縱觀各個制造行業(yè)，我們會發(fā)現(xiàn)，任何作業(yè)都是在特定的工作地完成的，工作地即是工作的場所，它是關(guān)于設(shè)備、操作者、材料和操作空間的總括，也是工廠布局的具體內(nèi)容。有效的作業(yè)有賴于合理的工作地設(shè)計，工業(yè)工程師必須很好地學(xué)習(xí)和執(zhí)行人因工程學(xué)和動作經(jīng)濟原則以指導(dǎo)工作地設(shè)計，產(chǎn)生有效和安全的模式。

工廠布局規(guī)劃設(shè)計公司指出，工作地設(shè)計成果輸出一般包括勞動力、機器等設(shè)施設(shè)備；原材料的輸入（包括原料包裝和數(shù)量）；原材料的輸出；操作空間和設(shè)備余量；廢料的輻射地；安裝和工作；操作圖；等等。在進行工作地設(shè)計時，必須在產(chǎn)品或工廠設(shè)計的初期就介入進去，以利于充分考慮人的因素，反映人的需求。

一般一個好的工作地設(shè)計成果需要滿足如下項目，但有些甚至存在矛盾情況，需要綜合評估后做下取舍：

1）滿足生產(chǎn)過程的要求。產(chǎn)品通過制造產(chǎn)生，制造活動有賴于各種設(shè)備和工作地來完成。為此，設(shè)備和工作地的布置應(yīng)能滿足特定生產(chǎn)過程的要求，這是一項基本目標(biāo)，否則，其他目標(biāo)將無從談起。

2）符合設(shè)計能力的要求。工作地的輸入和輸出功能符合設(shè)計能力，其調(diào)整環(huán)節(jié)應(yīng)力求完善。

3）工作地必須安全可靠。實踐表明，系統(tǒng)的事故絕大多數(shù)是由人為失誤造成的，而人的失誤則是由人的不注意引起的。因此，人因工程要研究人為失誤的特征和規(guī)律，人的可靠性和安全性，找出導(dǎo)致人為的各種因素，以改進人一機一環(huán)境系統(tǒng)，通過主觀和客觀因素的相互補充和協(xié)調(diào)，克服不安全因素，搞好系統(tǒng)安全管理工作。

4）合理的人機功能分配。工作地中人與機器都能充分發(fā)揮各自的作用，彼此協(xié)調(diào)地工作，既要使機器發(fā)揮最高的效能，又要使操作者付出盡量少的勞動，使得工作地的總體效率盡量提高而能耗盡量降低。

5）宜人化。工作地應(yīng)當(dāng)使操作者在操作時感到舒適和方便，比如各種操縱部件及人的視覺所及部分，均須適應(yīng)人的生理和心理特性，使操作者不易疲勞。工作地的總體布置要做到尺寸宜人、色彩協(xié)調(diào)、造型美觀大方、環(huán)境舒適，給人以愉快的感覺和美的享受，充分滿足人的精神需求。

6）追求高效率和合理的設(shè)備利用率。設(shè)備和工作地的布置應(yīng)該能夠使得在其上進行的生產(chǎn)活動有較高的效率，并使設(shè)備負荷滿足要求，以便生產(chǎn)高效運行。

7）保持生產(chǎn)的柔性。理想的設(shè)備與工作地布置應(yīng)該而且有可能制造不同種類和數(shù)量的產(chǎn)品，能積極、靈活地適應(yīng)市場及其外部因素的變化。

綜上來看，工作地設(shè)計內(nèi)容及滿足的要求很多，但在滿足生產(chǎn)能力情況下，從人因工程學(xué)角度，最關(guān)鍵的問題是在整個系統(tǒng)的最高層次上，正確解決好人機功能分配、人機界面匹配、人機輔助設(shè)計三個基本問題，以求得令人滿意的工作地人機系統(tǒng)方案，獲得安全、健康、舒適、高效的綜合效益。因此，本文將從這三個基本問題著手，試圖解答工作地設(shè)計問題。

