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

一、讓技術(shù)人性化的科學--人機工程學

1什么是人機工程學

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

人機工程學研究在設(shè)計人機系統(tǒng)時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。人機工程學還研究人的練習，人機系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)，以及同人機系統(tǒng)有關(guān)的生物學或醫(yī)學題目。對于這些研究，在美國有人稱之為人類工程學“HUMAN ENGINEERING”，人因（素）工程學“HUMAN FACTORS (ENGINEERING)”，在歐洲有人稱之為“ERGONOMICS”，生物工藝學，工程心理學，應用實驗心理學以及人體狀態(tài)學等等。日本稱之為“人間工學”，我國目前除使用上述名稱外，還有譯成工效學、宜人學、人體工程學、人機學、運行工程學、機構(gòu)設(shè)備利用學、人機控制學等。人體工程不同的命名已經(jīng)充分體現(xiàn)了該學科是“人體科學”與“工程技術(shù)”的結(jié)合，實際上，這一學科就是人體科學，環(huán)境科學不斷向工程科學滲透和交叉的產(chǎn)物，它是以人體科學中的人類學、生物學、心理學、衛(wèi)生學、解剖學、生物力學、人體丈量學等為“一肢”；以環(huán)境科學中的環(huán)境保護學、環(huán)境醫(yī)學 、環(huán)境衛(wèi)生學、環(huán)境心理學、環(huán)境監(jiān)測技術(shù)等學科為“另一肢”，而以技術(shù)科學中的產(chǎn)業(yè)設(shè)計、產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟、系統(tǒng)工程、交通工程、企業(yè)治理等學科為“軀干”，形象地構(gòu)成了本學科的體系，從人機工程學的構(gòu)成體系來看就是一門綜合性的邊沿學科，其研究的領(lǐng)域是多方面的，大致包括電話、電傳、計算機控制臺、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、高速公路信號、汽車、航空、航海、現(xiàn)代化醫(yī)院、環(huán)境保護、教育、互聯(lián)網(wǎng)等，人機工程學甚至可用于大規(guī)模社會系統(tǒng)，因此可以說與國民經(jīng)濟的各個部分都有密切的關(guān)系。 

2人機工程學的國內(nèi)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(chǔ)研究內(nèi)容為4項：軟件、人機交互、網(wǎng)絡、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(nèi)容之一，而且還專門增加了與軟件技術(shù)并列的人機界面這項內(nèi)容。日本也提出了FPIEND21計劃（Future Personalized Information Environment Development），其目標就是要開發(fā)21世紀個性化的信息環(huán)境。我國973、S-863、十五計劃及未來的十一五計劃均將人機交互列為主要內(nèi)容。

