人机工程专题系列——人机工程的发展历程

1 人机工程学的起源及发展阶段

人机工程学的形成和发展经历了较长历史阶段，随着人机工程学的发展，人机工程的基本内涵在不断的丰富和完善。在欧洲，人机工程对应Ergonomics一词，通常翻译为工效学，该词由希腊词根ergo（工作、劳动）和nomos（管理、规则）符合而成，源于对人的劳动规律的研究；在美国，最早的人机工程学对应HumanEngineering，之后表示为HumanFactors表示人机工程（又作“人为因素”），该词的形式曾使人们对其内涵产生误解，之后NASA人机工程相关的研究部门对其内涵和研究内容作了明确的规定；日本早期以美国的HumanEngineering直译为人间工学，之后改用Ergonomics，其研究内容以劳动/练习的效果或疲劳为主，阐述如何提高工作效率。目前，国际人机工效学会（InternationalErgonomicsAssociation，IEA）定义人机工程学为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、家庭生活中和休假中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。人机工程涉及到对人的能力、局限性和特点的研究，并将其应用于产品、系统、任务、工作和环境中，以提高安全性、舒适性和人的工作效率。

人机工程学的发展主要经历了从20世纪初到第二次世界大战前期、第二次世界大战开始到20世纪50年代末、20世纪60年代至今三个阶段，分别为经验人机工程学、科学人机工程学和现代人机工程学。

2 经验人机工程学阶段

20世纪初，美国学者F.W.Taylor对生产领域中人的工作能力和效率进行了研究，并制订了一整套以提高工作效率为目的的操作方法，考虑了人所使用的机器、工具、材料以及作业环境的标准化问题，其研究范围包括工具形状和重量对工效的影响、动作合理性对疲劳的影响、工作流程、工作方法分析、工具设计以及装备布局等。F.W.Taylor因为以科学的方法研究人机工程做出了开拓性的贡献，被公认为早期人机工程学专家。从F.W.Taylor的科学管理方法和理论形成到第二次世界大战之前，人机工程的目的是使人适应机，主要研究不同职业特点、利用测试方法选择工人并安排相应工作、制订培训方案使人力得到最有效的发挥等。在第一次世界大战期间，由于使用了飞机、潜艇、无线电通讯等现代化装备，对操作人员的素质提出了较高的要求。各国都很重视对疲劳、人员的选拔与训练进行研究，使人去适应机器的要求。

当你对人机工程学的基本概念有所了解之后，你一定想知道人机工程学从何而来，又将去向何方，它在中国又经历了怎样的发展。这篇文章将解答你的问题。

人机工程学之父F.W.Taylor

3 科学人机工程学阶段

第二次世界大战期间，许多国家大力发展高效能、大威力的武器装备。然而由于片面注重新式武器和装备的功能研究，忽视了人在其中的地位和作用，因而由操作失误带来的失败或损失大大增多，如由于战斗机座舱仪表设计不当，造成飞行员误读仪表和误用操作器而导致意外事故；或由于操作装置不符合人的生理特点而造成战斗命中率低下。此类问题引起了决策者和设计者的高度重视，使人们逐步认识到“人”的重要性，在设计高效能的装备时，仅有工程技术是不够的，还必须有生理学、人体测量学等方面的知识。因此，在二战期间首先在军事领域中开展了与工效设计相关的研究。此时人机工程学的目的是使机适应人，研究重点是在机器设计如何考虑人的生理、心理等因素，使机器设计适应于人。为此，美国国防部召集了多个领域的专家学者分析原因，并开展了大量的有关人机相互配合的研究。从第二次世界大战结束到20世纪50年代末，人机工程学的研究逐渐从军事领域向非军事领域发展和延伸，并逐步利用军事领域的研究成果解决工业和工程中的问题，如汽车、机械装备、建筑设施及生活用品等，在这个时期工效学开始与生物医学、心理学等学科交叉，并运用相关领域的理论方法解决设计中人机工程相关的问题。此时人机工程学的目的是使人与机匹配，研究重点是在机器设计如何考虑人的生理、心理等因素，不但要让人适应机器，而且还要使机器适应于人。

