从“救命神器”揭秘人因工程学

作者：方卫宁 秦华

随着心源性猝死事件频发，被称为“救命神器”的AED(自动体外除颤器)已经陆续在体育馆、车站等公共场所配置和推广，如果能第一时间对患者进行施救，可以最大限度地提高急救成功率。但是，对大多数非医护人员或未受过急救培训的人员读者一定有这些疑问：普通人能操作AED吗？怎么开机？会不会操作失误？会不会伤到自己？等等。实际在设备开发过程中，人因工程设计者们已经充分考虑到大家所提出的这些问题，像你我一样的普通人只要按照AED设备上的图片示意和文字说明（有些还有语音操作提醒）即可使用。

AED操作说明

像AED这样有“傻瓜”操作设计的需求在工程中普遍存在，因此，人因工程（Human Factors Engineering）作为一门综合性交叉学科越来越受工程师们的关注。无论是生产制造、汽车驾驶等传统领域，还是更重要复杂的系统如空间站、 高铁、大飞机、舰船、核电站等领域它都发挥着举足轻重的作用。人因工程尤其在航天领域的发展尤为引人瞩目，经过二十余年的研究和工程实践，形成了具有中国特色的航天人因工程体系。

翟志刚、王亚平、叶光富在天和核心舱内操作设备

（2021年12月9日）

什么是人因工程学？

人因工程学(Human Factors Engineering)是一门以心理学、生理学、解剖学、人体测量学等学科为基础，研究如何使人—机—环境系统的设计符合人的生理心理特点，以实现人、机、环境之间的最佳匹配，使人能安全、健康、有效和舒适地进行工作与生活的科学。人因工程是一门交叉学科，不仅涉及解剖学、人体测量学，还应用工程学、计算机科学、设计、社会学与心理学等众多学科的理论与方法。人因工程最早源于解决系统与人的不匹配设计而导致人的失误等诸类问题，如军事或工业系统的可用性研究（Usability），但后来其应用范围逐渐被拓展到日用消费产品、信息技术领域、医疗、交通与组织管理等领域。

日常工作生活中的人因工程学

人因工程学涉及的领域很广，它在日常工作生活中也发挥着不可或缺的作用。下面就说说我们熟悉的工作生活中的人因工程，用一些例子使大家可以直观地体会这门学科健康、高效、舒适和安全的四个目标。

健康与环境设计

自20世纪60年代开始，人因工程学引入了健康意识。现代都市的工作生活方式带给人们诸多健康问题，使用汽车这种交通方式减少了人们运动的机会、长期的工作方式带来了职业疾病、快餐食物造成的身体健康问题……营造健康、舒适的人居环境成为当前城市人因工程学的关注点。

健康的建筑环境，不仅在建筑空间设计时要考虑人体解剖学、生理学等因素；同时还要考虑到社会层面，即使用和评价该空间实体的个体与群体，以及这些个体（群体）的空间分布和相互关系；心理层面，包含日常生活中使用者受经验和背景影响的环境认知、行为模式、认知地图等。例如，针对图书馆阅览室的设计，结合国内外健康建筑评价标准，并采用与健康、舒适相关联的参数指标，包括：介质性要素（空气、水等）、感知性要素（声、光、热、湿等）、措施性要素（健身、人文、服务等），分别基于生理、心理、社会维度，以空间、设施设备、服务为载体进行阐释。以上因素涵盖了人们日常工作与生活的行为轨迹，与人的健康与舒适体验关系密切，都可以通过人因工程学方法实现。图1以图书馆阅览室空间光环境为例，从光环境的人因属性入手，根据阅览室的空间布局、功能、使用模式与场景对照明器具及光源特性进行选配，以适宜性为目标体现了健康建筑要素与现代人因工程学的关系。

阅览室的使用场景与照明光源特性的适配关系

（选自《世界建筑》）

高效与人机交互界面

广义的人机交互界面是指人机系统中，用于在人与机器之间的进行信息交流和控制活动的载体；狭义的人机交互界面是指计算机系统中的软件界面，也称人机接口、用户界面（UI）。一个完整的人机系统包括机器系统、人、显示及控制器三部分，系统的各种信息通过显示器呈现并被人体感觉器官所感知，实现机器对人的信息传递。人在接收到来自视觉、听觉等感官的信息后，经过感知觉、记忆系统、思维和决策等一系列大脑的认知决策过程对信息进行加工，做出反应，选择并输出行为动作，完成人与机器的信息反馈，如下图所示。

