人因工程及人体工程学

术语人类工程学(来源于希腊语，意为“工作”，νόμος，意为“自然法”)第一次进入现代词典是波兰科学家 wojciech jastrzbowski 在他1857年的文章Rys ergonomji czyli nauki o pracy，opartej na prawdach poczerpni tych z Nauki Przyrody(人体工程学概述；即工作科学，基于取自自然科学的真理)中使用了这个词。^[8]法国学者让-古斯塔夫·库塞尔-塞内尤尔显然不知道jastrzbowski的文章，在1858年使用了略有不同的含义的词。这个术语被引入英语词汇被广泛认为是英国心理学家的功劳海韦尔·穆雷尔，在1949年的英国会议上海军部，这导致了人体工程学协会的成立。他用它来涵盖他在第二次世界大战期间和之后从事的研究。^[9]

表达式人性因素主要是北美人^[10]用来强调将相同方法应用于非工作相关情况的术语。“人为因素”是个体的物理或认知属性或特定于人类的社会行为，可能影响技术系统的功能。术语“人的因素”和“人体工程学”本质上是同义的。^[3]

人体工程学包括三个主要研究领域:物理、认知和组织人体工程学。

在这些宽泛的类别中有许多专业。物理人体工程学领域的专业可能包括视觉人体工程学。认知人体工程学领域的专业可能包括可用性、人机交互和用户体验工程。

一些专业可能跨越这些领域:环境人类工程学关注人类与环境的相互作用，以气候、温度、压力、振动、光为特征。^[11]公路安全中的人为因素这一新兴领域使用人的因素原则来了解道路使用者——汽车和卡车司机、行人、骑自行车者等——的行为和能力。–利用这些知识设计道路和街道，以减少交通碰撞。在美国，44%致命碰撞中，驾驶员被错误列为促成因素，因此一个特别感兴趣的话题是道路使用者如何收集和处理关于道路及其环境的信息，以及如何帮助他们做出适当的决定。^[12]

新术语一直在生成。例如，“用户试验工程师”可以指专门从事用户试验的人为因素专业人员。虽然名称发生了变化，但人为因素专业人员将对人为因素的理解应用于设备、系统和工作方法的设计，以提高舒适性、健康性、安全性和生产力。

根据国际人体工程学协会所说，在人体工程学学科中存在专业领域。

2.1 人体工程学

人体工程学涉及人体解剖学，以及一些与身体活动相关的人体测量学、生理学和生物力学特征。^[6]人体工程学原理已经广泛应用于消费品和工业产品的设计。久坐办公环境中的局部机械压力、力量和姿势等风险因素会导致职业环境造成伤害。^[13]人体工程学在医学领域非常重要，尤其是对于那些被诊断患有生理疾病或障碍的人，例如关节炎(慢性和暂时性)或腕管综合症。对于那些未受这些疾病影响的人来说，微不足道或察觉不到的压力可能会非常痛苦，或者使设备无法使用。许多符合人体工程学设计的产品也被用于或推荐用于治疗或预防此类疾病，以及治疗与压力相关的疾病慢性疼痛。

最常见的工伤类型之一是肌肉骨骼疾病。与工作相关的肌肉骨骼疾病会导致持续性疼痛症、功能丧失和工作残疾，但它们的初步诊断很困难，因为它们主要基于对疼痛和其他症状的投诉。^[14]每年，180万美国工人经历了WRMDs，其中近60万人的伤势严重到足以导致工人失业。^[15]某些工作或工作条件导致工人抱怨过度紧张、局部疲劳、不适或疼痛的比率更高，这些症状在夜间休息后不会消失。这些类型的工作通常是那些涉及重复和强有力的努力等活动的工作；频繁、重型或高架电梯；尴尬的工作岗位；或者使用振动设备。^[16]职业安全与健康管理局(OSHA)发现了大量证据，表明人体工程学项目可以降低工人的薪酬成本，提高生产率，减少员工流动。^[17]缓解解决方案可以包括短期和长期解决方案。短期和长期解决方案包括意识培训、身体定位、家具和设备以及人体工程学练习。建议使用坐式站立台和电脑配件，它们为手掌和分体式键盘提供了柔软的表面。此外，人力资源部内部的资源可以分配给员工进行评估，以确保符合上述标准。^[13]因此，使用伤害和疾病日志、医疗记录和工作分析等来源收集数据以确定最有问题的工作或工作条件非常重要。^[16]