在中國，人機工程學的研究在20世紀30年代開始即有少量和零星的開展，但系統(tǒng)和深進的開展則在“文革”以后。1980年4月，國家標準局成立了全國人類工效學標準化技術(shù)委員會，同一規(guī)劃、研究和審議全國有關(guān)人類工效學的基礎(chǔ)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(tǒng)工程標準化技術(shù)委員會。這兩個技術(shù)委員會的建立，有力地推動了我國人機工程學研究的發(fā)展。此后在1989年又成立了中國人類工效學學會，再在1995年9月創(chuàng)刊了學會會刊《人類工效學》季刊。20世紀90年代初，北京航空航天大學首先成立了我國該專業(yè)的第一個博士學科點，隨后南京航空航天大學、西北工大、北京理工大學、北大醫(yī)學部等大學也先后成立了相應的專業(yè)。當前，隨著我國科技和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對工作條件、生活品質(zhì)的要求正逐步進步，對產(chǎn)品的人機工程特性也會日益重視。一些廠商把“以人為本”、“人體工學”的設(shè)計作為產(chǎn)品的賣點，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(diào)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(guī)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、安全文化評價與改進、警示與提醒技術(shù)、安全概率分析；
（2）人體工作行為解剖學和人體丈量：解剖學、人體丈量、人體丈量和工作空間設(shè)計、生物力學、殘疾人設(shè)計、姿勢和生物力學負荷研究、工作中的滑倒、差錯研究、背部疼痛、聽覺障礙研究；
（3）認知工效學和復雜任務：認知技能和決策研究、法律人機工程、團隊工作、過程研究；
（4）計算機軟件人機工程 ：軟件設(shè)計、軟件發(fā)展、軟件人機工程、執(zhí)行和可用性；
（5）計算機終端：設(shè)計與布局：計算機產(chǎn)品和外設(shè)的設(shè)計與布局、計算機終端工作站、顯示屏設(shè)備與規(guī)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(shè)計：顯示與控制信息的選擇與設(shè)計；
（7）控制室設(shè)計：控制臺和控制室的布局設(shè)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、工作中的聽力損失、熱環(huán)境、可視性與照明、工作環(huán)境人機工程、振動；
（9）專家論證：多工作環(huán)境 ：專家論證調(diào)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(shè)計與評價：人機界面的設(shè)計與發(fā)展、知識系統(tǒng)、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?qū)彶�、人因整合、人的可靠性評價；
（12）產(chǎn)業(yè)設(shè)計應用“信息設(shè)計、市場/用戶研究、醫(yī)療設(shè)備、座椅的設(shè)計與舒適性研究、座椅設(shè)計與分類、家具分類與選擇；
（13）產(chǎn)業(yè)/貿(mào)易工作空間設(shè)計：產(chǎn)業(yè)工作空間設(shè)計、產(chǎn)業(yè)人機工程、工作設(shè)計與組織、人體丈量學與工作空間設(shè)計、工作空間設(shè)計與工作站設(shè)計、警告、標簽與說明、工作負荷分析； 
（14）治理與人機工程：變化治理、本錢-利益分析、突發(fā)事故應變研究、人機戰(zhàn)略實施、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(guī)則和實踐；
（15）手工操縱負荷，安全與培訓：手工操縱評價與培訓、手工操縱與舉力、手工操縱負荷；
（16）辦公室人機工程與設(shè)計：辦公自動化、辦公室和辦公設(shè)備設(shè)計、辦公室設(shè)計人機工程； 
（17）生理學方面和醫(yī)學人機工程：生理學、生理能力、醫(yī)學人機工程、醫(yī)學設(shè)備、心理生理學、行為期看、行為標準；
（18）產(chǎn)品設(shè)計與顧客：人機工程銷售與市場、產(chǎn)品設(shè)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）風險評估：多種工作狀況：風險與本錢-利益分析、風險評估與風險治理、風險猜測、總體骨骼、肌肉風險研究；
（20）社會技術(shù)系統(tǒng)與人機工程：組織行為、組織變化、組織心理學、人機工程戰(zhàn)略、社會技術(shù)系統(tǒng)、暴力評估與動機；
（21）系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分析與設(shè)計、系統(tǒng)整合、系統(tǒng)需求、電信系統(tǒng)與產(chǎn)品、人機系統(tǒng)、職員配備研究、三維人體模型、實驗設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計標準與種別、通訊分析；
（22）任務分析：任務分析與工作設(shè)計、任務分析與綜合、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）用戶需求與用戶指導：用戶文檔、用戶指導、用戶手冊與說明、用戶界面設(shè)計與原型、用戶需求分析與種別、用戶實驗治理；
（26）車輛與交通人機工程：航空人機工程、頭盔顯示、乘客環(huán)境、鐵路車輛與系統(tǒng)、交通設(shè)計、車輛設(shè)計、車輛人機工程、車輛安全性 ；
（27）其它特殊的人機工程應用：原子能、軍隊人機工程、過程控制、文化調(diào)查、調(diào)查與研究方法、自動語音識別。

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

在人機工程學中人機界面是最重要的一個研究分支，它是指人機間相互施加影響的區(qū)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(shè)計界面定義為設(shè)計中所面對、所分析的一切信息交互的總和，它反映著人一物之間的關(guān)系。

廣義的人機界面：在人機系統(tǒng)模型中，人與機之間存在一個相互作用的“面”，稱為人-機界面，人與機之間的信息交流和控制活動都發(fā)生在人機界面上。機器的各種顯示都“作用”于人，實現(xiàn)機-人信息傳遞；人通過視覺和聽覺等感官接受來自機器的信息，經(jīng)過腦的加工、決策，然后作出反應，實現(xiàn)人-機的信息傳遞。人機界面的設(shè)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題目： 顯示和控制。 