PS.人機工程學(xué)中“機”的概念是廣義的，除了通常所說的制造機器以外，還包括各種各樣的設(shè)施設(shè)備、儀器、儀表、工具、器具、家具、交通車輛以及勞動保護用具等，即凡和生產(chǎn)活動有關(guān)的物，在人機工程學(xué)中都被賦予“機”的概念。

01

工廠布局之人機功能分配

人機功能分配是指為了使人機系統(tǒng)達到最佳匹配，在研究分析人和機器特性的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮人和機器的潛能，合理地將系統(tǒng)各項功能分配給人和機器的過程。

實際上，我們?nèi)祟惖陌l(fā)展歷程也是人機功能分配逐步提高的過程：

①“勞動者-工具時期”，我們勞動者使用工具，原始時期人們使用箭弩等等。

②“操作者-機器時期”，后面由于工業(yè)時代的發(fā)展，我們已經(jīng)變成了有一定的動力系統(tǒng)驅(qū)動，我們成為機器的操作者。

③“監(jiān)控者-自動機器時期”，隨著后面的逐步發(fā)展，我們已經(jīng)從操作者變成了監(jiān)控者，機器實現(xiàn)了自動化。

④“監(jiān)督者-智能機器時期”，將來的機器可能都不需要監(jiān)控，而是智能化的。

這就是人對機操作過程中，從最開始的低級逐步變?yōu)楦呒壍倪^程。

工作地設(shè)計的首要環(huán)節(jié)就是要確定工作地的功能及其在人、機間的合理分配，使“人”和“機”各自充分發(fā)揮自身的機能特點與優(yōu)勢，互相協(xié)調(diào)，共同實現(xiàn)人機系統(tǒng)綜合性能的優(yōu)化。那關(guān)鍵問題是“怎樣進行合理地分配？

針對此問題，筆者收集了相關(guān)文獻：

根據(jù)環(huán)境條件（人的能力、自動化水平、研究周期及支持費用等）指定人機功能分配的基本原則，這些原則和實際應(yīng)用過程相關(guān)，也可相互搭配使用：

1）比較分配原則

通過對人和機的特性進行比較，然后以此為依據(jù)進行功能分配。

2）剩余分配原則

剩余分配是指把盡可能多的功能分配給機，剩余的功能分配給人。

3）經(jīng)濟分配原則

以經(jīng)濟效益為根本依據(jù)，一項功能分配給人還是機完全視經(jīng)濟與否而定。

4）宜人分配原則

工作應(yīng)該體現(xiàn)人的價值和能力，要有意識地多發(fā)揮人的智力和技能，而且在這個過程當(dāng)中，還要讓他感到舒適、安全、高效。

5）彈性分析原則

人可以自己選擇參與系統(tǒng)行為的程度，功能分配具有很大的彈性，否則某個地方出現(xiàn)問題，系統(tǒng)功能就可能就達不到100%，任務(wù)就不能完成，這種情況就一定要有彈性。

特別注意：

①分配給人的功能需要考慮：人是否有能力實現(xiàn)該功能，預(yù)測人是否樂意長時間從事這一功能

②必須考慮人和機器各自的特性，充分發(fā)揮各自的特長。例如費力、快速、持久、可靠性高、精度高、程序固定、操作復(fù)雜和環(huán)境條件差的工作，一般適合于由機來承擔(dān)。研究、決策、編程序、發(fā)指令、做工精細、檢查、監(jiān)視、管理、維修、處理故障和應(yīng)付不測等利用腦力和感官的工作，一般適合于由人來承擔(dān)。

③人和機的相互配合也是很重要。一方面需要人監(jiān)視機器，機器一旦出現(xiàn)異常情況，必須由人來手動操縱；另一方面需要機器監(jiān)督人，以防止人產(chǎn)生失誤時導(dǎo)致整個系統(tǒng)發(fā)生故障，如火車的自動停車裝置。還有人、機、環(huán)境要素與作業(yè)之間的匹配等。

PS.不得不指出的是，隨著科技進步，機的限制也會被逐步突破，相關(guān)約束逐步弱化，當(dāng)技術(shù)發(fā)展到智能化時代，應(yīng)用場景極大地拓展。

