人機工程學_1人機工程學概論

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人機工程學_1人機工程學概論簡介
第一章  人機工程學概論 同學們你們所學的專業是工業設計,工業設計目的是滿足人的需求,包括物質層面也包括精神層面,不管是我們設計一個產品、設計一個空間,人的需求是設計的出發點,……
人機工程學_1人機工程學概論正文

第一章  人機工程學概論

同學們你們所學的專業是工業設計,工業設計目的是滿足人的需求,包括物質層面也包括精神層面,不管是我們設計一個產品、設計一個空間,人的需求是設計的出發點,也是設計的目的和歸宿。人機工程學是研究人、機、及其工作環境之間相互作用的學科。其研究目的是使在所設計的人機環境系統中,人盡其力,“機”盡其用,環境盡其美,使整個系統安全、高效,且對人有較高的舒適度和生命保障功能。最終目的是使系統綜合使用效能最高。

設計需要感性的認識,更需要理性的思考。工業設計是藝術與科學技術相結合的學科,人機工程學的支持就是賦予設計科學化的色彩,使設計更少的受設計者主觀意想影響。工業設計要求設計最終將形式與功能相統一,而人機工程學對設計的功能性,無論是滿足物質性的功能還是精神性的功能的滿足都起科學的支撐,為人性化的設計提供了依據。形態判斷設計價值的一種衝擊。

1.1  人機工程學的命名與定義

人機工程學是一門涉及諸多方面的綜合性邊緣學科。它在自身發展的過程中,逐步打破了各學科之間的界限,並有機的融合了各相關學科的理論,不斷地完善自身的基本概念,理論體系、研究方法以及技術標準和規範。

1.1.1 學科的命名

由於該學科研究和應用的範圍極其廣泛,各個領域的研究人員都試圖從自身的角度來給本學科命名和定義,因此,世界各國對本學科的命名不盡相同,即使在同一個國家裡,命名也不統一。

美國的“Human Engineering”譯為“人類工程學”或“人體工程學”; Human Factors ; Human Factors Engineering人類因素學或人類因素工程學

原蘇聯及東歐國家的“Engineering Psychology”一般譯為“工程心理學”;

日本的相應學科譯為: 人間工學 人體工程學;人機工程學;人類工效學;人機控制學;宜人學等等。

國際上較為通用的名稱是採用西歐各國的命名“Ergonomics”希臘語中的兩個詞根“Ergon”(工作、出力)和“Nomics”(規律、正常化)構成的即“人類工效學”,本意為人的勞動規律,也可理解為把機械產品設計成十分符合人類的工作或動作的法則或習慣,該詞能全面的反映本學科的本質,詞義能保持中立性。

"人機工程學"術語已被我國廣大科技工作者所接受,並成為工程技術界較為通用的名稱。

因本課程主要從研究人-機關係的角度為工業設計者提供有關這一邊緣學科的基礎知識,因採用人機工程學的名稱。

但是,任何一個學科的名稱和定義都不是一成不變的,特別是新興邊緣學科,隨著學科的不斷發展,還會發生變化。

1.1.2 學科的定義

學科的命名一樣,本學科所下的定義也不統一,而且隨著學科的發展,在不斷變化。

美國人類工程學專家 C.C伍德(Charles C.Wood):

設備設計必須適合人的各方面因素,以便在操作上付出最小的代價而求得最高的效率。

W.B.伍德森(W.B.Woodson):

人類工程學研究的是人與機器相互關係的合理方案,即對人的知覺顯示、操作控制、人機系統設計及其布置和作業系統的組合等進行有效的研究,其目的在於:獲得最高 的效率及作業時作業者感到安全和舒適。

A. 查帕尼斯(A.Chapanis):

人類工程學是在機械設計中,考慮如何使人獲得操作簡便而又準確的一門學科。

日本專家:

人類工程學是根據人體解剖學、生理學和心理學等特性,了解並掌握人的作業能力與極限,及其工作、環境、起居條件等和人體相適應的科學

國際人類工效學學會(International Ergonomics Association,簡稱lEA)界定本學科研究的範圍引錄如下:

“人機工程學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,家庭生活中和閑暇時間內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。”

《中國企業管理百科全書》將人機工程學定義為:

研究人和機器、環境的相互作用及其合理結合,使設計的機器與環境系統適合人的生理、心理等特點,達到在生產中提高效率、安全、健康和舒適的目的。

我國1979年出版的《辭海》中對人機工程學的定義:

人機工程學是一門新興的邊緣學科。它是運用人體測量學、生理學、心理學和生物力學以及工程學等學科的研究方法和手段,綜合地進行人體結構、功能、心理以及力學等問題研究的學科。用以設計使操作者能發揮最大效能的機械、儀器和控制裝置,並研究控制台上各個儀錶的最適位置。

綜上所述可以認為:

由此可見,人機學的研究範圍很廣,涉及的學科領域很多,是一門多學科相互滲透的交叉性學科。 “人機工程學是研究人與系統中其他因素之間的相互作用,以及應用相關理論、原理、數據和方法來設計以達到優化人類和系統效能的學科。

人機工程學將人類的需求和能力置於設計技術體系的核心位置,為產品、系統和環境的設計提供了與人類相關的科學數據,追求實現人類和技術完美和諧融合的目標。

人機工程學是以人的生理、心理特性為依據,應用系統工程的觀點,分析研究人與機械、人與環境以及機械與環境之間的相互作用,為設計操作簡便省力、安全、舒適,人—機—環境的配合達到最佳狀態的工程系統提供理論和方法的科學。

因此,人機工程學可簡單定義為:

按照人的特性設計和改善人—機—環境系統的科學。

1.2  人機工程學的起源與發展

1.2.0  人機思想的萌芽

人機工程學雖然是現代新興的學科,但是有證據表明人機工程學原理在遠古2500年前就已經為人所知並保存了下來。那些在現今設計中所關注的人機工程學主題幾乎都可以找到它的萌芽。考古發現的不同領域人機工程學設計的例子證明了人類祖先對實用性和提高生活、改善工作條件的關注。種種徵兆顯示在古代已經擁有很好的關於人的因素的知識,並藉此實現以人為中心的設計目標。

1.2.0.1  以人為中心設計理念的萌芽

Plato戲劇中引用的一句格言:“人是所有東西的測量尺度”。形象的表達了以人為中心的設計理念。有許多例子可以表明這種概念如何應用於實際情況。比如用來測量長度的尺度單位的名稱及大小都來源與人體。使用這種測量系統,許多建築的基本單元都與人體成比例。

1.2.0.2  基於對人的因素良好知識的設計跡象

雕像和繪畫表明了古希臘人有很好的人類學知識,他們利用人體各部分的相對比例關係作為設計的基本比例。比如:廟宇圓柱的高度是其柱腳直徑的8倍。而8:1正是女性身高和腳長之間的比。

