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第4章 人、机、环境匹配(安全人机工程学).pdf 46页
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第4章 人、机、环境匹配
人机学日益得到重视
?人机工程学定义：（Ergonomics）是研究
人--机 （泛指人造物品）--环境&的一门交叉
学科。人机工程学研究的中心问题是优化人
机关系，把人的因素作为产品设计的重要参
数，从而为产品设计提供一种新的理论依据
美国学者泰罗 ：铁锹实验
吉尔布雷斯砌砖实验。
大量生产事故是由于人失误导致的，机械设备、工作
环境都对人产生影响。
美国在第二次世界大战中飞机事故率的80％是由于人机工
程方面的原因造成的
?安全人机学定义：从安全角度利用人机工程
学的原理方法解决人机结合面的安全问题。
医院的色调、汽车、座椅等等都体现安全人机工程
“机”的发展历程：
手工劳动工具
半自动化化
人的视力、体力、大脑注意力没什么变化
4.1 显示器的人机学设计
一、显示器的分类
1、显示器的功用：将机器的工作状态显示给操作者 。
? 按感觉通道不同分为：
视觉显示器
听觉显示器、触觉显示器以及嗅觉显示器等
一、显示器的分类
2、视觉显示器的类型和特点
?模拟显示器 指用模拟量来显示机器工作状
态各参数的装置 。如针式仪表、信号灯等
信息比较形象和直观，使人对模拟量在全程范围内所
处的位置一目了然，并能显示出偏差趋势。
?数字显示器 指直接用数码来显示机器工作
状态各参数的装置。如汽车里程表、飞机高
认读速度快、精确度高，且不易产生视觉疲劳。
4.1 显示器的人机学设计
二、显示器的人机学原理
?1、人对显示器的不正确识别可能导致事故
?2、人的视觉影响因素：色彩、感觉、经
验、生理条件等。
色彩搭配的迷惑：
眼见未必为实：
红、蓝线那个更长？
经验也会撒谎：
4、视觉显示器设计的生理学基础 (了解)
视觉和本体感觉
and Noumenon
在人们认知世界的过程中，大约有80%-
90%的信息是通过视觉系统获得的，因此，视
觉系统是人与外界相联系的最主要途径。
物体依赖于光的反射映入眼睛，所以，
光、对象物、眼睛是构成视觉现象的三个要素。
但视觉系统并不只是眼睛，从生理学角度看，它
包括眼睛和脑；从心理学角度看，它不仅包括当
前的视觉，还包括以往的知识经验。换句话说，
视觉捕捉到的信息，不只是人体自然作用的结
果，而且也是人的观察与过去经历的反映。
人们得到信息的
即借助于各种视觉
如直接看到的自
显示装置，如CRT屏
幕、雷达、电视机
己周围的人和
等。在科学技术高度
发达的今天，后一种
途径对于人们获得视
正在加载中，请稍后...英雄联盟改名卡使用之后是匹配排位统治人机的胜率场次全没有了嘛？段位也消失了嘛？_百度知道
英雄联盟改名卡使用之后是匹配排位统治人机的胜率场次全没有了嘛？段位也消失了嘛？
我有更好的答案
当你重新打一把匹配或者是排位以后，以前的段位和战绩就全部回来了，是没有任何的改变的并不是的，英雄联盟的改名卡修改过名字以后你的匹配和段位什么都会暂时的消失一下
最大的游戏问答平台
暂时的，每个模式打一局游戏就恢复相应的数据，所有模式都打过就全都恢复了。
tgp显示也回来嘛？
现在TGP用的人比盒子多了
那我就是改完命了，再打一把，盒子tgp都会回到原来的场次？
每个模式各打一把就都恢复了
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我们会通过消息、邮箱等方式尽快将举报结果通知您。大伙有没有觉得匹配规则又改了？【codol吧】_百度贴吧
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大伙有没有觉得匹配规则又改了？
今天是lz在版本更新后第一次上线，打了一下午据点和大战场，经常匹配到20多级的，感觉跟打人机似的。。请问是什么情况？有遇到相同状况的吗
我也遇到好多二三十级的，难道是我的kd太低了吗
同感，萌新表示kd都能升啦
确实很爽啊 昨天加今天已经加了0.02kd了
贴吧拳王争霸赛中累计获取300场胜利
不知道，反正我现在才1.10
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安全人机工程学
