人类工程学是研究人、机、环境三个因素之间关系的科学。基于人的四大特性:身体特性(人的组织整体为外貌、躯干、四肢、骨骼、内脏等)、生理特性(机体的生命活动和体内各器官的功能，包括视、听、触、味、嗅五官对信息的感受)、认知特性(人的头脑对客观世界的反应，信息的接收、传输和处理)和心理特性(人的思想、感情等的内心活动)，使处于不同条件下的人能更有效、安全、健康和舒适地进行工作与生活。也就是研究怎样设置环境和设计用品，让人的工作事半功倍，生活幸福安康的学问。

人类工程学是一门交叉学科,涉及多个分支,如:人体结构学、生理学、心理学、生物电子学、化学、物理学、理论力学和材料力学、管理学、系统工程学、劳动科学、安全与保健科学、环境科学、信息技术等,应用领域更是十分广泛。因此,在本学科的形成和发展过程中,各学科、各领域、各国家的学者从不同角度给出该学科一些定义和名称,也反映不同的研究重点和应用范围,外文名字有很多,如:Human Factors Engineering,Man-Machine Engineering,Engineering Psychology,Ergonomics和Human Engineering等,1922年,美国科学家奥考内尔统一术语选定为Human Engineering,目前还有个别地区用Ergonomics。日本科技资料上统一用汉字“人间工学”。 国内的译名有:人类工程学、人类工效学、人机工程学、人体工学、人因学、宜人学等,总之是研究如何使“人-机-环境系统”的设计符合人的身体结构和生理、心理、认知的特点,以实现人、机、环境之间的最佳配合。近来国外出版物对人类工程学在电工、电子技术中的应用介绍很多,笔者摘编了一些,以飨读者。

(1)电气控制设备的改进:一般控制盘应具有布局合理、美观大方,操作时一目了然的特点。控制盘内控制设备的安装,从作业简便、节省工时的观点考虑,多采用导轨安装式。为了操作人员的安全,操作盘上设备的位置要符合人类工程学的原则,高度不得低于膝盖以下,也不得高于水平视线以上。工作现场的照明要有足够的亮度。输入输出端子部位应有护指措施,如图1所示。端子连接了导线后,测试时触指在10牛顿的推力下,也不至于与带电导体接触。欧洲市场对带电设备端子结构的基本要求,是当操作人员动作有所疏失时,手指也不会触电,这个要求已扩展到全球工业化国家。如果没有防止端子触电的对策,产品就难以被市场所接纳。另外,电源设备本体也要具备一定的绝缘性,当用户为采取抗干扰对策而实施接地时,有时也会发生电源对地短路的危险,应予注意。关于设备安装和维修时的安全问题,其中之一就是螺钉的脱落,不仅寻找麻烦,甚至会脱落在设备内部可能引起短路危险，现在改进为防止脱落结构的螺钉端子，不仅提升了作业效率，也防止了丢失螺钉而引起的短路事故。上世纪飞利浦公司发明的十字头改锥给电工的安装与维修带来了不少方便。

图1  输入及输出端子应有护指措施

(2)环境与设备对应人类五感的配合:人的五感是视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉。人对环境的认识,视觉占83%、听觉占11%、味觉占3.5%、触觉占1.5%、嗅觉占1%。电工、电子仪表在显示设计上要求视觉清晰而醒目,图2是一个表盘设计的例子。

图2  电子仪表表盘设计对比  

人的视觉也有误会的现象,这在大型控制室的模拟板和变电所的设计上应予以注意。图3的上下两个图形是完全一样的，但这样摆放的形式，让一般人看起来好像下边的大了一点，这就是美国心理学家贾斯特罗(J.Jastrow 1863-1944)设计的视错觉图形。图4从不同的角度看就有方柱或圆柱的不同感觉。

图3  摆放方式不同的图形会产生错觉

图4  不同角度观察柱子

彩色的使用是人类工程学研究的一个重要课题,不同的颜色和配色就会引起人们不同的感觉,甚至有保健的作用,深蓝色对缓解糖尿病和感冒有利,深绿色对保护心脏和消化有利,彩色在电工、电子技术上是很有用的。例如:同样大小的两个物体或图形,一个是黄色的,一个是蓝色的,放在一起时,看起来黄色要比蓝色的大一些;当人手放入同样温度的蓝色和红色的水中时,会感到红色的水要热一点;同样重量的物体,看起来黑、紫、蓝色的比白色、黄色的要重一些;同样距离的两个物体,橙色的比蓝色的要近一些;在暖色(红、黄)环境中人容易兴奋和疲劳,会感觉时间比较长;在冷色(蓝、绿)环境中,人有沉静感,感觉时间短一些;紫、黄的配合能见度最高;黄、黑的配合注视性最好。电工学中,三相交流电中的A、B、C三相常用色标表示,我国和俄罗斯用黄、绿、红;日本用红、白、蓝;英国用红、黄、蓝。在电气化的控制设备中常用的颜色如表1所示。另外,在核电站的应用中,核电站泄辐射危险区域警示线分黄色、红色和绿色三种。红色线设在紧邻事件危害源的周边,只限佩戴相应防护用具的专业人员进入。黄色线设在危险区的周边,其内和外分别是危险区和洁净区,该区内的人员应佩戴适当的防护用具,出入必须进行洗消处理。绿色线设在救援区的周边,将救援人员与公众分开,患者的抢救治疗、指挥机构均设在该区内。

