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摘要：本文首先先容了人機工程學(xué)的概念，回顧了人機工程技術(shù)國內外的研究狀況，指出了人機工程技術(shù)研究的應用領(lǐng)域；其次通過(guò)對人機界面技術(shù)及視覺(jué)-目標拾取認知技術(shù)研究的規律研究的分析，對當前人機工程技術(shù)研究的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討；最后對人機工程技術(shù)的應用遠景進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：人機工程；人機界面；視覺(jué)；目標拾取。

一、讓技術(shù)人性化的科學(xué)--人機工程學(xué)

1什么是人機工程學(xué)

人機工程學(xué)是研究“人—機—環(huán)境”系統中人、機、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系，為解決系統中人的效能、健康題目提供理論與方法的科學(xué)。 

人機工程學(xué)研究在設計人機系統時(shí)如何考慮人的特性和能力，以及人受機器、作業(yè)和環(huán)境條件的限制。人機工程學(xué)還研究人的練習，人機系統設計和開(kāi)發(fā)，以及同人機系統有關(guān)的生物學(xué)或醫學(xué)題目。對于這些研究，在美國有人稱(chēng)之為人類(lèi)工程學(xué)“HUMAN ENGINEERING”，人因（素）工程學(xué)“HUMAN FACTORS (ENGINEERING)”，在歐洲有人稱(chēng)之為“ERGONOMICS”，生物工藝學(xué)，工程心理學(xué)，應用實(shí)驗心理學(xué)以及人體狀態(tài)學(xué)等等。日本稱(chēng)之為“人間工學(xué)”，我國目前除使用上述名稱(chēng)外，還有譯成工效學(xué)、宜人學(xué)、人體工程學(xué)、人機學(xué)、運行工程學(xué)、機構設備利用學(xué)、人機控制學(xué)等。人體工程不同的命名已經(jīng)充分體現了該學(xué)科是“人體科學(xué)”與“工程技術(shù)”的結合，實(shí)際上，這一學(xué)科就是人體科學(xué)，環(huán)境科學(xué)不斷向工程科學(xué)滲透和交叉的產(chǎn)物，它是以人體科學(xué)中的人類(lèi)學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、衛生學(xué)、解剖學(xué)、生物力學(xué)、人體丈量學(xué)等為“一肢”；以環(huán)境科學(xué)中的環(huán)境保護學(xué)、環(huán)境醫學(xué) 、環(huán)境衛生學(xué)、環(huán)境心理學(xué)、環(huán)境監測技術(shù)等學(xué)科為“另一肢”，而以技術(shù)科學(xué)中的產(chǎn)業(yè)設計、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟、系統工程、交通工程、企業(yè)治理等學(xué)科為“軀干”，形象地構成了本學(xué)科的體系，從人機工程學(xué)的構成體系來(lái)看就是一門(mén)綜合性的邊沿學(xué)科，其研究的領(lǐng)域是多方面的，大致包括電話(huà)、電傳、計算機控制臺、數據處理系統、高速公路信號、汽車(chē)、航空、航海、現代化醫院、環(huán)境保護、教育、互聯(lián)網(wǎng)等，人機工程學(xué)甚至可用于大規模社會(huì )系統，因此可以說(shuō)與國民經(jīng)濟的各個(gè)部分都有密切的關(guān)系。 

2人機工程學(xué)的國內外發(fā)展狀況

人機工程技術(shù)是21世紀信息領(lǐng)域需要解決的重大課題。美國21世紀信息技術(shù)計劃中的基礎研究?jì)热轂?項：軟件、人機交互、網(wǎng)絡(luò )、高性能計算機。其中，人機建模研究在信息技術(shù)中被列為與軟件技術(shù)和計算機技術(shù)等并列的六項國家關(guān)鍵技術(shù)之一，并被以為“對于計算機產(chǎn)業(yè)有著(zhù)突出的重要性，對其它產(chǎn)業(yè)也很重要”。美國國防關(guān)鍵技術(shù)計劃不僅把人機交互列為軟件技術(shù)發(fā)展的重要內容之一，而且還專(zhuān)門(mén)增加了與軟件技術(shù)并列的人機界面這項內容。日本也提出了FPIEND21計劃（Future Personalized Information Environment Development），其目標就是要開(kāi)發(fā)21世紀個(gè)性化的信息環(huán)境。我國973、S-863、十五計劃及未來(lái)的十一五計劃均將人機交互列為主要內容。