根據(jù)自身作業(yè)特點、上述的分配原則以及人機的特征（特點與能力限度），進行功能分配研究（包括對人機的特征進行比較、人機組配方法、檢查人員的素質(zhì)），以某一功能最佳實現(xiàn)為目標(biāo)，得到合理的分配，使其相互補充、取長補短、有機結(jié)合，以保證工作的效率和質(zhì)量。

其實，功能分配也稱為劃定人機界限，在實際中，典型的體現(xiàn)就是我們導(dǎo)入設(shè)備工裝治具時的應(yīng)用?！皺C”要扮演什么功能，“人”要扮演什么功能，系統(tǒng)才是最優(yōu)解？這一過程中主要評判的是系統(tǒng)的效能、可靠性和成本。因此，通常應(yīng)考慮以下問題：

1）人與機的性能、負荷能力、潛力及局限性

2）人進行規(guī)定操作所需的訓(xùn)練時間和精力限度

3）對異常情況的適應(yīng)性和反應(yīng)能力的人機對比

4）人的個體差異的統(tǒng)計

5）機械代替人的效果和成本（ROI分析）

02

工廠布局之人機界面匹配

人機系統(tǒng)中，人與機器之間存在一個相互作用的“界面”，所有的人機信息交流都發(fā)生在這個界面上，一般稱為人機界面，是人機關(guān)系的非常重要環(huán)節(jié)。機通過人機界面?zhèn)鬟f給人有關(guān)的運行信息，而人又是通過它來操縱或控制機器。

換句話說，人與機相互作用的過程，就是利用人機界面上的顯示器與控制器，實現(xiàn)人與機的信息交換的過程?？刂破魇墙邮杖税l(fā)出去的信息，體現(xiàn)為人的輸入（Input），由人通過控制器來進行機的操作，如把手、開關(guān)、門、指令的下達或保養(yǎng)維護等。顯示器是向人傳遞信息的裝置，體現(xiàn)為機的輸出（Output），是由機通過顯示器發(fā)出來的通知，如故障、警告、不良、操作說明提示等。

人機界面三要素基本模型

人機界面設(shè)計主要是指顯示器、控制器以及它們之間的關(guān)系的設(shè)計，應(yīng)使人機界面符合人機信息交流的規(guī)律和特性。

控制器設(shè)計研究包括各種操縱裝置的形狀、大小、位置以及作用力等人體解剖學(xué)、生物力學(xué)和心理學(xué)等方面的問題，使其與人的運動器官特性相適應(yīng)。在選擇上，至少需要考慮：

1）機器的操作盡可能簡單

2）作業(yè)人員的順手、順腳

3）控制器的配置：置于作業(yè)人員前面合適的視野范圍內(nèi)、根據(jù)作業(yè)程序和功能來配置以避免誤操作、設(shè)置在手易到達的范圍內(nèi)

4）控制器不能給作業(yè)人員帶來風(fēng)險，比如啟動開關(guān)設(shè)置為雙手作業(yè)

顯示器設(shè)計研究包括視覺、聽覺、觸覺等各種類型顯示器的設(shè)計，同時還要研究顯示器的布置和組合問題，使其與人的感覺器官特性相適應(yīng)。在選擇上，至少需要考慮：

1）視線與儀表板垂直

2）常用的和重要的儀表配置在視野的中部（布置在最有利的視區(qū)內(nèi)）

3）日光或是人工光線下有合適的色彩

4）不必要的導(dǎo)線不漏在外面

5）讀取儀表不應(yīng)有不合理的動作

6）儀表刻度能清晰分辨

控制器與顯示器匹配關(guān)系：

1）根據(jù)控制器選擇顯示儀表

選擇與控制器的運動相吻合的顯示儀表

選擇與控制器相對應(yīng)的能夠馬上識別的顯示儀表

選擇不會發(fā)生誤讀的儀表

2）決定控制器顯示儀表的相對位置

與控制器相對應(yīng)的顯示儀表應(yīng)盡可能接近控制器

控制器的運動和顯示儀表的運動應(yīng)有理論聯(lián)系

控制器和儀表分開時，兩者的配置應(yīng)一致

總之，應(yīng)合理地選型、設(shè)計和布置各種各樣的顯示器和控制器，以適合人的操作要求和人的視覺、聽覺等要求。保證人與機之間的信息交換迅速、準(zhǔn)確，從而實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化。