由於了解人的視錯覺特性,古希臘建築師在設計建築物時充分利用視錯覺,給觀者特別的感覺。例如 帕提亞神廟中巨大的柱子並非是筆直的,而故意設計成一定的彎曲弧度,卻給人以挺拔精巧的感覺。

1.2.0.3  人機工程設計建議

歐洲醫學之父希波克拉底(Hippocrates)(公元前460~公元前370)在他關於外科手術的文章中,對手術場所進行了具體的介紹和建議。他建議手術可以根據操作動作來決定站著或坐著進行,但總要採取最舒適的姿勢。他描述了這些動作姿勢,並決定手術醫生、病人及燈光源(包括自然光和人造光)的相對位置,以使手術更容易,也能避免閃光刺眼。在同篇文章中,他也提出到手術用具應該放在靠近醫生手術操作手邊,但同時又不能防礙操作動作。在另一篇文章中還提到手術用具應該具有怎樣的形狀、尺寸、重量及結構,以便使用更方便。在這些文章中可以發現工作場所和工具設計應用人

 

機工程學原理的明確資料。

1.2.0.4  使勞動負荷最小化的設計

大理石是當時廟宇等公共建築中使用的主要建築材料。這種石材很重。如帕提農神廟的圓柱和橫樑每根重達10噸以上。由於大部分重要的公共建築都健在山頂。更大大提高了大理石修砌的難度。研究推測,當時採用了許多使勞動負荷最小化的設計。

大部分大理石琢刻工作都是在採石場完成。有兩個好處。首先,在平地上雕刻更易進行。同時增加了安全性。第二,運輸的大理石塊的重量可以減輕。

使用有動物或人力拖車來運輸大理石。在必須被提升到山頂上時,在山頂部安裝了一個大的定滑輪。系在滿載的拖車上的牽引繩通過定滑輪改變方向,這樣騾馬或人力只要沿斜坡往下拉,就可將滿載的拖車拖到坡頂,大大減輕了騾馬或人力的工作負荷。

1.2.0.5  安全性設計

為防止馬車下滑,用桿相連的一對木製砌塊系在馬車下側,墊在尾輪后側,這個系統至今仍被用做天然的停車制動器,例如當重型卡車停在斜坡上時的情況。

1.2.0.6 日常器皿的人機學設計

在古代,壺罐是最常見的器皿。在各種壺罐中可以發現有多種巧妙的設計解決方法。多種多樣、不同尺寸的壺罐有不同的用途,適用於不同的人體尺寸。尤其是把手的處,

公元前510年陶雙耳瓶。公元1世紀古羅馬陶制雙耳尖底瓶

公元前16世紀時期的青銅罐(古代盛水容器)具有兩個特別的把手。一個垂直置於罐口附近的頸部,另一個水平至於靠近底部的位置。下面的把手能夠很好的控制液體的流出,而上面把手可以提起水罐。使用時,一隻手用力提舉,另一隻手可抓住下面的把手,以控制水流出的方向。

兩個水平、左右對稱的手柄位於中間位置,第三個垂直安在頸部。當罐中充滿水時,兩個水平把手供兩手一起提舉。第三個把手則用於在罐空載時供用戶單手提拿。它也可以在肩扛時方便抓握以保持穩定。這個例子顯示了對同一種容器不同使用情況的關註:滿載或空載、提或扛。

圖是一些雙耳瓶(兩個手柄的罐,用以存放像酒、油之類的液體。特徵是有兩個對稱位於瓶頸的垂直把手,並都有一個窄小錐形的底部,當盛滿液體要往其他容器灌注時,可充當第三個把手。這樣還可以節約儲存空間,緊貼瓶頸的把手可讓瓶子在有限的空間里安全存放。並允許智力放置與特殊地面或沙地。如果把手位於瓶身,會很容易損壞。

1.2.0.6  我國古代人機設計

《考工記》在察車之道中曾談到各種車輛的尺度與人、馬的關係。其雲“凡察車之道,欲其朴屬而微置……輪已崇,則人不能登也,輪已庳,則於馬終古登弛也。故兵車之輪六尺有六寸,田車之輪六尺有三寸……..”車的各種尺度取決於人的尺度,所謂“輪已崇----‘意思是:車輪太高則人不易上下,輪太低,拉車的馬就會十分費力終日如爬坡。

明代著名戲曲家李漁設計了一種暖椅和涼杌,暖椅內設一儲炭火抽屜,“御盡其寒,使四肢均受其利”。充分考慮了人機環境系統進行設計以人為本。

英國是世界上開展人機工程學最早的國家,但本學科的奠基性工作實際上是在美國完成的。所以,人機工學有“起源於歐洲,形成於美國”之說。雖然本學科的起源可以追溯到20世紀初期,但作為一門獨立的學科已有60多年的歷史。在其形成與發展史中,大致經歷了以下三個階段

1.2.1  經驗人機工程學

19世紀後期,一系列的發明、發現為西方工業的迅速發展提供了新技術基礎,機械化的生產方式和機器大工業日趨成熟,並轉而追求效率。這時的機械設計多以功能的實現為目標,機械生產出來后,讓人去適應機器,以它們的運轉來決定與調節著工人的生產活動。生產的效率與節奏完全由機器所決定,操作者只能被動地跟隨機器的節奏工作,以便使機器充

 

分發揮其效率。由於機器設計沒有充分考慮人的因素,對操縱機器的工人必須加以選拔與訓練,並要盡量創造條件使他們保證機器高效率工作。基於工業生產的實際要求促成了心理工藝學和泰羅制的產生和發展。

20世紀初,美國學者F.W.泰羅(Frederick.W.Taylor)在傳統管理方法的基礎上,首創了新的管理方法和理論,並據此制定了一整套以提高工作效率為目的的操作方法,考慮了人使用的機器、工具、材料及作業環境的標準化問題。例如他曾經研究過鏟子的最佳形狀、重量、研究過如何減少由於動作不合理而引起的疲勞等。

其中比較典型的是“鐵鍬作業試驗研究”。1898年他用形狀相同而鏟量不同的四種鐵鍬(每次可鏟重量分別為5kg、10kg、17kg和30kg),分別去鏟同樣一堆煤。試驗結果,用10kg的鐵鍬鏟煤效率最高,因此他設計了許多大小不同的鐵鍬, 以適應裝卸不同的物料. 在此以後, 他還進行過搬運生鐵的研究, 通過制定每次的搬運量, 搬運速度, 休息時間, 使作業者充分發揮勞動潛力, 從而提高工作效率.繼之,吉爾布雷斯(Frank B.Gilbreth)通過高速攝影機將建築工人的砌磚動作拍攝下來,並對其中有效動作和無效動作進行分析研究,提出合理方案,從而使工人的砌磚速度提高近3倍。泰羅和吉爾布雷斯的試驗研究成果為人機學的建立奠定了基礎。

