1.3 面向产品和系统的设计原则

为了完成工作任务，在所设定的条件下，由工作环境、工作空间、工作过程中共同起作用的人和工作设备组合而成的系统，称为工作系统。它包括作业人员、工作设备、工作环境等，及其交互作用。工作系统的特性及其复杂程度是不同的，可以是一台机器和一个作业人员，一个控制室和监控人员，也可以是一座工厂及其全体职工。对工作系统进行设计时，传统的方法主要从技术方面进行考核和检验，而现代的评价准则，应包括技术和人机工程学两个方面。在将人机工程学的原理应用到工作系统的设计时，必须充分考虑的人特性，并达到工作系统优化的目的。GB/T 16251（ISO 6385）对工作系统设计的人类工效学原则做出全面概括，可作为任何人机系统设计的一般指导原则。

1.3.1 工作系统设计的基本原则

1．工作条件的优化

工作系统的要求与工作者的能力之间常存在某些不匹配现象。要使此种不匹配现象减少至最低限度，应通过修改工作系统要求以适合工作者的能力。此外，也可通过训练和选拔，以提高工作者的工作能力。要优先考虑设计，而不是培训及选择人员，以便使尽可能多的人都有能力胜任工作。

2．工作者与工作系统之间的关系

图 1-2 给出了影响工作系统设计的各种因素，同时表明了各层次之间如何关联以及设计过程的复杂性。图中显示了工作者和机器及工作场所之间的相互作用关系，并给出了完成工作任务所在的总体物理环境。工作系统所在的组织结构可能造成的影响也必须加以考虑（虽然要把它正式并入设计过程非常困难）。另外，社会的和文化的因素所造成的可能冲击也不容忽视。

1.3.2 工作空间和工作设备设计原则

1．与身体尺寸有关的设计

对工作空间和工作设备的设计，应考虑到在工作过程中身体尺寸的因素。

工作空间应适合于操作者，特别是下列各点。

1）工作高度应适合于操作者的身体尺寸及所要完成的工作类型：座位、工作面和/或工作台应设计得能保证适宜的身体姿势，即身体躯干自然直立，身体质量能适当地得到支撑，两肘置于身体两侧、前臂呈水平状。

2）座位装置应调节到适合于人的解剖、生理特点。

3）应为身体的活动，特别是头、手臂、手、腿和足的活动提供足够的空间。

4）操纵器应设置在机体功能可及的范围内。

5）把手和手柄应适合于手功能的解剖学特性。

2．有关身体姿势、肌力和身体动作的设计

工作设计应避免肌肉、关节、韧带以及呼吸和循环系统不必要的或过度的紧张，力的要求应在生理条件所允许的范围内。身体的动作应遵循自然节奏。身体姿势、力的使用与身体的动作应互相协调。

（1）身体姿势

主要应注意下列各点。

1）操作者应能交替采用坐姿和立姿。如果必须两者择一，则通常坐姿优于立姿；然而工作过程也可能要求立姿。

2）如果必须施用较大的肌力，则应通过采取合适的身体姿势和提供适当的身体支撑，使通过身体的力链或力矩矢量最短或最简单。

3）避免因身体姿势造成长时间静态性肌肉紧张所致的疲劳，应该可以变换身体姿势。

（2）肌力

主要应注意下列各点。

1）力的要求应与操作者的肌力相适合。

2）所涉及的肌肉群必须在肌力上能满足力的要求，如果力的要求过大，则应在工作系统中引入助力装置。

3）应该避免同一肌肉群处于长时间静态性紧张状态。

（3）身体动作

主要应注意下列各点。

1）身体各动作间应保持良好的平衡，为了长时间能维持稳定，最好能变换动作。

2）动作的幅度、强度、速度和节拍应相互协调。

3）对高精度要求的动作，不应要求使用很大的肌力。

4）如果适当，应设置引导装置，以便于动作的实施和明确其先后顺序。

3．有关信号、显示器和操纵器设计

（1）信号与显示器

应以适合于人的感知特性的方式来加以选择、设计和配置。尤其应注意下列各点。

1）信号和显示器的种类和数量应符合信息的特性。

2）当显示器数量很多时，为了能清楚地识别信息，其空间配置应保证能清晰、迅速地提供可靠的信息。对它们的排列可根据工艺过程或特定信息的重要性和使用频度进行安排，也可依据过程的功能、测量的种类等来分成若干组。

