人机工效学（共7篇）
人机工效学 篇1
0 引言
因军事任务的特殊性, 军事作业往往要在特殊环境下进行, 这些特殊环境主要有自然环境 (高原低氧地区、寒区和热区等) 和人工环境 (密闭战斗舱室、军事地下工程等) [1]。军事装备本身存在着噪声、振动、电磁辐射、有害气体等多种物理化学因素, 加上舱室内部的各种特殊军用设备和线路布局, 都会影响作业人员的健康和工作效能。
我们在野战部队调研时发现, 部队在严酷环境条件下或连续操作训练、尤其是全装远距离长途拉动时, 经常会出现不同程度的反应能力减缓、操作准确度下降甚至出现误操作的现象。分析其原因, 诱发的因素较多, 程度也有所不同, 但人-机-环境、人-装结合问题比较突出, 有些战位和舱室难以适合现代战争的要求, 只靠平时刻苦训练来让战士适应和克服条件的限制显得很不科学。因此, 如何降低军事作业环境中这些不利因素的影响, 保护作业人员健康, 提高军事作业效能, 已成为军事医学研究面临的重要课题。
1 学科属性和定义
在GB/T 13745—2008学科分类与代码中, 军队卫生装备学和军事人机工效学都属军事医学与特种医学一级学科中的二、三级分支学科。军队卫生装备亦称战时卫生装备, 是指能随同部队行动完成卫勤保障任务的卫生装备, 是用于部队战时开展战伤救治、卫生防疫和卫生防护, 以及平时救灾等工作所需的制式装备, 是实施卫勤保障所使用的医用器械、仪器、设备和卫生运输工具等的总称, 主要用于救护、诊疗、卫生防疫、卫生防护和模拟训练等[2]。
人机工效学是20世纪40年代后期跨越不同学科和领域, 应用多种学科的原理、方法和数据发展起来的一门新兴的边缘学科。由于其学科内容的综合性、涉及范围的广泛性以及学科侧重点的不同, 学科的命名具有多样化的特点。例如, 在欧洲多称为工效学 (Ergonomics) ;在美国多称为人类因素学 (Human Factors) 、人类工程学 (Human Engineering) 、工程心理学 (Engineering Psychology) [3];我国所用的名称有人机工程学、工效学、人机学、人体工程学等[4], 一般多称为人机工程学或人机工效学。尽管对人机工效学的定义不完全相同, 但归纳起来有2点是一致的:
(1) 人机工效学的研究对象是人、机、环境的相互关系。
(2) 人机工效学研究的目的是如何达到安全、健康、舒适和工作效率的最优化。
2 军队卫生装备学与人机工效学的关系
军队卫生装备学是一门综合应用性学科, 其主要任务是研究适应于战争和战场条件下对各类战伤实施有效救治的装备、设备和器材及其装备的编配、管理、使用和维护 (修) , 使其在整个卫生勤务链中发挥最佳的使用效果。随着“以人为本”的理念在军事装备研发中的不断深入和发展, 军队卫生装备的研制不再是只解决有无的问题, 而是向“两性三化”, 即科学性、实战性和标准化、信息化、通用化方向发展。在卫生装备研发中要使装备达到卫生勤务所要求的最佳效能, 人机功效学理论和原理的应用具有重要意义。
人机工效学把人-机-环境作为一个整体研究, 从而打破了工程学、生理学和心理学从各个侧面研究的惯例。人-机-环三者的关系如图1所示[5]。
“人”是指作为工作主体的人 (如操作人员或决策人员等) ;
“机”是指人所控制的一切对象 (如交通工具、军事装备、手术及医疗设备、救治过程……) 的总称;
“环境”是指人、机共处的特定工作条件 (如温度、噪声、振动、有害气体……) 。
因此, 在军队卫生装备的研发中, 人机工效学的主要任务是对人-机-环境综合体进行系统的分析研究, 在卫生装备研发过程中采用先进的科学技术手段为这一综合体建立合理且又可行的实用方案, 在战场条件恶劣、人力资源短缺的情况下, 尽可能使人获得省时、省力、界面清晰、操作方便和舒适、安全、健康的环境条件, 力图提高人本身的能力, 从而达到提高工效的目的。
3 系列装甲救护车研制中注重解决的人机工效学问题
2009年, 总装备部批准系列装甲救护车立项研制, 含两栖装甲救护车、履带式装甲救护车和轮式装甲救护车3个车型。该系列装甲救护车是我军机械化部队卫勤保障力量的重要战场机动平台和野战救治平台, 用于伴随一线作战部队全域快速机动, 完成对战现场伤员的搜寻、急救以及生命体征稳定人员的快速后送等任务。
总部任务部署会后, 总师系统在第一次工作会上就针对性地成立了包括人-机-环在内的6个专项组。本文结合系列装甲救护车的研制, 对装备研制过程中应该注意的人机工效问题进行简要概括。
3.1 舱室空间设计
卫生装备舱室包括驾驶舱和作业舱, 空间设计和总体布置应遵循以下原则:空间设计从人的要求出发, 保证人的安全、健康、舒适和方便;从“功能关系”角度考虑舱室的整体布置;从“重要性和使用频率”角度考虑显控装置摆放位置和方向;从“操纵程序”角度考虑各个相对独立的仪表模块的面板设计及各个操作区域的联系[6]。以上设计必须满足GJB 1835—1993规定的第5至第95百分位数人体尺寸要求, 并且需要考虑操作者使用时的最大作用力[7]。其中, 作业舱所涉及的床、椅、箱、柜、台、设备支架等外露边缘、棱角应进行圆角和柔性缓冲处理, 表面不应有尖锐的物体, 舱内还应具有位置明显、内容明确且便于阅读的标志牌, 明确指出舱内配备物品的存放位置。
3.2 舱室微环境
影响各舱室内部环境的因素包括:可由设计控制的环境因素, 如照明、通风等;因设计本身带来的环境因素, 如振动、噪声、有害气体等;不能由设计控制的自然环境因素, 如气候、海拔高度等。对于可由设计控制的环境因素应控制在最适宜人员工作的水平上, 对于装备自身的环境因素应综合考虑科技水平和经济条件, 通过设计努力, 并采取适当的措施, 将其对人员造成的不利影响控制在最低水平[8]。
