[转载]让技术人性化的科学—人机工程学

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引言：如何让机器及工作环境的设计，能更适合人的生理心理特点，让人在作业当中，能够感受到舒适和便捷，以至融洽和满足？这样的问题，也许会让您觉得新奇而又全无头绪，或者说天真而又脱离实际，或者过于简单和平易近人，因而是无需专门来研究和思考的问题。不管怎么说，下文所要介绍的是，就这个问题已发展出了一个在发达国家影响巨大的现代学科，即使在我国也已在近20年取得了长足的进展。  

在一些好莱坞的科幻大片里，未来的世界充斥着生硬冷漠的巨型建筑、和横行无阻的巨无霸机器人，人类成了一群柔弱渺小的蝼蚁，面对自己的造物一边作无力的挣扎，一边也对此前的技术狂热作绝望的反省。另一方面，我们也见到近来有些厂商，尤其在计算机和家具产品领域，把“以人为本”、“人体工学”的设计作为产品的特质来重点宣传。如何让技术的发展围绕人的需求来展开，产品和环境的设计如何更好地适应和满足人类的生理和心理的特点，关于这些问题的答案，就涉及到本文所要介绍的人机工程学。

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1.什么是人机工程学
人机工程学是一门多学科的交叉学科，研究的核心问题是不同的作业中人、机器及环境三者间的协调，研究方法和评价手段涉及心理学、生理学、医学、人体测量学、美学和工程技术的多个领域，研究的目的则是通过各学科知识的应用，来指导工作器具、工作方式和工作环境的设计和改造，使得作业在效率、安全、健康、舒适等几个方面的特性得以提高。

人机工程学从不同的学科、不同的领域发源，又面向更广泛领域的研究和应用，是因为人机环境问题是人类生产和生活中普遍性的问题。其发源学科和地域的不同，也引起了学科名称长期的多样并存，在英语中，主要有Ergonomics（欧洲）、Human Engineering（美国）等，在汉语中，则还有“人类工效学”、“人类工程学”和“人体工学”。我国一般把“人类工效学”作为这个学科的标准名称，不过笔者更喜欢“人机工程学”的叫法，比较起来，前者指明人类和工效的研究是学科的主要内容，但后者更能抓住问题的核心在于人机关系，也更适合学科目的的丰富内涵。

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2.人机工程学在二战时期的迅速发展
人机工程学的各个分支学科的研究，都在一定程度上具有人机工程学研究的性质。所有这些思想和方法经过长期和零散的酝酿，在二战时期获得了突破性的进展，从此也奠定了人机工程学被视为成熟的现代学科的地位，在世界范围受到重视并被视为工业的推动力之一。这种情形的发生，是因为战争中复杂武器的发展，使得人机协调问题的突然激化。例如空战和歼击机提出对飞行员的体能和智能要求，使得人员的选拔和培训难度不断增大，促使在飞机的仪表显示、操纵工具和飞行员座椅等部件的设计中，不得不加大对人的因素的考虑，进而带动了有关的技术和方法的迅速发展。

人机工程学作为一个工程学科，其研究常常是围绕具体的现实问题而展开，例如由于航空航天活动对人类生理适应性和工作能力的挑战，促进了航空航天医学的发展，在北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系，也较早设立了人机环境专业的教学和科研；由于工业生产中职业病的广泛危害，在北京医科大学公共卫生学院也开展了包括坐姿作业导致的肌肉骨骼劳损、粉尘污染致癌等职业病学的研究，同时也就涉及到作业姿势，作业环境评价等方面的人机工程学的研究。

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3 我们身边的人机工程学
人机工程学的基本研究对象是人的工作，有趣的是，其许多原理认识之后常常显得非常浅显，而认识之前又常常难以发现或者易于忽视。

就日常的熟悉程度，最典型的例子莫过于青少年的学习姿势和近视眼问题。为了防止青少年写字时驼背和近视眼，人们曾设计出各种姿势纠正器具，来限制弓腰，使学生写字时保持直坐姿势。这些器具也许会吸引家长掏腰包，但我要怀疑它们是否会得到学生的欢迎。难题实际上在于，人的眼睛是向前长在脸上的，而不是向下长在下巴上的，而人的眼睛又倾向于对对象作正面的观察。这样，看作业本就就要求面部向下倾斜，这时要挺直脊柱，必然导致颈部弯曲角度的加大；如果又要挺胸又要直颈，学生就只好使劲向下撇眼睛。对此王小波在《白银时代》里有一段生动的描写：“只要不是工间操时间，我们都要挺胸垂着头写稿子，那样子就像折断了颈骨悬在半空中的死尸。长此以往，我们都要像一些拐杖了。”所以相比之下，在作业中自然形成的适度的驼背姿势，把这个角度的扭曲交由脊柱、颈部和眼睛来共同分担，倒可能是更适合人的生理特性的姿势。这个问题合理的解决办法之一，是让桌面具有适当的斜度，及椅座具有所谓瀑布形的前缘，总之某种姿势的自然形成，是离不开相应的桌椅设计为诱导和支持的。

类似的问题，也出现在操作计算机的上机姿势中。在现行的上机条件下，操作员常常是手臂向前悬空着来操作键盘和鼠标的。手臂的悬空形成了肩颈部的静态疲劳，使得操作员不便背部后靠在椅子靠背上作业（后靠姿势会加大悬空的手臂的前伸程度，从而增大肩部所需的平衡力矩，加快肩颈部的疲劳），而当操作员脱离靠背又手臂悬空时，体重就全部需要由脊柱来承担，其结果或者是腰背的疲劳酸痛，或者是腰肌放弃维持直坐姿势而塌腰驼背，或者是把手腕抵在桌沿而引发腕管综合症。如此等等，使得计算机操作员的作业姿势，大都不是打字教科书中推荐的正确姿势。这里问题的关键和前面类似，即如果书本推荐的正确姿势没有适当设计的桌椅的支持，就会是一种费力的姿势，而各种错误的姿势由于其省力而易于维持，便会成为人们事实上的作业姿势。

