设计中的人机关系探究_设计中的人机关系练习

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设计中的人机关系探究

浙江省桐乡市高级中学 王建献

【内容摘要】本文从人机工程学的角度分析通用技术教材《技术与设计1》中提到的设计中的人机关系，讲述了人机工程学的发展以及研究的主要内容，阐释了人机关系的主要目标“高效、健康、舒适、安全”的重要意义。

【关键字】人机关系 人机工程学 技术与设计1 高效 健康 舒适 安全

随著科学技术的进步、社会的发展、人类文明的不断提高，人们对工作和生活质量的要求也越来越高。创建优良的工作条件和舒适的生活环境，以满足人的生理和心理需要，将成为人类不断追求的目标。而人机工程学正是一门研究人、机、环境如何才能达到最佳匹配，使“人—机—环境”系统能够适合人的生理和心理特点，以保证人安全、健康、高效、舒适地进行工作和生活的学科。通用技术教材《技术与设计1》中的相关内容正是人机关系工程学的一个重要的研究方面，无论什么产品，最终都是为人所用，因此对于产品设计来说，人机关系是一个最重要的考虑因素，本文从人机工程学的角度分析设计中的人机关系，旨在对教材进行深入探析，对学生理解有困难的知识点进行详细讨论，从而加深学生对人机关系的理解。

人机工程学是由人体科学、工程科学、劳动科学和企业管理科学等相互融合的一门综合性新兴边缘学科．它形成于20世纪40年代，到60年代已成为推动工业发展的技术动力之一，在工业发达国家受到普遍重视．人机工程学在我国70年代末逐渐兴起，虽然由于其效果呈现的间接性和习惯的阻碍作用，使其发展和应用受到一定的影响，但由于学科的先进性和适用性，经广大专业工作者的不懈努力，已逐渐为人们所认识，近几年在理论研究和实际应用上都得到了发展。而随着新课程改革的深入，《通用技术》成为学生的必修课程，人机关系也进入了中学的教学范畴。目前人机工程学在国防、宇航、工业、交通运输、医学、农业和教育等各个领域得到了十分广泛的应用，因此作为未来社会接班人的中学生，确实有必要掌握正确的人机关系知识，从而为以后的工作和生活打下基础。

人机工程学以人、机、环境三要素为对象，以人为中心，着重研究人体因素、人机界面、作业环境、人机系统设计，重点落实在如何应用人机工程学的原理和方法进行人机系统的设计与分析评价。

人体因素主要研究人在工作过程中的生理、心理特征，是人机工程学的基础理论。内容包括：人的形体参数、人体力学、人的机能特征、人的作业能力与疲劳、人的自然倾向和可靠性等，是研究人机系统的基础和设计依据。

人机界面是人机工程学研究的重点，内容包括：显示器、控制器、作业空间和用具，主要介绍设计原则、方法和必要的数据、资料及其使用条件。

人在不同的作业环境条件下有不同的生理、心理反应，作业环境主要是指热、声，光、空气等环境对人体的影响。

人机系统的设计分析是人机工程学的综合应用性内容，具体研究如何应用人机工程学基本理论、原理和数据解决实际问题。

《技术与设计1》高度概括了人机工程学的核心研究内容，总结成了人机关系的两个重要方面，即人机关系要实现的目标：高效、健康、舒适、安全和实现合理人机关系要注意的四个方面：普通人群和特殊人群、静态的人和动态的人、人的生理需求和心理需求、信息的交互。这里有一点应该指出的是教材对人机关系要实现的目标的先后处理上跟人机工程学略有不同，人机工程学把安全放在人机关系的首位，这体现了以人为本的思想；而教材把高效放在了首位，体现了以技术价值为重点的思想。这虽然是一个细节，却体现了两种的不同的评价角度，教学过程中可以对此进行讨论，从而加深学生的认识，提高学生研究的热情。

由于人机工程学内容的综合性、涉及范围的广泛性以及学科侧重点的不同，人们对它的认识也有多方面。美国著名人机工程学专家W.E.Woodson认为：人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，亦即对人的知觉显示、操纵控制、人机系统的设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的研究，其目的是获得最高的效率和作业时感到安全和舒适。前苏联的学者将人机工程学定义为：人机工程学是研究人在生产过程中的可能性、劳动活动方式、劳动的组织安排，从而提高人的工作效率，同时创造舒适和安全的劳动环境，保障劳动人民的健康，使人从生理上和心理上得到全面发展的一门学科。国际人机工程学会（International Ergonomics Aociation，简称IEA）对人机工程学的定义为：人机工程学是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、生活和休假时怎样统一考虑工作效率、健康、2 安全和舒适等问题的学科。《中国企业管理百科全书》中对人机工程学所下的定义：人机工程学是研究人和机器、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、心理特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。综上所述，无论怎么理解，人机关系的核心内容始终是研究如何在设计中实现人机关系高效、健康、舒适和安全的目标。