在中國，人機工程學(xué)的研究在20世紀30年代開(kāi)始即有少量和零星的開(kāi)展，但系統和深進(jìn)的開(kāi)展則在“文革”以后。1980年4月，國家標準局成立了全國人類(lèi)工效學(xué)標準化技術(shù)委員會(huì )，同一規劃、研究和審議全國有關(guān)人類(lèi)工效學(xué)的基礎標準的制定。1984年，國防科工委成立了國家軍用人－機－環(huán)境系統工程標準化技術(shù)委員會(huì )。這兩個(gè)技術(shù)委員會(huì )的建立，有力地推動(dòng)了我國人機工程學(xué)研究的發(fā)展。此后在1989年又成立了中國人類(lèi)工效學(xué)學(xué)會(huì )，再在1995年9月創(chuàng )刊了學(xué)會(huì )會(huì )刊《人類(lèi)工效學(xué)》季刊。20世紀90年代初，北京航空航天大學(xué)首先成立了我國該專(zhuān)業(yè)的第一個(gè)博士學(xué)科點(diǎn)，隨后南京航空航天大學(xué)、西北工大、北京理工大學(xué)、北大醫學(xué)部等大學(xué)也先后成立了相應的專(zhuān)業(yè)。當前，隨著(zhù)我國科技和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對工作條件、生活品質(zhì)的要求正逐步進(jìn)步，對產(chǎn)品的人機工程特性也會(huì )日益重視。一些廠(chǎng)商把“以人為本”、“人體工學(xué)”的設計作為產(chǎn)品的賣(mài)點(diǎn)，也正是出于對這種新的需求取向的意識。