狹義的人機界面是指計算機系統(tǒng)中的人機界面。人機界面（Human-Computer Interface），又稱人機接口、用戶界面（User Interface）、人機交互（Human-Computer Interaction），是計算機科學中最年輕的分支科學之一。它是計算機科學和認知心理學兩大科學相結(jié)合的產(chǎn)物，同時也吸收了語言學、人機工程學和社會學等科學的研究成果。通過30余年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門以研究用戶及其與計算機的關(guān)系為特征的主要學科之一。尤其80年代以來，隨著軟件工程學的迅速發(fā)展和新一代計算機技術(shù)研究的推動，人機界面設(shè)計和開發(fā)已成為國際計算機界最為活躍的研究方向。隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，人機界面學的發(fā)展，會朝著以下幾個方向發(fā)展：

（1）高科技化 

信息技術(shù)的革命，帶來了計算機業(yè)的巨大變革。計算機越來越趨向平面化、超薄型化；便捷式、袖珍型電腦的應用，大大改變了辦公模式；輸進方式已經(jīng)過單一的鍵盤、鼠標輸進，朝著多通道輸進化發(fā)展。追蹤球、觸模屏、光筆、語音輸進等競相登場；多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實及強有力的視覺工作站提供真實、動態(tài)的影像和刺激靈感的用戶界面，在計算機系統(tǒng)中，各顯其能，使產(chǎn)品的造型設(shè)計更加豐富多彩，變化紛呈。

（2）自然化 

早期的人機界面很簡單，人機對話都是機器語言。由于硬件技術(shù)的發(fā)展以及計算機圖形學、軟件工程、人工智能、窗口系統(tǒng)等軟件技術(shù)的進步，圖形用戶界面(Graphic User Interface)、直觀操縱(Direct Manipulation)、“所見即所得”(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“鍵進命令”式的操縱方式，推動人機界面自然化向前邁進了一大步。然而，人們不僅僅滿足于通過屏幕顯示或打印輸出信息，進一步要求能夠通過視覺、聽覺、嗅覺、觸覺以及形體、手勢或口令，更自然地“進進”到環(huán)境空間中往，形成人機“直接對話”，從而取得“身臨其境”的體驗。

（3）人性化 

現(xiàn)代設(shè)計的風格已經(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(xiàn)自我意識、個人風格和審美情趣，反映在設(shè)計上亦使產(chǎn)品越來越豐富、細化，體現(xiàn)一種人情味和個性。一方面要求產(chǎn)品功能齊全、高效，適于人的操縱使用，另一方面又要滿足人們的審美和認知精神需要。 現(xiàn)代電腦設(shè)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(tǒng)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，使之操縱更簡單、友好。 目前，人機交互正朝著從精確向模糊，從單通道向多通道以及從二維交互向三維交互的轉(zhuǎn)變，發(fā)展用戶與計算機之間快捷、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、能看、能說，而且應能“善解人意”，即理解和適應人的情緒或心情。未來計算機的發(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(nèi)建立的研究院大多以人機接口為主要研究任務，尤其是在漢語語音、漢字識別等方面，如漢語識別與自然語言理解，虛擬現(xiàn)實技術(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(shè)計、視覺-目標拾取認知技術(shù)等方面取得主動權(quán)。

2視覺-目標拾取認知技術(shù)研究

眼睛是心靈的窗戶，透過這個窗口我們可了解人的很多心理活動。人類的信息加工在很大程度上依靠于視覺，來自外界的的信息有80～90％是通過人的眼睛獲得的。眼動的各種模式一直與人的心理變化相關(guān)，對于眼球運動即眼動的研究被以為是視覺信息加工研究中最有效的手段，吸引了神經(jīng)科學、心理學、工效學、計算機科學、臨床醫(yī)學、運動學等領(lǐng)域?qū)＜业钠毡閻酆茫�其研究成果在產(chǎn)業(yè)，軍事，貿(mào)易等領(lǐng)域得到廣泛應用。

