108 年 國立清華大學動力機械工程學系碩士班丙組《人因工程》

本題在探討研究方法的分類。題目描述「調查人們手部尺寸的調查」，這是一種收集資料並描述現況的研究方法，不涉及操弄變項來觀察因果關係（實驗研究），也不以評估特定方案

本題考驗實驗設計中變項的定義。在實驗研究中，研究者操弄的變項稱為自變項（independent variable），用來觀察其對因變項（dependent variable）的影響。在此實驗中，研究者想了解「螢幕尺寸」如何影響「打字速度」，因此螢幕尺寸是研究者主動改變或操弄的部分，故為自變項。

本題探討聽者年齡對語音清晰度（speech intelligibility）的影響。研究指出，隨著年齡增長，聽者的語音辨識能力會下降。尤其在有背景干擾的情況下，年長者辨識語音的困難度會顯著增加。

核心觀念

本題考查「站立作業面高度」與「人體計測資料」的應用。

站立作業時，作業面高度應依工作性質調整：

• 精密、視覺要求高的工作：作業面可接近或略高於肘高。
• 一般輕作業：作業面通常略低於肘高。
• 需要施加較大向下力量或揮擊的工作：作業面應明顯低於肘高，使肩膀、手臂與軀幹能有效發力，避免聳肩或抬高手臂。

以站立肘高 $H_e$ 表示，使用槌子敲擊薄金屬板屬於需要較大向下力量的作業，常採用：

其中：

• $H_w$：作業面高度
• $H_e$：站立肘高

解題方法

題目給出的台灣年輕成年男性平均站立肘高為：

揮槌敲擊金屬板屬於用力型站立作業，作業面宜設在肘高下方約 $15\text{ cm}$：

因此推薦的工作面高度為：

選項分析

（1）$124\text{ cm}$

錯誤。此高度比肘高高出：

核心觀念

本題考查交通號誌設計中的「訊號顯著性」與「背景—訊號區辨」原則。

人因工程中，訊號燈必須能從周遭環境中迅速被發現。提高顯著性的常用方法包括：

• 使訊號具有與背景不同的明暗、顏色或時間變化。
• 讓訊號燈閃爍，以產生時間上的變化，吸引視覺注意。
• 讓背景燈保持穩定，作為固定的參照基準。

因此，最適合的組合是：

解題方法

題幹問的是訊號燈與背景燈的最佳狀態組合。判斷重點有二：

1. 訊號燈需要具備較高的警示性與注意捕捉效果。
2. 背景燈應保持穩定，避免背景本身產生閃爍而干擾訊號判讀。

閃爍的訊號燈會產生明顯的時間對比，使駕駛者即使在視線未直接集中於號誌時，也較容易注意到其存在。穩定的背景燈則提供固定參照，使訊號燈的閃爍更加突出。

選項分析

(1) flashing; steady

訊號燈閃爍，背景燈穩定。

此組合可同時達成「訊號吸引注意」與「背景穩定參照」兩項要求，能提高訊號的辨識速度與顯著性。

正確。

本題考驗對人體關節運動平面（planes of motion）的理解。人體運動通常發生在三個主要平面上：矢狀面（sagittal plane）、額狀面（frontal plane）和水平面（horizontal plane）。

• 矢狀面（Sagittal Plane）：將身體分為左、右兩半的平面。在這個平面上發生的運動包括：

  • 屈曲（Flexion）：關節角度減小，例如彎曲手臂或彎曲膝蓋。
  • 伸展（Extension）：關節角度增大，例如伸直手臂或伸直膝蓋。
  • 背屈（Dorsiflexion）：腳踝向上彎曲。
  • 蹠屈（Plantarflexion）：腳踝向下彎曲（踮腳尖）。

• 額狀面（Frontal Plane）：將身體分為前、後兩半的平面。在這個平面上發生的運動包括：

  • 外展（Abduction）：將肢體遠離身體中線，例如將手臂向側邊抬起。
  • 內收（Adduction）：將肢體靠近身體中線，例如將手臂放下。
  • 外翻（Eversion）：腳踝向外側傾斜。
  • 內翻（Inversion）：腳踝向內側傾斜。
  • 側屈（Lateral flexion）：軀幹向側邊彎曲。

