工作研究与人因工程

1.1提高生产率的方法
科学管理的核心问题是提高劳动生产率，企业增加收益的唯一方法也是提高生产率。提高生产率意味着一定时间内创造的物质财富增加。美国享有世界上最高生产率已经有很长的时间了。根据麦肯锡报告，在近20年里美国劳动生产率平均增幅为每年2.5%，这确立了美国的超级大国地位。零售、批发、证券、电信、半导体和计算机制造行业的劳动生产率还发生了跳跃式增长。这除了由于劳动力的改善和技术更新以外，主要还源于管理水平的提高。不过在过去的十余年里，美国在提高生产率方面已经被韩国和德国所超越，并受到了意大利、法国和中国的挑战。
提高生产率的方法基本上是“工作研究”（Work Study）的方法。工作研究的概念比较广泛，而工业工程（Industrial Engineering，IE）专业所指的工作研究是一个专有名词。它是着眼于通过生产组织、劳动分工、工具设计、操作方法、工作环境等因素的综合改进，以达到更经济、更有效地利用人力、物料及机器等资源的目的。
尽管工作研究对提高生产率的作用不言而喻，却并未引起足够的重视。有人认为，着眼于微观精细管理的工作研究不如宏观的战略管理重要。然而问题的关键是，即使有了正确的战略，如果没有细致的工作研究也难以成功。例如，沃尔玛的成本领先战略离开了先进的库存管理系统、卫星遥控配送系统和现金支付系统的支持，则难以实现降低成本的目标； 丰田汽车获得了与美国三大汽车公司竞争的巨大优势，这源于几十年来持续不懈的工作研究与改进。丰田的成功还表明，当企业管理实现了从粗放到精细的跨越，企业将更能把握战略机会，因为任何战略机会都有着管理门槛。
1.2工作研究与人因工程的范围
1.2.1工作研究

工作研究是一门实用性很强的先进管理技术，是技术与管理相结合的应用科学，它通过以生产系统或服务系统为研究对象的工程活动，应用人因工程等原理，对现有的各项工艺、作业、工作方法等进行系统分析，改进工作流程或工作方法，消除、减少多余的非生产性的动作（如： 寻找、选择、逗留等），制定合理的工作程序、操作程序，确定标准的工作方法。
在20世纪初期，“工作研究”的应用范围主要在工业方面。但由于其基本原理具有普遍意义，近年来已推广至其他领域，如政府部门、医院、零售企业等。工作研究已成为一门专业性的学问。在理工类大学的工业工程系，它都是必修的课程。“基础工业工程”是它的一个常用别名。
工作研究包括两个主要构成部分： 方法研究（Method Study）及时间研究（Time Study，也称作业测

定）。方法研究是指有系统地去记录、分析及严格考察现行及拟议中的工作方法，以发展与应用更容易及更有效的方法。而时间研究的内容，则为工作过程中“无效时间”的研究与减少，并以方法研究所决定的工作量为基础，进而建立该作业的标准操作时间。方法研究是生产管理中重要的一环，而时间研究则是制定工资及奖励制度的重要根据。
工作研究的基本原理表面看起来很简单，甚至可以说是近乎普通常识，但如何将其应用在企业中并加以制度化，为不断地提高生产率服务，却并非一件容易的事。
工作研究的一个基本假定，就是现行生产过程中的每一个工序及方法，只要加以客观、严格地分析，一定不难发现许多可以改进的地方。例如一件简单的装配工作，把几个零件装配在一起，从一个有经验的工作研究人员眼中来看，便会发现其中有许多不必要的动作。此类动作往往会超过有效动作时间和精力的一倍或数倍。通过方法研究的严格分析，便不难废除不必要的动作，减低体力的消耗，缩短操作时间，从而提高生产率。这种怀疑态度，可通过成立专职的部门（通常是工业工程部）来予以制度化，也可以采取专业人员与工人相结合的方式来进行。