03

工廠布局之人機輔助設(shè)計

人機輔助設(shè)計包括但不限于如下內(nèi)容：

1）機器的危險區(qū)分析和安全防護設(shè)計。分析所設(shè)計的機器可能對人造成傷害的危險區(qū)域情況，設(shè)計適當(dāng)?shù)陌踩雷o裝置及合理布置有關(guān)的機件，以保證人身安全。

2）作業(yè)空間設(shè)計。比如工作臺、坐椅式樣及高度應(yīng)使操作者保持良好的姿勢且坐立適宜，充分考慮操作者的安全和健康因素。

3）作業(yè)環(huán)境的設(shè)計和控制。比如應(yīng)有適當(dāng)?shù)恼彰?、溫濕度、通風(fēng)、潔凈度，減少或避免振動、噪聲、放射線、有毒有害物質(zhì)等；根據(jù)工作地的具體特點，分析作業(yè)環(huán)境對操作者和機器的影響，對環(huán)境條件進行合理設(shè)計和適當(dāng)控制，為操作者創(chuàng)造比較安全而舒適的工作環(huán)境，以減輕疲勞，提高工效，避免或減少操作，提高機器的工作效率和使用可靠性。

04

工廠布局之工作地設(shè)計評價

工作地評價，對工作地設(shè)計評價的目的在于全面了解系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)缺點，分析存在的問題，找出其中的薄弱環(huán)節(jié)、不良因素或潛在危險，為改進工作地設(shè)計提供依據(jù)。

對工作地設(shè)計的評價標(biāo)準(zhǔn)包含兩方面的內(nèi)容，一是系統(tǒng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，二是人的效果標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)依不同的人機系統(tǒng)有不同的項目和內(nèi)容，如工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，有產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、設(shè)備利用率等標(biāo)準(zhǔn)；人的效果標(biāo)準(zhǔn)主要指人的生理、心理反應(yīng)、工作效率、適應(yīng)程度等。針對具體的人機系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)擬訂具體的評價標(biāo)準(zhǔn)。

從人機工程學(xué)的綜合效果考慮，對工作地設(shè)計的評價可提出下列幾項標(biāo)準(zhǔn)：

1）整體性標(biāo)準(zhǔn)。如創(chuàng)造性、協(xié)調(diào)性、完整性等

2）技術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)。如先進性、維修性、適應(yīng)性等

3）安全可靠標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中具有安全防護措施，系統(tǒng)操作人員和可能接觸系統(tǒng)的其他人員的人身安全有可靠的保障，而且系統(tǒng)經(jīng)長時間運轉(zhuǎn)使用后，也不致對人的健康產(chǎn)生有害影響（如引起職業(yè)?。０踩珮?biāo)準(zhǔn)應(yīng)以法律形式規(guī)定下來，并應(yīng)有一定的規(guī)章制度和監(jiān)督機構(gòu)進行檢查、鑒定。

4）經(jīng)濟效益標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)人機系統(tǒng)既要使機器發(fā)揮最高的效能，又要使操作者付出盡量少的勞動。系統(tǒng)運行高效、低耗，使用成本低而總體效益高。

5）宜人化標(biāo)準(zhǔn)。人機系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)使使用者、操作者在使用操作時感到舒適和方便。各種操縱裝置及顯示裝置均須適應(yīng)人的生理和心理特性，高度滿足宜人化的要求。

6）社會效益標(biāo)準(zhǔn)。整個系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程不允許產(chǎn)生危害或污染社會環(huán)境的因素。對系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不可避免產(chǎn)生各種有害排放物質(zhì)及及污染環(huán)境的因素，應(yīng)當(dāng)有適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?/p>

總結(jié)以上內(nèi)容和程序可用如下模型來描述：

人機系統(tǒng)設(shè)計分析過程