本題考驗對肌肉力量測量方法的理解。題目描述的測量方法是讓受試者對一個「不可移動的物體」施加「最大力量」。這種情況下，關節角度不會發生變化，肌肉也沒有發生明顯的長度變化來移動負載。

• 動態力量（Dynamic Strength）：指肌肉在運動過程中產生力量的能力。這通常涉及關節角度的變化和負載的移動。
• 等速力量（Isokinetic Strength）：指在整個運動範圍內，以恆定的角速度產生的肌肉力量。測量時需要特殊的設備來控制速度。
• 靜態力量（Static Strength）：指肌肉在不產生或產生極少運動的情況下所能產生的最大力量。

本題考驗對環境設計中影響使用者評價的因素的理解。題目提到有四個因素影響房間佈置的評價，其中一個因素與「cluttered（雜亂的）」、「organized（有條理的）」、「accidental（隨機的）」這些形容詞相關。

• Physical organization（物理組織）：指的是空間的佈置、物品的擺放方式，以及整體給人的條理性或雜亂感。這與「cluttered」、「organized」、「accidental」這些形容詞直接相關。例如，一個「organized」的房間表示物品擺放整齊，動線流暢；一個「cluttered」的房間表示物品堆積，顯得雜亂；「accidental」可能指佈置隨意，缺乏規劃。

本題考驗對控制裝置（controls）識別的編碼方法。在人因工程中，為了讓使用者能夠快速、準確地區分和操作不同的控制裝置（如按鈕、開關、旋鈕等），常常會採用編碼（coding）的方法，使每個控制裝置具有獨特的識別特徵。

題目指出，控制裝置的識別本質上是一個編碼問題，並詢問主要的編碼方法。

本題考驗對高溫環境下人體可能產生的健康問題（熱疾病）的理解。題目描述的病症是一種「急性醫療緊急狀況」，其特徵是「體溫過度升高」以及「體溫調節機制失調」。

• Heat rash（熱疹）：也稱為痱子，是由於汗腺堵塞導致的皮膚刺激，通常不嚴重。
• Heat cramps（熱痙攣）：通常發生在劇烈運動後，由於大量排汗導致電解質失衡，引起肌肉痙攣。
• Heat stroke（熱衰竭/中暑）：這是一種嚴重的熱疾病，是急性醫療緊急狀況。其特徵是體溫顯著升高（通常高於 40°C），並且中樞神經系統功能受損（如意識模糊、昏迷），體溫調節機制完全失效。

本題考驗對訊號偵測理論（Signal Detection Theory, SDT）基本概念的理解，並要求以碩士班入學考試為例進行解釋。SDT 是一種用來分析決策者在不確定情況下做出判斷的模型。它將判斷分為兩個主要部分：偵測訊號的能力（sensitivity）和決策者使用的判準（criterion）。

以碩士班入學考試為例：

• 訊號（Signal）：在此情境下，訊號是指「一位具備進入碩士班資格的考生」。
• 雜訊（Noise）：在此情境下，雜訊是指「一位不具備進入碩士班資格的考生」。

考生（決策者）在審核申請資料時，需要判斷每一位申請者是否為「訊號」（即具備資格）。

以下解釋各術語：

(1) Hit（正確偵測／命中）

• 定義：當訊號存在時，決策者正確地判斷訊號存在。
• 以入學考試為例：當一位「具備進入碩士班資格的考生」（訊號）被錄取時，就發生了 Hit。
• 分數：3%

(2) False alarm（錯誤偵測／誤報）

• 定義：當只有雜訊存在時，決策者錯誤地判斷訊號存在。
• 以入學考試為例：當一位「不具備進入碩士班資格的考生」（雜訊）卻被錄取時，就發生了 False alarm。
• 分數：3%

(3) Miss（漏報）

• 定義：當訊號存在時，決策者錯誤地判斷訊號不存在。
• 以入學考試為例：當一位「具備進入碩士班資格的考生」（訊號）卻未被錄取時，就發生了 Miss。
• 分數：3%

(4) Correct rejection（正確拒絕／正確排除）

• 定義：當只有雜訊存在時，決策者正確地判斷訊號不存在。

本題考驗對 Wickens 多重資源理論（Multiple Resource Theory）的理解，以及如何運用其原則來設計能夠同時執行的任務（multiple concurrent tasks），使其相互干擾最小化。該理論指出，人的注意力資源是有限的，但可以被分配到不同的維度上。當任務在不同維度上分配資源時，它們之間的干擾較小，可以更有效地同時執行。

