1.3 人类工效学的研究方法

人类工效学的研究主要运用人体科学及其相关学科的研究方法及手段，同时结合系统工程、控制理论、统计学等方法。半个多世纪以来，本学科也建立了一些独特的研究方法，以探讨人、机、环境要素间复杂的关系问题。如：测量人体各部分静态和动态数据；调查或直接观察人在作业时的行为和反应特征；对时间和动作的分析研究；测量人在作业前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化；观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题；分析差错和意外事故的原因；进行模型实验或用电子计算机进行模拟实验；运用数字和统计学的方法找出各变数之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展成有关理论。

目前常用的研究方法有以下几种。

1）实测法

这是一种借助于仪器设备进行实际测量的方法。例如，对人体静态与动态参数的测量，对人体生理参数的测量或者是对系统参数、作业环境参数的测量等。

2）实验法

这种研究方法，一般是在实验室进行，但也可以在作业现场进行。例如，为了获得家具的体压分布或人对各种不同显示仪表的认读速度和差错率的数据时，一般在实验室进行；如需了解色彩环境对人的心理、生理和工作效率的影响时，由于需要进行长时间和数次观测，通常在作业现场进行。

3）观察法

为了研究系统中人、机的工作状态，常采用各种各样的观察方法，如工人操作动作的分析、功能分析和工艺流程分析等大都采用观察法。

4）分析法

分析法是在上述各种方法中获得了一定的资料和数据后采用的一种研究方法。目前，人类工效学研究常采用如下几种分析法：

（1）瞬间操作分析法。即采用统计学中的随机取样法，对操作者和机械之间在每一间隔时刻的信息进行测定后，再用统计推理的方法加以整理，从而获得研究人-机-环境系统的有用资料。

（2）知觉与运动信息分析法。知觉与运动信息分析法，就是对此反馈系统进行测定分析，然后用信息传递理论来阐明人、机间信息传递的数量关系。

（3）动作负荷分析法。在规定操作所必需的最小间隔时间条件下，采用电子计算机技术来分析操作者连续操作的情况，从而可推算操作者工作的负荷程度等。

（4）相关分析法。用相关分析法能够确定两个以上的变量之间是否存在统计关系。利用变量之间的统计关系可以对变量进行描述和预测，或者从中找出合乎规律的东西。例如，对人的身高和体重进行相关分析，便可以用身高参数来描述人的体重。由于统计学的发展和计算机的应用，使相关分析法成为人类工效学研究的一种常用方法。

此外，还采用频率分析法和危害分析法等方法。

5）调查研究法

这种方法包括简单的访问、专门调查，直至非常精细的评分、心理和生理学分析判断以及间接意见与建议分析等。

6）模拟和模型试验法

此法为进行人机系统研究时常采用模拟的方法。模拟方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器、机械的模型以及各种人体模型等。通过这类模拟方法可以对某些操作系统进行逼真的试验，并从实验室研究外推得到所需的更符合实际的数据。图1-3为应用模拟和模型试验法研究人机系统特性的典型实例。尤其像汽车等交通工具的破坏性、安全性等研究主要采用这种方法。

7）计算机仿真技术

随着现代人机系统越来越复杂，采用物理模拟和模型方法研究复杂人机系统，不仅成本高、周期长，而且模拟和模型装置一经定型，就很难作修改变动。因此，计算机仿真技术已成为人类工效学研究的一种现代方法。

计算机仿真技术（computer simulation technology）是利用计算机科学和技术的成果，建立被仿真的系统模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一种综合性技术。研究者可对尚处于设计阶段的未来系统进行仿真，并就系统中的人、机、环境三要素的功能特点及其相互间的协调性进行改进设计。应用计算机仿真技术，能大大缩短设计周期，并降低成本。图1-4是人体动作分析仿真图形输出。

