.研究内容及应用领域；4.研究方法、研究步骤。,第一节 人因工程学的命名及定义,一、命名 英文名称：Ergonomics；Human Factors；Human Engineering；Human Factors Engineering；Man-Machine Engineering中文名称：人类工效学，工效学，人的因素，人类工程学，人体工程学，人因工程，人机工程其它名称：人-机-环系统工程学、宜人性设计，工程心理学，在日本称为“人間工学”。,二、定义国际人类工效学学会（IEA）的定义中国企业管理百科全书的定义我们的定义,第一节 人因工程学的命名及定义,国际人类工效学学会的定义,20世纪60年代：研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题。2000年：人类工效学是一门研究各种系统中人与其他元素相互作用的科学；它是一种运用理论、原则、数据和方法进行系统设计的职业，以便使系统有利于人的健康和系统的全部性能得到优化。,中国企业管理百科全书的定义,研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特征，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。,人因工程学就是按照人的特性设计和改进人一机一环境系统的科学。人一机一环境系统是指由共处于同一时间和空间的人与其所操纵的机器以及他们所处的周围环境所构成的系统，也可以简称为人一机系统。人因工程学把人的工作优化问题作为追求的重要目标。目的是使处于不同限定条件下的人能高效、安全、健康、舒适地工作和生活。,我们的定义,第二节 人因工程学的起源与发展,启蒙阶段（20世纪40年代前）正式形成阶段（20世纪40年代-60年代）发展和成熟阶段(20世纪60年代后),泰勒的铁锹试验吉尔布雷斯的动作研究、疲劳研究闵斯托伯格心理学与工业效率霍桑实验人机关系特点：以机器为中心，通过选拔和培训使人去适应机器，即“人适机”，与现代人因学是对立的。,启蒙阶段,正式形成阶段,二战中飞机失事研究开始转向民用品等领域人因工程职业的诞生协会的形成杂志的出版学科的形成 重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应于人，即“机宜人”。,技术灾难性事件计算机的使用永久太空站的生活工作环境弱势群体（残疾人、老人、婴幼儿）的医疗和便利设施海陆空交通安全保障人-机-环境系统的优化，人机应该相互适应，合理分工，天人合一。,发展和成熟阶段,第三节 人因工程学的研究内容与应用领域,根据人的特性以及与人相互作用的特征将研究对象分为三大领域：1.物理范畴：与物理行为有关；2.认识范畴：与智力过程有关；3.体制范畴：与生产系统优化有关；物理范畴的课题:工作的姿势、物料的搬运、重复运动、工作引起的肌与骨的失调、工作场所的安排、安全和健康等。认识范畴的课题:精神负荷、人与计算机的相互作用、人的可靠性、工作压力等。体制范畴的课题:沟通、人力资源的管理、工作时间设计、团队协作、参与设计、社区工效、新的工作形式、虚拟组织等。,(1)研究人的生理与心理特性。人因工程学系统地研究人体特性，如人的感知特性、信息加工能力、传递反应特性；人的工作负荷与效能、疲劳；人体尺寸、人体力量、人体活动范围；人的决策过程、影响效率和人为失误的因素等。(2)研究人机系统总体设计。人机系统的效能取决于它的总体设计。系统设计的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进行信息交流等问题。,人因工程学的研究内容,(3)研究人机界面设计。在人机系统中，人与机相互作用的过程就是利用人机界面上的显示器与控制器，实现人与机的信息交换的过程。研究人机界面的组成并使其优化匹配，产品就会在功能、质量、可靠性、造型及外观等方面得到改进和提高，也会增加产品的技术含量和附加值。(4)研究工作场所设计和改善。工作场所设计包括工作场所总体布置、工作台或操纵台与座椅设计、工作条件设计等。,人因工程学的研究内容,人因工程学的研究内容,(5)研究工作环境及其改善。作业环境包括一般工作环境，如照明、颜色、噪声、振动、温度、湿度、空气粉尘和有害气体等，也包括高空、深水、地下、加速、减速、高温、低温及辐射等特殊工作环境。