一、人因工程学的命名及定义

 

人因工程学（Human Factors Engineering）是研究人-机-环境三者之间相互关系的学科，是近几十年发展起来的一门边缘性应用学科。该学科在发展过程中有机地融合了生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和成果，形成自身的理论体系、研究方法、标准和规范，研究和应用范围广泛并具有综合性。该学科的研究目的在于设计和改进人-机-环境系统，使系统获得较高的效率和效益，同时保证人的安全、健康和舒适。

 

目前，该学科在国内外还没有统一的名称。由于该学科研究和应用范围广泛，各学科、领域的专家和学者都试图从自身角度进行学科命名和定义。

 

例如，该学科在美国称为“Human Factors Engineering”（人的因素工程学）或“Human Engineering”（人类工程学），西欧国家称为“Ergonomics”（人类工效学），“Ergonomics”是希腊文，意为“工作法则”。由于该词比较全面地反映了学科本质，词意比较中立，因此，目前许多国家采用希腊文“Ergonomics”作为该学科的命名。日本采用该词的音译，称为人间工学。近年来美国和英国一些学者有将Human Factors与Ergonomics两者融合的意向，称之为人因工效学（Human Factors and Ergonomnics）。

 

我国关于该学科的命名已经出现多种，如人机工程学、人体工程学、工程心理学、人因工程学、人类工效学、人类工程学、人的因素等。近几年使用人因工程学和人类工效学命名的较多，本书旨在强调重视人的因素的作用，故使用人因工程学这一名称。

 

由于该学科在各国的发展过程不同，实际应用的侧重点不同，所以各国学者所概括的定义也不尽相同。

 

国际人类工效学学会（International Ergonomics Association，IEA）将该学科定义为：研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题。

 

《中国企业管理百科全书》将其定义为：研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特征，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。

 

综上所述，人因工程学就是按照人的特性设计和改进人-机-环境系统的科学。

 

人-机-环境系统是指由共处于同一时间和空间的人与其所操纵的机器以及它们所处的周围环境所构成的系统，也可以简称为人-机系统。在上述系统中，人是处于主体地位的决策者，也是操纵者或使用者；机是指人所操纵或使用的一切物的总称，它可以是机器，也可以是设施、工具或用具等；环境是人、机所处的物质和社会环境。人、机、环境在其构成的综合系统中，相互依存、相互制约和相互作用，完成特定的工作过程。

 

为了实现人、机、环境之间的最佳匹配，人因工程学把人的工作优化问题作为追求的重要目标。

 

其标志是使处于不同条件下的人能高效、安全、健康、舒适地工作和生活。高效是指在保证高质量的同时，具有较高的工作效率；安全是指减少或消除差错和事故；健康是指设计和创造有利于人体健康的环境因素；舒适是指作业者对工作有满意感或舒适感，它也关系到工作效率和安全，是对工作优化的更高要求。

 

能同时满足上述条件要求的工作，无疑是高度优化的工作。但实际上同时实现这四方面要求是很困难的。在实际工作中，应根据不同情况，在执行好有关人因工程学标准的前提下允许有轻重之别。随着社会的进步，人的价值日益受到尊重，安全、健康、舒适等因素在工作系统设计和评价中必将受到更广泛的重视。

 

二、人因工程学研究内容

 

一、研究内容

 

人因工程学的研究包括理论研究和应用研究两个方面，但学科研究的总趋势还是侧重应用研究。虽然各国工业基础及学科发展程度不同，学科研究的主体方向及侧重点也不同，但根本研究方向都是通过揭示人-机-环境之间相互关系的规律，以达到确保人-机-环境系统总体的最优化。其主要内容可概括为以下几个方面：

 

（1）研究人的生理与心理特性 人的生理、心理特性和能力限度是人-机-环境系统优化的基础。人因工程学从学科的研究对象和目标出发，系统地研究人体特性，如人的感知特性、信息加工能力、传递反应特性，人的工作负荷与效能、疲劳，人体尺寸、人体力量、人体活动范围，人的决策过程、影响效率和人为失误的因素等。这些研究为人-机-环境系统设计和改善，以及制定有关标准提供科学依据，使设计的工作系统及机器、作业、环境都更好地适应于人，创造高效、安全、健康和舒适的工作条件。

 

