人因工程

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人因工程（Human Factors Engineering）

　　人因工程是指以人為核心因素，運用心理學、生理學、解剖學、人體測量學等人體科學知識於工程技術設計和作業管理，特別是安全設計和安全管理。

　　國際人類工效學學會（International Ergonomics Association）於2000年的定義：“人類工效學（Ergonomics）是研究人在某種工作環境中的解剖學、生理學和心理學等方面的各種因素；研究人和機器及環境的相互作用；研究在工作中、生活中和休息時怎樣統一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學科。”

　　中國朱祖祥教授主編的《人類工效學》一書中所下的定義是：“它是一門以心理學、生理學、解剖學、人體測量學等學科為基礎，研究如何使人—機—環境系統的設計符合人的身體結構和生理心理特點，以實現人、機、環境之間的最佳匹配，使處於不同條件下的人能有效地、安全地、健康和舒適地進行工作與生活的科學。因此，人類工效學主要研究人的工作優化問題。”

　　以人為本，著眼於提高人的工作績效（Human performance），防止人的失誤（Human error），在儘可能使系統中人員安全、舒適的條件下，統一考慮人―機器―環境系統總體性能的優化。(1)在產品設計中對人類特征方面的知識的應用，它是將人的生理特征和認知特征融合到產品設計、開發、測試和評估中，目標是在產品使用流程中優化產品性能並提高安全性。

　　(2)人因工程的價值和作用。人因工程可以節省公司的資金，由於人因工程強調產品的安全性、使用效果和經濟性。目標是儘量減少或消除使用性錯誤，這些錯誤不僅會影響產品性能，還可能會導致使用者傷亡。在這個目標實現後，公司未來就可以節省用於報告、跟蹤、與客戶溝通，以及召回和責任等方面的費用。所有這些收入就可以使公司支出減少，增加收入。

　　(3)人因工程的產品實用性。

　　同時人因工程也是一門運用系統科學理論和系統科學方法，處理人、機、環境三大 要素間的關係，研究人、機、環境系統最優組合的工程技術學科。人因工程的意 義在於：瞭解人的能力、限制、特征、行為與動機等；應用於工具、機具、系統、工作 方法與環境設計；保障人在安全、舒適的狀況下活動；提高工作效率和使用效能， 提高生產力與用戶滿意度。人因工程所遵循的基本原則是以用戶為尊，安全第 一，持續改進。

　　英國是世界上研究人因工程學最早的國家（20世紀初期），但奠基性工作實際上是在美國完成的。可以說人因工程起源於歐洲，形成於美國。

　　中國最早開展工作效率研究的是心理學家。20世紀30年代，清華大學開設了工程心理學課程，1935年陳立先生出版了“工業心理學概觀”，這是我國最早系統介紹工業心理學著作。70年代後期，一些研究單位和大學工效學和心理學研究機構，開設工效學課程。80年代末許多大學在應用型學科開設了人因工程學相關課程。1989年6月29-30日在上海同濟大學召開了全國性學科成立大會，定為中國人類工效學學會。

　　人因工程雖然涵蓋多門學科的交叉與互補，但總體來說傳統的人因工程研究基本內容主要包括人的工作環境、人的工作效能、人體測量與作業空間設計、人機系統與人機界面設計、勞動安全事故這五大塊。

　　人因工程有三個專業研究領域：生理人因學、認知人因學和組織人因學。

　　生理人因學：關註人在進行生理活動時人體解剖學、人體測量學、生理學和生物力學特征。

　　認知人因學：關註認知過程，如感知、記憶、推理和響應等過程。他們影響著人與系統其他元素的交互。相關課題包括腦力負荷、決策過程、熟練操作、人機交互、人的可靠性、工作壓力和訓練等。這些方面都影響著人機系統的設計。

　　組織人因學：關註社會技術系統的優化，包括組織的結構、政策和過程。

　　人因工程學的研究包括理論研究和應用研究兩個方面，但學科研究的總趨勢還是側重應用研究。其研究方向是通過揭示人-機-環境之間相互關係的規律，以達到確保人-機-環境系統總體的最優化。

　　其主要研究內容可以概括為以下幾個方面：

　　①研究人的生理與心理特性

　　人因工程學從學科的研究對象和目標出發，系統的研究人體特性，如人的感知特性、信息加工能力、傳遞放映特性，人的工作負荷與效能、疲勞，人體尺寸、人體力量、人體活動範圍，人的決策過程、影響效率和人為失誤的因素等。