其後,隨著生產規模的擴大和科學技術的進步,科學管理的內容不斷充實豐富,其中動作時間研究、工作流程與工作方法分析、工具設計、裝備布置等,都涉及人和機器、人和環境的關係問題,而且都與如何提高人的工作效率有關,其中有些原則至今對人類工程學研究有意義。因此人們認為他的科學管理方法和理論是後來人類工程學發展的奠基石。

從泰羅的科學管理方法和理論的形成到第二次世界大戰之前,成為經驗人機工程學階段,這一階段主要研究內容是:研究每一職業的要求;利用測試來選擇工人和安排工作;規劃利用人力的最好辦法;制定培訓方案,是人力得到最有效的發揮;研究最優良的工作條件;研究最好的管理組織形式;研究工作動機,促進工人和管理者之間的通力合作。

在經驗人類工程學發展階段,研究者大都是心理學家學家,其中突出的代表是美國哈佛大學心理教授H. 閔斯特潑格,在其代表作《心理學與工業效率》中,提出了心理學對人在工作中的適應與提高效率的重要性。閔的心理學研究工作與泰羅的科學管理方法聯繫起來,解決了選擇、培訓人員與改善工作條件、減輕疲勞等實際問題。

這一階段主要特點是:機器設計的主要著眼點在於力學、電學、熱力學等工程技術方面的優選上,在人機關係上是以選擇和培訓操作者為主,使人適應於機器。

1.2.2  科學人類工程學

科學技術的發展,使機器的性能、結構越來越複雜,人與機器的信息交換量也越來越大,這樣單靠人去適應機器已很難達到目的。

第二次世界大戰期間, 一些國家, 特別是英國和美國, 大力發展各種效能高、威力大的新式武器裝備. 由於片面地注重了功能和技術研究, 忽視了人的因素,忽視了對使用者操作能力的研究和訓練, 因而由於操作失誤而導致失敗的教訓屢見不鮮。以飛機為例, 由於座艙及儀錶的顯示位置設計不當,經常造成駕駛員讀儀錶或操作錯誤, 進而發生事故. 由於操作複雜、不靈活和不符合人的生理尺寸而造成武器命中率低等現象經常發生。據統計,美國在第二次世界大戰中飛機事故率的80%是由於人機工程方面的原因造成的。失敗的教訓引起決策者和設計者的高度重視。

通過研究分析認識到,在人和武器的關係中,主要的限制因素不是武器而是人,並深深感到“人的因素”在設計中是不能忽視的一個重要條件。設計好的高效能裝置,除了工程技術知識外,還必須有心理學、生理學、人體測量學、生物力學等學科方面的知識

 

因此,二戰期間,首先在軍事領域中開展了與設計相關學科的綜合研究和應用。如在設計武器時聘請解剖學家、生理學家、心理學家為機器設計出謀獻策,提供適合操作人員生理、心理需要的設計參數。這樣,就相繼出現了“實驗心理學”、“人體測量學”等學科。1957年,美國的麥克考·米克發表了第一部關於人機學的專著《Eronomics》,1959年亨利-德雷夫斯(Henry Dreyfuss)發表的《人的測量》標誌著這一學科已進入了較為成熟的階段。

科學人類工程學一直延續到20世紀50年代末。在其發展的后一段,由於戰爭的結束,學科的綜合研究從軍事領域向非軍事領域發展,並逐步把應用在軍事領域的研究成果來解決工業與工程設計中的問題,如飛機、汽車、機械設備、建築設施以及生活用品等。人們還提出在設計工業機械設備時也應集中運用工程技術人員、醫學家、心理學家等相關學科專家的共同智慧。

本學科在這一階段發展的特點是:重視工業與工程設計中“人的因素”,力求使機器適應於人。

課堂思考問題:在公元前人們所設計的物品就已經體現了以人為中心的思想,為什麼到了20世紀反而走了彎路。

答案:1遠祖時代,人類的生存環境是極為嚴酷的,人們不但受到洪水、嚴寒等自然災害的威脅,還常常遭到野獸的襲擊。因此,人類最早的設計工作就是在受威脅的情況下為保護生命安全而開始的。早期設計的如獵具、衣物、掩體、武器等,都是為了抵禦自然災害和野獸的襲擊。在這種情況下,設計便成了生死攸關的問題。按照達爾文適者生存的理論,人類作為自然物種之一,其生存取決於適應自然環境的能力,這種“適應”必須包括設計製造有用的工具來保護自己的能力。在危急條件下,由生存的願望和能力就會產生出生存設計。這種設計的質量決定了設計者的生與死,因而常常是很成功的設計。如果設計失誤,後果將是致命的。因此,這些失誤會馬上得到糾正。經過無數次反覆修改的過程,早期人類的設計在當時人們的物質條件下達到了很高的水平。無論是澳大利亞土著居民所使用的飛鏢,還是格陵蘭人所用的獸皮筏都是這樣。儘管這些設計在技術上都是極為簡單的,但在實際使用上卻非常有效。人類的設計就是在滿足生存最基本需求的工具的基礎上發展起來的。

2.過去的許多物品其設計者就是製造者和使用者,他們會本能的考慮人的生理心理及環境因素,不斷在使用中改進完善,成為適合自己的東西,最終就非常符合人機原理。而現今,產品設計者通常遠離產品的最終用戶,所以考慮人的因素就不直接。

3.所以產品設計以用戶為中心進行人機工程設計就會尤其重要。

1.2.3  現代人機工程學

到了60年代,歐美各國進入了大規模經濟發展時期,在這一時期,由於科學技術的進步,使人機工程學獲得了更多的發展機會。例如:在宇航技術的研究中,提出了人在失重情況下如何操作,在超重情況下人的感覺如何等新問題。又如原子能的利用、電子計算機的應用以及各種自動裝置的廣泛使用,使人-機關係更趨複雜。同時在科學領域中,由於控制論、資訊理論、系統論和人體科學中新理論的建立,在本學科中應用新理論和新技術來進行人機系統的研究應運而生。所有這一切不僅給人機工學提供了新的理論和新的實驗場所,同時也給該學科的研究提出了新的要求和新的課題,從而促使人機工程學進入了系統的研究階段。可以稱為:現代人機工程學發展階段。也經歷了幾個階段

1.1960—1980年快速發展(仍然不為普通人所了解)

到60年代,美國的人機工程學基本集中在複雜的軍事工業的應用上,隨著航天技術的發展,人機工程學迅速成為航天工業的一個重要部分。隨後,人機工程學迅速發展,開始在軍事和航天工業以外的領域得以應用,包括醫藥公司、計算機

 

公司、汽車公司和其他消費公司。工廠也開始意識到人機工程學在工作場地和產品設計方面的重要性。

例如瑞典設計師曾納爾(Rune Zernell)針對阿特拉斯-柯普柯公司生產的電鑽手握不便及雜訊大的缺點,利用人機模型和“8小時執握”試驗於1955年設計出了阿特拉斯LBB33型手持電鑽,執握舒適,操作方便,而且噪音小。由此可見人機工程原理在工具設計中的重要性。

