1、 -1- 航空航天人因工程航空航天人因工程讲义(第一次课) 1 几个实例 实例实例 1 1：在美国中西部的一座工厂里，一位装配工人不得不从一个别扭的位 置拿一个沉重的部件，并将其放置到流水线上。一次快要下班时，他刚将这个部 件抓到手里就感觉到自己的腰部有一阵剧烈的疼痛。经医生诊断，该工人有一个 椎间盘断裂了， 为此， 他不得不休息了好几天， 于是， 他向法庭起诉了这家工厂， 理由是让工人从事会对腰部造成危害的工作。(来源：人因工程学导论，来源：人因工程学导论，C.D.威威 肯斯等著，张侃等译，华东师范大学出版社，肯斯等著，张侃等译，华东师范大学出版社，2007.07：P1) 实例实例 2：我们
2、日常生活中，开罐头是一件很费力的事情。有时不得不用菜刀 将瓶盖切成十字状，如果不小心，还会伤了手。同时也可能造成对里面罐头食品 的污染。 实例实例 3：伊朗航空公司 655 号班机(IR655)是由伊朗航空经营往伊朗阿巴 斯港及阿拉伯联合酋长国迪拜的定期航线。1988 年波斯湾，正在巡航的美国 海军巡洋舰“文森斯”号收到不明飞行迫近的信息，从雷达屏幕上很难区分这架 飞机是在爬升还是在俯冲。军舰上操作人员错误地判断，这架飞机正在向他们俯 冲，因此，这是一架逼近的敌机。同时，飞机上的驾驶人员又没有回应军舰发出 的警告，舰上人员的生命悬于一线，时间十分紧迫，舰长决定向飞机开火，士兵 们毫不犹豫地执行
3、了舰长的决定。非常悲哀的是，那架飞机是一架伊朗的民航飞 机，该飞机没有俯冲，而是在爬升。造成 290 名乘客和机组人员，包括 38 名 非伊朗人、66 名儿童、1 名孕妇全部罹难。(来源：人因工程学导论，来源：人因工程学导论，C.D.威威 肯斯等著，张侃等译，华东师范大学出版社，肯斯等著，张侃等译，华东师范大学出版社，2007.07：P1P2；http:/baike 实例实例 4：大家可能有过经历，均有手机，在拨打 10086 号时，前面是一大段 的广告，根本不想让你立即进入自己所需要的信息之中，此时心里十分着急。 实例实例 5：在我军坦克车辆的研制中，仿制的苏式装甲车辆，操作空间不适宜 我国
4、人的体型特征，严重影响到工作效率和持续作业时间。分析表明，不同人种 不仅在身高上有差异，而且在座高、上肢功能前伸长、坐姿下肢长等人体各部位 比例尺度上也有差异。中国人总体上讲是长躯干配亚短腿型，而苏联人是短躯干 配亚长腿型。因此，有 50%的战士操作使用仿 T-54 的 59 式坦克时感到不适宜， 易疲劳，尤其是驾驶员在闭窗驾驶时，问题更加突出。在 59 式坦克驾驶员位置 上，舱室底甲板距顶甲板的垂直距离只有 927mm，除去驾驶椅的高度 118mm， -2- 只剩下 809mm 的空间高度。在闭窗驾驶时，还要除去坦克帽 20mm 的厚度。虽 然人的坐高自然调整量可达 60mm，但对长躯干的中
5、国乘员来讲，平均坐高 903mm，在车内是一种强迫体位，弯腰、缩脖子，非常不舒适，不能持久地操作 驾驶。另外，由于腿短，踏主离合器时，分离不彻底，造成挂档困难或产生制动 器踏不死的现象。 实例实例 6：人体共振频率为 37Hz，舰船大的振动可刺激人的感受器官，产 生不适或疼痛，严重时造成人器官的损伤。振动作用于人体，一是通过立位时下 肢、足、坐位时臀部或支撑部位传入的综合振动，其频率范围 1-80Hz，过强振 动可引起损伤。二是对全身的低频率、高位移振动，其频率为 0.11Hz。这种振 动对劳动效率，操作精度有影响，并与运动病发生有关。因而，在舰船装备设备 上应考虑减震，采取防护措施，以减少振
6、动对人的影响。 实例实例 7：直升机舱内的低频振动的频率非常接近人体固有频率。对直升机悬 停飞行时飞行员头部和座椅的垂直振动分析表明，在 10Hz 以下，头部振动明显 加剧； 因此， 直升机较强的持续低频可影响飞行员的工作效率， 尤其是语言通讯、 视觉功能受到的影响更为明显。 实例实例 8：分析表明，1986 年美国挑战号航天飞机在升空后不久即爆炸，就是 由于人员操作不当而成的。 实例实例 9：在小说水浒传中花和尚鲁智深要打 100 多斤的禅杖，大家可以 思考铁匠对他说的内容。 小说第四回赵元外重修文殊院，鲁智深大闹五台山中那铁匠说话的原 文： “重了，师父。小人怕不打了？只恐师父如何使得动。
7、便是关王刀，也则只 有八十一斤重。 ” 由此看出，铁匠最关注什么？器物必须与人的体能相适应器物必须与人的体能相适应。 实例实例 10： 西游记 也是大家比较喜欢的一部小说， 小时候大家对动画片 西 游记记忆犹深。 在第三回四海千山皆拱伏，九幽十类尽除名 ，讲孙悟空去龙宫借宝时， 第一次龙王命鲅大尉，领鳝力士抬出一捍九股叉来。悟空跳下来，接在手中，使 了一路，放下道： “轻！轻！轻！又不趁手！再乞另赐一件” 。龙王笑道： “上仙， 你不看看，这叉有三千六百斤重哩！ ”悟空道： “不趁手！不趁手” 龙王心中恐惧，又着鳊(bian，一声)提督、鲤总兵抬出一柄方天戟。那戟有 七千二百斤重。悟空见了，跑
