纵观各个制造行业，我们会发现，任何作业都是在特定的工作地完成的，工作地即是工作的场所，它是关于设备、操作者、材料和操作空间的总括，也是工厂布局的具体内容。有效的作业有赖于合理的工作地设计，工业工程师必须很好地学习和执行人因工程学和动作经济原则以指导工作地设计，产生有效和安全的模式。

工厂布局规划设计公司指出，工作地设计成果输出一般包括劳动力、机器等设施设备；原材料的输入（包括原料包装和数量）；原材料的输出；操作空间和设备余量；废料的辐射地；安装和工作；操作图；等等。在进行工作地设计时，必须在产品或工厂设计的初期就介入进去，以利于充分考虑人的因素，反映人的需求。

一般一个好的工作地设计成果需要满足如下项目，但有些甚至存在矛盾情况，需要综合评估后做下取舍：

1）满足生产过程的要求。产品通过制造产生，制造活动有赖于各种设备和工作地来完成。为此，设备和工作地的布置应能满足特定生产过程的要求，这是一项基本目标，否则，其他目标将无从谈起。

2）符合设计能力的要求。工作地的输入和输出功能符合设计能力，其调整环节应力求完善。

3）工作地必须安全可靠。实践表明，系统的事故绝大多数是由人为失误造成的，而人的失误则是由人的不注意引起的。因此，人因工程要研究人为失误的特征和规律，人的可靠性和安全性，找出导致人为的各种因素，以改进人一机一环境系统，通过主观和客观因素的相互补充和协调，克服不安全因素，搞好系统安全管理工作。

4）合理的人机功能分配。工作地中人与机器都能充分发挥各自的作用，彼此协调地工作，既要使机器发挥最高的效能，又要使操作者付出尽量少的劳动，使得工作地的总体效率尽量提高而能耗尽量降低。

5）宜人化。工作地应当使操作者在操作时感到舒适和方便，比如各种操纵部件及人的视觉所及部分，均须适应人的生理和心理特性，使操作者不易疲劳。工作地的总体布置要做到尺寸宜人、色彩协调、造型美观大方、环境舒适，给人以愉快的感觉和美的享受，充分满足人的精神需求。

6）追求高效率和合理的设备利用率。设备和工作地的布置应该能够使得在其上进行的生产活动有较高的效率，并使设备负荷满足要求，以便生产高效运行。

7）保持生产的柔性。理想的设备与工作地布置应该而且有可能制造不同种类和数量的产品，能积极、灵活地适应市场及其外部因素的变化。

综上来看，工作地设计内容及满足的要求很多，但在满足生产能力情况下，从人因工程学角度，最关键的问题是在整个系统的最高层次上，正确解决好人机功能分配、人机界面匹配、人机辅助设计三个基本问题，以求得令人满意的工作地人机系统方案，获得安全、健康、舒适、高效的综合效益。因此，本文将从这三个基本问题着手，试图解答工作地设计问题。

PS.人机工程学中“机”的概念是广义的，除了通常所说的制造机器以外，还包括各种各样的设施设备、仪器、仪表、工具、器具、家具、交通车辆以及劳动保护用具等，即凡和生产活动有关的物，在人机工程学中都被赋予“机”的概念。

01

工厂布局之人机功能分配

人机功能分配是指为了使人机系统达到最佳匹配，在研究分析人和机器特性的基础上，充分发挥人和机器的潜能，合理地将系统各项功能分配给人和机器的过程。

实际上，我们人类的发展历程也是人机功能分配逐步提高的过程：

①“劳动者-工具时期”，我们劳动者使用工具，原始时期人们使用箭弩等等。

②“操作者-机器时期”，后面由于工业时代的发展，我们已经变成了有一定的动力系统驱动，我们成为机器的操作者。

③“监控者-自动机器时期”，随着后面的逐步发展，我们已经从操作者变成了监控者，机器实现了自动化。

④“监督者-智能机器时期”，将来的机器可能都不需要监控，而是智能化的。

这就是人对机操作过程中，从最开始的低级逐步变为高级的过程。

工作地设计的首要环节就是要确定工作地的功能及其在人、机间的合理分配，使“人”和“机”各自充分发挥自身的机能特点与优势，互相协调，共同实现人机系统综合性能的优化。那关键问题是“怎样进行合理地分配？

