由于机械的设计纯粹为了体现功能性，而不会考虑到操作人员作为“人”的因素，这些机械的使用往往谈不上什么舒适，甚至有的还非常难以控制。操作者的劳动非常被动，对人工操作的要求也相对较高。工厂业主不得不对操纵机器的工人进行必要的训练和选择，以此来创造更多条件使工人与机器密切配合，以保证高效率的生产进度。在这一时期，机械的设计主要着眼于解决力学、电学、动力学等功能性工程技术问题，而在人与机械的关系上，则是牺牲了人的自然属性，通过培训来配合机械。这是一种被动的机械设计，我们称其为经验人机工程学。
二战与人机工程学
推动人机工程学向更科学的目标进阶的重要事件，是第二次世界大战。战争中的各主要参战国都尽其所能地发展高效能、大威力的新式武器。在战争的压力下，这些装备和武器在开发时都片面地注重功能与技术性，而人如何使用、是否合理等因素往往不在考虑范围之内。同时紧迫的战场需求，使得各国对使用武器的人员的培训都简单而潦草，因而导致在战争中频繁发生因操作失误而导致的各种失败：例如，飞机仪表显示位置的设计不合理，导致飞行员常常误读仪表而进行了错误操作，以致发生事故。还有些武器操作太过复杂，机制不灵活也不符合人的生理尺寸从而致使武器的命中率大大降低。据统计，美国在第二次世界大战遭遇的飞机事故中，有40% 以上的飞机损失于机械故障，其中因人机工程设计不合理因素而造成的事故又占了80%。血的教训引起了决策者和设计者们的高度重视，在政府的督促下，机械与武器的制造者们开始对操作的灵活性加以重视并改进设计，让各种机械更适合操作与使用，尽量让使用者在较短时间的培训中完全掌握机械与装备的使用。
人机工程学在这一时期里的发展，是重视工业与工程设计中“人的因素”，从让人适应机器变成使机器适应于人，这是科学人机工程学时期。
当战争告一段落，西方各国都进入了经济与科学的快速恢复和发展时期，在科技进步
的推动下，人类对自然、对人自身以及对以前不了解的更广阔的天地有了更多的探索，人
机工程学有了更多的用武之地，它与各项科学相结合，开始开枝散叶，帮助各门学科向更
合理的方向发展。最突出的应用，是在航天新科技中对人体失重时的探索，研究这种环境
下人对物的操作与控制以及人自身生理与心理所可能发生的变化。又如原子核能技术的利
用、电子计算机的应用、各种自动化装置的广泛使用，使“人—机关系”更趋复杂。同时在
科学领域中，由于控制论、信息论等理论的产生，其与人体科学中的新理论相互交织建立了新的边缘化科学研究体系。由此，现代人机工程学体系建立起来，这个阶段在前一阶段的基础上介入了许多新领域的实验与研究，为该科学的研究与发展提出了新的方向。从而，人机工程学进入了系统的研究阶段，我们也可称这一时期为现代人机工程学时期。
铁锹试验
人机工程学作为一门独立的学科已有60 多年的历史，严格来讲，该学科的系统成形的奠基性工作实际上是在美国完成的。20 世纪初，美国学者F.W. 泰罗(Frederick.W.Taylor，1856—1915) 提出了新的管理方法和理论，相较传统管理方法，这种方法极大地提高了工人的工作效率。它把人使用的机器、工具、材料及作业环境的标准化问题都一一纳入考虑的范围。因为他发现：一、传统的工作方法可能存在不必要的步骤，这种不合理的步骤应该减少；二、生产工具与劳动量之间也应该存在着一个最适合的配比。如果这两个因素可以改善，不仅可以提高工作效率，还能减少人在工作中的疲劳与不适，防止职业病的加重。于是他进行了一个著名的试验，就是泰罗的“铁锹试验”，通过研究铲子的最佳形状、重量，来适应实际工作需要。
“铁锹作业试验研究”在1898 年进行，泰罗用形状相同而型号不同的四种铁锹（每次可铲重量分别为5 千克、10 千克、17 千克和30 千克），分别去铲同样一堆煤。试验结果是用10 千克的铁锹铲煤效率最高，根据这个结果，他设计了许多大小不同的铁锹， 使它们在铲不同货物时重量尽量保持在10 千克左右。后来，他还进行过搬运生铁的研究， 通过对每次的搬运数量、搬运速度以及休息时间进行标准化管理，使作业者充分发挥劳动潜力，提高了工作效率。
另一位研究者吉尔布雷斯(Frank B.Gilbreth) 在减少不必要劳动环节方面做出了贡献。他先利用高速摄影机将建筑工人的砌砖动作拍摄下来，然后对其中的有效动作和无效动作进行分析研究，提出把原有的十几个动作减少到几个动作来完成，结果工人的砌砖速度提高了近三倍。