8、近前接在手，丢了几个架子，撒两个解数，插在中 间道： “也还轻！轻！轻！ ”. 悟空撩衣上前，摸了一把，乃是一根铁柱子，约有斗来粗，二丈有余长。他 -3- 尽力两手挝过道： “忒粗忒长些！ 再短再细些方可用。 ” 说毕， 那宝贝就短了几尺， 细了一围。悟空又颠一颠道： “再细些更好！ ”那宝贝真个又细了几分。悟空十分 欢喜，拿出海藏看时，原来两头是两个金箍，中间乃一段乌铁；紧挨箍有镌成的 一行字。唤做“如意金箍棒” ，重一万三千五百斤。心中暗喜道： “想必这宝贝如 人意！ ”一边走，一边心思口念，手颠着道： “再短再细些更妙！ ”拿出外面，只 有丈二长短，碗口粗细。 从上面示例中，说明的问题：
9、 (1) 工作对象设计不符合人的特点，就会产生不适甚至疾病。工作对象设计不符合人的特点，就会产生不适甚至疾病。 (2) 给人的信息应直接，否则会让人没有耐心。给人的信息应直接，否则会让人没有耐心。 (3) 人的判断误差会引起事故。人的判断误差会引起事故。 (4) 使用的工具使用的工具(或操作对象或操作对象)应与人的特性相适应。应与人的特性相适应。 (5) 环境因环境因素对人的工作效率影响巨大。素对人的工作效率影响巨大。 (6) 人的因素问题涉及我们物质世界的方方面面。人的因素问题涉及我们物质世界的方方面面。 2 基本概念与意义 目前对人因工程的理解有多个方面，其名称也有好几种。但只是侧重点不一
10、 样，本质却是相同。 国际上对人因工程比较权威的定义是国际工效学学会(www.iea.cc)在2000年 8 月所给出的官方定义： Ergonomic(Human Factors) is the scientific discipline concerned with the understanding of interactions among humans and other elements of system, and the profession that applies theory, principles, data and methods to design in order
11、to optimize human well-being and overall performance. 翻译过来就是：工效学(人因工程)就是有关深入理解人与系统要素之间交互 的科学原则。是应用相关理论、数据和方法去进行设计，以实现人的健康与系统 整体效能最优化目标的一门专业。 从这个定义可以看出其关键词是： Human(人)、 Interaction(交互)、 Optimize(优 化)、Human well-being(人的健康)、Overall performance(总体效能)。 国际劳工组织在http:/www.ilo.org/public/libdoc/ILO-Thesaurus
12、/english/tr3395.htm 中 对 Human Factor 给出的定义是： Human Factors is the study of human beings and their interaction with products, environments and equipment in performing tasks and activities. Objectives are to -4- maximize human and system efficiency and human well-being and quality of life. 这个定义有关 Huma
13、n Factors 的关键词是：Human(人)、Interaction(交互)、 Maximize(最大)、 Human and system efficiency(人-系统效率)、 Human well-being(人 的健康)、Quality of life(生活质量)。 维基百科全书(Wikipedia, the free encyclopedia)在其网页 http:/en.wikipedia. org/wiki/Human_factors 上对 Human factors 给出的解释是： Human factors is a term that covers: The scienc
