1、人因工程教學服務資源 前 言 為適應我國經濟社會發展需要，保證高等學校管理科學與工程類本科專業人才培養基本質量，我司委托高等學校管理科學與工程類學科教學指導委員會對管理科學與工程類四個本科專業：工程管理、工業工程、信息管理與信息系統、管理科學專業的教學內容和課程體系等問題進行系統研究，確定了管理科學與工程類本科專業核心課程及上述四個專業的主干課程，提出了這些課程的教學基本要求(經濟學課程建議采用工商管理類的宏觀經濟學和微觀經濟學的教學基本要求)，并確定了相應教材編寫計劃。教學基本要求從教學的角度出發，對相關課程的性質、地位、教學總體要求進行說明，確定教學基本知識點。教學基本要求是各高等學校組織

2、課程教學、編寫教學大綱和教材，以及進行教學質量評估的主要依據。有關高等學校管理科學與工程類各專業在使用本教學基本要求的過程中，可結合本校的實際情況對相關課程的知識點進行適應的調整 教育部高等教育司 2004年9月人因工程教學服務資源第一章 人因工程概述本章學習目的了解人因工程的定義及特征了解人因工程的發展歷史了解人因工程的內容及應用掌握人因工程的學習和研究方法1.1 人因工程的定義及特征經常使用的名稱Human FactorsErgonomics人類工效學人因工程人機工程管理工效學人機環工程人因工程的定義 我國在中國企業管理百科全書中，對人類工效學 (人因工程) 所下的定義為：“研究人和機器、

3、環境的相互作用及其結合，使設計的機器和環境系統適合人的生理、心理等特點，從而達到在生產中提高效率、安全、健康和舒適的目的”。人因工程的定義(續) 國際人因工程會給Ergonomics(人因工程)下的定義為： “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條件下，在工作中、家庭中和休假時，怎樣統一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等達到最優化的問題?！?人因工程的特征 人因工程的最大特征是它是一門跨學科的邊緣學科。人因工程與心理學、生理學、工業工程等學科有著密切的關系。與人因工程相關的學科可以分為三大類：第一大類為與生理學相關的學科，第二大類為與心

4、理學相關的學科，第三大類為與管理應用相關的學科。與人因工程相關學科示意圖：與生理學相關的學科；：與心理學相關的學科；：與管理應用相關的學科. 圖1-1 人因工程的相關學科人因工程的目的1) 使人工作得更有效；2) 使人工作得更安全；3) 使人工作得更舒適。 西方人因教科書中的宗旨為“ 使機器適合于人”“Fitting the task to theman” 1.2 人因工程的發展歷史啟蒙階段正式形成階段 快速發展階段 人因工程在中國的發展人因工程的發展趨勢啟蒙階段德國學者A.Mosso的微電流實驗美國人Taylor的鐵鍬實驗美國人Gilbrith砌磚實驗 正式形成階段二戰時飛機性能提高，人因事

5、故的增加對人因研究投入的增加戰后學科的發展和人因工程的誕生快速發展階段三里島核電站事件計算機普及帶來的使用問題人類社會的進步要求更安全更舒適的工作條件 人因工程在中國的發展心理學界對人因工程的貢獻中國人類工效學的成立人因工程的現狀人因工程的發展趨勢人因工程將會越來越重要，原因“機器”的技術性能會越來越高，而人的性能（能力和特點）不會有根本的改變，人將成為人機系統的瓶頸人的“價值”將越來越大，在工作中人的安全和舒適將會越來越重要。1.3 人因工程的內容及應用人因工程的內容 人因工程的應用本書的主要內容人因工程的內容 人的生理和心理特征：人的基本尺寸；人的力量；人的心理能力人機交往：機器與人的交往

6、；人與機器的交往人與環境：照明；噪聲；顏色；空氣等。人因工程的應用主要工作領域百分比計算機業22航空業22工業工程17健康安全9信息通訊8交通運輸業5其他17本書中的主要內容第1章 人因工程概述第2章 人體的生理特征及應用第3章 人的心理特征第4章 工作地設計第5章 信息顯示設計第6章 控制器設計第7章 體力與腦力工作負荷第8章 工作環境第9章 人因誤差與人因安全1.4 人因工程的方法人因工程的學習方法人因工程的研究方法人因工程的學習方法知識面要廣要學會橫向思維要結合實際應用要有系統的觀點要采用科學的研究方法以人為本研究方法調查法：到現場采集數據，了解工作現狀或找出相關的原因和規律測量法：利用

7、標準的測量工具如米尺、秒表等，對人或系統的效率進行測量。 實驗法 ：在實驗（控制）條件下觀察事物變化，獲得事實材料的方法。本章作業到中國期刊網上閱讀一期人類工效學雜志。到國際或美國人因工程協會網站上游覽。談一談使用一個新的計算機軟件(也可是一個新的手機)中的困惑。分析一下計算機桌面的高度，不同餐具，乒乓球橫直拍,炎熱的天氣等對工作和生活效率的影響。設計一項實驗，調查三星和諾基亞手機介面的使用效率。第二章 人體的生理特征及應用本章學習目的認識人體尺寸的重要性了解我國成年人的基本人體尺寸掌握人體尺寸在系統設計中可采用的方案掌握人體尺寸在系統設計中應該遵循的程序了解人體的動態生理特征應用人體尺寸解決

8、簡單的人因工程問題為后面章節的學習打下基礎2.1 人體尺寸我國成年人的基本尺寸人體尺寸的影響因素人體尺寸的統計指標設計中可采取的方案設計程序我國成年人的基本尺寸 中國成年男子的人體尺寸中國成年女子的人體尺寸設計高度與人體高度之比中國成年男子的人體尺寸百分位數151050909599身 高1543158316041678175417751814體重（kg）44485059717583眼 高1436147414951568164316641705肘 高9259549681024107910961128坐 高836856870908947958979坐姿眼高729749761798836847868