正在测试的创新工作站包括:坐立式办公桌、跑步机台、踏板装置和自行车测力计。在多项研究中，这些新工作站导致腰围和心理健康下降，然而，大量额外研究并没有发现健康结果有显著改善。^[18]

2.2 认知人类工程学

认知人体工程学关注心理过程，如感知、记忆、推理和运动反应，因为它们影响人类和系统其他元素之间的相互作用。^[6](相关主题包括脑力负荷、决策、技能表现、人的可靠性、工作压力和培训，因为这些可能与人机系统和人机交互设计有关。流行病学研究表明，人们久坐不动的时间与其认知功能(如情绪低落和抑郁)之间存在相关性。^[18]

2.3 组织人机工程学

组织人体工程学关注社会技术系统的优化，包括它们的组织结构、政策和过程。^[6](相关主题包括沟通、团队资源管理、工作设计、工作系统、工作时间设计、团队合作、参与式设计、社区人类工程学、合作工作、新工作计划、虚拟组织、远程工作和质量管理。)

3.1 在古代社会

一些人指出，人体工程学始于南方古猿普罗米修斯(也称为“小脚”)，一种灵长类动物，用不同类型的石头创造手持工具，根据它们执行指定任务的能力明确区分工具。^[19]人体工程学的基础似乎是在古希腊文化的背景下奠定的。大量证据表明，公元前5世纪的希腊文明在设计工具、工作和工作场所时使用了人体工程学原理。这方面的一个突出例子可以在希波克拉底关于外科医生的工作场所应该如何设计以及他使用的工具应该如何布置的描述中找到。^[20]考古记录还显示，早期埃及王朝制造的工具和家用设备说明了人体工程学原理。

3.2 在工业社会中

Bernardino Ramazzini是第一批系统研究这种疾病的人之一，这种疾病是由于工作给自己赢得了“职业医学之父”的绰号。在16世纪末和17世纪初，拉马奇尼参观了许多工作场所，在那里他记录了工人的运动，并向他们讲述了他们的疾病。随后，他出版了《De Morbis Artificum Diatriba》(意大利语，意为工人疾病)，详细介绍了职业、常见疾病和治疗方法。^[21]19世纪，弗雷德里克·温斯洛·泰勒开创了“科学管理”方法，提出了一种寻找执行给定任务的最佳方法的方法。泰勒发现，例如，他可以通过逐渐减小煤铲的尺寸和重量，直到达到最快的铲煤速度，从而使工人铲的煤量增加两倍。^[22]弗兰克和莉莲·吉尔布雷特在20世纪初扩展了泰勒的方法以发展“工业操作效率的研究分析“。他们旨在通过消除不必要的步骤和行动来提高效率。通过应用这种方法，吉尔布雷特人减少了运动的次数砌砖从18到4.5，使砌砖工人的生产率从每小时120块砖提高到350块砖。^[22]

然而，这种方法被关注工人福祉的俄罗斯研究人员拒绝。在第一次科学劳工组织会议(1921)弗拉基米尔·米哈伊诺维奇·别赫捷列夫和Vladimir Nikolayevich Myasishchev批评泰勒主义。贝克特里夫认为，“劳动问题的最终理想不在于“泰勒主义”，而在于这样的劳动过程组织，它将产生最大的效率，同时将健康危害降至最低，消除疲劳，并保证劳动者健康和全面的个人发展。”^[23]Myasishchev拒绝了弗雷德里克·泰勒将人变成机器的提议。单调乏味的工作只是暂时的需要，直到相应的机器可以开发出来。他还提出了一个新的“工效学”学科来研究工作，作为工作重组的一个组成部分。Myasishchev的导师Bekhterev在他关于这次会议的最后报告中采纳了这个概念，只是将名称改为“人体工程学”^[23]