14、e of understanding the properties of human capability (Human Factors Science). The application of this understanding to the design, development and deployment of systems and services (Human Factors Engineering). The art of ensuring successful application of Human Factors Engineering to a program (so
15、metimes referred to as Human Factors Integration). It can also be called ergonomics. 这个解释的含义可用图 1 来说明： 人的因素学 人的能力特性的理解 人的能力特性的理解应用 确保成功应用的艺术 图 1 对维基百科词条 Human Factors 的理解 我国人因工程方面权威专家中国科学院心理研究所所长张侃研究员在其编 译的人因工程学导论(华东师范大学出版社，2007.07，P2)中对人因工程的定 义是： 人因工程学研究的是如何设计和制造人造物，使之达到提高系统绩效、增进 系统安全、提高人员满意度目标。 对上
16、述定义进行总结与分析，我在总装军事训练教材载人航天器人机界面 设计(国防工业出版社，2009.12)中对人因工程的定义是： 人因工程人因工程是在充分研究操作者工作能力规律的基础上， 运用系统理论， 对被 操作对象的人机界面进行设计与评价，达到整个系统安全、人员健康与高效目标 的一门学科。 这个定义可以用下图 2 进行说明。 -5- 人体生人体生 物力学物力学 人的工作能力数据人的工作能力数据 人的反人的反 应时应时 人体几人体几 何尺寸何尺寸 人的因素人的因素 汽车汽车服装服装航空航天器航空航天器 舰船舰船作业工具作业工具 工程应用工程应用 人因工程人因工程 图 2 对人因工程的理解 对于人因
17、工程的内核，可以用一个优化函数来进行说明： 目标函数：Max(或 Min) E) M H(，f 约束条件： 0)( 0)( 0)( orEf orMf orHf 式中，H、M、E 分别表示人、机及环境约束因素。 另外，从上面给出的定义示例中就可以看出，目前对于人因工程有不同的说 法，现例于表 1 所示。 表 1 人因工程相类似的说法 序号 英文名称/中文名称 国家或地区 侧重点 1 Human Factors Engineering、Engineering Psychology 美国 围绕人开展研究 2 Ergonomics 西欧 围绕人-机系统 3 人间工学(日文翻译而来) 日本 同上 4
18、人因工程、人机工程、人机环境系统工程、工效学、 工程心理学 中国 人因工程同美国、其余 与西欧或日本。 目前，从事人因工程研究的实验室分为三块，具体如表 2 所示。 表 2 我校从事人因工程相关研究的学院与老师 序号 所在学院 主要教师 侧重点 1 生物与医学工程学院 樊瑜波(教授)、周前祥(研究员)、丁立(副教授) 人的能力 2 航空学院 庄达民(教授)、王黎静(副教授) 人-机界面 3 经济管理学院 贾国柱(教授)、周荣刚(讲师) 管理人因 -6- 通过以上的讲解， 很显然， 航空航天人因工程是人因工程的一个方向， 因此， 其定义可以为： 航空航天人因工程航空航天人因工程是以航空航天器为研
19、究对象， 考虑所处工作环境条件的影 响，在充分研究飞行员或航天员工作能力规律的基础上，运用系统理论，对其人 机界面进行设计与评价，达到整个系统安全、人员健康与高效目标的一门学科。 航空航天人因工程的重要性或意义是不言而喻的，这里可以简要地说几条： (1) 有利于提高飞行员或航天员的工作效率和满意感，从而提高任务的成功 率。 (2) 有利于防止飞行员或航天员的失误，提高系统的安全可靠性。 (3) 充分发挥人的主观能动性，简化系统的设计，特别在长时间飞行时意义 巨大。 (4) 有利于合理安排作业程序，为人员选拔与训练提供支撑。 3 发展历史 对于人因理论与方法的理解，最早是随人类的发展而发展的。例
20、如，在原始 社会中，猿人为了打猎方便，对制作的石器工作从形状、质量以及尺寸等方面加 以考虑，以提高狩猎的效率，这可以看作是人因工程的萌芽。 目前认为， 航空航天人因工程是随现代科学技术及军事背景的需求而发展起 来，可以分为以下几个阶段： (1) 19451970 专业诞生并发展 在第二次世界大战中，由于飞机因此人的操作失误、舱内界面设计不合理、 信息交互障碍等原因导致的人员伤亡和飞机的损毁事情很多， 引起了美国等军方 和装备设计部门的高度重视。在 1945 年，美国陆军航空团(后来变成美国空军) 和美国海军都建立了工程心理学实验室。与此同时，成立了以合同方式从事工程 心理学研究的第一家民间咨询
