第一章人因工程学概述

1.教学目的和要求
通过本章的学习，掌握人因工程学的基本概念及研究方法，了解人因工程学的发展历史以及人因工程学在各行业的应用情况。
2.教学内容和要点
人因工程学的命名及定义、人因工程学的起源与发展、人因工程学的内容及研究方法。 
本章要点：人因工程学的内容及研究方法。

●1.1人因工程学的命名与定义

由于世界各国人因工程学的发展存在差异，研究的侧重点也存在差异，因此，该学科的名称和定义没有统一。
人类工效学，或简称为工效学，英文是“Ergonomics”。这个名称在国际上用得最多，世界各国把它翻译或音译为本国文字，目前我国国家一级学会的正式名称也是“中国人类工效学学会”，相应出版的学术刊物命名为《人类工效学》。
人因工程学（Human Factors Engineering）或人的因素学（Human Factors）。在美国和一些西方国家用得最多，常在核电工业、一般生活领域或生活用品设计中使用，我国用这个名称的也比较多。  
人机工程学（Ergonomics或Man-Machine Engineering）或人机学。这是我国对Ergonomics的最早翻译名称，至今工程技术方面大多数人还喜欢用这个名称。
人-机器-环境系统工程学（Man-Machine-Environment Systems Engineering）。我国航空航天领域首先采用人-机器-环境系统工程学这个名称，它涵盖的学科内容更为广泛。
其他类似名称，如“工程心理学”是本学科的早期名称，也是本学科的基础知识；“人素工程学”在我国一些军标中使用，是Human Factors Engineering的另一种译名；“人机工程设计”、“人因工程设计”、“宜人性设计”，在我国工程设计人员中也较为常用。
人因工程学的定义目前比较权威是国际人类工效学学会和《中国企业管理百科全书》下的定义。学习过程中可以主要掌握《中国企业管理百科全书》下的定义，具有典型性。

●1.2人因工程学起源与发展

人因工程学这一学科起源于欧洲，形成于美国。人因工程学科诞生前后，主要经历了三个发展阶段。
（1）人因工程学的启蒙阶段。本阶段的主要代表性人物有泰勒和吉尔布雷斯夫妇。
（2）人因工程学的正式形成阶段。本阶段有两个重要事件： 1949年7月，英国海军成立了一个交叉学科研究组，专门研究影响人的工作效率的问题，这时被称为是人因工程的诞生日；1960年正式成立了国际人类工效学会(IEA)，该组织为推动各国的人因工程发展起了重要作用，标志着这一学科发展基本成熟。
（3）人因工程学的快速发展阶段。 人因工程学快速发展有四个原因：美国三里岛核电站事故的发生；计算机的应用；社会的进步，人的价值越来越高，各种人身伤亡事故中，人的赔偿金额越来越高；人们对生活质量要求的提高。

●1.3人因工程学的内容

人因工程学的研究内容主要包括：人的生理、心理特征等；工作环境；作业空间设计；人机交互设计；工作负荷评价。

●1.4人因工程学的研究方法和步骤

人因工程学的主要研究方法有：调查法、测量法、图示模型法、心理测量法、观测法、实验法。

第二章人体测量

1.教学目的和要求
通过本章的学习，使学生明确影响人体尺寸的因素，掌握人体尺寸的统计指标及人体尺寸的运用方法。
2.教学内容和要点
人体的主要尺寸、人体尺寸的影响因素、人体尺寸的统计指标；人体尺寸的运用准则和人体尺寸的设计程序。
本章要点：人体尺寸的统计指标以及人体尺寸的运用准则。

●2.1人体尺寸概述

1．人体尺寸测量分类
人体尺寸测量可分为：静态人体尺寸测量和动态人体尺寸测量。
2. 人体测量的基本术语
基本姿势可分为：立姿、坐姿
测量的基准面可分为：矢状面、正中矢状面、冠状面、水平面。
测量的方向可分为：头侧端和足侧端、内侧和外侧、近位和远位
3. 人体测量的基本方法
具体测量方法详见GB/T 5703-2010《用于技术设计的人体测量基础项目》的有关规定。