3.3 在航空领域

在第一次世界大战之前，航空心理学的焦点是飞行员本人，但是战争把焦点转移到了飞机上，特别是控制和显示的设计，以及海拔和环境因素对飞行员的影响。战争见证了航空医学研究的出现以及测试和测量方法的需要。在此期间，随着亨利·福特开始向数百万美国人提供汽车，对驾驶员行为的研究开始获得动力。这一时期的另一个主要发展是航空医学研究的表现。到第一次世界大战结束时建立了两个航空实验室，一个在德克萨斯州的布鲁克斯空军基地，另一个在代顿(俄亥俄州) 以外的赖特-帕特森空军基地。进行了许多测试来确定成功飞行员和不成功飞行员的区别。在20世纪30年代早期，埃德温·林克开发了第一个飞行模拟器。这一趋势仍在继续，并开发了更复杂的模拟器和测试设备。另一个重要的发展是在民用部门，在那里研究了照明对工人生产力的影响。这导致了对霍桑效应的识别，这表明动机因素对人类的表现有显著影响。^[22]

第二次世界大战标志着新型复杂机器和武器的发展，对操作者的认知提出了新的要求。再也不可能采用泰勒主义的原则，将个人与先前存在的工作相匹配。现在，设备的设计必须考虑到人的局限性，并利用人的能力。机器操作员的决策、注意力、情境意识和手眼协调成为任务成败的关键。进行了大量研究来确定必须实现的人的能力和限制。许多研究都发生在两次战争之间航空医学研究中断的地方。这方面的一个例子是费茨和琼斯(1947)的研究，他们研究了飞机驾驶舱中使用的控制旋钮的最有效配置。

这项研究的大部分都超越了其他设备，目的是让操作员更容易使用控件和显示器。术语“人的因素”和“人体工程学”进入现代词汇始于这个时期。据观察，由训练有素的飞行员驾驶的功能齐全的飞机仍然坠毁。1943年，美国陆军中尉阿方斯·查帕尼斯表明，当更多逻辑和可区分的控制取代飞机座舱中混乱的设计时，这种所谓的“飞行员误差”可以大大减少。战后，陆军空军出版了19卷，总结了战争期间的研究成果。^[22]

在第二次世界大战后的几十年里，人的因素继续繁荣和多样化。第二次世界大战后，埃利亚斯·波特和兰德公司的其他人的工作扩展了人为因素的概念。“随着思维的发展，出现了一个新概念——可以将防空、人机系统等组织视为一个单一的有机体，并且可以研究这样一个有机体的行为。这是一个突破的环境。”^[24]在第二次世界大战后的最初的20年，大多数活动都是由“开国元勋”:阿方斯·查帕尼斯、保罗·费茨和斯莫尔完成的。

3.4 冷战期间

冷战的开始导致了国防部支持的研究实验室的大规模扩张。此外，二战期间建立的许多实验室开始扩大。战后的大多数研究都是由军方赞助的。大量资金被授予大学进行研究。研究范围也从小型设备扩展到整个工作站和系统。与此同时，许多机会开始在民用工业中出现。重点从研究转移到通过向工程师提供设备设计建议来参与。1965年后，这一时期见证了这一学科的成熟。随着计算机和计算机应用的发展，这个领域不断扩大。^[22]

航天时代创造了新的人为因素，如失重和极端重力。人们广泛研究了对恶劣空间环境的容忍度及其对身心的影响。^[25]

3.5 信息化时代

信息时代的到来催生了人机交互相关领域。同样，消费品和电子产品之间日益增长的需求和竞争导致更多的公司和行业在其产品设计中纳入了人为因素。利用人体动力学、身体测绘、运动模式和加热区的先进技术，公司能够制造特定用途的服装，包括全身套装、运动衫、短裤、鞋子，甚至内衣。

3.6 今天

在人体工程学中，数字工具和高级软件允许对工作场所进行分析。使用动作捕捉工具记录员工的动作，并将其导入分析系统。为了检测危险的姿势和运动，传统的风险评估方法在软件中实施——例如，在ViveLab人体工程学评估软件RULA和美国国家航空航天局欧比。^[26]

在虚拟空间中，生物力学上精确的模型代表工人。人体模型的身体结构、性别、年龄和人口统计组是可调整的，以符合员工的属性。该软件提供了几种不同的评估，如可达性测试、意大利面条图或通视分析。^[27]借助这些工具，人体工程学人员能够在虚拟环境中重新设计工作站，并在迭代中测试它，直到结果令人满意。

最早的人体工程学和人体因素研究所于1946年在英国成立，是人体因素专家和人体工程学家最古老的专业机构，正式名称为人体工程学和人为因素研究所，之前是人体工程学学会。