在一些计算机教育的报道中，我们见到儿童趴在与其身材不适的电脑台上，眼睛凑得很近地操作计算机，这样的“电脑从娃娃抓起”，后果会不会是电脑职业病从娃娃得起呢？对于计算机作业姿势和作业环境，笔者已在因特网上建立了一个专门的站点  http://ergodesk.yeah.net）来加以分析和讨论。

再举一个人体测量学的例子，在一些大客车座椅，或者老板椅的靠背上部，都有一道鼓起来的凸包。对于大多数中国人来说，这个凸包常常是顶在后脑勺，使得当身体后靠在椅背时，不得不稍稍低头。从设计上来说，这道凸包本来是用来垫靠颈部的凹处，使人的头颈更舒服的。问题的出现是由于这些座椅的设计和生产直接从国外引进，而生产者又没有有关的常识，尺寸上完全照搬。由于中国人的身材较西方人小，结果西人垫颈的凸包就顶住了我们的后脑勺。

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4.人机工程学在中国
在中国，人机工程学的研究在本世纪30年代开始即有少量和零星的开展，但系统和深入的开展则在文革以后。1980年4月，国家标准局成立了全国人类工效学标准化技术委员会，统一规划、研究和审议全国有关人类工效学的基础标准的制定。1984年，国防科工委成立了国家军用人－机－环境系统工程标准化技术委员会。这两个技术委员会的建立，有力地推动了我国人机工程学研究的发展。此后在1989年又成立了中国人类工效学学会，再在1995年9月创刊了学会会刊《人类工效学》季刊。
虽然人机工程学在中国已有所进展，但是和发达国家相比还非常落后。中国在人力资源方面是相对充裕和廉价的，象“王铁人”这样的劳动楷模，就其奉献精神和坚强意志固然让人钦敬，而在人机工程学角度看来，却体现出技术的落后和对人力的滥用。随着我国科技和经济的发展，人们对工作条件、生活品质的要求也逐步提高，对产品的人机工程特性也会日益重视，本文开篇谈到一些厂商把“以人为本”的、“人体工学”的设计作为产品的卖点，也正是出于对这种新的需求取向的意识。
笔者有一次在北京图书馆复印国际人类工效学专业杂志《Ergonomics》的几篇文章，旁边有位读者很好奇地问我ergonomics是什么意思，当我告诉他这个词的中文译名是人机工程学或者人类工效学时，对方的反应显然仍是一头雾水。事实上，在我国不光普通公众，即使理工科的大学毕业生，也大都不太知道这门学科的有关情况。另一方面，从中国专利局公布的专利授予可以看出，人类发明创造的很大一部分，都是关于如何使各种器具变得更省力和方便，虽然人机工程学正是为这类改进提供系统的理论和方法，但就象前面提到的少儿姿势纠正器一样，大多数发明人显然也缺乏有关的基本知识。这都反映出人机工程学在我国不仅有待研究和提高，更亟需宣传和普及。杭州大学朱祖祥教授主编的《人类工效学》教程序言也指出：“人类工效学工作者除了要努力从事研究工作外，还须向全社会广作宣传。”

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5.二十一世纪的人机工程学
人机工程学致力于人与技术之间的协调，分开来讲，则有技术的人性化和人的技术化两个方面。
从信息技术的发展来看，下一个世纪技术人性化的最大体现将在于计算机虚拟现实技术的实用化。回顾人与计算机交互方式的演变，从利用穿孔纸带输入计算程序，到面对终端机上的字符操作界面，再到个人计算机上的图形界面和多媒体，继而是网络和虚拟现实，界面的日益“友好”或者说计算机技术的日益“人性化”，其实质也就是人机工程特性的不断的提高。彼尔•盖茨的《未来之路》和尼葛洛庞帝的《数字化生存》都向公众介绍过虚拟现实的有关概念和前景，从人机工程学的角度来说，虚拟现实技术把人类的空间感、行走等感觉和行为功能纳入到人机交互之中，使得人与信息的交流变得更加自然和没有阻碍。
在人的技术化方面，一方面人自觉和主动地进行学习、接受训练和选拔，从而获得更大的能力；另一方面也会被动地和不自觉地接受技术的约束，和形成对技术的依赖，后者例如使用计算器后心算能力的减退，继而使用电脑记事后记忆力的减退。1997年克隆羊的问世，引起了世界范围的震动，也继而引起了是否要研究克隆人的激烈争论。从生物科学的发展来看，克隆羊或者克隆人的出现，或者在此时，或者在彼地，但都是技术不断进步的必然结果，而引起笔者更大震动的，是前不久读到的一段英国科学家霍金的言论，记得其大意是：由于人类社会和技术环境的复杂性的不断提高，使人类作为一种生物所具有的有限能力和复杂性日益难以适应，因而利用基因技术来改造和提高人类的素质将成为必然的选择。这个观点意味着人类这个认识和改造的主体，将自觉地将其所发展的技术手段应用于对自身的根本性改造，这将对人类未来的演进带来复杂和深远的影响。当然，在这样的意义上，笔者和大家一样都还是未被改进的旧人类，所以对这种新的前景也还无从臆测了。这里值得注意的是，和技术的人性化相比，人的技术化涉及到社会、文化、宗教层面的争论，或者说涉及到的不同的价值取向的争论，而这样的争论，就越出到科技以外的范畴去了。