图1-1显示了方法研究及时间研究的基本步骤。方法研究包括环境设计、程序分析、操作分析和动作分析，共4个层次。环境分析的目的是提供良好的生产环境； 程序分析是对产品生产整体过程的各种工序状态进行记录、分析和改善的必要、有效的手段； 操作分析是研究人机关系的内容之一，即研究如何使工人的操作以及工人和机器的相互配合达到最经济、最有效的程度； 动作分析是在程序决定后，研究人体各种动作的浪费，以寻求省力、省时、安全和经济的动作。


图1-1方法研究及时间研究的基本步骤


工作研究的分析次序通常是： 先进行环境设计、程序分析，再进行操作分析，最后进行动作分析。这是一个从宏观整体到微观局部的逐步深入的分析过程，见图1-2。


图1-2方法研究的4个层次


时间研究，即各种合格工人按规定的作业标准完成某项工作所需的时间。时间研究建立在方法研究的基础上，它是工作研究的一项基本技术和主要内容。它是在合理的工作方法的基础上，测定必需的作业时间，通过评比、宽放等技术，制定出合理的标准时间，并以此作为制定劳动定额的依据。时间研究技术是以减少或最后消除无效的时间为最终目标的。时间研究技术主要有工作抽样、秒表作业测定、预定动作时间标准法和标准资料法等。
1.2.2人因工程
人因是指人的因素（Human Factor

s）。人因工程是根据人的心理、生理和解剖学因素，研究人体测量数据、人的工作负荷与效能、人的感知特性、信息加工能力和学习能力、人的决策与失误因素，以及人在劳动中的心理特性等，来揭示人、机、环境之间相互关系的规律，使设计的工作系统及机器、作业、环境都更好地适应于人，以达到确保人-机-环境系统总体性能的最优化，创造高效、安全、健康和舒适的工作条件。
人因工程最主要的是对人的作业效能的研究。人因工程研究的这种作业效能，不仅是指所从事的工作在短期内有效地完成，而且是指在长期内不存在对健康有害的影响，并使事故危险性缩到最低限度。
1.2.3工作研究与人因工程的关系
工作研究和人因工程都是工业工程的基础性应用技术。这两者看起来相互独立，但实际上是相互贯穿的。强调人的作用是工业工程最显著的特点，人因工程学是工作研究的研究基础，为工作研究提供基础数据。工作研究和人因工程是相互联系、不可分割的，如图1-3所示。


图1-3工作研究与人因工程的关系图


工作研究的主体是生产系统或服务系统，但是这个系统又是由人组成和推进的，因此在提高效率的同时要充分考虑人的因素，取得操作者的支持是工作研究顺利实施的关键。
同样，人因工程的研究虽然更多地考虑人体的研究，但是它是建立在提高操作效率的基础上的，单纯寻找舒适、安全、高效的环境而脱离实际生产效率的研究是无法执行的。只有两者相结合才能充分发挥人的积极性和能动性，才能有效地提高生产效率。只有在工作研究时运用人因工程的相关内容，充分重视人的因素，才能有效地提高生产过程的生产率，才能更好地调动人的积极性。
无论在何种领域，作为生产或服务手段的工具、机械及设备的设计和运用，以及生产服务场所的环境改善、为了减轻作业负荷而对作业方式的改善和研究开发； 为防止单调劳动而对作业进行合理的安排、为防止人的差错而设计的安全保障系统、为了提高产品的操作性能、舒适性及安全性，对整个系统的设计和改善等，都是工作研究与人因工程的课题。从事该学科研究的主要内容如表1-1所示。


表1-1工作研究与人因工程的应用领域及示例



应 用 领 域对象示例

产品与工具类人的生理和心理因素、个性需求共用性及模块设计、个性化消费品设计、个性化工具设计、老年人和残疾人使用的产品设计
作业类方法研究： 程序分析、操作分析、动作分析
作业测量： 时间研究、工作抽样、标准工时
手工装配作业、手工搬运作业、金属切削加工作业、驾驶作业、检验作