●2.2常用人体测量数据

常用人体测量数据包括人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体头部尺寸、我国成人男女上肢功能尺寸。
在我国成年人人体测量工作中，从人类学的角度，将全国成年人人体尺寸分布划分为六大区域，统计了六大区域的身高、胸围、体重的平均值及标准差。

●2.3人体测量数据的应用

人体测量中的主要统计指标包括平均值、标准差、百分位数。人因中最常使用的统计指标是百分位数。
百分位数是指一个随机变量（某一人体测量尺寸指标）低于某一给定概率处的值。最常用的是第5%、第50%、第95%三种百分位数。

●2.4人体测量数据的运用准则

人体测量数据的运用准则包括最大最小准则、可调性准则、平均性准则、使用最新人体数据准则、地域性准则、功能修正与最小心理空间相结合准则、姿势与身材相关联准则、合理选择百分位和适用度准则。

●2.5人体尺寸的设计程序

人体尺寸的设计程序为：确定设计对象和目标、确定使用对象、确定相关的人体尺寸、决定极限百分位数、根据查表或测量确定所需要的数据、向有关设计人员提供数据。

第三章作业空间设计

1.教学目的和要求
通过本章的学习，掌握工作地设计的原则、工作面高度、活动空间和座椅的设计方法。
2.教学内容和要点
工作地设计的一般要求；站立时工作面高度设计、坐姿时的工作面高度设计和可变的工作台面高度设计；垂直面和水平面工作空间的设计以及个人的社会心理空间设计；座椅的功能及设计。
本章要点：活动空间设计，工作面高度设计和座椅设计原则。

●3.1作业空间概述

作业空间的范围和研究目的、作业空间产生的影响、作业空间设计中需要考虑的因素。

●3.2工作高度的设计

站立时工作面高度的设计、坐姿时工作面高度的设计和可变的工作台面高度设计。

●3.3活动空间的设计

1. 垂直面工作空间设计
最大静止摸高、最大抓握高度、最舒适抓握高度、垂直面上抓握范围、工作活动间隙。
2. 水平面工作空间设计
工作台面上的水平抓握范围、作业空间的平面尺寸的设计原则、容膝和容脚空间。

●3.4座椅的设计

座椅面高度、座椅宽度、座椅面深度、座椅面倾角、靠背的高度和宽度、靠背倾角、扶手高度、坐垫和靠垫。

第四章照明环境

1.教学目的和要求
通过本章的学习，掌握照明环境的度量方法，了解照明对生产效率的影响，明确照明方式的设计要点。
2.教学内容和要点
光的度量、照明的影响、照明方式的设计。
本章要点：光的度量，照明方式的设计。

●4.1光的度量

物理学中对光的度量主要是采用辐射通量进行度量。
相对视敏度函数：在辐射通量相同的情况下，人的眼睛对 各种不同波长的辐射所产生的主观感觉。
考虑人的眼睛的主管感觉基础上，对于照明的度量常采用：光通量、发光强度、亮度、照度。
光通量：是最基本的光度量，它定义为单位时间内辐射的能量的多少。国际上通用的法定计量单位为流明（lm）。
发光强度：是指光源在单位立体角内发出的光通量，单位为坎德拉（cd）。
亮度：指物体表面单位面积上发射或反射的光强，单位为尼特（nt）。
照度：是被照面单位面积上所接受的光通量。单位为勒克司（lx）。

●4.2光的度量及照明的影响

光除了明暗度量之外，还经常提到的指标有：光的色温、光的显色性。
光的色温：是将一标准黑体加热，温度升高至某一程度时颜色开始由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，逐渐改变，利用这种光色变化的特性，其光源的光色与黑体的光色相同时，我们将黑体当时的温度称之为该光源的色温度。
光的显色性：是指事物的真实颜色与某一标准光源下所显示的颜色关系，用Ra表示。Ra值为100的光源表示，事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源下一致。
关于照明的影响，学者们研究了照明对视疲劳的影响、对生产率的影响，调查了被试人员对各种照度的满意程度，这些研究对于照明环境的设计有一定的参考价值。