3人機工程的應用領(lǐng)域

（1）事故、健康與安全：包括事故與安全、事故調查、事故改造、健康與安全、健康人機工程、危險分析、健康與安全課題、健康與安全規則的應用、產(chǎn)業(yè)工作壓力、機器防護、安全文化與安全治理、安全文化評價(jià)與改進(jìn)、警示與提醒技術(shù)、安全概率分析；
（2）人體工作行為解剖學(xué)和人體丈量：解剖學(xué)、人體丈量、人體丈量和工作空間設計、生物力學(xué)、殘疾人設計、姿勢和生物力學(xué)負荷研究、工作中的滑倒、差錯研究、背部疼痛、聽(tīng)覺(jué)障礙研究；
（3）認知工效學(xué)和復雜任務(wù)：認知技能和決策研究、法律人機工程、團隊工作、過(guò)程研究；
（4）計算機軟件人機工程 ：軟件設計、軟件發(fā)展、軟件人機工程、執行和可用性；
（5）計算機終端：設計與布局：計算機產(chǎn)品和外設的設計與布局、計算機終端工作站、顯示屏設備與規則、顯示屏健康與安全、辦公環(huán)境人機工程研究；
（6）顯示與控制布局設計：顯示與控制信息的選擇與設計；
（7）控制室設計：控制臺和控制室的布局設計、控制室人機工程；
（8）環(huán)境人機工程：環(huán)境狀況和因素分析、噪音丈量、工作中的聽(tīng)力損失、熱環(huán)境、可視性與照明、工作環(huán)境人機工程、振動(dòng)；
（9）專(zhuān)家論證：多工作環(huán)境 ：專(zhuān)家論證調查研究、法律人機工程、工作賠償申訴、傷害訴訟、傷害原因、訴訟支持；
（10）人機界面設計與評價(jià)：人機界面的設計與發(fā)展、知識系統、人機界面形式、HCI/MMI原型、GUI原型；
（11）人的可靠性：人的失誤和可靠性研究、人的失誤分析、人因審查、人因整合、人的可靠性評價(jià)；
（12）產(chǎn)業(yè)設計應用“信息設計、市場(chǎng)/用戶(hù)研究、醫療設備、座椅的設計與舒適性研究、座椅設計與分類(lèi)、家具分類(lèi)與選擇；
（13）產(chǎn)業(yè)/貿易工作空間設計：產(chǎn)業(yè)工作空間設計、產(chǎn)業(yè)人機工程、工作設計與組織、人體丈量學(xué)與工作空間設計、工作空間設計與工作站設計、警告、標簽與說(shuō)明、工作負荷分析； 
（14）治理與人機工程：變化治理、本錢(qián)-利益分析、突發(fā)事故應變研究、人機戰略實(shí)施、操縱效能、操縱負荷分析、標準化研究、人力資源治理、工作程序、人機規則和實(shí)踐；
（15）手工操縱負荷，安全與培訓：手工操縱評價(jià)與培訓、手工操縱與舉力、手工操縱負荷；
（16）辦公室人機工程與設計：辦公自動(dòng)化、辦公室和辦公設備設計、辦公室設計人機工程； 
（17）生理學(xué)方面和醫學(xué)人機工程：生理學(xué)、生理能力、醫學(xué)人機工程、醫學(xué)設備、心理生理學(xué)、行為期看、行為標準；
（18）產(chǎn)品設計與顧客：人機工程銷(xiāo)售與市場(chǎng)、產(chǎn)品設計與測試、產(chǎn)品中人機工程、產(chǎn)品發(fā)展、產(chǎn)品可靠性與安全性、產(chǎn)品缺陷、產(chǎn)品材質(zhì)、服裝人機工程；
（19）風(fēng)險評估：多種工作狀況：風(fēng)險與本錢(qián)-利益分析、風(fēng)險評估與風(fēng)險治理、風(fēng)險猜測、總體骨骼、肌肉風(fēng)險研究；
（20）社會(huì )技術(shù)系統與人機工程：組織行為、組織變化、組織心理學(xué)、人機工程戰略、社會(huì )技術(shù)系統、暴力評估與動(dòng)機；
（21）系統分析：系統分析與設計、系統整合、系統需求、電信系統與產(chǎn)品、人機系統、職員配備研究、三維人體模型、實(shí)驗設計、系統設計標準與種別、通訊分析；
（22）任務(wù)分析：任務(wù)分析與工作設計、任務(wù)分析與綜合、團隊協(xié)作；
（23）治理培訓與職員培訓：人機工程培訓、整體培訓、認知技能/決策分析、工程師培訓、STUDIO中的練習、練習模型、培訓需求分析；
（24）可用性評估：可用性評估與測試、可用性審核、可用性評估、可用性培訓、試驗與驗證、仿真與試驗、仿真研究、仿真與原型；
（25）用戶(hù)需求與用戶(hù)指導：用戶(hù)文檔、用戶(hù)指導、用戶(hù)手冊與說(shuō)明、用戶(hù)界面設計與原型、用戶(hù)需求分析與種別、用戶(hù)實(shí)驗治理；
（26）車(chē)輛與交通人機工程：航空人機工程、頭盔顯示、乘客環(huán)境、鐵路車(chē)輛與系統、交通設計、車(chē)輛設計、車(chē)輛人機工程、車(chē)輛安全性 ；
（27）其它特殊的人機工程應用：原子能、軍隊人機工程、過(guò)程控制、文化調查、調查與研究方法、自動(dòng)語(yǔ)音識別。

