第1章人因工程学总论

第一章人因工程学总论

第一节人因工程学的命名及定义

人因工程学(HumanFactorsEngineering)是研究人-机-环境三者之间相互关系的学科，是近几十年发展起来的一门边缘性应用学科。

一、命名

该学科在国内外没有统一名称。美国称为人的因素工程学或人类工程学，西欧称为人类工效学，日本称为人间工学。我国关于该学科的命名出现多种：人机工程学、人体工程学、人类工效学等。近几年使用人因工程学和人类工效学命名的较多，本书旨在强调重视人的因素作用，故使用人因工程学。

第一节人因工程学的命名及定义

二、定义

人因工程学就是按照人的特性，设计和改进人-机-环境系统的科学。人-机-环境系统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，也简称为人-机系统。为了实现人-机-环境之间的最佳匹配，人因工程学把人的工作优化问题作为追求的重要目标。其标志是使处于不同条件下的人能高效、安全、健康、舒适地工作和生活。第二节人因工程学的起源与发展

本学科起源于欧洲，形成于美国。人因工程学诞生前后，经历了以下几个发展阶段。

一、经验人因工程学时期（产业革命至20世纪初）

20世纪初，泰勒进行了著名的铲生铁和时间研究实验，他还对工人的操作进行了时间研究，改进操作方法，制定标准时间，在不增加劳动强度的条件下提高了工作效率。与泰勒同期的吉尔布雷斯夫妇开展了动作研究，创立了通过动素分析改进操作动作的方法。

第二节人因工程学的起源与发展

一、经验人因工程学时期

在这一时期，德国心理学家闵斯托伯格倡导将心理学应用于生产实践，其代表作是《心理学与工业效率》，提出了心理学对人在工作中的适应与提高效率的重要性。

20世纪初，虽然已孕育着人因工程学的思想萌芽，但人机关系总的特点是以机器为中心，通过选拔和培训使人去适应机器。由于机器进步很快，使人难以适应，因此，伤害人身心的问题大量存在。第二节人因工程学的起源与发展

二、科学人因工程学时期（第一次世界大战至上世纪50年代初）第一次世界大战为工作效率研究提供了重要背景。该阶段主要研究如何减轻疲劳及人对机器的适应问题。自1924年开始，在美国芝加哥西方电气公司的霍桑工厂进行了长达8年的“霍桑实验”，这是对人的工作效率研究中的一个重要里程碑。实验得到的结论是工作效率不仅受物理的、生理的因素影响，还发现组织因素、工作气氛和人际关系等都是不容忽视的因素。

第二节人因工程学的起源与发展

（第二次世界大战至20世纪60年代）二战以前，人与机器装备的匹配，主要是通过选拔和培训，使人去适应机器装备。二战期间，由于战争的需要，首先在军事领域开始了与设计相关学科的综合研究与应用使人适应机器转入到使机器适应人的新阶段。二、科学人因工程学时期第二节人因工程学的起源与发展

1945年第二次世界大战结束时，本学科研究与应用逐渐从军事领域向工业等领域发展。并逐步应用军事领域的研究成果解决工业与工程设计中的问题。

此外，美国、日本和欧洲的许多国家先后成立了学会。为了加强国际间交流，1960年正式成立了国际人类工效学会(IEA)，标志着该学科已发展成熟，该组织为推动各国的人因工程发展起了重要作用。

二、科学人因工程学时期第二节人因工程学的起源与发展

（20世纪60年以后）人因工程学进入了一个新的发展时期。这个时期人因工程学的发展有三大基本趋势。（1）研究领域不断扩大。研究领域扩大到：人与工程设施、人与生产制造、人与技术工艺、人与方法标准、人与生活服务、人与组织管理等要素的相互协调适应上。

三、现代人因工程学的发展时期第二节人因工程学的起源与发展

（2）应用范围越来越广泛。应用扩展到社会各行各业：人类生活的各个领域，如衣、食、住、行、学习、工作、文化、体育、休息等各种设施用具的科学化、宜人化。

（3）在高技术领域中发挥特殊作用。高技术与人类社会往往产生不协调的问题，只有综合应用包括人因工程在内的交差学科理论和技术，才能使高技术与固有技术的长处很好结合，协调人的多种价值目标，有效处理高技术社会的各种问题。