对于可控的环境因素, 照明要求可根据作业任务所需设计相应的照度, 如没有特殊要求的必须参照GJBz 20527—1998及附录C, 达到舱室作业最低照度要求;良好的通风条件可以有效地降低舱室有害气体浓度, 延长作业人员持续工作时间, 所以通风量必须按照舱室大小和乘坐人员数量严格计算, 具体以GJB 5421—2005为准, 而且通风装置的选择和安装也必须引起重视, 通风装置应有很好的过滤灰尘和防水功能, 防止室外灰尘及水进入舱室内, 安装位置应该尽量远离发动机和车体后部;温湿度可以通过制冷空调和加温器来实现, 而送风口不宜直对乘载员面部, 应进行风道设计, 使气流均匀分布到舱室内, 或使风向可调。
对于不可控的环境因素, 噪声控制方面: (1) 可在动力舱与作业舱之间采取隔声措施隔离空气噪声传播, 以及添加隔声效果好的隔声门等; (2) 加强作业舱的密封性设计, 动力舱隔板与作业舱不宜开维修孔, 作业舱车体上不宜开直孔与车外直接相通; (3) 在噪声主要传播路径上及作业舱内适当部位加装阻尼材料, 吸收结构噪声。振动、冲击方面: (1) 对显示器、医疗设备等采取减振、隔振措施[9], 使之满足GJB 150.16—1986和GJB 150.18—1986的要求; (2) 提高伤病员座椅、床等设施的减振性能, 防止伤病员因冲击、振动导致的二次损伤。对于有害气体、粉尘、辐射等因素对人员的影响, 可采取通风、密封、屏蔽等措施来降低损害, 但必须达到具体装备所对应的国军标和国家卫生标准相应要求。
对于装备可能涉及的自然环境因素, 主要是盐雾和低气压等因素对设备的影响, 可采取相应的防腐密封、低气压补偿措施来调整。
3.3 维修性和安全性设计
军队卫生装备的研制必须充分考虑维修的方便性和操作的安全性, 为了便于维修, 必须设立相应的测试点和检修点, 对于测试、保养部位、维修显示装置和控制系统设备可采取无遮盖或外露方式进行安装, 或者设计成半暴露式、具有快速开启防护罩和易移动防尘盖或罩的通道。对于医疗仪器等高精密仪器应具备可快速拆卸的功能, 达到下车储存保管的目的。
研制过程中也应注意安全性措施, 如乘员活动区域的地板应有防滑性措施;为了更方便地进出和通过, 应该提供安全和适当的舱口、舱门、扶手、脚蹬、通道以及其他相关设备;对各类危害 (核、生、化、火等) 有自诊断的功能, 并能通过声音、报警灯或图像信号进行及时报警与启动相关防护设备;车上危险处应设有安全警告标志, 并应用颜色与文字说明危险种类 (电、热、辐射、突出物等) [8];还应设有处理意外事故、自救、援救的适当应急系统和措施。
4 实际应用
通过系列装甲救护车的研制, 已将人机工效所涉及的问题落实到了具体设计当中, 现以两栖装甲救护车所设计的双层担架床为例进行简要介绍。为了方便伤员上下车, 两栖装甲救护车根据需要进行了尾大门改造和双层担架床设计, 原基型车尾大门为950 mm×850 mm, 在不改变防护和密封性能的情况下, 将尾大门改为1 445 mm×850 mm, 方便伤员进出。由于尾大门离地高700 mm, 伤员上下车困难, 从而设计了双层担架床, 它通过液压传动, 将位于左侧的双层担架床移至通道中间, 通过机械结构解锁, 可使上层担架床放下并滑出, 将放在担架上的伤员放入上层担架床滑槽中, 推入、固定, 完成上层卧姿伤员上车;然后拉出下层担架床, 将放在担架上的伤员放入下层担架床滑槽中, 推入、固定, 完成下层卧姿伤员上车。通过试验, 担架床的操作力不大于70 N, 利用双层担架床上下伤员所花费的时间为:上车115 s, 下车90 s, 比不使用担架床节约100 s左右。并且双层担架床还安装了4组钢丝绳隔振器, 可缓解伤员经受大幅度的振动冲击, 经试验, 担架床底座安装支架Z向的振动加速度均方根值为1.14 g, 而担架床上方伤员头部、腰部、腿部Z向的振动加速度均方根值减小到0.12 g左右, 正常人“疲劳-降低工效界限的允许”暴露时间大于4 h[10], 舒适性较高。
5 结语
将以上总结的人机工效学重点问题和设计原则应用到系列装甲救护车的研制过程中, 经生产证明, 此方法可操作性、实用性高, 具有很好的指导意义。整车还经过了海上、湿热、严寒等地区的性能试验, 具有良好的地区和环境适应性, 适合在军队卫生装备研制中推广使用。
参考文献
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人机工效学 篇2
1 舱室温度差异化调节系统平台研究
1.1 功能层级划分
舱室温度差异化调节系统是用于监测24个舱室室内温度、湿度、风机进出风量、以及其他空调机组数据信息的系统平台。结构系统 (见图1) 中的主要功能模块有变风量空调、定风量空调、新风机组、冷热源模块、风机盘管、定压装置、辅助监测、报警查看, 在层级划分中, 将以上8个模块作为第一层级。在第一层级的监控对象中, 每个监控设备的对象分别有其相应的显控状态包括:结构视图 (模拟显示) 、布风器 (数字显示) 、系统趋势 (图表显示) 、末端趋势 (图表显示) 、报表查询 (表格显示) 等, 将其列为第二层级。以变风量空调模块为例, 所对应的结构视图子模块为模拟显示方式, 对于相应的设备进行抽象形态提取, 24个舱室用标有序列号线性框表示。布风器子模块中每个舱室所需要采集的包括:房间温度、房间设定温度、末端实际风量、末端需求风量4个参数。因为布风器模块为单纯数字显控模式, 24个舱室参数以每个舱室为单位以带有序号线框划分列与同一张界面上, 而不需要再以舱室为单位划分第三个层级。曲线趋势子模块中, 要根据时间的变化来监控每个舱室末端的参数值的变化, 因此以每个舱室为单位划分成为第三个层级, 每个层级以折线统计图的形式显示。报表查询子模块为无限下拉的表格形式。