人机信息交互系统模型

在人机系统中，人员要执行某项任务就必须对系统的部分信息进行加工处理，这部分信息需要通过显示器呈现，而呈现方式就需要遵循一定的设计原则以适应于人们的认读习惯，保障人员能够快速理解并保持较高水平的情景意识。随着科技的飞速发展，数字化人机交互界面呈现出多样化的趋势，这使得界面设计、度量和评估变得更加复杂。人机交互的作业效率通常取决于交互界面与人的感知、认知以及运动器官的匹配速度。界面设计需要关注如何将显示界面的视觉结构匹配用户的心理模型，也必须关注如何将系统的状态传达给用户，还要关注围绕着辅助用户决策功能方面的问题。因此，界面设计需要根据人的知觉、认知、决策及执行特性，制定相应的设计原则，以最大程度的提高界面设计的可用性。否则，大量的信息及设计要素会使设计者无从着手。

第一代iPhone系统

舒适与用户体验

不知大家是否留意到，新建的建筑物的周围都会建有 “无障碍坡道”。这种无障碍设施，不仅轮椅和拐杖使用者可以使用，身体不适、受伤的人、推婴儿车的父母、提大件物品的人等都是可以使用的。无障碍设计的目标人群不仅包括行动障碍、视（听、触）感官障碍、语言（认知障碍）的残疾人、老人、小孩和孕妇，还包括持重物者、带小孩出行者、由于受伤或生病等原因的暂时残疾者以及普通健全人群。因此无障碍设计不仅尽可能地让更多的用户“平等地使用”公共设施，也改善了用户体验。

无障碍设施

再以轨道车辆为例，无障碍设计分别包括空间无障碍设计、设施无障碍设计及信息无障碍设计。设计时，首先应确定目标人群，根据人体及功能尺寸建立乘客模型，分析乘客在不同情境下的需求。由于设计目标的不一致性，空间通行无障碍设计和设施使用无障碍设计需同时考虑，以突显设计的人性化。之后，需要根据感官机能和认知机能受损者的生理特征进行轨道车辆信息获取无障碍设计，同时在考虑轨道车辆内部环境约束以及保障信息获取、传递可达性前提下提出设计方案。每个设计方案都要进行无障碍评估，若评估结果不满足则返回上一步重新设计，直至满足要求为止，这是一个不断迭代优化的过程。下图展示了轨道车辆的无障碍卫生间。目前，随着无障碍设计理念的逐渐深入，国内外相关行业及组织制定了大量的标准、规范及相关法律法规等，成为了无障碍设计师得力的设计参考依据。

ICE-T无障碍卫生间

重大工程的安全与人因可靠性设计

福岛第一核电站

对于发电厂、化工厂、铁路、空中交通系统和军事系统等复杂的工业系统，安全至关重要。很多安全事故的发生，都与人因失误有关。比如核事故，回顾历史，除早期与电站设计缺陷相关外，大多数核事故与人因失误密切相关（表1）。

可见，人员是系统安全中的脆弱环节，如何对人为失误进行风险管控，这是系统安全设计中的重要问题，这就涉及到了人因可靠性（Human Reliability）。人因可靠性可描述为在规定的最小时间限度内（如果有时间要求），在系统运行中的任一阶段，人员成功完成任务的概率。人因可靠性分析属人因工程领域，是将人的特征和行为的相关资料和信息应用于指导对象、设施和环境的设计，人因可靠性分析技术可用于回溯性分析和预测性分析。通过回溯性分析，找到失误的原因，达到从源头上减少和消除人误，防止人误的重复发生；通过预测性分析，评估人员所处的情境环境（如任务、规程、组织结构等）中可能存在的缺陷或易诱发失误的弱点，预测可能发生的人因失误及发生概率，通过采取适当的策略进行改进来预防可能失误的发生。

未来技术中的人因工程学

随着技术的进步，“智能化”设备、软件、服务、汽车、环境甚至整个社会，会渗透到社会的全方位，人与智能系统的交互将基于全新的传感、感知、交互形式等。最终，智能系统成功的关键在于其能否与用户协同工作，支持和增强人类的能力，为此需要解决的问题有：有意义的人类控制、人性化的数字智能、人类需求的适应性和个性化、支持人类的技能、情感检测和模拟、人身安全和文化上的转变。

来源: 北京建筑大学 方卫宁 秦华