ความรู้พื้นฐานที่สำคัญในการออกแบบผลิตภัณฑ์หรือระบบ

      การที่นักการยศาสตร์สามารถออกแบบผลิตภัณฑ์หรือระบบให้เหมาะสมกับมนุษย์จำเป็นต้องมีความรู้พื้นฐานที่สำคัญหลายอย่าง ได้แก่ มิติต่าง ๆ ของร่างกายมนุษย์ การทำงานของระบบต่าง ๆ ในร่างกายมนุษย์ความรู้ทางด้านระบบประสาทและจิตวิทยา ระบบประสาทสัมผัส การตอบสนองของร่างกายต่อสิ่งแวดล้อมและรอบเวลาในการทำงานของร่างกายดังจะได้อธิบายเป็นข้อต่าง ๆ ดังนี้

๑. มิติต่างๆ ของร่างกายมนุษย์

      ในการออกแบบผลิตภัณฑ์หรือระบบการทำงานให้เหมาะสมกับมนุษย์ความรู้พื้นฐานที่จำเป็นคือขนาดต่าง ๆ ของร่างกายมนุษย์โดยจะต้องทราบว่าส่วนใหญ่มีขนาดเท่าไร ดังนั้นความรู้ในเรื่องการวัดส่วนต่าง ๆ ของร่างกายมนุษย์และความรู้ด้านสถิติจึงเป็นสาขาวิชาที่สำคัญในการหาข้อมูลเหล่านี้  ขนาดของร่างกายที่ต้องทำการวัด ได้แก่ ความสูงขณะยืนและนั่ง ความสูงของระดับสายตาขณะยืนและนั่ง ระยะที่มือเอื้อมถึง นอกจากนี้นักการยศาสตร์ยังจำเป็นต้องเข้าใจถึงระบบกระดูกและข้อต่อต่าง ๆ ของร่างกายว่าสามารถเคลื่อนไหวอย่างไรในทิศทางใดและในระยะเท่าไร ส่วนกล้ามเนื้อของมนุษย์สามารถรับแรงได้มากน้อยเพียงใดและเป็นระยะเวลานานมากเพียงใดด้วยซึ่งความรู้เหล่านี้จำเป็นต่อการออกแบบผลิตภัณฑ์หรือระบบให้เหมาะสมกับร่างกายและความแข็งแรงของมนุษย์ เช่น เครื่องมือต่าง ๆ ที่ต้องใช้มือจับ กระจกหน้าของรถยนต์ เสื้อผ้า เก้าอี้ สถานที่ทำงานสิ่งต่าง ๆ เหล่านี้ควรจัดวางอุปกรณ์ต่าง ๆ ไว้ที่ใดและในระยะห่างเท่าใด

