淺談人機(jī)工程學(xué)及其發(fā)展

王世慶 李春新 （華北理工大學(xué)，河北 唐山 063210）

1.1 人機(jī)工程學(xué)命名及定義

人的因素和人體工程學(xué)（通常被稱為HF＆E），也被稱為舒適性設(shè)計(jì)、功能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)產(chǎn)品系統(tǒng)或流程以適當(dāng)考慮它們與人之間的相互作用的實(shí)踐。該領(lǐng)域已經(jīng)看到許多學(xué)科的貢獻(xiàn)，如心理學(xué)，工程學(xué)，生物力學(xué)，工業(yè)設(shè)計(jì)，生理學(xué)和人體測(cè)量學(xué)。從本質(zhì)上講，就是研究適合人體及其認(rèn)知能力的設(shè)計(jì)，裝置和過(guò)程的設(shè)計(jì)?！叭藶橐蛩亍焙汀叭梭w工程學(xué)”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)本質(zhì)上是同義詞。

1.2 人機(jī)工程學(xué)起源與發(fā)展

在古代社會(huì)

人體工程學(xué)的基礎(chǔ)似乎是在古希臘文化的背景下進(jìn)行的。大量的證據(jù)表明，公元前5世紀(jì)的希臘文明在工具、工作、工作場(chǎng)所的設(shè)計(jì)中使用了人體工程學(xué)原理。關(guān)于這一點(diǎn)的一個(gè)突出例子可以在Hippocrates（希波克拉底，希臘的名醫(yī)，稱醫(yī)藥之父）關(guān)于如何設(shè)計(jì)外科醫(yī)生工作場(chǎng)所以及如何安排他所使用的工具的描述中找到?？脊庞涗浺诧@示，早期的埃及王朝作出說(shuō)明人體工程學(xué)原理的工具和家用設(shè)備。

在工業(yè)社會(huì)

19世紀(jì)，弗雷德里克·溫斯洛·泰勒（Frederick Winslow Taylor）開(kāi)創(chuàng)了“科學(xué)管理學(xué)”（scientific management）的方法，提出了一種找到完成既定任務(wù)的最佳方法。泰勒發(fā)現(xiàn)，例如，他可以通過(guò)逐步減少煤鏟的大小和重量，使工人鏟起的煤量增加三倍，直到達(dá)到最快的挖掘速度。弗蘭克和莉蓮·吉爾布雷思擴(kuò)大泰勒的方法在20世紀(jì)初制定“時(shí)間和動(dòng)作研究”。

在第一次科學(xué)組織會(huì)議（1921）弗拉基米爾和弗拉基米爾尼古拉耶維奇批評(píng)泰勒主義。弗拉基米爾認(rèn)為，“勞動(dòng)問(wèn)題的最終理想不在于它（泰勒主義），而是在于勞動(dòng)過(guò)程的這種組織中，從而產(chǎn)生效率最大化，最低限度的健康危害，沒(méi)有疲勞和保證健康的勞動(dòng)人民的健康和全面的個(gè)人發(fā)展“。麥納西切夫拒絕了弗雷德里克·泰勒提出的把人變成機(jī)器的建議。單調(diào)乏味的工作是暫時(shí)的需要，直到可以開(kāi)發(fā)相應(yīng)的機(jī)器。他還接著提出一個(gè)新的“ergology”學(xué)科，把工作作為重新組織工作的一個(gè)組成部分。這個(gè)概念被麥納西切夫的導(dǎo)師貝赫特列夫（Bekhterev）在他最后的會(huì)議報(bào)告中提到，只是把名字改成“人體學(xué)”。

1.3 人機(jī)工程學(xué)的體系及應(yīng)用

人類工程學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)領(lǐng)域大致如下：物理人體工程學(xué)、涉及與身體活動(dòng)有關(guān)的人體解剖學(xué)、人體測(cè)量學(xué)、生理學(xué)和生物力學(xué)。（相關(guān)主題包括工作姿勢(shì)，材料處理，重復(fù)動(dòng)作，工作相關(guān)的肌肉骨骼疾病，工作場(chǎng)所布局，安全和健康。）

認(rèn)知人體工程學(xué)關(guān)注心理過(guò)程如感知、記憶推理和運(yùn)動(dòng)反應(yīng)，因?yàn)樗麄冇绊懭伺c系統(tǒng)其它要素之間的相互作用，相關(guān)主題包括心理工作量決策能力熟練的表現(xiàn)。組織人體工程學(xué)涉及社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化，包括組織結(jié)構(gòu)、政策和流程，相關(guān)主題包括溝通、資源管理工作設(shè)計(jì)，、作時(shí)間設(shè)計(jì)、團(tuán)隊(duì)合作參與式設(shè)計(jì)、社區(qū)人機(jī)工程學(xué)合作、工作新功示范等。

第2章 人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展新趨勢(shì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)化人機(jī)工程

人機(jī)交互領(lǐng)域的許多研究都對(duì)以下方面感興趣：

用于設(shè)計(jì)新穎的計(jì)算機(jī)接口的方法，從而優(yōu)化用于期望屬性（例如可學(xué)習(xí)性或使用效率）的設(shè)計(jì)；用于實(shí)現(xiàn)接口的方法，例如通過(guò)軟件庫(kù)；評(píng)估和比較界面的可用性和其他所需特性的方法；更廣泛地研究人類計(jì)算機(jī)使用的方法及其社會(huì)文化含義；對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)使用和HCI（Human-Computer Interaction）研究實(shí)踐背后的價(jià)值，進(jìn)行批判性反思的觀點(diǎn)。