21、公司 (Dunlap & Associate)。在英国，由于医学研 究委员会和科学与工业研究部的共同推动， 同样的工作也在进行着(材料来自 工 业和设计中的人因学 ，Mark S. Sanders 等，清华大学出版社，2009.05：P6)。 1949 年， 人因工程研究学会在英国成立， 并且出版了第一本人因学专著 应用试验心理学：工程设计中人的因素(Applied Experimental Psychology: Human Factors in Engineering Design)，作者是 Chapanis、Garner 及 Morgan。在 其后的几年里，召开了许多航空人因工程领域内的
22、学术会议，出版相关著作与研 究论文，因此，人因工业这一专业也正式诞生(材料引用工业和设计中的人因材料引用工业和设计中的人因 -7- 学 ，学 ，Mark S. Sanders等，清华等，清华大学出版社，大学出版社，2009.05：P6)。 1955 年欧洲效率管理机构成立人因工程分会，1956 年该机构邀请欧洲的本 领域专家参观美国的人因工程研究。1957 年在 Leiden 大学召开了“使工作适合 于工人”的学术研讨会(Fitting the Job to the Worker)。之后，于 1961 年成立了国 际工效学学会，有力地推动人因工程的学科发展。 从 1950-1970 这近 20
23、 年的时间里，人与硬、软件界面问题的研究始终是国 外航空工效学最活跃的领域。例如，在显示与控制的人机界面上，采用了平视显 示(Head-up display， HUD)、 下视显示(Head-down display， HDD)、 头盔显示(Helmet mounted display，HMD)、握杆操纵技术(Hands on throttle and stick，HOTAS)、多 功能控制技术、话音技术、自动驾驶等多种新技术。通过大量实验研究提出的各 种人因工程设计规范、标准和手册, 已成为航空装备设计、制造的指南, 在保障 飞行安全和提高飞行效率方面发挥着重要的作用(材料引用王辉、武国成等
24、，航材料引用王辉、武国成等，航 空工效学研究进展，中华航空航天医学杂志，空工效学研究进展，中华航空航天医学杂志，1998(3)。 1961 年 4 月 12 日，原苏联航天员尤里.加加林身着 90 公斤重的航天服、乘 坐重达 4.75 吨的宇宙飞船东方一号进入太空，成为世界上第一个进入宇宙 空间的人，也是第一位从宇宙中看到地球全貌的人。之后，美国、原苏联开展太 空竞赛，美国相继开展了“水星号” 、 “双子星座号” 、 “阿波罗号” 、空间实验室、 航天飞机等载人飞行；而原苏联则完成了“上升号” 、 “联盟号” 、 “礼炮号”空间 站、 “和平号”空间站等载人航天计划。因此，载人航天器设计的需求
25、对航空航 天人因工程设计与评价标准提供充分的应用背景。苏联人因工程学专家 A.I.Menshov 于 20 世纪 60 年代未出版了Space Ergonomics ，较系统地概括了 航空航天人因工程的研究内容与方法。 (2) 1970-2000 快速发展期 这一时期的特点是航空航天、计算机、电子等领域的技术发展，推动人因工 程的深入研究。下面以航天技术发展的重要事件为例来进行说明，对于航空技术 领域的发展需求，同学们有兴趣的话可以查找相关的资料。 1969 年 4 月， 美国 NASA 提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。 1972 年 1 月，美国正式把研制航天飞机空间运输系统列入
26、计划，确定了航天飞 机的设计方案，即由可回收重复使用的固体火箭助推器，不回收的两个外挂燃料 贮箱和可多次使用的轨道器三个部分组成。经过 5 年时间，1977 年 2 月研制出 一架创业号航天飞机轨道器，由波音 747 飞机驮着进行了机载试验。1977 年 6 月 18 日，首次载人用飞机背上天空试飞，参加试飞的是宇航员海斯(C F Haise) -8- 和富勒顿(G Fullerton)两人。8 月 12 日，载人在飞机上飞行试验圆满完成。又经 过 4 年，第一架载人航天飞机终于出现在太空舞台，这是航天技术发展史上的又 一个里程碑(材料引用网页材料引用网页http:/wenda.tianya.