羅維為美國宇航局設計的宇航器在寧靜的太空里,如何使宇航員在座艙內感覺舒適、方便,並減少孤獨感,這是工業設計的一個新的課題。他設計了skylab里始終有一個窗戶可以看到地球,並且為宇航小組的每個成員設計了一個私人空間來緩解他們的壓力並且得到休息。還為這個三人飛行小組設計了一個三角形餐桌,這樣在他們三人中就沒有一個頭領,因為他覺得三人中沒有人去支配其他人是至關重要的。並且設計了一套的宇航員在太空飛行中營養、衛生和排泄的方案。NASA的總負責人稱讚羅維考慮到了宇航員的生活環境的各個方面,為宇航員建立了一個合理,舒適的環境。當宇航員完成阿波羅登月飛行后,從太空向羅維發來電報,感謝他完美的設計工作。

2.1980—1990年重新認識階段(計算機、災難人機工程學的重要性)

1979年Three Mile島上的核電站事故;

進入七十年代以後, 隨著電子技術的進步和計算機的廣泛應用, 操作系統對人的要求越來越高, 系統中考慮人的因素也顯得越來越重要. 特別是美國三里島核電站事件的發生, 對人類工效學的發展起了很大的推動作用.

1979年3月28日凌晨4點, 在美國賓夕法尼亞洲哈里斯柏格附近的三里島核電站, 一個臨時的障礙引起該核電站一號機組供水系統和發動機自動關閉. 在零點幾秒之後, 系統中建立的予備保險系統開始正常工作, 提供新的供水系統. 緊接著四個關鍵性的錯誤一起發生了, 以從末有過的事實證明人在複雜系統中的表現是多麼重要.

第一個錯誤發生在故障發生之前. 予備供水系統的管道被維修工人關閉了. 而這個維修工人從此就沒有上班. 結果是核反應中心由於得不到循環冷水的供應以排除它的熱量. 溫度開始升高, 並把周圍的冷水變成蒸汽. 壓力迅速升高.

但是預備保險系統繼續正常工作. 圓形棒下降到反應堆使核反應程序放慢. 壓力釋放閘打開了以釋放在主冷卻系統中產生的蒸汽. 當壓力下降到低於警戒水平后, 自動釋放閘收到了關閉的信號. 正象在一個熱循環系統中當屋內溫度達到了一定的溫度時, 熱循環系統就自行關閉一樣. 在這時, 第二個錯誤發生了. 由於閘門失靈, 這個閘門並沒有關閉.

在發動機關閉的一分鐘之內, 三里島核電站的操作人員正在試圖從無數的紅燈, 警報中猜測到底發生了什麼事. 雖然根據他們過去受訓的經驗他們對事故有一個大概的了解, 但有一個信號使他們誤入歧途. 壓力釋放顯示器顯示的是命令狀態, 而不是實際狀態. 操作人員以為壓力釋放閘是關閉的.這是第三個關鍵性的錯誤.

同時, 予備的自動保險系統繼續工作. 一個緊急水泵自動打開, 開始向系統提供系統急需的冷卻劑. 在這裡, 操作人員做出了一個決定使也許是一個小事故變成了大災難. 由於屏幕顯示壓力已經很高, 釋放閘已經關閉, 操作人員決定自已而不是用機器來控制系統. 他們把緊急水泵關閉了. 這個決定是基於操作人員的推測系統中的冷卻劑太多了而不是太少了. 反應堆得不到急需的冷卻劑, 事故很快就到了不可收拾的地步.

事故的調查表明:第一, 不是某一個失誤, 錯誤, 事件或機器失靈導致這場事故. 這場事故是由許多因素共同引起的. 第二, 人的錯誤是在許多不同的方面的,從操作人員錯誤地把緊急冷卻劑關閉到設計人員設計閘門的顯示器時告訴人們應當做什麼, 而不是閘門當時的狀態. 第三, 也許是最重要的, 大量的信息和複雜的顯示形式超過了操作人員

 

內在的, 有限的能力, 如注意力, 記憶力, 決策能力等. 因此在三里島事件中與在其他事件中一樣, 雖然人的錯誤是事故的直接原因, 操作人員本身並沒有什麼過錯, 而是系統的設計者應當受到責備, 因為他們給了操作人員無法勝任的工作. 這就象在體力勞動中, 某一工作要求某人在某一關鍵時刻扛起300公斤的重物. 當這個人扛不起這個重量時, 我們能夠埋怨這個人沒有使出全身的力氣嗎?

1984年12月4日Union Carbide殺蟲劑工廠有毒物質泄漏,4000人死亡,20000人受傷;

印度博帕爾(Bhopal)災難是歷史上最嚴重的工業化學意外,死傷者數以十萬計,對環境更造成難以補救的破壞。1984年12月3日晚上,聯合碳化公司(Union Carbide)在印度Madhya Pradesh的博帕爾的化工廠發生毒氣泄漏事件,估計導致3,500至7,500人實時死亡。當晚約40噸致命氣體(主要是用來生產殺蟲劑的中間產物methylisocyanate)從工廠泄漏,6個防漏保險裝置不是發生故障就是被關閉,加上警報器沒有開啟,附近居民根本無從得悉意外的發生。結果導致很多居民在睡夢中死去,其它則勉強蹣跚到街上等待救援。吸入有毒氣體的最初反應包括嘔吐,眼鼻喉被毒氣灼傷引致劇烈的刺痛,大多數受害者的死因是由於呼吸困難窒息致死。到現時為止意外已導致16,000人死亡,另外有幾十萬名居民的健康受到不同程度的影響,他們除了肺部功能受到損害,神經、腸胃、生殖及免疫系統亦受到傷害。

1986年蘇聯Chernobyl核電站事故,300人死亡;

1989年Phillips Petroleum塑料工廠在一場爆炸中夷為平地。

3.1990年以後科學發展階段(人—機—環境系統的建立)

人類空間站的建立;

計算機和計算機工程的應用;

藥物器械設計和老年人產品設計;

人民生活和工作質量設計;

現代人類工程學發展有三個特點:

1)不同於傳統人類工程學研究中著眼與選擇和訓練特定的人,使之適應工作要求,而是著眼於工程設計及各類產品設計。

2)密切與實際應用相結合,通過嚴密計劃規定的廣泛實驗性研究,儘可能利用所掌握的基本原理,進行具體的產品設計.

3)力求使實驗心理學,生理學,功能解剖學,人類學等學科專家與物理學,數學,工程技術等方面的研究人員共同努力,密切合作.