三、现代人因工程学时期灾难具体介绍1969年，美国联合碳化物公司在印度中央邦博帕尔市北郊建立了联合碳化物(印度)有限公司，专门生产滴灭威、西维因等杀虫剂。这些产品的化学原料是一种叫异氰酸甲酯(MIC)的剧毒气体。1984年12月3日凌晨，这家工厂储存液态异氰酸甲酯的钢罐发生爆炸，40吨毒气很快泄漏，引发了20世纪最著名的一场灾难。根据印度政府公布的数字，在毒气泄漏后的头3天，当地有3500人死亡。不过，印度医学研究委员会的独立数据显示，死亡人数在前3天其实已经达到8000至1万之间，此后多年里又有2.5万人因为毒气引发的后遗症死亡。还有10万当时生活在爆炸工厂附近的居民患病，3万人生活在饮用水被毒气污染的地区。据信，博帕尔毒气泄漏事件迄今陆续致使超过55万人死于和化学中毒有关的肺癌、肾衰竭、肝病等疾病，20多万博帕尔居民永久残废，当地居民的患癌率及儿童夭折率也因为这次灾难远比印度其它城市高。博帕尔毒气泄漏已成为人类历史上最严重的工业灾难之一。遇难者尸骨原因：人祸，人祸，还是人祸到底是什么气体能够含有如此剧毒，导致如此惨重之后果？一连串的证据表明，在这个事件的发生、发展以及善后过程中，联合碳化物(印度)公司一再犯错，导致这起事故成为迄今为止世界上最严重的中毒事件。灾难的源头：管理错误+工人失误危险是在灾难发生的前一天下午产生的。在例行日常保养的过程中，由于该公司杀虫剂工厂维修工人的失误，导致了水突然流入到装有MIC气体的储藏罐内。MIC是一种氰化物，一旦遇水会产生强烈的化学反应。这次有水渗入载有MIC的储藏罐内，令罐内产生极大的压力，最后导致罐壁无法抵受压力，罐内的化学物质泄漏至博帕尔市的上空。其实，储藏罐内的MIC气体储量本身就值得怀疑。“MIC是一种化学过渡态物质，每个人都知道储藏它意味着要面临很大的危险。所以没有人敢管理大量的MIC气体，也没有人敢长时间的储藏它”。事发当晚负责交接班工作的奎雷施说。他说，“公司在管理这种放射性气体的时候太过于自负了，从来没有真正的担心这种气体有可能引发的一系列的问题。”而据调查，事实是，当时公司在杀虫剂销售方面出现了一些问题，于是尽力削减安全措施方面的开支。在常规检查的过程中出现险情时，杀虫剂厂的重要安全系统或者发生了故障或者被关闭了。毒气泄漏过程中，未教市民如何逃生在事发之后，该工厂仍没有尽到向市民提供逃生信息的责任；他们对市民的生命有着惊人的漠视。尽管向警察报告情况花了三个小时的时间，工厂的管理者仍有足够时间把所有的工人转移到安全地带。“没有一个从工厂逃出来的人死亡，原因之一就是他们都被告知要朝相反的方向跑，逃离城市，并且用蘸水的湿布保持眼睛的湿润”，奎雷施说。但是当灾难迫近的时候，公司却没有对当地居民做出任何警告，当毒气从储藏罐中泄漏出来的时候，他们没有给予博帕尔市民最基本的建议——不要惊慌，要待在家里并保持眼睛湿润。更为雪上加霜的是，公司迅速决定把灾难的严重性和影响故意说得轻微些，想以此来挽回形象。灾难过后的几天，公司的健康、安全和环境事务的负责人捷克森布朗宁仍旧把这种气体描述为“仅仅是一种强催泪瓦斯”。甚至在灾难的即时后果——几千人死亡，更多人将一生被病魔缠绕——被公布后，公司还是继续着相同的做法。据悉，当时这个工厂泄漏了40吨的剧毒气体。惨案发生后，未向医院提供毒气信息事发后的救助也不能说是成功的，当时唯一一所参加救治的省级医院是海密达医院。该医院的萨特帕西医生对2万多具受难者的尸体进行了尸体解剖，结果表明“从气体中毒者的尸体中我们可以找到至少27种有害的化学物质，而这些化学物质只可能来源于他们所吸入的有毒气体。然而，公司却没有提供任何信息说明该气体含有这些化学成分。”这位医生说，“即使在今天也没有人知道正确治疗MIC气体中毒的方法”，“由于公司处理这种气体已经有数十年的时间了，联合碳化物公司有责任向公众和医疗组织建议治疗MIC气体中毒的一系列措施。但是我们没有收到任何由该公司提供的关于治疗措施的信息。”公司的调查信息，包括1963年和1970年在美国卡内基美隆大学进行的调查信息，都被视为“商业秘密”而一直没有公开。切尔诺贝利辐射影响事件起因