1.2 菜单层级划分
第一层级8个主功能模块名称为第一层级菜单, 第二层级的监控显示状态名称为第二层级菜单, 曲线趋势中24个舱室的序号为第三层级菜单。在第一层级中添加EXIT按钮, 无论位于哪一层级的界面中, 点击EXIT按钮都可以返回上一层界面。
2 舱室温度差异化调节系统平台界面布局
2.1 主界面功能模块内容
根据上述的在系统中划分的三个菜单层级的布局设计中, 将主界面的划分成以下模块:系统标题栏、一级菜单栏、二级菜单栏、主要功能模块区域、返回上一步按钮 (如图2所示) 。三级菜单作为按钮置于系统趋势、末端趋势等曲线统计图界面。
2.2 菲茨定律数学模型的应用
菲茨定律 (fitt‘s law, 用于估算用户移动光标点击链接或控件按钮所需的时间的数学模型。) 的数学模型:T=a+b log2 (D/W+1) 分析, T代表光标从起始位置到目的位置所用的时间, D代表起点到目标位置的距离, W代表目标的大小。a、b为经验参数根据具体环境改变而改变。
根据公式可以得出, 光标从起始到目的所需用的时间和它们之间的距离成正比, 光标到达目的所用的时间和目标大小成反比。选取较目标物比较小会限制光标的移动速度, 因为当光标快要到达目标物的时候使用者便会提前减缓速度以防止移动过快超出目标范围, 因此光标的移动速度和目标物的大小成反比。我们常见到将某个系统将多个子模块的简要信息平铺在一张总览图上面, 点击便可进入查看子模块详情, 次类的进入次层级的方式比点击以子模块名称命名的按钮效率更高, 缺点是返回上一层级需要逐步操作, 无法直接点击其他层级按钮。其次, 在很少数的情况下有条件将按钮放到足够大。
根据菲茨定律理论中所提到的:目的地明确的移动可以细分为两个部分, 首先一个大幅度的移动将光标移向与目标大致相同的方向和区域;紧接着是一系列精细的小幅度微调来将光标精确定位在目标中心, 后者的人机活动负担高于前者。因此, 在屏幕的边和角的位置比较适合放置菜单栏和按钮, 因为边角在鼠标的移动过程中所呈现的物理空间是无限高或无限宽, 你不可能用鼠标超过它们。人手无论有多大幅度的滑动, 鼠标最终会停在屏幕的边缘, 并定位到按钮或菜单的上面。将菜单置于界面的边缘位置, 可以使得作业人员在操作鼠标时尽可能地减少甚至省略对于光标的小幅度微调以减轻认知负荷, 因此将一、二级菜单分别放置于界面的边缘。
2.3 眼动追踪的应用
显示屏已经确定了为16:9的宽屏显示器, 横向长度远大于纵向。根据计算机显示按钮的一半字符大小来计算, 一级菜单数量为8, 二级菜单中的数量最多为5、最少为3, 横向尺寸无法容纳一级菜单的字符, 因此将一级菜单置于纵列, 二级菜单置于横列。在通常情况下作业人员对系统的浏览顺序应该为:系统标题栏<一级菜单栏<二级菜单栏<功能模块<返回。如图所示, 下面对于布局提出几种方案, 从a点到e点的带有箭头指向的线段为作业人员的正常浏览轨迹。
在工效学中有关于视觉运动规律的理论依据有提到:1、眼睛沿着水平方向比沿着垂直方向运动更快, 且不容易疲劳, 通常在视物的过程中先看到水平方向的物体, 再看垂直方向。眼睛对水平方向的尺寸比垂直方向要估计得准。2、对于矩形物件视线的变化习惯于从左-右、上-下, 对于圆形物件习惯用顺时针的方式进行浏览。
第二层级菜单位于第一层级菜单的右下方向最符合人的搜索习惯。如图2所示, a点到b点的轨迹为一般情况下的视觉搜索轨迹, 浏览顺序为上-下, 左上-右下, 下-上, 左上-右下, 基本符合一般人眼运动规律的。而图3中从点b到点c的轨迹, 图4中点d到点e的轨迹都适合人们习惯性的视觉运动规律相反的, 所以图2中的界面布局方案在减轻操作人员的认知负担时更为合理。
3 结论
本文将工效学中的视觉运动规律理论, 菲茨定律数学模型应用到工业化组态式软件系统中。首先对软件系统的模块层级进行分析整理, 确定系统的层级划分。首先确定了将一、二两个层级的单行菜单置于界面边缘位置, 然后提出几种界面布局的设计方案, 再根据视觉运动规律使用排除法将不合理的方案排除, 得出最终的合理方案。根据用眼动规律来分析证明以上的对于主界面的功能菜单布局规划, 用于减少工作人员的操作动作, 降低认知负荷是行之有效的。
摘要：随着信息化程度在工业环境中应用的普及, 组态式软件在工业化数据监控中的应用越来越广泛。组态式软件通常用于大型工程项目中对于设备、环境的监控, 其特性决定系统中有大量的数据信息、图像信息给工作人员造成较大的认知负担。本文以舱室温度差异化调节试验平台系统显控界面为例, 考虑系统中同时涉及模拟显示、数字显示等大量复杂信息, 作业人员在操作的过程中使用视觉信息搜索来采集相关数据, 并将其视觉认知到的信息转换成储存模式中的短时记忆储存为主要的人机交互方式。因此, 本文从眼动规律、菲茨定律数学模型以及其他工效学相关理论做为理论依据, 以功能层级划分为主要形式依据, 重点解决传统组态式系统界面中复杂、繁琐的问题。
关键词：工效学,监控系统,人机界面
参考文献
安全人机工效实验室规划研究 篇3
安全人机工效学是集工效学、安全工程、生理学、心理学、人体测量学、系统工程、生物力学等学科为一体的综合科学[1,2,3,4]。安全人机工效学主要作用是通过人-机-环相互关系的研究为作业人员创造最佳的作业条件和环境, 保障作业人员的安全、减少失误、减少疲劳, 从而提高作业效率, 保证系统的安全;同时也事故的系统分析、事故的预防以及安全决策提供理论依据[5,6]。
安全人机工效学实验是安全人机工效学研究的基础, 作业环境与作业活动模拟、作业过程人员心理、生理、劳动负荷等参数变化等均需要通过大量实验开展研究, 因此, 开展安全人机工效实验室建设是有必要的, 通过科学规划研究, 充分综合运用安全人机工效相关学科的设备和技术, 最终建设成为门类齐全、重点突出的安全人机工效实验基地。