27、c n/wenda/thread?tid=1f041383b 05a3a18中的部分内容)。 1981 年 4 月 12 日，在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心聚集着上百万人，参观 第一架航天飞机哥伦比亚号航天飞机发射。 宇航员翰 杨(John W Young)和克里平 (Robert L Crippen)揭开了航天史上新的一页(材料引用网页材料引用网页http:/wenda.tianya.c n/wenda/thread?tid=1f041383b05a3a18中的部分内容)。 这架航天飞机总长约 56 米，翼展约 24 米，起飞重量约 2040 吨，起飞总推 力达 2800 吨，最大有效载荷 2
28、9.5 吨。它的核心部分轨道器长 37.2 米，大体上与 一架 DC9 客机的大小相仿。每次飞行最多可载 8 名宇航员，飞行时间 7 至 30 天， 轨道器可重复使用 100 次。 航天飞机集火箭， 卫星和飞机的技术特点于一身， 能像火箭那样垂直发射进入空间轨道，又能像卫星那样在太空轨道飞行，还能像 飞机那样再入大气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天飞行器(材料引用网页材料引用网页 http:/wenda.tianya.c n/wenda/thread?tid=1f041383b05a3a18中的部分内容)。 从 1981 年至 1993 年底，美国一共有美国一共有5架航天飞机进行了架航天飞机
29、进行了59次飞行次飞行，其中 哥伦比亚号航天飞机 15 次，挑战者号 10 次，发现号 17 次，亚特兰蒂斯号 12 次， 奋进号 5 次。 每次载宇航员 2 至 8 名， 飞行时间从 2 天到 14 天。 在 12 年中， 已有 301 人次参加航天飞机飞行，其中包括 18 名女宇航员。航天飞机的 59 次飞 行中，在太空施放卫星 50 多颗，载 2 座空间站到太空轨道，发射了 3 个宇宙探 测器，1 个空间望远镜和 1 个 射线探测器，进行了卫星空间回收和空间修理， 开展了一系列科学实验活动，取得了丰硕的探测实验成果(材料引用网页材料引用网页 http:/wenda.tianya.c n/
30、wenda/thread?tid=1f041383b05a3a18中的部分内容)。 载人航天器越向前发展，越是对人的因素提出充分考虑、采取设计对策、并 使之满足航天员工作能力特性的要求。例如，据分析，空间站与航天飞机相比， 仪表板数量增加 1 倍，控制台数量增加 4 倍，信息量也增加 1 倍。估计空间站航 天员处理这些信息的时间每天约3.8h， 而每名航天员每天的工作时间至多为10h。 因此，这对于运用航天人因工程的理论与方法来解决这类问题，使航天员安全、 高效工作就显得非常重要(引用 航天工效学 、 国引用 航天工效学 、 国防防工业出版工业出版社，社，2003.01，P114)。 中国载人
31、航天的发展起步于“863”计划建议， 并在“863”计划的持续支持 中不断发展进步。1986 年春天，王大珩、王淦昌、杨嘉墀、陈芳允等四位科学 家在关于跟踪研究外国战略性高技术发展的建议中列入了载人航天的研究， 由此启动的“863”计划揭开了中国载人航天新篇章的序幕，我国载人航天研究 -9- 列入了家重点发展计划。1992 年 1 月，经中央批准正式启动了载人航天工程(简 称 921)工程，并规划我国载人航天“三步走”的发展蓝图。在第一阶段，将我国 载人航天工程分为航天员系统、空间应用系统、载航天员系统、空间应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、人飞船系统、运载火箭系统、 发射场系统、 测控通
32、信系统和着陆场系统发射场系统、 测控通信系统和着陆场系统这七个专业系统。 在航天员系统中又设 立了工效要求与评价分系统， 它又由飞船座舱结构布局设计工效学要求与评价子 系统、 飞船报警工效学要求与评价子系统、飞船显示与照明工效学要求与评价子 系统、飞船人工控制工效学要求与评价子系统以及工效学实验设备子系统组成， 专门处理我国神舟号系列载人飞船的人因工程设计与评价技术问题(引用引用载人载人 航天器人机界面设计航天器人机界面设计 、国 、国防防工业出版社，工业出版社，2009.12)。 在这期间，航天人因工程代表性的学术成果有航天人因工程代表性的学术成果有：美国 NASA 提出的 Man-Syst
