技術(shù)與設(shè)計(jì)中人機(jī)關(guān)系的拓展

郎海波

【摘 要】人機(jī)關(guān)系是人機(jī)工程學(xué)的一部分，課本對(duì)什么是人機(jī)關(guān)系，人機(jī)關(guān)系要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，怎樣實(shí)現(xiàn)合理的人機(jī)關(guān)系進(jìn)行了闡述并引用了幾個(gè)案例加以說明，但是作為教師僅僅了解這些還是不夠的，本文將對(duì)人機(jī)關(guān)系從理論和實(shí)踐上進(jìn)一步深入研究，以利于能夠更好地進(jìn)行教學(xué)。

一、人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展

人機(jī)工程學(xué)是20世紀(jì)50年代前后發(fā)展起來的，今天它已成為一切工程技術(shù)人員必不可少的工具，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)的重要手段。什么是人機(jī)工程學(xué)：把機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)成十分符合人類的工作或動(dòng)作的法則。盡管人機(jī)工程學(xué)直到20世紀(jì)才出現(xiàn)，然而，有證據(jù)表明人機(jī)工程學(xué)原理實(shí)際上在2500年前就已經(jīng)為人們所知并確定下來。

第一階段是人適應(yīng)機(jī)器的被動(dòng)階段，在這一階段中，機(jī)器相對(duì)來說還是比較簡單，對(duì)操作人員稍加訓(xùn)練即可適應(yīng)機(jī)器的要求。其真正的形成是在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)，作戰(zhàn)雙方為了提高作戰(zhàn)能力，使士兵能更好操縱武器，都聘請(qǐng)了心理學(xué)家?guī)椭鉀Q諸如戰(zhàn)時(shí)兵種分工，特種人員的選擇與訓(xùn)練，以及軍工生產(chǎn)的疲勞等問題。這一時(shí)期的特點(diǎn)是運(yùn)用心理學(xué)來選擇和訓(xùn)練人，使人適應(yīng)于機(jī)器，其研究者大多為心理學(xué)家，這是人機(jī)工程學(xué)的萌芽階段。

第二階段是讓機(jī)器適應(yīng)于人的階段。第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)以后，由于戰(zhàn)爭的需要，出現(xiàn)了許多新技術(shù)，如雷達(dá)、聲納等，這不僅提高了武器系統(tǒng)的性能，同時(shí)也增加了武器系統(tǒng)的操作難度。在這種情況下，要使操作人員能夠勝任復(fù)雜的操作，就必須對(duì)操作人員實(shí)行更嚴(yán)格的挑選，或經(jīng)過長期的訓(xùn)練，這顯然不適應(yīng)戰(zhàn)爭的需要。這就迫使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)對(duì)象上下功夫，即從武器設(shè)計(jì)一開始就認(rèn)真考慮潛在操作人員的生理、心理特點(diǎn)。使其在結(jié)構(gòu)上就能確保適應(yīng)一般人的操作。顯然，這樣的研究單靠生理學(xué)家已無法進(jìn)行，而必須會(huì)同工程技術(shù)人員共同解決。戰(zhàn)后，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，上述趨勢也逐漸向民用領(lǐng)域擴(kuò)展。如汽車、機(jī)械設(shè)備、建筑、生活設(shè)施及生活用具等，所涉及的與人的因素的問題愈來愈多，人機(jī)工程學(xué)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

