第一章 人机工程学概述
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经验人机工程学阶段的特点： （1）基于经验和心理学知识； （2）在人机关系上是以选择和培训操作者为主，使 人适应机器。
14
二、科学人机工程学阶段（1945年到1960年）
第二次世界大战期间（1937——1945年），武器的性 能不断提高，威力不断增大，但操作武器的人对武器不 能适应，失败的教训是屡见不鲜的。例如：
西欧：人类工效学（Ergonnmics） 原因：侧重于研究人类劳动规律——提高工作效率 ——反映学科本质&中立&希腊文 ——前苏联、日本（人间工学）、中国（人机工程学，
Man—Machine Engineering）仿效
3
二、人机工程学的定义
美国专家伍德：设备需考虑人的各方面因素——操作 上最小的代价求得最高效率
美国专家伍德森：人机工学研究人与机器相互关系的 合理方案，（即显示，操纵，系统的设计和布置等）— —获得最高效率&安全&舒适
片面&争议——国际权威定义
4
国际人机工程学会的定义为： （1）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；（人的特性） （2）研究人和机器及环境的相互作用;（系统） （3）研究在工作中、生活中和休息时，怎样统一考 虑工作效率，人的健康、安全和舒适等问题的学科。 （目的）
25
计算机仿真方法
26
第四节 人机工程学体系及应用
一、学科体系
27
二、应用
范围
对象举例
例
子
机电设备
机床、计算机、农业机械
产品和工 具设计及 改进
交通工具 建筑设备 宇航系统 工作服装
飞机、汽车、自行车 城市规划、工业设施、工业与民用建 筑 火箭、人造卫星、宇宙飞船 劳保服、安全帽、劳保鞋
作业的设 计与改进
（3）环境因素未受到足够重视 （如气温）
16
科学人机工程学阶段的特点： （1）本学科的研究又超出心理学的研究范畴，使许 多生理学家、工程技术专家，涉身到该学科中来共同研 究。 （2）重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器 适合人。
17
三、现代人机工程学阶段(1960年至今)
它所涉及的研究领域不断扩大，从事本学科研究的专 家所涉及的专业和学科越来越多;
10
• 肌肉疲劳试验
1884年德国人莫索（A.Mosso）对人体德疲劳 现象进行了研究。
当操作者开始作业时，就在身体上通以微电流， 随着人的疲劳程度的增加，电位也随之发生变化。 这是由于人产生疲劳的时候，使得皮肤电阻降低， 电位下降。
11
• 铁锹铲矿石试验
1898年美国人泰勒（F.W.Taylor）对铁锹的重量 进行了研究。当时泰勒在伯利恒钢铁厂，他专制了四 种尺寸不同的铁锹进行试验，每次铲重分别为：5kg、 10kg、17kg、30kg。结论是10kg的铁锹效率最高， 因此他设计了两种规格的铁锹，装重物用小锹，装卸 轻物时用大锹。这项改进使原本需要400人完成的工 作改为140人即可完成。（泰勒在机械方面也有很多 贡献） （每次装载最合适的量）
作业姿势、作业方 法、作业量及工具 选用和配置等
工厂生产作业、监视作业、车辆驾驶 作业、物品搬运作业、办公室作业等
环境的设 计与改进
声、光、热、色彩、工厂、车间、控制中心、计算机房、 振动、尘埃、气味 办公室、驾驶室、生活用房 等
Fra Baidu bibliotek经营流程再造、生产与服务过程优化、
管理运作模式、决策行为模式、参与
管理的设 计与改进
21
二、研究的方法（7种）
观察法（Observation method） 实测法（Measure method） 实验法（Experiment method） 分析法（Analysis） 图示模拟和模型试验法(Model) 计算机仿真法(Simulation) 感觉评价法(Sensory inspection)
人与组织、设备、 管理制度、企业文化建设、管理信息
信息、技术、职能、系统、计算机集成制造系统、企业网
模式等
络、模拟企业、程序与标准、人事制
度、激励制度、人员选拔与培训、技
术创新等
28
三、人机工程学的研究步骤
1.根据生产需要，提出人机工程学的主攻目标（生产效率低） 2.收集信息和数据 3.进行人机工程学分析，并设计可行方案（表1-2） 4.进行试验，验证，对比，评价 5.实施新方案 6.检查、总结、再评价
7
第二节 人机工程学的起源与发展
经验人机 工程学阶
段
早期历史
科学人机工 程学阶段
（1945年到1960年）
现代人机工程 学阶段
（1960年至今）
8