(6)研究作业方法及其改善。人因工程学主要研究人从事体力作业、技能作业和脑力作业时的生理与心理反应、工作能力及信息处理特点；研究作业时合理的负荷及能量消耗、工作与休息制度、作业条件、作业程序和方法；研究适宜作业的人机界面；研究与作业相关的软件设计。,人因工程学的研究内容,(7)研究系统的安全性和可靠性。人因工程研究人为失误的特征和规律，人的可靠性和安全性，找出导致人为失误的各种因素，以改进人机环境系统，通过主观和客观因素的相互补充和协调，克服不安全因素，搞好系统安全管理工作。(8)研究组织与管理的效率。人因工程学要研究人的决策行为模式；研究如何改进生产或服务流程；研究组织形式与组织界面，便于员工参与管理和决策，使员工行为与组织目标相适应等。,人因工程学的应用涉及非常广泛的领域。与人直接有关的应用领域概括为机具、作业、环境和管理等几大类。人因工学在各个领域应用的示例如表1-1 所示(P9)。,人因工程学的应用领域,日常生活中的人因工程学,日本零式飞机驾驶舱,飞行器驾驶舱的演变人因工程的应用和发展,B29,DC3,波音727,波音747,美国航天飞机控制舱,讨论题,根据人因工程学的观点，请举例说明：我们周围的机械装备、环境以及作业有哪些地方需要改进？,真正打动你的一些设计,真正打动你的一些设计,真正打动你的一些设计,真正打动你的一些设计,真正打动你的一些设计,真正打动你的一些设计,真正打动你的一些设计,（一）调查法（1）访谈法。是研究者通过询问交谈来收集有关资料的方法。（2）考察法。通过实地考察，发现现实的人一机一环境系统中存在的问题，为进一步开展分析、实验和模拟提供背景资料。（3）问卷法。是研究者根据研究目的编制一系列问题和项目，以问卷或量表的形式收集被调查者的答案并进行分析的一种方法。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,一、主要研究方法,（二）观测法 观测法是研究者通过观察、测定和记录自然情境下发生的现象来认识研究对象的一种方法。这种方法是在不影响事件的情况下进行的，观测者不介入研究对象的活动中，因此能避免对研究对象的影响，可以保证研究的自然性和真实性。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,一、主要研究方法,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,一、主要研究方法（三）实验法 实验法是在人为控制的条件下，排除无关因素的影响，系统地改变一定变量因素，以引起研究对象相应变化来进行因果推论和变化预测的一种研究方法。实验法分为两种，实验室实验和自然实验。实验室实验是借助专门的实验设备，在对实验条件严加控制的情况下进行的。自然实验也对实验条件进行适当控制，由于实验是在正常的情境中进行，因此，实验结果比较符合实际。,（四）心理测量法 心理测量法（也叫感觉评价法）是运用人的主观感受对系统的质量、性质等进行评价和判定的一种方法，即人对事物客观量作出主观感觉评价。心理测量对象可分为两类，一类(A)是对产品或系统的特定质量、性质进行评价，如声压级、照明的照度及亮度、空气的干湿程度等评价；另一类(B)是对产品或系统的整体进行综合评价，如舒适性、使用性、居住性、工作性等。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,一、主要研究方法,（五）心理测验法 心理测验法是以心理学中有关个体差异理论为基础，将操作者个体在某种心理测验中的成绩与常模作比较，用以分析被试心理素质特点，包括能力测试、个性测试、智力测试等。测验必须满足以下两个条件:第一，必须建立常模。常模是某个标准化的样本在测验上的平均得分。第二，测验必须具备一定的信度和效度，即准确而可靠地反映所测验的心理特性。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,一、主要研究方法,（六）图示模型法 图示模型法是采用图形对系统进行描述，直观地反映各要素之间的关系，从而揭示系统本质的一种方法。这种方法多用于机具、作业与环境的设计和改进，特别适合于分析人机之间的关系。在图示模型法中，应用较多的是三要素图示模型。这是一种静态图示模型，把人和机的功能都概括为三个基本要素。