人因工程

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人因工程（Human Factors Engineering）

　　人因工程是指以人为核心因素，运用心理学、生理学、解剖学、人体测量学等人体科学知识于工程技术设计和作业管理，特别是安全设计和安全管理。

　　国际人类工效学学会（International Ergonomics Association）于2000年的定义：“人类工效学（Ergonomics）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各种因素；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。”

　　中国朱祖祥教授主编的《人类工效学》一书中所下的定义是：“它是一门以心理学、生理学、解剖学、人体测量学等学科为基础，研究如何使人—机—环境系统的设计符合人的身体结构和生理心理特点，以实现人、机、环境之间的最佳匹配，使处于不同条件下的人能有效地、安全地、健康和舒适地进行工作与生活的科学。因此，人类工效学主要研究人的工作优化问题。”

　　以人为本，着眼于提高人的工作绩效（Human performance），防止人的失误（Human error），在尽可能使系统中人员安全、舒适的条件下，统一考虑人―机器―环境系统总体性能的优化。(1)在产品设计中对人类特征方面的知识的应用，它是将人的生理特征和认知特征融合到产品设计、开发、测试和评估中，目标是在产品使用流程中优化产品性能并提高安全性。

　　(2)人因工程的价值和作用。人因工程可以节省公司的资金，由于人因工程强调产品的安全性、使用效果和经济性。目标是尽量减少或消除使用性错误，这些错误不仅会影响产品性能，还可能会导致使用者伤亡。在这个目标实现后，公司未来就可以节省用于报告、跟踪、与客户沟通，以及召回和责任等方面的费用。所有这些收入就可以使公司支出减少，增加收入。

　　(3)人因工程的产品实用性。

　　同时人因工程也是一门运用系统科学理论和系统科学方法，处理人、机、环境三大 要素间的关系，研究人、机、环境系统最优组合的工程技术学科。人因工程的意 义在于：了解人的能力、限制、特征、行为与动机等；应用于工具、机具、系统、工作 方法与环境设计；保障人在安全、舒适的状况下活动；提高工作效率和使用效能， 提高生产力与用户满意度。人因工程所遵循的基本原则是以用户为尊，安全第 一，持续改进。

　　英国是世界上研究人因工程学最早的国家（20世纪初期），但奠基性工作实际上是在美国完成的。可以说人因工程起源于欧洲，形成于美国。

　　中国最早开展工作效率研究的是心理学家。20世纪30年代，清华大学开设了工程心理学课程，1935年陈立先生出版了“工业心理学概观”，这是我国最早系统介绍工业心理学著作。70年代后期，一些研究单位和大学工效学和心理学研究机构，开设工效学课程。80年代末许多大学在应用型学科开设了人因工程学相关课程。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，定为中国人类工效学学会。

　　人因工程虽然涵盖多门学科的交叉与互补，但总体来说传统的人因工程研究基本内容主要包括人的工作环境、人的工作效能、人体测量与作业空间设计、人机系统与人机界面设计、劳动安全事故这五大块。

　　人因工程有三个专业研究领域：生理人因学、认知人因学和组织人因学。

　　生理人因学：关注人在进行生理活动时人体解剖学、人体测量学、生理学和生物力学特征。

　　认知人因学：关注认知过程，如感知、记忆、推理和响应等过程。他们影响着人与系统其他元素的交互。相关课题包括脑力负荷、决策过程、熟练操作、人机交互、人的可靠性、工作压力和训练等。这些方面都影响着人机系统的设计。

　　组织人因学：关注社会技术系统的优化，包括组织的结构、政策和过程。

　　人因工程学的研究包括理论研究和应用研究两个方面，但学科研究的总趋势还是侧重应用研究。其研究方向是通过揭示人-机-环境之间相互关系的规律，以达到确保人-机-环境系统总体的最优化。

　　其主要研究内容可以概括为以下几个方面：

　　①研究人的生理与心理特性

　　人因工程学从学科的研究对象和目标出发，系统的研究人体特性，如人的感知特性、信息加工能力、传递放映特性，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的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、造型以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