业、设备维修作业、服务作业、计算机操作、脑力劳动、危险环境作业等
环境类照明、颜色、噪音、微气候、空气污染等工厂、车间、控制中心、计算室、操纵室、驾驶室、办公室、船舱、住宅、医院、学校、商店等
管理类人与组织、信息、技术、职能、模式等业务流程再造、生产与服务过程优化、管理运作模式、决策行为模式、管理信息系统、人员选拔、人事制度、激励机制等

1.3工作研究与人因工程的研究方法
好的提高生产率的方法的研究遵循一个既定的流程，开始于项目的选择，终结于项目的实施与标准化，精髓在于持续的改进循环。提高生产率的流程如图1-4所示。


图1-4效率提升的7个步骤


在第1步： 项目选择通常基于对三种问题的考虑，即成本问题、质量问题、人因问题。成本问题通常涉及缺乏标准控制的新产品、过高的制造成本以及生产瓶颈。质量问题包括需改进的生产工艺、由实施新方法而引发的质量控制问题或者产品性能问题。人因问题包括单调重复的工作、危险的工作、易于引起疲劳与伤害的工作、工人们频繁抱怨的工作等。
项目选择的工具主要来源于统计学方法与质量管理方法。Pareto图和鱼骨图从20世纪60年代早期日本的质量研讨小组发展而来，分别用于发现主要问题与根本原因。针对根本原因解决主要问题是项目选择的最重要依据。控制图是一种有控制界限的图，用来区分引起质量波动的原因是偶然的还是系统的，从而判断生产过程是否处于受控状态，发现质量问题。调查问卷法使管理者能及早发现人因问题。以上方法都适用于工业背景下问题的识别。
在第2步： 在数据获取与建模时，应该首先运用程序分析的方法把握整体状态以及进行工作场所的分析。然后运用多种操作分析及动作分析方法进行数据的收集与表达。相关的实际信息如产量、交货期、运营时间、设施与机器加工能力、原材料与工具等，可能与问题的解决方案有重要关系，因此需要记录下来。根据所得的数据建立模型，包括可直观分析的图形化模型、数学模型或仿真模型。
在第3步： 数据分析时，要随时随地对每一工作细节采取积极怀疑的态度，对所建立的模型进行求解，或仿真与优化，通过对大量数据的分析寻找隐藏在数据之下的潜在规律以发现改进的方向与途径。
在第4步： 提出方案中，运用5W2H与ECRS（取消、合并、重排、简化），进行定性与定量相结合的探讨，进一步明确改进措施，找到理想的方案。
在第5步： 方案实施中，以项目管理、系统工程作为方法论，建立合适的组织，提出方案，对员工进行沟通与培训工作，

并克服各种阻力完成项目实施。
在第6步： 建立标准中，对方案实施后的效果进行测量，如果达到改进预期，则依据改进后的工作方法制定出合理的标准时间、标准工作程序与管理制度，巩固与维持项目的效果。
在第7步： 持续改进中，将方案实施后的效率提升数据与理想状态对比，找到不足，进入下一个改进循环。持续地对系统进行改进，才能不断超越现状，取得更大的绩效。
1.4工作研究与人因工程的起源与发展
1.4.1萌芽阶段

早在石器时代，人类就学会了选择石块打制成各种劳动工具，用于敲、砸、刮、割的生活和生产目的，从而产生了原始的人机关系。在漫长的历史岁月里，人类为了扩大自己的工作能力和提高自己的生活水平，便不断地创造发明，研究制造各种工具、用具、机器、设备等，但是效率不高。1986年起的考古发现证明了80万年前生活在广西百色盆地的古人类已经掌握了并不亚于非洲和欧洲的石器打制技术，否定了认为在旧石器时代早期东方人的智商比欧洲人、非洲人低的莫维士线理论。如图1-5所示的百色旧石器的手持刀具呈现适合人手部的特征，包括适合手指的波形（指槽）、防止滑手的上窄下宽的结构、利于掌握刀刃方向的椭圆截面形状，体现了古人类对提高工作效率的思考。