早在石器时代，人类就学会了选择石块打制成可供敲、砸、割、刮的各种工具，从而产生了原始的人机关系。此后，在漫长的进化过程中，人类为了扩大自己的工作能力和提高自己的生活水平，便不断的创造发明，研究制造各种工具、用具、机器、设备等，但是却往往忽略了对自己制造的生产工具与自身关系的研究，于是导致了低效率（高效目标）甚至对自身的伤害（安全目标），19世纪末，人类开始有意识的研究人机关系，这一时代最具有影响力的人物便是教材案例分析里提到的现代管理学的先驱——泰勒，泰勒通过对铲煤和矿工的工具铁锹进行研究，找到了铁锹的最佳设计以及每次铲煤和矿石的合适重量。1911年，吉尔布雷斯夫妇通过快速拍摄影片，详细记录工人的的操作动作后，对其进行研究分析，将工人的砌砖动作进行简化，使砌砖速度从原来的120块/小时提高到350块/小时。这些案例的运用大大鼓舞了研究热情，从此人机关系的研究便在各行各业广泛开展起来。这一阶段，人机关系主要追求的目标就是“高效”，对于“高效”的理解有多个方面，主要包括性能、构造、精度、可靠性、自动化程度等方面，例如电子计算机技术，第一台计算机ENIAC是个庞然大物，性能每秒钟只能计算几千次，到现在我们大众使用的PC台式机、笔记本，电脑的性能和体积构造有了质的飞跃，每一次提升都是为了实现更高效的目标。但是仅仅达成了这个目标还不能算是合理的人机关系，就像我们上面看到的案例，高效目标的达成对于企业的管理者当然是有利的，但是对于第一线的工人却并比见得，随着工人合法利益的保护得到重视，一味追求高效而对工人缺乏人文关怀的人机关系研究逐渐被人所怀疑，“健康、舒适、安全”越来越受到人们的重视和关注，很多产品在性能很难提升的情况下都纷纷向更舒适、更健康、更安全的角度进行突破。

从教材对人机关系的定义我们就可以知道，人机关系的外延相当广泛，工人用机床加工零件，构成了“工人——机床”人机关系；学生用课桌椅上课，构成了“学生——课桌椅”人机关系。人机工程学之所以能不断发展，是由于人机系 3 统中人与机能够互相补偿各自的不足，因此人机系统要需要解决人与机的合理分工问题，随之而来的是人与机的信息交换问题——人机界面问题，为了使系统达到预期目标，人机之间的信息交换必须保证准确、迅速。

任何一个基本的人机系统都是由信息传递、信息处理、控制与反馈等基本环节组成，这就构成了一个控制系统，因为有人的参与，因此人机控制系统应该是一个闭环控制系统。按照人在系统中的作用，基本人机系统可分成如下三种类型：

1.手工劳动系统

主要由人和工具或辅助机械组成，人既是动力源又是控制者，系统的效率主要取决于人。比如通用技术课堂中的一些小制作，大部分都属于手工劳动系统。

2.半自动化、机械化系统

该系统由人和机械设备或半自动化机械设备构成，人在系统中主要担任操作者或控制者，动力一般由机械系统提供。这种系统中人与机械信息交换频繁复杂，对于操作者或控制者具有较大要求，一般需要专门培训。比如通用技术教室很多都配备了车床这一重要工具，但是很少被用到，就是因为缺乏专业技术人员。

3.自动化系统

该系统由人和自动化机械设备构成，人主要起到设定系统初始参数和过程中发生问题及时进行干预的作用。自动化机械本身是一个闭环控制系统，机械能根据操作者的要求自行进行正确的操作，只有当发生故障或不可控干扰时才需要人工干预。比如工业上的数控车床，我们使用的空调等都属于这类设备。

教材对人机关系的内容提出可谓“知其然而不知其所以然”，其实人机工程学从提出到发展也是经历了曲折的历程才逐渐被大众所认同的，通过对人机工程学的产生发展的探究，有助于学生更好的掌握研究人机关系的重要意义，从而提高学生对在产品设计中注重“高效、健康、舒适、安全”目标的达成的重要性的认识。

【参考文献】

《人机工程学》 朱序璋 西安电子科技大学出版社