在視覺-目標拾取認知技術(shù)科學研究中最為重要的題目就是人對信息流的獲�。ㄝ斶M）和信息流的控制（輸出）這兩個題目。據(jù)研究人對外部信息流的獲取有80%是通過視覺獲得的，由于視覺的重要性，有關(guān)視覺-眼動系統(tǒng)的研究始終是科學界關(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)病學家、眼科學家、生理學家、解剖學家以及工程師們的極大愛好，特別是近年來，世界各國對視覺-眼動系統(tǒng)的研究越來越多：NASA、哈佛、麻省、劍橋、牛津等著名科研機構(gòu)或大學都設(shè)有專門的視覺-眼動系統(tǒng)研究部分。而人對外部信息流的控制主要是通過手、腳、口等效應器官進行的，其中研究人的目標拾取運動這一基本、重要的作業(yè)運動形式，可以為人機界面系統(tǒng)的設(shè)計、評估、操縱提供量化的理論依據(jù)和理論指導，因此，該研究具有很好的工程應用價值，并一直是工效學、心理學、生理學等學科的研究熱門。近年來，隨著計算機及人機界面技術(shù)的發(fā)展，眼動儀在人機界面設(shè)計上受到高度重視。美國空軍最早在新的人機交互設(shè)計中運用視覺追蹤技術(shù)，最初的主要目的是要把視覺追蹤用于戰(zhàn)斗機座艙的設(shè)計。這一領(lǐng)域的深進研究表明，視覺追蹤技術(shù)不但可以用于戰(zhàn)斗機座艙的設(shè)計，而且還可以運用視覺追蹤技術(shù)，把人眼作為計算機的一種輸進工具，形成視覺輸進人機界面。另外，日本的ATR通訊系統(tǒng)研究實驗室和東京產(chǎn)業(yè)大學已將眼動丈量用于對虛擬現(xiàn)實的研究，有效地解決了大的視場和高精度的圖象顯示之間的矛盾。隨著高性能攝像機的出現(xiàn)和圖象處理技術(shù)的發(fā)展，眼動儀將朝著高精度、高實用性和低本錢的方向發(fā)展。

國內(nèi)對視覺丈量的研究起步始于七十年代末、八十年代初。一般都是引進了國外設(shè)備作實驗研究，西安電子科技大學在自主開發(fā)研制眼動儀樣機方面做了很多工作。北京航空航天大學人機環(huán)境工程研究所九十年代末開展了飛機座艙人機界面評價實驗臺的研制，利用視覺與眼動系統(tǒng)分析控制面板儀表布局是研究內(nèi)容之一。
由于人是人-機-環(huán)境系統(tǒng)的主體，只有深刻熟悉人在系統(tǒng)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(tǒng)的整體能力的優(yōu)質(zhì)高效系統(tǒng)。人的目標拾取運動作為人的一種輸出形式，具有速度—精確度的折衷關(guān)系，即目標拾取運動的完成時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(tǒng)中。所以如何建立人的目標拾取運動過程中實用、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。

三、 遠景展看

現(xiàn)代人機系統(tǒng)中，作業(yè)職員是在特定環(huán)境中操縱和治理復雜系統(tǒng)和各種數(shù)字化設(shè)備，當人在這種環(huán)境中工作時，既要靠眼睛來觀察環(huán)境，又要靠細致的注視來完成精確的控制動作，通過人機工程技術(shù)分析，就可知道人在操縱時如何分配留意力、體力，同時了解儀表、屏幕以及外視景如何設(shè)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，切實進步人機工效。這對于計算機系統(tǒng)、自動化控制、交通運輸、產(chǎn)業(yè)設(shè)計、軍事領(lǐng)域以及社會系統(tǒng)中重大事變（戰(zhàn)爭、自然災難、金融危機等）的應急指揮和組織系統(tǒng)、復雜產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)中的故障快速處理、系統(tǒng)重構(gòu)與修復、復雜壞境中仿人機器人的設(shè)計與制造等題目的解決都有著重要的參考價值。(end)