这些研究者的成果奠定了人机工程学良好的基础，从最初人通过培训适应机械，到机械通过设计适应于人，再到以提高效率为目的，同时改善机械设计与人的工作环节，以达到良好配合关系，为设计而产生的人机工程学逐步向着更科学的方向迈进着，并指导着设计的生成。随着生产规模的扩大和科学技术的进步，科学管理的内容不断充实丰富，其中动作研究、工作流程与工作方法分析、工具设计、装备布置等，涉及的都是人与机器、人和环境的关系问题，有些原则至今对人机工程学的研究仍具有意义。无论是使用最细小简单的工具劳动，还是进行先进庞大的太空研究计划，都是人借助于物品与自然进行对话，从而改变自然。在人与外界的各种交流中，越来越多的“物品”被设计出来，它们有时可能被运用得很得力，有时却显得笨拙，设计的过程必然伴随着改良与进步。如果说经济利益是推动设计改良的催化剂，那么人机工程学就是设计改良最大的助力器。
现代人机工程学——科学体系的建立
改变的时刻到了
机械时代来临时，现代人机工程学的知识体系尚未及时建立，经济的飞速发展首先推动着西方国家把人机关系的研究重心更多地放在了军工产品上。人们日常生活中的产品设计并没有进入人机关系研究的体系中，因此早期机器大生产中的工业产品常常并不追求便捷性和舒适性。
加上二战之后，为了满足人们基本的物质需要和对简单生活向往的心理需求，很多产品的设计偏重于国际主义简洁风格。设计的浪潮就此转向了风格化，而非人文化。
这就像是设计在历史中不断反复的规律一样，经历着从对人性化的冷漠到关注，再由关注到冷漠，周而复始。直到20 世纪60 年代末70年代初，人们重新审视生活产品之后发现：我们使用的产品甚至不如古人，我们的身体远没有得到最舒适的感受。改变的时刻到了！
当然，促成一股文化浪潮仅靠一个诱因是不够的，除了风格变迁的因素外，市场经济的发展日趋成熟也极为重要：当物资紧缺时，有产品便是第一竞争力；当大家都能生产出产品时，好的质量便是第一竞争力；而当大家的数量与质量都差不多的时候，设计便成了第一竞争力。
70 年代，日本人在批量生产汽车的时候想到，如果汽车不仅仅只是会跑的交通机械，如果它的外部与内饰都让人心情愉悦，不是将会更畅销吗？于是，他们改进了原有的汽车设计风格，在人机工程学的感性工学领域上取得了新的认识，一举在国际汽车市场上占领了先机。
经济是设计改良的催化剂，而人机工程学则举起了设计人性化关怀的大旗。在现代物理学、心理学、社会学、行为学、生物学、统计学等多种学科的支撑与影响下，一套较为完备的供设计领域参考的人机工程学学科建立了，它主要包含以下三个方面的因素。
人
首先为工业设计中考虑 “人的因素” 提供人体尺度参数，包括人体的生理尺度与心理参数。生理尺度主要通过测量得到，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分静态时的尺寸、体重、体表面积、比重、重心，以及人体动态时各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数，提供人体各部分的发力范围、活动范围、动作速度、频率、重心变化以及动作时的惯性等动态参数。其次，通过分析人的视觉、听觉、触觉、嗅觉以及肢体感觉器官的机能特征，分析人在平时生活、工作、劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳程度以及对各种劳动负荷的适应能力，探讨人在工作中影响心理状态的因素及心理因素对工作效率的影响等。这些数据可有效地运用到工业及各方面的设计中去。
物
为设计中“产品”的功能合理性提供科学依据。现代工业设计中，已经有这样的共识：纯物质功能的创作活动是没有市场的；不考虑人机工程学的需求，那将是失败的创作活动。
优化“产品”与人相关的各种功能，创造出与人的生理和心理机能相协调的“产品”，这将是当代工业设计中最重要的课题。人体工程学的原理和规律在此提供了创作依据。
环境
为设计中的“环境因素”提供设计准则。通过研究人体对环境中各种物理因素的反应和适应能力，分析周围环境中的声、光、热、振动、尘埃和气体环境等因素对人体的生理、心理以及工作效率的影响程序。只有先确定了人在生产和生活活动中所处的环境的舒适范围和安全限度，保证了人体的健康、安全，才能使之达到合适与高效的目的。任何时候都不可分而论之的人—物—环境，这三个层次是人机学中最重要的三点支撑。大而言之，这也是人存在于自然社会中的最本质的关系，人机学将为我们解决这其中的种种矛盾。人类当下面临的棘手问题，也就是这三者如何进行平衡的问题。在不伤害自然的前提下，如何能生产出让人舒适地使用的产品，正是当代设计所追求的理想化目标，虽然步履艰难，但人机学将是一盏明灯，为所有的设计者提供一种可能的前提与良好的指引。