一、经验人机工程学阶段（早期历史 ）
原始时代的人机关系就是人与石斧、石刀、木棒的组 合，借以狩猎、加工。最初的工效概念只考虑工具的 尺寸、形状、重量、质地等，以使战胜野兽和粗略的 加工。
标准工作地 布局怎样
是否可以改进 更换环境改善环境 维护环境
操作者本身能 更换地点或改进布 否改进工作地 局或扩大面积
方法 时间
方法是否 得当
是否有不 合理因素
有效的正确 的方法是什 么
有否浪费现 象有否无效 劳动
怎样改进现行 用其他方法代替原
方法
方法改善
如何改善
节约方案简化操作 缩短流程
30
课内作业（讨论题）
第一章 概述
第一节 人机工程学的命名及定义 第二节 人机工程学的起源与发展 第三节 人机工程学的研究内容与方法 第四节 人机工程学体系及应用
1
第一节 人机工程学的命名及定义
人机工程学是研究人、机器及其工作环境之间 相互作用的学科。
多学科交叉 学科边界模糊 综合性强
2
一、 人机工程学科的命名
美国：人类工程学（Human Engineering） 原因：侧重于工程和人机关系
29
表1-2 考察表
着眼 点 人
机
考察1
能否适应 此环境
存在什么 问题
考察2
须具备什么 条件什么素 质 有否改进的 可能
考察3
考察4
该操作者条件 更换合适人员或培 和素质如何 训弥补改善心理生
理状况
如何改善其结 用它机代替或优化
构
该机
环境
工作 地
存在何种 有害因素
存在什么 问题
标准环境条 件是什么
12
• 砌砖作业试验
1911年美国人吉尔布雷（F.B.Gilbreth）对建筑 工人砌砖动作进行了研究。采用摄像机将砌砖动作 一一拍摄下来，通过分析试验，去掉无效动作，并 将基本作业与辅助作业分开，这项改进使砌砖速度 由每小时120块提高到350块。
13
上述几项对人机工程学的诞生起了前奏作用。人机工 程学有“起源于欧洲，形成于美国”之称。
5
中国企业管理百科全书里定义为： （中国版本） 研究人与环境的相互作用及其合理结合，使设计的机 器和环境适合人的心理、生理等特点，达到在生产中提 高效率、安全、舒适和健康的目的的学科。
课堂讨论总结各版本的共同点
6
共同点
1.研究对象 人、机器、环境。人是最主要的，强调以人为本。 2. 研究的核心 着重研究人、机、环境之间的相互作用关系，试图改 变人们所用物品和所处的环境，从而使机器和工作环境 更好的适应人的需要。 3. 研究目标 一是提高工作效率和质量。二是提高工作的安全感和 舒适感。
青铜器时代以后，由石器发展到铜器、铁器。工具类 型增加，由简单到复杂，由笨拙到灵巧，经历了漫长 的过程，处于经验人机工程学阶段，它属于人机工程 学的第一阶段。（低级阶段）
9
19世纪80年代人们开始人机工程学的研究， 比较著名的项目有： • 肌肉疲劳试验（1884年，德国人） • 铁锹铲矿石试验（1898年，美国人） • 砌砖作业试验（1911年，美国人） • 外科手术过程研究（美国人）
其研究方向为：把人-机-环境作为一个统一整体来研 究，以创造最适合于人的操作的机械设备和作业环境， 使人-机-环境系统相互协调，从而获得系统的最高综合 效能。
（伴随系统论的发展）
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第三节 人机工程学的研究内容与方法
一、研究内容
人机工学研究一般规律：（简单——复杂） 人体测量、环境因素、作业强度着手 ——知觉、运动特点、作业姿势研究 ——显示设计、操纵设计、人机控制系统 ——人-机-环境系统模型、定量描述等
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• 观察法：研究系统中人、机的工作状态，例如工人操 作动作的分析，功能分析和工艺流程分析，大都采用 观察法（如砌砖作业研究）
• 实测法：借助于仪器设备进行实际测量的方法。例如 人体静态动态参数的测量
• 实验法：一般在实验室进行。（当实测法受到限制时 采用的一种研究方法，如认知实验）
• 模拟和模型试验法：同于比较复杂的机器系统。模拟 方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器， 机械的模型以及各种人体模型等。由于模拟器和模型 价格较便宜，最初的飞行训练，不可以进行符合实际 的研究，故应用较多。（飞行训练模拟器，汽车碰撞 实验等）
（1）飞机仪表设计的不合理，导致飞行员误操作； （2）操作装置设计的不合理，导致炮弹命中率低。
15
究其原因有三：
（1）武器设计忽视了人的心理和生理特性，仪表的 位置安排不当造成误读，一些结构不适应人操纵引起失 控，导致事故或降低命中率。