　　工作场所设计的合理性，对人的工作效率有直接影响。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、震动、温度、湿度、空气粉尘、有害气体等，也包括高空、深水、地下、加速、减速、高温、低温、辐射等特殊工作环境。

　　人因工程学主要研究在各种环境下人的生理、心理反应，对工作和生活的影响；研究以人为中心的环境质量评价准则；研究控制、改善和预防不良环境的措施，使之适应人的要求。

　　⑥研究作业方法及其改善

　　在作业方法及其改善方面，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的消耗、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等。

　　⑦研究系统的安全性和可靠性

　　人因工程要研究人因失误的特征和规律，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。

　　20世纪60年代以来随着工业领域的繁荣发展，人因工程设计应用扩展到社会各行各业，除了在制造业领域应用以外，还包括人类生活的各个领域，如衣食住行、学习、工作、文化、体育、等各种设施用具的科学化、宜人化。

　　人因工程在制造业的应用

　　人因工程在天马应用的主要目的主要在于以下两个方面：第一目前部分产线缺乏人因工程实施标准，现有作业岗位设计规格各式各样，相同作业岗位存在多种作业布局，人因工程标准缺失，需要应用人因工程的标注进行改进设计；第二建立符合天马的作业人因工程实施标准，旨在使新工站、新线体、新厂房的设计更加符合人体工效学，以达到生产过程中效率的提升，同时为员工创造安全、健康和舒适的作业环境。

　　具体主要应用在作业的负荷和疲劳度改善、生产现场的作业布局改善、微气候环境的改善、劳动安全与防护等方面。

　　人工作的疲劳改善

　　劳动强度是以作业过程中人体的能量耗量、氧耗量、心率、直肠温度、排汗率或相对代谢率作为指标分级的。由于最紧张的脑力劳动的耗氧量一般不超过基础代谢的10%，而体力劳动的能量消耗可高达基础代谢的10~25倍，因此，以能量消耗或相对代谢率作为指标制定的劳动强度等级分级，只适用于以体力劳动为主的作业。 劳动强度只是划分可根据《体力劳动强度分级》（国家标准GB3869-83），见表2.1。劳动强度计算公式如下：I=3T+7M。其中：I---劳动强度指数；T---劳动时间率（调查）；M---8h工作日能量代谢率（实测）；3---劳动时间率计算系数；7---能量代谢率计算系数；

　　Ⅰ级8h工作日平均能耗值为850kcal/人，相当于轻型劳动；Ⅱ级8h工作日平均能耗值为1328kcal/人，相当于中等强度劳动；Ⅲ级8h工作日平均能耗值为1746kcal/人，相当于重强度劳动；Ⅳ级8h工作日平均能耗值为2700kcal/人，相当于很重强度劳动。

　　一个工作日8h要求总能量消耗在1400～1600kcal，最多不超过2000kcal，一般体力劳动强度等级控制在Ⅱ级以内，最多不超过Ⅲ级。当达到Ⅲ级标准时，需要通过调整休息时间降低劳动强度。

　　设作业时增加的能耗量（每日每小时平均）为M、工作日总工时为T，其中实际劳动时间为T劳、休息时间为T休，由于实际劳动时间为24Kcal能量贮备被耗尽时间，所以: T劳=24/(M-4)；T休=（M/4-1）T劳

　　除了劳动强度等级设计之外，应用比较广泛的还有，为了避免在作业过程中对肌肉的损伤通常导入一些手持工具以及作业过程身体姿势动作的规范。

　　作业空间设计

　　作业岗位按人在作业时的姿势分为坐姿岗位、立姿岗位和坐、立交替的岗位三种，在人机系统设计时选取哪一类作业岗位，必须依据工作任务的性质来考虑。 由国家标准中与作业者人体有关部位第5或第95百分位数值推导出与人体有关的的岗位尺寸如下图。

　　人与工作环境

　　在人-机-环境系统中，对系统产生影响的一般环境主要有：照明、噪音、振动、粉尘、热环境、温湿度，以及有毒物质等。如果在系统设计的各个阶段，尽可能排除各种环境因素对人体的不良影响，使人具有“舒适”的作业环境，这样不仅有利于保护劳动者的健康与安全，还有利于最大限度地提升系统的综合效能。因此，作业环境对系统的影响就成为人因工程学标准中重要的一部分，常用各项因素标准如下。