2006.2.第1 页课 程 简 介安全人机工程学是从安全的角度研究人与机 的关系, 运用人机工程学的原理和方法去解决人机 结合面的安全问题的一门新兴学科。其立足点放 在安全上面，对在活动（含生产活动、生活活动、 生存活动）过程中的人实行保护为目的，主要阐 述人与机保持什么样的关系，才能保证人的安全。 它作为人机工程学的一个应用学科的分支，以安 全为目标、以工效为条件，并与以安全为前提、 以工效为目标的工效人机工程学并驾齐驱，而成 为安全工程学的一个重要分支学科。2006.2.第2 页一、课程的定位本课程是安全工程专业的专业基础平台课程之 一，是该专业的一门必修专业基础课。 该课程从解决“人”与“物”之间界面关系 的角度，研究导致活动者伤亡病害等不利的因素 作用机理和预防与消除方法的依据等，同时为工 程技术设计者提供人体的数据与要求，以这些数 据和要求指导工程技术人员进行具体工程设计， 从而在实现生产效率的同时确保劳动者的安全， 培养学生进行安全人机系统设计、人机系统安全 分析与评价的基本能力。这对于安全工程专业学 生的学习具有不可替代的重要地位。20162006.2.第3 页二、课程的目标通过本课程的学习，使学生能掌握 《安全人机工程学》的基本概念和基本 理论，深刻领会人机结合面的内涵和人 机匹配与安全、工效的辨证关系，掌握 对人机系统隐患进行诊断、评价和防范 的方法，具有进行安全人机系统设计、 人机系统安全分析与评价的基本能力， 具有运用安全人机工程原理解决人机系 统安全问题的能力。20162006.2.第4 页三、课程的基本内容? ? ? ? ? ?安全人机工程学概论 人体的人机学参数 人的生理和心理及生物力学特性 安全人机功能匹配 人机系统的安全设计 安全人机工程学的实践与运用2006.2.第5 页四、课程的基本要求1、 掌握安全人机工程学的基本概念、基本 理论，领会“人机系统”与“人机结合面”的 含义。 2、 掌握人、机的不同特性及人机功能的分 配原则。 3、 掌握人体特性参数、人的反应、人体疲 劳的测量方法。 4、 掌握显示装置、操纵装置、作业空间与 作业环境的设计要求与设计方法。 5、 具有人机系统安全设计的初步能力。 6、 具备对一般企业中人机系统进行安全检 查与评价的能力。20162006.2.第6 页五、课程学时分配?整个教学过程由课堂授课、实验、作业、自学和选听系列讲座五个环 节组成。授课采用多媒体教学形式。 ?课程教学总时数为48学时 ?课堂理论教学40学时 ?计划内实验8学时 ?课外选听系列专题讲座（共7个）2006.2. 第7 页第一章 内容?第一节 ?第二节 ?第三节 ?第四节人机工程学 安全人机工程学 安全人机工程学与相关学科的关系 安全人机工程学的诞生与展望2006.2.第8 页第一章概论第一节一、人机工程学的起源人机工程学? 起源于欧洲 ? 形成于美国 ? 发展于日本 ? 作为一门独立学科的历史已有50余年2006.2.第9 页二、学科名称 ? Ergonomics 英国莫瑞尔 /西欧 ? Human Engineering 美国 ? Human Factors Engineering 美国 ? 人间工学 日本 ? Эргономика 苏联 “人体工程学”、 “宜人学”、 中国 “人因工程学”、“人类工程学” 中国 “工效学”、 “人机工程学” 中国2006.2.第10 页三、人机工程学的定义 ? 研究各种工作环境中人的因素，研究人和机器及环境的相互作用，研 究人的工作、生活中怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适? 人机工程学是运用人的生理学、心理学和其它有关学科知识，使机器和人相互适应，创造舒适和安全的工作与环境条件，从而提高工效的 一门科学。（ International Ergonomics Association ）等问题的科学。2006.2.第11 页四、人机工程学的研究目的? ? ? ?设计机器和设备及工艺流程、工具以及信息传递装置与信息控制设 备时，必须考虑人的各种因素---生理的和心理的及人体测量参数、 生物力学的需要与可能； 使人操作简便、省力、快速而准确； 使人的工作条件和工作环境安全卫生和舒适； 最终目的是为了使人机系统协调，保障安全健康和提高工作效率。2006.2.第12 页五、人机工程学的研究内容 ? 人的因素方面，主要包括人体生理、心理、 人体测量及生物力学、人的可靠性； ? 机的因素方面，主要包括显示器和控制器等 物的设计； ? 环境因素方面，主要包括采光、照明、尘毒、 噪声等对人身心产生影响的因素； ? 人机系统的综合研究，研究人机系统的整体 设计；岗位设计；显示器设计；控制器的设 计；环境设计；作业方法及人机系统的组织 管理等。2006.2.第13 页六、人机工程学的研究方法 ? 实测法（Measure method） ? 实验法（Experiment method） ? 分析法（Analysis） ? 