关于事故的起因，官方有两个互相矛盾的理论。第一个是在1986年8月公布，有效地令事故的指责只归于核电站操作员。第二个则是发布于1991年，认为事故由于压力管式石墨慢化沸水反应堆（简称RMBK）的设计缺陷引致，尤其是控制棒的设计。双方的调查团都被多方面游说，包括反应堆设计者、切尔诺贝利核电站职员及政府。现在一些独立的专家相信两个理论都并非完全正确。事件起因

另一个促成事故发生的重要因素是职员并没有收到反应堆问题报告的事实。根据Anatoli·Dyatlov---一名职员所述，设计者知道反应堆在某些情况下会出现危险，但将其蓄意隐瞒。（造成这情况是因为厂房主管广泛地吹嘘未有RMBK资格员工：厂长V.P.Bryukhanov，具有燃煤发电厂的训练和经验。他的总工程师NikolaiFomin亦是来自一个常规能源厂。AnatoliDyatlov,3号和4号反应堆的副总工程师只有“一些小反应堆的经验”，VVER反应堆的小版本即苏联海军的核潜艇的设计。）事件起因在细节中，⊕反应器有一个危险高正面空系数。简单地说，这意味著如果蒸汽气泡形成在反应器冷却剂中，核反应加速，如果没有其它干预，将会导致逃亡反应。更坏的话，在低功率输出，这个其它因素未补偿正面空系数，会使反应器不稳定和危险。反应器在低功率的危险对工作人员是与预计相反和未知数。⊕反应器的一个更加重大的缺陷是在控制棒的设计。在一个核反应堆，控制棒被插入反应堆以减慢核反应。但是，在RBMK反应堆设计，控制棒部分是空心的；当控制标尺被插入时，最初的数秒钟冷却剂被控制棒的空心外壳偏移了。因为冷却剂（水）是中子吸收体，反应堆的输出功率实际上上升。这情况也是与预计相反，而反应堆操作员亦不知情。⊕操作员粗心大意并违犯了规程，部分是由于他们未察觉反应堆的设计缺陷。一些程序的不规则促成了事故发生。另一原因是安全干事和负责该夜实验操作员之间的通讯不足。第二节人因工程学的起源与发展

中国最早开展工作效率研究的是心理学家。1935年，清华大学陈立先生出版了“工业心理学概观”，这是我国最早系统介绍工业心理学的著作。新中国成立后，中国科学院心理研究所和杭州大学的心理学家开展了操作合理化、技术革新、事故分析、职工培训等劳动心理学研究。

“文化大革命”使许多研究陷于停顿。70年代后期，一些研究单位和大学，成立了工效学或工程心理学研究机构。四、我国人因工程学科的发展第二节人因工程学的起源与发展

1980年5月成立了中国人类工效学标准化技术委员会和中国心理学会工业心理学专业委员会。1984年国防科工委还成立了军用人－机－环境系统工程标准化技术委员会。

20世纪80年代末，我国已有几十所高校和研究单位开展了人因工程学研究和人才培养工作。许多大学在应用性学科开设了有关人因工程学课程。

1989年6月29-30日在上海同济大学召开了全国性学科成立大会，定名为中国人类工效学学会。五、我国人因工程学科的发展

第三节研究内容与应用领域

人因工程学的研究包括理论和应用研究两个方面。但学科研究的总趋势还是侧重应用。主要可概括为8方面内容：

(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。

一、研究内容

第三节研究内容与应用领域

人因工程学的研究包括理论和应用研究两个方面。但学科研究的总趋势还是侧重应用。主要可概括为8方面内容：

(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。

一、研究内容

第三节研究内容与应用领域

(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。

(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。

一、研究内容

第三节研究内容与应用领域

(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。

(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。一、研究内容

第三节研究内容与应用领域

(6)研究作业方法及其改善。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、作业条件程序和方法；研究适宜作业的人机界面等等。