9、坐姿肘高214228235263291298312坐姿大腿厚103112116130146151160坐姿膝高441456464493523532549坐 深407421429457486494510臀膝距499515524554585595613胸 寬242253259280307315331最大肩寬383398405431460469486坐姿臀寬284295300321347355369坐姿兩肘間寬353371381422473489518中國成年女子的人體尺寸百分位數151050909599身 高1449148415031570164016591697體重（kg）39424452636

10、674眼 高1337137113881454152215411579肘 高873899913960100910231050坐 高789809819855891901920坐姿眼高678695704739773783803坐姿肘高201215223251277284299坐姿大腿厚107113117130146151160坐姿膝高410424431458485493507坐 深388401408433461469495臀膝距481495502529561570587胸 寬219233239260289299319最大肩寬347363371397428438458坐姿臀寬2953103183443

11、74382400坐姿兩肘間寬326348360404460478509人體尺寸與設備高度編號定義設備與身高之比1 與人同高的設備1/12 設備與眼睛同高11/123 設備與人體竿重心同高5/94 設備與坐高相同6/115 眼睛能夠望進設備的高度10/116 能擋住視線的設備高度33/347 站著用手能放進和取出物體的高度7/68 站著手向上伸所能達到的高度4/39 站姿使用方便的臺面高度(上限)6/710 站姿使用方便的臺面高度(下限) 3/811 站姿最適宜的工作點高度6/1112 站姿用工作臺高度10/1913 便于用最大力牽拉的高度3/514 坐姿控制臺高度7/1715 臺面下的空間高度

12、(下限)1/316 操縱用座椅的高度3/1317 休息用座椅的高度1/618 座椅到操縱臺面的高度3/17人體尺寸的影響因素性別年齡國家地區時間性別性別對群體尺寸差別的影響也許是最大的。男女之間的平均身高相差為10厘米以上。按95%男性設計的達到高度將有50%以上的女性達不到。 年齡:身高隨年齡的變化 (cm) 年齡(歲)女性男性1-5+36+365-10+28+2710-15+22+3015-20+1+620-350035-40-1040-50-1-150-60-1-160-70-1-170-80-1-180-90-1-1國家: 幾個國家的男子平均身高(mm) 國別美國原蘇聯西德英國瑞典法國

13、意大利中國日本身高177217671755175317411711171016801667地區:我國六大區域人體身高 (單位: mm) 東北、華北西北東南華中華南西南男子169316841686166916501647女子158615751575156015491546時間隨著生活水平的提高，人體的平均高度也在增長。我們都感到現在的年輕人比過去的人要高。據統計，過去三十年，日本人的平均身高增加了8厘米之多。我國國家技術監督局的統計結果表明，我國青少年的身高也有一定的增長。人體尺寸的統計指標 概率分布平均值均方差百分位數平均值與均方差的關系方差概率10.68261.650.900020.9544

14、30.9987百分位數百分位數是指一個隨機變量(某一人體測量尺寸指標)低于某一給定概率處的值。在人因工程設計中常用到的百分位數是5%、10%、50%、90%和95%。按5%設計，表示有5%的人的尺寸低于設計尺寸，按95%設計，表示95%的人的尺寸低于設計尺寸。 注意是單側百位數還是雙側百位數 設計中可采取的方案按人體尺寸的分布 按人體平均尺寸設計 按某一百分比設計 按某部分人設計，為另一部分人提供調整為某些特定的人設計 設計程序確定設計對象和目標確定使用對象 確定相關的人體尺寸 決定極限百分比根據查表或測量確定所需要的數據向有關設計人員提供數據 2.2 人體的動態生理特征人的神經系統 人體的肌

15、肉系統人的能量供應系統 脈搏與體力勞動 2.2.1 人的神經系統神經系統的結構神經的功能 肌肉的神經分布 神經系統的結構 人的神經系統可分為中樞神經系統和末梢神經系統兩大部分。中樞神經系統包括大腦和脊髓。末梢神經系統包括傳入神經（感覺神經）、傳出神經（運動神經）。神經系統通過感覺器官（眼、耳、鼻 、皮膚等）獲得外界信息，再由傳入神經傳遞給中樞神經系統，中樞神經系統做出決定后，由傳出神經給肢體肌肉下達指令，使其做出相應的運動。神經的功能神經系統本質上是一個控制系統，它控制著外部的和內部的運動，并監視著各種感覺器官。一個神經細胞的工作取決于它對刺激物的敏感性和它把一個刺激物沿著神經纖維傳遞的能力，

16、當一個神經細胞受到刺激時，產生的脈沖沿著神經纖維送到工作中的器官。肌肉的神經分布每一塊肌肉都是通過運動神經和感覺神經與大腦這一控制中心連在一起的。運動神經把神經脈沖（在這種情況下是運動命令）從大腦帶到骨胳肌肉，在這里它們帶來收縮或其他運動指令。在一塊肌肉內，這個神經被分成幾個纖維，每一個纖維與幾個肌肉纖維連在一起。每一個運動神經細胞與它們所在的肌肉纖維一起組成一個運動單位，在做比較精密的技術性工作時，每個運動單位只有3-6個肌肉纖維，而在做重體力工作的肌肉中，一個神經元也許會分布在100個肌肉纖維上。2.2.2 人體的肌肉系統人的肌肉結構 能源的來源 肌肉運動中的電現象 人的肌肉結構人能夠運動

17、是因為有分布在全身的肌肉，它差不多占人身體總重量的40%。 肌肉的一個最重要的特點是它可以縮短到正常尺寸的一半左右，這種現象我們稱之為肌肉收縮。 每個肌肉纖維收縮時都有一定的力量，一塊肌肉的力量是這些肌肉纖維力量的總和。人的肌肉的最大力量介于0.3-0.4N/mm2之間。能源的來源在肌肉的收縮過程中，機械能的產生是由消耗肌肉中貯存的化學能轉化來的，肌肉工作實際上是一個化學能向機械能轉化的過程。能量的釋放是由于肌動朊纖維和肌漿球蛋白中的蛋白質分子發生的化學反應而引起它們位置的變化，產生收縮。收縮的直接能源是在化學反應中含有豐富的磷酸脂由高能狀態變為低能狀態。肌肉內的大部分能源來自于三磷酸腺苷(A