针对此问题，笔者收集了相关文献：

根据环境条件（人的能力、自动化水平、研究周期及支持费用等）指定人机功能分配的基本原则，这些原则和实际应用过程相关，也可相互搭配使用：

1）比较分配原则

通过对人和机的特性进行比较，然后以此为依据进行功能分配。

2）剩余分配原则

剩余分配是指把尽可能多的功能分配给机，剩余的功能分配给人。

3）经济分配原则

以经济效益为根本依据，一项功能分配给人还是机完全视经济与否而定。

4）宜人分配原则

工作应该体现人的价值和能力，要有意识地多发挥人的智力和技能，而且在这个过程当中，还要让他感到舒适、安全、高效。

5）弹性分析原则

人可以自己选择参与系统行为的程度，功能分配具有很大的弹性，否则某个地方出现问题，系统功能就可能就达不到100%，任务就不能完成，这种情况就一定要有弹性。

特别注意：

①分配给人的功能需要考虑：人是否有能力实现该功能，预测人是否乐意长时间从事这一功能

②必须考虑人和机器各自的特性，充分发挥各自的特长。例如费力、快速、持久、可靠性高、精度高、程序固定、操作复杂和环境条件差的工作，一般适合于由机来承担。研究、决策、编程序、发指令、做工精细、检查、监视、管理、维修、处理故障和应付不测等利用脑力和感官的工作，一般适合于由人来承担。

③人和机的相互配合也是很重要。一方面需要人监视机器，机器一旦出现异常情况，必须由人来手动操纵；另一方面需要机器监督人，以防止人产生失误时导致整个系统发生故障，如火车的自动停车装置。还有人、机、环境要素与作业之间的匹配等。

PS.不得不指出的是，随着科技进步，机的限制也会被逐步突破，相关约束逐步弱化，当技术发展到智能化时代，应用场景极大地拓展。

根据自身作业特点、上述的分配原则以及人机的特征（特点与能力限度），进行功能分配研究（包括对人机的特征进行比较、人机组配方法、检查人员的素质），以某一功能最佳实现为目标，得到合理的分配，使其相互补充、取长补短、有机结合，以保证工作的效率和质量。

其实，功能分配也称为划定人机界限，在实际中，典型的体现就是我们导入设备工装治具时的应用。“机”要扮演什么功能，“人”要扮演什么功能，系统才是最优解？这一过程中主要评判的是系统的效能、可靠性和成本。因此，通常应考虑以下问题：

1）人与机的性能、负荷能力、潜力及局限性

2）人进行规定操作所需的训练时间和精力限度

3）对异常情况的适应性和反应能力的人机对比

4）人的个体差异的统计

5）机械代替人的效果和成本（ROI分析）

02

工厂布局之人机界面匹配

人机系统中，人与机器之间存在一个相互作用的“界面”，所有的人机信息交流都发生在这个界面上，一般称为人机界面，是人机关系的非常重要环节。机通过人机界面传递给人有关的运行信息，而人又是通过它来操纵或控制机器。

换句话说，人与机相互作用的过程，就是利用人机界面上的显示器与控制器，实现人与机的信息交换的过程。控制器是接收人发出去的信息，体现为人的输入（Input），由人通过控制器来进行机的操作，如把手、开关、门、指令的下达或保养维护等。显示器是向人传递信息的装置，体现为机的输出（Output），是由机通过显示器发出来的通知，如故障、警告、不良、操作说明提示等。

