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裝備研制過程中的人機工程

2016-11-14   總瀏覽(lan):5522

1.概述
        人(ren)機工程是(shi)一門多學(xue)(xue)科(ke)的(de)(de)綜合性應用科(ke)學(xue)(xue)。它是(shi)以(yi)系統論(lun)、信(xin)息論(lun)、控(kong)制論(lun)、人(ren)體科(ke)學(xue)(xue)、環境科(ke)學(xue)(xue)為理論(lun)基(ji)礎,研究人(ren)、機器、環境的(de)(de)相互(hu)關(guan)系和規(gui)(gui)律的(de)(de)科(ke)學(xue)(xue)。在裝(zhuang)備設計(ji)、制造、使(shi)用中注重研究軍(jun)事(shi)作業人(ren)員(yuan)、裝(zhuang)備和實(shi)戰環境之間的(de)(de)關(guan)系和規(gui)(gui)律,其目的(de)(de)是(shi)使(shi)人(ren)--環境系統的(de)總體(ti)(ti)性能達到最佳狀態,滿足安全、高(gao)效、舒適和經濟等要(yao)求。
        在工(gong)業發達(da)的國(guo)家里,對人(ren)機工(gong)程的研究都試(shi)圖從自身的角(jiao)度對其命名(ming)和界定,所以引起學(xue)科名(ming)稱(cheng)(cheng)長期多(duo)樣(yang)并存的現象。雖稱(cheng)(cheng)謂(wei)不同,但研究的實質(zhi)和研究的內容基本是一(yi)致的。相關稱(cheng)(cheng)謂(wei)有:美國(guo)稱(cheng)(cheng)為(wei)人(ren)的(de)因(yin)素Human Factors)、人的因素工程”(Human Factors Engineering) 或(huo)人機工程(cheng)Human Engineering);在歐洲(zhou)稱為工效學Ergonomics);前蘇聯(lian)稱為工程心理學Engineering psychology);日(ri)本(ben)稱為(wei)人(ren)間(jian)工學(xue);我國因受前蘇聯的影(ying)響(xiang)稱為工程(cheng)心理(li)學,以后又稱為(wei)工效學人類工效學人機環境系統工程等。20世紀90年(nian)代后在工程(cheng)技術界(jie)研究(jiu)與應用范圍較廣,統(tong)稱(cheng)為(wei)人機工程(cheng),這種叫(jiao)法(fa)在學術界(jie)已推而廣之。
        示例
        國際人(ren)類工效學(xue)學(xue)會(IEA)的(de)定義:研究人在某種工作(zuo)(zuo)(zuo)環境(jing)中的(de)解剖(pou)學(xue)(xue)(xue)、生(sheng)理學(xue)(xue)(xue)和(he)(he)心(xin)理學(xue)(xue)(xue)等方面的(de)因素;研究人和(he)(he)機器及環境(jing)的(de)相互作(zuo)(zuo)(zuo)用;研究在工作(zuo)(zuo)(zuo)中、家(jia)庭中和(he)(he)閑(xian)暇(xia)時怎樣(yang)考慮人的(de)健康、安全、舒適和(he)(he)工作(zuo)(zuo)(zuo)效率的(de)學(xue)(xue)(xue)科。
        《中(zhong)國企(qi)業管理(li)百科(ke)全(quan)書》的定義:研(yan)究人(ren)(ren)和機器、環境的相互(hu)作用及其(qi)合理(li)結合,使設計(ji)的機器與(yu)環境系統適(shi)(shi)合人(ren)(ren)的生理(li)、心理(li)等特點(dian),達到(dao)在生產(chan)中(zhong)提(ti)高效率(lv)、安全(quan)、健康和舒(shu)適(shi)(shi)的目的。
        《辭海》的(de)定義:人機工程學(xue)(xue)(xue)(xue)是(shi)運用人體(ti)(ti)測量學(xue)(xue)(xue)(xue)、生理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)、心理(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)生物力學(xue)(xue)(xue)(xue)以及(ji)工程學(xue)(xue)(xue)(xue)等(deng)學(xue)(xue)(xue)(xue)科(ke)的(de)研究方法和(he)手段,綜合地進行人體(ti)(ti)結構、功能、心理(li)以及(ji)力學(xue)(xue)(xue)(xue)等(deng)問題(ti)研究的(de)學(xue)(xue)(xue)(xue)科(ke)。