18、TP)，當它轉化成二磷酸腺苷時釋放出大量的能量。肌肉纖維中的另一個化學能源是磷肌酸，它分解成磷酸和肌酸時能釋放同樣重要的能量。 肌肉運動中的電現象靜止時肌肉纖維有一個90微伏的電位，被稱為靜止膜電位。 肌肉開始收縮時，靜止電位迅速消失。肌肉纖維的內部開始帶正電，這個電位被稱為行動電位。 行動電位的產生包括肌肉纖維膜的去極和重新極化兩個過程。在這期間，肌肉不可以被新的神經命令所刺激起來，所以這段時間又被稱作絕對不應期，這段時間持續大約1-3微秒。 肌肉的電現象可以通過放大器，以皮電圖的方式記錄下來。 2.2.3 人的能量供應系統人體的新陳代謝能量消耗的分類 各種情況下的能量消耗能量消耗與健康 人

19、體的新陳代謝人體的一個基本生物過程是新陳代謝，在這個過程中人體從食物中吸收營養，把化學能轉換成機械能和熱。 原來人體的能量消耗是用千卡(kcal)來測量的，現在更常用千焦(KJ)來計量。兩者之間的換算為：1 kcal = 4.187 KJ。人體能量的消耗可以間接地通過人體氧的消耗來進行，因為兩者是直接相關的。當一升的氧在人體內被消耗時，平均有20千焦的能量產生，這被稱為氧的熱當量。能量消耗的分類基礎代謝：通常將環境溫度為18-25，人處于清醒、靜臥、空腹和排除肌肉活動與精神緊張時的狀態稱為基礎狀態?；A狀態下人的的能耗被稱為基礎代謝量。對于一個體重為70公斤的男性，基礎代謝在24小時內大約是7

20、000千焦。對于一個體重為60公斤的女性，一天的新陳代謝大約是5900千焦。能量消耗的分類（續）生活能耗：人的日常生活，如起床、吃飯、走動等也要消耗一定的能量，我們把這些日?；顒酉牡哪芰糠Q為生活能耗。一個普通男性一天的生活能耗大約是2400千焦，而女性則為2000-2200千焦。能量消耗的分類（續）工作能耗：體力勞動一開始，人體內的能量消耗就迅速地增加。工作使人能耗的增加量稱為工作能耗。工作能耗反映了涉及到重體力勞動時身體的壓力水平，它可以用來評估工作的負荷水平、確定需要的休息時間、比較各種不同工具的效率或不同工作安排的效率。不同職業的能量消耗工作種類職業例每天的能量消耗 (千焦)男人女人坐

21、著的輕度工作記賬員96008400重手工勞動拖拉機駕駛員125009800中等身體運動屠夫1500012000重體力勞動扳道員1650013500極重的體力勞動煤礦工19000不同活動的能量消耗活動種類活動條件能量消耗(千焦/分鐘)走路平地表面光滑，4公里/小時8.8負荷走路30公斤負荷，4公里/小時22.3上樓梯坡度為30度，17.2米/分鐘57.5騎自行車16公里/小時22.0鋸木60來回/分鐘38.0家務勞動打掃清潔8-20能量消耗與健康能量消耗的上限：今天大多數生理學家都把每天的平均總能量消耗20000千焦作作為體力勞動的合理上限，這對應于平均每個工作日10500千焦的工作能耗。如果把

22、它平均地分到8小時，對應于每小時1300千焦的工作能耗.。 能量消耗與健康研究結果表明，一個健康的男性職員每天應有12000-15000千焦的能量消耗， 對女性職員這個值為10000-12000千焦。郵遞員、機床的操作人員、制鞋和修鞋者一天的能量消耗屬于這個范圍，成天坐著工作的人可以通過在業余時間進行鍛煉來達到這個值。 幾種體育活動對應的能量消耗活動能耗(焦耳/分鐘)快走 (5公里/小時)17跑步 (10公里/小時)40-48騎自行車 (20公里/小時)40登山32-40游泳20-40跳舞16-322.2.4 脈搏與體力勞動研究表明，隨著工作強度的增加，心跳的增加將更快。如果：環境中的溫度更高

23、靜負荷的比例更大 包括的肌肉的數目更少心跳的標準 Muller考慮用總恢復脈搏作為測量疲勞和恢復的方法，他提出了這樣的工作負荷標準：當工作停止后，應能在15分鐘恢復到休息時水平。這個極限可以保證在工作時能量的使用的速度與能量提供的速度是一樣的，可以保持一個穩定狀態。在這些條件下最大的能量輸出就是在一個八小時工作日連續工作的極限。當工作脈搏比休息時高30次時就達到了一個男性連續工作的極限。Rohmert等人用自行車測功計發現人的工作脈搏達到穩定狀態時為40次/分鐘， 即極限為工作脈搏等于40次/分鐘，但他們的休息脈搏是在工人躺下時測的。他們還發現4千焦的工作對應于10個工作脈搏。熱環境與心跳在熱

24、環境中工作時，心臟和血液循環系統有兩項功能: 第一，把能量輸送給肌肉；第二，把熱從人的體內輸送到皮膚。心臟和循環系統的這種雙重負擔在工農業中是很常見的。當在25度以上做重體力勞動時，排除多余的熱給心臟增加了一個額外負擔。本章作業和思考題列出至少五項在自行車設計中應該考慮到人體尺寸的內容，并對其中的一項內容（如車把柄的直徑）按本章給出的設計原則進行設計。人體尺寸可采用書中的數據，或上網查閱相關的數據，或通過測量同學的相關尺寸獲得。 測量自己的正常脈搏，然后在分鐘之內走完學校田徑場（米）一圈，測量走完后的脈搏，計算這項運動帶來的脈搏增量。第三章 人的心理特征本章學習目的了解人的信息處理系統的基本構