人机界面三要素基本模型

人机界面设计主要是指显示器、控制器以及它们之间的关系的设计，应使人机界面符合人机信息交流的规律和特性。

控制器设计研究包括各种操纵装置的形状、大小、位置以及作用力等人体解剖学、生物力学和心理学等方面的问题，使其与人的运动器官特性相适应。在选择上，至少需要考虑：

1）机器的操作尽可能简单

2）作业人员的顺手、顺脚

3）控制器的配置：置于作业人员前面合适的视野范围内、根据作业程序和功能来配置以避免误操作、设置在手易到达的范围内

4）控制器不能给作业人员带来风险，比如启动开关设置为双手作业

显示器设计研究包括视觉、听觉、触觉等各种类型显示器的设计，同时还要研究显示器的布置和组合问题，使其与人的感觉器官特性相适应。在选择上，至少需要考虑：

1）视线与仪表板垂直

2）常用的和重要的仪表配置在视野的中部（布置在最有利的视区内）

3）日光或是人工光线下有合适的色彩

4）不必要的导线不漏在外面

5）读取仪表不应有不合理的动作

6）仪表刻度能清晰分辨

控制器与显示器匹配关系：

1）根据控制器选择显示仪表

选择与控制器的运动相吻合的显示仪表

选择与控制器相对应的能够马上识别的显示仪表

选择不会发生误读的仪表

2）决定控制器显示仪表的相对位置

与控制器相对应的显示仪表应尽可能接近控制器

控制器的运动和显示仪表的运动应有理论联系

控制器和仪表分开时，两者的配置应一致

总之，应合理地选型、设计和布置各种各样的显示器和控制器，以适合人的操作要求和人的视觉、听觉等要求。保证人与机之间的信息交换迅速、准确，从而实现系统优化。

03

工厂布局之人机辅助设计

人机辅助设计包括但不限于如下内容：

1）机器的危险区分析和安全防护设计。分析所设计的机器可能对人造成伤害的危险区域情况，设计适当的安全防护装置及合理布置有关的机件，以保证人身安全。

2）作业空间设计。比如工作台、坐椅式样及高度应使操作者保持良好的姿势且坐立适宜，充分考虑操作者的安全和健康因素。

3）作业环境的设计和控制。比如应有适当的照明、温湿度、通风、洁净度，减少或避免振动、噪声、放射线、有毒有害物质等；根据工作地的具体特点，分析作业环境对操作者和机器的影响，对环境条件进行合理设计和适当控制，为操作者创造比较安全而舒适的工作环境，以减轻疲劳，提高工效，避免或减少操作，提高机器的工作效率和使用可靠性。

04

工厂布局之工作地设计评价

工作地评价，对工作地设计评价的目的在于全面了解系统设计的优缺点，分析存在的问题，找出其中的薄弱环节、不良因素或潜在危险，为改进工作地设计提供依据。

对工作地设计的评价标准包含两方面的内容，一是系统作业标准，二是人的效果标准。系统作业标准依不同的人机系统有不同的项目和内容，如工业生产系统中，有产品质量、生产率、设备利用率等标准；人的效果标准主要指人的生理、心理反应、工作效率、适应程度等。针对具体的人机系统，应当拟订具体的评价标准。

从人机工程学的综合效果考虑，对工作地设计的评价可提出下列几项标准：

1）整体性标准。如创造性、协调性、完整性等

2）技术性标准。如先进性、维修性、适应性等

3）安全可靠标准。系统运转过程中具有安全防护措施，系统操作人员和可能接触系统的其他人员的人身安全有可靠的保障，而且系统经长时间运转使用后，也不致对人的健康产生有害影响（如引起职业病）。安全标准应以法律形式规定下来，并应有一定的规章制度和监督机构进行检查、鉴定。

4）经济效益标准。标准人机系统既要使机器发挥最高的效能，又要使操作者付出尽量少的劳动。系统运行高效、低耗，使用成本低而总体效益高。

5）宜人化标准。人机系统应当使使用者、操作者在使用操作时感到舒适和方便。各种操纵装置及显示装置均须适应人的生理和心理特性，高度满足宜人化的要求。

6）社会效益标准。整个系统运转过程不允许产生危害或污染社会环境的因素。对系统运转不可避免产生各种有害排放物质及及污染环境的因素，应当有适当的处理措施。

总结以上内容和程序可用如下模型来描述：

人机系统设计分析过程