        《人(ren)(ren)機工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)學》的(de)定義:人(ren)(ren)機工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)學是以人(ren)(ren)的(de)生理、心(xin)理特(te)性為依(yi)據,應用系統工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)的(de)觀(guan)點,分析研究人(ren)(ren)與機械(xie)、人(ren)(ren)與環(huan)境以及機械(xie)與環(huan)境之間(jian)的(de)相(xiang)互(hu)作用,為設計操作簡便、省力、安全、舒(shu)適(shi),人(ren)(ren)--環(huan)境的(de)(de)配合達到最佳狀(zhuang)態的(de)(de)工程(cheng)系統提(ti)供理論和方法(fa)的(de)(de)科學(xue)。
        MIL-HDBK-1908BDEFINITIONS OF HUMAN FACTORS TERMS》的(de)定義:應(ying)用人的(de)能(neng)力和局(ju)限性(xing)知識對系統、裝備(bei)(bei)進行設計研制,以最小(xiao)的(de)花費、人力、技能(neng)、培訓需(xu)求來達到(dao)有效、高效和安全的(de)系統性(xing)能(neng)。人機(ji)工程(cheng)能(neng)確(que)保系統或裝備(bei)(bei)的(de)設計、所需(xu)的(de)人員作業和工作環(huan)境與其操作、維修、控(kong)制和保障人員的(de)生(sheng)理(li)、心理(li)特征適應(ying)。
        《空軍航空工程辭典》的定義:又稱(cheng)人(ren)類(lei)工效學。綜合進行人(ren)(ren)(ren)體(ti)結(jie)構(gou)、功能(neng)、心理(li)和力學(xue)等(deng)問題(ti)研(yan)(yan)究的(de)一門新興的(de)綜合性(xing)學(xue)科。通(tong)常(chang)以心理(li)學(xue)、生理(li)學(xue)、人(ren)(ren)(ren)體(ti)測量學(xue)和生物力學(xue)等(deng)作(zuo)為研(yan)(yan)究手段和方法。用于(yu)設計使操作(zuo)人(ren)(ren)(ren)員、維修人(ren)(ren)(ren)員能(neng)發(fa)揮最(zui)大效能(neng)的(de)機械(xie)、儀器和控(kong)制裝置(zhi),并研(yan)(yan)究控(kong)制臺上各(ge)個(ge)儀表的(de)最(zui)佳位(wei)置(zhi)。
        2.形成與(yu)發(fa)展
        根據(ju)國內外人機工(gong)程技術(shu)的發展(zhan),大(da)致可將發展(zhan)過程中(zhong)各個階段的特點和側重歸納如下:
        人適應機(二戰(zhan)前(qian))
        研究重點是選拔和訓練人(ren),使(shi)之適(shi)應(ying)于飛(fei)機、坦克(ke)等裝(zhuang)備。
        第一次(ci)世界大戰(zhan)期間,由(you)于使用(yong)了飛機(ji)、潛艇、無線(xian)電通訊等(deng)現代(dai)化裝備(bei),對操作人(ren)員的(de)素質提出了較高(gao)的(de)要(yao)求。各主要(yao)交戰(zhan)國(guo)(guo)都很重視研究(jiu)人(ren)力(li)在戰(zhan)爭(zheng)和生產中的(de)作用(yong),為提高(gao)人(ren)的(de)工(gong)作效(xiao)率(lv)的(de)研究(jiu)提供了相(xiang)當大的(de)可能(neng)。如在英國(guo)(guo),成立(li)了疲勞研究(jiu)所。在美國(guo)(guo),軍事上注意人(ren)員的(de)選(xuan)拔、等(deng)級(ji)測驗(yan)和訓練,要(yao)求人去適應機器,使人(ren)更好地工作(zuo)。一(yi)戰之后,各(ge)國都很(hen)重視人(ren)力在(zai)戰爭與(yu)后勤生產中的(de)作(zuo)用,建立各(ge)種專門的(de)研究機(ji)構,對(dui)疲(pi)勞(lao)、人(ren)員的(de)選拔(ba)與(yu)訓練進行研究,使人(ren)去適應機(ji)器(qi)的(de)要求。這在(zai)一(yi)定程度(du)上(shang)改善了(le)人(ren)機(ji)關系,使工作(zuo)效(xiao)率有(you)所提高。
