技術與設計中人機關系的拓展

郎海波

【摘 要】人機關系是人機工程學的一部分，課本對什么是人機關系，人機關系要實現的目標，怎樣實現合理的人機關系進行了闡述并引用了幾個案例加以說明，但是作為教師僅僅了解這些還是不夠的，本文將對人機關系從理論和實踐上進一步深入研究，以利于能夠更好地進行教學。

一、人機工程學的發展

人機工程學是20世紀50年代前后發展起來的，今天它已成為一切工程技術人員必不可少的工具，成為實現工業設計目標的重要手段。什么是人機工程學：把機械產品設計成十分符合人類的工作或動作的法則。盡管人機工程學直到20世紀才出現，然而，有證據表明人機工程學原理實際上在2500年前就已經為人們所知并確定下來。

第一階段是人適應機器的被動階段，在這一階段中，機器相對來說還是比較簡單，對操作人員稍加訓練即可適應機器的要求。其真正的形成是在第一次世界大戰時期，當時，作戰雙方為了提高作戰能力，使士兵能更好操縱武器，都聘請了心理學家幫助解決諸如戰時兵種分工，特種人員的選擇與訓練，以及軍工生產的疲勞等問題。這一時期的特點是運用心理學來選擇和訓練人，使人適應于機器，其研究者大多為心理學家，這是人機工程學的萌芽階段。

第二階段是讓機器適應于人的階段。第二次世界大戰爆發以后，由于戰爭的需要，出現了許多新技術，如雷達、聲納等，這不僅提高了武器系統的性能，同時也增加了武器系統的操作難度。在這種情況下，要使操作人員能夠勝任復雜的操作，就必須對操作人員實行更嚴格的挑選，或經過長期的訓練，這顯然不適應戰爭的需要。這就迫使設計人員在設計對象上下功夫，即從武器設計一開始就認真考慮潛在操作人員的生理、心理特點。使其在結構上就能確保適應一般人的操作。顯然，這樣的研究單靠生理學家已無法進行，而必須會同工程技術人員共同解決。戰后，隨著工業技術的發展，上述趨勢也逐漸向民用領域擴展。如汽車、機械設備、建筑、生活設施及生活用具等，所涉及的與人的因素的問題愈來愈多，人機工程學得到了進一步的發展。

第三個階段是將人—機器—環境作為一個整體來研究的階段。近20年來，工業技術獲得了更大的發展，機械化和自動化已大規模地使用機械能來代替肌肉的力量。使機器變得更有力量，并互相結合起來，從而給機器的控制和操作帶來了意想不到的困難。人與機器乃至于環境之間的關系越來越復雜，這意味著人們絕不能再孤立地設計每一臺機器了。也就是說，在機器設計中必須將其與潛在的操作者、未來的運行環境條件聯系在一起，作為一個完整的系統來設計。例如，汽車的設計，在高速公路上行駛的汽車是一個由人（駕駛員）、機（汽車）和環境（高速公路）組成的一個相互作用的復雜系統。駕駛員坐在車中，根據汽車速度表可以知道汽車當時的速度，然后根據道路狀態與道路標志信號判斷速度和方向，以便做出加快或減慢或改變方向的反應。其中任何一個環節發生故障，如汽車操作系統失靈、道路標志不全或駕駛員酗酒等，都會導致事故。因此，要成功地設計汽車，在人機工程學方面，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行環境。只有在設計中充分考慮了人—機器—環境之間的關系，才能保證駕駛員運轉在安全性很強的系統中，同時也使該系統成為能夠告訴奔馳的系統。這樣的汽車設計才是成功的。

人機系統

在今天要成功設計一件產品必須采取系統的觀點，而不能孤立地只從產品本身來考慮。當設計者用系統的觀點來看待未來的操作者——人時，就能從只考慮人在操作中的個別細節的過程中解脫出來。并站在較高的層次上來檢驗人與系統中其他組成部分之間完整的相互關系。根據系統中人與機器功能分配的相對程度，可將人機系統分為以下三種類型。