Wickens 提出了四個關鍵的維度，每個維度都有兩個極端點：

(1) Stages (階段)：

• 維度：Perceptual & Central Processing（感知與中央處理） vs. Response Selection & Execution（反應選擇與執行）。
• 核心觀念：感知和中央處理階段（例如接收資訊、理解資訊）與反應選擇和執行階段（例如決定要做什麼、實際執行動作）所需的資源不同。
• 如何設計以減少干擾：將需要不同階段資源的任務同時執行。
• 範例：
  • 同時執行任務：駕駛汽車時，感知與中央處理階段可能包括觀察路況、聽導航指示；而反應選擇與執行階段可能包括打方向盤、踩油門或煞車。
  • 設計說明：由於觀察路況（感知）和打方向盤（反應執行）分別佔用不同的資源階段，因此在駕駛時，同時執行這兩個任務的干擾相對較小。例如，一位司機在開車（反應選擇與執行）的同時，聽著導航系統的指示（感知與中央處理），這兩個任務可以同時進行，因為它們主要涉及不同的處理階段。

(2) Input modalities (輸入模態)：

• 維度：Auditory（聽覺） vs. Visual（視覺）。
• 核心觀念：處理聽覺資訊與處理視覺資訊所需的資源不同。
• 如何設計以減少干擾：將需要不同輸入模態的任務同時執行。
• 範例：
  • 同時執行任務：在駕駛汽車時，視覺輸入模態用於觀察路況、儀表板；聽覺輸入模態用於聽導航指示、廣播或車輛警示音。
  • 設計說明：同時聽導航指示（聽覺輸入）和看路況（視覺輸入），這兩個任務可以同時進行，因為它們分別利用了聽覺和視覺的資源通道，干擾較小。例如，一位飛行員在飛行時，可以同時聽塔台的無線電通訊（聽覺輸入）並觀察儀表板上的數據（視覺輸入）。

(3) Processing codes (處理編碼)：

• 維度：Spatial（空間） vs. Verbal（語言/文字）。
• 核心觀念：處理空間資訊（例如位置、方向、形狀）與處理語言或文字資訊（例如聽懂或閱讀文字）所需的資源不同。

本題要求從通用設計（Universal Design）的七個原則中選擇兩個，並運用人因工程（Ergonomics）的知識和工具來評估這些原則的實現程度。通用設計旨在創造對所有使用者都易於使用且對所有人都有益的產品和環境，無論其年齡、能力或狀況如何。人因工程則關注人與系統之間的互動，以優化人類福祉和系統整體績效。

以下選擇兩個原則進行闡述，並說明評估方法和工具：

選擇原則一：(3) Simple and Intuitive Use (簡單直觀的使用)

• 原則闡述：設計應易於使用者理解，無論其經驗、知識、語言能力或當前專注程度如何。
• 人因工程的評估方法：
  1. 使用者測試（User Testing）：這是最直接的方法。招募不同背景（包括不同年齡、經驗、語言能力）的使用者，讓他們嘗試使用該產品或系統，並觀察他們的操作過程。
  2. 觀察與訪談（Observation and Interview）：在使用者測試過程中，觀察使用者在哪裡遇到困難、出現錯誤，或者需要花費額外時間來理解操作。通過訪談，了解使用者對設計的理解程度、遇到的困惑以及他們認為哪些地方可以改進。
  3. 任務分析（Task Analysis）：將使用過程分解為一系列子任務，分析每個任務的複雜性、所需的認知負荷，以及是否存在潛在的歧義或困難點。
  4. 可用性指標評估（Usability Metrics Evaluation）：衡量使用者完成任務的效率（如時間）、有效性（如錯誤率）和滿意度。
• 評估工具：
  1. 錄影設備（Video Recording Equipment）：用於記錄使用者操作過程，以便後續分析。
  2. 使用者測試記錄表/訪談大綱（User Test Protocol/Interview Guide）：包含預設的任務和問題，確保測試的一致性和全面性。
  3. 可用性評估問卷（Usability Questionnaires）：例如 System Usability Scale (SUS)，用於量化使用者對產品的整體滿意度。
  4. 錯誤日誌（Error Log）：記錄使用者在操作過程中發生的錯誤類型和頻率。
  5. 認知負荷評估工具（Cognitive Load Assessment Tools）：例如 NASA-TLX (Task Load Index)，用於評估使用者在執行任務時的心理負荷。
• 如何評估是否實現：如果使用者能夠快速、準確地完成預設任務，很少犯錯，並且在訪談中表示設計易於理解和使用，那麼這個原則就得到了較好的實現。反之，如果使用者頻繁出現錯誤、需要大量指導、或者表示困惑，則表示該原則未得到充分實現。