　　劳动与安全事故

　　安全目标管理是目标管理方法在安全工作上的应用。安全目标管理是企业目标管理的重要组成部分，它是围绕实施安全目标开展安全管理的一种综合性较强的管理方法。安全方面除了人机交互设计标准之外作业安全通道是安全的一项重要内容，相关标准如下。 机械设备与设施间布局尺寸：

　　加工设备间距（以活动机件达到最大范围计算），小型设备不小于0.7m；中型设备不小于1m；大型设备（运输线视同）不小于2m；

　　设备与墙、柱间距（以活动机件达到最大范围计算），小型设备不小于0.7m；中型设备不小于0.8m；大型设备不小于0.9m；

　　操作空间（设备间距在外）；小型设备不小于0.6m；中型设备不小于0.7m；大型设备（运输线视同）不小于1.1m；

　　高于2m的运输线需有牢固护罩。

　　现场通道布局尺寸根据操作人员及layout的布局情况，一般有如下图两种通道类型，A类型，操作员背对通道，B类型通道位于操作者侧方。

　　1、在研究目标上：提高工作效率和质量；满足人们的价值需要。

　　2、在研究内容上：着重于研究人类以及在工作和日常生活中所用到的产品、设备、设施、程序与环境之间的相互关系。

　　3、在研究方法上：对人的能力、行为、限制和特点等相关信息进行系统研究，并将之用于产品、操作程序及使用环境的设计和制造中。

　　整个人因工程的研究方法是以流行病学（Epidemiology）、生理学（Phy-siology）、心理学（Psychology）和生物心理学（Biomech-anics）四者为基础背景，透过有系统的利用人类的能力（capabilies）、本能极限（Limitations）、行为（Behavior）和动机（Motivation）等相关信息来设计事物和流程以及所属的环境。而相关信息的收集通常需要透过不断的实验和统计分析才能得到．故相当的统计和的训练亦不可或缺的。由以上看来，我们又可简单定义人因工程就是探讨和应用人类行为、能力本能极限和其它的特性等相关信息来设计器具、机器、设备、系统、任务、工作及其相关所属的周遭环境，以增加生产力、安全性、舒适感和效率，进而提升人类的生活品质。

　　1.工作者是人而不是神，人就有犯错误的可能，但不能使错误发展成为灾难性错误。人为差错是可以减少的、避免和消除的，但是单靠一个人是不行的。需要群体的力量，依靠。在优化人与人的关系中，要特别强调团队精神，建立员工之间相互联系和合作的关系。人人齐心协力就能减少人为差错的发生，并将差错的影响减到最低程度。强调飞行机组的协调配合，改变人的行为方式，减少飞行中人为因素所造成的失误。标准喊话、交叉检查等者是行之有效的措施。

　　要树立系统的整体观念，强调“自检、互检、专职检验”的制度。在一些特殊的场合，比如天气恶劣情况执行重要航班任务、排除重大故障、进行一项大的维修项目，以及人员工作交接等情况更应该强调检验人员和管理者的复查把关，发挥群体的作用。管理者安排工作任务也尽可能将重要工作或非正常工作安排在头脑清醒时进行，比如航后排除大的故障，不妨专门抽1-2人专司排故，而不应该工作平摊，等航后例行工作结束，才安排人员从事大的排故，人已十分疲劳，时间又不足，容易诱发人为差错。

　　2.要建立健全规章制度和，充分利用工作程序和检查工作等控制手段，防止人为差错的发生，并在实践中狠抓落实，使每一个员工有所遵循，在一个规范有序的安全环境下工作。

　　执行检查单是标准操作程序的重要组成部分。检查单针对飞行中各种正常和典型应急情况简明扼要地罗列对安全最重要的操作。特别是在紧急情况下，形势千变万化，选择多种多样，精神压力巨大，时间又异常紧迫，及时应用相应检查单，能帮助机组迅速采取合理有序的应对行动，从而化险为夷，或者把损失减到最小。所以看似平淡无奇的检查单，实质上是飞行机组的护身符。