๒. การทำงานของระบบต่างๆ ในร่างกายมนุษย์

      ร่างกายของมนุษย์ประกอบด้วยระบบต่าง ๆ หลายระบบที่ทำให้มนุษย์สามารถดำรงชีวิตและดำเนินกิจกรรมต่าง ๆ ได้ เช่น ระบบการหายใจ ระบบการไหลเวียนเลือด ระบบการย่อยอาหาร ระบบต่าง ๆ เหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างพลังงานที่ร่างกายของมนุษย์ใช้ในการทำงานและกิจกรรมต่าง ๆ สิ่งสำคัญคือนักการยศาสตร์ควรรู้ว่าร่างกายสร้างพลังงานอย่างไร เก็บพลังงานอย่างไร และถ้าร่างกายต้องการนำพลังงานมาใช้จะมีกระบวนการอย่างไร นอกจากนี้นักการยศาสตร์ยังต้องประเมินกิจกรรมหรืองานต่าง ๆ ว่าต้องการพลังงานจากร่างกายเท่าไรเนื่องจากงานในแต่ละประเภทนั้นต้องการพลังงานในปริมาณที่แตกต่างกัน ความรู้เหล่านี้ทำให้นักการยศาสตร์ทราบว่าผู้ที่จะสามารถปฏิบัติงานหรือกิจกรรมที่ต้องการได้ควรมีคุณสมบัติอย่างไร เช่น เพศ อายุ ขนาด ของร่างกาย สุขภาพร่างกาย สภาพจิตใจ สิ่งแวดล้อม 
      พลังงานที่ร่างกายของมนุษย์ต้องการน้อยที่สุดเพื่อทำให้อวัยวะต่าง ๆ สามารถทำงานได้อย่างปกติ เรียกว่า พลังงานพื้นฐาน (basal metabolism) แต่พลังงานพื้นฐานทำการวัดได้ยาก ดังนั้นนักการยศาสตร์นิยมวัดพลังงานที่ใช้ในขณะพักผ่อน (rest metabolism) แทน ซึ่งจะมีค่ามากกว่าพลังงานพื้นฐานประมาณร้อยละ ๑๕ - ๒๐ ทั้งนี้พลังงานจะถูกนำมาใช้มากขึ้นในขณะทำงานและในขณะทำงานนั้นร่างกายก็ต้องการออกซิเจนมากขึ้นด้วย หากงานหรือกิจกรรมที่ทำต้องการออกซิเจนเกินครึ่งหนึ่งของระดับออกซิเจนสูงสุดที่ร่างกายสามารถรับเข้ามาได้จะเกิดความล้าก่อให้เกิดการสะสม ของกรดแลกติกในกล้ามเนื้อส่งผลให้กล้ามเนื้อหยุดทำงานหรือทำงานช้าลง 
      นักการยศาสตร์ควรมีความรู้ในเรื่องพลังงาน ความล้า และสามารถวัดความต้องการพลังงานในงานแต่ละประเภทได้รู้ว่างานแต่ละประเภทต้องการพลังงานเท่าใด เพื่อใช้ในการตัดสินใจว่างานประเภทใดเป็นงานหนักหรืองานเบาและการที่จะให้งานหนึ่งสำเร็จลุล่วงไปได้นั้นจะต้องออกแบบสิ่งแวดล้อมอย่างไรเพื่อให้พลังงานที่ต้องการเหมาะสมกับความสามารถของมนุษย์ เช่น บันไดที่เราใช้กันอยู่ในชีวิตประจำวันจะต้องได้รับการออกแบบระดับความชันที่ทำให้เราสามารถเดินขึ้นลงโดยเกิดความล้าน้อยที่สุดหรือเวลาการทำงานในแต่ละวันควรจะทำงานนานเท่าใดและพักนานเท่าใด

๓. ความรู้ทางด้านระบบประสาทและจิตวิทยา

      นักจิตวิทยาได้พยายามศึกษาเพื่อทำความเข้าใจถึงระบบการคิดซึ่งส่งผลต่อพฤติกรรมของมนุษย์เพื่อดูว่าเมื่อมนุษย์เผชิญสถานการณ์ต่าง ๆ แล้วระบบประสาทมีการทำงานอย่างไร กระบวนการคิดเป็นอย่างไร ปฏิกิริยาตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมที่กำลังประสบอยู่เป็นอย่างไร โครเมอร์และคณะ (๒๐๐๐) ได้นำเสนอแผนภูมิที่แสดงถึงกระบวนการคิดและปฏิกิริยาตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นจากสิ่งแวดล้อม ดังต่อไปนี้ 