图1-5百色旧石器


在中国古代，名著《考工记》、《天工开物》、《四库全书》都体现了这一学科的萌芽。
《考工记》是2400年前战国初期的科技汇编名著，对部分器物的宜人性考究精彩深入。在涉及兵器宜人性的一段论述中提到： ……大刀之类用于砍劈的兵器，使用中有方向性，握柄截面应做成椭圆形，凭手握感知的信息，无须眼看，便可掌握刀刃的方向。枪矛之类用于刺杀的兵器，为使用中灵活自如，并避免握柄在扁薄的方向挠曲，截面应做成圆形。另一段中说： 要根据弓箭手的性格秉性来配备弓箭，性格温和、行动迟缓的人配给强劲急疾的硬弓； 暴躁性急、行动快猛的人配给柔韧的软弓……
《天工开物》中有如图1-6所示的我国古代劳动场景。鼓风机的推杆高度约等于立姿肘高，以产生较大的推拉力； 调节火炉的杆的高度处于手眼协调区，适于需要精确调整的操作； 要抬起的箱子设计高度合适的脚，使工人不需要弯腰就可以抬起或放下箱子。工人们或站或坐，无一不保持着自然放松的姿势以减轻疲劳。


图1-6《天工开物》展示的我国古代劳动场景


《四库全书》是我国历史上规模最大的一部丛书。它共收录文献书籍3503种，约计10亿字，是我国古典文献中的珍贵遗产。其中不乏对生活或工作中人与建筑及自然界之间

关系的论述。收录的《宅经》有论述： “宅有五虚……宅大人少，一虚； 宅门大内小，二虚； 墙院不完，三虚； 井灶不处，四虚； 宅地多屋少庭院广，五虚……”这实质是心理空间与流程布置等领域的问题。《葬书》提出： “明堂惜水如惜血，堂里避风如避贼……”这可从微气候改善的角度论述。《阳宅撮要》有论述： “街道直冲门者凶，街反出如弓背者凶……深巷转角处，切不可居……墙角冲房，名穿心煞……大凶……人字屋、丁字屋，名撞腰煞。屋小明堂宽，名泄气煞，烟囱相对，亦是。破屋在前，名破耗煞……”这可用心理空间与心理学理论解释。这些论述蕴藏着朴素的人机环系统观点，但长期以来被蒙上神秘的色彩。
在该学科的萌芽期最著名的研究是F.W.泰勒的铁锹作业研究以及吉尔布雷斯（Gilbreth）的砌砖作业研究。1898年，泰勒根据自己几十年来的工作经验，对工人的操作动作进行了细致的观察和分析，以确定合理的工作方法及选取合适的工具，规定标准的工时定额，以提高劳动效率。他用形状相同而铲量不同的4种铁锹（每次可铲重量分别为5kg、10kg、17kg和30kg的4种铁锹），去铲同样的一堆煤。虽然17kg和30kg的铁锹每次铲量大，但试验结果表明，用10kg的铁锹铲煤效率最高。他做了许多试验，终于找出了铁锹的最佳设计方案： 每铲铲煤9.5kg，并找出搬运煤屑、铁屑、沙子和铁矿石等松散粒状材料时每一铲的最适当重量。从而使劳动生产率大大提高，这就是著名的铁锹作业试验。
1911年，美国学者吉尔布雷斯夫妇对美国建筑公司工人的砌砖作业进行了试验。他用快速摄影机将工人的砌砖动作拍摄下来，然后对动作过程进行分析研究，哪些动作必需，哪些动作多余，去掉多余的无效动作，提高有效动作的效率，这就是著名的时间和动作研究。结果使工人的砌砖速度由当时的每小时120块提高到350块。随着机械化生产的发展，从当时研究动作及时间的分配，进而研究人和机器设备的利用率，从而提高生产效率，这就是现代人机学的基础。
1912年前后，现代心理学家闵斯托博格（H.Munsterberg）出版了《心理学与工作效率》等书，将当时心理学的研究成果与泰勒的科学管理学从理论上有机地结合起来，运用心理学的原理和方法，通过选拔与培训，使工人适应机器。
自1924年开始，在美国芝加哥西方电气公司的霍桑工厂进行了长达8年的“霍桑实验”，这是对人的工作效率研究中的一个重要里程碑。这项研究的最初目的是找出工作条件（如照明等）对工作效率的影响，以寻求提高效率的途径。通过一系列的实验研究，最后得到的结论