        機適(shi)應人(二戰期間)
        研究重點是如何設計各類裝(zhuang)備(bei),使其操縱符合人的身心特點。
        由于軍事(shi)(shi)需要(yao),武(wu)器系(xi)(xi)統(tong)得到迅速發展(zhan),特別(bie)是飛行(xing)器、復雜的(de)武(wu)器系(xi)(xi)統(tong)迅速發展(zhan)之后,在操(cao)作(zuo)的(de)復雜性和(he)(he)精(jing)度(du)上對(dui)操(cao)作(zuo)者的(de)要(yao)求越來(lai)越高。新的(de)軍事(shi)(shi)武(wu)器和(he)(he)設備不能被有效(xiao)和(he)(he)安全(quan)地操(cao)作(zuo),盡(jin)管通過對(dui)飛行(xing)人員(yuan)的(de)選拔(ba)和(he)(he)培訓,來(lai)解決人-機的匹配問題,但也難(nan)以很好適應,由(you)于(yu)人-機不能很好的匹配,經常發生機毀人亡和誤擊目標的事故。這種情況要(yao)求機器的設計應該考(kao)慮人的因素,這就發(fa)生從人(ren)適應機器到(dao)機器適應(ying)于人的轉變。二戰(zhan)期間由(you)于片面重視新式裝(zhuang)備的效能與(yu)威(wei)力的研究而忽視了(le)(le)人(ren)(ren)的因素,使(shi)各種裝(zhuang)備操作要(yao)求不(bu)符合人(ren)(ren)的身心(xin)特(te)點,這就(jiu)引發了(le)(le)各種各樣的失敗與(yu)教訓,這使(shi)人(ren)(ren)們逐(zhu)步認識到(dao)人(ren)(ren)機(ji)(ji)匹配過程中(zhong)主要(yao)的問題不(bu)是裝(zhuang)備而是人(ren)(ren),從而使(shi)人(ren)(ren)的因素成(cheng)為機(ji)(ji)器設(she)計中(zhong)一個不(bu)能忽視的重要(yao)條件。當時英(ying)國的劍橋大(da)學、美國的俄(e)亥俄(e)大(da)學、伊利(li)諾大(da)學等研究機(ji)(ji)構都建立了(le)(le)航空心(xin)理學的研究機(ji)(ji)構,研究高(gao)科(ke)技武器系統(tong)設(she)計的人(ren)(ren)機(ji)(ji)關系,并產生了(le)(le)一大(da)批富有成(cheng)效的研究成(cheng)果(guo)。這些在軍事領域中(zhong)對(dui)人(ren)的(de)因素的(de)研究與應(ying)用(yong)使人機工程逐漸成(cheng)熟,并最終成(cheng)為一門獨立(li)的(de)學(xue)科。
        人與機相互匹配(二戰后)
        研究重點是使人和(he)機器通(tong)過相(xiang)互適應,形(xing)成最有(you)效的(de)匹(pi)配(pei)與結合。
        第二次世界大戰(zhan)后,隨著(zhu)軍(jun)事和科學技(ji)術發展,尤其是計算(suan)機(ji)技(ji)術的(de)發展,武器(qi)系統(tong)設(she)計中與人(ren)(ren)的(de)因(yin)素有關的(de)問題(ti)越來越多,其研究內(nei)容逐(zhu)漸(jian)轉向人(ren)(ren)與機(ji)之(zhi)間的(de)相互關系,這一階段(duan)通過(guo)對(dui)(dui)人(ren)(ren)與機(ji)器(qi)信息交流過(guo)程的(de)研究,對(dui)(dui)人(ren)(ren)與機(ji)器(qi)潛力的(de)分析比較,以確定人(ren)(ren)機系統的(de)最(zui)(zui)優結合方(fang)案(an),使人和機器最(zui)(zui)有效(xiao)的(de)結合,實(shi)現人機功能的(de)最(zui)(zui)佳分配,達到安全、高(gao)效(xiao)、舒適和經濟(ji)。