第三個(gè)階段是將人—機(jī)器—環(huán)境作為一個(gè)整體來研究的階段。近20年來，工業(yè)技術(shù)獲得了更大的發(fā)展，機(jī)械化和自動(dòng)化已大規(guī)模地使用機(jī)械能來代替肌肉的力量。使機(jī)器變得更有力量，并互相結(jié)合起來，從而給機(jī)器的控制和操作帶來了意想不到的困難。人與機(jī)器乃至于環(huán)境之間的關(guān)系越來越復(fù)雜，這意味著人們絕不能再孤立地設(shè)計(jì)每一臺(tái)機(jī)器了。也就是說，在機(jī)器設(shè)計(jì)中必須將其與潛在的操作者、未來的運(yùn)行環(huán)境條件聯(lián)系在一起，作為一個(gè)完整的系統(tǒng)來設(shè)計(jì)。例如，汽車的設(shè)計(jì)，在高速公路上行駛的汽車是一個(gè)由人（駕駛員）、機(jī)（汽車）和環(huán)境（高速公路）組成的一個(gè)相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)。駕駛員坐在車中，根據(jù)汽車速度表可以知道汽車當(dāng)時(shí)的速度，然后根據(jù)道路狀態(tài)與道路標(biāo)志信號(hào)判斷速度和方向，以便做出加快或減慢或改變方向的反應(yīng)。其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障，如汽車操作系統(tǒng)失靈、道路標(biāo)志不全或駕駛員酗酒等，都會(huì)導(dǎo)致事故。因此，要成功地設(shè)計(jì)汽車，在人機(jī)工程學(xué)方面，除了必須考慮駕駛員本身的特性及其各種界限值以外，還必須考慮汽車未來的運(yùn)行環(huán)境。只有在設(shè)計(jì)中充分考慮了人—機(jī)器—環(huán)境之間的關(guān)系，才能保證駕駛員運(yùn)轉(zhuǎn)在安全性很強(qiáng)的系統(tǒng)中，同時(shí)也使該系統(tǒng)成為能夠告訴奔馳的系統(tǒng)。這樣的汽車設(shè)計(jì)才是成功的。

人機(jī)系統(tǒng)

在今天要成功設(shè)計(jì)一件產(chǎn)品必須采取系統(tǒng)的觀點(diǎn)，而不能孤立地只從產(chǎn)品本身來考慮。當(dāng)設(shè)計(jì)者用系統(tǒng)的觀點(diǎn)來看待未來的操作者——人時(shí)，就能從只考慮人在操作中的個(gè)別細(xì)節(jié)的過程中解脫出來。并站在較高的層次上來檢驗(yàn)人與系統(tǒng)中其他組成部分之間完整的相互關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)中人與機(jī)器功能分配的相對(duì)程度，可將人機(jī)系統(tǒng)分為以下三種類型。

第一種是人工系統(tǒng)。這是由人、手動(dòng)工具和其他輔助手段結(jié)合而組成的。這里的輔助手段也必須由操作者以自己的體力來進(jìn)行操作，操作者運(yùn)用他的工具來傳遞，并從中接受大部分信息，其工作節(jié)奏和步調(diào)可以完全由自己掌握。

第二種類型是機(jī)械系統(tǒng)。如機(jī)床是由不同的零件適當(dāng)結(jié)合在一起組成的，其動(dòng)力通常由機(jī)械提供，操作者的作用基本上是執(zhí)行其中某一部分的控制。每個(gè)獨(dú)立的機(jī)械系統(tǒng)還可以連接在一起，以形成更完整的生產(chǎn)線。

第三種類型為全自動(dòng)系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，所有的操作功能，包括檢測、處理信息、做出決定和完成動(dòng)作，都由機(jī)械來執(zhí)行。但這種系統(tǒng)需要人事先所有可能預(yù)料出現(xiàn)的各種輸入信息的結(jié)合方式做出周密的考慮。

二、人機(jī)工程學(xué)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的融合

有三種方法可以在設(shè)計(jì)中將與人有關(guān)的因素特性融入產(chǎn)品中去：

1.產(chǎn)品的演化;

2.直覺意會(huì);

3.在設(shè)計(jì)中應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)技術(shù)。

演化的過程一直是最普遍的。自從有歷史記載開始，人類就通過試驗(yàn)和失敗不斷地發(fā)展勞動(dòng)工具。例如，遠(yuǎn)古的狩獵工具和同期的手工工具，如木匠的木棰，都被改進(jìn)以提高它們的易用性和功能性，因此，那些經(jīng)過演變而成的設(shè)計(jì)通常比現(xiàn)代的設(shè)計(jì)要好一些。然而這種演化過程有一個(gè)最大的缺陷，那就是花費(fèi)的時(shí)間太久。