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

第二種類型是機械系統。如機床是由不同的零件適當結合在一起組成的，其動力通常由機械提供，操作者的作用基本上是執行其中某一部分的控制。每個獨立的機械系統還可以連接在一起，以形成更完整的生產線。

第三種類型為全自動系統。在這樣的系統中，所有的操作功能，包括檢測、處理信息、做出決定和完成動作，都由機械來執行。但這種系統需要人事先所有可能預料出現的各種輸入信息的結合方式做出周密的考慮。

二、人機工程學和產品設計的融合

有三種方法可以在設計中將與人有關的因素特性融入產品中去：

1.產品的演化;

2.直覺意會;

3.在設計中應用人機工程學技術。

演化的過程一直是最普遍的。自從有歷史記載開始，人類就通過試驗和失敗不斷地發展勞動工具。例如，遠古的狩獵工具和同期的手工工具，如木匠的木棰，都被改進以提高它們的易用性和功能性，因此，那些經過演變而成的設計通常比現代的設計要好一些。然而這種演化過程有一個最大的缺陷，那就是花費的時間太久。

直覺意會是第二種將人機工程學融入設計產品中的方法。設計師可以簡單地決定產品的用戶界面是怎么樣，以及功能如何，完全依賴個人傾向及引導。結果經常是產品適合某個工程師或技術專家卻未必適合未來的使用者。

第三種方法是通過在設計中引入人機工程學技術將人的因素設計到產品中。人機工程學技術包括方法和數據，兩種經常使用的方法是：試驗方法和理論方法。

試驗方法包括在觀察數據的基礎上引用特殊的設計方法，盡管這種方法受到高度贊揚，但設計試驗方法在一些特定的情況下是自相矛盾的，需要良好的判斷，并且在設計改變時必須更新。人的行為理論的發展，在闡述設計問題時具有普遍的應用價值，然而，一個模型或理論的不完整或是一些重要的變量被忽視時，就會存在一定的風險。

三、以人為中心的設計

共用性設計是人機工程學“以人為中心”的設計理念的最高發展，

共用性設計是在有商業利潤的前提下和現有生產條件下，產品（廣義的，包括器具、環境、系統、和過程）的設計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計過程。共用性設計是人機工程學“以人為中心”的設計理念的最高發展。由美國人Ron Mace于20世紀70年代最先提出，是在無障礙設計的基礎上發展起來的。共用性設計是對無障礙設計的發展和完善，它包含了無障礙設計對弱勢群體的關愛，同時彌補了無障礙設計將弱勢群體和大眾分離的不足。例如像計算機鍵盤中的F、J鍵上的小凸起，它原來的設計意圖是使視力有障礙者能夠準確定位鍵盤，但眾所周知，它的設計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傳遞通行信息的同時還伴有聲音信號。當綠燈亮時，同時發出悅耳的音樂，這是為盲人設計的無障礙裝置，但對視力健全人來說，也是一種幫助和提醒裝置。這些都是共用性設計的例子，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，任何產品不可能滿足所有的使用者，因為總存在著一些嚴重的肢體殘疾、感覺器官殘疾和認知能力障礙的人群，他們無法使用某些產品。然而，共用性設計也不是專門針對殘疾人或老年人、兒童等弱勢人群設計，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，滑動按鈕能快速準確地調整容量。在這里一個普通人員在使用這把勺子的時候如果要用到英制單位時候他就成為一個特殊人群。

共用性設計核心理念是為了盡可能多的人能舒適地使用產品，同時不讓殘疾人士或其他人員使用產品時感到心理上的不適或自卑，同時也讓普通人員在使用產品時獲益。

四、人機工程學與產品設計

在人們日常生活與工作中，經常會與各種產品打交道，即使是最簡單的產品，如果設計得不好，也會給使用帶來不便。在使用這些產品的過程中，人們經常會遇到各種不便、不舒適甚至不安全。為什么經過一次長途旅行后，車的座位使你感到疼痛？為什么有些電器難以按照標簽指示操作？人機工程學在產品設計中可以幫助人們解決這些問題。現在不少工業先進的國家已把人機工程學方面的指標作為國家標準予以制定。