2 安全人机工效实验室体系架构
安全人机工程实验是安全工程科学研究的基础, 主要有三个研究方向, 一是作业人员同作业对象和周围环境之间的内在联系, 以及人的心理、体力、能力与岗位作业要求、作业环境、疲劳状态之间的关系;二是以生产系统的微观基础如作业或操作为研究对象, 对工作过程中的程序、操作、动作进行诊断分析;三是通过作业环境与事故环境模拟与仿真, 以及劳动工具工效学评估, 改善作业环境, 减少作业人员负荷与生理心理压力, 实现安全与健康作业[7,8,9]。
基于这三个研究方向, 在对国内外有关实验室调研[10,11,12,13,14,15,16,17]的基础上, 我们初步规划安全人机工效实验室体系架构应包括基础测量、虚拟仿真与监测、心理与行为分析、综合评估等4个实验室 (见图1) 。
2.1 基础测量
进行人体基本测量 (形体尺寸、生理参数、认知特性等) 、环境基本测量 (温度、湿度、气压、光照、噪声、振动、辐射、空气等) 以及工作地基本测量 (几何、物理测量等) 等实验条件, 作业人员运动能力、生理变化、能量与代谢、疲劳程度测量, 进行动作捕捉与分析, 人体体表受力分析, 关节受力分析, 关节活动角度测量、动作模拟与肌肉力量测量分析, 心肺功能测试、表面肌电分析等实验。
2.2 虚拟仿真与监测
运用虚拟现实技术对各类作业环境进行“人-机-环境”交互系统模拟、仿真与监测;同时在不同粉尘、毒物和噪声等作业环境下, 开展通风除尘等防护措施效果模拟实验。
2.3 心理与行为分析
对作业人员的听觉反应、视觉反应、知觉反应、注意力集中能力、注意力分配、时间反应动作判断等作业能力进行测量, 同时分析作业人员在重复不同强度作业时心理对环境的反应, 并分析其变化规律, 进行人机系统的科学设计, 如疲劳强度实验、人体反应实验等。
2.4 综合评估
在上述三方面实验基础上, 通过高性能计算机对作业环境与作业过程进行全方面评估, 同时, 进行个体防护用品与手持工具的工效学如舒适性、防护效率和对作业效率影响等多方面进行综合评估实验。
3 安全人机工效实验室建设
为了更好地掌握安全人机工效实验室发展趋势, 我们对清华大学、北京航天航空大学等一流人机实验室进行了调研, 收集国内外有关人机工程的实验设备资料及使用情况, 同时根据2006至2010年中国安全生产科学研究院安全人机工效实验室建设规划, 进行了实验室前期建设, 目前形成了以下实验能力。
3.1 基础测量实验室
此实验室的主要功能是人体、环境基本测量与分析, 主要实验能力包括人体基本测量 (形体尺寸、生理参数、认知特性等) 、环境基本测量 (温度、湿度、气压、照度、噪声、辐射、风速等) 以及工作地基本测量 (几何、物理测量等) 等。通过人体多参数测量, 提供工程设计的人性化基础数据。特别是增加了运动跑台与呼吸代谢、心率血压监测设备, 可模拟监测作业人员的呼吸与血液循环状态, 为劳动负荷基础研究奠定了实验基础。
3.2 虚拟仿真与监测实验室
建立三维环境模拟仿真系统与三维运动追踪模拟系统, 同时配备三维建模软件, 分析作业人员在虚拟环境下行为运动状态、生物力学、劳动负荷等参数变化, 并通过模拟发烟装置等设备模拟粉尘、毒物等危害作业环境下, 开展不同通风除尘防护措施效果模拟研究。
3.3 心理与行为分析实验室
通过深度知觉仪、彩色分辨视野计、空间知觉测试仪、错觉实验仪、记忆广度测试仪、空间位置记忆广度测试仪、动作判断仪、速度知觉仪、多项反应时测试仪、视觉反应时测试仪、手指灵活性测试仪等一系列人体心理与行为测量设备, 对作业人员的听觉反应、视觉反应、知觉反应、注意力集中能力、注意力分配、时间反应动作判断等作业能力进行测量, 同时分析作业人员在重复不同强度作业时心理对环境的反应, 并分析其变化规律, 进行人机系统的科学设计, 如疲劳强度实验、人体反应实验等。
3.4 综合评估实验室
通过使用高性能计算机系统, 对有关实验数据进行模拟与建模, 对作业环境、作业人员生理心理参数与作业效率 (含误差) 进行综合评估分析。
4 结论
目前, 国内有127所高校设立了安全工程专业, 但绝大多数在安全人机工效实验研究方面都比较薄弱, 缺少较完备的实验设备和实验条件[9,18]。近年来, 我们通过多种资金资助初步建立了国内较为先进的人机工效实验室, 但与国外先进国家如荷兰、日本相比, 仍存在较大差距。随着安全生产形势的发展, 单纯的安全工程研究已不适应形势的需要, 未来安全与健康并重的科研工作对安全人机工效学提出了更高的要求, 我们只有通过更新知识结构, 跟踪国际先进水平, 不断促进我国安全人机工效研究向前发展。
摘要：安全人机工效学是安全工程科学的重要组成部分, 而安全人机工效实验是该学科研究的重要基础, 安全人机工效实验围绕作业环境与作业活动模拟、作业人员心理、生理、劳动负荷等参数变化需要通过大量实验进行研究, 因此有必要建立基础性、综合性、开放性与动态性相结合的人机工效实验室。通过国内外调研, 根据初步规划研究建立基础测量、虚拟仿真与监测、心理与行为分析、综合评估等4个实验室, 可初步形成安全人机工效实验研究平台, 为进一步实现安全与健康并重安全工程研究提供良好的基础条件。
驾驶舱人机工效综合评价体系 篇4
摘要：该研究提出了一种基于多指标客观测量的方法实现对飞行中的人为因素的连续评价,同时该方法具有较好的诊断性,能够为评审和设计提供参考。该方法中,所测量的客观参量包含了眼动参数、生理参数、飞行员的控制行为和飞机的状态。利用主成分分析方法这些参数被分别综合入4个主要的方面来描述飞行任务中整个人在环系统的表现。其中眼动参数被综合入飞行员的认知活动方面,生理参数被综合入飞行员的唤醒程度方面,飞行员的行为被综合入控制活动方面,飞机的状态参数被综合入飞行绩效方面。同时为了在驾驶舱显控界面的设计与飞行安全之间建立起联系,该研究建立了另外4个指标分别用于描述认知活动与飞行绩效的相关性、控制活动与飞行绩效的相关性、认知活动与唤醒程度的相关性,以及控制活动与唤醒程度之间的相关性。该研究构建了一个八维模式图将以上指标综合起来直观地显示出来,对飞行任务中各个时刻的人为因素做出评价。