(7)研究系统安全性和可靠性。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，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。一、研究内容

第三节研究内容与应用领域

(8)研究组织与管理的效率。研究人的决策行为模式；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。

二、应用领域

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(P17)。

一、研究内容

第四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

第四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

第四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。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-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

第四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。

第四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第五节学科体系与研究方法一、人因工程学的学科体系第五节学科体系与研究方法二、人因工程学的研究方法在研究中特别注意客观性和系统性。

客观性指研究者在工作中应坚持实事求是的科学态度，根据客观事实的本来面目去揭示事物内在的规律性，不能以个人主观臆断解释客观事实。

系统性指把研究对象放到系统中加以研究和认识。人因工程学的主要研究对象是人-机-环境系统。用系统观点研究人-机-环境系统时，必须从系统的整体出发去分析各子系统的性能及其相互关系，再通过对各部分相互作用的分析来认识系统整体。第五节学科体系与研究方法二、人因工程学的研究方法描述性研究试验性研究评价性研究描述性研究：用于描绘人的某些特性。如人体尺寸的测量、不同年龄人的听力损失、能够抬多重的箱子等等。试验性研究：是为了检测一些变量对人的行为的影响。通常根据实际问题、预测理论来决定需要调查的变量和检测的行为。通常，试验性的研究更关心变量是否对行为有影响以及将如何影响的问题。描述性研究则更关心所描述对象的统计结果，如平均值、标准偏差和百分比等。评价性研究：类似于试验性研究，但它的目的多是为了评价一个系统或产品，并希望事先了解人们在使用系统或产品时的行为表现。第五节学科体系与研究方法二、人因工程学的研究方法观察分析法实际测量法调查询问法试验设计法模型和模拟仿真法计算机数值仿真法系统分析法三、

人因工程的研究工具A.硬件类研究工具（1）实验基础环境测量工具实验基础环境测控主要是对实验环境参数进行测量与控制，内容包括温度、湿度、光照、噪声、辐射、空气等环境参数，测量仪器包括温度计、湿度计、照度计、噪声计等生理参数测量工具

生理参数测量仪器主要针对实验被试的基本生理参数进行测量，获取被试的基本生理特征，包括三个小类：单维静态生理参数测量仪器多维静态生理参数测量仪器动态生理参数测试仪器A.硬件类研究工具（2）心理参数测量工具心理参数测量仪器主要是结合认知心理学，测量反应人类心理和认知过程的各种参数，主要分为感知觉类、记忆类、情绪和技能类等。感知类心理参数测量：主要有眼动仪、实体镜、长度和面积估计器、动景器、深度知觉仪等。记忆类测量仪器：记忆看作是对输入信息的编码、贮存和提取的过程。记忆类实验仪器主要有注意力分配仪、速示器、记忆鼓、多重选择器等。情绪和技能类测量仪器：主要考查被试在不同作业状态下的情绪和其表现出来的作业技能。主要仪器有动作稳定器、简单选择反应测试仪、选择反应测试仪等。B.软件类研究工具数字人体模型与人机交互分析类软件通过在虚拟环境中较精确的定义不同尺寸的数字人体，建立人体数字模型，定义其完成指定的任务并分析相应的性能。代表性的软件有JACK、RAMSIS、ManneQuinPRO软件等。行为观测与认知心理分析软件记录被研究对象各种行为发生的时刻、持续时间和发生次数，然后进行统计处理。通过对操作者不同行为的统计结果分析人机交互过程中人的认知心理反应过程。代表性的软件有荷兰Noldus公司的行为观察分析系统等。动作分析类软件利用一种新颖的图形用户界面自动对作业过程中看到的行为进行时间、动作研究以及人因学分析的工具软件。代表性的软件有ArielDnymics公司开发的ArielPerformanceAnalysisSystem(APAS)动作分析系统等C.量表类研究工具（1）人因工程审计类量表IEA核对表：一个综合考虑体力负荷、感知负荷、脑力负荷与工人、环境、工作方法/工具/机器相关联的逻辑框架。位置分析调查表（PositionAnalysisQuestionnaire）：面向操作者的结构化的工作分析表，有1