●4.3照明方式的设计（一）

工业企业的建筑物照明，通常采用三种形式，即自然照明、人工照明和二者同时并用的混合照明。人工照明按灯光照射范围和效果，又分为一般照明、局部照明、综合照明。
作为光源，自然光最理想，因此在设计照明时，应始终考虑最大限度地利用自然采光。
当视野内出现过高的亮度或过大的亮度对比时，人们就感到刺眼，影响视觉，这种刺眼的光线就叫眩光。在照明设计中要特别注意眩光的问题。

●4.4照明方式的设计（二）

照度分布：被照空间的照度应均匀或比较均匀，照度均匀的标志是：场内最大、最小照度分别与平均照度之差小于等于平均照度的 1／3。
亮度分布：视野内的观察对象、工作面和周围环境之间最好的亮度比为5：2：1，最大允许亮度比为10：3：1。
照明标准：照明标准是照明设计和管理的重要依据。本节给出了公共场所照明标准值、工业建筑的一般照明标准值、公共建筑一般照明标准值，可供各种场合设计参考。

第五章噪声环境

1.教学目的和要求
通过本章的学习，掌握噪声环境的度量方法，了解噪声的影响、噪声的测量方法、噪声的评价标准，学会灵活运用噪声的控制方法。
2.教学内容和要点
噪声的度量、噪声的测量和评价标准、噪声的控制方法。
本章要点：噪声的度量，噪声的控制方法。

●5.1噪声的度量（一）

声音的物理度量：声压和声压级。
声压：指媒介中有声波存在时的压力与没有声波存在时的静压之差。用P表示，单位是帕（Pa）。
声压级：是声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20。用符号 Lp表示，单位是分贝（dB）。
人耳对声音的主观感觉度量：响度、响度级。
响度：人耳对声音强度所产生的主观感觉量，它与人对声音响亮程度的主观感觉成正比。用N表示，单位：宋（Sone）。
响度级：人们对噪声进行主观评价的一个基本量。用LN表示，单位为方（phon）。
由响度和响度级的定义可得到等响曲线。等响曲线对于噪声测量仪的研制有重要的指导意义。

●5.2噪声的度量（二）

人耳对声音的主观感觉度量：计权声级、语言干扰声级、等效连续声级。
计权声级：通过计权网络测得的声压级称为计权声级，简称声级。
语言干扰声级：将测量500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz的声压级求算术平均值，便可得到语言干扰级。
等效连续声级：等效连续声级是指某一段时间内的A声级能量平均值，简称等效声级或平均声级，用符号Leq表示，单位是dB（A）。
等效连续声级的简化计算分两种情况：第一种情况：有间隔，但变化不大；第二种情况：变化较大。

●5.3噪声的测量和评价标准

噪声的测量：室内噪声的测量、机器设备噪声的测量、交通车辆噪声的测量。
室内噪声的测量：测量室内噪声时，将声级计传声器放在操作人员耳朵处或放在工作面附近，选择若干个测点，进行测量。
机器设备噪声的测量：根据机器设备的大小，确定合适的测点位置，测点数目视机器设备大小和发声部位的多少，可取4~8个。其高度在设备的中间高度上，但要求高于地面0.5m。
交通车辆噪声的测量分为测量行驶时车内的噪声和测量行驶时车外的噪声。
噪声评价标准：针对基于对作业者听力保护、基于降低人们对环境烦恼度、基于改善工作条件和提高工作效率不同的目的，需要选择合适的评价指标。

●5.4噪声的控制

噪声来源：工业噪声、交通噪声、建筑施工噪声、社会噪声。
噪声控制措施：声源控制、控制噪声的传播、个体防护、音乐调节。
声源控制：选择发声小的材料、改变机械传动方式、提高加工精度和装配质量等。
控制噪声的传播：对工厂各区域合理布局，调整声源的指向， 采用吸声、隔声、消声等措施，采用隔振与减振措施。