25、造了解人的信息處理系統的基本特征和局限性能夠分析和解決簡單的腦力勞動工作效率問題學會更好地分析人機系統中的使用效率問題為后面章節的學習打下基礎3.1 人的信息處理模型Donders的減法模型 Welford的單通道模型 Broadbent的過濾模型 Kahneman的單資源模型 Wickens的多資源模型 控制與自動過程理論人的信息處理系統的基本結構 Donders的減法模型一個多世紀以前，心理學家Donders通過實驗發現人的選擇反應時間大于簡單反應時間。他認為選擇反應時間大于簡單反應時間是因為在選擇反應實驗中人的大腦增加了一道程序，即對信號進行判斷和決策，因此他提議通過用選擇反應時間減去簡

26、單反應時間就可能得到人的信息處理過程做出一個選擇所耗費的時間。由于這種方法的核心是用一項較復雜工作需要的時間減去較簡單工作需要的時間，由此來判斷增加的工作內容需要的時間，這種方法被稱為Donders的減法模型。 Donders的減法模型示意圖反 應選擇反應時間簡單反應時間感 覺選 擇反 應感覺感覺Welford的單通道模型英國學者Welford教授根據心理不應期試驗的結果,提出關于人的信息加工系統單通道的假設。Welford教授在心理不應期試驗中發現，在一定的時間內連續地向被試顯示兩個刺激信號，當兩個刺激信號的時間間隔非常短時，被試對第二個信號的反應時間比對第一個信號的反應時間長，好像是人對第

27、一個信號做出反應之后才來處理第二個信號。 Welford的單通道模型Welford認為被試對第二個信號的反應時間可以用下面的公式來預測: RT2=RT1+DT2-ISI 式中:ISI是兩個刺激信號之間的時間間隔，DT2是處理第二個刺激需要的時間，RT1和RT2是分別是被試者對第一個和第二個刺激信號的實際反應時間。Broadbent的過濾模型1958年，英國著名心理學家Broadbent教授根據自己多年從事雙耳聽力實驗的結果提出了一種新的關于人的信息處理系統的模型。這種模型認為，信息在到達人的工作記憶之前，是被平行處理的，即人可以同時處理一個以上的信息。在通過了工作記憶之后，在某一時刻人就只能處

28、理一個信息。這就是說，人的信息處理過程就像是一個過濾器，隨著信息處理過程的延續，不重要的信息都被過濾掉了，只有最重要的信息才進入到人的大腦被繼續處理。由于Broadbent教授把人的信息處理系統比作一個過濾器，所以他的理論又被稱為過濾模型。Broadbent的過濾模型感覺過濾器信息處理中心 Kahneman的單資源模型Kahneman教授認為人的信息處理系統比Broadbent教授的過濾模型更靈活，因此他提出了一個單資源模型作為Broadbent教授過濾模型的補充。單資源模型假定人的信息處理系統的能力是一種資源，有一定的限度。在這個限度之內，人可以相當自由地分配自己的注意力，也可以同時干一件以

29、上的事情。不同的腦力活動要求不同程度的注意力，容易的工作只占用很少的注意力，難的工作占用更多的注意力。當注意力不能滿足工作的需要時，人的行為結果就受到影響或根本無法完成。 Wickens的多資源模型根據雙重任務試驗的結果，美國學者Wickens教授提出了多資源模型。Wickens教授認為人的信息處理系統是一個多資源的系統，這些資源可以按兩兩對應的關系分為三組。第一組是階段資源，對應于早期階段（如感覺）和晚期階段（如反應）；第二組為兩個通道資源，對應于視覺和聽覺資源；第三組是過程編譯資源，對應于圖像和文字資源。多資源理論認為，人有多個不同的資源，而不是一個中心資源，每一種資源有它自己的一些特性。

30、當不同的工作用需要不同的資源時，它們之間的干擾就小些，如果它們所需要的資源相同或相近，它們之間的干擾就大些?？刂婆c自動過程理論Schneider 和 Shiffrin教授根據他們自己所做的一系列的實驗結果提出人的信息處理系統實際上有兩種基本的處理過程，一種是控制過程，一種是自動過程。自動過程是一種快速的，平等的信息處理過程，不受人的工作記憶能力的限制，只需要很少的或根本不需要直接控制。這種信息處理過程需要大量的訓練才能獲得。相反，控制過程則是一種較慢的信息處理過程，受人的工作記憶能力的限制，它需要人的大量的，直接的控制行為，因而施加給人的腦力負荷較重。人的信息處理系統的基本結構決策和反應選擇反

31、應執行長時記憶工作記憶接收器短時記憶儲存刺激反應注意資源感覺儲存 記憶感知3.2 人的信息輸入-感知感覺閾限視覺聽覺觸覺味覺和嗅覺3.2.1 感覺閾限感覺器官可接受外界刺激的范圍被稱為感覺閾限，感覺閾限有絕對閾限和相對閾限兩個概念。絕對閾限外界刺激必須達到一定強度才能引起人的感覺。 剛剛能引起感覺的最小刺激量，叫絕對感覺閾限的下限，強度低于下限的刺激不能引起人的感覺。能產生正常感覺的最大刺激量，叫絕對感覺閾限的上限。作用于感覺器官的刺激強度若超過上限，就會引起痛覺，嚴重時甚至于造成感覺器官的損傷。絕對閾限 感覺絕對閾限(最低限至最高限)舉例視覺2.25.710-17J至2.25.710-8J3

32、0英里以外的燭光聽覺110-12J/m2至1102J/m2安靜環境中20英尺以外的手表滴答聲味覺410-7(硫酸試劑摩爾濃度)兩加侖水中的一匙白糖嗅覺210-7kg/m3彌散于6個房間中的一滴香水觸覺2.610-9J從一厘米距離落到你臉上一個蒼蠅的翅膀相對閾限人的感覺器官不僅能夠確定刺激的有無，而且能覺察刺激的變化或差別。剛剛能引起差別感覺的最小刺激量，叫差別感覺閾限。每一種感覺器官的差別感覺閾限不是一個絕對數值，它隨最初的刺激強度而變化，并且兩者之比是一個常數。這一關系被稱為韋伯定律，可用下面的公式表示:I/I=K式中I是初始刺激強度，I為引起差別感覺的刺激強度的增量，K為常數。最優條件下各