是工作效率不仅受物理的、生理的因素影响，而且还受组织因素、工作气氛和人际关系等因素的影响。从此，在研究提高工作效率时，开始重视情绪、动机等社会因素的作用。
该阶段人机关系研究的特点是，以机器为中心进行设计，通过选拔和训练，使人适应机器。其主要思想是使人适应机器。电影《摩登时代》就是对这一时代的控诉。在此期间的研究成果为工作研究与人因工程学科的形成打下了良好的基础。
1.4.2成长阶段
这一阶段跨度约为1945—1960 年，其特征是人们开始意识到需要使机器适应人。
第二次世界大战期间，由于战争的需要，军事工业得到了飞速发展，武器装备变得空前庞大和复杂。此时，完全依靠选拔和训练人员，已无法使人适应不断发展的新武器的性能要求，事故率大为增多。据统计，美国在第二次世界大战期间发生的飞机事故中（图1-7为第二次世界大战中发生几次自毁事故的飞机），90％是由人为因素造成的。


图1-7第二次世界大战中发生几次自毁事故的飞机

武器制造专家在提升战斗机速度和子弹威力的同时，却没有考虑人对这些因素的适应能力。飞机的信息显示器的设计，必须考虑飞行员在飞行过程中对瞬时信息显示进行接受、加工的能力，飞机速度的提升也就意味着飞行员瞬时信息加工的速度必须随之提升，并且由于飞行高度越来越高，使飞行员的呼吸阻力、体力负荷和缺氧三个因素的联合作用引起飞行员血氧饱和度降低，造成反应时间延长，如果不对信息显示器的设计进行改进，为飞行员的加工提供方便的话，便会出现由于误认或误判信息而导致的飞行事故。比如： 第二次世界大战时期所使用的飞行高度表用短、中、长三根同轴指针分别指示千米、百米、十米的飞行高度，这种高度表读数起来十分不方便，在慌乱之下，飞行员易混淆三针的读数，导致降落时撞毁在地面上。
类似的惨痛教训还很多，比如： 晚上执行军事任务的飞行员往往会因为受到炸弹强光的影响而无法及时地暗适应，导致撞机事件。这些教训使研究者逐渐意识到人机关系间的矛盾，不能仅靠选拔与训练去解决，当人不能适应机器系统的速度和特点时，应该及时把研究方向从人适应机器改为使机器适应人，研究人的能力与特点，为系统的设计提供依据。
人的信息处理特点是： ①处理速度有极限； ②对数字的处理快于对指针刻度的处理。要使人能适应飞机的速度，必须要先使高度表的显示符合人的特点。为此，研究者们将高度显示器设计成开窗式数字显示与指针指示相结合的形式，窗中第一位、第二位数字分别代表高度万米