      สาเหตุที่นักการยศาสตร์ต้องเข้าใจถึงกระบวนการคิดและการทำงานของระบบประสาทของมนุษย์ก็เพื่อศึกษาระยะเวลาในการตอบสนองของมนุษย์และเวลาที่มนุษย์ใช้ในการเคลื่อนไหว ดังนั้น นักการยศาสตร์ต้องออกแบบระบบที่ไม่ก่อให้เกิดความสับสนในการตอบสนองและความล่าช้ารวมทั้งต้องออกแบบให้คนสามารถใช้อวัยวะตอบสนองต่อสิ่งกระตุ้นได้ในระยะเวลาที่ต้องการ  นอกจากนี้นักการยศาสตร์ยังต้องเข้าใจว่าความเครียดคืออะไร เกิดขึ้นได้อย่างไรและมนุษย์มีปฏิกิริยาตอบสนองต่อความเครียดอย่างไร  ซึ่งความเครียดสามารถส่งผลต่อสมรรถนะในการทำงานและสุขภาพร่างกายได้ นักการยศาสตร์ต้องประเมินว่างานนั้นมีความยากหรือง่ายและก่อให้เกิดความเครียดหรือไม่ งานที่ง่ายเกินไปจะทำให้เกิดความเบื่อหน่ายและเกิดภาวะที่เรียกว่าทำงานไม่เต็มที่ (underload) ได้ ส่วนงานที่ยากเกินความสามารถจะก่อให้เกิดภาวะที่เรียกว่า ทำงานมากเกินไป (overload) ดังนั้นนักการยศาสตร์จึงต้องเข้าใจความสามารถของคนและสร้างระบบที่มีความยากง่ายของงานเหมาะสมกับความสามารถของคน  การเพิ่มสมรรถนะในการทำงานของคนก็เป็นสิ่งหนึ่งที่นักการยศาสตร์ต้องคำนึงถึง เช่น ระบบในการฝึกงานจะสร้างอย่างไรจึงจะทำให้พนักงานสามารถทำงานได้ตามสมรรถนะที่ตั้งไว้ นอกจากนี้หากต้องทำงานภายใต้ความกดดันจะต้องจัดระบบอย่างไรเพื่อให้คนสามารถทำงานได้ตามสมรรถนะที่ต้องการ เช่น หลังจากนักเทนนิสหรือนักฟุตบอลได้ทำการแข่งขัน ในแต่ละช่วงแล้วต้องให้พักสักครู่เพื่อให้สามารถกลับไปแข่งขันได้อย่างมั่นใจอีก

๔. ระบบประสาทสัมผัส

      นักการยศาสตร์ต้องเรียนรู้การทำงานของระบบประสาทสัมผัสทั้ง ๕ ของมนุษย์ว่าทำงานอย่างไรและมีความสามารถระดับใด เช่น ในการมองเห็นนักการยศาสตร์ควรมีความรู้เรื่องระยะในการมองเห็น มุมในการมองเห็น การเคลื่อนไหวของตาและการทำงานของเลนส์ตา เมื่อมองในระยะใกล้หรือไกลความล้าเกิดขึ้นอย่างไร จุดบอดของตาอยู่ที่ใด การรับรู้เรื่องสีเป็นอย่างไร นักการยศาสตร์นำความรู้เหล่านี้มาใช้ในการออกแบบระบบแสงหรือสัญญาณไฟโดยให้ความเข้มแสงและความเปรียบต่าง (contrast) ของแสงเหมาะสมต่อการมองเห็น 
      การเข้าใจถึงความสามารถในการได้ยินของมนุษย์ก็เป็นสิ่งจำเป็นต่อการออกแบบการทำงานในสิ่งแวดล้อมที่มีเสียงดังโดยไม่ทำให้ระบบการได้ยินเกิดความเสียหาย ส่วนการได้กลิ่นมักนำมาประยุกต์ใช้ในการเตือนภัยเนื่องจากกลิ่นเป็นสัญญาณที่เคลื่อนที่ได้เร็วในบริเวณกว้างทำให้มนุษย์สามารถรับสัญญาณจากกลิ่นได้ไว ส่วนการรับความรู้สึกผ่านการสัมผัสหรือผิวหนังนั้นมักนำมาประ ยุกต์ใช้ในการบอกถึงอุณหภูมิการสั่นสะเทือนไฟฟ้า ความดัน และความเจ็บปวด แต่การวิจัยเกี่ยวกับการรับความรู้สึกทางผิวหนังยังมีไม่มากนักทำให้นำมาประยุกต์ได้ค่อนข้างจำกัดส่วนการรับรสนั้น ในปัจจุบันยังไม่นิยมนำมาประยุกต์ใช้ในทางวิศวกรรม