（2）研究人机系统总体设计 人机系统的效能取决于它的总体设计。系统设计的基本问题是人与机器之间的分工以及人与机器之间如何有效地进行信息交流等问题。从人与机器的分工上考虑，要研究系统中人与机器的特点和能力限度，在系统设计时，应考虑充分发挥各自的特长，合理分配人与机器的功能，使其相互补充、取长补短、有机结合，以保证系统的整体功能最优。从人与机器的信息交流考虑，要研究人在特定系统中的作用，使设计的机器、环境等要素适应人的特性。同时，还要考虑劳动者个体差异及可塑性，研究人员选拔及培训方式，以提高人的身心素质和技能，这样整体效率才能充分发挥。另外，手控、机控和监控的人机系统特点不同，人的作用也不一样。自动化降低了人的工作负荷，导致人的唤醒水平降低，会影响到系统的安全性。因此，无论自动化程度多高的系统，都必须适当配置人员对系统进行监控和管理。

 

（3）研究人机界面设计 在人机系统中，人与机相互作用的过程，就是利用人机界面上的显示器与控制器，实现人与机的信息交换的过程。显示器是向人传递信息的装置，控制器则是接收人发出去的信息的装置。显示器设计研究包括视觉、听觉、触觉等各种类型显示器的设计研究，同时还要研究显示器的布置和组合问题，使其与人的感觉器官特性相适应。控制器设计研究包括各种操纵装置的形状、大小、位置以及作用力等在人体解剖学、生物力学和心理学等方面的问题，使其与人的运动器官特性相适应。保证人与机之间的信息交换迅速、准确，从而实现系统优化。此外，人与计算机的交互界面设计是近些年人机界面设计的重要方面，网站、智能手机界面、应用软件界面等设计都涉及人机界面设计问题。在这些研究内容中，用户体验、可用性、用户情感都是交互界面设计质量的衡量指标。

 

开发研制任何供人使用的产品（包括硬件和软件），都存在着人机界面设计问题。研究人机界面的组成并使其优化匹配，产品就会在功能、质量、可靠性、造型等方面得到改进和提高，也会增加产品的技术含量和附加值。

 

（4）研究工作场所设计和改善 工作场所设计的合理性，对人的工作效率有直接影响。工作场所设计包括工作场所总体布置、工作台或操纵台与座椅设计、工作条件设计等。研究设计工作场所时，应从生理学、心理学、生物力学、人体测量学和社会学等方面保证符合人的特性和要求。使人的工作条件合理，工作范围适宜，工作姿势正确，达到工作时不易疲劳、方便舒适、安全可靠和提高效率的目的。研究工作场所设计也是保护和有效利用人力资源，发挥人的潜能的需要。

 

（5）研究工作环境及其改善 任何人机系统都处于一定的环境之中，因此人机系统的功能不能不受环境因素影响，人与机相比，人受影响的程度更大。作业环境包括一般工作环境，如照明、颜色、噪声、振动、温度、湿度、空气粉尘和有害气体等，也包括高空、深水、地下、加速、减速、高温、低温及辐射等特殊工作环境。人因工程学主要研究在各种环境下人的生理、心理反应，对工作和生活的影响；研究以人为中心的环境质量评价准则；研究控制、改善和预防不良环境的措施，使之适应人的要求。其目的是为人创造安全、健康、舒适的作业环境，提高人的工作、生活质量，保证人-机-环境系统的高效率。除以上的物理环境因素外，还要注意研究社会环境因素对人工作效率的影响。

 

（6）研究作业方法及其改善 作业是人机关系的主要表现形式，也是人机系统的工作过程，只有通过作业才能产生系统的成果。人因工程学主要研究人从事体力作业、技能作业和脑力作业时的生理与心理反应、工作能力及信息处理特点；研究作业时合理的负荷及能量消耗、工作与休息制度、作业条件、作业程序和方法；研究适宜作业的人机界面。除硬件机器外，还包括软件，如规则、标准、制度、技法、程序、说明书、图样、网页等，都要与作业者的特性相适应。软件设计除考虑生理、心理因素外，还要重视管理、文化、价值体系、经验和组织行为等因素的影响。以上研究的目的是寻求经济、省力、安全、有效的作业方法，消除无效劳动，减轻疲劳，合理利用人力和设备，提高系统效率。

 