該領(lǐng)域的研究人員想要實(shí)現(xiàn)的愿景各不相同。當(dāng)追求認(rèn)知主義的觀點(diǎn)時(shí)，HCI的研究人員可能試圖使計(jì)算機(jī)界面與人類對(duì)其活動(dòng)的心理模型保持一致。在追求后認(rèn)知主義的觀點(diǎn)時(shí)，HCI的研究人員可能試圖使計(jì)算機(jī)界面與現(xiàn)有的社會(huì)實(shí)踐或現(xiàn)有的社會(huì)文化價(jià)值觀相一致。

HCI的研究人員有興趣開(kāi)發(fā)新的設(shè)計(jì)方法，試驗(yàn)新設(shè)備，建立新的軟件和硬件系統(tǒng)原型，探索新的交互范式，開(kāi)發(fā)交互模型和理論。

預(yù)計(jì)HCI的未來(lái)將基于目前現(xiàn)有前景的研究，包括以下特征：

無(wú)處不在的計(jì)算和通信。預(yù)計(jì)計(jì)算機(jī)將通過(guò)高速本地網(wǎng)絡(luò)，全國(guó)范圍內(nèi)的廣域網(wǎng)絡(luò)，以及通過(guò)紅外線，超聲波，蜂窩和其他技術(shù)，移植數(shù)據(jù)和計(jì)算服務(wù)將可以更便攜地訪問(wèn)。

高功能的系統(tǒng)。系統(tǒng)可以有大量的與之相關(guān)的功能。有這么多的系統(tǒng)，大多數(shù)用戶，技術(shù)或非技術(shù)，沒(méi)有時(shí)間以傳統(tǒng)的方式學(xué)習(xí)（例如，通過(guò)厚厚的手冊(cè)）。

計(jì)算機(jī)圖形的大量可用性。計(jì)算機(jī)圖形功能，如圖像處理，圖形轉(zhuǎn)換，渲染和交互式動(dòng)畫(huà)正在變得普遍，因?yàn)楸阋说男酒梢园谝话愕墓ぷ髡竞鸵苿?dòng)設(shè)備中。

混合媒體。商業(yè)系統(tǒng)可以處理圖像、語(yǔ)音、視頻、文本、格式化的數(shù)據(jù)。這些可以通過(guò)用戶之間的通信鏈接進(jìn)行交換。消費(fèi)類電子產(chǎn)品（如立體聲音響，錄像機(jī)，電視機(jī)）和電腦的分離領(lǐng)域正在部分合并。計(jì)算機(jī)和印刷領(lǐng)域有望交叉融合。

信息工具。預(yù)計(jì)公共信息事業(yè)（如家庭銀行和購(gòu)物）和專業(yè)化的行業(yè)服務(wù)（例如，飛行員的天氣）將會(huì)激增。隨著高帶寬交互的引入和接口質(zhì)量的提高，可以加速擴(kuò)散速度。

2.2 虛擬化人機(jī)工程

在計(jì)算機(jī)中，虛擬化是指創(chuàng)建虛擬（而不是實(shí)際）版本的行為，包括虛擬計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)、存儲(chǔ)設(shè)備和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源。

虛擬化場(chǎng)景的示例：

評(píng)估備用操作系統(tǒng)：新操作系統(tǒng)可以在虛擬機(jī)內(nèi)運(yùn)行，而不會(huì)改變主機(jī)操作系統(tǒng)。

服務(wù)器虛擬化：可以在一臺(tái)物理服務(wù)器上運(yùn)行多臺(tái)虛擬服務(wù)器，以更充分地利用物理服務(wù)器的硬件資源。

復(fù)制特定環(huán)境：根據(jù)所使用的虛擬化軟件，虛擬機(jī)可以復(fù)制并安裝在多個(gè)主機(jī)上，或者恢復(fù)到以前備份的系統(tǒng)狀態(tài)。

創(chuàng)建受保護(hù)的環(huán)境：如果運(yùn)行在虛擬機(jī)上的客戶機(jī)操作系統(tǒng)以難以修復(fù)的方式受損（例如在研究惡意軟件或安裝性能不佳的軟件時(shí)可能會(huì)發(fā)生），則可能會(huì)簡(jiǎn)單地丟棄該虛擬機(jī)而不會(huì)損害主機(jī)系統(tǒng)，和下次使用的干凈的副本。

2.3 智能化人機(jī)系統(tǒng)

機(jī)器學(xué)習(xí)是自該領(lǐng)域開(kāi)始以來(lái)人工智能研究的一個(gè)基本概念，是對(duì)通過(guò)經(jīng)驗(yàn)自動(dòng)改進(jìn)的計(jì)算機(jī)算法的研究。

人工智能的進(jìn)步為汽車行業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。截至2016年，已有超過(guò)30家公司將AI用于制造無(wú)人駕駛汽車。與AI有關(guān)的幾家公司包括特斯拉，谷歌和蘋果。

許多組件有助于自動(dòng)駕駛汽車的功能。這些車輛包括剎車，換道，碰撞預(yù)防，導(dǎo)航和制圖等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)以及高性能計(jì)算機(jī)一起被集成到一個(gè)復(fù)雜的車輛中。