現代人機工程學的研究方向是:把“人-機-環境系統”作為一個統一的整體來研究的,

即在充分考慮人與機相互關係的同時,還要考慮到各種環境因素(如聲、光、氣體、溫度、色彩、輻射等)以及在高空或水下作業的生命保障系統等。這樣,就把人機相互適應的柔性設計提高到人一機一環境的系統設計高度,使人一機一環境的系統和諧統一,從而獲得系統 最佳的綜合使用效能。

1.3 人機工程學的研究內容與方法

1.3.1 學科的研究內容

包括理論和應用兩部分,但側重於應用。對於學科研究的主體方向,由於各國科學和工業基礎不同,各國的側重點不同:美國—工程和人際關係;法國---勞動生理學;前蘇聯---工程心理學;保加利亞---人體測量;捷克和印度---勞動衛生學

雖然各國側重點不同但綜觀本學科在各國的發展過程,可以看出確定本學科研究內容有如下的一般規律。總的來說,工業化程度不高的國家往往是由人體測量、環境因素、作業強度和疲勞等方面著手研究,隨著這些問題的解決,才轉到感官知覺、運動特點、作業姿勢等方面的研究,然後在再進一步轉到操縱、顯示設計、人機系統控制以及人機工程學原理在各種工業與工程設計中應用等方面的研究;最後則進入人機工程學的前言領域:人機關係、人與環境關係、人與生態、人的特性模型、人機系統的定量描述、人際關係直至團體行為、組織行為的功能方面的研究。

人機學研究的主要內容就是“人-機-環境”系統,簡稱人機系統(Man-machine system)。

 

構成人機系統“三大要素”的人、機、環境,可看成是人機系統中三個相對獨立的子系統,分別屬於行為科學、技術科學和環境科學的研究範疇。

根據系統學第一定律知道:系統的整體屬性不等於部分屬性之和,其具體狀況取決於系統的組織結構及系統內部的協同作用程度。

因此,研究人機學應該做到既研究人、機、環境每個子系統的屬性,又研究人機系統的整體結構及其屬性。力求達到人盡其力,“機”盡其用,環境盡其美,使整個系統安全、高效,且對人有較高的舒適度和生命保障功能。最終目的是使系統綜合使用效能最高。

綜上所述,可將人機學研究的主要內容歸納為四個方面:

“人的因素”研究

“機的因素”研究

“環境因素”研究

“綜合因素”研究

1.3.1.1 人的因素 即人與產品關係的設計

在人與產品關係中,作為主體的人,既是自然的人,也是社會的人。在自然方面的研究包括:

①人體尺寸參數 主要包括動態和靜態情況下人的作業姿勢及空間活動範圍等,它屬於人體測量學的研究範疇。

②人的機械力學參數 主要包括人的操作力、操作速度和操作頻率,動作的準確性和耐力極限等,它屬於生物力學和勞動生理學的研究範疇。

③人的信息傳遞能力 主要包括人對信息的接受、存貯、記憶、傳遞、輸出能力,以及各種感覺通道的生理極限能力,它屬於工程心理學的研究範疇。

④人的可靠性及作業適應性 主要包括人在勞動過程中的心理調節能力,心理反射機制,以及人在正常情況下失誤的可能性和起因,它屬於勞動心理學和管理心理學研究的範疇。

總之,"人的因素"涉及的學科內容很廣,在進行產品的人機系統設計時應科學合理地選用各種參數。

在社會方面的研究包括:

人在工作和生活中的社會行為、價值觀念、人文環境等。目的是解決各種機械設備、工具、作業場所及各種用具和用品的設計如何與人的生理、心理特點適應,從而才有可能為使用者創造安全、舒適、健康、高效的工作條件

1.3.1.2 "機"的因素

①操縱控制系統 主要指機器接受人發出指令的各種裝置,如操縱桿、方向盤、按鍵、按鈕等。這些裝置的設計及布局必須充分考慮人輸出信息的能力。

②信息顯示系統 主要指機器接受人的指令后,向人作出反饋信息的各種顯示裝置,如模擬顯示器、數字顯示器、屏幕顯示器,以及音響信息傳達裝置、觸覺信息傳達裝置、嗅覺信息傳達裝置等。無論機器如何把信息反饋給人,都必須快捷、準確和清晰,並充分考慮人的各種感覺通道的“容量”。

③安全保障系統 主要指機器出現差錯或人出現失誤時的安全保障設施和裝置。它應包括人和機器兩個方面,其中以人為主要保護對象,對於特殊的機器還應考慮到救援逃生裝置。

1.3.1.3 環境因素

環境因素包含內容十分廣泛,無論在地面、在高空或在地下作業,人們都面臨種種不同的環境條件,它們直接或間接地影響著人們的工作、系統的運行,甚至影響人的安全。一般情況下,影響人們作業的環境因素主要有以下幾種:

①物理環境 主要有照明、雜訊、溫度、濕度、振動、輻射、粉塵、氣壓、重力、磁場等。

②化學環境 主要指化學性有毒氣體、粉塵、水質以及生物性有害氣體、粉塵、水質等。

③心理環境 主要指作業空間(如廠房大小,機器布局,道路交通等),美感因素(如產品的形態、色彩、裝飾以及功能音樂等)。

此外還有人際關係等社會環境對人心理狀態構成的影響.

1.3.1.4 綜合因素

①人機間的配合與分工(也稱人機功能分配)

應全面綜合考慮人與機的特徵及機能,使之揚長避短,合理配合,充分發揮人機系統的綜合使用效能。列出人與機的特徵機能比較,可供設計時選用參考. 根據

 

列表分析比較可知,人機合理分工為:凡是笨重的、快速的、精細的、規律的、單調的、高階運算的、操作複雜的工作,適合於機器承擔;而對機器系統的設計、維修、監控、故障處理,以及程序和指令的安排等,則適合於人來承擔。

②人機信息傳遞

是指人通過執行器官(手、腳、口、身等)向機器發出指令信息,並通過感覺器官(眼、耳、鼻、舌、身等)接受機器反饋信息。擔負人機信息傳遞的中介區域稱之為“人機界面至少有三種。即操縱系統人機界面、顯示系統人機界面和環境系統人機界面。目的是使人與機器的信息傳遞達到最佳,使人機系統的綜合效能達到最高。

③人的安全防護

人的作業過程是由許多因素按一定規律聯繫在-起的,為了共同的目的而構成一個有特定功能的有機整體。因此,在作業過程中只要出現人機關係不協調,系統失去控制,就會影響正常作業,輕則發生事故,影響工效,重則機器損壞,人員傷亡。運用間接安全技術措施,使設備從結構到布局,均能保證其危險部位不被人體觸及到,避免事故發生。

1.3.2 學科的研究方法

人機工程學的研究廣泛採用了人體科學和生物科學等相關學科的研究方法和手段,也採用了系統工程、控制論、統計學等其他學科的一些研究方法,而且本學科的研究也建立了一些獨特的新方法,以探討人、機、環境要素間複雜的關係問題。