（7）研究系统的安全性和可靠性 人机系统已向高度精密、复杂和快速化发展。而这种系统的失效将可能产生重大损失和严重后果。实践表明，系统的事故绝大多数是由人因失误造成的，而人因失误则是由人的不注意引起的。因此，人因工程要研究人因失误的特征和规律，人的可靠性和安全性，找出导致人因失误的各种因素，以改进人一机-环境系统，通过主观和客观因素的相互补充和协调，克服不安全因素，搞好系统安全管理工作。

 

（8）研究组织与管理的效率 人一机-环境系统的研究应与组织、管理、文化和社会相适应。因此，人因工程学要研究人的决策行为模式；研究如何改进生产或服务流程；研究使复杂的管理综合化、系统化，形成人与各种要素相互协调的信息流、物流等管理体系和方式；研究特殊人才的选拔、训练和能力开发，改进对员工的绩效评定管理；研究组织形式与组织界面，便于员工参与管理和决策，使员工行为与组织目标相适应。

 

三、人因工程学的研究方法和步骤

 

一、人因工程学的研究方法论基础

 

研究方法在科学发展中具有重要作用，只有掌握科学的研究方法才会使研究工作取得预期的结果。

 

唯物辩证法是所有科学研究的方法论基础。人因工程学的研究只有以此方法论为指导，才能正确地制定技术路线，采取科学合理的具体研究方法，并对研究结果做出客观的科学结论。根据方法论基础及人因工程学科自身特点，在研究中要特别注意客观性和系统性。

 

客观性是指研究者在工作中应坚持实事求是的科学态度，根据客观事实的本来面目去揭示事物内在的规律性，不能以个人主观臆断解释客观事实。这就要求研究人员要以科研和生产实际需要选择研究课题；在研究过程中，要全面、真实、具体地记录情境条件和研究对象的各种反应；在分析结果时，一定从客观事实出发得出结论。

 

系统性是指把研究对象放到系统中加以研究和认识。20世纪40年代以来发展起来的系统论、信息论和控制论等系统科学理论为人因工程学科的研究提供了新思想、新观点。

 

人因工程学的主要研究对象是人-机-环境系统。系统中人、机器、环境这三大要素之间存在着相互制约和相互协同的关系，整个系统的性能不同于各要素性能的简单相加，同时，人、机器、环境各自构成了自己的系统。用系统观点研究人-机-环境系统时，必须从系统的整体出发去分析各子系统的性能及其相互关系，再通过对各部分相互作用的分析来认识系统整体。

 

在研究设计和改进系统功能的过程中，要寻求各要素之间的最合理的配合，以取得最好的效果。

 

二、主要研究方法

 

人因工程学是由多学科交叉形成的，应用领域非常广泛，因此其研究方法也很多。下面简要介绍几种主要研究方法：

 

（一）调查法

 

调查法是获取有关研究对象资料的一种基本方法。它具体包括访谈法、考察法和问卷法。

 

（1）访谈法 它是研究者通过询问交谈来收集有关资料的方法。访谈可以是有严密计划的，也可以是随意的。无论采取哪种方式，都要求做到与被调查者进行良好的沟通和配合，引导谈话围绕主题展开，并尽量客观真实。

 

（2）考察法 它是研究实际问题时常用的方法。通过实地考察，发现现实的人一机-环境系统中存在的问题，为进一步开展分析、实验和模拟提供背景资料。实地考察还能客观地反映研究成果的质量及实际应用价值。为了做好实地考察，要求研究者熟悉实际情况，并有实际经验，善于在人、机、环境各因素的复杂关系中发现问题和解决问题。

 

（3）问卷法 它是研究者根据研究目的编制一系列问题和项目，以问卷或量表的形式收集被调查者的答案并进行分析的一种方法。

 

例如，通过问卷调查某一种职业的工作疲劳特点和程度，让作业者根据自己的主观感受填写问卷调查表，研究者经过对问卷回答结果的整理分析，可以在一定程度上了解这种职业的工作疲劳主要表征和疲劳程度等。

 

这种方法有效应用的关键在于问卷或量表的设计是否能满足信度、效度的要求。所谓信度即可靠性；效度即有效性，是指研究结果要真实地反映所评价的内容。

 

问卷提问用语要通俗易懂，回答应力求简洁明了，容易被调查者掌握。

 

（二）观测法

 

观测法是研究者通过观察、测定和记录自然情境下发生的现象来认识研究对象的一种方法。

 

这种方法是在不影响事件的情况下进行的，观测者不介入研究对象的活动中，因此能避免对研究对象的影响，可以保证研究的自然性和真实性。

 