๕. การตอบสนองของร่างกายต่อสิ่งแวดล้อม

      ในบางครั้งมนุษย์อาจจำเป็นต้องทำงานในสภาพอากาศที่ร้อนมากหรือหนาวเย็นจัด สภาพบนพื้นที่สูงจากระดับทะเลปานกลางมากหรือใต้ทะเลลึก บางครั้งในสภาวะที่มีการสั่นสะเทือนหรือในสภาวะไร้น้ำหนัก นักการยศาสตร์จึงจำเป็นต้องทำความเข้าใจว่าร่างกายของมนุษย์มีการตอบสนองต่อสภาวะที่รุนแรงผิดปกติเหล่านี้อย่างไรแล้วจึงออกแบบอุปกรณ์ให้เหมาะสมสำหรับการทำงานในสภาวะดังกล่าวนั้น เช่น การออกแบบเครื่องแต่งกายที่สามารถให้ความอบอุ่นในการทำงานในสภาพอากาศเย็นจัด การออกแบบอุปกรณ์ป้องกันรังสีต่าง ๆ ขณะเดินทางสู่อวกาศของนักบินอวกาศ การออกแบบอุปกรณ์ดำน้ำลึกที่ไม่เกิดอันตรายต่อชีวิต นอกจากนี้นักการยศาสตร์จำเป็นต้องนำความรู้เกี่ยวกับการตอบสนองของร่างกายต่อสภาวะแวดล้อมที่เสี่ยงอันตรายมาใช้ในการออกแบบระบบงาน เช่น กำหนดอัตราส่วนการทำงานและการพักผ่อนที่เหมาะสมเมื่อต้องทำงานในสภาพอากาศที่เย็นจัดหรือร้อนจัด การออกแบบระบบในการรับแรงเมื่อต้องทำงานในสภาวะที่มีการสั่นสะเทือนรุนแรง

๖. รอบเวลาในการทำงานของร่างกาย

      ระบบต่าง ๆ ในร่างกายของมนุษย์ เช่น อุณหภูมิในร่างกาย อัตราการเต้นของหัวใจ ความดันเลือด การทำงานของฮอร์โมนต่าง ๆ มีการทำงานที่แตกต่างกันระหว่างเวลากลางวันกับเวลากลางคืนซึ่งการทำงานของระบบดังกล่าวจะเป็นไปตามนาฬิกาชีวภาพ (biological clock) แม้กระทั่งพฤติกรรมของมนุษย์ก็เป็นไปตามนาฬิกาชีวภาพด้วย เช่น เวลาของอาหารมื้อต่าง ๆ ดังนั้นนาฬิกาชีวภาพของระบบต่าง ๆ ในร่างกายจึงสามารถส่งผลต่ออารมณ์และสมรรถนะในการทำงานของมนุษย์และที่สำคัญมาก คือ การนอนหลับพักผ่อนซึ่งมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อร่างกายมนุษย์ การพักผ่อนที่ไม่เพียงพอเป็นระยะเวลานานจะส่งผลต่อการทำงานของสมองสมรรถนะในการทำงานและสุขภาพ ดังนั้นในการออกแบบระยะเวลาการทำงานหรือระบบงานควรหลีกเลี่ยงการรบกวนระบบนาฬิกาชีวภาพ การรบกวนเป็นครั้งคราว เช่น การทำงานในเวลากลางคืนสามารถกระทำได้บ้างแต่ไม่ควรให้เกิดขึ้นบ่อยเพราะจะเป็นผลเสียต่อสุขภาพร่างกาย 
      ส่วนการทำงานเป็นกะโดยเฉพาะพนักงานที่ทำงานในกะดึกจะรบกวนระบบนาฬิกาของร่างกายแต่สามารถแก้ไขได้โดยให้พนักงานทำงานเวลาดึกเป็นประจำไม่สลับกะไปมาเพื่อให้ร่างกายเปลี่ยนระบบนาฬิกาชีวภาพให้เหมาะสมกับเวลาทำงานได้นานเพียงพอ นอกจากความรู้ต่าง ๆ ดังกล่าวข้างต้นรายงานการวิจัยในอดีตตลอดจนคู่มือทางด้านการออกแบบตามหลักการยศาสตร์และมาตรฐานในการออกแบบก็เป็นแหล่งความรู้สำคัญที่สามารถนำมาประกอบเสริมกันในการออกแบบผลิตภัณฑ์หรือระบบงานที่มีประสิทธิภาพ