工程心理學

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工程心理學是以人-機-環境系統為對象,研究系統中人的行為,以及人與機器和環境相互作用的工業心理學分支。它的目的是使工程技術設計與人的身心特點相匹配,從而提高系統效率、保障人機安全、並使人在系統中能夠有效而舒適地工作。

人-機-環境系統是多學科研究的問題,從事這方面工作的有心理學家、生理學家、人體測量學家、醫生、工程師等。在不同的國家或來自不同學科的專家往往使用不同的名稱。中國、美國和蘇聯等的心理學界多稱「工程心理學」,美國還使用「人類工程學」、「人的因素工程學」等名稱;西歐各國則普遍稱「工效學」。

來自不同學科的專家在研究內容上也各有側重:工程心理學家強調研究系統中人的行為和身心功能特點,為系統設計提供有關人的數據;而工效學家或人類工程學家們則側重於研究把有關人的數據應用於系統設計。

工程心理學發展簡史

使人適應機器的要求,是20世紀40年代以前人機關係研究的基本特點。工程師設計機器時,往往只著眼於機械力學性能的改進,很少考慮使用者的要求;心理學家的工作也局限於為現成的機器選拔和訓練操作人員。

在第二次世界大戰期間,由於武器性能和複雜性大大提高,即使經過選拔和訓練的操作人員也很難適應,由此發生了許多機毀人亡或誤擊目標事故。這迫使人們去重新審查裝備的設計,並促使人們認識到機器和操作者是一個整體,武器只有與使用者的身心特點匹配時才能安全而有效地發揮作用。由這種認識出發,又提出了人機系統的概念。這樣,人們開始了從主要研究由人適應機器轉向研究使機器適應人的階段,由此而形成了工程心理學這門學科。 查普尼斯在1949年出版的《應用實驗心理學》是這個時期經典性的工程心理學著作。

二十世紀40年代和50年代初期,工程心理學家主要研究指針式儀錶和開關按鈕設計中的人機匹配問題,因此有人把這一時期稱為工程心理學發展中的「開關和錶盤」時代。

50年代以後,由於控制論和資訊理論的影響,工程心理學開始採用信息接收、傳輸、加工、反饋、信道容量、系統控制等概念分析人和機器的相互作用過程,使人機系統的概念得到進一步發展。同時,由於計算機的廣泛應用和生產過程自動化程度的提高,使人機結合方式和人在系統中的地位與作用發生了深刻變化。

例如,在系統中人由操作者轉變為監控者,體力負荷降低、心理負荷增大;人機間的信息交換方式由機械式轉為對話式等。認知因素是現代人機系統的核心問題,認知實驗心理學成為現代工程心理學的理論基礎。這種種變化給工程心理學提出了新的研究方向和課題。

工程心理學研究在中國起步較晚。50年代主要開展操作合理化和技工培訓方面的工作。60年代開始結合太空、航空 、鐵路和電站建設的要求開展研究。二十世紀80年代以後,工程心理學在我國得到了較快的發展。

工程心理學研究內容

工程心理學主要研究與技術設計有關的人體生理、心理特點, 並為人-機-環境系統的設計提供有關人的數據。例如,為了使工作空間、工作台、駕駛艙、控制器和其他各種個體用具的設計和安排適合使用者的體質特點,必須就測定人體靜態結構、動態功能尺寸和人體生物力學參數;為了設計優質的人機信息交換裝置,就必須研究人的傳信特點和能力限度,研究人的信息加工模型;為了提高系統的可靠性,就要研究人在工作超負荷或低負荷時,特別在告警應急時的反應能力和行為特點;人的能力的個別差異和影響能力水平發揮的主客觀條件等,也是工程心理學研究的重要課題。

人與機器在功能上各有長短,分析系統中各個環節的要求和作用,確定最適合於由人或由機器做的工作,是人機系統設計中的一項重要內容。一般來說,強度大、速度快、精度高、單調的、操作條件惡劣的工作應安排機器去做;擬定方案、編製程序、應付不測、故障維修等工作適合由人去做。隨著計算機和自動控制技術的發展,人機功能分配也會有所變化。但是不管技術如何發展,系統不能沒有人的參與。人將始終主宰技術的發展;技術的發展又將使人的功能得到更充分的發揮。

人機界面也叫人機介面,顯示器和控制器是人機之間的兩個界面。機器通過顯示器將信息傳送給人,人通過控制器將決策和指令信息輸送給機器。人機信息交換的效率,很大程度上取決於顯示器和控制器與人的感知器官、運動反應器官特性的匹配程度。為使兩方面匹配得好,就要研究顯示器和控制器的物理特性與人的感知、記憶、思維、運動反應等身心特點的關係。

例如,研究視覺顯示符號的形狀、大小,顏色、亮度、空間密度、變化速度與人的視覺功能的關係;研究聲音頻率、響度、持續時間、變化速度與聽覺功能的關係;研究控制器的編碼、力距,阻力、距離、運動方向等因素對人的操作績效的影響等等。在現代複雜的人機系統中,操作人員往往面對著幾十甚至幾百種不同功用的顯示器和控制器,若設計或安排不當,就容易發生誤讀和誤操作而導致重大事故。

工作空間設計也是工程心理學研究的基本內容,它主要包括工作空間的大小、顯示器和控制器的位置、工作台和座位的尺寸、工具和加工件的安排等。工作空間的設計要適應使用者的人體特徵,以保證工作人員能夠採取正確的作業姿勢,達到減輕疲勞,提高工效。

照明、噪聲、溫度、振動、濕度氣壓、加速度等物理環境因素都會對人的工作績效和身心造成影響。處於高空、地下、水下等特殊環境中的人,有可能經受超重、失重、高溫、低溫高壓低壓缺氧等異常因素的衝擊,因此,研究特殊環境條件對人行為的影響,對設計空間艙和地下、水下工作的人機系統有重要意義。

工程心理學的研究採用調查和觀察、現場試驗、情境模擬、實驗室實驗和數學模擬等方法。這些方法在情境逼真度、使用靈活性、結果概括性和實用性等方面,各有優點和局限性。例如數學模擬方法,有耗資低、改變方便、簡單易行等優點 ,但得到的結論往往不能直接用於解決複雜的實際問題;現場試驗具有真實性,但因素複雜,條件控制受到限制,因而不容易精確分析變數問的因果關係。

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