例如，观测生产现场的照度、噪声情况，作业的时间消耗，流水线生产节奏是否合理，工作日的时间利用情况等，进行这类研究，需要借助仪器设备，如照度计、噪声测量仪、秒表、录像机等。

 

应用观测法时，研究者要事先确定观测目的并制订具体计划，避免发生误观测和漏观测的现象。为了保证能够正确全面地感知客观事物，研究者不但要坚持客观性、系统性原则，还需要认真细微地做好观测的准备工作。

 

（三）实验法

 

实验法是在人为控制的条件下，排除无关因素的影响，系统地改变一定变量因素，以引起研究对象相应变化来进行因果推论和变化预测的一种研究方法。在人因工程学研究中这是一种很重要的方法。它的特点是可以系统控制变量，使所研究的现象重复发生，反复观察，不必像观测法那样等待事件自然发生，使研究结果容易验证，并且可对各种无关因素进行控制。

 

实验法分为两种，实验室实验和自然实验。

 

实验室实验是借助专门的实验设备，在对实验条件严加控制的情况下进行的。由于对实验条件严格控制，该种方法有助于发现事件的因果关系，并允许人们对实验结果进行反复验证。缺点是主试严格控制实验条件，使实验情境带有极大的人为性质，被试意识到正在接受实验，可能干扰实验结果的客观性。

 

自然实验也称为现场实验，在某种程度上克服了实验室实验的缺点。自然实验虽然也对实验条件进行适当控制，但由于实验是在正常的情境中进行的，因此实验结果比较符合实际。但是，由于实验条件控制不够严格，有时很难得到精密的实验结果。

 

实验中存在的变量有自变量、因变量和干扰变量三种。

 

自变量是研究者能够控制的变量，它是引起因变量变化的原因。自变量因研究目的和内容而不同，如因照度、声压级、标志大小、仪表刻度、控制器布置、作业负荷等的不同而不同。自变量的变化范围应在被试的正常感知范围之内，并能全面反映对被试的影响。

 

因变量应能稳定、精确地反映自变量引起的效应，具有可操作性；能充分代表研究的对象性质，具有有效性。同时尽可能要求指标客观、灵敏和定量描述。鉴于以上要求，实验法中一般采用三类指标：

 

①操作者绩效指标，如反应时间、失误率、质量和效率等。

 

②生理指标，如心率、呼吸数、血压等生理指标随劳动强度的变化情况。

 

③主观评价，是指操作者的主观感受，如监控作业，操作者的精神负荷产生的效应远大于体力负荷的效应。主观评价比绩效更能反映作业时机体的状态。因变量根据研究的性质和条件，可选取多项指标进行测量和分析，这样可避免采用单一指标的局限性。

 

干扰变量按其来源可分为个体差异、环境条件干扰及实验污染三个因素。

 

个体差异因素是指被试在实验中随时间推移而产生身心变化或选择的被试不符合取样标准而使样本出现偏差等。

 

环境条件干扰是指环境条件对实验的影响，如听觉测试中噪声的干扰、测试仪器的系统误差等。

 

实验污染是指由于多次对被试施加处理和反复测试而形成的交互作用影响研究结果的准确性。

 

实验中应采取实验控制法使干扰变量减小到最低限度。主要控制方法包括：让被试在已经适应的环境下进行实验；实验中使环境干扰因素保持恒定；采用随机或抵消等方法消除被试差异和测试顺序产生的干扰效应；设立实验组和控制组，两组除控制的自变量不同外其他条件完全相同。这样两组因变量的差异可反映自变量的效应。

 

（四）心理测量法

 

人因工程的研究中，除了要测量光、声、温湿度、空气污染物等客观对象的量值外，还必须对人的主观感觉进行度量。

 

心理测量法（也称为感觉评价法）是运用人的主观感受对系统的质量、性质等进行评价和判定的一种方法，即人对事物客观量做出主观感觉评价。客观量与主观量存在着一定差别。在实际的人-机-环境系统中，直接决定操作者行为反应的是他对客观刺激产生的主观感觉。因此，对人有直接关系的人-机-环境系统设计和改进时，测量人的主观感觉非常重要。

 

心理测量对象可分为两类，一类（A）是对产品或系统的特定质量、性质进行评价，如对声压级、照明的照度及亮度、空气的干湿程度、长度、重量、表面状况等进行评价。

 