　　②研究人機系統總體設計

　　人機系統的效能取決於它的總體設計。系統設計的基本問題是人與機器之間的分工以及人與機器之間如何有效的進行信息交流等問題。

　　③研究人機界面設計

　　在人機系統中，人與機相互作用的過程，就是利用人機界面上的顯示器與控制器，實現人與機的信息交換的過程。研究人機界面的組成並使其優化匹配，產品就會在功能、質量、可靠性、造型以及外觀等方面得到改進和提高，也會增加產品的技術含量和附加值。

　　④研究工作場所設計和改善

　　工作場所設計的合理性，對人的工作效率有直接影響。工作場所設計包括工作場所總體佈置、工作台或操縱台與座椅設計、工作條件設計等。

　　⑤研究工作環境及其改善

　　作業環境包括一般工作環境，如照明、顏色、雜訊、震動、溫度、濕度、空氣粉塵、有害氣體等，也包括高空、深水、地下、加速、減速、高溫、低溫、輻射等特殊工作環境。

　　人因工程學主要研究在各種環境下人的生理、心理反應，對工作和生活的影響；研究以人為中心的環境質量評價準則；研究控制、改善和預防不良環境的措施，使之適應人的要求。

　　⑥研究作業方法及其改善

　　在作業方法及其改善方面，人因工程學主要研究：人從事體力作業、技能作業和腦力作業時的生理與心理反應、工作能力及信息處理特點；研究作業時合理的負荷及能量的消耗、工作與休息制度、作業條件、作業程式和方法；研究適宜作業的人機界面等。

　　⑦研究系統的安全性和可靠性

　　人因工程要研究人因失誤的特征和規律，人的可靠性和安全性，找出導致人為失誤的各種因素，以改進人-機-環境系統，通過主觀和客觀因素的相互補充和協調，剋服不安全因素，搞好系統安全管理工作。

　　⑧研究組織與管理的效率

　　人因工程學要研究人的決策行為模式；研究如何改進生產或服務流程；研究組織形式與組織界面，便於員工參與管理和決策，使員工行為與組織目標相適應等。

　　20世紀60年代以來隨著工業領域的繁榮發展，人因工程設計應用擴展到社會各行各業，除了在製造業領域應用以外，還包括人類生活的各個領域，如衣食住行、學習、工作、文化、體育、等各種設施用具的科學化、宜人化。

　　人因工程在製造業的應用

　　人因工程在天馬應用的主要目的主要在於以下兩個方面：第一目前部分產線缺乏人因工程實施標準，現有作業崗位設計規格各式各樣，相同作業崗位存在多種作業佈局，人因工程標準缺失，需要應用人因工程的標註進行改進設計；第二建立符合天馬的作業人因工程實施標準，旨在使新工站、新線體、新廠房的設計更加符合人體工效學，以達到生產過程中效率的提升，同時為員工創造安全、健康和舒適的作業環境。

　　具體主要應用在作業的負荷和疲勞度改善、生產現場的作業佈局改善、微氣候環境的改善、勞動安全與防護等方面。

　　人工作的疲勞改善

　　勞動強度是以作業過程中人體的能量耗量、氧耗量、心率、直腸溫度、排汗率或相對代謝率作為指標分級的。由於最緊張的腦力勞動的耗氧量一般不超過基礎代謝的10%，而體力勞動的能量消耗可高達基礎代謝的10~25倍，因此，以能量消耗或相對代謝率作為指標制定的勞動強度等級分級，只適用於以體力勞動為主的作業。 勞動強度只是劃分可根據《體力勞動強度分級》（國家標準GB3869-83），見表2.1。勞動強度計算公式如下：I=3T+7M。其中：I---勞動強度指數；T---勞動時間率（調查）；M---8h工作日能量代謝率（實測）；3---勞動時間率計算繫數；7---能量代謝率計算繫數；

　　Ⅰ級8h工作日平均能耗值為850kcal/人，相當於輕型勞動；Ⅱ級8h工作日平均能耗值為1328kcal/人，相當於中等強度勞動；Ⅲ級8h工作日平均能耗值為1746kcal/人，相當於重強度勞動；Ⅳ級8h工作日平均能耗值為2700kcal/人，相當於很重強度勞動。

　　一個工作日8h要求總能量消耗在1400～1600kcal，最多不超過2000kcal，一般體力勞動強度等級控制在Ⅱ級以內，最多不超過Ⅲ級。當達到Ⅲ級標準時，需要通過調整休息時間降低勞動強度。

　　設作業時增加的能耗量（每日每小時平均）為M、工作日總工時為T，其中實際勞動時間為T勞、休息時間為T休，由於實際勞動時間為24Kcal能量貯備被耗盡時間，所以: T勞=24/(M-4)；T休=（M/4-1）T勞

