工業設計中的人機工程學理論、技術與應用研究進展

劉澤恒+羅錦宏

摘 要：人機工程學作為工業設計的一種輔助手段，對于工業設計具有重要的作用。人機工程學的發展能夠為工業設計提供人機關系方面的原則理論，完善工業設計的設計依據。同時，由于在工業設計中得到應用，也促進了人機工程學的進一步發展，二者相輔相成。本文簡述了人機工程學的發展歷程，并對工程設計中人機工程學的應用方法進行了介紹。

關鍵詞：工業設計；人機工程學；理論；技術；應用

1 人機工程學發展概述

1.1 人機工程學的概念和發展歷史

人機工程學是研究人、機、環境之間相互作用的學科，其研究目的是使機械系統或者人機環境系統能夠在最大程度上符合人類的形態以及生理、心理的特點，保證人們可以利用機械設備安全、舒適并且高效地進行各種活動。人機工程學涉及心理學、醫學等多個領域的知識，著重研究人和機器的相互關系，從而提高人機整體的工作能力。

人機工程學從人學會制造工具開始就已經存在，具有悠久的歷史，不過人機工程學作為一項獨立學科出現只是20世紀的事情。人機工程學的發展歷史主要分為三個階段：第一階段是人適應機器的階段，在這個階段主要是進行人機匹配，通過對人進行各種訓練使人達到使用機器的水平。第二階段，機器適應人的階段，在這個階段英國成立了人機工程學學會，標志著人機工程學成為一門專門的學科。在此階段由于機械越來越復雜，對人進行嚴格訓練也很難使人們達到適應機器的水平，因此研究者將更多的精力放在了機器適應人的研究當中。第三階段，是以人為中心的系統階段，人們將人、機和環境視為一個整體進行系統研究，并將許多新興的科學理論，如系統論、信息論等應用到了研究之中，著眼于為人類創造更舒適、安全并且高效的工作環境。進入21世紀，人機工程學快速發展，人機交互技術更是被各個國家視為重要的研究內容。

1.2 人機工程學在我國的發展

人機工程學在我國的研究歷史并不長，直到20世紀80年代我國才正式對人機工程學進行研究。隨著人機工程學在我國的快速發展，我國研究人員對于其的研究逐漸側重于人機工程學的實際應用，如人機界面設計、作業環境及安全設置問題和操作者的疲勞程度等方面。根據近些年來我國研究人員在科學刊物上發表的論文來看，我國的人機工程學研究主要集中在工業技術、醫藥衛生、交通運輸以及自動化、計算機技術等領域，這些領域的人機工程學相關論文占到了總量的一半以上。

1.3 人機工程學在工業設計中的作用

人機工程學在工業設計中起到的主要作用是為工業設計提供科學依據，人機工程學在人、機和環境的相互關系上的研究進展，使工業設計在人機關系的設計上有了可靠的依據。在工業設計的策劃和調研階段，研究人員需要對與人相關的人機工程學數據做研究，這也是工業設計中最需要人機工程學理論的階段。在工業設計中通常利用人機工程學理論對設計的產品進行改良。例如，人機工程學被利用于電腦鍵盤的設計之中，通過人機工程學的理論對鍵盤的布局、主鍵盤、數字符主鍵盤等的位置進行改進，從而使鍵盤的設計更加人性化，使人們提高了使用鍵盤時的效率。利用人機工程學理論可以完善目前許多多媒體控制臺的缺陷，通過對控制臺的結構、形狀等條件進行理論分析，建立了一種坐、立兩種姿勢都可以使用的多媒體控制臺，方便人們的使用，促進其使用效率的提升。

2 工業設計中人機工程學的應用方法

2.1 工業設計中常用的人機工程學方法

在工業設計中有許多人機工程學方法被應用，其中常用的方法有人體參數法、調查方法和模型方法等。人體參數法，主要是指設計人員根據人體的身體各方面的數據，如尺寸數據、結構數據和身體機能數據等對設計的產品進行改進，以提高產品對人的適應程度。調查方法，主要是指設計人員根據產品設定的銷售人群進行人體的特征以及習慣的調查，從而改良產品的屬性。模型方法，是指設計者通過利用計算機等技術構建三維模型的方式來測試產品是否符合人體工程學的原理，以便對產品的設計進行修正。下面將對人體工程學在工業設計中的具體應用進行簡單的分析，我們以頭腦側面建立方法為例。首先，設計者對產品所面向的人群進行定位，并分析用戶的群體屬性，如年齡、學歷、文化背景等，然后對用戶處理數據的過程進行分析，通過分析結果確定產品信息的表示層次和方式，并由此來確定產品的形狀、大小等參數，并對產品強調的信息、顏色等條件進行設定，最終確定產品的設計對應關系，之后對設計內容進行評價和驗證，對設計內容進行修改和測試，最終確定整個設計體系。

2.2 設計心理學理論的應用

設計心理學是工業設計中人機工程學應用的新理論，它基于心理學，是一門將人的心理狀態及需求和產品設計聯系在一起的一門科學，其研究目的是使實際的產品更加符合人們的心理需求。因此，這門學問不僅會研究設計對社會上潛在的消費人群的心理影響，同時也會研究設計者在設計過程中的心理變化，并將這些心理都反饋到設計之中，從而使設計更加符合人們的心理預期。這種理論的調查方式有很多種，如心理描述法、抽樣調查法、訪談法和觀察法等。筆者認為可以將虛擬現實技術應用到人們對設計的心理反應上，這種方式可以讓人們對設計了解得更深入全面，得出的心理反應結果也更為準確。在設計中注重人心理的研究，是人機工程學在工業設計中應用發展的新趨勢。

2.3 計算機輔助人機工程設計方法

計算機輔助人機工程設計技術涉及計算機技術、人機工程學、生理學、工程技術等多種理論和技術，其中虛擬人體模型的方法是其在工業設計中主要的應用方法，通過虛擬人體模型技術可以讓人們對設計進行更好的評測，使相關設計取得更好的效果。計算機輔助人機工程設計應用到工業設計中有許多優勢，如可以在設計前期對設計的方案進行評測、縮短制造的周期、降低成本，還可以減少返工的概率。尤其是在一些危險領域，其中的實驗項目具有很大的危險性，如汽車碰撞實驗，此時計算機輔助人工設計就可以發揮作用。

3 人機工程學的研究和發展趨勢

目前，人機工程學發展趨勢更加注重其實際應用。隨著社會的不斷發展，工業設計的理念也在不斷發展，設計者從以往注重設計產品的形式，到現在更加注重人對產品的情感體驗，給人機工程學提供了更廣闊的利用空間。在人機工程學的理論研究上，人們開始注重研究感性工學，并基于新時代的背景，提出了“人機工程教育學”以及“參與式人機工程學”等新的理念，同時虛擬現實技術也是人機工程學研究的熱點方向，其在人體工程學和工業設計中有很大的研究價值。在未來，人機工程學還會呈現出多學科交叉的趨勢，涉及管理學、教育學、心理學和計算機科學等多種科學領域，并在設計師和使用者的心理研究方面繼續探究，使設計出的產品為人們提供更加豐富的情感體驗。

4 結語

人機工程學經過幾十年的發展，形成了比較成熟的理論體系，也出現了多種應用方法，對工業設計的發展起到了重要的輔助作用，促進了工業設計的不斷發展。隨著科學技術的不斷發展，人機工程學理論不斷的完善，工業設計也逐漸向人性化、情感化方向發展，使人們擁有越來越好的產品體驗。

參考文獻：

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