第六章微气候环境

1.教学目的和要求
通过本章的学习，明确微气候环境的要素，了解人体对微气候的主观感受、掌握微气候的综合评价方法，明确高温作业环境及其改善措施。
2.教学内容和要点
微气候的要素、人体对微气候的主观感受、微气候的综合评价方法、高温作业环境、高温作业环境的改善。
本章要点：微气候的要素，人体对微气候的主观感受，微气候的综合评价方法，高温作业环境的改善。

●6.1微气候环境的度量

微气候：是指工作场所的气候条件。
微气候的要素：温度、湿度、风速、热辐射。
温度：通常由干球温度计测定。
湿度：可由干湿球温度计测量。
辐射温度：用黑球温度计进行测量。

●6.2人体对微气候环境的主观感受

舒适的温度：一般是 21℃± 3℃。
影响舒适温度的因素很多，主要有：季节、劳动条件、衣服、地域、性别、年龄。
舒适的湿度：一般为40％-60％。
风速：在工作人数不多的房间里，空气的最佳速度为0.3 m/s；而在拥挤的房间里为0.4 m/s。

●6.3微气候的综合评价

研究微气候环境对人体的影响，不能仅考虑其中某个因素，因为构成微气候环境的各要素之间是相互作用，相互影响的。综合评价微气候的指标主要有：
不舒适指数：由纽约气象局1959年发表的一项评价气候舒适程度的指标，他综合了气温和湿度两个因素。
有效温度：前人以干球温度、湿球温度、气流温度为参数，进行了大量实验，绘制成有效温度图。只要测出干球温度、湿球温度和气流速度，就可以求出有效温度。
三球温度指数：用干球、湿球和黑球三种温度综合评 价允许接触高温的阈值指标。
卡他度：可通过测定卡他温度计的液柱由38℃降到35℃时所经过的时间而求得。

●6.4微气候的影响

高温作业环境：一般将热源散热量大于84kJ/（m2·h）的环境称为高温作业环境。
高温作业环境的类型：高温、强热辐射作业，高温、高湿作业，夏季露天作业。
学者们研究了高温作业环境对人的心率、血压、消化系统、中枢神经系统等的影响；同时，研究了对人的工作效率、事故的影响。
高温作业环境的改善应从（1）生产工艺和技术方面；（2）保健措施；（3）生产组织措施等方面加以改善。

第七章显示器的设计

1.教学目的和要求
通过本章的学习，明确信息显示设计的基本原则，掌握视觉信息的显示和非视觉信息的显示设计要点。
2.教学内容和要点
信息显示设计的基本原则，仪表的设计，听觉显示器的优缺点，听觉显示器的设计原则。
本章要点：信息显示设计的基本原则，仪表的设计，听觉显示器的设计原则。

●7.1信息显示设计的基本原则（一）

显示装置的设计需要结合人的感知、知觉、记忆力、注意力等的特点进行设计。
与人的感知有关的原则：信息应具有较好的可觉察性，信息应具有较好的可辨别性，考虑到照明、噪声、振动、微气候和空气条件等因素的影响，冗余的好处。
与人的知觉有关的原则：显示符号力求形象化，并与人的习惯相一致。如一个显示应该看起来像它所代表的变量。

●7.2信息显示设计的基本原则（二）

与记忆力相关的原则：传递的信息量不宜过多，特别是应减少 显示不必要的信息。
与注意力相关的原则：显示精度与系统要求相适应，最小化信息获取成本，如文字采用设计小面积进行显示，图形显示采用紧密的显示相近性进行设计等。

●7.3仪表的设计

仪表是仪器显示装置中一种比较经常采用的显示形式。
仪表的设计一般包括：刻度盘的形式，仪表刻度盘的尺寸，刻度、刻度线，指针设计，指针、刻度和表盘的配色。
仪表的表盘形式通常有：圆形、半圆形、水平直线形、垂直直线形、开窗式。学者们研究了不同形式表盘的误读率，设计表盘的形式时可参考。
仪表刻度盘的尺寸可结合视距及刻度数进行设计。
刻度、刻度线的设计需要考虑：刻度的标数、刻度标注的位置、刻度的递增方向、刻度的间距、刻度线的宽度、刻度线的长度等。
指针的设计需要考虑：指针的宽度、指针的长度、指针的颜色、指针的零点位置。
指针、刻度和表盘的配色本节给出了清晰的颜色搭配和模糊的颜色搭配可供参考。