這些方法包括:測量人體各部分靜態和動態數據;調查、詢問或直接觀察人在作業時的行為和反應特徵;對時間和動作分析研究;測量人在作業前後以及作業過程中的心理狀態和各種生理指標的動態變化;觀察和分析作業過程和工藝流程中存在的問題;分析差錯和意外事故的原因;進行模型實驗或用電子計算機進行模擬實驗;運用數字和統計學的方法找出各變數之間的相互關係,以便從中得出正確的結論或發展成有關理論。

常用的研究方法有:

1 自然觀察法: 是研究者通過觀察和記錄自然情景下發生的現象來認識研究對象的一種方法。對動作分析、功能分析、工藝流程分析都用此法。有目的、有計劃的科學觀察,是在不影響事件的情況下進行的。觀察者不參與與研究對象的活動避免對其產生影響,可以保證研究的自然性與真實性。

自然觀察法也可以藉助特殊儀器,這樣更準確、更深刻地獲得感性知識。如:要獲取人在廚房裡的行為,可以用攝像機把對象在廚房裡的一切活動記錄下來,然後,逐步分析整理。松下電器為了設計電熨斗曾對公司上百名員工家熨衣處安放攝象機,從中發現問題。發現電熨斗線防礙工作、電熨斗放置麻煩等問題。

2 實測法:藉助儀器設備進行實際測量的方法,對人體靜態與動態參數的測量,對人體生理參數的測量或對系統參數、作業參數的測量等。是普遍使用的方法如為了獲得坐椅設計所需要的人體尺度,我們必須對使用者人群進行實際的測量,對所測的數據進行統計處理,為坐椅的設計提供人體尺度依據

3 實驗法:當實測發受到限制時採用的一種方法一般在實驗室進行。但也可以在作業現場進行。如為了獲得人對各種不同顯示儀錶的認讀速度和差錯率的數據時,一般在實驗室進行。如需了解色彩環境對人的心理、生理和工作效率的影響的同時,由於需要進行長時間和多人次的觀測,才能獲得比較真實的數據,通常在作業現場進行實驗。圖1-2是駕駛員眼動規律實驗裝置。

4 模擬和模型試驗法 由於機器系統一般比較複雜,因而在進行人機系統研究時常採用模擬的方法。模擬方法包括各種技術和裝置的模擬,如操作訓練模擬器、機械模型以及各種人體模型等。通過這類模擬方法可以對某些操作系統進行逼真的實驗,可以得到更符合實際的數據。因為模擬器或模型通常比它所模擬的真實系統價格便宜得多,但由可以進行符合實際的研究,所以得到較多的應用。圖1-3研究車輛碰撞的人機系統的模擬與

 

模型。

5 計算機數值模擬法

由於人機系統中的操作者是具有主觀意志的生命體,用傳統的物理模擬和模型方法研究人機系統,往往不能完全反映系統中生命體的特徵,其結果與實際相比必有一定誤差。另外,隨著現代人機系統越來越複雜,採用物理模擬和模型方法研究複雜人機系統,不僅成本高、周期長,而且模擬和模型裝置一經定型,就很難做修改變動。為此,一些更為理想而有效的方法逐漸被研究創建並得以推廣,其中的計算機數值模擬法已成為人機工程學研究的一種現代方法。

數值模擬是在計算機上利用系統的數學模型進行模擬性實驗研究。研究者可對尚處於設計階段的未來系統進行模擬,並就系統中的人、機、環境三要素的功能特點及其相互間的協調性進行分析,從而預知所設計產品的性能、並進行改進設計。應用數值模擬研究能大大縮短設計周期,並降低成本。圖1-4是人體動作分析模擬圖形輸出。

6 分析法 分析法是在上述各種方法中獲得了一定的資料和數據后採用的一種研究方法。目前,人機工程學研究常採用如下幾種分析法:

1)瞬間操作分析法 生產過程一般是連續的,人和機械之間的信息傳遞也是連續的。但要分析這種連續傳遞的信息很困難,因而只能用間歇性的分析測定法,即採用統計學中的隨即取樣法,對操作者和機械之間在每一間隔時刻的信息進行測定后,再用統計推理的方法加以整理,從而獲得研究人-機-環境系統的有益資料。

2)知覺與運動信息分析法 由於外界給人的信息,首先由感知器官傳到神經中樞,經大腦處理后,產生反應信號再傳遞給肢體以對機械進行操作,被操作的機械狀態由將信息反饋給操作者,從而形成一種反饋系統。知覺與運動信息分析法,就是對此反饋系統進行測定分析,然後用信息傳遞理論來闡明人-機間信息傳遞的數量關係。

3)動作負荷分析法 在規定操作所必須的最小間隔時間的條件下,採用電子計算機技術來分析操作者連續操作的情況,從而可推算操作者工作的負荷程度。另外,對操作者在單位時間內工作負荷進行分析,也可以獲得用單位時間的作業負荷率來表示操作者的全工作負荷。

4)頻率分析法 對人機系統中的機械系統使用頻率和操作者的操作動作頻率進行測定分析,其結果可以獲得作為調整操作人員負荷參數的依據。

5)危象分析法 對事故或近似事故的危象進行分析,特別有助於識別容易誘發錯誤的情況,同時,也能方便地查找出系統中存在的而又需用較複雜的研究方法才能發現的問題。

6)相關分析法 在分析方法中,常常要研究兩種變數,即自變數和因變數。用相關分析法能夠確定兩個以上的變數之間是否存在統計關係。利用變數之間的統計關係可以對變數進行描述和預測,或者從中找出合乎規律的東西。例如:對人的身高和體重進行相關分析,便可以用身高參數來描述人的體重。

7)調查研究法 目前,人機工程學專家還採用各種調查研究方法來抽樣分析操作者或使用者的意見和建議。這種方法包括簡單的訪問、專門調查、直至非常精細的評分、心理和生理學分析判斷以及間接意見與建議分析等。

1.4 人機工程學與工業設計

從P12頁表1-1可知 ,人機工程學與國民經濟的各部門都有密切的關係。僅從工業設計這一範疇來看,大至宇航系統、城市規劃、建築設施、自動化工廠、機械設備、交通工具……,小至傢具、服裝、文具以及盆、杯、碗、筷之類的生活用品,總之為人類各種生產與生活所創造的一切“物”,在設計和製造時,都必須把“人的因素”作為一個重要條件來考慮。

人機工程學研究的內容及對工業設計的作用可以概括為以下幾個方面:

1.4.1 人機工程學對工業設計的作用

1.4.1.1 為工業設計中考慮“人的因素”提供人體尺度參數

應用人

 

體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法,對人體結構特徵和機能特徵進行研究,提供人體各部分的尺寸、體重、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關係和可及範圍等人體結構特徵參數;

還提供人體各部分的出力範圍、活動範圍、動作速度、動作頻率、重心變化以及動作時的習慣等人機機能特徵參數;

分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特徵;

分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應能力;