关键词：人为因素,人机工效,主观评价,工作负荷
阅读全文链接(需实名注册):http://www.nstrs.cn/xiangxi BG.aspx?id=49821&flag=1
军事装备工效学发展研究 篇5
军事装备学以武器装备为对象,重点研究装备发展、保障、管理和相关技术问题[1]。工效学以人-机-环境系统为对象,重点研究人、机、环境及相互关系。军事装备工效学是二者的交叉学科。1989年中国人类工效学会(Chinese Ergonomic Society,CES)成立,并于1991年成为国际人类工效学会成员,推动了我国工效学发展。在军事装备领域,第三军医大学野战外科研究所[2]、装甲兵装备技术研究所[3]、军事医学科学院卫生装备研究所[4]和兵器工业卫生研究所等单位在工效学方面开展了大量研究。由于军事装备种类复杂、型号众多,同时各单位研究侧重点不同,军事装备工效学尚未形成完整研究体系。深入研究学科基本问题,科学构建学科体系,推动学科全面发展,对于提高装备安全性、舒适性、实战化水平,提高人员工作效率和持续作战能力,减少军事职业伤害等都有重要意义。
1 研究意义
近年来,国家大力推进军民融合,开展装备竞争性采购,为军事装备工效学发展提供了良好契机。同时,军事装备在工效学方面存在很大差距,使得推动军事装备工效学学科发展成为一项迫切任务。
(1)军事装备工效学是装备走向“实战化”的必经之路。我国装备经历了引进、仿制和自主研发的道路,研制水平有了较大提高,部分战术技术性能指标甚至处于国际领先地位。但是从参加国际联合军事演习和竞赛情况看,“实战化”程度不高的问题一直存在[5,6],其实质主要是装备综合效能不高。装备综合效能E满足
式中,A为装备使用可用度,D为装备可信度,C为装备固有能力。装备是否符合工效学要求(即可用性高低)大大地影响着装备固有能力和使用可用度,进而影响装备综合效能。因此,要解决这一问题,就需要大力开展军事装备工效学研究。
(2)军事装备工效学是解决“人-装-环”问题的关键。人员、装备和环境共同构成有机整体,三者相互作用。长期以来,“人-装-环”问题极大影响着人员工效效率和持续作战能力。例如,通过对优秀装甲车辆驾驶员的调查,高温环境闭窗驾驶耐受时间只有1.5 h[3,7]。实际训练中,经过4 h连续训练,驾驶员出驾驶舱甚至需要“架”出来。此外,还有振动、辐射、舱室微环境等问题。“人-装-环”问题降低装备舒适性,影响作战人员反应能力和决策能力,迫切需要运用工效学理论,探索三大要素的运行规律及优化组合方法,规范装备的研制和设计,解决“人-装-环”问题。
(3)军事装备工效学是战斗人员职业健康的“保护伞”。随着军队专业化程度的提高、部队训练强度的加大,战斗人员作为武器装备的操作者,长期处于噪声、冲击、有害气体等密闭环境,带来的职业健康问题已经十分突出。特别是对于服役期较长的人员,普遍面临腰腿痛、腰肌劳损、腰椎间盘突出、听力下降等伤病的长期困扰[8,9,10],给个人、家庭和医疗保障等都带来了严重经济负担。虽然这些问题已经引起相关部门高度重视[11,12],但要根本性解决还需要通过军事装备工效学。
(4)在装备定型试验、部队试用和部队训练中,还发现了大量不符合工效学要求所导致的严重问题。例如:某型步兵战车驾驶舱布局不合理,导致“死界”过高,无法完成高速接近车辙桥等战术动作;某两栖装甲装备因逃生通道狭窄,出现安全隐患;某型主战坦克舱门设计不科学,严重影响战场救护[13]。总之,开展军事装备工效学研究,对于提高军事装备可用性、更好发挥装备战术技术性能、提高战斗人员持续作战能力等多个方面都有现实意义。
2 学科属性与名称
目前,关于军事装备工效学学科属性与名称还存在一定的分歧,通过分析不同观点和形成原因,利于准确把握其本质特征,为军事装备工效学发展奠定基础。
2.1 学科属性
在GB/T 13745—2009《学科分类与代码》中,与军事装备工效学相关的学科主要有军事装备学、军事人机工效学和工效学等[14]。工效学是管理学中二级学科管理工程下的三级学科。军事人机工效学是军事医学与特种医学中二级学科军事医学下的三级学科。军事装备学是军事学中二级学科军制学下的三级学科。在国务院学位委员会2011年颁发的《学位授予和人才培养学科目录》中,军事装备学为军事学下独立的二级学科。由于GB/T 13745—2009侧重于为科技工作服务,《学位授予和人才培养学科目录》主要用于人才培养,因此这种差异的存在也是合理的。在权威军事装备学学科专著中,将装备技术理论纳入该学科范畴[14],为工效学在军事装备领域的应用奠定了基础。
此外,GB/T 13745—2009中的工程心理学、人体测量学、安全人机学、工程控制论和安全人机工程等学科都与军事装备工效学密切相关。从工效学发展来看,工效学在不同领域的研究各有侧重。由于军事活动主要围绕人和武器装备展开,因此工效学在军事领域以军事装备领域为核心。同许多学科的起源一样,工效学的产生也是源于军事领域。因此,军事装备工效学是军事装备学与工效学发展融合形成的交叉学科,推动工效学在国内军事装备领域的发展,实际上也是促进工效学的回归与再发展。
2.2 学科名称
军事装备工效学是工效学在军事装备领域的应用。从各国工效学发展历程来看,因关注侧重点的不同,有多种名称。英文名称有human factors、ergonomics、human engineering、human factors engineering和engineering psychology等。中文名称有工效学、人机工效学、人类工效学、人的因素学、人因工程和工程心理学等。