另一类（B）是对产品或系统的整体进行综合评价，如对舒适性、使用性、居住性、工作性、满意度、爱好、兴趣、情绪、感觉、购物动机、消费者态度等进行评价。前者可借助计测仪器或部分借助计测仪器进行评价；而后者只能由人来评价。

 

感觉评价的主要目的包括：按一定标准将各个对象分成不同的类别和等级；评定各对象的大小和优劣；按某种标准度量对象大小和优劣的顺序等。

 

（五）心理测验法

 

在操作人员素质测试、人员选拔和培训中，广泛使用心理测验方法。心理测验法是以心理学中有关个体差异理论为基础，将操作者个体在某种心理测验中的成绩与常模做比较，用以分析被试心理素质特点。

 

心理测验按测试方式分为团体测验和个体测验。前者可在同一时间内测量大量人员，比较节省时间和费用，适合时间紧、待测人数较多的场合；后者则个别进行，能获得更全面和更具体的信息，但时间较长。心理测验按测试内容分为能力测验、智力测验和个性测验。

 

无论何种测验，都必须满足以下两个条件。第一，必须建立常模。常模是某个标准化的样本在测验上的平均得分。它是解释个体测验结果时参照的标准。只有把个人的测验结果与常模做比较，才能表现出被试的特点。第二，测验必须具备一定的信度和效度，即准确而可靠地反映所测验的心理特性。人的能力素质并非是恒常的，所以不能把测验结果看成是绝对不变的。

 

（六）图示模型法

 

图示模型法是采用图形对系统进行描述，直观地反映各要素之间的关系，从而揭示系统本质的一种方法。这种方法多用于机具、作业与环境的设计和改进，特别适合于分析人机之间的关系。

 

在图示模型法中，应用较多的是三要素图示模型。这是一种静态图示模型，把人和机的功能都概括为三个基本要素。人的三要素是中枢神经系统、感觉器官和运动器官；机具的三要素是机器本体、显示器和控制器。

 

图1-1a所示为三要素图示模型形式；图1-1b所示为驾驶员-汽车图示模型示例。图中方框的大小和要素之间连线的粗细均表示重要程度。通过这种图示模型，可以清楚表明各个要素之间如何连接并构成系统的。

 

同理可以绘出各种机具，如家电、计算机、售货机、工具、作业的图示模型，从而清楚地了解人体与机具各部位的对应关系。

 

此外，动态图示模型有方框图和流程图等。这些模型主要以时间顺序这一动态特性为中心，对系统进行描述，用于表现人机系统的结构和时间动态特征。

 

这些模型都可以通过数学或计算机模拟来求得系统的动态特性，如汽车、飞机与驾驶员构成的系统动态特性。人因工程的研究方法还有很多，如工作研究（方法研究和作业测定）、模拟法、使用频率分析、设备关联性分析、系统分析评价法，以及相关学科的研究方法。

 

三、研究方法的效度与信度

 

在人-机-环境系统中，人的行为受很多因素影响，所以不容易测试。而人因工程学的研究成果大多直接或间接地应用于生产和生活实际，其研究质量将对实践产生显著的影响。因此，要准确地揭示人-机-环境系统的规律性，必须使所用的研究方法具有可靠性（信度）和有效性（效度）。

 

研究方法的效度、信度是评价研究方法科学性的重要标准。在开展研究的同时，要注意所选研究方法的信度和效度，并对研究结果进行总结、评价和改进。

 

（1）效度 效度是指研究结果能真实地反映所评价的内容。可从不同角度研究效度，应用比较广泛的是内部效度和外部效度。

 

1）内部效度。内部效度是指研究中各变量间确实存在着一定的因果关系。譬如在研究中，研究者发现，随着目标亮度的增大，观察者的效绩（反应时间、判读正确率等）也在提高，并且排除了其他因素作用的可能性。这种研究就具有内部效度，即其效绩的改变的确是由于照明水平的变化引起的，两者之间存在着因果关系。

 

2）外部效度。外部效度是指某一研究的结论能够在多大程度上推广和普及到其他的人和背景中去。例如，在实验室条件下研究得到的学习曲线是否能应用于实际生产作业中，若是，则表明该研究有较高的外部效度。

 

一项良好的人因工程学研究应满足上述两方面的效度要求。

 