　　除了勞動強度等級設計之外，應用比較廣泛的還有，為了避免在作業過程中對肌肉的損傷通常導入一些手持工具以及作業過程身體姿勢動作的規範。

　　作業空間設計

　　作業崗位按人在作業時的姿勢分為坐姿崗位、立姿崗位和坐、立交替的崗位三種，在人機系統設計時選取哪一類作業崗位，必須依據工作任務的性質來考慮。 由國家標準中與作業者人體有關部位第5或第95百分位數值推導出與人體有關的的崗位尺寸如下圖。

　　人與工作環境

　　在人-機-環境系統中，對系統產生影響的一般環境主要有：照明、噪音、振動、粉塵、熱環境、溫濕度，以及有毒物質等。如果在系統設計的各個階段，儘可能排除各種環境因素對人體的不良影響，使人具有“舒適”的作業環境，這樣不僅有利於保護勞動者的健康與安全，還有利於最大限度地提升系統的綜合效能。因此，作業環境對系統的影響就成為人因工程學標準中重要的一部分，常用各項因素標準如下。

　　勞動與安全事故

　　安全目標管理是目標管理方法在安全工作上的應用。安全目標管理是企業目標管理的重要組成部分，它是圍繞實施安全目標開展安全管理的一種綜合性較強的管理方法。安全方面除了人機交互設計標準之外作業安全通道是安全的一項重要內容，相關標準如下。 機械設備與設施間佈局尺寸：

　　加工設備間距（以活動機件達到最大範圍計算），小型設備不小於0.7m；中型設備不小於1m；大型設備（運輸線視同）不小於2m；

　　設備與牆、柱間距（以活動機件達到最大範圍計算），小型設備不小於0.7m；中型設備不小於0.8m；大型設備不小於0.9m；

　　操作空間（設備間距在外）；小型設備不小於0.6m；中型設備不小於0.7m；大型設備（運輸線視同）不小於1.1m；

　　高於2m的運輸線需有牢固護罩。

　　現場通道佈局尺寸根據操作人員及layout的佈局情況，一般有如下圖兩種通道類型，A類型，操作員背對通道，B類型通道位於操作者側方。

　　1、在研究目標上：提高工作效率和質量；滿足人們的價值需要。

　　2、在研究內容上：著重於研究人類以及在工作和日常生活中所用到的產品、設備、設施、程式與環境之間的相互關係。

　　3、在研究方法上：對人的能力、行為、限制和特點等相關信息進行系統研究，並將之用於產品、操作程式及使用環境的設計和製造中。

　　整個人因工程的研究方法是以流行病學（Epidemiology）、生理學（Phy-siology）、心理學（Psychology）和生物心理學（Biomech-anics）四者為基礎背景，透過有系統的利用人類的能力（capabilies）、本能極限（Limitations）、行為（Behavior）和動機（Motivation）等相關信息來設計事物和流程以及所屬的環境。而相關信息的收集通常需要透過不斷的實驗和統計分析才能得到．故相當的統計和的訓練亦不可或缺的。由以上看來，我們又可簡單定義人因工程就是探討和應用人類行為、能力本能極限和其它的特性等相關信息來設計器具、機器、設備、系統、任務、工作及其相關所屬的周遭環境，以增加生產力、安全性、舒適感和效率，進而提升人類的生活品質。

　　1.工作者是人而不是神，人就有犯錯誤的可能，但不能使錯誤發展成為災難性錯誤。人為差錯是可以減少的、避免和消除的，但是單靠一個人是不行的。需要群體的力量，依靠。在優化人與人的關係中，要特別強調團隊精神，建立員工之間相互聯繫和合作的關係。人人齊心協力就能減少人為差錯的發生，並將差錯的影響減到最低程度。強調飛行機組的協調配合，改變人的行為方式，減少飛行中人為因素所造成的失誤。標準喊話、交叉檢查等者是行之有效的措施。

　　要樹立系統的整體觀念，強調“自檢、互檢、專職檢驗”的制度。在一些特殊的場合，比如天氣惡劣情況執行重要航班任務、排除重大故障、進行一項大的維修項目，以及人員工作交接等情況更應該強調檢驗人員和管理者的複查把關，發揮群體的作用。管理者安排工作任務也儘可能將重要工作或非正常工作安排在頭腦清醒時進行，比如航後排除大的故障，不妨專門抽1-2人專司排故，而不應該工作平攤，等航後例行工作結束，才安排人員從事大的排故，人已十分疲勞，時間又不足，容易誘發人為差錯。

