工效學技術要求檢測技術綜述

工效學，即人因工程學，是研究人、機器及其工作環境之間相互作用的學科，旨在優化系統性能、提升人類福祉。工效學技術要求檢測是通過科學的方法和工具，對產品、工作場所、環境及系統中與人相關的各項特性進行定量與定性評估的過程，以確保其符合人的生理、心理及能力特征。

一、 檢測項目與方法原理

工效學檢測涵蓋多個維度，主要檢測項目與方法原理如下：

1. 人體測量學參數檢測

   • 檢測項目：靜態尺寸（如身高、坐高、肘高、手長）與動態尺寸（如肢體活動范圍、可達域）。

   • 方法原理：使用接觸式或非接觸式三維人體掃描儀獲取人體幾何數據。通過統計分析，建立特定用戶群體的人體尺寸數據庫，用于指導產品尺寸、工作空間布局的設計，確保其與目標用戶的身體特征相匹配。

2. 生物力學與生理學負荷檢測

   • 檢測項目：體力作業負荷、肌肉活動水平、關節力矩、姿勢負荷分析、能量消耗等。

   • 方法原理：

     • 表面肌電圖（sEMG）：通過貼附于皮膚表面的電極檢測肌肉活動時的電信號，分析肌肉激活程度、疲勞狀態，評估作業姿勢或操作動作的合理性。

     • 測力臺：測量人體施加于地面的作用力，用于分析步態、平衡能力及舉重等操作的生物力學特性。

     • 關節角度計/光學運動捕捉系統：精確測量身體各關節在靜態或動態任務中的角度、角速度，用于不良姿勢（如軀干前傾、頸部屈曲）的識別與風險評估。

     • 心率與耗氧量監測：通過心率監測儀和代謝氣體分析系統，間接計算能量代謝率，用于評估工作的生理負荷強度，判斷是否屬于輕、中、重或極重勞動。

3. 視覺工效與照明環境檢測

   • 檢測項目：照度、亮度、眩光、顯色指數、閃爍、屏幕字符的可讀性等。

   • 方法原理：

     • 照度計：測量工作臺面或特定區域的入射光通量，評估光照水平是否滿足視覺任務要求。

     • 亮度計：測量光源或反射表面的發光強度，用于評估視覺舒適度，防止過亮或過暗引起的視覺疲勞。

     • 眩光測量儀：定量分析統一眩光值（UGR）或視覺不舒適概率，評估照明系統是否存在不舒適眩光。

     • 顯示設備測試：使用色度計、分光輻射度計等測量屏幕的亮度、對比度、色域、刷新率等，確保顯示信息清晰、穩定、無閃爍。

4. 聲環境檢測

   • 檢測項目：噪聲強度、頻譜、語音清晰度。

   • 方法原理：使用聲級計測量A計權聲壓級以評估噪聲水平；通過頻譜分析儀分析噪聲頻率成分，判斷是否存在刺耳的高頻噪聲或令人不適的低頻噪聲；語音傳輸指數（STI）測試用于評估在噪聲環境下語音通信的可懂度。

5. 熱環境檢測

   • 檢測項目：空氣溫度、相對濕度、空氣流速、平均輻射溫度。

   • 方法原理：使用溫濕度計、黑球溫度計、熱風速計等儀器測量上述四個核心參數，并計算預測平均投票（PMV）和預測不滿意百分比（PPD）指標，綜合評價熱環境的舒適性。