選擇原則二：(5) Tolerance for Error (容錯性)

• 原則闡述：設計應盡量減少意外或非預期行為所帶來的危險和不良後果。
• 人因工程的評估方法：

本題考驗對噪音控制策略的理解，特別是從三個主要途徑進行控制：噪音源（source）、傳播路徑（path）和接收者（receiver）。這是一個經典的噪音控制三層次模型。

噪音控制的目標是降低聽力損失等職業傷害的風險。控制措施應盡可能優先考慮從源頭或傳播路徑進行，因為這些措施通常更有效且更具根本性。

以下分別描述在三個層面的噪音控制方法：

(1) Noise Control at the Source (噪音源控制)

• 目標：在噪音產生時就減少其強度。這是最優先考慮的控制方式。
• 方法：
  • 更換低噪音設備：使用本身噪音較小的機器或工具。例如，選擇低噪音的風扇、泵浦或衝擊工具。
  • 改善設備設計：對現有設備進行改進，使其噪音降低。例如，改善機械結構以減少振動，或使用更靜音的傳動系統。
  • 維護設備：定期潤滑、緊固鬆動的零件、修復破損的部件，可以減少因摩擦、撞擊產生的噪音。
  • 減少工作強度：降低機器轉速、減輕衝擊力、縮短運行時間等，都可以降低噪音產生。
  • 改變製程：調整生產流程，例如將衝擊性操作改為非衝擊性操作。
  • 使用隔音罩/外殼：將噪音源包裹起來，減少噪音向外擴散。

(2) Noise Control Along the Path (傳播路徑控制)

• 目標：在噪音從源頭傳播到接收者之間，利用屏障或吸音材料來減弱噪音。
• 方法：
  • 隔音（Sound Insulation）：使用隔音材料（如隔音牆、隔音罩、隔音門窗）阻擋聲音的傳播。例如，在嘈雜的機械設備周圍建造隔音圍牆，或在牆壁、地板、天花板增加隔音層。

本題考驗對眩光（glare）的理解，包括其類型、影響以及控制方法。眩光是指視野中亮度過高的光源，導致不適或降低視覺效能。

(1) Direct and Disability Glare (直接眩光與失能眩光)

• Direct Glare (直接眩光)

  • 定義：當眼睛直接看到一個非常明亮的物體時產生的眩光。這種眩光會引起視覺不適，但通常不會嚴重影響到其他物體的辨識。
  • 範例：
    • 直接看著太陽。
    • 直視未經遮蔽的強烈燈泡（如鎢絲燈、LED 燈）。
    • 看著螢幕亮度過高的顯示器。
    • 夜間開車時，對向車輛未調暗的遠光燈。
  • 影響：造成眼睛不適、刺痛感，但通常不會讓你看不到其他東西。

• Disability Glare (失能眩光)

  • 定義：當眼睛看到一個非常明亮的物體時，其產生的光散射進入眼睛，導致視野中的對比度降低，進而影響到看清其他物體的能力。這種眩光不會引起明顯的不適感，但會嚴重降低視覺效能。
  • 範例：
    • 在陰天開車，但前方路面上有一大片反光的濕地，這片反光會散射光線，降低你看清前方車輛或路標的能力。
    • 在明亮的房間裡，牆壁上有一個面積很大的、亮度適中但反光性強的窗戶，這會讓你看其他物體的對比度降低。
    • 夜間開車時，路燈或廣告招牌的光線進入眼睛，雖然不一定感到刺眼，但會讓你更難看清路面上的行人或障礙物。
  • 影響：降低視覺對比度，使辨識物體變得困難，增加發生事故的風險。

(2) How to Reduce Direct Glare (如何減少直接眩光)