直覺意會(huì)是第二種將人機(jī)工程學(xué)融入設(shè)計(jì)產(chǎn)品中的方法。設(shè)計(jì)師可以簡單地決定產(chǎn)品的用戶界面是怎么樣，以及功能如何，完全依賴個(gè)人傾向及引導(dǎo)。結(jié)果經(jīng)常是產(chǎn)品適合某個(gè)工程師或技術(shù)專家卻未必適合未來的使用者。

第三種方法是通過在設(shè)計(jì)中引入人機(jī)工程學(xué)技術(shù)將人的因素設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中。人機(jī)工程學(xué)技術(shù)包括方法和數(shù)據(jù)，兩種經(jīng)常使用的方法是：試驗(yàn)方法和理論方法。

試驗(yàn)方法包括在觀察數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上引用特殊的設(shè)計(jì)方法，盡管這種方法受到高度贊揚(yáng)，但設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法在一些特定的情況下是自相矛盾的，需要良好的判斷，并且在設(shè)計(jì)改變時(shí)必須更新。人的行為理論的發(fā)展，在闡述設(shè)計(jì)問題時(shí)具有普遍的應(yīng)用價(jià)值，然而，一個(gè)模型或理論的不完整或是一些重要的變量被忽視時(shí)，就會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

三、以人為中心的設(shè)計(jì)

共用性設(shè)計(jì)是人機(jī)工程學(xué)“以人為中心”的設(shè)計(jì)理念的最高發(fā)展，

共用性設(shè)計(jì)是在有商業(yè)利潤的前提下和現(xiàn)有生產(chǎn)條件下，產(chǎn)品（廣義的，包括器具、環(huán)境、系統(tǒng)、和過程）的設(shè)計(jì)盡可能使不同能力的使用者（例如殘疾人、老人、小孩等）、在不同外界條件下能夠安全、舒適地使用的一種設(shè)計(jì)過程。共用性設(shè)計(jì)是人機(jī)工程學(xué)“以人為中心”的設(shè)計(jì)理念的最高發(fā)展。由美國人Ron Mace于20世紀(jì)70年代最先提出，是在無障礙設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。共用性設(shè)計(jì)是對(duì)無障礙設(shè)計(jì)的發(fā)展和完善，它包含了無障礙設(shè)計(jì)對(duì)弱勢群體的關(guān)愛，同時(shí)彌補(bǔ)了無障礙設(shè)計(jì)將弱勢群體和大眾分離的不足。例如像計(jì)算機(jī)鍵盤中的F、J鍵上的小凸起，它原來的設(shè)計(jì)意圖是使視力有障礙者能夠準(zhǔn)確定位鍵盤，但眾所周知，它的設(shè)計(jì)給視力健全者也帶來了極大的方便。又如，在日本一些城市的十字路口，在采用紅綠燈的視覺信號(hào)傳遞通行信息的同時(shí)還伴有聲音信號(hào)。當(dāng)綠燈亮?xí)r，同時(shí)發(fā)出悅耳的音樂，這是為盲人設(shè)計(jì)的無障礙裝置，但對(duì)視力健全人來說，也是一種幫助和提醒裝置。這些都是共用性設(shè)計(jì)的例子，既考慮了普通人的需求，又考慮了特殊人群的需求。

必須承認(rèn)，任何產(chǎn)品不可能滿足所有的使用者，因?yàn)榭偞嬖谥恍﹪?yán)重的肢體殘疾、感覺器官殘疾和認(rèn)知能力障礙的人群，他們無法使用某些產(chǎn)品。然而，共用性設(shè)計(jì)也不是專門針對(duì)殘疾人或老年人、兒童等弱勢人群設(shè)計(jì)，在一般情況下的普通人在特殊情況下也有可能成為特殊人群，例如：

如圖所示是一款容量可調(diào)的勺子，液體、固體均可適用，勺子柄上有公制和英制兩種刻度，滑動(dòng)按鈕能快速準(zhǔn)確地調(diào)整容量。在這里一個(gè)普通人員在使用這把勺子的時(shí)候如果要用到英制單位時(shí)候他就成為一個(gè)特殊人群。