　　2.要建立健全規章制度和，充分利用工作程式和檢查工作等控制手段，防止人為差錯的發生，併在實踐中狠抓落實，使每一個員工有所遵循，在一個規範有序的安全環境下工作。

　　執行檢查單是標準操作程式的重要組成部分。檢查單針對飛行中各種正常和典型應急情況簡明扼要地羅列對安全最重要的操作。特別是在緊急情況下，形勢千變萬化，選擇多種多樣，精神壓力巨大，時間又異常緊迫，及時應用相應檢查單，能幫助機組迅速採取合理有序的應對行動，從而化險為夷，或者把損失減到最小。所以看似平淡無奇的檢查單，實質上是飛行機組的護身符。

　　根據CCAR-21部的規定，一架適航的飛機需要滿足兩個條件，即符合經批准的型號設計，並處於安全。“處於安全可用狀態”是批量一架飛機由合格的維修人員實施了維修，預防性維修和檢查工作。“工作單（卡）是實施維修、預防性維修和檢查工作的依據，是維修大綱、維修方案最優化的組合，體現了安全性和維修經濟性的統一，嚴格按檢查單操作不會出錯。

　　廈航推行規範化管理，強調落實檢查單、工作單，為工作者提供最優化的工作程式和工作方法，目的是為了安全。

　　3.強化人員培訓，提高章法意識，提高操作技能，提高預測風險的能力，是防止人為差錯的有效措施。培訓的重點是上崗資格（取得各種上崗證和執照）和”應知、“，筆者認為應圍繞安全秤和經營活動而獲取”上崗證書“和”實實在在的應知、應會“。管理者要充分應用典型安全分析、典型安全教學，開展抗擊人為差錯風險的能力。

　　4.在規章允許的範圍內採取必要的防差錯措施。

　　根據，凡是容易發生差錯的地方就一定會出差錯。統計表明，在運行實踐中確有一些程式、部位、場地、設備、、線路、操縱等是容易誘發人為差錯的地方，飛機製造商和民航界已進行了大量的防差錯改進、調整，我們在日常工作中也不妨採取以下措施：

• 程式設計儘量避免交叉作業內容

• 生產流程晝考慮執行時間的先後

• 飛行機組的標準咕話、覆誦以及交叉檢查等；

• 機務維修工作中強調“自檢、互檢、專職檢驗”等控制手段；

• 設備、管路、線路、電門、手柄、操縱按鈕等有形物資的安裝位置、存放位置應從空間上加以隔離，或從外開、著色、標識加以區分。

　　5.對任何人為差錯都應重視。依據“海恩法則”事件 差錯 事故徵候 事故，按形分佈，事故往往是由許多差錯累積形成。千萬不要忽略小的差錯。這會對以後的工作留下無窮的隱患。有兩種貨幣必須註意，一是發生了差錯但未釀成後果或後果小而不以為然。熱衷於“擺平”、“搞定”。而不認真吸取教訓，這是十分有害的兩種傾向。當發生了重大事故再來重視，為時已晚，且其代價也實在太昂貴了。

　　6.提倡無懲罰主動報告制度。如果當事人報告所面臨的是處罰時，就很難從當事人那裡得到真實的情況，因而也就很難發現差錯的苗頭。我們瞭解和調查的根本目的是防止類似事件的再次發生而不是別的目的。

　　在2019年V產品CSR審核過程中，生產線體在作業空間作業間與作業通道由於前期layout設計問題不符合人因工程標準，嚴重影響生產人員的作業效率，而且會有安全隱患，通過按照人因工程的標準對生產線體進行re-layout的設計整改，最終達到人因工程的標準以提升了人員作業效率和消除安全隱患通過CSR審核。

　　如上案例改善之前主要存在三大問題；第①兩條生產線體之間實際作業通道過窄（0.5m）,物料搬運效率低下，且存在消防安全隱患；第②作業員作業空間前後距離過小（0.6m）,且存在頻繁轉身動作導致肌肉容易疲勞，滑鼠、顯示器、測試治具人機交互設計不合理導致操作複雜，作業效率低下；第③線體到牆體通道過窄（0.5m），物料搬運效率低下，且存在消防安全隱患。通過考慮人因工程標準對layout重新設計改造，消除以上三大問題。

　　人因工程與未來

　　除了“接地氣”的一面，人因工程也應用在許多“高大上”的領域。時光跨入了新時代，世界工業以前所未見的高速發展狀態把人類帶入了第四次工業革命。而全球的格局早已發生了巨大改變，老牌的工業發達國家有些逐漸走向低速平緩發展，有些仍發揮著世界領頭羊的作用。而中國，也正努力擺脫製造大國的印象，加快步伐走向智造強國的成熟。