表1  电气化控制设备颜色的含义

听觉也是传输信息的一个重要途径,它的单纯响应时间比视觉还快(视觉150～225ms、听觉120～185ms、触觉115～190ms、味觉305～1080ms、嗅觉200～800ms),保持时间比视觉还长(视觉70～1000ms、听觉900～3500ms)。音乐的保健功能已得到共识,高级的音响设备,为了发出悦耳的声音,线弦都用镀银(银是电阻率最小的金属)的无氧电解铜线,使低频丰富、中频清晰、高频精选,插头镀3～30μm的纯金(金是延展性最好的金属,不氧化),达到接触良好、避免噪音。优美的乐曲能提高学习和记忆力,国外称为“莫扎特效应”。相反,噪音(音高和音强变化混乱,或说话的速度过快、过慢,听起来不和谐的声音)会给人带来烦恼,既对人的健康有害,又使操作者的工作效率大为降低。

关于触觉,有时维修电工用手触摸电气设备的外壳,评估内部发热或超载，人的左右手触觉是不一样的，各人的差异也不一样，用手触摸同一个温度的物体时，用右手会感觉凉一些，而用左手时会感觉热一些。示温变色涂料(碘化银+碘化汞在45℃时由黄变红，可逆;碘化铜+碘化汞在65℃时由红变黑，可逆)能方便地显示电器的过载情况。

关于嗅觉,环境的气味对工作者的情绪有影响,有的气味能让人头脑清晰,提高工作效率。古埃及人有用气味治病的记录,上世纪法国和日本曾流行气味保健,薄荷、橙汁、菊花、松柏等都有应用。

关于味觉，在产品中也有实用,如:儿童玩具表面涂以苦味的无毒涂层，能防止儿童吃入口中。

(3)省力、方便与舒适。

图5是人在各种姿势下的疲劳程度。

图5  人体各种姿势的劳累程度

图6是人在搬动物体时姿势的选择方法。

图6  人在搬动物体时姿势的选择方法

应用人类工程学原理,以人为本,为操作者创造一个更为高效和舒适的工作环境。

(4)现代人类已进入信息时代,人类工程学也向着数字化、智能化、网络化的方向发展。它作为应用性学科,与人的工作、生活息息相关,设计、生产出更加人性化、高效能的设备、工具和日常生活用品是努力的目标。人类工程学不仅注重技术的人性化,而且也关注人的技术化。技术人性化的未来将体现在计算机虚拟(Virtual)现实技术中(也称灵境技术,是利用计算机生成高度逼真、模拟人在现实环境中的情况,实现人与环境间的自然交互)。人与计算机交互方式的演变,自从1968年发明了鼠标,计算机的操作便利多了;现在人们用的电子设备日益增多,从操作说明书的编写到操作的入门,都需要人性化的考虑,把复杂的操作交由设备自己完成,甚至将“病毒”也能智能化杀除。学习操作就会简单多了,人的技术化也就更加专业化,从繁琐的操作中解放出来,把更多的精力用在主题上。现在终端机上的字符操作接口,有人还统计发现西文语言中的E和T出现频率最高、Q和X出现频率最低,可改进键盘的布置,使操作更方便些;汉语拼音字母的出现频率也有人在研究;计算机的图形接口和多媒体,甚至网络和虚拟现实等,都是电工、电子技术日益“人性化”的过程。盖茨的《未来之路》、尼葛洛庞帝的《数字化生存》的论述,都谈到虚拟现实的有关概念和前景。虚拟现实技术把人类的工作和生活都纳入到人机交互之中，使得人与人之间、人与机之间的信息交流变得无缝通畅。随着跨学科先进技术的发展，人类工程学的虚拟设计和实施已经成为可能，这不仅可以实现低碳和环保，而且可以让人类的生存更加快乐和幸福。■

作者简介

耿文学，男，北京交通大学教授，主要研究方向是电工电子技术。中华国际科学基金会信息与电子工程专家组成员。本刊编委。