、千米，指针指示的数字刻度表示十米，这种显示方式符合人的信息处理特点，大大提高了信息处理速度，减少了误读或误判，最终减少了飞行事故。再者，可根据人眼暗适应的特点进行系统设计，避免由于无法适应炸弹强光而导致的撞机事故。暗适应过程受曝光颜色的影响。一般来说，红光比白光及其他色光的暗适应过程进行得快。朱祖祥（1990）及许百华（2002）对不同颜色仪表照明后的短时暗适应过程进行过比较研究。结果发现： 在红光照明条件下，夜视力的恢复明显优于黄光和白光照明条件，而且其差异随照明强度提高而增大。由此，为了保护飞行员的夜视力，及时完成暗适应，研究者们采用了一些措施： 将飞机舱仪表盘改为红光照明或是让飞行员在夜间行驶时带红色眼镜等。
人们在屡屡失败中逐渐认识到，只有当武器装备符合使用者的生理、心理特性和能力限度时，才能发挥其高效能，避免事故的发生。于是，对人机关系的研究，从“人适机”转入“机宜人”的新阶段。英国设立了疲劳研究所，研究减轻工作疲劳的对策。美国为了合理地使用兵力资源，进行大规模智力测验。从此，工程技术才真正与生理学、心理学等人体科学结合起来。第二次世界大战结束后，人机关系的研究成果广泛地应用于工业领域。
1947年7月12日，英国海军成立了一个交叉学科研究组，专门研究如何提高人的工作效率问题。现在人们把这个日期作为这门工作效率研究学科的诞生之日。英国于1949年成立了工效学研究协会，美国于1957年建立了人因工程协会，并出版了《工效学》杂志。20世纪60年代以后，科学技术飞速发展，电子计算机应用的普及、工程系统的进一步复杂及其自动化程度的不断提高、宇航事业的空前发展，一系列新科学的迅速崛起，不仅为工作研究与人因工程注入了新的研究理论、方法和手段，而且也提出了一系列新的研究课题。如核电站中人的操作和控制系统的可靠性问题、计算机的人机界面设计问题、宇航系统中人的生命系统和设备操作系统的设计问题等，拓宽了工作研究与人因工程的研究与应用范围。
1.4.3成熟阶段
这一阶段跨度约为1960 年至今，其特征是人-机-环境系统观点的形成以及该学科的重要性逐渐为普通人所认识。
第二次世界大战中入侵苏联的德国军队的枪械问题，也是一个典型的事例。苏联冬季极冷，枪械必须戴上手套使用。但德军的枪械扳机孔较小，如图1-8所示，戴了手套手指伸不进扳机孔或引起枪械走火； 不戴手套手指立即冻僵，甚至能被冰冷的金属粘住。这说明，器物不但要与人的因素相适应，而且还必须

顾及环境因素。始于1961年的美国阿波罗计划中建造的阿波罗飞船在设计之初碰到了难题，阿波罗飞船需要满足如下要求： 飞行员在飞船驶离地球时可坐在座椅上操纵各种控制器，同时可以通过窗口看到地球。设计师们无法找到可行的方案。最终的解决办法是让飞行员在飞船驶离地球时站起来，这样他就可以在操纵飞船的同时通过窗口看到地球。阿波罗飞船最终成功成功登月，如图1-9所示。这一解决方案给人们一个启发： 既不能一味地让人适应机器，也不能无节制地让机器适应人，而应该让机器与人互相适应才能达到整体的最优。这些事件促进了人-机-环境系统的整体观点的产生。



图1-8第二次世界大战中入侵苏联的德国军队的枪械




图1-9阿波罗计划中的载人飞船



生产与服务系统的设计与优化的指导思想应该是将人-机-环境作为一个完整的系统，使系统中的人、机、环境获得最佳匹配，以保证系统整体最优。
1960年国际人类工效学学会（IEA）成立以后，英国、美国、德国、日本、法国等许多国家的人因工程学会均与IEA建立了联系。这说明工作研究与人因工程密不可分。1975年成立国际人因工程学标准化技术委员会（ISO/CT-159），至1986年共制订了8个标准草案或建议，发布《工作系统设计的人机工程学原则》标准，作为人机系统设计的基本方