33、em Integration Standard ， 简称 NASA-STD-3000， 它于 1988 年发布 A 版、1995 年发布 B 版，2001 年发布 C 版，目前，B 版可以在 NASA 的网站上下 载。在我国，也形成了本领域内相关的国家军用标准，例如， 载人航天器舱内 照明标准 、 载人航天器控制器人因设计标准等。 (3) 2000 年，对人的工作能力充分挖掘期 可以举几个事实来说明航空航天人因工程的应用背景： 飞机越造越大，欧洲“空客”可以载人 400 左右，我国目前也正在实施大飞 机计划，如何处理信息、安全、舒适等问题也必须运用航空人因工程的理论与方 法来解决。至 2009
34、 年 12 月初为止，我国已建立的有关人因工程的国家标准体系 表如表 3 所示(此表由中国标准化院工效标准化专业委员会提供此表由中国标准化院工效标准化专业委员会提供)。 表 2 我国现有的人因工程国家标准 编号 标准号 标准中文名称 基本指导原则基本指导原则 1 GB/T 16251-2008 工作系统设计的人类工效学原则 2 GB/T 15241.2-1999 与心理负荷相关的工效学原则 第 2 部分:设计原则 3 GB/T 15241-1994 人类工效学 与心理负荷相关的术语 人体测量与生物力学人体测量与生物力学 1 GB/T 10000-1988 中国成年人人体尺寸 2 GB/T 16
35、252-1996 成年人手部号型 3 GB/T 2428-1998 成年人头面部尺寸 -10- 编号 标准号 标准中文名称 4 GB/T 5703-1999 用于技术设计的人体测量基础项目 5 GB/T 22187-2008 建立人体测量数据库的一般要求 6 GB/T 5704-2008 人体测量仪器 7 GB/T 12985-1991 在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则 8 GB/T 13547-1992 工作空间人体尺寸 9 GB/T 14774-1993 工作座椅一般人类工效学要求 10 GB/T 14775-1993 操纵器一般人类工效学要求 11 GB/T 14776-1993
36、人类工效学 工作岗位尺寸 设计原则及其数值 12 GB/T 14777-1993 几何定向及运动方向 13 GB/T 14779-1993 坐姿人体模板功能设计要求 14 GB/T 15759-1995 人体模板设计和使用要求 15 GB/T 17245-2004 成年人人体惯性参数 16 GB/T 18717.1-2002 用于机械安全的人类工效学设计 第 1 部分:全身进入机械的开 口尺寸确定原则 17 GB/T 18717.2-2002 用于机械安全的人类工效学设计 第 2 部分:人体局部进入机械 的开口尺寸确定原则 18 GB/T 18717.3-2002 用于机械安全的人类工效学设计
37、 第 3 部分:人体测量数据 19 中国未成年人足部号型 20 中国未成年人头面部尺寸 21 中国未成年人人体尺寸 22 中国未成年人手部号型 23 利用三维扫描方法进行人体数据测量 24 人类工效学 计算机模型和人体模板 第 1 部分：基本要求 25 选用与工业产品和设计有关的人体测量被测人员的原则 26 用于技术设计的人体测量基础项目 -11- 编号 标准号 标准中文名称 27 人类工效学 计算机模型和人体模板 第 2 部分 计算机模型和人体 模板的功能确认和尺寸确认 人人-系统交互系统交互 1 GB/T 18976-2003 以人为中心的交互系统设计过程 2 GB/T 18978.10-