人的三要素是中枢神经系统、感觉器官和运动器官；机具的三要素是机器本体、显示器和控制器。如图1-1(P14)。此外，动态图示模型有方框图和流程图等。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,一、主要研究方法,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,（七）模拟法 运用各种技术或装置的模拟，对某些操作进行逼真的试验，可得到所需要的更符合实际的数据的一种方法。如训练模拟器，人体模型，设计控制台、驾驶室，宇航员飞行前的模拟训练，虚拟现实等。,一、主要研究方法,1.效度。效度是指研究结果能真实的反映所评价的内容。可从不同角度研究效度，应用比较广泛的是内部效度和外部效度。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,二、研究方法的效度与信度,2.信度。信度指的是研究方法和研究结果的可靠性，即多次测量的结果保持一致性的程度。实际研究中通常用一致性系数法、等值性系数法、内部一致性系数法来估计信度。,信度与效度的关系,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,三、人因工程学的研究步骤,（一）机具的研究步骤 1.确定目的及功能。首先确定设计和改进机具的目的，然后找出实现目的的手段，即赋予机具一定的功能。2.人与机具的功能分配。对人和机具的能力特性进行比较，以充分发挥各自的特长。3.模型描述。用模型对系统进行具体的描述，以揭示系统的本质。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,三、人因工程学的研究步骤,（一）机具的研究步骤 4.分析。对人的特性、机具的特性和系统的特性进行分析。5.模型实验。如果需要更详细的设计或改进数据时，可以在上述分析数据的基础上制作出机具的模型，再由人使用该机具模型，反复实验研究。6.机具的设计与改进。最后是确定机具的最优方案，并进行具体的设计和改进。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,三、人因工程学的研究步骤,（二）作业的研究步骤,1.确定作业的目的和实现该目的的功能。2.确定作业中人员和机具的功能分配。3.用作业模型表示作业对象的顺序、数量、时间、使用的机具和材料等。作业模型主要用语言模型和图示模型。例如各种工序分析图就属于图示模型。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,三、人因工程学的研究步骤,（二）作业的研究步骤,4.对作业人员的特性进行计测、数据处理和分析，对作业特性进行实验研究。5.提出各种方案，并对这些方案进行作业研究和评价，以确定最佳的作业方案。6.对作业进行设计、改进和评价，并继续不断加以完善。,第四节 人因工程学的研究方法和步骤,三、人因工程学的研究步骤,（三）环境的研究步骤,1.确定目的，明确研究环境的重点因素，如照明、噪声、微气候等。2.通过实验和理论研究分析环境因素对人的影响，这些影响可用图示模型和数学模型来描述。3.提出多种方案，在进行分析评价基础上，确定最佳方案，有时还需进行小规模实验。4.对环境进行设计、改进和评价，并不断进行完善。,第五节 人因工程学的相关学科,人因工程学的形成吸取了“人体科学”、“技术科学”、“环境科学”等学科的研究成果、思想、原理、准则、数据和方法。,第五节 人因工程学的相关学科,人体生理学、心理学、人体测量学、解剖学、生物力学、医学等，是人因工程的重要基础学科。其中心理学、人体测量学、生理学与人因工程学的关系更为密切。医学与生理学对人因工程的作用是很明显的。许多人因工程学的问题，若要深入探究其原理与机制，就需要从人体解剖特点和人体生理过程进行分析。,一、人因工程学与人体科学的关系,第五节 人因工程学的相关学科,心理学与人因工程的研究对象、内容和方法存在着很多共通性。心理学关于人的信息加工研究的成果，可为人因工程学提供科学原理和设计参数。人的任何工作和行为都离不开心理活动。人体测量学主要研究静态结构性人体测量尺寸数据和动态功能性人体测量数据。生物力学主要研究人体运动及受力情况，人与机器、工具间受力关系。