●7.4听觉显示器概述

听觉显示器分成语音听觉显示器和非语音听觉显示器两类。　
工业上常见的听觉显示装置有：蜂鸣器、铃、汽笛、报警器。
蜂鸣器：它在声响装置中声压级最低、频率也较低，适合用于相当安静的环境中作提示性警告信号。
铃：铃的强度与其尺寸大小有关，一般尺寸越大产生的强度越大。  可用在宁静的环境下让人注意。也可在较高强度噪声的环境中使用。
汽笛：强度大，频率高，一般用作火警及其他紧急告警信号。
报警器：声音强度大，频率由低到高，发出音调有升降，可以抵抗其他噪声的干扰，特别能引起人们的注意。
听觉显示器的优点如声音是非常突出的，能立即吸引注意力；听觉不依赖于光线的存在，因此不受差的可视环境的影响等。
听觉显示器的缺点如容易被其他声音所掩蔽；定位困难等。
了解听觉显示器的优缺点，对于听觉显示器的应用及设计有一定的指导意义。

●7.5听觉显示器应用场合和设计原则

听觉显示器的应用场合：传递信息本身具有声音的特性；缺乏照明或视线受阻挡而无法使用视觉显示器的场合；信息接收者需要在工作中不时的移动工作位置的场合；显示紧急的，需要及时处理的信息时。
听觉显示器的设计原则：限制声音警示的数量；对不同场合使用的听觉信号应尽可能标准化等12条。

第八章控制器的设计

1.教学目的和要求
通过本章的学习，掌握控制器的编码方法、手握式工具设计时考虑的要点、主要手动式控制器的设计要点，学会灵活运用避免控制器偶发启动的设计方法。
2.教学内容和要点
控制器的编码原则，避免控制器的偶发启动设计，手握式工具的设计原则，主要控制器的设计。
本章要点：控制器的编码原则，手握式工具的设计原则，主要手动控制器的设计。

●8.1控制器的编码原则及偶发启动设计

控制器的编码方式主要有：颜色编码、标记编码、形状编码、尺寸编码、位置编码、操作方法编码。
颜色编码：常用的颜色有红、橙、黄、绿、蓝等。颜色编码一般不单独使用，往往与形状、位置、大小编码组合使用。
形状编码：是一种容易被视觉特别是触觉辨识的编码方式。
尺寸编码：一般来说，两个形状相似的控制器，在尺寸上需要存在20%左右的差别才能保证被操作人员有效区分。
位置编码：研究发现，垂直方向上选择的准确率要高于水平方向。
操作方法编码：这种编码很少单独使用，而是作为与其他编码组合使用时的一种备用方式。
防止控制器被意外触发，科研人员研究了7种保护方法。

●8.2手握式工具的设计原则

1.避免静肌负荷
一般而言，在下列情况下应考虑静负荷的影响：
（1）使用很大的力持续10秒钟以上。
（2）使用中等程度的力持续1分钟以上。
（3）轻度的力（人的最大力的三分之一左右）持续4分钟以上。2.保持手腕伸直
一般情况下，手腕的中立位置是最佳的。在设计工具时，如果要用到手腕的力量，尽量使工具弯曲而不要使手腕弯曲，避免手腕的侧偏。
3.使组织压迫最小
手在操作工具时，有时需要用力较大。所以，在工作时要尽量分散力量，如增大手和工具的接触面积，以减小对血管和神经（如手掌）的压力。
4.减小手指的重复活动
过多重复食指的动作能引起手指的腱鞘炎。