研究主要集中在人(ren)-機(ji)界面匹配的(de)研(yan)究上,研(yan)究顯示(shi)器(qi)與控制器(qi)設計中(zhong)人的(de)因素,即顯示(shi)器(qi)的(de)表盤、指(zhi)針、標(biao)度,控制器(qi)的(de)旋鈕、開關、踏板等。應該特別(bie)強調指(zhi)出,六十年代宇(yu)宙(zhou)航(hang)行(xing)事業開始發展,作為這門(men)科學(xue)在(zai)(zai)征(zheng)服宇(yu)宙(zhou)中(zhong)起到了(le)關鍵性作用(yong)(yong),首先在(zai)(zai)宇(yu)航(hang)飛行(xing)員的(de)選(xuan)拔和(he)訓(xun)練在(zai)(zai)應用(yong)(yong)了(le)大量的(de)心(xin)理測(ce)驗,其次,對宇(yu)航(hang)飛行(xing)員相(xiang)關的(de)感(gan)知覺進行(xing)了(le)研(yan)究,對人的(de)操作進行(xing)了(le)分(fen)析。在(zai)(zai)宇(yu)航(hang)員的(de)選(xuan)拔、能力測(ce)定、設計工作站以及訓(xun)練裝置和(he)方法、操作質量的(de)判斷等方面都做出重要的(de)貢獻(xian)。
        人與系統整合(21世紀)
        研究重(zhong)點(dian)是將包括人(ren)員績效、所用人(ren)力、人(ren)員和培訓的關(guan)鍵設計以及安(an)全(quan)與(yu)健康(kang)等(deng)與(yu)人(ren)相(xiang)關(guan)的因(yin)素綜合、主動地考(kao)慮進整個系統設計與(yu)研制過程中。
        溯源(yuan)到系統的(de)研究領(ling)域愈(yu)來愈(yu)大(da),特別是在(zai)(zai)現代(dai)化的(de)裝備(bei)(bei)中,武器(qi)(qi)系統愈(yu)發(fa)復雜(za)與龐大(da),尤(you)其是在(zai)(zai)航(hang)空(kong)、航(hang)天技術領(ling)域中,如何(he)將人(ren)員、人(ren)力、人(ren)的(de)因素(su)等融入(ru)系統設(she)計,成為影響武器(qi)(qi)系統性能(neng)(neng)優(you)劣的(de)一(yi)項重要(yao)因素(su)。綜合(he)前三(san)個發(fa)展階段,早期的(de)裝備(bei)(bei)設(she)計思(si)路是人(ren)適應(ying)于(yu)機,此時的(de)裝備(bei)(bei)設(she)計很少考慮人(ren)員的(de)生(sheng)理、心理等能(neng)(neng)力限值(zhi)。隨(sui)后逐(zhu)步(bu)轉化為機器(qi)(qi)適應(ying)于(yu)人(ren),但(dan)人(ren)員之間(jian)存(cun)在(zai)(zai)差異(yi),一(yi)型裝備(bei)(bei)往(wang)往(wang)不能(neng)(neng)被(bei)所有的(de)用戶接受。在(zai)(zai)前兩(liang)種極端(duan)思(si)路的(de)不斷(duan)辯證與討論中,逐(zhu)步(bu)發(fa)展演變為了人(ren)機相(xiang)互適應(ying)的(de)正(zheng)確道路,但(dan)也存(cun)在(zai)(zai)著微小缺陷,即有時候魚與熊掌不可(ke)兼得,根據(ju)任(ren)務的(de)不同勢(shi)必要(yao)犧(xi)牲(sheng)兩(liang)者之間(jian)的(de)某些特點,而且(qie)這種思(si)路也很被(bei)動(dong)。