在军事装备领域,以美英为代表的发达国家基本形成了完整研究体系,而俄罗斯在这方面还有差距[3]。同样,美英2国在工效学名称上也曾经有所不同。英国称为人的因素(human factors,HF),将其作为武器装备采办中人因综合集成(human factors integration,HFI)的重要工效学活动。美国有人的因素(human factors,HF)和人因工程(human engineering,HE)2种称谓,并将其作为有人系统综合集成(human systems integration,HSI)的重要工效学活动。当前,美英2国在军事装备工效学方面都不再纠结于称谓,更多倾向于将其等效使用[15],或者称为human factors and ergonomics(HFE)。基于此,选用human factors and ergonomics作为名称,仍译为工效学。由于军事装备学在我国学科中的特殊地位以及军事装备技术的特殊性,因此将军事装备工效学译为human factors and ergonomics in military equipment。
3 内容体系
确立军事装备工效学内容体系,既要深入了解国外工效学在装备领域的研究应用情况,又要结合国内军事装备学学科特点,符合军事装备工效学发展要求。
3.1 研究对象
军事装备学紧紧围绕装备全寿命周期,以装备发展、保障和管理实践活动为主要研究对象[1]。它们与装备全寿命周期阶段对应关系如图1所示。
工效学以“人-机-环”系统为主要研究对象,围绕人、机、环境及其相互关系展开研究。对于军事装备而言,“人-机-环”系统如图2所示。
军事装备工效学作为军事装备学和工效学形成的交叉学科,以装备发展、保障和管理中的工效学问题为研究对象。
3.2 研究内容
军事装备学研究内容体系较为完备,见表1[1]。工效学以“人”的特性、“机”的特性、“环境”特性、“人-机”关系、“人-环”关系、“机-环”关系和“人-机-环”系统总体性能7个方面为内容。
军事装备工效学研究内容是军事装备学和工效学研究内容的交叉融合,包括武器装备全寿命周期的论证、研制、使用等所有工效学研究内容。
3.3 学科体系
在明确学科研究对象和内容的基础上建立军事装备工效学学科体系,还需要考虑学科特点和发展现状[16,17]。同时,还要摒弃与相关学科(如人体测量学、环境医学、“人-机-环”系统工程学等)的“门户之见”,以战斗力为唯一标准。军事装备工效学学科体系如图3所示。
3.3.1 宏观层面
宏观层面主要研究装备全寿命周期中的工效学活动,将工效学融入装备论证、研制、试验、定型等全过程,在顶层为军事装备工效学发展提供制度机制保障。例如,装备采购中军事装备工效学活动如图4所示。现阶段,这方面的研究十分缺乏,成为当前制约军事装备工效学发展的瓶颈。
3.3.2 中观层面
中观层面主要针对各个军种、兵种装备实际情况,根据装备作战需求,确定各自的工效学要求,建立相适应的标准、规范和指导性文件,用于装备设计、研制和生产等过程。以装甲装备为例,外军就建立了十分详细的规范体系,具体到诸如舱门开启方式都要按工效学要求分类设计(国内只有一种方式),不同类型装甲战斗车辆的开门方式如图5所示。
3.3.3 微观层面
微观层面主要是从技术的角度出发,解决不同类型军事装备的工效学关键问题,提高装备舒适性、安全性,提高作战人员工作效率和持续作战能力。表2列举出了部分军事装备工效学关键问题。
4 结语
军事装备工效学是军事装备学与工效学形成的交叉学科,促进该学科发展对于提高武器装备综合效能、提高人与武器结合程度、减少战斗人员职业伤害等多个方面具有重要意义,十分必要。本文进一步研究了该学科属性和规范学科名称,明确了研究对象和内容,为学科发展奠定了基础。并结合国内外发展现状,提出该学科应重点从宏观、中观、微观3个层面发展。对于工效学在军事设施等其他军事领域中的应用,本研究亦有重要参考价值。
摘要：目的:论证开展军事装备工效学研究的必要性,明确学科属性、名称、研究对象等基本内容,构建军事装备工效学学科体系。方法:从实战化要求、人机适应性、职业伤害等方面分析军事装备工效学研究意义。结合国内外工效学和军事装备学学科发展现状与实际情况,从3个层面构建学科体系。结果:明确了学科基本内容,确立了学科体系,为军事装备工效学学科发展指明了方向。结论:开展军事装备工效学研究具有重要现实意义,需要从宏观、中观、微观3个层面推动该学科发展。
基于工效学的人体记忆属性简述 篇6
关键词：人体记忆,工效学,记忆属性
工效学中的“人体记忆”不仅仅是一个现象, 更是一种特殊的属性。笔者将它简明地定义为:人体中每个细胞和神经都具有存储记忆功能这一特性。人的头脑神经和思想没有意识, 但身体却会在遇到部分情况后根据自己的存储记忆做出相应的反应, 这就是人体记忆属性发生作用的现象[1]。分析相关文献发现, 在目前的工效学研究中, 还没有对人体记忆属性的权威定义。笔者将围绕上述定义进行分析, 以期提高人因系统服务效率。
1 人体记忆属性的分类
根据经典工效学的相关理论, 人的信息处理系统包括信息输入、信息处理、信息输出三方面。同大脑的记忆一样, 人体机能的记忆和学习是人类最基本的认知过程, 是各种高级认知活动的基础。身体的每一个细胞都在经历识记、保持、再认 (回忆) 三个环节。依据已有的“学习理论”, 将人体记忆属性根据记忆时间的长短分为瞬时记忆、短时记忆和长时记忆。瞬时记忆是当客观刺激停止作用后, 感觉信息在一个极短的时间内保存下来, 其特点是容量很大, 无意识, 一旦这种感觉记忆受到身体的注意, 就进入了短时记忆系统进行保存, 短时记忆的容量有限;当短时记忆中的信息经过复述, 就进入了长时记忆。长时记忆除了短时记忆的加工和重复, 也可因印象深刻而一次形成。三种记忆的关系在于当外界刺激引起感觉时, 所留下的痕迹为瞬时记忆, 没注意会消失。如加以注意 (此处的注意就是对某个事件或者行为的二次重复) , 就转入短时记忆, 不及时复述则遗忘, 如加以复述, 身体机能编码归类就转入长时记忆进行储存。