38、2004 使用视觉显示终端(VDTs)办公的人类工效学要求 第 10 部分： 对话原则 3 GB/T 18978.11-2004 使用视觉显示终端 （VDTs） 办公的人类工效学要求 第 11 部分： 可用性指南 4 GB/T 18978.1-2003 使用视觉显示终端(VDTs) 办公的人类工效学要求 第 1 部 分: 概述 5 GB/T 18978.2-2004 使用视觉显示终端(VDTs)办公的人类工效学要求 第 2 部分： 任务要求指南 6 使用视觉显示终端(VDTs)办公的人类工效学要求 第 12 部分: 信息显示 7 GB/T 20528.1-2006 人-系统交互人类工效学 以人
39、为中心的生命周期过程描述 8 GB/T 20527.1-2006 人-系统交互人类工效学 人-系统过程评估规范 9 GB/T 20527.2-2006 多媒体用户界面的软件工效学 第 3 部分:媒体选择和联合 10 GB/T 21051-2007 人-系统交互工效学 支持以人为中心设计的可用性方法 11 GB/T 22188.1-2008 控制中心的人类工效学设计 第 1 部分：控制中心的设计原则 12 使用视觉显示终端(VDTs)办公的人类工效学要求 第 13 部分: 用户指南 13 多媒体用户界面的软件工效学 第 2 部分:多媒体导航和控制 14 控制中心的工效学设计 第 2 部分：控制组
40、布局原则 15 控制中心的工效学设计 第 3 部分：控制室布局 16 使用视觉显示终端(VDTs)办公的人类工效学要求 第 14 部分: 菜单对话 17 使用视觉显示终端(VDTs)办公的人类工效学要求 第 15 部分: 命令对话 -12- 编号 标准号 标准中文名称 物理环境物理环境 1 GB/T 17244-1998 热环境 根据 WBGT 指数(湿球黑球温度)对作业人员热负荷的 评价 2 GB/T 18048-2008 人类工效学 代谢产热量的测定 3 GB/T 18049-2000 中等热环境 PMV 和 PPD 指数的测定及热舒适条件的规定 4 GB/T 18977-2003 热环境
41、人类工效学 使用主观判定量表评价热环境的影响 5 GB/T 5697-1985 人类工效学照明术语 6 GB/T 5701-2008 室内热环境 7 GB/T 1251.1-2008 人类工效学 公共场所和工作区域的险情信号 险情听觉信号 8 GB 1251.2-2006 人类工效学 险情视觉信号 一般要求 设计和检验 9 GB/T 1251.3-2008 人类工效学 险情和信息的视听信号体系 10 GB/T 12454-2008 视觉环境评价方法 11 GB/T 12984-1991 人类工效学 视觉信息作业基本术语 12 GB/T 13379-2008 视觉工效学原则 室内工作系统照明 1
42、3 GB/T 13459-2008 劳动防护服 防寒保暖要求 14 GB/T 5699-2008 采光测量方法 15 GB/T 5700-2008 照明测量方法 美国的“空间探索新计划”明确指出， 载人航天发展的长远目标是建立月球 基地和载人登陆火星；国际空间站的重点是研究空间长期旅行对人体的影响，因 为太空环境的辐射和失重等因素会对人体健康造成危险， 人们需要更多地了解它 们对人的长期影响，然后才能派航天员在太空进行超过一年的空间探索活动。由 于飞行距离的不断增加，如飞赴火星的单程旅行需要 2-2.5 年，再加上航天员的 生活与工作空间有限，因此必须发挥人的作用，如何进行深空探测载人航天器人
43、 机界面设计是人类全面进入太空前必须解决的问题，突出表现在： (1) 应掌握人长期在狭小环境中的认知与反应规律，为确定人机界面的人因 设计要求及人机功能分配方法提供基础数据。 -13- (2) 深空飞行航天器将采用新型的人机交互技术，如眼动识别技术、语音识 别技术、手势识别技术等。因此，须研究新一代人机交互设备的工效学要求与评 价方法。 (3) 为了便于航天员的在轨操作，模块化的设计与维修将是深空飞行航天器 的发展方向，因而需研究模块化设计的工效学要求。 (4) 虽然与短期载人航天飞行相比，深空飞行航天器人机界面设计的人因工 程设计要求指标体系基本相同，但数据的内涵并不一样，因此，应根据任务的