共用性設(shè)計(jì)核心理念是為了盡可能多的人能舒適地使用產(chǎn)品，同時(shí)不讓殘疾人士或其他人員使用產(chǎn)品時(shí)感到心理上的不適或自卑，同時(shí)也讓普通人員在使用產(chǎn)品時(shí)獲益。

四、人機(jī)工程學(xué)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)

在人們?nèi)粘Ｉ钆c工作中，經(jīng)常會(huì)與各種產(chǎn)品打交道，即使是最簡單的產(chǎn)品，如果設(shè)計(jì)得不好，也會(huì)給使用帶來不便。在使用這些產(chǎn)品的過程中，人們經(jīng)常會(huì)遇到各種不便、不舒適甚至不安全。為什么經(jīng)過一次長途旅行后，車的座位使你感到疼痛？為什么有些電器難以按照標(biāo)簽指示操作？人機(jī)工程學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中可以幫助人們解決這些問題?，F(xiàn)在不少工業(yè)先進(jìn)的國家已把人機(jī)工程學(xué)方面的指標(biāo)作為國家標(biāo)準(zhǔn)予以制定。

我們教師平時(shí)就可以關(guān)注生活中有關(guān)產(chǎn)品的人機(jī)關(guān)系設(shè)計(jì)，在教學(xué)中我們就會(huì)有很生動(dòng)的實(shí)例。我在購買家電時(shí)就發(fā)現(xiàn)有些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)比較關(guān)注人機(jī)關(guān)系的設(shè)計(jì)，比如某款微波爐設(shè)計(jì)了下拉門，放平可以當(dāng)料理臺(tái)使用，做菜放物很方便。又設(shè)計(jì)了兒童鎖，設(shè)定此功能雖可啟動(dòng)微波爐但無微波輸出，可防止兒童誤操作保證安全。當(dāng)食物烹飪完畢后，如果忘記拿取食物，微波爐每隔兩分鐘響一次提醒拿取食物。延時(shí)啟動(dòng)功能設(shè)計(jì)，在按好啟動(dòng)鍵的6秒鐘后，微波爐磁控管才開始運(yùn)作，避免使用者與工作中的微波爐“親密接觸”。再比如我們到加油站去加油，如果我們的汽車加錯(cuò)了油，比如加柴油的錯(cuò)加了汽油，這可是麻煩的事，這雖然是由于人為的原因造成的，但是我們?cè)谠O(shè)計(jì)加油機(jī)和汽車油箱加油口時(shí)，能否考慮到加錯(cuò)油的可能呢？能否設(shè)計(jì)一個(gè)防錯(cuò)設(shè)計(jì)，比如汽油車和柴油車的油箱加油口的形狀不同，同時(shí)加油機(jī)的槍口和它匹配，這樣的話，即使把加柴油的槍口拿到汽油車的油箱加油口也加不進(jìn)油了。

五、這幾年在高考試卷中所涉及的有關(guān)人機(jī)關(guān)系的問題

例1：如圖一所示的電線夾可以方便地夾在電源線上，電線夾的兩面分別有盲文、圖案和文字，可以方便快捷地區(qū)分出不同電器的電源線。從人機(jī)關(guān)系角度分析，該設(shè)計(jì)考慮了產(chǎn)品使用的高效性以及不僅考慮了普通人使用也考慮了特殊人群（盲人）的使用方便。

圖一

例2：如圖二所示的圖形化開關(guān)面板，按鈕的布局和亮、滅狀態(tài)與室內(nèi)燈一致，以利于快速地進(jìn)行所需的操作。一般的普通開關(guān)在布局上沒有和燈具的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也不能反應(yīng)燈的亮、滅狀態(tài)，讓使用者使用開關(guān)時(shí)不能確定開關(guān)和燈具的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從人機(jī)關(guān)系的角度分析，提高了使用的有效性。