以「直視未經遮蔽的強烈燈泡」為範例，減少直接眩光的措施包括：

• 遮蔽光源（Shielding the light source）：

本題分為兩個部分，第一部分考驗對控制裝置分類的理解；第二部分則要求根據人因工程原則設計一個無人機（drone）的控制介面。

(1) Classification of Control Devices (控制裝置分類)

題目要求根據控制裝置傳遞的資訊類型（離散 Discrete、傳統連續 Traditional continuous、游標定位 Cursor positioning）進行分類。由於題目中附有圖片（A-G），但在此純文字格式中無法顯示，我將根據對常見控制裝置的認知進行分類。假設圖片中的控制裝置為：

• (A) 按鈕 (Pushbutton)
• (B) 撥桿開關 (Toggle switch)
• (C) 旋鈕 (Rotary knob)
• (D) 滑動條 (Slider)
• (E) 搖桿 (Joystick)
• (F) 觸控螢幕 (Touchscreen)
• (G) 方向鍵 (Directional pad, D-pad)

根據控制裝置傳遞資訊的類型進行分類：

• Discrete (離散)：

  • 定義：控制裝置僅能產生有限的、不連續的輸出。每次操作通常產生一個獨立的、明確的指令。
  • 範例：按鈕、撥桿開關、方向鍵。
  • 在此假設中的分類：
    • (A) 按鈕 (Pushbutton)：按下一次產生一個離散的指令（如開啟/關閉、觸發動作）。
    • (B) 撥桿開關 (Toggle switch)：切換到不同檔位，產生離散的狀態改變（如 ON/OFF）。
    • (G) 方向鍵 (D-pad)：按下不同方向鍵，產生離散的方向指令。

• Traditional continuous (傳統連續)：

  • 定義：控制裝置可以產生一個連續變化的輸出，其輸出值通常與物理位置或角度成比例。常用於調節某個參數，如音量、亮度、速度等。
  • 範例：旋鈕、滑動條。
  • 在此假設中的分類：
    • (C) 旋鈕 (Rotary knob)：旋轉角度對應一個連續變化的輸出值（如音量大小、頻道選擇）。
    • (D) 滑動條 (Slider)：滑動位置對應一個連續變化的輸出值（如音量、亮度、進度條）。

• Cursor positioning (游標定位)：

  • 定義：控制裝置用於在二維平面上精確地移動游標或指向特定位置。
  • 範例：搖桿、觸控螢幕、滑鼠。
  • 在此假設中的分類：
    • (E) 搖桿 (Joystick)：可以向不同方向移動，控制游標或物體的移動方向和速度。
    • (F) 觸控螢幕 (Touchscreen)：直接在螢幕上觸摸或滑動，用於定位、選擇和操作。

重要提示：實際分類取決於圖片中具體的控制裝置及其在系統中的功能。例如，觸控螢幕（F）雖然主要用於游標定位，但也可以通過虛擬按鈕實現離散操作，或通過滑動條實現連續調節。搖桿（E）也可以用於離散的開關功能。

(2) Design of a Drone Control Interface

無人機（Drone）的控制需要精確的定位、靈活的飛行操作以及對多種功能的管理。人因工程的原則應被應用於確保界面的直觀性、易用性和效率。

選擇的控制裝置與設計理由：

為了設計一個高效、直觀的無人機控制介面，我會選擇以下組合，並結合觸控螢幕的靈活性：

1. 搖桿 (Joystick) - 兩個：
   • 功能：用於控制無人機的飛行姿態和移動。
   • 用途：
     • 左搖桿：通常控制無人機的油門（上升/下降）和偏航（Yaw，機身旋轉）。向上推為上升，向下推為下降；向左轉動為左偏航，向右轉動為右偏航。
     • 右搖桿：通常控制無人機的俯仰（Pitch，機頭上仰/下壓）和滾轉（Roll，機身傾斜）。向前推為俯仰，向後推為滾轉；向左推為左滾轉，向右推為右滾轉。
   • 選擇理由：搖桿能夠提供精確的模擬控制，允許飛行員進行平滑的上升、下降、旋轉和傾斜操作，這對於需要精確飛行路徑的無人機至關重要。雙搖桿佈局是目前最主流且直觀的無人機操控方式，使用者可以快速上手。這屬於「游標定位」類別，但在此情境下更精確地說是「飛行姿態與移動控制」。