人因工程研究理论与方法

2022年设计学成为交叉学科门类下的一级学科，可授予工学、艺术学学位，人因工程研究作为设计学的核心课程，在理论与方法上具有很强的交叉性，近年来这种交叉性已得到学术界和业界的广泛认同。作者在本书编写过程中，有别于传统人因工程教材的编写思路，另辟蹊径，从研究的视角出发组织整个教材的结构，目的在于培养学生的科研创新能力。人因工程研究通常可分为三类，即描述性研究、实验研究、评价研究，本书聚焦于这三类研究，并在此基础上结合具体案例，探讨了人因工程研究中的一些专题内容。在编写过程中，作者围绕人因工程研究，将设计学、心理学、机械工程、计算机科学与技术、管理科学与工程等相关知识加以融合，旨在促进人因工程各分科知识融通发展为以设计研究为核心的知识体系。 
在描述性研究方面，介绍了调查研究、用户与任务分析、研究数据的获取等内容。在实验研究方面，引入了心理学研究方法，介绍了怎样做实验、独立组设计、重复测量设计、复合设计、实验结果的报告与分析等内容。在评价研究方面，介绍了多变量分析和常用评价方法，并将模糊理论和灰色理论引入到人因工程研究中。在专题研究方面，介绍了人因差错与设计、需求分析与质量功能展开、色彩设计、面向老年人的人机交互设计等，其中在人因差错与设计中，引入了工程和管理领域的失效模式与效应分析、故障树；在需求分析与质量功能展开中，探讨了Kano模型和质量功能展开在人因工程领域的应用；在色彩设计中，介绍了常见的色彩体系，并在此基础上探讨了色彩调和的相关理论；在面向老年人的人机交互设计中，重点介绍了老龄化社会与人机交互、帮助老年人以及其他群体的用户界面设计指南等内容。 
本书得到江苏师范大学研究生优秀教材建设基金资助（Y2020YJC0402）“人因工程研究理论与方法”，作者在此深表谢意。在本书的编写过程中，研究生高帅、张璟、何若乔、徐丹、董玉颜、吕帅、朱婷玲、白桂婷、陈红、梅志成、吴嘉妮、杨杰等参与了文献整理和文字校对工作，本书的部分内容参考了相关论著，在此一并致谢，如有疏漏之处，敬请谅解。希望本书能够 推动人因工程研究的进一步发展，进而推动设计学学科的发展。本书有PPT课件，需要的老师可联系作者（yfli@jsnu.edu.cn）获取。 
由于编著者水平有限，疏漏和不足之处在所难免，欢迎读者批评指正。 

李永锋 朱丽萍 
2022年9月于江苏师范大学泉山校区 

本书系统地论述了人因工程研究的理论与方法，共分为5篇。第1篇为导论，介绍了人因工程研究所需的基础知识；第2篇为描述性研究，论述了调查研究、用户与任务分析、研究数据的获取；第3篇为实验研究，内容涉及怎样做实验、独立组设计、重复测量设计、复合设计、实验结果的报告与分析；第4篇为评价研究，内容包括多变量分析、常用评价方法、模糊理论在人因工程研究中的应用、灰色系统理论在人因工程研究中的应用；第5篇为专题研究，聚焦于人因差错与设计、需求分析与质量功能展开、色彩设计、面向老年人的人机交互设计。本书内容翔实，通过案例详细介绍了每种理论与方法的具体应用，可学习性强。本书适合作为设计学类、机械类、工业工程类等相关专业的研究生和高年级本科生教材，也可作为人因工程研究与设计人员的参考书。

无

第1篇 导论 
第1章 概述 2 
1.1 人因工程学定义 2 
1.2 人因工程学研究概述 3 
1.2.1 研究的分类 3 
1.2.2 研究方法选择的考虑因素 4 
1.2.3 研究应具备的条件 4 
1.2.4 研究的伦理 4 
1.3 研究背景的选择 5 
1.4 研究变量的选择 6 
1.5 被试的选择 6 
1.6 数据的收集与分析 7 
1.6.1 数据的收集 7 
1.6.2 数据的分析 7 
1.7 研究中的标准量度 8 
1.7.1 标准量度的分类 8 
1.7.2 标准量度的要求 9 
思考与练习 9 
拓展学习 9 