人的因素和人类工程学协会 (HFES)成立于1957年。协会的使命是促进发现和交流适用于各种系统和设备设计的关于人类特征的知识。

加拿大人体工程学协会(ACE)成立于1968年。^[28]它最初被命名为加拿大人为因素协会(HFAC)，ACE(法语)于1984年加入，并于1999年采用了一致的双语标题。根据其2017年使命宣言，ACE联合并提升人体工程学和人为因素从业者的知识和技能，以优化人类和组织福祉。^[29]

国际人体工程学协会是世界各地人体工程学和人为因素协会的联合会。IEA的任务是制定和推进人体工程学的科学和实践，并通过扩大其应用范围和对社会的贡献来提高生活质量。截至2008年9月，国际人体工程学协会有46个联盟协会和2个附属协会。

4.1 相关组织

职业医学研究所(IOM)由煤炭行业于1969年成立。从一开始，IOM就雇用人体工程学人员将人体工程学原理应用于采矿机械和环境的设计。迄今为止，IOM继续开展人体工程学活动，特别是在肌肉骨骼疾病领域；热应力与个人防护设备(PPE)的人体工程学。像许多职业人体工程学领域的人一样，老龄化的英国劳动力的需求和要求越来越受到IOM人体工程学专家的关注和兴趣。

国际美国汽车工程师协会 (SAE)是航空航天、汽车和商用车辆行业中面向移动工程专业人员的专业组织。该协会是各种机动车辆工程的标准开发组织，包括汽车、卡车、船只、飞机等。美国汽车工程师协会制定了许多汽车行业和其他地方使用的标准。它鼓励根据既定的人为因素原则设计车辆。它是汽车设计中人体工程学工作方面最有影响力的组织之一。该协会定期举行会议，讨论人为因素和人体工程学的各个方面。

人为因素从业者来自不同的背景，但他们主要是心理学家(来自职业心理学,工程心理学,认知心理学,知觉心理学,应用心理学专业，和实验心理学)和生理学家。设计师(工业、交互和图形)、人类学家、技术交流学者和计算机科学家也做出了贡献。通常，人体工程学家会有一个心理学、工程学、设计或健康科学的本科学位，通常还是相关学科的硕士学位或博士学位。虽然一些从业者从其他学科进入了人为因素领域，但世界各地的几所大学都提供了人为因素工程的硕士和博士学位。

人体工程学和久坐工作场所

当代办公室直到19世纪30年代才存在^[30]随着，沃伊切赫·贾斯特尔兹·鲍斯克的开创性著作《1857年之后的人体工程学》^[31]以及1955年发表的第一份姿势研究报告^[32]

随着美国劳动力开始转向久坐不动的工作，[·WMSD的流行/认知问题等..]开始上升。1900年，41%的美国劳动力从事农业，但到了2000年，这一比例降至1.9%^[33]这与办公室就业的增长(2000年占所有就业的25%)相吻合^[34]以及职业安全与健康管理局和劳工统计局在1971年对非致命工伤的监测^[35]. 0-1.5，发生在坐姿或斜倚姿势。50岁以上的成年人报告说，他们花在久坐上的时间更多，而65岁以上的成年人通常是清醒时间的80%。多项研究表明，久坐时间和全因死亡率之间存在剂量-反应关系，每天每增加一小时久坐时间，死亡率增加3%。^[36]大量不间断的久坐时间与更高的慢性病、肥胖症、心血管疾病、2型糖尿病和癌症风险相关。^[18]

目前，总劳动力中有很大一部分受雇于体力活动少的职业。^[37]久坐行为，如长时间坐在座位上，对伤害和额外的健康风险构成严重威胁。^[38]不幸的是，尽管一些工作场所努力为久坐不动的员工提供设计良好的环境，但任何进行大量坐姿工作的员工都可能会感到不适。^[38]现有的条件会使个人和人群倾向于久坐生活方式，包括:社会经济决定因素、教育水平、职业、生活环境、年龄(如上所述)等。^[39]《伊朗公共健康杂志》发表的一项研究调查了工作社区中的社会经济因素和久坐生活方式对个人的影响。该研究得出结论，与那些报告社会经济地位高的人相比，那些报告生活在低收入环境中的人更倾向于久坐不动的行为。^[39]受教育程度较低的人也被认为是参与久坐生活方式的高风险群体，然而，每个社区都不同，有不同的可用资源，可能会改变这种风险。^[39]通常情况下，较大的工作场所与职业坐姿的增加有关。那些在被归类为商业和办公室工作的环境中工作的人在工作场所通常更容易遭受坐姿和久坐不动的行为的影响。此外，全职、具有日程安排灵活性的职业也包括在人口统计中，并且更有可能在整个工作日经常坐着。^[40]

