技术与设计中人机关系的拓展

郎海波

【摘 要】人机关系是人机工程学的一部分，课本对什么是人机关系，人机关系要实现的目标，怎样实现合理的人机关系进行了阐述并引用了几个案例加以说明，但是作为教师仅仅了解这些还是不够的，本文将对人机关系从理论和实践上进一步深入研究，以利于能够更好地进行教学。

一、人机工程学的发展

人机工程学是20世纪50年代前后发展起来的，今天它已成为一切工程技术人员必不可少的工具，成为实现工业设计目标的重要手段。什么是人机工程学：把机械产品设计成十分符合人类的工作或动作的法则。尽管人机工程学直到20世纪才出现，然而，有证据表明人机工程学原理实际上在2500年前就已经为人们所知并确定下来。

第一阶段是人适应机器的被动阶段，在这一阶段中，机器相对来说还是比较简单，对操作人员稍加训练即可适应机器的要求。其真正的形成是在第一次世界大战时期，当时，作战双方为了提高作战能力，使士兵能更好操纵武器，都聘请了心理学家帮助解决诸如战时兵种分工，特种人员的选择与训练，以及军工生产的疲劳等问题。这一时期的特点是运用心理学来选择和训练人，使人适应于机器，其研究者大多为心理学家，这是人机工程学的萌芽阶段。

第二阶段是让机器适应于人的阶段。第二次世界大战爆发以后，由于战争的需要，出现了许多新技术，如雷达、声纳等，这不仅提高了武器系统的性能，同时也增加了武器系统的操作难度。在这种情况下，要使操作人员能够胜任复杂的操作，就必须对操作人员实行更严格的挑选，或经过长期的训练，这显然不适应战争的需要。这就迫使设计人员在设计对象上下功夫，即从武器设计一开始就认真考虑潜在操作人员的生理、心理特点。使其在结构上就能确保适应一般人的操作。显然，这样的研究单靠生理学家已无法进行，而必须会同工程技术人员共同解决。战后，随着工业技术的发展，上述趋势也逐渐向民用领域扩展。如汽车、机械设备、建筑、生活设施及生活用具等，所涉及的与人的因素的问题愈来愈多，人机工程学得到了进一步的发展。

第三个阶段是将人—机器—环境作为一个整体来研究的阶段。近20年来，工业技术获得了更大的发展，机械化和自动化已大规模地使用机械能来代替肌肉的力量。使机器变得更有力量，并互相结合起来，从而给机器的控制和操作带来了意想不到的困难。人与机器乃至于环境之间的关系越来越复杂，这意味着人们绝不能再孤立地设计每一台机器了。也就是说，在机器设计中必须将其与潜在的操作者、未来的运行环境条件联系在一起，作为一个完整的系统来设计。例如，汽车的设计，在高速公路上行驶的汽车是一个由人（驾驶员）、机（汽车）和环境（高速公路）组成的一个相互作用的复杂系统。驾驶员坐在车中，根据汽车速度表可以知道汽车当时的速度，然后根据道路状态与道路标志信号判断速度和方向，以便做出加快或减慢或改变方向的反应。其中任何一个环节发生故障，如汽车操作系统失灵、道路标志不全或驾驶员酗酒等，都会导致事故。因此，要成功地设计汽车，在人机工程学方面，除了必须考虑驾驶员本身的特性及其各种界限值以外，还必须考虑汽车未来的运行环境。只有在设计中充分考虑了人—机器—环境之间的关系，才能保证驾驶员运转在安全性很强的系统中，同时也使该系统成为能够告诉奔驰的系统。这样的汽车设计才是成功的。

人机系统

在今天要成功设计一件产品必须采取系统的观点，而不能孤立地只从产品本身来考虑。当设计者用系统的观点来看待未来的操作者——人时，就能从只考虑人在操作中的个别细节的过程中解脱出来。并站在较高的层次上来检验人与系统中其他组成部分之间完整的相互关系。根据系统中人与机器功能分配的相对程度，可将人机系统分为以下三种类型。

第一种是人工系统。这是由人、手动工具和其他辅助手段结合而组成的。这里的辅助手段也必须由操作者以自己的体力来进行操作，操作者运用他的工具来传递，并从中接受大部分信息，其工作节奏和步调可以完全由自己掌握。

第二种类型是机械系统。如机床是由不同的零件适当结合在一起组成的，其动力通常由机械提供，操作者的作用基本上是执行其中某一部分的控制。每个独立的机械系统还可以连接在一起，以形成更完整的生产线。