3）信号和显示器的种类和设计应保证清晰易辨，这一点对于危险信号尤其重要。应考虑例如强度、形状、大小、对比度、显著性和信噪比。

4）信号显示的变化速率和方向应与主信息源变化的速率和方向相一致。

5）在以观察和监视为主的长时间的工作中，应通过信号和显示器的设计和配置避免超负荷和负荷不足的影响。

（2）操纵器

选择、设计和配置应与人体操作部分的特性（特别是动作）相适合，并应考虑到技能、准确性、速度和力的要求。

1）操纵器的类型、设计和配置应适合于控制任务。应考虑到人的各项特性，包括习惯的和本能的反应。

2）操纵器的行程和操作阻力应根据控制任务和生物力学及人体测量数据加以选择。

3）控制动作、设备响应和信息显示应相互适应。

4）各种操纵器的功能应易于辨别，避免混淆。

5）在操纵器数量很多的场合，其配置应能确保操作的安全、明确和迅速，并可根据操纵器在过程中的作用和使用的顺序等将它们分组，其方法与信号的配置相似。

6）关键的操纵器应有防误操作保护装置。

1.3.3 工作环境设计原则

工作环境的设计应以客观测定和主观评价为依据，保证工作环境中物理的、化学的和生物学的因素对人无害，以保证工作者的健康、工作能力及便于工作。

对于工作环境应特别注意以下各点。

1）工作场所的大小（总体布置、工作空间和通道）应适当。

2）通风应按下列因素来调节：①室内的人数；②体力劳动强度；③工作场所的大小（考虑到工作设备）；④室内的污染物质的产生情况；⑤耗氧设备；⑥热条件。

3）应按照当地的气候条件调节工作场所的热环境，主要应考虑：①气温；②空气湿度；③风速；④热辐射；⑤体力劳动强度；⑥服装、工作设备和专用保护装备的特性。

4）照明应为所需的活动提供最佳的视觉感受。对下列诸因素应特别注意：①亮度；②颜色；③光分布；④无眩光及不必要的反射；⑤亮度的对比度和颜色的对比；⑥操作者的年龄。

5）在为房间和工作设备选择颜色时，应该考虑到它们对亮度分布、对视觉环境的结构和质量及对安全色感受的影响。

6）声学工作环境应避免有害的或扰人的噪声的影响，包括外部噪声的影响，应该特别注意下列因素：①声压级；②频谱；③随时间的分布；④对声信号的感觉；⑤语言清晰度。

7）传递给人的振动和冲击不应当引起身体损伤和病理反应或感觉运动神经系统失调。

8）应避免使工作接触危险物质及有害的辐射。

9）在室外工作时，对不利的气候影响（如热、冷、风、雨、雪、冰）应提供适当的遮掩物。

1.3.4 工作过程设计原则

1）工作过程的设计应当保证工作者的健康和安全，改善他们的生活质量，增进工作绩效。特别是要防止超负荷或负荷不足。超越了操作的生理和/或心理机能范围的上限或下限，会形成超负荷和/或负荷不足。例如，①躯体的或感觉的超负荷使人产生疲劳；②相反地，负荷不足或使人感到单调的工作，会降低警觉性。

2）生理上和心理上施加的压力不仅有赖于在1.3.2和1.3.3节中所考虑的因素，而且也有赖于操作的内容和重复程度以及操作者对整个工作过程的控制。

3）应该注意采用下列方法中的一种或几种，以改善工作过程的质量：①由一名代替几名操作者来完成属于同一工作职能的几项连续操作（职能扩大）；②由一名代替几名操作者来完成属于不同工作职能的连续操作。例如，组装作业后的质量检查，可由次品检出人员来完成（职能充实）；③变换工作，例如，在装配线上或在工作班组内，组织工作者自愿变换工种；④有组织的或无组织的工间休息。

4）在采用上述方法时，应该特别注意：①警觉性的变化和工作能力的昼夜变化；②操作者之间工作能力上的差异以及随年龄的变化；③个人技能的提高。