人体工程学政策实施:

对于久坐不动的员工来说，围绕更好的人体工程学特征的障碍包括成本、时间、努力以及公司和员工。上述证据有助于确立人体工程学在久坐工作场所的重要性；然而，这个问题缺少的信息是执行和策略实施。随着现代化工作场所变得越来越以技术为基础，越来越多的工作岗位开始占据主导地位，因此需要预防慢性伤害和疼痛。通过围绕人体工程学工具的大量研究通过限制工作和员工补偿案例中错过的天数来为公司省钱，这变得越来越容易^[41]。确保公司为员工优先考虑这些健康结果的方法是通过政策和实施^[41]。

全国范围内目前还没有出台政策，但是少数大公司和州已经采取了文化政策来确保所有工人的安全。例如，内华达州风险管理部门为机构责任人和员工责任建立了一套基本规则^[42]。该机构的职责包括评估工作站、在必要时使用风险管理资源以及保存职业安全与健康管理局的记录^[42]。^[42]

直到最近，用于评估人为因素和人体工程学的方法从简单的问卷调查到更复杂和昂贵的可用性实验室。^[43]下面列出了一些更常见的人为因素方法:

• 人种学分析:使用源自民族志的方法，这一过程侧重于观察技术在实际环境中的使用。这是一种定性和观察的方法，侧重于“现实世界”的经验和压力，以及工作场所技术或环境的使用。该过程最好在设计过程的早期使用。^[44]
• 焦点小组是定性研究的另一种形式，其中一个人将促进讨论，并就所研究的技术或过程征求意见。这可以是一对一的访谈，也可以是小组讨论。可用于获取大量深层定性数据，^[45]由于样本量小，可能受到更高程度的个体偏差。^[46]但可以在设计过程中的任何时候使用，因为它在很大程度上取决于要追求的确切问题和团队的结构。可能非常昂贵。
• 迭代设计:也称为原型制作，迭代设计过程寻求让用户参与设计的几个阶段，以纠正出现的问题。当原型从设计过程中出现时，这些原型将接受本文概述的其他形式的分析，然后将结果纳入新的设计。分析用户趋势，重新设计产品。这可能会成为一个昂贵的过程，需要在设计过程中尽快完成，以免设计变得过于具体。^[44]
• Meta分析:一种辅助技术，用于检查大量已经存在的数据或文献，以得出趋势或形成假设来帮助设计决策。作为文献调查的一部分，可以进行元分析来从单个变量中辨别集体趋势。^[46]
• 受试者串联:两名受试者被要求在说出他们的分析观察结果的同时，同时进行一系列任务。这种技术也被称为“共同发现”，因为参与者倾向于从彼此的评论中获取反馈，以生成比单独使用参与者通常可能获得的更丰富的观察集。研究人员观察到了这一点，可以用来发现可用性的困难。这个过程通常被记录下来。
• 调查和问卷:调查和问卷是人类因素之外的一种常用技术，其优势在于可以以相对较低的成本向大量人群进行管理，使研究人员能够获得大量数据。然而，获得的数据的有效性总是受到质疑，因为这些问题必须被正确地编写和解释，并且从定义上来说是主观的。那些真正做出反应的人实际上也是自我选择的，这进一步扩大了样本和人群之间的差距。^[46]
• 任务分析(d ):源于活动理论的过程任务分析是一种系统描述人类与系统或过程交互的方式，以了解如何将系统或过程的需求与人类能力匹配。这个过程的复杂性通常与正在分析的任务的复杂性成正比，因此在成本和时间参与方面可能会有所不同。这是一个定性和观察的过程。最好在设计过程的早期使用。^[46]
• 出声思维法:也被称为“并发语言协议”，这是一个要求用户执行一系列任务或使用技术的过程，同时不断用语言表达他们的想法，以便研究人员能够获得关于用户分析过程的见解。有助于发现不影响任务性能但可能对用户产生负面认知影响的设计缺陷。也有助于利用专家更好地了解有关任务的程序知识。比焦点小组便宜，但更具体和主观。^[47]