第2篇 描述性研究 
第2章 调查研究 11 
2.1 调查研究的主要方法 11 
2.2 量表与评定量表 13 
2.3 抽样 14 
2.4 调查样本大小的确定 16 
2.5 调查的效度与信度 17 
2.6 非参数检验 19 
思考与练习 21 
拓展学习 21 

第3章 用户与任务分析 22 
3.1 用户分析 22 
3.1.1 用户分析的目的 22 
3.1.2 用户的特征 22 
3.1.3 用户描述的维度 22 
3.1.4 用户角色模型 23 
3.2 任务分析 25 
3.2.1 任务分析的概念 25 
3.2.2 故事与场景 25 
3.2.3 用例与基本用例 26 
3.2.4 任务过程分析 27 
3.2.5 层次任务分析 27 
3.2.6 GOMS 29 
3.2.7 击键层次模型 30 
思考与练习 31 
拓展学习 31 

第4章 研究数据的获取 33 
4.1 绩效数据的获取 33 
4.1.1 任务成功 33 
4.1.2 任务时间 34 
4.1.3 错误 35 
4.1.4 效率 36 
4.1.5 易学性 37 
4.2 自我报告式数据的获取 37 
4.2.1 系统可用性量表 38 
4.2.2 NASA-TLX 39 
4.2.3 用户体验问卷 41 
4.2.4 计算机系统可用性问卷 44 
4.2.5 用户界面满意度问卷 45 
4.3 研究数据的整合 46 
思考与练习 48 
拓展学习 48 

第3篇 实验研究 
第5章 怎样做实验 51 
5.1 变量 51 
5.2 实验模式 53 
5.3 实验设计原理 53 
思考与练习 54 
拓展学习 54 

第6章 独立组设计 55 
6.1 概述 55 
6.2 随机组设计 55 
6.3 匹配组设计 56 
6.4 自然组设计 56 
6.5 独立组设计的方法选择 57 
思考与练习 57 
拓展学习 57 

第7章 重复测量设计 58 
7.1 概述 58 
7.2 练习效应 59 
7.3 完全重复测量设计 59 
7.4 不完全重复测量设计 61 
7.4.1 所有可能顺序法 61 
7.4.2 选择顺序法 62 
7.5 重复测量设计的方法选择 63 
思考与练习 64 
拓展学习 64 

第8章 复合设计 65 
8.1 概述 65 
8.2 主效应和交互作用 65 
思考与练习 68 
拓展学习 68 

第9章 实验结果的报告与分析 69 
9.1 数据分析的三个阶段 69 
9.1.1 了解数据 69 
9.1.2 概括数据 70 
9.1.3 用置信区间来判断数据所反映的意义 71 
9.2 统计显著性检验与分析 72 
9.2.1 显著性检验 72 
9.2.2 统计检验的效力 72 
9.3 两个平均数比较与效应大小 73 
9.3.1 两个平均数比较 73 
9.3.2 效应大小 74 
9.4 多重条件的数据分析 74 
9.4.1 单因素独立组设计的方差分析 74 
9.4.2 单因素重复测量设计的方差分析 77 
9.5 实验结果的撰写 79 
思考与练习 80 
拓展学习 80 

第4篇 评价研究 
第10章 多变量分析 82 
10.1 多变量分析概述 82 
10.2 多元回归分析 84 
10.3 数量化理论Ⅰ 86 
10.4 结合分析 87 
10.5 Logistic回归分析 92 
10.6 因子分析 97 
10.7 聚类分析 100 
10.8 多维尺度分析 103 
思考与练习 107 
拓展学习 107 