33、種感覺的韋伯比例感覺韋伯比例音高（2000赫）0.0003重壓（400克）0.013明度（1000光量子）0.016舉重（300克）0.019響度（1000赫、100分貝）0.088橡皮氣味（200嗅單位）0.104皮膚壓覺（5克/毫米）0.136咸味（3克分子/公升）0.2003.2.2 視覺視覺的形成機制明適應和暗適應視野和視距視覺運動規律視覺的形成規律瞳孔的主要功能是調節進入眼內的光量 瞳孔后面是晶狀體。晶狀體起著另外一個調節功能，對遠近不同物體聚焦的功能。 視網膜把外部的光刺激轉換成神經沖動。視網膜主要有兩種感光細胞，即視桿細胞和視錐細胞。研究發現，這兩類細胞的功能有明顯的差別。 視網

34、膜上產生的視覺神經沖動，經過視覺傳入神經傳入大腦。一般認為從視網膜到大腦皮層的整個傳導系統內保持著點對點的對應關系。明適應和暗適應當外界光線亮度發生變化時，人的眼睛感受能力也隨之發生變化。這種對刺激變化而產生的順應變化叫適應。當人從明亮環境進入黑暗環境時，人的視覺還停留在明環境中，它看不見物體，隨著時間的推移，人眼睛慢慢地看清物體了，這個過程就叫人眼睛的暗適應過程。在黑暗中停留10分鐘之后，人眼睛的適應能力達到一個穩定的水平，停留25分鐘之后，能達到完全適應的80%，完全適應大約需要經過3550分鐘。當完全適應后，人的視覺敏銳度有極大的增強。 明適應發生在人由黑暗環境進入明亮環境的時候。剛開始

35、時人眼睛不能辨別物體，要幾十秒的時間才能看清物體。明適應比暗適應要快得多，完全適應大約需經過1分鐘。視野視野指頭部和眼球不動時，眼睛觀看正前方所能看到的空間范圍。視野常以視角來表示。雙眼視野最大視角從水平注視點向上約55度，向下約65度 ，向左向右各約90度 。由眼睛的視網膜上的視錐細胞和視桿細胞分布的影響，視覺只有在離注意點2度的范圍內最敏銳。中心視角60度 范圍為最合適宜視野，作業時主要視覺顯示安置在這個區域內最為恰當。頭部不動，眼球轉動，視角可達到120度。頭部和眼球都轉動時，視覺可擴大到220度。當然，視覺與照明強度密切相關，由于視網膜上在中央凹20度之后視桿細胞越來越少，其視力也將越

36、來越低，所以當照明不足時，人的視野將變得很狹小。視距視距是指人在操作系統中正常的觀察距離。一般操作的視距范圍在3876cm之間。視距過遠或過近都會影響認讀的速度和準確性，而且觀察距離與工作的精確程度密切相關，因而應根據具體任務的要求來選擇最佳的視距。推薦采用的幾種工作任務的視距 任務要求舉例視距離（眼至視覺對象）/cm固定視野直徑/cm備注最精細的工作安裝最小部件（表、電子元件）12-2520-40完全坐著，部分依靠（小型放大鏡、顯微鏡）精細工作安裝收音機、電視機25-35（多為30-32）40-60坐著或站著中等粗活在印刷機、鉆井機、機床旁工作50以下至80坐著或站著粗活包裝、粗磨50-15

37、030-250多數站立遠看遠眺、開汽車150以上大于250坐著或站著視覺運動規律眼睛的水平運動比垂直運動快眼睛習慣于從左到右，從上到下地運動人對水平方向尺寸的估計比對垂直方向尺寸的估計要準確當眼睛偏離視中心時，對左上象限的觀察優于右上象限，對右上象限的觀察優于左下象限，對右下象限的觀察最差兩眼運動是協調同步的，不可能一只眼睛轉動，另一只眼睛不轉；也不可能一只眼睛看，另一只眼睛不看，除非采用外部措施，如把一個眼睛遮起來視覺運動規律(續)直線輪廓比曲線輪廓更易于被視覺接受目標連續轉換時，人的視覺有時會出現失真現象識別信息的細節，要靠視力中心對于運動目標，只有當運動的角速度大于12分/秒時，才能鑒別

38、出它的運動狀態要看清物體，必須注視。眼睛要看清一個目標，需要0.070.3秒，平均0.17秒。若光線昏暗，注視的時間要加長3.2.3 聽覺聽覺的形成機制聽覺的主要特征可聽范圍辨別頻率和聲強的能力辨別聲音的方向和距離聽覺的適應和疲勞聽覺的形成機制振動的物體是聲音的聲源，振動在彈性介質(氣體、液體、固體)中以波的方式進行傳播，所產生的彈性波稱為聲波，一定頻率范圍的聲波作用于耳就產生了聲音的感覺。人的聽覺系統主要包括耳、神經傳入系統和大腦皮層聽區三個部分，其中最主要是耳。耳是聽覺的外部感受器，結構上由外耳、中耳和內耳三部分組成。外耳包括耳廓和外耳道組成，它的主要功能是像一根一端封閉的管子傳遞聲波。中

39、耳由鼓膜和聽小骨組成，它的功能主要是充當了聲波從一種介質轉入另一種介質的中間變換器。內耳包括耳蝸和前庭器官，它的功能是對傳入的聲波進行初級分析，并將聲能轉化成神經沖動。外界的聲波通過外耳道傳到鼓膜，引起鼓膜的振動，然后經杠桿系統的傳遞，引起耳蝸中淋巴液及其底膜的振動，使基底膜表面的科蒂氏器中的毛細胞產生興奮?？频偈掀骱推渲兴拿毎钦嬲穆曇舾惺苎b置，聽神經纖維就分布在毛細胞下方的基底膜中，機械能形式的聲波就在此處轉變為聽神經纖維上的神經沖動，并以神經沖動的不同頻率和組合形式對聲音信息進行編碼，然后被傳送到大腦皮層聽覺中樞，從而產生聽覺。可聽范圍人的聽覺的刺激物是聲波，聲波有頻率和振幅兩個