二、當前人機工程技術(shù)研究的發(fā)展趨勢

1人機界面技術(shù)研究

在人機工程學(xué)中人機界面是最重要的一個(gè)研究分支，它是指人機間相互施加影響的區域，凡參與人機信息交流的一切領(lǐng)域都屬于人機界面�？蓪⒃O計界面定義為設計中所面對、所分析的一切信息交互的總和，它反映著(zhù)人一物之間的關(guān)系。

廣義的人機界面：在人機系統模型中，人與機之間存在一個(gè)相互作用的“面”，稱(chēng)為人-機界面，人與機之間的信息交流和控制活動(dòng)都發(fā)生在人機界面上。機器的各種顯示都“作用”于人，實(shí)現機-人信息傳遞；人通過(guò)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等感官接受來(lái)自機器的信息，經(jīng)過(guò)腦的加工、決策，然后作出反應，實(shí)現人-機的信息傳遞。人機界面的設計直接關(guān)系到人機關(guān)系的公道性。研究人機界面主要針對兩個(gè)題目： 顯示和控制。 

狹義的人機界面是指計算機系統中的人機界面。人機界面（Human-Computer Interface），又稱(chēng)人機接口、用戶(hù)界面（User Interface）、人機交互（Human-Computer Interaction），是計算機科學(xué)中最年輕的分支科學(xué)之一。它是計算機科學(xué)和認知心理學(xué)兩大科學(xué)相結合的產(chǎn)物，同時(shí)也吸收了語(yǔ)言學(xué)、人機工程學(xué)和社會(huì )學(xué)等科學(xué)的研究成果。通過(guò)30余年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門(mén)以研究用戶(hù)及其與計算機的關(guān)系為特征的主要學(xué)科之一。尤其80年代以來(lái)，隨著(zhù)軟件工程學(xué)的迅速發(fā)展和新一代計算機技術(shù)研究的推動(dòng)，人機界面設計和開(kāi)發(fā)已成為國際計算機界最為活躍的研究方向。隨著(zhù)計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，人機界面學(xué)的發(fā)展，會(huì )朝著(zhù)以下幾個(gè)方向發(fā)展：

（1）高科技化 

信息技術(shù)的革命，帶來(lái)了計算機業(yè)的巨大變革。計算機越來(lái)越趨向平面化、超薄型化；便捷式、袖珍型電腦的應用，大大改變了辦公模式；輸進(jìn)方式已經(jīng)過(guò)單一的鍵盤(pán)、鼠標輸進(jìn)，朝著(zhù)多通道輸進(jìn)化發(fā)展。追蹤球、觸模屏、光筆、語(yǔ)音輸進(jìn)等競相登場(chǎng)；多媒體技術(shù)、虛擬現實(shí)及強有力的視覺(jué)工作站提供真實(shí)、動(dòng)態(tài)的影像和刺激靈感的用戶(hù)界面，在計算機系統中，各顯其能，使產(chǎn)品的造型設計更加豐富多彩，變化紛呈。

（2）自然化 

早期的人機界面很簡(jiǎn)單，人機對話(huà)都是機器語(yǔ)言。由于硬件技術(shù)的發(fā)展以及計算機圖形學(xué)、軟件工程、人工智能、窗口系統等軟件技術(shù)的進(jìn)步，圖形用戶(hù)界面(Graphic User Interface)、直觀(guān)操縱(Direct Manipulation)、“所見(jiàn)即所得”(What you see is what you get)等交互原理和方法相繼產(chǎn)生并得到了廣泛應用，取代了舊有“鍵進(jìn)命令”式的操縱方式，推動(dòng)人機界面自然化向前邁進(jìn)了一大步。然而，人們不僅僅滿(mǎn)足于通過(guò)屏幕顯示或打印輸出信息，進(jìn)一步要求能夠通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、觸覺(jué)以及形體、手勢或口令，更自然地“進(jìn)進(jìn)”到環(huán)境空間中往，形成人機“直接對話(huà)”，從而取得“身臨其境”的體驗。