二战美军经典飞机P-38H的驾驶舱

4 现代人机工程学阶段

进入20世纪60年代，人机工程学研究有了较大的发展，由于各种自动装置开始广泛使用，使人-机关系趋于复杂。同时，在科学研究领域，由于控制论、信息论和系统工程等学科的建立和发展，不仅给人机工程学提供了新的理论基础，同时也给该学科提出了新的要求和研究课题，使人机工程学进入了系统研究阶段。从20世纪60年代至今，人机工程学所研究和应用的领域不断扩大，所涉及的专业和学科也愈来愈多，主要有生理学、心理学、解剖学、工业设计、管理工程等，并表现出了如下特点：

1）不再局限于产品设计后的人员选择和培训，更着眼于产品的设计，使产品的使用不会超越人类能力极限；

2）与工程应用相结合，通过详细的理论分析和实验研究进行产品设计；

3）使生理学、解剖学等学科与物理学、工程学、数学等方面的研究相结合，共同完成产品的设计。

新一代美军飞机驾驶舱，界面设计已得到长足进步

目前，人机工程学主要着眼于将人-机-环境系统作为一个统一的整体进行研究，分析人、机、环境三要素之间的相互关系，借助心理学、生物医学等学科领域的先进技术手段，深层次探索人、机、环境相互作用的机理，如通过监测人在作业时的动作时间和反应特征，采集分析作业过程中人体的心电、脑电等生理指标的动态变化，将人的认知特性应用于产品的设计当中，运用数学或统计学的方法找出不同参数间的关系等。通过开展工效设计以开发出最适合人使用的产品或适宜人活动的环境，使人-机-环境系统相协调，获得良好的系统综合性能，确保人-机-环境系统的最优化。人机工程学溯源到系统的研究领域愈来愈大，特别是在现代化的武器装备中，武器系统愈发复杂与庞大，尤其是在航空、航天技术领域中，如何将人员、人力、人的因素等融入系统设计，成为影响武器系统性能优劣的一项重要因素。

在当代人机工程学指导下设计的战斗机座舱，界面设计大幅优化

5 我国的人机工程学发展

在我国，工效学、人机工程学、人因学、工程心理学等称谓被不同领域的研究者所使用，对应的研究侧重点略有不同，其内涵并无本质的差别。我国1979年出版的《辞海》中对人机工程学给出了如下的定义，即人机工程学是一门新型的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心里以及力学等问题研究的学科。用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。

我国人机工程学研究起步比较晚。在中国，人机工程学的研究在20世纪30年代开始即有少量和零星的开展，但系统和深入的开展则在80年代以后。1980年4月，由中国标准化研究院牵头成立了全国人类工效学标准化技术委员会，统一规划、研究和审议全国有关人类工效学的基础标准的制定。1984年，国防科工委成立了国家军用人－机－环境系统工程标准化技术委员会。这两个技术委员会的建立，有力地推动了我国人机工程学研究的发展。此后在1989年又成立了中国人类工效学学会。

目前，人机工程在我国正逐渐得到重视。从学科层面分析，人机与环境工程学科是一门新兴的综合性学科，隶属航空与宇航技术学科，本学科研究人、机器与其工作环境之间的相互作用，把人、机与环境系统作为一个统一的整体研究，创造出最适合于人工作的机械设备和作业环境，从而获得人、机器与环境系统总体性能的最优化。人机与环境工程学科适用范围广泛，基础研究与应用研究并重，注重高新技术向产品转化，直接为国民经济建设服务。

当前国内很多高校和研究机构都设置了人机工程方面的研究系所，分布在各个学院下面。例如中国标准化研究院的人类工效学实验室，清华大学工业工程系人因与工效学研究所和人机与环境工程研究所，北京航空航天大学人机环境工程研究所，医学研究所等都有相关领域的研究。其他如西北工业大学、北京理工大学、南京理工大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学、中国民航大学等诸多高校也已开设人机与环境工程学科的硕士与博士课程。还有许多相关核能、航海、航天、宇航、军事的研究单位进行人因的研究。各个研究机构的侧重方向不同。人机工程近年被单独提出并加以重视，《人机工程学》、《武器装备人机工程》等书籍的出版，更是说明了这一学科的地位，尤其在装备领域。

需要强调的是，在中国台湾地区，人机工程学的研究已经形成相当规模，有包括台湾科技大学在内的多家大学建有专门的人因工程实验室，并有较为丰富的科学研究成果。