在国外，也有学者按照学科性质来对研究方法进行分类，以下简要进行说明。

1.3.1 心理学的测定法

心理学测定法主要有精神物理学的测定法、尺度法和官能检查等。所谓精神物理学的测定法，就是测量当给予某种刺激时，要多大以上调查对象才能感受得到，或者多大程度的刺激值，能进行大小区别等。举个具体的例子，如雷达斑点的辉度，要多大以上才能看见？电视机画像的瑕疵、录音机的杂音，多大程度以上能被知觉？像调查这样的一些问题所用的方法就是精神物理学测定法。

所谓尺度法就是根据规则将对象用数字分配，从而求如何根据法则来分配。主要有名义尺度、顺序尺度、间隔尺度、比率尺度等。下面简单进行说明。

名义尺度：就像棒球选手背上的号码一样，谁是几号、号码的大小并没有什么特别的意思。第一色盲、第二色盲等色盲分类的1、2，就是这个意思。

顺序尺度：像学习成绩的排次，酒的1级、2级的区别，矿物的硬度等，只用数字单纯按顺序表示，1和2的间隔，2和3的间隔，不必保证相等。平均值等必须表示出来。

间隔尺度：像年号、温度（绝对温度除外）等，虽然数值间的差有数量的意思，但零的位置仅仅是为了方便而确定。一般可以用平均值，但不使用比率。

比率尺度：长度、质量、密度、电阻等，数值的间隔、比率都有量的意义。

心理学测定得到的数值，很多使用的是顺序尺度，这和大量使用比率尺度的物理学等不同，如果用相同方法处理，会招致混乱，这点要十分注意。

这些尺度间只求证了数值间有怎样的关系，作为对进行人体测量的有力方法，还要进行官能检查。也就是说，将人类各种各样的感知方法用数量来测定。如对色彩、音响、设计优良性、使用方便性等的情感评价时，经常用到SD（semantic differential）法。下面就这一概念作简要说明。

在工效学领域必要的感觉、知觉测定法中，评定者判断的基准并不一定明确存在。比如，像视觉表示的全体印象、汽车的乘坐感觉、坐椅子的感觉、使用机器器具的感觉、音乐的音色等日常所说的感觉、印象等，这些质的要素的心理效果要用量来把握。这种情况下，SD法使用简便，而且对主观的事情能相对客观地把握，从这个意义上说是一种有效的方法。SD法是美国伊利诺伊大学的奥斯古德（C.E.Osgood）教授为了语言的心理学研究而开发的方法。如它的名字一样，本来这是分析意思的方法，研究语言对个人赋予感情的手段。SD法在日本的色彩、配色、音色、语音印象、手感等感觉性心理效果，以及商品、企业、广告的印象调查等领域，都得到广泛使用。

这个方法如果运用于心理学测定，可以说和以前的评定尺度相类似。评定尺度就是在如下的直线上画出等间隔的区分，记入评定标准的词语。

评定者对于评定对象的某个侧面，在这个尺度7阶段相应的地方画上标记。像这样，心理尺度虽然不能像物理尺度那样被确保等隔性，但可简单当作等间隔，各区分从1分到7分，或者相当-3到+3的得分。从经验可知，即使评定结果用统计方法处理，也不会有大的偏差。SD法能同时给予多个评定尺度，来评定语言、色彩或其他的刺激。尺度两端使用的形容词也不限于“好的——坏的”等评价，各种各样的形容词都能用。另外，进行评定的人，不限于专家，一般的人也能进行评定。

1.3.2 动作-时间研究

我们工作的时候，如果作业方法不恰当，既不能提高生产效率，又会增加疲劳。为了对此进行科学的探究，发现更好的作业方法，在20世纪初的时候，以泰勒和吉尔布雷斯（Gilbreth）为中心展开了研究工作。这个方法就是通过秒表或照片、映像，用动作要素分析作业，去除不必要的动作，组合好的动作，从而创造最佳的作业方法。下面以吉尔布雷斯初期进行的研究作为例子进行介绍。他详细分析了造房子时瓦工的作业，调查了瓦的存放场所和作业进展的配合怎样变化才能使效率提高。此外，还用动作分析算出用铁铲取沙石时，多少量才能使疲劳最小，以及和木柄的粗细、长度、把手的位置、与重心的关系等。作业研究的最初就是在这些实际场合应用的。毋庸置疑，构成作业研究中心的是动作和时间分析。使用这个方法，能判断人和机器是否能互相适应。另外，如果改良，就能很快正确地操作机械，这些问题就都能解决。从以上讲过的例子也能很好理解这点。