40、基本特性，因此人耳的可聽范圍也與這兩個因素有關。人耳能感受到的頻率在1620000Hz之間，并且需要達到足夠的聲壓和聲強。聲強是聲波在傳播方向上單位時間內垂直通過單位面積的聲波能量。聲壓是聲音振動所產生的壓力。低于16Hz的次聲波和高于20000Hz的超聲波，人耳都聽不到。每一振動頻率，都有一個剛好引起聽覺的最小振動聲強，叫做聽閾。當振動強度提高時，聽覺的感受也相應加強，當增至某一限度時，鼓膜便產生疼痛感，這個限度叫做痛閾。人最敏感的頻率為10003000Hz，日常語言交流的頻率較此略低。辨別聲頻和聲強的能力人耳對頻率的辨別能力較強，大于4000Hz的頻率，相差1%就能加以區別。這是由于不同的

41、聲波使內耳基底膜的不同纖維產生共振的原因，低音使長纖維產生共振，高音使短纖維產生共振，傳到大腦皮質不同部位，得出不同的音調感覺。人耳對聲強的辨別力不太敏感，聲強與人的主觀感覺不呈比例關系，而是對數關系。當聲強增加10倍時，主觀感覺的響度只增加1倍；聲強增加100倍時，響度只增加2倍，依此類推。噪聲的分級就是根據人耳感覺的這個特性決定的。辨別聲音的方向和距離人可以根據聲音到達兩耳的強度和時間順序來判斷聲源的方向，對高音時根據聲強差，對低音是根據時刻差來判斷聲音的方向。判斷聲音的距離，主要靠人的主觀經驗。聽覺的適應和疲勞在聲音連續作用的過程中，聽覺敏感度會隨時間的延長而降低，這叫聽覺適應，是人保護

42、聽覺的一種方法。若聲強不大，作用時間又不太久，一般在聲刺激停止后的1020秒中，聽覺敏感度就會恢復到原來的水平。若聲強很大，作用的時間很長，就不僅是聽覺適應的問題，而會引起聽覺疲勞。聽覺疲勞后，要經過幾小時，直到幾天才能恢復聽覺敏感度。嚴重的聽覺疲勞會引起聽力減退或聽力喪失。3.2.4 觸覺觸覺的形成機制觸覺的主要特征觸覺閾限觸覺適應主動與被動觸覺觸覺能力的提高觸覺的形成機制觸覺是微弱的機械刺激觸及了皮膚淺層的觸覺感受器而引起的。觸覺的生理意義是能辨別物體的大小、形狀、硬度、光滑程度以及表面機理等機械性質的觸感。在人機系統的操縱裝置設計中，就是利用人的觸覺特性，設計具有各種不同觸感的操縱裝置，

43、以使操作者能夠靠觸覺準確地控制各種不同功能的操縱裝置。根據對觸覺信息的性質和敏感程度的不同，分布在皮膚和皮下組織中的觸覺感受器有游離神經末梢、觸覺小體、觸盤、毛發神經末梢、棱狀小體、環層小體等。不同的觸覺感受器決定了對觸覺的敏感性和適應出現的速度。觸覺閾限皮膚的不同部位，觸點數量是不同的，觸壓覺的閾限在不同部位也不相同。觸壓覺的刺激閾限是：舌尖、指尖為2g/mm2，指臂為5g/mm2，前臂腹側為8 g/mm2，手臂為12g/mm2，小腿為16g/mm2，腹部為26g/mm2，前臂臂側為33g/mm2，腰部為48g/mm2，足掌后部為250g/mm2。觸覺適應當某種刺激長時間作用于人體某部位時，

44、皮膚感受性會很快地降低，這種現象稱觸覺適應。例如戴眼睛、穿衣服，人們都完全適應了，似乎不感到他們的存在。適應所需要的時間稱為適應時間，物體重量的增加將使適應時間變長。觸覺的合理利用主動觸覺優于被動觸覺：我們要辨別某一物質時，如果讓該物質被動地壓在手指上，由于適應很快，即使有差別也幾乎立即消失；但如果讓手指在該物上移動，主動地去感觸，則可以察覺出其細微的差別。訓練可以提高觸覺能力：觸覺是人們獲得空間信息的重要感覺通道，通過觸覺可以辨別物體的大小、形狀等特征。不用眼看，僅用手模，可以精確地反映平面和立體的客觀形狀，觸覺信息可轉化為較鮮明的視覺形象。3.2.5 味覺和嗅覺味覺的形成機制和特征 嗅覺的

45、形成機制和特征 味覺的形成機制和特征味覺的感受器是分布于舌的表面、咽的后部、腭及舌頭上的味蕾，其中以舌上分布得最多。一個味蕾有幾十個味細胞，它們與有味物質進行直接反應。凡能溶于水的物質都能向人提供味覺刺激。腦神經將味覺細胞的興奮傳遞給神經中樞。用于傳遞味覺的腦神經很少，味覺信息由這些神經傳送到延髓，再轉到間腦，最后進入大腦皮層的味覺區。味覺有甜、酸、苦、咸四種，稱為四原味。它和三原色的原理一樣可以組合出一切味道。味覺的感受性用不同濃度溶液的閾值加以表示。當一種有味物質進入口腔后，需要1s才能有感覺，而恢復原狀則需要10s至1min以上。甚至更長。這一特征給品嘗工作造成很大困難。味覺靈敏度受刺激