2 人体记忆属性与注意
人体记忆的形成和“注意”密切相关。注意是心理活动对一定对象的指向与集中, 其特点在于指向性和集中性。注意具有选择、保持、调节和监督的功能, 在人体机能的记忆中扮演着重要角色。人体记忆属性的形成过程主要受注意稳定性和分配性的影响。第一, 注意的稳定性是指个体在较长时间内集中在某一活动或对象上的特性, 该特性与人体的记忆属性直接相关。影响注意稳定性的因素主要有注意的对象 (单调、静止、复杂、变化) ;人的积极性 (态度积极, 有浓厚的兴趣) ;人的身体状况 (失眠、疲劳、生病、健康) 。注意不稳定的时候就会发生注意的分散, 即由于某些刺激干扰, 使人的注意离开了需要稳定注意的对象, 而不自觉地转移到与完成工作无关的活动上。第二, 注意的分配性是指个体的心理活动同时指向不同的对象。注意分配的条件有两点:同时进行的活动应有一种是不熟悉的;同时进行的活动间应有一定的联系。这种注意的分配是在生活实践过程中锻炼出来的, 而不是先天就有的。
人体记忆在注意稳定性和分配性的同时作用下, 身体就会出现持续的警觉状态, 即通常在刺激环境单调和脑力活动以注意为主的条件下, 长时间保持的警觉状态。持续警觉的绩效一般受信号频率和人的觉醒状态影响比较大。导致持续警觉作业绩效下降的因素主要有信号出现时间极不规则、不良的作业环境、信号强度弱、信号频率不适宜、个体主观状态等。
3 人体记忆与大脑记忆
最新研究表明, 记忆存在于人的每一个细胞中。这种记忆细胞, 通过自身所长的成千上万个触手相互连通, 最终形成一种神经元回路。
通过大量走访和问卷调查, 发现人体记忆对于不同人群的生活影响各有不同。以人体记忆属性中的“睡眠债”和“累积损伤债”为例, 退休老人、上班族、大学生三类人群的受影响程度依次降低。另外, 对于不同时间的“债”, 人体记忆属性发生影响的程度也不同, 如调查不同时长熬夜人群的工作效率, 结果表明年龄较大的人工作效率受人体记忆影响比较明显, 该现象可以解释为人们“睡眠债”在体内堆积, 最终反应在生活工作上。
4 人体记忆属性在工效学中的应用
人体记忆属性的相关研究属于人类工效学范畴[1], 自美国人泰勒开创科学管理以来, 工作效能的研究一直是管理工程学的重要组成部分。吉尔布雷斯夫妇首先应用心理学原理进行了动作研究, 注意到工人疲劳、工作单调等因素对工效的影响。生产线上的工人, 由于日复一日重复一个动作或者一系列动作, 随着时间增加, 经常工作的部位或器官就会产生不适, 造成疲劳损伤, 形成人体记忆现象, 即使经过休息或者调整, 身体仍然会记住其“常规”动作, 并做出反应, 有时还会产生损伤, 违背了工效原则。研究人体记忆属性就是让人们了解自身的人体特征, 让人们探知自己人体的工作能力及其极限, 从而提高工作效率。
参考文献
人机工效学 篇7
关键词：服装工效学,课程建设,建设内容
课程建设是“高等学校教学质量和教学改革工程”的重要内容之一, 更是一项需要常抓不懈的重要而具体的工作。它是衡量一所学校的教学水平和教学质量的重要尺度。搞好课程建设工作有利于推动教学改革的深入, 有利于提高教师素质, 有利于人才培养。《服装工效学》是服装专业的一门重要主干课程。服装工效学隶属于人类工效学, 既是一种综合的边缘学科, 也是一门以人为中心, 以服装为媒介, 以环境为条件的系统工程学科。本课程在今后的建设过程中, 将始终以先进的教育理念为指导, 围绕创新型复合型服装设计与工程专业人才培养目标, 提高教师队伍整体素质, 规范教学行为, 完善教学条件, 加强教学改革和教学研究, 突出双语教学、服装工效的综合应用和研究性实验教学特色, 使本课程教学水平和教学质量达到同类学校的一流水平。
一、服装工效学学科的发展
我国于1984年才开始试办服装工程专业, 尚未形成服装理论、服装设计、服装工艺、服装管理、服装营销等各个层次的基础科学框架和培养体系。为了适应高等服装教育的跨世纪改革, 1999年以来, 根据教育部专业调整精神, 国内各高校都调整专业, 整合教学内容, 完善教学计划, 提出新的教学设想。特别是服装纺织行业近年的结构调整、产品升级已经取得显著成绩并推动了纺织服装科技进步, 使得原来的教学体系、课程设置、旧教材已经不适应新纪世人才培养的教学要求, 亟待编写规划新教材, 加强理论教学与实践教学的结合, 强化课程教学要求。像服装人体工效学这门课程, 国外的高等服装院校已经形成课程体系并开课多年, 而仅近年来才在国内服装高校开课, 并且至今未形成统一教材, 且教学内容不一, 教学大纲的编写也是差别很大。
纵观世界服装发展史, 西方自文艺复兴至20世纪前10年、我国古代及传统服装的礼制程式, 无论是西洋女装的裙撑、束身衣, 还是我国妇女的船型小脚鞋、十八滚的直身旗装, 它们都是过多的禁锢人的工具及炫耀身价的手段, 为此服装显得那么残酷而不通人性。人类自觉地、能动地把实现“衣服适应人”这个目标并入科学系统的研究范畴, 而让它成为独立的学科, 则是近几十年的事, 它受西方人类工效学的影响, 引发出人们对服装人类工效学课题的思考。服装工效学被看作是人类工效学的分支学科。人类工效学起源于20世纪40年代欧洲, 形成于美国, 是解剖学、运动学、医学、心理学等学科之间的交叉学科。它是研究人类与机械用具之间的最佳配合, 以求人类在机械文明中得到最大自由度的学科。即研究如何使人-机-环境系统的设计, 符合人的身体结构和生理、心理特点, 以实现人-机-环境之间的最佳匹配, 使处于不同环境条件下的人能有效地、安全、健康舒适地进行工作与生活科学。