表1-1所列的符号表示人的动作，这种方法是根据发明者吉尔布雷斯名字字母相反排列而命名的，根据这些来进行作业的分析。

1.3.3 人体测量——形态学的测定

工效学显著的效果在于设计出的机器，能使人的疲劳减少，又便于使用，减少误操作，且效率高。因此，首先对人体的尺寸、手脚能达到的范围、作业或操作时人承受多大的负担等身体上的量及其变化，就需要客观地评价。这些就是人体测量和形态学测定的目的。例如仪表盘，必须放在视线到达并能轻松读到数据的范围，控制用的旋钮或把手，要在手能到达的范围内，而且必须要装在容易操作的方向。此外，和人体直接接触的衣服的裁剪或椅子等的设计，也须以人体各部分的尺寸作为基础。从这个意义上说，人体测量是工效学最基础的东西。

虽然到现在为止有很多人体测量的相关资料发表过，但这些主要都是从人类学的角度进行的。也就是说，以骨骼为中心进行测量，被称为“骨计测”，但包括器械设计时必要的软部测量等资料相对较少。除此之外，由于各自设计目的不同，必要的测量部位或测量方法也不同，设计需要的数据直接利用以往资料的情况也不是很多，今后还需要不断积累各种情况下人体测量的数据，以满足各种需求。

1.3.4 生理学的测定

生理学的测定是对身体生理性变化的测定法。工作时承受的负担根据工作性质而不同，但都能通过呼吸、肌电图、心率、精神反射电流（galvanic skin reflex, GSR）等进行测定。根据这些测定，可以对作业负荷、紧张感等进行大致分类。生理学测定必须从综合性的立场进行判定，否则结论就会出错。此外，除了上述几种生理指标外，脑波、血压、眼球运动等也常被同时测定。下面就其中几种简单加以说明。

肌电图：因为动作是通过肌肉的紧张、松弛而完成的，因此，如果调查肌肉的兴奋状态，就能知道动作时哪块肌肉是以怎样的强度在动。这种记录不同肌肉活动程度的图表就叫肌电图（electromyography，EMG），如图1-5所示此图是跳远时肌电图的例子，振幅大的地方表示肌肉运动也大。肌电仪就是用示波器记录装置记录下肌肉活动时产生的生物电信号，以此来知道对身体的负担。

闪光融合频率（flicker fusion frequency）：使光按一定的速度闪烁，开始眼睛能看见光闪烁，随着闪烁的速度加快，人眼不再能分辨，看上去就像一道连续光。开始出现看起来像融合时的闪烁频率就是闪光融合频率。随着疲劳，这个值会下降。因此如果作业前后测定这个值作比较，就可以知道作业负担的大小了（图1-6）。

精神反射电流（GSR）：出汗有两种，一种是温热刺激下调节体温的发汗，另一种是由于情绪刺激，中枢神经兴奋而出汗的精神性发汗。高度紧张或兴奋时，手掌或脚底都会出汗。用电流将皮肤表面发生的微弱变化获取并表现出来的测定方法就叫GSR法。

相对代谢率（relative metabolic rate，RMR）：众所周知，劳动或运动的时候，强度大呼吸就会急促。这是因为消耗能量时，想要吸入新的氧气，呼吸量、呼吸次数会增多。测定作业时消耗的氧气量，和安静时的消耗量（即基础代谢氧气消耗量）比较，就能测定作业时消耗掉能量的大小，也就能知道作业强度。这叫做相对代谢率（RMR），可用以下公式表示：

RMR=运动代谢/基础代谢=（运动时氧气消耗量–安静时氧气消耗量）/基础代谢氧气消耗量

表1-2是根据这个方法测定的日常生活或运动时相对代谢率的例子。