第三种类型为全自动系统。在这样的系统中，所有的操作功能，包括检测、处理信息、做出决定和完成动作，都由机械来执行。但这种系统需要人事先所有可能预料出现的各种输入信息的结合方式做出周密的考虑。

二、人机工程学和产品设计的融合

有三种方法可以在设计中将与人有关的因素特性融入产品中去：

1.产品的演化;

2.直觉意会;

3.在设计中应用人机工程学技术。

演化的过程一直是最普遍的。自从有历史记载开始，人类就通过试验和失败不断地发展劳动工具。例如，远古的狩猎工具和同期的手工工具，如木匠的木棰，都被改进以提高它们的易用性和功能性，因此，那些经过演变而成的设计通常比现代的设计要好一些。然而这种演化过程有一个最大的缺陷，那就是花费的时间太久。

直觉意会是第二种将人机工程学融入设计产品中的方法。设计师可以简单地决定产品的用户界面是怎么样，以及功能如何，完全依赖个人倾向及引导。结果经常是产品适合某个工程师或技术专家却未必适合未来的使用者。

第三种方法是通过在设计中引入人机工程学技术将人的因素设计到产品中。人机工程学技术包括方法和数据，两种经常使用的方法是：试验方法和理论方法。

试验方法包括在观察数据的基础上引用特殊的设计方法，尽管这种方法受到高度赞扬，但设计试验方法在一些特定的情况下是自相矛盾的，需要良好的判断，并且在设计改变时必须更新。人的行为理论的发展，在阐述设计问题时具有普遍的应用价值，然而，一个模型或理论的不完整或是一些重要的变量被忽视时，就会存在一定的风险。

三、以人为中心的设计

共用性设计是人机工程学“以人为中心”的设计理念的最高发展，

共用性设计是在有商业利润的前提下和现有生产条件下，产品（广义的，包括器具、环境、系统、和过程）的设计尽可能使不同能力的使用者（例如残疾人、老人、小孩等）、在不同外界条件下能够安全、舒适地使用的一种设计过程。共用性设计是人机工程学“以人为中心”的设计理念的最高发展。由美国人Ron Mace于20世纪70年代最先提出，是在无障碍设计的基础上发展起来的。共用性设计是对无障碍设计的发展和完善，它包含了无障碍设计对弱势群体的关爱，同时弥补了无障碍设计将弱势群体和大众分离的不足。例如像计算机键盘中的F、J键上的小凸起，它原来的设计意图是使视力有障碍者能够准确定位键盘，但众所周知，它的设计给视力健全者也带来了极大的方便。又如，在日本一些城市的十字路口，在采用红绿灯的视觉信号传递通行信息的同时还伴有声音信号。当绿灯亮时，同时发出悦耳的音乐，这是为盲人设计的无障碍装置，但对视力健全人来说，也是一种帮助和提醒装置。这些都是共用性设计的例子，既考虑了普通人的需求，又考虑了特殊人群的需求。

必须承认，任何产品不可能满足所有的使用者，因为总存在着一些严重的肢体残疾、感觉器官残疾和认知能力障碍的人群，他们无法使用某些产品。然而，共用性设计也不是专门针对残疾人或老年人、儿童等弱势人群设计，在一般情况下的普通人在特殊情况下也有可能成为特殊人群，例如：

如图所示是一款容量可调的勺子，液体、固体均可适用，勺子柄上有公制和英制两种刻度，滑动按钮能快速准确地调整容量。在这里一个普通人员在使用这把勺子的时候如果要用到英制单位时候他就成为一个特殊人群。

共用性设计核心理念是为了尽可能多的人能舒适地使用产品，同时不让残疾人士或其他人员使用产品时感到心理上的不适或自卑，同时也让普通人员在使用产品时获益。

四、人机工程学与产品设计

在人们日常生活与工作中，经常会与各种产品打交道，即使是最简单的产品，如果设计得不好，也会给使用带来不便。在使用这些产品的过程中，人们经常会遇到各种不便、不舒适甚至不安全。为什么经过一次长途旅行后，车的座位使你感到疼痛？为什么有些电器难以按照标签指示操作？人机工程学在产品设计中可以帮助人们解决这些问题。现在不少工业先进的国家已把人机工程学方面的指标作为国家标准予以制定。