例3：如圖三所示是某大學(xué)生設(shè)計(jì)的猴子形狀的輸液固定板。該固定板帶有提示功能，當(dāng)手放在凸起的猴嘴上時(shí)，顯示屏出現(xiàn)動(dòng)畫，手超出范圍就自動(dòng)關(guān)閉動(dòng)畫，提醒兒童手不可亂動(dòng)，以防針頭錯(cuò)位造成傷害。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)這款產(chǎn)品時(shí)考慮到了人手放置時(shí)的自然狀態(tài)，凸起的猴嘴使人手放置時(shí)處于自然狀態(tài)，處于自然狀態(tài)是最舒適的，而且還考慮到了兒童的心理需求，用動(dòng)畫顯示、小猴的形象來滿足兒童的心理需求。

圖二 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖三

例4：如圖四所示是一款鑰匙尋找器。把鑰匙和尋找器串在一起，找鑰匙的時(shí)候，只需吹響口哨，尋找器就會(huì)發(fā)出響聲。我們每個(gè)人在生活中都會(huì)遇到尋找鑰匙這種情況，這款產(chǎn)品的設(shè)計(jì)考慮到了人機(jī)關(guān)系的信息交互，這樣產(chǎn)品比沒有信息交互的鑰匙使用起來更方便，這樣的設(shè)計(jì)在其他產(chǎn)品上也可以采用。

圖四 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖五

例5：如圖五所示。韓國的三名設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)了一款會(huì)發(fā)光的窨井蓋蓋子。它的內(nèi)外兩個(gè)圓環(huán)均采用了發(fā)光系統(tǒng)，當(dāng)蓋子被移開后，這兩個(gè)圓環(huán)就會(huì)發(fā)出熒光，即使是在黑暗中，也可以很好地提醒路人注意安全。一款產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮使用者的安全問題，這種會(huì)發(fā)熒光的窨井蓋主要就考慮使用者的安全問題。

六、教學(xué)實(shí)例

可以讓學(xué)生在設(shè)計(jì)作品時(shí)嘗試將人機(jī)關(guān)系作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)，作為一個(gè)設(shè)計(jì)的理念，比如這款學(xué)生設(shè)計(jì)的牙刷（圖1），采用了很多與人機(jī)關(guān)系相關(guān)的設(shè)計(jì)，光滑的頂部，柔然的刷毛，考慮了要符合人體的健康目標(biāo)，刷柄上和拇指貼合的設(shè)計(jì)滿足了舒適的目標(biāo)設(shè)計(jì)，底部的吸盤設(shè)計(jì)符合高效、方便目標(biāo)，牙刷柄的背部還有計(jì)時(shí)顯示裝置，滿足了特殊人群的需要（兒童）。

圖1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2

這款學(xué)生設(shè)計(jì)的牙刷（圖2），牙刷的刷毛會(huì)隨著時(shí)間改變顏色，提醒使用者及時(shí)更換牙刷，這就是一種很好的人機(jī)關(guān)系設(shè)計(jì)。

圖3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖4

這款學(xué)生設(shè)計(jì)的牙刷（圖3），牙刷的柄上有測溫裝置，這樣在給幼兒使用的時(shí)候就比較安全，能夠知道水溫是否合適。波浪形的刷柄手握起來更加舒適，同樣波浪形的刷毛使牙刷的效率更高。

這款學(xué)生設(shè)計(jì)的牙刷（圖4），牙刷的刷柄采用記憶塑料，在刷牙時(shí)能夠很省力的刷到內(nèi)側(cè)。牙刷的刷毛有三種顏色，標(biāo)志出兩個(gè)圓圈，一個(gè)小圓：小朋友要少用些牙膏，一個(gè)大圓：成人使用牙膏的量。這些都是很好的人機(jī)關(guān)系的設(shè)計(jì)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王繼成編.產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程系 [M].化學(xué)工業(yè)出版社.

[2]張峻霞，王新亭編.人機(jī)工程學(xué)與設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].國防工業(yè)出版社.

[3]高鳳麟編.人機(jī)工程學(xué)[M].高等教育出版社.