44、特 点，对现有的工效学数据进行刷新研究，以满足工程设计需要。 (5) 深空飞行条件下航天员在轨操作与维修的人因工程设计要求与评价更 体现多指标综合评价的特色。为此，需研究满足深空任务特色的评价方法，这要 借助于失重飞机、中性浮力水槽以及计算机仿真等模拟手段来进行，同时，需研 究航天员操作绩效的地面评估方法。 因此，如何在很长时间的空间飞行和星际探索期间，将空间环境因素对航天 员不利影响降低到最小程度，同时充分发挥其在轨工作能力，使人机交互的效率 达到最高是开展载人航天器人机界面设计所面临的最大挑战， 也是制约人类向更 深、更远、更高的外层空间探索的瓶颈因素(材料材料引用引用载人航天器人机界面设
45、载人航天器人机界面设 计计 、国 、国防防工业出版社，工业出版社，2009.12)。 4 航空航天人因工程的教育 (1) 人因工程的研究生教育 在美国和加拿大的人因学研究生课程目录一书中共列出了 65 个教育大 纲。这些教学大纲(除去一些例外)有 46%是开设在工程类系或者心理学系(42%)， 另外， 还有 6%是这两类系的联合项目(材料引用 工业和设计中的人因学 ，材料引用 工业和设计中的人因学 ，Mark S. Sanders等，清华大学出版社，等，清华大学出版社，2009.05：P8)。 (2) 著名的人因工程专家 目前，著名航空航天人因工程方向的资深专家也数不胜数，对于国内外著名 的一
46、部分科学家，例于表 3 所示，同学们有兴趣可以查找其具体情况。 表 3 人因工程的资深科学家 姓名 国家 亮点 Dr.Andrew S.Imada USA 国际工效学学会主席 F.W.Taylor USA 人因管理的创始人 F.B.Gilbreth USA 动作与时间的关系定理 -14- 姓名 国家 亮点 钱学森 中国 航天之父、系统工程奠基者 王浚 中国 人机环境系统工程方向工程院院士 俞梦孙 中国 航空医学方向工程院院士 周国泰 中国 服装工效学奠基人、工程院院士 陈善广 中国 中国航天员中心主任、航天工效学资深专家 A.I.Menshov 苏联 航天工效学创始人 (3) 航空航天人因工程
47、工作领域 在我国，目前还未做统计，同样引用工业和设计中的人因学一书中第 9 页的表 1-2 来进行说明，如表 4 所示。 表 4 人因工程专家在各工作领域的百分比 主要工作领域 占被调查者的百分比() 主要工作领域 占被调查者的百分比() 计算机 22 通信 8 航天 22 运输 5 工业工艺 17 其他 17 医疗和安全 9 从上表中可以看出，人因工程主要就业领域还是在航空航天、计算机、工业 设计等与高新技术密切相关的部门。 5 主要研究内容与研究方法 根据前述定义，可以说航空航天人因工程的研究内容十分丰富、多样，其宗 旨就是以人为中心，研究人(航天员飞行员)、机(载人航天器航空飞行器)、空
48、 间环境之间的相互关系，使它们满足人的工作能力特性要求，并使三者之间达到 最优整合，确保整个系统安全、高效，成功完成各项飞行任务。具体来说，可分 为以下几个相互关联的研究内容。 (1) 人的特性 主要涉及到人的心理、生理特性及人的能力、限度诸多问题，如人体尺寸、 结构特点， 人体体力和耐力特性， 人体活动范围、 特性， 人体不同部位施力特性， 人体承受各种压力、应急情况的心理及反应特性，人体信息获取、传递、提取、 对比、分析、综合、决策特性等等。 (2) 空间飞行环境对人的影响 -15- 如果说我们对人体特性至今尚未有全面系统的了解，那么特殊的航空航天环 境对人的影响更是进行人因工程设计时须掌
49、握的内容。 例如， 在航天飞行过程中， 航天员或处于密封的航天器舱室小环境中， 或者在特殊着装条件下进行舱外作业 时，处于宇宙环境之中。环境对二者特别是对人体的影响十分复杂，因此，研究 各种环境因素条件下人的耐力、 特性的变化是开展人机界面设计工作的约束条件 和根本依据。 只有把人在各种可能遇到的环境条件下的能力和特点搞清楚，才能 保证功能分配合理，才能设计出保证航天员完成任务的装备。这些环境因素有： 微重力、振动、冲击、噪声、温度、湿度、超重以及辐射等。这些因素的短、长 期效应，都会影响航天员的工作能力和健康，从而，会影响人的作业。研究这些 因素与人的能力关系， 并寻求控制、 改善、 抵御不良环境的作用， 创造良好环境， 是提高人机界面设计效果的重要内容。 (3) 人-机功能分配 全部靠自动化技术完成所有飞行任务，包括意外事件的处置和复杂维修活动 等，在近期以至几十年内由于