,一、人因工程学与人体科学的关系,第五节 人因工程学的相关学科,人因工程学的研究目的体现了本学科是人体科学和环境科学不断向工程科学渗透和交叉的产物。工程科学包括工程设计、安全工程、系统工程以及管理工程等学科。工程设计是人因工程研究的主要目的，它与人因工程学科之间自然存在着密切的关系。例如，研究航空人因工程学问题，应具有一定的航空工程学和航空飞行的知识。系统工程是研究系统优化设计和应用的工程学。在研究对象、方法与解决实际问题方面这两个学科有密切关系。现在人一机环境系统工程已成为系统工程学科的一个重要分支。,二、人因工程学与工程科学的关系,第五节 人因工程学的相关学科,二、人因工程学与工程科学的关系,管理工程学科是把由人、组织、设备、信息、技术等要素构成的综合系统的管理与生产(或服务)系统的优化作为研究对象。管理与生产优化是人因工程学的重要应用领域，同时人因工程学的研究也应用管理学科的知识和方法。安全工程是研究生产(或服务)过程中事故发生的原因、分析方法、安全技术和安全管理的科学。人因工程既要应用安全工程的原理和方法，又为安全工程提供重要依据，两者关系密切。,第五节 人因工程学的相关学科,环境科学主要研究环境指标的测量、分析和评价，环境对人的生理及心理影响，恶劣环境下职业病的形成机理及控制措施，环境的设计与改善等。人因工程中人与环境的优化是重要研究内容，上述学科的研究内容为人因工程学进行环境设计和改善，创造适宜的劳动环境和条件提供了方法和标准。除上述学科外，人因工程学还需要社会学、统计学、信息技术、控制技术等学科的有关理论和方法。,三、人因工程与环境科学的关系,谢谢！,泰勒的铁锹试验,1856年3月20日出生于美国费城一个富有的律师家庭。1874年，考入哈佛大学法律系。1875年，进入费城恩特普里斯水压工厂当模具工和机工学徒。1878年，转入费城米德维尔钢铁公司工作。1898年，进入伯利恒钢铁公司，并进行了著名的“铁锹试验”。当时，不管铲取铁石还是搬运煤炭，都使用铁锹进行人工搬运，铲运工人拿自己家的铁锹上班，形状大小各种各样。每人每日铲运12.5吨物料。泰勒从改变铁锹形状、铲装的动作分析、每次铲装的重量（疲劳问题），最后确定了铁锹的最佳形状及每次铲装量，结果工作效率极大提高，每人每日铲装量提高到47吨，所用工人从原来的500人减少到140人，同时工人的日工资从1.15美元提高到1.88美元。,1856-1915,莉莲吉尔布雷斯(18781972)，弗兰克吉尔布雷斯的夫人，美国第一个获得心理学博士的女士，被称为“管理第一夫人”。莉莲吉尔布雷斯在抚养12个孩子之余，潜心于管理心理学的研究，并写成了著作管理心理学。1924年，当弗兰克吉尔布雷斯辞世后，她接替了丈夫的工作，并使自己也成为工业界的一个榜样。吉尔布雷斯夫妇发明了“动素”的概念，把人的所有动作归纳成17个动素，把所有的作业分解成一些动素的和，对每个动素做了定量研究之后，就可以分析每个作业需要化多少时间。1919年布氏夫妇合著的疲劳研究出版。,吉尔布雷斯的动作研究,闵斯托伯格心理学与工业效率,该书包括三大部分内容：（1）最适合的人，即研究工作对人们的要求，识别最适合从事某种工作的人应具备什么样的心理特点，将心理学的实验方法应用在人员选拔、职业指导和工作安排方面；（2）最适合的工作，即研究和设计适合人们工作的方法、手段与环境，以提高工作效率，他发现，学习和训练是最经济的提高效率的方法和手段，物理的和社会的因素对工作效率有较强的影响，特别是创造工作中适宜的“心理条件”极为重要；（3）最理想的效果，即用合理的方法在商业中也同样可以确保资源的合理利用，他研究了对人的需要施加符合组织利益的影响的必要性。,人因工程在很大程度上是一门实验科学，其主要任务是把与人的能力和行为有关的信息及研究结果应用于产品、设施、程序和周围环境的设计中去。这些知识主要来源于实验和观察。,返回,返回,技术性灾难事件,1979年Three Mile岛上的核电站事故；(美国）1984年12月4日Union Carbide杀虫剂工厂有毒物质泄漏，4000人死亡，20000人受伤；（印度）1986年Chernobyl核电站事故,300人死亡；（前苏联)1989年Phillips Petroleum塑料工厂在一场爆炸中夷为平地。（美国）,近年来公众熟知的一些重大人因事故,切尔诺贝利核电站控制室,灾后的切尔诺贝利核电站,交通安全事故,企业安全事故,返回,