二、服装工效学精品课程建设的指导思想与目标
课程建设是深化教学改革、提高教学质量、遵循高等教育发展规律和市场经济规律的重大举措, 目的是推进教育创新, 促进教学方法、教学手段及管理方式的深刻改革, 全面提高教育教学质量, 实现本科教学质量体系建设的可持续发展。为此, 教学机构应不断更新和适应时代发展, 努力将课程建设作为学科研究和发展的重点, 努力把“服装工效学”课程建设成为精品课程, 结合现代高性能服装技术及人体先进的测量技术的发展, 不断调整、改革教学内容, 运用现代教学手段, 提高教学水平和教学效果, 将“服装舒适工效”建成在国内有一定影响的学科, 使之成为教、科、学一体化的教学和科研基地。
三、服装工效学课程教学内容
根据国内外的调研, 结合作者近年的教学与科研实践, 认为服装工效学就是以人-服装-环境为系统, 从适合人体各种要求的角度出发, 对服装设计制造提出要求, 以数量化情报形式来为创造者服务, 从而使人类能够根据人体工效学的观点来指导服装设计者科学地设计服装, 指导服装生产者科学地加工服装, 指导服装消费者科学地选购服装与穿着服装, 以保障人类有一个健康而舒适的生活环境。它涉及人体心理学、人体解剖学、环境卫生学、服装材料学、人体测理学、服装设计学等学科, 是一门综合性、边缘学科。
服装工效学这门课主要讲述服装环境与服装、人体结构 (含人体测量学) 与服装结构、人体生理和服装、人体心理与服装、安全防护与服装的基本理论, 并就各类服装工效学运用进行了描述。其主要内容是: (1) 人类工效学、服装人体工效学基本概念, 服装工效学研究方向、研究方法及发展简史等; (2) 服装气候与服装, 含环境大气候、服装微小气候、服装传传湿机理、人体热生理、服装气候与寒暑着装等; (3) 人体形态特征结构, 包括形态、运动机构、体表与皮肤机能、体型与选型、服装定型 (规格) 与人体部位等; (4) 人体计测, 含测量工具介绍、人体测量基准点、基准线及动静计测方法等; (5) 服装与人体生理、心理, 包含皮肤生理与服装、肌肤触压感与着装、着装与皮肤卫生;服装与人的知觉心理、服装色彩与人的心理等; (6) 各类服装的工效学应用设计及性能介绍。
四、服装工效学课程建设的内容
(一) 教师队伍建设。
精品课程要由学术造诣较高、教学经验丰富高级职称教师主讲, 通过精品课程的建设, 逐步形成一支结构合理、教学水平高、教学效果好的教师梯队, 要按一定比例配备辅导教师和实验教师, 鼓励博士生、研究生参加精品课程建设。例如, 笔者所在学院服工教研室《服装工效学》任课教师中, 高职称教师所占比例为50%;45岁以下具有研究生学历的教师所占比例为100%;具有博士学位的教师所占比例为30%, 具有硕士学位的教师所占比例为70%;年龄结构合理, 并已形成梯队。45岁以下教师后续教育 (含助教进修班、研究生课程进修班、硕士生、博士生、国内外访问学者等) 人数占88%以上。同时为了抓好青年教师的培养工作, 使他们能够顺利适应教学以及科研工作, 主要采取了要求青年教师广泛听课、抓好上讲台前的试讲、进行青年教师讲稿、课件的评选措施。课程组奖励教师不断开展教学研究与科学研究, 强调教师应将教学与科研结合起来, 组织教师进行调研学习, 开设专题讲座及时了解专业发展的新技术。
(二) 课程体系改革。
准确定位精品课程在人才培养过程中的地位和作用, 正确处理本门课程与其它服装相关课程改革的关系。在教学内容上要先进, 要及时反映本学科领域的最新科技成果。要广泛吸收先进的教学经验, 积极整合优秀教改成果, 体现新时期社会、政治、经济、科技的发展对人才培养提出的新要求。
(三) 使用先进的教学方法和手段。
改革传统的教学思想观念、教学方法、教学手段和教学管理方法与手段, 合理运用现代信息技术等手段, 力争在网络教学平台上进行教学与管理, 运用多媒体手段设计和制作服装-人体表面产热、散热原理, 辅以人体模型讲述人体变形与服装变形等工效关系。建立专门网页, 将网络课件、授课录像、教学大纲、教案、习题、实验指导、参考文献目录等上网开放, 实现优质教学资源共享, 师生互动、交流教与学和心得。
(四) 重视教材建设。
采用系列化的优秀教材, 如选用国家级优秀教材和国外高水平原版教材及参考书, 在教学中建立系统的相关学科的资料库, 完善教师的知识体系, 由课程负责人、主讲教师和全体教师自行编写、制作相关学习材料。计划在建设周期内出版《服装工效学》、《服装舒适性与防护功能》等省、部级规划教材。
(五) 理论教学与实践教学并重。
高度重视《服装工效学》课程服装热舒适及人体计测等实践性教学环节, 在实验教学中侧重以基本操作为主的综合实验能力培养, 从而使科研和教学更紧密的结合在一起, 开拓学生的视野, 同时增强学生的实验操作能力和动手能力, 提高学生的创新能力, 由主讲教师亲自主持和设计实践教学, 大力改革实验教学的形式和内容, 积极开设综合性、创新性、研究型实验, 鼓励本科生参与科研活动。
(六) 建立切实有效的激励和评价机制。
采取切实措施鼓励具有高级职称的教师上讲台和承担精品课程建设, 鼓励青年教师、教学管理人员和学生积极参加精品课程建设, 通过精品课程建设, 建立健全精品课程评价体系, 建立学生评教制度, 促使精品课程建设不断发展。
参考文献
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[3].陈东生.服装卫生学课程建设的思考[J].吉林工学院学报, 2000, 21 (2) :31~33