　　人因工程讓航天工業飛得更高

　　近些年，我國在工業領域上加大了研發投入，也取得了一些世界矚目的成就，其中航天工業就是國人的驕傲。中國航天事業走過了近半個世紀的歷程，從東方紅一號首次上天到載人空間站對接驚艷世界，人因工程在中國的發展也經歷了從聞所未聞到發揮舉足輕重作用的艱難之路。

　　面對載人航天特殊的空間環境、複雜繁重的任務、長周期規模龐大的系統研發，人因工程的首要目標是確保全全，而且這裡提到的“安全”區別於一般意義上的系統安全，是特別強調因為人的因素考慮不足導致的如人員傷亡、系統失效等安全隱患，在此基礎上要讓系統的設計充分考慮空間環境下航天員的生理心理要求，使人機關係協同、系統操控靈便可靠，從而大大提升系統工作效率。

　　從國際、國內航天實踐來看，航天人因工程研究與應用包括：“環境改變人”——認識人在太空的能力變化，航天員也是人，其對環境、任務等挑戰的風險承受能力也是有限的，未來的航天任務飛行時間更長、任務更複雜、風險更高，必須要充分考慮空間環境對航天員能力特性的影響；設計一艘好飛船，工效要求須“先行”， 建立系統全面、工程針對性和適用性強的航天器系統人機界面約束——工效學要求，以此作為保證航天器實現良好人-系統整合的依據和標準；提升航天器適人性，人因設計測評更重要，對航天器進行工效評價時，也一定要認識到設計者和使用者的角色差別，不能在產品評價中出現“自編自導自演”的情況，需要建立人因工程的第三方評價體系，其中包括評價的組織體系、方法體系和標準體系，在產品的全壽命期間，設置合理的節點，確保產品能夠一直貫徹人因工程的思想和設計理念。---來源於“陳善廣談人因工程：載人航天的點睛之筆”

　　智能製造的發展需要人因工程

　　近幾年，工業4.0、智能製造的概念是經常掛在我們嘴邊的名詞，伴隨著“中國製造2025”等國家戰略的火熱興起更是名聲大振。

　　在過去的第三屆中國人因工程高峰論壇上，專家介紹以智能製造為主的第四次工業革命包括兩大主題：一是智慧工廠，重點研究智能化生產系統及過程，以及網路化分散式生產設施的實現；二是智能生產，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用。這些都與人因工程高度交叉。智能製造發展過程中，人-機協同的問題尤為重要，人因工程必定是不可或缺的推動者。可以說，人因工程是智能製造的靈魂。“專家進一步解釋說，與以往不同的是，智能製造的流程中，人-機系統的表現形式和關係發生了變化：人不出現在生產現場，變成“看不見的手”，從採集信息到大數據挖掘再到決策，實現新的生產方式。

　　人因工程與我們未來的生活息息相關

　　去年年初，居住倫敦的設計師松田敬一發佈了一部長4分鐘的369都電影《合併》，探討增強現實將如何定義未來工作站。影片的主角是一位在家辦公的年輕女性咨詢師，她坐在增強現實台式機桌子後面，被代辦事項列表、新聞文章、聊天消息等各種數據信息投影包圍著，她用手勢控制著工作台界面，就像湯姆克魯斯主演的《少數派報告》電影中出現過的場景。《合併》短片可以在普通屏幕上觀看，還提供了一個沉浸式VR版本，也許這就是我們不久將來工作的日常？

　　在這個短片中呈現的是一個非常複雜的人機系統，從人因工學角度，規避眩暈症的方法之一即是融合多種不同的交互方式。這樣一來你的用戶就可以用不同方式與虛擬世界進行交互，並且使用到不同的肌肉群。常用交互設計應該簡單明瞭易行，而那些需要多花力氣的動作就放到不常用的交互中；在產品設計時，最好把用戶最常用的交互元素放在人體舒適區域中；沒人喜歡被禁錮的感覺。我們的身體傾向於弧形移動，而不是直線移動，因此在設計3D環境時，很重要的一點就是允許弧線型移動；人類可以很好地察覺橫縱軸上面的位置，但是卻很難評估深度。這是因為我們的眼睛在視野範圍(field of view，x and y)內可以很好的辨別事物，但是在評估深度的時候需要我們大腦認知參與，因而得到的判斷結果就更不准確。

　　我們現在偶爾會聽到一些人工智慧的威脅論-機器也許在不久的將來會戰勝人類，但在我看來無論科技怎麼發展，任何設計都應是以人為中的，也許在我們的一生中，工作觀念會發生徹底的變化，我們需要以更激進的方式重組社會，讓自動化、智能化成為一種資產而不是威脅。