（3）人性化 

現代設計的風(fēng)格已經(jīng)從功能主義逐步走向了多元化和人性化。今天的消費者紛紛要求表現自我意識、個(gè)人風(fēng)格和審美情趣，反映在設計上亦使產(chǎn)品越來(lái)越豐富、細化，體現一種人情味和個(gè)性。一方面要求產(chǎn)品功能齊全、高效，適于人的操縱使用，另一方面又要滿(mǎn)足人們的審美和認知精神需要。 現代電腦設計，已經(jīng)擺脫了舊有的四方殼純機器味的淡漠。堅銳的棱角被圓滑、單一的米色不再一統天下；機器更加緊湊、完美，被賦予了人的感情。軟界面中顏色、圖標的使用，屏幕布局的條理性，軟件操縱間的連貫性和共通性，都充分考慮了人的因素，使之操縱更簡(jiǎn)單、友好。 目前，人機交互正朝著(zhù)從精確向模糊，從單通道向多通道以及從二維交互向三維交互的轉變，發(fā)展用戶(hù)與計算機之間快捷、低耗的多通道界面。 

（4）和諧的人機環(huán)境 

今后計算機應能聽(tīng)、能看、能說(shuō)，而且應能“善解人意”，即理解和適應人的情緒或心情。未來(lái)計算機的發(fā)展是以人為中心，必須使計算機易用好用，使人以語(yǔ)言、文字、圖像、手勢、表情等自然方式與計算機打交道。

國外一些至公司如IBM、微軟等在中國國內建立的研究院大多以人機接口為主要研究任務(wù)，尤其是在漢語(yǔ)語(yǔ)音、漢字識別等方面，如漢語(yǔ)識別與自然語(yǔ)言理解，虛擬現實(shí)技術(shù)，文字識別，手勢識別，表情識別等。我們應該在人機交互方式技術(shù)競爭中，特別是在人機界面的優(yōu)化設計、視覺(jué)-目標拾取認知技術(shù)等方面取得主動(dòng)權。

2視覺(jué)-目標拾取認知技術(shù)研究

眼睛是心靈的窗戶(hù)，透過(guò)這個(gè)窗口我們可了解人的很多心理活動(dòng)。人類(lèi)的信息加工在很大程度上依靠于視覺(jué)，來(lái)自外界的的信息有80～90％是通過(guò)人的眼睛獲得的。眼動(dòng)的各種模式一直與人的心理變化相關(guān)，對于眼球運動(dòng)即眼動(dòng)的研究被以為是視覺(jué)信息加工研究中最有效的手段，吸引了神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、工效學(xué)、計算機科學(xué)、臨床醫學(xué)、運動(dòng)學(xué)等領(lǐng)域專(zhuān)家的普遍愛(ài)好，其研究成果在產(chǎn)業(yè)，軍事，貿易等領(lǐng)域得到廣泛應用。