我们教师平时就可以关注生活中有关产品的人机关系设计，在教学中我们就会有很生动的实例。我在购买家电时就发现有些产品的设计比较关注人机关系的设计，比如某款微波炉设计了下拉门，放平可以当料理台使用，做菜放物很方便。又设计了儿童锁，设定此功能虽可启动微波炉但无微波输出，可防止儿童误操作保证安全。当食物烹饪完毕后，如果忘记拿取食物，微波炉每隔两分钟响一次提醒拿取食物。延时启动功能设计，在按好启动键的6秒钟后，微波炉磁控管才开始运作，避免使用者与工作中的微波炉“亲密接触”。再比如我们到加油站去加油，如果我们的汽车加错了油，比如加柴油的错加了汽油，这可是麻烦的事，这虽然是由于人为的原因造成的，但是我们在设计加油机和汽车油箱加油口时，能否考虑到加错油的可能呢？能否设计一个防错设计，比如汽油车和柴油车的油箱加油口的形状不同，同时加油机的枪口和它匹配，这样的话，即使把加柴油的枪口拿到汽油车的油箱加油口也加不进油了。

五、这几年在高考试卷中所涉及的有关人机关系的问题

例1：如图一所示的电线夹可以方便地夹在电源线上，电线夹的两面分别有盲文、图案和文字，可以方便快捷地区分出不同电器的电源线。从人机关系角度分析，该设计考虑了产品使用的高效性以及不仅考虑了普通人使用也考虑了特殊人群（盲人）的使用方便。

图一

例2：如图二所示的图形化开关面板，按钮的布局和亮、灭状态与室内灯一致，以利于快速地进行所需的操作。一般的普通开关在布局上没有和灯具的对应关系，也不能反应灯的亮、灭状态，让使用者使用开关时不能确定开关和灯具的对应关系，从人机关系的角度分析，提高了使用的有效性。

例3：如图三所示是某大学生设计的猴子形状的输液固定板。该固定板带有提示功能，当手放在凸起的猴嘴上时，显示屏出现动画，手超出范围就自动关闭动画，提醒儿童手不可乱动，以防针头错位造成伤害。设计者在设计这款产品时考虑到了人手放置时的自然状态，凸起的猴嘴使人手放置时处于自然状态，处于自然状态是最舒适的，而且还考虑到了儿童的心理需求，用动画显示、小猴的形象来满足儿童的心理需求。

图二                        图三

例4：如图四所示是一款钥匙寻找器。把钥匙和寻找器串在一起，找钥匙的时候，只需吹响口哨，寻找器就会发出响声。我们每个人在生活中都会遇到寻找钥匙这种情况，这款产品的设计考虑到了人机关系的信息交互，这样产品比没有信息交互的钥匙使用起来更方便，这样的设计在其他产品上也可以采用。

图四                      图五

例5：如图五所示。韩国的三名设计师设计了一款会发光的窨井盖盖子。它的内外两个圆环均采用了发光系统，当盖子被移开后，这两个圆环就会发出荧光，即使是在黑暗中，也可以很好地提醒路人注意安全。一款产品在设计时就要考虑使用者的安全问题，这种会发荧光的窨井盖主要就考虑使用者的安全问题。

六、教学实例

可以让学生在设计作品时尝试将人机关系作为设计的目标，作为一个设计的理念，比如这款学生设计的牙刷（图1），采用了很多与人机关系相关的设计，光滑的顶部，柔然的刷毛，考虑了要符合人体的健康目标，刷柄上和拇指贴合的设计满足了舒适的目标设计，底部的吸盘设计符合高效、方便目标，牙刷柄的背部还有计时显示装置，满足了特殊人群的需要（儿童）。

图1                     图2

这款学生设计的牙刷（图2），牙刷的刷毛会随着时间改变颜色，提醒使用者及时更换牙刷，这就是一种很好的人机关系设计。

图3                        图4

这款学生设计的牙刷（图3），牙刷的柄上有测温装置，这样在给幼儿使用的时候就比较安全，能够知道水温是否合适。波浪形的刷柄手握起来更加舒适，同样波浪形的刷毛使牙刷的效率更高。

这款学生设计的牙刷（图4），牙刷的刷柄采用记忆塑料，在刷牙时能够很省力的刷到内侧。牙刷的刷毛有三种颜色，标志出两个圆圈，一个小圆：小朋友要少用些牙膏，一个大圆：成人使用牙膏的量。这些都是很好的人机关系的设计。

【参考文献】

[1]王继成编.产品设计中的人机工程系 [M].化学工业出版社.

[2]张峻霞，王新亭编.人机工程学与设计应用[M].国防工业出版社.

[3]高凤麟编.人机工程学[M].高等教育出版社.