（2）操作者缺乏足够的训练、动作不熟练。在紧急 和复杂情况下，容易惊慌失措、手忙脚乱，从而导致事 故。
19
1.人的特性研究 人的形体尺寸参数、人的感知特性、人的反应特性以 及人的心理特性等（人的生理&心理特性） 2.人的信息传递装置 显示器的设计&控制器的设计
基于视觉、听觉和触觉特性，以及人的习惯性动 作等
3.作业环境的设计 工作台设计、座椅的设计、作业空间的整体布置等
20
4.环境控制和安全保护设计 环境控制：保证照明、作业空间内的气候、噪声和振 动等 安全保护：安全防范装置等，如安全锤、防范身体卷 入等 5.人机系统的总体设计
1.什么是人机工程学？叙述它的应用范围，并 举例说明。
2.按照人机工程学的观点，我们身边的机器、 工具、设备、环境以及我们的工作、学习有 哪些地方需要改进，试举例说明，并尝试分 析原因。
31
23
研究车辆碰撞的人机系统的模拟与模型
24
• 计算机数值仿真法：一种现代研究方法。数值仿真是 在计算机上利用系统的数字模型进行仿真性实验研究。 研究者可对尚处于设计阶段的未来系统进行仿真，并 就系统中的人、机、环境三要素的功能特点及其相互 间的协调性进行分析，从而预知其设计产品的性能， 并进行改进设计。（MATLAB仿真模拟）
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二、科学人机工程学阶段（1945年到1960年）
第二次世界大战期间（1937——1945年），武器的性 能不断提高，威力不断增大，但操作武器的人对武器不 能适应，失败的教训是屡见不鲜的。例如：
西欧：人类工效学（Ergonnmics） 原因：侧重于研究人类劳动规律——提高工作效率 ——反映学科本质&中立&希腊文 ——前苏联、日本（人间工学）、中国（人机工程学，
Man—Machine Engineering）仿效
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二、人机工程学的定义
美国专家伍德：设备需考虑人的各方面因素——操作 上最小的代价求得最高效率
美国专家伍德森：人机工学研究人与机器相互关系的 合理方案，（即显示，操纵，系统的设计和布置等）— —获得最高效率&安全&舒适
片面&争议——国际权威定义
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国际人机工程学会的定义为： （1）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；（人的特性） （2）研究人和机器及环境的相互作用;（系统） （3）研究在工作中、生活中和休息时，怎样统一考 虑工作效率，人的健康、安全和舒适等问题的学科。 （目的）
25
计算机仿真方法
26
第四节 人机工程学体系及应用
一、学科体系
27
二、应用
范围
对象举例
例
子
机电设备
机床、计算机、农业机械
产品和工 具设计及 改进
交通工具 建筑设备 宇航系统 工作服装
飞机、汽车、自行车 城市规划、工业设施、工业与民用建 筑 火箭、人造卫星、宇宙飞船 劳保服、安全帽、劳保鞋
作业的设 计与改进
（3）环境因素未受到足够重视 （如气温）
16
科学人机工程学阶段的特点： （1）本学科的研究又超出心理学的研究范畴，使许 多生理学家、工程技术专家，涉身到该学科中来共同研 究。 （2）重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器 适合人。
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三、现代人机工程学阶段(1960年至今)
它所涉及的研究领域不断扩大，从事本学科研究的专 家所涉及的专业和学科越来越多;
10
• 肌肉疲劳试验
1884年德国人莫索（A.Mosso）对人体德疲劳 现象进行了研究。
当操作者开始作业时，就在身体上通以微电流， 随着人的疲劳程度的增加，电位也随之发生变化。 这是由于人产生疲劳的时候，使得皮肤电阻降低， 电位下降。
11
• 铁锹铲矿石试验
1898年美国人泰勒（F.W.Taylor）对铁锹的重量 进行了研究。当时泰勒在伯利恒钢铁厂，他专制了四 种尺寸不同的铁锹进行试验，每次铲重分别为：5kg、 10kg、17kg、30kg。结论是10kg的铁锹效率最高， 因此他设计了两种规格的铁锹，装重物用小锹，装卸 轻物时用大锹。这项改进使原本需要400人完成的工 作改为140人即可完成。（泰勒在机械方面也有很多 贡献） （每次装载最合适的量）