在視覺(jué)-目標拾取認知技術(shù)科學(xué)研究中最為重要的題目就是人對信息流的獲�。ㄝ斶M(jìn)）和信息流的控制（輸出）這兩個(gè)題目。據研究人對外部信息流的獲取有80%是通過(guò)視覺(jué)獲得的，由于視覺(jué)的重要性，有關(guān)視覺(jué)-眼動(dòng)系統的研究始終是科學(xué)界關(guān)注的題目之一，其中有關(guān)人眼的搜索機制早就引起了神經(jīng)病學(xué)家、眼科學(xué)家、生理學(xué)家、解剖學(xué)家以及工程師們的極大愛(ài)好，特別是近年來(lái)，世界各國對視覺(jué)-眼動(dòng)系統的研究越來(lái)越多：NASA、哈佛、麻省、劍橋、牛津等著(zhù)名科研機構或大學(xué)都設有專(zhuān)門(mén)的視覺(jué)-眼動(dòng)系統研究部分。而人對外部信息流的控制主要是通過(guò)手、腳、口等效應器官進(jìn)行的，其中研究人的目標拾取運動(dòng)這一基本、重要的作業(yè)運動(dòng)形式，可以為人機界面系統的設計、評估、操縱提供量化的理論依據和理論指導，因此，該研究具有很好的工程應用價(jià)值，并一直是工效學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)等學(xué)科的研究熱門(mén)。近年來(lái)，隨著(zhù)計算機及人機界面技術(shù)的發(fā)展，眼動(dòng)儀在人機界面設計上受到高度重視。美國空軍最早在新的人機交互設計中運用視覺(jué)追蹤技術(shù)，最初的主要目的是要把視覺(jué)追蹤用于戰斗機座艙的設計。這一領(lǐng)域的深進(jìn)研究表明，視覺(jué)追蹤技術(shù)不但可以用于戰斗機座艙的設計，而且還可以運用視覺(jué)追蹤技術(shù)，把人眼作為計算機的一種輸進(jìn)工具，形成視覺(jué)輸進(jìn)人機界面。另外，日本的ATR通訊系統研究實(shí)驗室和東京產(chǎn)業(yè)大學(xué)已將眼動(dòng)丈量用于對虛擬現實(shí)的研究，有效地解決了大的視場(chǎng)和高精度的圖象顯示之間的矛盾。隨著(zhù)高性能攝像機的出現和圖象處理技術(shù)的發(fā)展，眼動(dòng)儀將朝著(zhù)高精度、高實(shí)用性和低本錢(qián)的方向發(fā)展。

國內對視覺(jué)丈量的研究起步始于七十年代末、八十年代初。一般都是引進(jìn)了國外設備作實(shí)驗研究，西安電子科技大學(xué)在自主開(kāi)發(fā)研制眼動(dòng)儀樣機方面做了很多工作。北京航空航天大學(xué)人機環(huán)境工程研究所九十年代末開(kāi)展了飛機座艙人機界面評價(jià)實(shí)驗臺的研制，利用視覺(jué)與眼動(dòng)系統分析控制面板儀表布局是研究?jì)热葜�一�?/span>
由于人是人-機-環(huán)境系統的主體，只有深刻熟悉人在系統中的作業(yè)特性，才能研制出最大程度地發(fā)揮人及人機系統的整體能力的優(yōu)質(zhì)高效系統。人的目標拾取運動(dòng)作為人的一種輸出形式，具有速度—精確度的折衷關(guān)系，即目標拾取運動(dòng)的完成時(shí)間與命中目標的精確度成反比。這種特性廣泛存在于人的各種輸出和其他控制系統中。所以如何建立人的目標拾取運動(dòng)過(guò)程中實(shí)用、精確的速度—精確度折衷關(guān)系理論模型就成了研究的主要任務(wù)。

三、 遠景展看

現代人機系統中，作業(yè)職員是在特定環(huán)境中操縱和治理復雜系統和各種數字化設備，當人在這種環(huán)境中工作時(shí)，既要靠眼睛來(lái)觀(guān)察環(huán)境，又要靠細致的注視來(lái)完成精確的控制動(dòng)作，通過(guò)人機工程技術(shù)分析，就可知道人在操縱時(shí)如何分配留意力、體力，同時(shí)了解儀表、屏幕以及外視景如何設計和公道分配才能獲得最好的人機交互，既減輕操縱職員的工作負荷又避免出錯，切實(shí)進(jìn)步人機工效。這對于計算機系統、自動(dòng)化控制、交通運輸、產(chǎn)業(yè)設計、軍事領(lǐng)域以及社會(huì )系統中重大事變（戰爭、自然災難、金融危機等）的應急指揮和組織系統、復雜產(chǎn)業(yè)系統中的故障快速處理、系統重構與修復、復雜壞境中仿人機器人的設計與制造等題目的解決都有著(zhù)重要的參考價(jià)值。(end)