探討人在工作中影響心理狀態的因素以及心理因素對工作效率的影響等。

1.4.1.2為工業設計中“物”的功能合理性提供科學依據

如搞純物質功能的創作活動,不考慮人機工程學的原理與方法,那將是創作活動的失敗。因此,如何解決“物”與人的相關的各種功能的最優化,創造出與人的心理、生理機能相協調的“物”,這將是當今工業設計中在功能問題上的新課題。

通常,在考慮“物”中直接由人使用或操作部件的功能問題時,如信息顯示裝置、操縱裝置、工作台和控制室等部件的形狀、大小、色彩及其布置方面的設計基準,都是以人體工程學提供的參數和要求為設計依據。

1.4.1.3為工業設計中考慮“環境因素‘提供設計準則”

通過研究人體對環境中各種物理、化學因素的反應和適應能力,分析聲、光、熱、振動、粉塵和有毒氣體等環境因素對人體的生理、心理以及工作效率的影響程度,確定了人在生產和生活活動中所處的各種環境的舒適範圍和安全限度,從保證人體的健康、安全、舒適和高效出發,為工業設計中考慮‘環境因素“’提供了分析評價方法和設計準則。

1.4.1.4為進行人—機—環境系統設計提供理論依據

人機工程學的顯著特點是,在認真研究人、機、環境三個要素本身特性的基礎上,不單純著眼於個別要素的優良與否,而是將使用“物”的人和所設計的“物”以及與“物”所共處的環境作為一個系統來考慮,在這個系統中人、機、環境三個要素之間相互作用、相互依存的關係決定著系統總體的性能。

人機系統設計理論,就是科學地里利用三個要素之間的有機聯繫來尋求系統的最佳參數。

系統設計的一般方法,通常是在明確系統總體要求的前提下,著重分析和研究人、機、環境三個要素對系統總體性能的影響,應具備的各自功能及其相互關係,如系統中機和人的職能如何分工、如何配合;環境如何適應人;機對環境又有何影響等問題,經過不斷修正和完善三要素的結構方式,最終確保系統最優組合方案的實現。這是人機工程學為工業設計開拓了新的設計思路,並提供了獨特的設計方法和有關理論依據。

1.4.1.1  為堅持以“人”為核心的設計思想提供工作程序

一項優良設計必然是人、環境、技術、經濟、文化等因素巧妙平衡的產物。為此,要求設計師有能力在各種制約因素中,找到一個最佳平衡點。從人機工程學和工業設計兩學科的共同目標來評價,判斷最佳平衡點的標準,就是在設計中堅持以“人”為核心的主導思想。

以“人”為核心的主導思想具體表現在各項設計均應以人為主線,將人機學理論貫穿與設計的全過程。人機工程學研究指出,在產品設計全過程的各個階段,都必須進行人機工程學設計,以保證產品使用功能得以充分發揮。見P14表1-4

1.4.2 工業設計各階段中人機工程設計工作程序

設計階段

規劃階段(準備階段)

1. 考慮產品與人及環境的全部聯繫,全面分析人在系統中的具體作用。

2. 明確人與產品的關係,確定人與產品關係中各部分的特性及人機工程要求的設計內容。

3. 根據人與

 

產品的功能特性,確定人與產品功能的分配。

方案設計

1. 從人與產品、人與環境方面進行分析,在提出眾多方案中按人機工程學原理進行分析比較

2. 比較人與產品的功能特性設計限度、人的能力限度、操作條件的可靠性及效率預測,選出最佳方案

3. 按最佳方案製作簡易模型進行模擬實驗、將實驗結果與人機工程學要求進行比較,並提出改進意見

4. 對最佳方案寫出詳細說明:方案獲得的結果、操作條件、操作內容、效率、維修的難易程度、經濟效益、提出的改進意見。

技術設計

1. 從人的生理、心理特性考慮產品的構形

2. 從人體尺寸、人的能力限度考慮確定產品的零部件尺寸

3. 從人的信息傳遞能力考慮信息顯示與信息處理

4. 根據技術設計確定的構形和零部件尺寸選定最佳方案,再次製作模型,進行試驗

5. 從操作者的身高、人體活動範圍、操作方便程度等方面進行評價,並預測還可能出現的問題,進一步確定人機關係可行程度,提出改進意見。

總體設計

對總體設計用人機工程學原理進行全面分析,反覆論證,確保產品操作使用與維修方便、安全與舒適,有利於創造良好的環境條件條件,滿足人的心理需要,並使經濟效益、工作效率均佳

加工設計

檢查加工圖是否滿足人機工程學要求,尤其是與人有關的零部件尺寸、顯示與控制裝置。對試製的樣機全面進行人機工程學總評價,提出需要改進的意見,最後正式投產。

實例分析

電話的設計演變是理解人機工程學的絕佳案例

If people are made safer, more comfortable, more eager to purchase, more efficient -- or just plain happier -- the designer has succeeded.“—— Henry Dreyfuss

如果設計使人們更安全、更舒適、更能激發購買慾望,更有效率,或者只要單純的讓人更快樂——那麼設計師就成功了!—亨利-德雷夫斯

亨利-德雷夫斯(Henry Dreyfuss 1904-1972),美國工業設計師,1965年美國工業設計協會成立,他當選為第一任主席。就像雷蒙德.羅維一樣, 亨利-德雷夫斯(Henry Dreyfuss)在許多領域創建了設計風格比如:真空吸成器、火車、冰箱、電話、和其他不記其數的產品,對美國人的生活產生了深刻的影響,他不僅僅是美國工業設計的先驅之一,同時他也是人機工程學專家,為人機工程學領域做了最重要的開拓性的工作, 1959年,他發表的《人的測量》一書,第一次從工業設計的角度來對人體尺寸進行研究,科學的考慮了人們的舒適性和工作的效率。幫助建立了作為設計師基本工具的人機工程學體系,開闢了人機工程學中人體測量的新紀元。他在1937年至1964年間為貝爾公司合作設計的各系列電話更是理解設計應用人機工程學的典範。

早期的電話大多是蠟燭台式的,聽筒與話筒分離,需用一手拿話筒,一手拿聽筒雙手操作才能打電話,非常不方便。這種蠟燭台式的電話形態不僅缺乏美感還存在以下問題:機身容易傾倒、聽筒容易從掛勾處脫落、撥號盤置於底部操作不便等。

1929年亨利.德雷夫斯贏得了未來電話設計競賽,並且開始和貝爾實驗室合作設計電話,作為貝爾實驗室的一個設計顧問,亨利.德雷夫斯認為:電話的外形應該從裡到外進行改革,而不僅僅只是一個最終工程師能把所有結構都塞進去的外形,他勸說貝爾實驗室允許他和工程師一起通力合作,用一種簡單統一的形式來表達他們的設備。這一成果體現在1937年302電話設計中,這款電話從內到外進行了徹底的設計,它結合了當時最先進的通訊技術,將電話的聽筒和話筒結合成一體置於手柄上,而手柄的水平支架、撥號盤、及其它結構被集成在一個穩定厚重的底座上。統一而平穩的形態代替了難看笨拙的形態。特別是對於手柄的設計為了滿足最大範圍人的要