（2）信度 信度是指研究方法和研究结果的可靠性，即多次测量的结果保持一致性的程度。如果一个测验的可靠度高，那么，同一个人多次接受这个测验时，就应得到相同或大致相同的成绩。实际研究中通常用三种方法估计信度。

 

一是稳定性系数法，它是指用同样的方法在不同的时间先后对研究对象进行测量所得结果之间的一致性。

 

二是等值性系数法，它是用两种基本相同的测量方法（指测量内容性质相似，形式相同），在极短的时间内对研究对象进行测量得到的结果的一致性。

 

三是内部一致性系数法，它是指一次测量中各部分测量结果之间的一致性。

 

在人因工程研究中，通常采用抽样的方法进行观察和测量。因此，样本的选择及对测量结果的统计处理直接影响研究的效度和信度。

 

（1）研究样本的选择 在人因工程学研究中，通常要求选择的研究对象满足研究问题所需要的素质。除此之外，要保证样本数量能代表所要研究的对象的全体。

 

当研究对象的总体很大，或观察值较为分散时，通常把样本选得大一些，例如，工程人体测量研究就常采用大样本。

 

当研究的问题比较简单、个体间差异不太大时，如在有关感觉、知觉、记忆等研究中，一般可选用较少的研究对象做多次的反应来进行研究。

 

抽样的具体方式包括随机抽样和非随机抽样。随机抽样方法又包括分层抽样、简单随机抽样、系统抽样、整群抽样、多级抽样等。人因工程研究中常用到分层抽样方法。它是从一个可以分成不同子总体（或称为层）的总体中，按规定的比例从不同层中随机抽取样本（个体）的方法。

 

例如，人体尺寸测量，采用分层抽样的方式，可以根据年龄、性别、地域等变量将总体划分成不同层，然后从不同的层中按比例随机抽取样本，这样就可以从样本的测量结果来推断总体的人体尺寸数据。

 

（2）统计分析的正确性。统计分析的正确性取决于良好的数据质量和所选择的统计方法的正确性。

 

人因工程学研究中常需要对测量的结果进行统计分析，需要不同的分析方法。有对数据进行组织和概括的描述性统计方法，如表示数据集中程度的平均数、中位数和众数，以及表示数据离散趋势的方差、标准差等。

 

也包括在数据分析的基础上做出统计推论的推断统计方法，如T检验，F检验和x2检验等。不同的统计方法适用于特定的研究设计。

 

它们对数据的质量也有一定要求，所以，研究者在进行数据分析时，应根据具体的研究要求选择正确的统计方法。

 

四、人因工程学的研究步骤

 

人因工程学的研究，除对学科的理论进行基础研究外，大量的研究还是对与人直接相关的机具、作业、环境和管理等进行设计和改进。虽然所设计和改进的内容不同，但都应用人一机-环境系统整体优化的处理程序和方法。下面介绍人因工程学的研究步骤：

 

（一）机具的研究步骤

 

机具类包括机械、器具、设备设施等，见表1-1。被服尽管与上述机具不同，但也是人类的一种用具，在研究步骤与方法上有相同之处。机具的设计与改进的一般步骤如下：

 

（1）确定目的及功能 首先确定设计和改进机具的目的，然后找出实现目的的手段，即赋予机具一定的功能。实现目的的方案越多，选择余地越大，在一定的限制条件下，容易得到更优的方案。因此，应将目的定得高一些，从广阔的视野设想出多种方案。

 

图1-2所示为目的与功能关系图。由图可见，实现目的的功能有多种，用a，b，c···表示。为了实现功能a,b,c···,目的又必须设想出功能 作为实现的手段。如果最初目的作为大目的，则功能a，b，c···就是中目的，依此类推，更具体的功能···就是小目的， ···就是更小目的。该图表述了由上至下的目的与功能构成的系统。在功能展开过程中，由目的求功能时考虑“怎么办”，由功能求目的时考虑“为什么”。

 

图1-2 目的与功能关系图

 

（2）人与机具的功能分配 整个系统的功能确定后，就要考虑在人与机具之间如何进行功能分配。为此，必须对人和机具的能力特性进行比较，以充分发挥各自的特长。

 

简言之，人的能力特长是具有智能、感觉、综合判断能力、随机应变能力、对各种情况的决策和处理能力等；而机械则是作用力强、速度快、连续作业能力和耐久性能好等。根据实现目的的要求，对人与机器的能力进行具体分析，合理地进行功能分配。

 