46、物溫度的影響，在20一30時味覺最靈敏。嗅覺的形成機制和特征鼻腔上端的嗅黏膜是嗅覺感受器，其上分布著嗅覺細胞。嗅覺細胞受到刺激時，產生神經沖動，上傳到嗅覺中樞而引起嗅覺。人的嗅覺靈敏度用嗅覺閾表示。正常人的嗅覺很靈敏，因此嗅覺有時用于傳遞告警信息。但是嗅覺很容易產生適應，并且個體差異較大，因此利用嗅覺感知信息要特別謹慎。 人的嗅覺感受性是很強的。1L空氣中只要有0.00004mg的人造麝香，人就可以嗅到香味。影響嗅覺感受性的因素有環境條件和機體條件兩方面。溫度有助于嗅覺感受，最適宜的溫度是37-38。清潔空氣中嗅覺感受性也提高。傷風時，由于鼻咽粘膜發炎，感受性顯著降低。嗅覺的適應比較快但有選擇

47、性。對于某種氣味，經過一段時間后感受性就下降。發現異常氣味應立即尋找原因，利用嗅覺可以早期發現泄露、火災等事故的發生。3.3 中樞信息處理知覺記憶思維與決策注意3.3.1 知覺知覺與感覺圖像識辨理論模型知覺系統的特征知覺與感覺外界刺激直接作用于人時，它的各種物理屬性刺激人的相應感覺器官中的神經末梢，引起神經沖動。神經沖動傳至大腦皮層，人意識到物質屬性的刺激時，就引起感覺。知覺是在感覺的基礎上產生的。感覺與知覺的最大特征是感覺主要涉及到外界刺激的物理特性，而知覺涉及到人的認知特性。知覺與感覺示意A圖像識辨理論模型模式（板）匹配理論 ：模式匹配理論認為，識別某個圖像，必須在過去的經驗中有這個圖形或

48、東西的“記憶痕跡”或基本模型，這個模型又叫做“模式”。 原型匹配理論：這種理論認為，眼前的一個字母A，不管它是什么形狀，也不管它放在何種位置，它都和過去知覺過的A有相似之處。 泛魔識別模型 ：泛魔識別模型是從特征分析的角度來解釋圖像的識別。該理論把圖像識別過程分為不同的層次，每一層次都有承擔不同職責的特征分析機制，在此稱為魔鬼（demon）。他們依次進行工作，最終完成對圖像的識別。知覺系統的特征知覺受到經驗和教育的影響。整體特征知覺快于局部特征知覺。知覺包括兩個過程，一個是自下而上的過程，也被稱為數據驅動加工，一個是自上而下的過程，也被稱為概念驅動過程。 3.3.2 記憶感覺記憶短時記憶長時記

49、憶遺忘感覺記憶感覺記憶是指外部刺激引起的感性形象作用停止后的很短時間內仍保持不變的狀態，由于保持時間很短（通常以毫秒為計量單位），所以感覺記憶又被稱為瞬時記憶。人有兩個最重要的感覺記憶，一個是視覺的感覺記憶，也被稱為圖像記憶，一個是聽覺的感覺記憶，又被稱為聲像記憶。研究結果表明：視覺短時記憶的容量為17個字母左右，時間約為200毫秒。聽覺短時記憶的容量相對要小些，約為5個字母，但保留的時間較長，約為1500毫秒。 短時記憶不同于感覺記憶和長時記憶，持續時間很短，相對容量有限的記憶被稱為短時記憶。短時記憶往往是人在即時活動中所要求的，是操作性的，因而也被稱為操作記憶或工作記憶。研究發現，記憶中的

50、元素并不是以基本物理形式存在的,而是以有意義的最小單位存在的。 短時記憶的特點信息保持時間很短。在無復述的情況下，一般保持5-20s,最長不超過1分鐘。記憶容量小。信息一次呈現后立即正確記憶的最大量一般為5-9個互不關聯的項目。對中斷的高度敏感。短時記憶極易受到干擾，受感受的程度取決于短時記憶中存儲信息的多少。短時記憶中的信息可被意識。也就是說，只有短時記憶中的信息才能被保持在人們當前的意識之中。長時記憶 短時記憶中的信息，經過一定的復述之后就可以在相當長的時間內不會被忘記，我們把超過短時記憶的記憶都稱為長時記憶。 長時記憶也許是最重要也是最復雜的記憶系統。一切后天獲得的經驗，包括語言規則在內

51、，都必然是長時記憶的組成部分。與長時記憶有關的真正困難主要導源于提取。記憶中包含的信息數量非常大，要找到某種東西是一個主要問題。遺忘保持在頭腦中的信息，隨著時間的推移和后來經驗的影響，不論在時間上還是在數量上，都將發生一定的變化。在數量上變化的一個重要表現是識記的保持量逐漸減少，致使識記過的信息不能再認和回憶，或者發生錯誤的再認和回憶，這就是遺忘。人們進行了大量的研究發現遺忘的規律，遺忘發展的進程是均衡的，在識記后的短時間內，遺忘速度很快，以后逐漸緩慢，一定時間后，則處于停滯狀態幾乎不再忘記。遺忘的發展進程還受識記材料的性質、數量、學習程度以及識記時的主觀狀態等因素的制約。實驗結果表明，動作記

52、憶最易于長久保持，一項技能一年后只遺忘29%。其次是形象材料和有意義的材料，如能引起興趣的、符合需要的、在生活工作中占有重要地位的材料比抽象的材料、無意義的材料易于記憶。識記的材料數量越多，識記后保持量越少。3.3.3 思維與決策思維過程決策系統主要特征與局限思維過程認識和明確地提出問題分析所提出問題的特點和條件提出假設和考慮解決方法檢驗假設決策系統主要特征與局限人是一個受到限制的理性決策系統人的計算能力是十分有限的工作記憶的限制長時記憶的限制速度很慢3.3.4 注意注意的概念注意的選擇性注意的集中注意的分配注意的廣度注意的穩定性注意的概念注意是依附和伴隨人的認識、情感、意志等心理過程而存在的

53、一種人的心理活動，是心理活動對一定對象的指向和集中。由于感官通道容量有限，人不可能在同一時間內接受周圍環境所提供的一切信息源，而只能從中選擇極少數作為心理活動的對象，這種特性稱為指向性。人的意志對所選擇的對象給予關注和堅持，這種特性稱為集中性。注意的功能包括選擇功能、保持功能和調節及監督功能。注意選擇功能指注意對同一時間作用于人的種種信息源傳播的信息進行過濾和篩選，從而保證了少數進入的信息能得到充分的加工。注意的保持功能使心理活動的內容得以在意識中保持，使心理過程得以持續進行。注意的調節和監督功能表現為排除和抑制來自內部和外部的干擾，使人所從事的各項活動，如信息活動、生產活動、軍事活動等能朝著