作业姿势、作业方 法、作业量及工具 选用和配置等
工厂生产作业、监视作业、车辆驾驶 作业、物品搬运作业、办公室作业等
环境的设 计与改进
声、光、热、色彩、工厂、车间、控制中心、计算机房、 振动、尘埃、气味 办公室、驾驶室、生活用房 等
Fra Baidu bibliotek经营流程再造、生产与服务过程优化、
管理运作模式、决策行为模式、参与
管理的设 计与改进
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二、研究的方法（7种）
观察法（Observation method） 实测法（Measure method） 实验法（Experiment method） 分析法（Analysis） 图示模拟和模型试验法(Model) 计算机仿真法(Simulation) 感觉评价法(Sensory inspection)
人与组织、设备、 管理制度、企业文化建设、管理信息
信息、技术、职能、系统、计算机集成制造系统、企业网
模式等
络、模拟企业、程序与标准、人事制
度、激励制度、人员选拔与培训、技
术创新等
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三、人机工程学的研究步骤
1.根据生产需要，提出人机工程学的主攻目标（生产效率低） 2.收集信息和数据 3.进行人机工程学分析，并设计可行方案（表1-2） 4.进行试验，验证，对比，评价 5.实施新方案 6.检查、总结、再评价
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第二节 人机工程学的起源与发展
经验人机 工程学阶
段
早期历史
科学人机工 程学阶段
（1945年到1960年）
现代人机工程 学阶段
（1960年至今）
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一、经验人机工程学阶段（早期历史 ）
原始时代的人机关系就是人与石斧、石刀、木棒的组 合，借以狩猎、加工。最初的工效概念只考虑工具的 尺寸、形状、重量、质地等，以使战胜野兽和粗略的 加工。
标准工作地 布局怎样
是否可以改进 更换环境改善环境 维护环境
操作者本身能 更换地点或改进布 否改进工作地 局或扩大面积
方法 时间
方法是否 得当
是否有不 合理因素
有效的正确 的方法是什 么
有否浪费现 象有否无效 劳动
怎样改进现行 用其他方法代替原
方法
方法改善
如何改善
节约方案简化操作 缩短流程
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课内作业（讨论题）
第一章 概述
第一节 人机工程学的命名及定义 第二节 人机工程学的起源与发展 第三节 人机工程学的研究内容与方法 第四节 人机工程学体系及应用
1
第一节 人机工程学的命名及定义
人机工程学是研究人、机器及其工作环境之间 相互作用的学科。
多学科交叉 学科边界模糊 综合性强
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一、 人机工程学科的命名
美国：人类工程学（Human Engineering） 原因：侧重于工程和人机关系
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表1-2 考察表
着眼 点 人
机
考察1
能否适应 此环境
存在什么 问题
考察2
须具备什么 条件什么素 质 有否改进的 可能
考察3
考察4
该操作者条件 更换合适人员或培 和素质如何 训弥补改善心理生
理状况
如何改善其结 用它机代替或优化
构
该机
环境
工作 地
存在何种 有害因素
存在什么 问题
标准环境条 件是什么
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• 砌砖作业试验
1911年美国人吉尔布雷（F.B.Gilbreth）对建筑 工人砌砖动作进行了研究。采用摄像机将砌砖动作 一一拍摄下来，通过分析试验，去掉无效动作，并 将基本作业与辅助作业分开，这项改进使砌砖速度 由每小时120块提高到350块。
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上述几项对人机工程学的诞生起了前奏作用。人机工 程学有“起源于欧洲，形成于美国”之称。
5
中国企业管理百科全书里定义为： （中国版本） 研究人与环境的相互作用及其合理结合，使设计的机 器和环境适合人的心理、生理等特点，达到在生产中提 高效率、安全、舒适和健康的目的的学科。