6. 認知工效與可用性檢測

   • 檢測項目：任務完成時間、錯誤率、主觀工作負荷、用戶滿意度。

   • 方法原理：

     • 績效測量：在受控實驗中記錄用戶完成特定任務的時間和錯誤數量。

     • 主觀評價法：采用NASA-TLX（任務負荷指數量表）、系統可用性量表（SUS）等標準化問卷，量化用戶的主觀心理負荷和滿意度。

     • 眼動追蹤：通過眼動儀記錄用戶的視覺注意分配（注視點、掃視路徑），分析界面布局、信息呈現的有效性。

     • 行為觀察與訪談：定性分析用戶與系統交互過程中的困難點和痛點。

二、 檢測范圍與應用領域

工效學檢測的應用范圍極其廣泛，主要涵蓋：

• 辦公與VDT（視覺顯示終端）作業領域：檢測辦公桌椅的人體工程學符合性、顯示器與鍵盤的布局、環境照明與噪聲，預防肌肉骨骼疾患和視覺疲勞。

• 工業制造與生產領域：評估生產線的工位設計、手持工具的生物力學兼容性、重物搬運的體力負荷、重復性作業的疲勞風險，以提升作業安全與效率。

• 交通工具人機界面領域：檢測汽車、飛機、高鐵的駕駛艙/駕駛室布局，包括視野、操控元件（方向盤、踏板、按鈕）的可及性與操作性、座椅舒適度，確保駕駛安全與舒適。

• 醫療器械領域：評估醫療設備（如手術機器人、監護儀）的操作界面、報警系統、使用流程，降低醫護人員操作錯誤風險和使用疲勞，提升患者安全。

• 消費電子產品與家電領域：檢測智能手機、遙控器、家用電器等的握持感、按鍵手感、界面交互邏輯，優化用戶體驗。

• 建筑與環境設計領域：評估公共空間、控制室、居住環境的空間布局、通道尺寸、標識系統，確保其符合使用者的人體尺度與行為習慣。

三、 檢測標準與規范

工效學檢測嚴格遵循國內外相關標準，確保檢測結果的科學性、可比性和性。

• 標準：

  • ISO 系列：ISO 6385（工效學原則在工作系統設計中的總體指導）、ISO 9241（人-系統交互工效學，特別是關于辦公室環境下的視覺顯示終端）、ISO 11226（靜態工作姿勢評估）、ISO 7730（熱環境工效學）、ISO 9612（聲學-工作環境噪聲測量）。

  • IEC 系列：IEC 62366（醫療器械-可用性工程的應用）。

• 中國標準：

  • GB/T 相關標準：GB/T 16251（工作系統設計的人類工效學原則）、GB/T 14774（工作座椅一般人類工效學要求）、GB/T 18978（使用視覺顯示終端辦公的人類工效學要求系列標準）、GB/T 5703（用于技術設計的人體測量基礎項目）、GB/T 18048（熱環境人類工效學-對熱應力的評估系列標準）、GB/T 17244（熱環境-根據WBGT指數對作業人員熱負荷的評價）、GB 50034（建筑照明設計標準）。

• 行業標準：各行業（如汽車、航空、軍工）根據自身特點制定了更為具體的工效學設計與人因工程標準。

四、 主要檢測儀器與設備

工效學檢測依賴于一系列儀器：

1. 三維人體掃描系統：快速、精確地獲取人體表面三維形態數據，用于建立數字人體模型和尺寸分析。

2. 表面肌電（sEMG）系統：用于肌肉活動信號的采集、處理與分析，是評估肌肉負荷與疲勞的核心工具。

3. 運動捕捉系統：通過光學、慣性或其他傳感器，精確記錄人體運動軌跡，用于生物力學分析和姿勢評估。

4. 環境參數測量儀：集成或分體的照度計、聲級計、溫濕度計、風速計等，用于物理環境的綜合檢測。

5. 生物力學測力平臺：測量地面反作用力，用于分析步態、平衡和操作力學。

6. 數據采集器與傳感器：用于同步采集來自肌電、運動、力、環境等多種傳感器的信號。

7. 眼動追蹤系統：記錄眼球運動，分析視覺注意與界面交互。

8. 主觀評價量表與軟件：標準化問卷的電子化采集與分析工具。

9. 顯示設備分析儀：專用設備，用于精確測量顯示屏的光學與電學性能參數。

結論

工效學技術要求檢測是一個多學科交叉的綜合性技術活動。它通過系統化的檢測項目、科學的原理方法、覆蓋廣泛的應用領域、嚴格的標準依據以及精密的儀器設備，為產品、環境和系統的“人性化”設計提供了不可或缺的數據支持和決策依據。隨著技術的發展，虛擬現實、可穿戴傳感等新技術正不斷融入工效學檢測，推動其向著更、更沉浸、更客觀的方向演進，持續為提升人類工作生活的安全、健康、舒適與效率貢獻力量。