 

求,手柄上話筒到聽筒的距離考慮了人臉的形狀,採用平均值。這款電話獲得空前成功,作為現代電話的母機,一直生產到1950年。

圖1.16 早期的蠟燭台式電話

圖1.17 亨利德雷夫斯設計的302型電話

德雷夫斯成功的主要原因在於他對人的關注,尤其是對大多數消費者的需求的關注,這也是他的工作特點。他認為用戶尋求的是好用、舒適的以及能夠憑直覺簡單操縱的產品。適用於人的機器才是最有效的。設計不應是表面的改變,更是技術上的潛在變化;同時改進產品不僅是技術上的創新,而且也是形態上的創新,形式與功能是統一的。

德雷夫斯把規範和試驗視作設計的過程中非常重要因素,尤其是對模型進行研究。這些我們都可以從他為貝爾公司設計的500型電話的過程中得到驗證。

1946年,貝爾電話實驗室(Bell Telephone Lab, AT&T)請德雷夫斯想辦法改進數以百萬計的美國家庭、辦公室所使用的電話,亨利. 德雷夫斯和他的設計小組採用了以下的程序來應對這項新的挑戰。

步驟一:思考問題 設計小組第一個工作,是要去定義他們的問題,他們研究電話有哪些不同的外型?電話是如何製作的?人們平常又是如何使用電話的?

當時所使用的電話最主要是兩種機型:即所謂“蠟燭台式”(candlestick)電話,和“300系列”(Series 300)電話,經過這些研究之後,設計小組指出的1946年的電話需要重新設計、改進的許多問題(見圖1.18)。

無法持話筒於耳朵與肩膀之間

了解問題之後,設計小組開始腦力激蕩,發揮他們的想象力,對於新型電話的設計提出所有的可能性(如圖1.19):是不是可能改變電話的形狀?是不是可以把電話生硬的線條都改成平滑的圓角?電話是不是可以不是單調的黑色,而是鮮艷的彩色?

圖1.19 設計小組在發現問題,並進行腦力激蕩

步驟二 畫出想法 通過腦力激蕩發展出來的這些新型電話設計的想法,現在看起來似乎是稀鬆平常,然而在半個多世紀之前,卻都是非常創新的想法。接下來設計者便用如下圖所示的手繪草圖,加上一些簡單的註解,甚至製作一些粗略的模型,來快速表達他們創新的想法,進一步理清這些想法,或者發展出新的點子。

圖1.20繪製概念草圖

圖1.21 電話設計草圖

步驟三 製作模型 在思考新型電話設計時,可能有非常多創新的想法,而許多想法在草圖繪製的階段可能就已經被否定掉了,被保留下來的設計概念逐漸發展完整后,設計師們便進一步以木頭、油土或石膏,將這些設計概念製作成實體的模型,包括電話的聽筒、基座、撥號轉盤。(如下圖)。

圖1.21 製作設計概念的實體模型

圖1.22 電話設計的實體模型

這些實體模型能讓設計師更具體感受到其設計,同時也被用來展示給他們的顧客AT&T公司看,討論是否能滿足他們顧客的要求。

圖1.23設計師用圖紙和模型與客戶交流

圖1.24 草圖表現的G型聽筒

圖1.25木製的電話聽筒模型用來檢驗其可用性 宜人性

步驟四 評估設計 根據這些電話的實體模型,設計師和他們的顧客可以仔細評估新型設計是否順手好用?是否能配合使用者的臉形和耳朵?他們曾測量了兩千張臉來決定嘴和耳朵之間的平均距離並規劃了一系列的設計原型的分析測試,來評估新型電話設計的各種性能,並且不斷作細部修改。

圖1.26 規劃一系列設計原型

圖1.27電話聽筒原型測試分析圖

終於他們敲定了最後的設計,1949年500型桌面電話登場了,它是戰後電話服務增加的響應。新的設計有很好的易用性,而且形態更具有親和力。由於採用人造塑料,使得手柄很輕,而且其形態允許使用者夾在肩膀上使用。另外撥號的字元被設計到撥號盤外側,使撥號更容易。手柄與底座之間的電話線也被設計成有收縮彈性的形式,更美觀了。這款電話面市后大獲成功,是45年來

 

最暢銷的一種電話。

圖1.28 貝爾500型電話 

圖1.29 貝爾公主(Princess)型電話

1959年亨利.德雷夫斯為貝爾設計了一款新型電話,此款電話由手柄和撥號兩部分組成,對原來的底座進行了較大的改型,取消了原來的手柄支架,使得造型更統一協調,其纖細的外形非常適合年輕女孩的使用,被稱為公主(Princess)。

從500型電話到Princess 型電話,我們可以看到設計在滿足功能和人機性以外,更多的關注情感和個性化設計。

1964年亨利.德雷夫斯為貝爾設計了Trimeline(簡潔流線)電話,這款電話把撥號從底座移到手柄,把所有的控制都至於手柄。使得單手就能更方便、快捷的進行操作。簡化的流線型更時尚,美觀,體現了德雷夫斯對消費者需求的敏感。

圖1.30 貝爾Trimeline型電話

人機工程學是一門獨立的學科,不僅工業設計,而且諸如工業自動化、管理工程、機械、武器等專業也要學人體工程學,我們應該學什麼,優勢又在哪裡呢?從電話設計演變的歷程中,我們可以得到以下的啟示:

工業設計涉及到人機工程學,這是不容置疑的,但兩者還是有差別的,工業設計無論如何是要進行設計的。而人機工程學本身,是從科學的角度出發,為設計提供依據,是屬於科學的範疇。可以這麼說,學習人機工程學的目的在於設計。

無論你人機工程學本身學得多麼好,如果不能運用到工業設計上,或者說不能很好地運用到工業設計上,那麼,就工業設計而言,也是沒有意義的。因此,學習人機工程學,關鍵就是要體會三點:

第一,理解人機工程學的科學性;

第二,理解人機工程學和設計藝術的結合;

第三,理解人機工程學的思想,即如何利用科學分析和解決問題的思想,如何利用科學解決設計和其它問題的思想。

有一種錯誤的觀點就是:有了人機工程學的相關數據,就找到了包治百病的良藥,如果這麼說,任何設計都用數字量化就可以了,那豈不是每一種產品都只會有標準唯一的設計了嗎?但從電話的設計演變中我們其實已經可以看出:工業設計和人機工程雖然關係密切,但終究分別是兩個獨立的學科,工業設計除了考慮人機因素外,還要融入更多的文化、經濟、市場等因素的探求,這也是為什麼在當今物質極大豐富的今天,每一種產品都會有豐富多樣的品種、千變萬化的形式和解決方案吧!

 

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