第11章 常用评价方法 108 
11.1 简单加权法 108 
11.1.1 简单加权法概述 108 
11.1.2 简单加权法的步骤 108 
11.1.3 简单加权法的应用案例 109 
11.2 TOPSIS 110 
11.2.1 TOPSIS概述 110 
11.2.2 TOPSIS的步骤 110 
11.2.3 TOPSIS的应用案例 111 
11.3 层次分析法 112 
11.3.1 层次分析法概述 112 
11.3.2 层次分析法的步骤 112 
11.3.3 使用层次分析法进行设计方案评价 117 
11.3.4 使用层次分析法确定用户需求重要度 119 
11.4 熵值权重法 121 
11.4.1 熵值权重法概述 121 
11.4.2 熵值权重法的步骤 122 
11.4.3 熵值权重法的应用案例 123 
思考与练习 124 
拓展学习 124 

第12章 模糊理论在人因工程研究中的应用 125 
12.1 模糊理论基础 125 
12.2 模糊综合评价法 130 
12.2.1 模糊综合评价法的原理 130 
12.2.2 模糊综合评价法的应用案例 131 
12.3 模糊聚类法 137 
12.3.1 模糊聚类法的原理 137 
12.3.2 模糊聚类法的应用案例 139 
思考与练习 143 
拓展学习 144 

第13章 灰色系统理论在人因工程研究中的应用 145 
13.1 灰色系统理论基础 145 
13.2 灰色关联分析 148 
13.2.1 灰色关联分析的原理 148 
13.2.2 灰色关联分析的应用案例 149 
13.3 灰色定权聚类 153 
13.3.1 灰色定权聚类的原理 153 
13.3.2 灰色定权聚类的应用案例 155 
13.4 灰色预测 159 
13.4.1 GM(1,1) 159 
13.4.2 灰色Verhulst模式 161 
思考与练习 163 
拓展学习 163 

第5篇 专题研究 
第14章 人因差错与设计 165 
14.1 人机系统 165 
14.2 人因差错 166 
14.3 人因可靠性分析 169 
14.4 应对差错的设计原则 169 
14.5 失效模式与效应分析 171 
14.5.1 失效模式与效应分析的原理 171 
14.5.2 失效模式与效应分析的应用案例 174 
14.6 故障树 176 
14.6.1 故障树的原理 176 
14.6.2 故障树的应用案例 179 
思考与练习 181 
拓展学习 181 

第15章 需求分析与质量功能展开 182 
15.1 需求分析 182 
15.1.1 需求分析概述 182 
15.1.2 Kano需求分类过程 183 
15.1.3 Berger系数及其应用 184 
15.2 质量功能展开 186 
15.2.1 质量功能展开的原理 186 
15.2.2 质量功能展开的应用案例 188 
15.2.3 四个阶段的质量功能展开 190 
15.2.4 质量规划及其应用 190 
15.3 Kano模型与质量功能展开的结合 193 
思考与练习 197 
拓展学习 197 

第16章 色彩设计 198 
16.1 色彩概述 198 
16.2 色彩体系 198 
16.2.1 蒙塞尔色彩体系 199 
16.2.2 PCCS 200 
16.2.3 Hue & Tone 130色彩体系 202 
16.3 色彩调和 205 
16.3.1 色彩调和与面积 206 
16.3.2 穆恩与斯本莎的色彩调和论 207 
16.3.3 色彩对比度 210 
16.3.4 色彩调和的注意事项 211 
思考与练习 214 
拓展学习 214 

第17章 面向老年人的人机交互设计 215 
17.1 老龄化社会与人机交互 215 
17.2 年龄因素对老年人的影响以及老年人的特征 216 
17.3 规划老年人人机交互研究需要注意的事项 218 
17.4 帮助老年人以及其他群体的用户界面设计指南 220 
17.5 老年人移动医疗APP的设计指南 225 
思考与练习 226 
拓展学习 227 

参考文献 228

1.理论知识系统综合，案例实践丰富实用2.设计学、机械、计算机、心理学、工业工程等专业均可阅读参考