●8.3主要控制器的设计

手动控制器：旋钮、按钮、扳动开关、控制杆。
旋钮：是用手指的拧转来进行操作的一种手动控制器。根据形状可分为：圆形旋钮、多边形旋钮、指针式旋钮、转盘式旋钮。
旋钮的直径不宜太小，也不宜太大，一般以5cm为最佳。
按钮：是仅在一个方向操作的控制器，其尺寸主要根据人的手指端尺寸确定。用拇指操作的按钮，其最小直径建议采用19mm；用其他手指尖操作的按钮，其最小直径建议采用10mm。
扳动开关：一般只有开和关两种功能，但可分为两种控制位置(开和关)和三种控制位置(关一低速一高速)。对于有两种控制位置的扳动开关，其位移量α最小为30º、最大120º。对于有三种控制位置的扳动开关，其位移量α最小为18º、最大60º。
控制杆：是一种需要用较大的力操纵的控制器。
控制杆的操纵角度以30º为宜，一般不超过90º。
对于需要用力较大的控制杆，为便于施力，立姿作业时手把的位置应与肩同高，坐姿作业应与肘同高。
脚动控制器的设计：脚踏板和脚踏钮。

第九章 工作负荷的评价

1.教学目的和要求
通过本章的学习，掌握体力劳动强度等级的测量方法，脑力负荷及其测量方法，明确疲劳的测量方法。
2.教学内容和要点
体力劳动强度等级的划分，脑力负荷的定义及测量方法，疲劳的测量方法。
本章要点：体力劳动强度等级的划分，脑力负荷的测量方法。

●9.1体力工作负荷

体力劳动强度等级的划分方法主要有：绝对指标，即劳动强度指数和相对指标，即相对代谢率RMR。
我国于1983年颁布了《体力劳动强度分级》国家标准，是用测量能量代谢率的方法，以劳动强度指数来划分劳动强度。
依作业时的相对代谢率（RMR）指标评价劳动强度标准的典型代表是日本能率协会的划分标准。
根据研究表明，以能量消耗为指标划分劳动强度时，耗氧量、心率、直肠温度、出汗率、乳酸浓度和相对代谢率等具有相同意义。典型代表是国际劳工局1983年的划分标准，它将工农业生产的劳动强度划分为6个等级。

●9.2脑力负荷

脑力劳动：人从外界接受信息，对信息进行编译、整理、分析，最后作出反应的过程。
脑力负荷：用来形容人在工作中的心理压力, 或信息处 理能力。
脑力负荷的评价方法主要有：主观评价法、主任务测量法、辅助任务测量法、生理测量法。
主观评价法：是最流行也是最简单的脑力负荷评价方法。
主任务测量法：是通过对操作者在工作中的表现结果来推算这一工作强加于操作者的脑力负荷。
辅助任务测量法：应用辅助任务测量法时，操作人员被要求同时做两件工作。操作人员把主要精力放在主任务上。当他有多余的能力时，尽量做辅助任务。主任务的脑力负荷是通过辅助任务的表现来进行的。
生理测量法：是通过人在做某一项脑力类型的工作时某一个或某一些生理指标的变化来判断脑力负荷的大小。较常采用的生理指标有心率变异性、脑电EEG等。

●9.3疲劳

疲劳可分为：体力疲劳、精神疲劳、局部疲劳、全身性疲劳。
疲劳的测量方法：生理心理测量法、问卷调查法。
生理心理测量法主要有：膝腱反射机能测定法、触二点辨别阈值测定法、皮肤电流反应测定法、反应时间测定法、闪光融合值测定法。
膝腱反射机能测定法：通过测定由疲劳造成的反射机能钝化程度来判断疲劳的方法。不仅适于体力疲劳测定，也适宜判断精神疲劳。
触二点辨别阈值测定法：随着疲劳程度的增加，感觉机能钝化，触二点辨别阈值也增大。
皮肤电流反应测定法：人体疲劳时皮肤电传导性增高，皮肤电流增加。
反应时间测定法：当作业者疲劳时，大脑细胞的活动处于抑制状态，对刺激不十分敏感，反应时间就长。
闪光融合值测定法：人的视觉系统的灵敏度，与人的大脑兴奋水平有关，疲劳后，兴奋水平降低，中枢系统机能钝化，视觉灵敏度降低。