我們教師平時就可以關注生活中有關產品的人機關系設計，在教學中我們就會有很生動的實例。我在購買家電時就發現有些產品的設計比較關注人機關系的設計，比如某款微波爐設計了下拉門，放平可以當料理臺使用，做菜放物很方便。又設計了兒童鎖，設定此功能雖可啟動微波爐但無微波輸出，可防止兒童誤操作保證安全。當食物烹飪完畢后，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。延時啟動功能設計，在按好啟動鍵的6秒鐘后，微波爐磁控管才開始運作，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了油，比如加柴油的錯加了汽油，這可是麻煩的事，這雖然是由于人為的原因造成的，但是我們在設計加油機和汽車油箱加油口時，能否考慮到加錯油的可能呢？能否設計一個防錯設計，比如汽油車和柴油車的油箱加油口的形狀不同，同時加油機的槍口和它匹配，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油了。

五、這幾年在高考試卷中所涉及的有關人機關系的問題

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，可以方便快捷地區分出不同電器的電源線。從人機關系角度分析，該設計考慮了產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面板，按鈕的布局和亮、滅狀態與室內燈一致，以利于快速地進行所需的操作。一般的普通開關在布局上沒有和燈具的對應關系，也不能反應燈的亮、滅狀態，讓使用者使用開關時不能確定開關和燈具的對應關系，從人機關系的角度分析，提高了使用的有效性。

例3：如圖三所示是某大學生設計的猴子形狀的輸液固定板。該固定板帶有提示功能，當手放在凸起的猴嘴上時，顯示屏出現動畫，手超出范圍就自動關閉動畫，提醒兒童手不可亂動，以防針頭錯位造成傷害。設計者在設計這款產品時考慮到了人手放置時的自然狀態，凸起的猴嘴使人手放置時處于自然狀態，處于自然狀態是最舒適的，而且還考慮到了兒童的心理需求，用動畫顯示、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，找鑰匙的時候，只需吹響口哨，尋找器就會發出響聲。我們每個人在生活中都會遇到尋找鑰匙這種情況，這款產品的設計考慮到了人機關系的信息交互，這樣產品比沒有信息交互的鑰匙使用起來更方便，這樣的設計在其他產品上也可以采用。

圖四 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖五

例5：如圖五所示。韓國的三名設計師設計了一款會發光的窨井蓋蓋子。它的內外兩個圓環均采用了發光系統，當蓋子被移開后，這兩個圓環就會發出熒光，即使是在黑暗中，也可以很好地提醒路人注意安全。一款產品在設計時就要考慮使用者的安全問題，這種會發熒光的窨井蓋主要就考慮使用者的安全問題。

六、教學實例

可以讓學生在設計作品時嘗試將人機關系作為設計的目標，作為一個設計的理念，比如這款學生設計的牙刷（圖1），采用了很多與人機關系相關的設計，光滑的頂部，柔然的刷毛，考慮了要符合人體的健康目標，刷柄上和拇指貼合的設計滿足了舒適的目標設計，底部的吸盤設計符合高效、方便目標，牙刷柄的背部還有計時顯示裝置，滿足了特殊人群的需要（兒童）。

圖1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2

這款學生設計的牙刷（圖2），牙刷的刷毛會隨著時間改變顏色，提醒使用者及時更換牙刷，這就是一種很好的人機關系設計。

圖3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖4

這款學生設計的牙刷（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。

這款學生設計的牙刷（圖4），牙刷的刷柄采用記憶塑料，在刷牙時能夠很省力的刷到內側。牙刷的刷毛有三種顏色，標志出兩個圓圈，一個小圓：小朋友要少用些牙膏，一個大圓：成人使用牙膏的量。這些都是很好的人機關系的設計。

【參考文獻】

[1]王繼成編.產品設計中的人機工程系 [M].化學工業出版社.

[2]張峻霞，王新亭編.人機工程學與設計應用[M].國防工業出版社.

[3]高鳳麟編.人機工程學[M].高等教育出版社.