　　根据CCAR-21部的规定，一架适航的飞机需要满足两个条件，即符合经批准的型号设计，并处于安全。“处于安全可用状态”是批量一架飞机由合格的维修人员实施了维修，预防性维修和检查工作。“工作单（卡）是实施维修、预防性维修和检查工作的依据，是维修大纲、维修方案最优化的组合，体现了安全性和维修经济性的统一，严格按检查单操作不会出错。

　　厦航推行规范化管理，强调落实检查单、工作单，为工作者提供最优化的工作程序和工作方法，目的是为了安全。

　　3.强化人员培训，提高章法意识，提高操作技能，提高预测风险的能力，是防止人为差错的有效措施。培训的重点是上岗资格（取得各种上岗证和执照）和”应知、“，笔者认为应围绕安全秤和经营活动而获取”上岗证书“和”实实在在的应知、应会“。管理者要充分应用典型安全分析、典型安全教学，开展抗击人为差错风险的能力。

　　4.在规章允许的范围内采取必要的防差错措施。

　　根据，凡是容易发生差错的地方就一定会出差错。统计表明，在运行实践中确有一些程序、部位、场地、设备、、线路、操纵等是容易诱发人为差错的地方，飞机制造商和民航界已进行了大量的防差错改进、调整，我们在日常工作中也不妨采取以下措施：

• 程序设计尽量避免交叉作业内容

• 生产流程昼考虑执行时间的先后

• 飞行机组的标准咕话、复诵以及交叉检查等；

• 机务维修工作中强调“自检、互检、专职检验”等控制手段；

• 设备、管路、线路、电门、手柄、操纵按钮等有形物资的安装位置、存放位置应从空间上加以隔离，或从外开、着色、标识加以区分。

　　5.对任何人为差错都应重视。依据“海恩法则”事件 差错 事故征候 事故，按形分布，事故往往是由许多差错累积形成。千万不要忽略小的差错。这会对以后的工作留下无穷的隐患。有两种货币必须注意，一是发生了差错但未酿成后果或后果小而不以为然。热衷于“摆平”、“搞定”。而不认真吸取教训，这是十分有害的两种倾向。当发生了重大事故再来重视，为时已晚，且其代价也实在太昂贵了。

　　6.提倡无惩罚主动报告制度。如果当事人报告所面临的是处罚时，就很难从当事人那里得到真实的情况，因而也就很难发现差错的苗头。我们了解和调查的根本目的是防止类似事件的再次发生而不是别的目的。

　　在2019年V产品CSR审核过程中，生产线体在作业空间作业间与作业通道由于前期layout设计问题不符合人因工程标准，严重影响生产人员的作业效率，而且会有安全隐患，通过按照人因工程的标准对生产线体进行re-layout的设计整改，最终达到人因工程的标准以提升了人员作业效率和消除安全隐患通过CSR审核。

　　如上案例改善之前主要存在三大问题；第①两条生产线体之间实际作业通道过窄（0.5m）,物料搬运效率低下，且存在消防安全隐患；第②作业员作业空间前后距离过小（0.6m）,且存在频繁转身动作导致肌肉容易疲劳，鼠标、显示器、测试治具人机交互设计不合理导致操作复杂，作业效率低下；第③线体到墙体通道过窄（0.5m），物料搬运效率低下，且存在消防安全隐患。通过考虑人因工程标准对layout重新设计改造，消除以上三大问题。

　　人因工程与未来

　　除了“接地气”的一面，人因工程也应用在许多“高大上”的领域。时光跨入了新时代，世界工业以前所未见的高速发展状态把人类带入了第四次工业革命。而全球的格局早已发生了巨大改变，老牌的工业发达国家有些逐渐走向低速平缓发展，有些仍发挥着世界领头羊的作用。而中国，也正努力摆脱制造大国的印象，加快步伐走向智造强国的成熟。

　　人因工程让航天工业飞得更高

　　近些年，我国在工业领域上加大了研发投入，也取得了一些世界瞩目的成就，其中航天工业就是国人的骄傲。中国航天事业走过了近半个世纪的历程，从东方红一号首次上天到载人空间站对接惊艳世界，人因工程在中国的发展也经历了从闻所未闻到发挥举足轻重作用的艰难之路。