54、預定的目標和方向進行。注意的分類無意注意：無意注意是一種初級被動的注意，是一種既無預定目的也不需要付出任何意志努力的注意。它通常是由于周圍環境的變化而引起的一種不由自主的自然而然的注意，所以又稱為不隨意注意。有意注意：有意注意是一種積極主動的較無意注意高一級的注意，是有預定目的的，同時還需要付出意志努力的注意。有意注意受意識的自覺調節和控制，是人類所獨有的一種心理現象，所以也稱為隨意注意。注意的選擇性在任何時候，都有各種信息源同時對人發生作用，但人不可能對這些信息源傳播的信息同時進行加工。在一定的時間內，人只能從眾多的信息源中選擇所需要的信息源進行信息加工。既然有選擇，就必然有漏失，重要的是要

55、選擇恰當，使取樣的信息正好是所需要的。做到注意對象的最佳選擇或最佳取樣，就是以最小的代價得到最大的價值。 由于人的能力資源是有限的，人在觀察某一信息源時，能夠了解這個信息源的最新動向，這是他的所得。但也有一個忽略其他信息源的代價，稱為機會成本，人的注意的選擇就是從這兩方面入手找出最優。注意的分配注意分配是指人在同一時候能把注意分配到一個以上的對象上，即所謂一心二用或一心多用。一般來說，不利于注意集中的因素，都有利于注意分配。刺激的空間位置、相似程度、刺激強度、語義內容等，既是影響注意集中的因素，同時也是影響注意分配的因素。注意范圍有中心與邊緣的區別。 同時發生作用的信息源，處在注意中心與處于邊

56、緣，信息處理的程度會有所不同。處于注意中心的信息源能夠感覺得更清楚，信息處理的效率也高些；處于注意邊緣的信息源，感覺得模糊些，信息處理的效率也低一些。對注意對象的熟悉程度，學習，訓練等都會影響人的注意分配能力。注意的廣度注意的廣度也稱注意的范圍，是同一時間內，意識所能注意到的對象的數量。認知心理學認為，注意的廣度是注視點來不及移動的一瞬間（0.1秒），人所能接收的同時輸入的信息量。認知心理學的實驗研究表明，注意是一種有序的心理資源，當容納了某些信息時就不能再容納其他信息。正常人的注意范圍通常為72個組塊，與短時記憶的容量相同。一般認為，注意對象越集中、排列越有規律、相互間的聯系越趨向于有意義，

57、注意的廣度就越大，反之則越小。知覺任務難度小，注意廣度相對大些；人的知識經驗越豐富，注意廣度也越大，即隨著知識經驗的積累，注意的范圍有所擴大。但注意廣度的擴大是相對的，也是有限的。注意的穩定性注意的穩定性亦稱注意的持久性，是注意較長時間地保持在某些特定事物上的能力，是注意在時間上的特征。注意的穩定性不僅包括注意某一具體對象所能持續的時間，而且包括在注意總任務的支配下，指向和集中于注意對象的各個方面。與注意的穩定性相反的是注意的分散性，也稱分心。分心是由無關刺激物的干擾或單調刺激物的持續作用而引起的離開當前應該指向和集中的對象的一種心理活動，是一種應該用意志去努力克服的狀態。3.4 人的信息輸出

58、操作運動類型操作運動的速度操作運動的準確度3.4.1 操作運動類型定位運動重復運動連續運動逐次運動靜態調整運動3.4.2 操作運動的速度反應時運動時定位運動重復運動反應時心理學研究發現，反應時即為感官接收信息到發生反應的各信息處理階段所耗費的時間的總和，其中包括：感受器將刺激轉化為神經沖動需要138毫秒，將神經沖動傳至大腦等神經中樞需要2100毫秒，神經中樞進行信息處理需要70300毫秒，傳出神經將沖動傳導至肌肉需要1020毫秒，肌肉潛伏期和激發肌肉收縮需要3070毫秒。上述各段時間的總和113528毫秒即為反應時間。顯然，神經中樞的加工過程所耗費的時間為反應時的主要組成部分。影響反應時的因素

59、感覺通道的種類效應器官的特點刺激的強度和刺激的性質刺激出現時間的不確定性訓練程度反應的復雜性個體的身心狀態運動時間運動時間為運動開始至運動結束所耗費的時間，即完成反應動作的時間。運動時間隨運動的距離與方式而改變。一般完成控制操作最少需要300毫秒，因此，從刺激呈現到反應動作完成最少需300毫秒，加上反應時間200毫秒共計500毫秒。在沒有任何預先警告的情況下，反應時間加運動時間一般為0.7-1秒，人對特別例外的事件的運動反應時間甚至可高達數秒。 定位運動的速度(Fitts定律)美國人因工程專家費茲（Fitts）經過研究發現人的手定位速度與目標距離以及目標的寬度相關，并有一定的規律，可用下式表示

60、：MT=a+blog2(2D/W)式中,MT代表運動時間；D代表定位運動距離；W代表定位目標寬度；a , b 是兩個系數。這就是人因工程中非常著名的Fitts定律，它表明定位運動時間隨目標距離的增加而增加；隨目標寬度的增加而縮短。重復運動的速度 重復運動是在速度上有較高要求的運動。對于首輪和曲柄的操作運動，其運動速度受旋轉阻力、旋轉半徑以及是否是優勢受的影響。當旋轉阻力最小，旋轉半徑為3厘米時，旋轉速度為最大，隨著旋轉半徑的增大或減小，旋轉速度也隨之下降。當旋轉阻力為49N、旋轉半徑為4厘米時，曲柄旋轉運動速度為最大。使用不同的手對于運動速度的影響如表3-6所示。對于手指敲擊計算機鍵、打字、發