• 用户分析:这个过程是基于设计目标用户或操作员的属性，建立定义它们的特性，为用户创建一个角色。最好在设计过程开始时进行，用户分析将试图预测最常见的用户，以及他们被认为具有的共同特征。如果设计概念与实际用户不匹配，或者如果识别的太模糊而无法做出明确的设计决策，这可能会有问题。然而，这种方法通常相当便宜，并且经常使用。^[46]
• “绿野仙踪”:这是一种相对不常见的技术，但已经在移动设备中得到一些应用。基于绿野仙踪实验，这种技术涉及操作员远程控制设备的操作来模拟实际计算机程序的响应。它的优点是产生一组高度可变的反应，但成本相当高，难以进行。
• 方法分析是通过一步一步的调查来研究员工完成任务的过程。将每个任务分解成更小的步骤，直到工作人员执行每个动作。这样做可以让你准确地看到重复性或紧张性任务发生的地方。
• 时间研究确定员工完成每项任务所需的时间。时间研究经常被用来分析周期性工作。它们被认为是“基于事件”的研究，因为时间测量是由预定事件的发生触发的。^[48]
• 工作采样是一种以随机时间间隔对作业进行抽样的方法，以确定花费在特定任务上的总时间比例。^[48]它提供了对工人执行任务的频率的洞察，这些任务可能会对他们的身体造成压力。
• 预定时间系统是分析工人花在特定任务上的时间的方法。最广泛使用的预定时间系统之一叫做方法-时间-测量(MTM)。其他常见的工作测量系统包括MODAPTS和MOST。基于临时技术秘书处的行业特定应用有Seweasy，MODAPTS和GSD，见论文:Miller，Doug，Towards Sustainable Labour Costing in UK Fashion Retail(2013年2月5日)
• 认知演练:这种方法是一种可用性检查方法，在这种方法中，评估者可以将用户视角应用于任务场景以识别设计问题。应用于宏观人体工程学时，评估者能够分析工作系统设计的可用性，以确定工作系统组织得如何以及工作整合得如何。^[49]
• Kansei方法:这是一种将消费者对新产品的反应转化为设计规范的方法。应用于宏观人体工程学时，这种方法可以将员工对工作系统变化的反应转化为设计规范。^[49]
• 技术、组织和人员的高度集成:这是一个手动程序，一步一步地将技术变革应用到工作场所。它让管理者更清楚他们的技术计划的人和组织方面，允许他们在这些环境中有效地集成技术。^[49]
• 顶部建模器:这种模式有助于制造企业在考虑新技术用于他们的流程时，识别出所需的组织变革。^[49]
• 计算机集成制造、组织和人员系统设计(CIMOP):该模型允许基于系统知识评估计算机整合制造、组织和人员系统设计。^[49]
• 人类技术:这种方法考虑对系统进行分析和设计修改，以便将技术从一种文化有效地转移到另一种文化。^[49]
• 系统分析工具(SAT):这是一种对工作系统干预备选方案进行系统权衡评估的方法。^[49]
• 结构的宏观人体工程学分析:该方法根据工作系统与独特的社会技术方面的兼容性来分析工作系统的结构。^[49]
• 宏观人体工程学分析和设计(MEAD):这种方法通过使用十步法来评估工作系统过程。^[49]
• 虚拟制造和响应曲面方法(VMRSM):该方法使用计算机化工具和统计分析进行工作站设计。^[50]

6.1 弱点

与可用性度量相关的问题包括:学习和保留如何使用界面的度量很少使用，一些研究将用户如何与界面交互的方式视为使用质量的同义词，尽管关系不明确。^[51]

虽然现场方法非常有用，因为它们是在用户的自然环境中进行的，但是它们有一些主要的限制需要考虑。这些限制包括:

1. 通常比其他方法花费更多的时间和资源
2. 与其他方法相比，在规划、招聘和执行方面付出了很大的努力
3. 更长的学习时间，因此需要参与者之间的良好意愿
4. 研究本质上是纵向的，因此，损耗可能成为一个问题。^[52]