因此,進(jin)入(ru)21世紀(ji),國外提出(chu)了一種人(ren)機系統整合(HSI)的思路(lu),即Human Systems Integration,在此基(ji)礎上開展(zhan)了大(da)量整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)工作并編制了相應的(de)人機系(xi)(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)標準,如:美國(guo)空軍人機系(xi)(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)手冊(ce)、英國(guo)海(hai)軍人機系(xi)(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)管理指南,英國(guo)海(hai)軍人機系(xi)(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)技術(shu)指南、英國(guo)國(guo)防部(bu)人機系(xi)(xi)(xi)統(tong)整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)設(she)計指南等,在裝備設(she)計與(yu)研制中將人的(de)因素有效地整(zheng)(zheng)合(he)(he)(he)(he)在系(xi)(xi)(xi)統(tong)中發揮了重要(yao)的(de)作用。
        3.國外標準(zhun)
        美國和(he)英國是開(kai)展人(ren)機(ji)工程(cheng)標(biao)準(zhun)(zhun)化(hua)活動較早的(de)(de)(de)國家(jia),一向(xiang)重(zhong)視在裝備(bei)全(quan)壽命期實施(shi)人(ren)機(ji)工程(cheng),并編制(zhi)(zhi)了一定量的(de)(de)(de)人(ren)機(ji)工程(cheng)標(biao)準(zhun)(zhun),這些標(biao)準(zhun)(zhun)深(shen)入(ru)裝備(bei)的(de)(de)(de)研制(zhi)(zhi)和(he)設(she)計,從論證階段就建立了人(ren)機(ji)工程(cheng)的(de)(de)(de)準則要求(qiu)、以(yi)及(ji)程(cheng)序(xu)等一(yi)系列基礎(chu)標(biao)準,有效地(di)指(zhi)導(dao)了裝備(bei)人(ren)機工程管理與技術工作的開展。
        美國(guo)國(guo)防(fang)部
        長期以來,美國(guo)(guo)國(guo)(guo)防部(bu)、各(ge)軍兵種以及相(xiang)關的(de)工業部(bu)門編(bian)制了(le)大量人機工程(cheng)標準、指南、手冊(ce)等文件。當前美國(guo)(guo)國(guo)(guo)防部(bu)采用的(de)人機工程(cheng)政府標準共45項,其(qi)標準制定機構及標準數量見圖(tu)1-1,具有(you)代(dai)表性(xing)的(de)人機工程(cheng)標(biao)準(zhun)見表1-2

圖(tu)1-1  美(mei)國國防部采用的人機工程政府(fu)標準分布

表1-2  美國國防部采用的部分人機工程標準(zhun)

英國(guo)國(guo)防部
        英(ying)國當前最具代表性的人(ren)機工(gong)程標準當屬國防部(bu)2008年發布實(shi)施的人(ren)機工程系列(lie)標準DEF STAN 00-250,該標準代(dai)替(ti)了2004年發布(bu)實施的(de)DEF STAN 00-25。新標準共(gong)5部分,相(xiang)比原版(ban)本(ben)的25個部進行了大量精簡(jian)與整合。原標準前(qian)14部分是為(wei)設(she)(she)備設(she)(she)計人(ren)機工程系(xi)列標準,包括人(ren)體(ti)尺(chi)寸、工作空間設(she)(she)計、視(shi)覺顯示、聽(ting)覺信息、言語交流、控(kong)制、維護設(she)(she)計、人(ren)機交互等(deng);后11部分為系(xi)統設計(ji)人(ren)機(ji)工程(cheng)系(xi)列標準,包括人(ren)力、人(ren)員、訓(xun)練、人(ren)機(ji)工程(cheng)、健康(kang)風險(xian)評估、系(xi)統安全等(deng)。新標準將(jiang)其(qi)整合到了5部分(fen),分(fen)別為人(ren)因整合設(she)計手(shou)冊(ce)、一般(ban)要求、特殊要求、技術(shu)(shu)指南以及(ji)方法(fa)、工具和技術(shu)(shu)。美(mei)國國防部近年來也(ye)直接將該標準(zhun)(zhun)納入了美(mei)國政府人(ren)機工程標準(zhun)(zhun)體系。
 

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