有时人分担的功能减少，机器的功能就相应增加；人分担的功能增加，机器的功能就相应减少。例如，汽车的手动变速实现了自动化，照相机的光圈和对焦实现了自动化，从而减少了人分担的功能。衣服上多些口袋来携带工具等，就会扩大手的功能。在大规模系统、运输系统以及安全、防灾设备中，应纠正单纯追求机械化、自动化的倾向，必须考虑充分发挥人的功能。

 

（3）模型描述 人机功能分配确定后，接着用模型对系统进行具体的描述，以揭示系统的本质。模型描述一般分为语言（逻辑）模型描述、图示模型描述和数学模型描述等，它们可单独或组合使用。语言模型可描述任何一种系统，但不够具体；数学模型很具体，便于分析和设计，但在表现实际系统时受到限制，多用于描述整个系统中的一部分；图示模型应用广泛，而且在其中可以加入语言模型和数学模型进行说明。

 

另外，图示模型便于表示各要素之间的相互关系，特别是人机之间的关系。因此，实际上多使用含有语言或数学式的图示模型。

 

（4）分析 在用模型对系统进行描述的基础上，再对人的特性、机具的特性和系统的特性进行分析。人的特性除包括基本特性，如形态特性、功能特性外，还包括复杂特性，如人因失误和情绪等，在分析时要进行必要的计测和数据处理。机具的特性包括性能、标准和经济性等。整个系统的特性包括功能、制造容易、使用简单、维修方便、安全性和社会效益等。

 

（5）模型的实验 如果需要更详细的设计或改进数据时，可以在上述分析数据的基础上制作出机具的模型，再由人使用该机具模型，反复实验研究。这样可以取得更具体的数据资料或从多个方案中选择最优方案。模型可分为实物大小模型和缩小模型。缩小模型不但经济而且易于操作。

 

模型实验可根据实际需要采用变量不同的模型，如有单件的机具和被服的模型；有核电站控制中心整体人机界面关系以及船舶设备配置与乘员之间关系这样的大规模实验模型。此外，还有把实验的重点放在关键功能上而省略其他方面的模型。

 

（6）机具的设计与改进 最后是确定机具的最优方案，并进行具体的设计和改进。最优方案是根据上述分析实验结果进行评价确定的。设计和改进完成后，甚至试制品出来后，还要继续进行评价和改进，以求更加完善。其中特别重要的是机具与人的功能配合是否合理的评价，因此经常应用由人直接参与的感觉评价法。

 

（二）作业的研究步骤

 

为了获得最佳作业，需要不断研究、设计和改进作业方法、作业量、作业姿势和作业机具及其布置等。所谓最佳作业是指最适合于人的各种特性，疲劳程度最小，人因失误最少，安全可靠，使人感到舒适而效率高的作业。设计和改善作业方法的步骤如下：

 

1）确定作业的目的和实现该目的的功能。

 

2）确定作业中人员和机具的功能分配。

 

3）用作业模型表示作业对象的作业顺序、时间、使用的机具和材料等。作业模型主要用语言模型和图示模型。例如，各种工序分析图就属于图示模型。

 

4）对作业人员的特性进行计测、数据处理和分析，对作业特性进行实验研究。

 

5）提出各种方案，并对这些方案进行作业研究和评价，以确定最佳的作业方案。

 

6）实施最佳作业方案，并对实施效果进行评价。

 

（三）环境的研究步骤

 

人类为了追求最佳环境，不断地对照明、颜色、声音、微气候、粉尘等进行研究，使周围的环境适于工作和生活。所谓最佳环境，是指最适宜人的各种特性，使人类能够高效率工作和舒适生活的环境。设计和改进环境的方法与机具的研究有类似之处，可采取以下步骤：

 

1）确定目的，明确研究环境的重点因素，如照明、噪声、微气候等。

 

2）通过实验和理论研究分析环境因素对人的影响，这些影响可用图示模型和数学模型来描述。

 

3）提出多种方案，在分析评价的基础上，确定最佳方案，有时还需进行小规模实验。

 

4）实施环境改善方案，并不断完善。

 

此外，组织与管理方面的研究步骤与上述几方面也大体相似，主要包括：寻找问题，确定目的；明确各相关要素的功能；提出方案，分析、评价、选优；系统设计和改进；实施、总结和完善。以上概括的研究步骤对新系统的设计和现有系统的改进都是适用的。