课堂讨论总结各版本的共同点
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共同点
1.研究对象 人、机器、环境。人是最主要的，强调以人为本。 2. 研究的核心 着重研究人、机、环境之间的相互作用关系，试图改 变人们所用物品和所处的环境，从而使机器和工作环境 更好的适应人的需要。 3. 研究目标 一是提高工作效率和质量。二是提高工作的安全感和 舒适感。
青铜器时代以后，由石器发展到铜器、铁器。工具类 型增加，由简单到复杂，由笨拙到灵巧，经历了漫长 的过程，处于经验人机工程学阶段，它属于人机工程 学的第一阶段。（低级阶段）
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19世纪80年代人们开始人机工程学的研究， 比较著名的项目有： • 肌肉疲劳试验（1884年，德国人） • 铁锹铲矿石试验（1898年，美国人） • 砌砖作业试验（1911年，美国人） • 外科手术过程研究（美国人）
其研究方向为：把人-机-环境作为一个统一整体来研 究，以创造最适合于人的操作的机械设备和作业环境， 使人-机-环境系统相互协调，从而获得系统的最高综合 效能。
（伴随系统论的发展）
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第三节 人机工程学的研究内容与方法
一、研究内容
人机工学研究一般规律：（简单——复杂） 人体测量、环境因素、作业强度着手 ——知觉、运动特点、作业姿势研究 ——显示设计、操纵设计、人机控制系统 ——人-机-环境系统模型、定量描述等
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• 观察法：研究系统中人、机的工作状态，例如工人操 作动作的分析，功能分析和工艺流程分析，大都采用 观察法（如砌砖作业研究）
• 实测法：借助于仪器设备进行实际测量的方法。例如 人体静态动态参数的测量
• 实验法：一般在实验室进行。（当实测法受到限制时 采用的一种研究方法，如认知实验）
• 模拟和模型试验法：同于比较复杂的机器系统。模拟 方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器， 机械的模型以及各种人体模型等。由于模拟器和模型 价格较便宜，最初的飞行训练，不可以进行符合实际 的研究，故应用较多。（飞行训练模拟器，汽车碰撞 实验等）
（1）飞机仪表设计的不合理，导致飞行员误操作； （2）操作装置设计的不合理，导致炮弹命中率低。
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究其原因有三：
（1）武器设计忽视了人的心理和生理特性，仪表的 位置安排不当造成误读，一些结构不适应人操纵引起失 控，导致事故或降低命中率。
（2）操作者缺乏足够的训练、动作不熟练。在紧急 和复杂情况下，容易惊慌失措、手忙脚乱，从而导致事 故。
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1.人的特性研究 人的形体尺寸参数、人的感知特性、人的反应特性以 及人的心理特性等（人的生理&心理特性） 2.人的信息传递装置 显示器的设计&控制器的设计
基于视觉、听觉和触觉特性，以及人的习惯性动 作等
3.作业环境的设计 工作台设计、座椅的设计、作业空间的整体布置等
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4.环境控制和安全保护设计 环境控制：保证照明、作业空间内的气候、噪声和振 动等 安全保护：安全防范装置等，如安全锤、防范身体卷 入等 5.人机系统的总体设计
1.什么是人机工程学？叙述它的应用范围，并 举例说明。
2.按照人机工程学的观点，我们身边的机器、 工具、设备、环境以及我们的工作、学习有 哪些地方需要改进，试举例说明，并尝试分 析原因。
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研究车辆碰撞的人机系统的模拟与模型
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• 计算机数值仿真法：一种现代研究方法。数值仿真是 在计算机上利用系统的数字模型进行仿真性实验研究。 研究者可对尚处于设计阶段的未来系统进行仿真，并 就系统中的人、机、环境三要素的功能特点及其相互 间的协调性进行分析，从而预知其设计产品的性能， 并进行改进设计。（MATLAB仿真模拟）