　　面对载人航天特殊的空间环境、复杂繁重的任务、长周期规模庞大的系统研发，人因工程的首要目标是确保安全，而且这里提到的“安全”区别于一般意义上的系统安全，是特别强调因为人的因素考虑不足导致的如人员伤亡、系统失效等安全隐患，在此基础上要让系统的设计充分考虑空间环境下航天员的生理心理要求，使人机关系协同、系统操控灵便可靠，从而大大提升系统工作效率。

　　从国际、国内航天实践来看，航天人因工程研究与应用包括：“环境改变人”——认识人在太空的能力变化，航天员也是人，其对环境、任务等挑战的风险承受能力也是有限的，未来的航天任务飞行时间更长、任务更复杂、风险更高，必须要充分考虑空间环境对航天员能力特性的影响；设计一艘好飞船，工效要求须“先行”， 建立系统全面、工程针对性和适用性强的航天器系统人机界面约束——工效学要求，以此作为保证航天器实现良好人-系统整合的依据和标准；提升航天器适人性，人因设计测评更重要，对航天器进行工效评价时，也一定要认识到设计者和使用者的角色差别，不能在产品评价中出现“自编自导自演”的情况，需要建立人因工程的第三方评价体系，其中包括评价的组织体系、方法体系和标准体系，在产品的全寿命期间，设置合理的节点，确保产品能够一直贯彻人因工程的思想和设计理念。---来源于“陈善广谈人因工程：载人航天的点睛之笔”

　　智能制造的发展需要人因工程

　　近几年，工业4.0、智能制造的概念是经常挂在我们嘴边的名词，伴随着“中国制造2025”等国家战略的火热兴起更是名声大振。

　　在过去的第三届中国人因工程高峰论坛上，专家介绍以智能制造为主的第四次工业革命包括两大主题：一是智慧工厂，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是智能生产，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用。这些都与人因工程高度交叉。智能制造发展过程中，人-机协同的问题尤为重要，人因工程必定是不可或缺的推动者。可以说，人因工程是智能制造的灵魂。“专家进一步解释说，与以往不同的是，智能制造的流程中，人-机系统的表现形式和关系发生了变化：人不出现在生产现场，变成“看不见的手”，从采集信息到大数据挖掘再到决策，实现新的生产方式。

　　人因工程与我们未来的生活息息相关

　　去年年初，居住伦敦的设计师松田敬一发布了一部长4分钟的369都电影《合并》，探讨增强现实将如何定义未来工作站。影片的主角是一位在家办公的年轻女性咨询师，她坐在增强现实台式机桌子后面，被代办事项列表、新闻文章、聊天消息等各种数据信息投影包围着，她用手势控制着工作台界面，就像汤姆克鲁斯主演的《少数派报告》电影中出现过的场景。《合并》短片可以在普通屏幕上观看，还提供了一个沉浸式VR版本，也许这就是我们不久将来工作的日常？

　　在这个短片中呈现的是一个非常复杂的人机系统，从人因工学角度，规避眩晕症的方法之一即是融合多种不同的交互方式。这样一来你的用户就可以用不同方式与虚拟世界进行交互，并且使用到不同的肌肉群。常用交互设计应该简单明了易行，而那些需要多花力气的动作就放到不常用的交互中；在产品设计时，最好把用户最常用的交互元素放在人体舒适区域中；没人喜欢被禁锢的感觉。我们的身体倾向于弧形移动，而不是直线移动，因此在设计3D环境时，很重要的一点就是允许弧线型移动；人类可以很好地察觉横纵轴上面的位置，但是却很难评估深度。这是因为我们的眼睛在视野范围(field of view，x and y)内可以很好的辨别事物，但是在评估深度的时候需要我们大脑认知参与，因而得到的判断结果就更不准确。

　　我们现在偶尔会听到一些人工智能的威胁论-机器也许在不久的将来会战胜人类，但在我看来无论科技怎么发展，任何设计都应是以人为中的，也许在我们的一生中，工作观念会发生彻底的变化，我们需要以更激进的方式重组社会，让自动化、智能化成为一种资产而不是威胁。