调查研究法（Survey) ? 计算机仿真法(Simulation) ? 感觉评价法(Sensory inspection) ? 图示模拟和模型试验法(model)2006.2.第14 页图1 研究车辆碰撞的人机系统的模拟与模型2006.2.第15 页? 控制面板模拟器C 波士顿爱迪生 公司（Boston Edison Company）的” 神秘6号” （Mystic #6） C 电厂的控制板 MITRE开发2006.2.第16 页虚拟合作者的运动计算与仿真2006.2.第17 页2006.2.第18 页2006.2.第19 页七、人机工程学的发展简史?原始人机关系（见图2）-经验人机关系（见图3）-科学人机工程学 （见图4） ?经验期 - 创建期 -成熟期 ?经验期：1884年起，三大实验（肌肉疲劳试 验 、铁秋作业试验 、砌砖作业试验 ） ?创建期：第二次世界大战期间起，新式武器 和装备的功能研究 ?成熟期：20世纪60年代起，宇航技术的研究第一节结束2006.2. 第20 页图 2 古埃及石刻2006.2. 第21 页图3 紫檀雕四出头官帽椅图3 我国古代的指南车2006.2.第22 页图 4 美国亨利? 德累夫斯（Henry Deryfuss）事务所的人机学实验2006.2. 第23 页第二节 安全人机工程学一、安全人机工程学的定义?从安全的角度和着眼点，运用人机工程学 的原理和方法去解决人机结合面的安全问题 的一门新兴学科。 ? 它作为人机工程学的一个应用学科的分支， 以安全为目标、以工效为条件，将与以安全 为前提、以工效为目标的工效人机工程学并 驾齐驱，并成为安全工程学的一个重要分支 学科。2006.2.第24 页二、安全人机工程学的研究对象? ??人(Man)，是指活动的人体即安全主体 机(Machine)，是广义的，它包括劳动工具、机器（设备）、劳动手段和 环境条件、原材料、工艺流程等所有与人相关的物质因素。 人机结合面（ Man-Machine Interface ） ,就是人和机在 信息交换和功能上接触或互相影响的领域（或称“界面”）。2006.2.第25 页三、安全人机工程学的任务 为工程技术设计者提供人体合理的理论参数和要求，诸如： ? 人体作业的舒适范围（最佳状态） ? 人体的允许范围（保证工作效率） ? 人体的安全范围（不致伤害的最低限度和环境要求） ? 安全防护设施如何适应人的各种使用要求2006.2.第26 页四、 安全人机工程学的研究范围和内容? 研究人机系统中人的各种特性 ? 研究人机功能合理分配 ? 各种人机界面的研究 ? 作业方法与作业负荷研究 ? 作业空间的分析研究 ? 事故及其预防的研究2006.2.第27 页五、安全人机工程学的研究目的 对人机系统建立合理的方案，更好地在人机之间合理地分配功能，使 人和机有机结合，有效地发挥人的作用，最大限度地为人提供安全卫 生和舒适，达到保障人的健康、舒适、愉快地活动，同时带来活动效 率的提高。第二节结束2006.2. 第28 页小 结? 本节课程讲述了两部分内容：人机工程学、安全人机工程学 ? 要求： ? 掌握安全人机工程学的基本概念，“人机结合面”的含义； ? 理解“人机系统”的含义； ? 了解人机工程学的起源与发展，人机工程的命名和定义，安全人机工程学的研究范围2006.2.第29 页第三节安全人机工程学 与相关学科的关系? 一、与工效人机工程学的关系 ? 二、与安全心理学的关系 ? 三、与人体测量学及生物力学的关系 ? 四、与安全工程学的关系 ? 五、与人体生理学及环境科学的关系 ? 六、与其它工程技术科学的关系第三节结束2006.2. 第30 页图52006.2.安全人机工程学与相关学科第31 页第二章人体的人机学参数内第一节 人体尺寸及其测量 第二节 人体的人机学参数 第三节 疲劳的测定 第四节 人体测量数据的应用容第一节人体尺寸及其测量一、人体测量的基本术语? 被测者姿势（立姿 、坐姿） ? 测量基准面 （见图1） ? 测量方向 ? 支承面和着装 ? 基本测点及测量项目 (见图2、图3)继续图 人 体 测 量 基 准 面 和 基 准 轴1图 人 体 测 量 基 准 面 和 基 准 轴图 人 体 测 量 基 准 面 和 基 准 轴1-a1-b图2-a测量项目-立姿图2-b测量项目-立姿图2-c测量项目-立姿图2-d测量项目-立姿图2-e测量项目-立姿图2-f测量项目-立姿图3-a测量项目-坐姿图3-b测量项目-坐姿图3-c测量项目-坐姿图3-d测量项目-坐姿图3-e测量项目-坐姿二、人体尺寸测量用的主要仪器在人体尺寸测量中所采用的人体测量仪 器有：人体测高仪、人体测量用直脚规、人 体测量用弯脚规、人体测量用三脚平行规、 坐高椅、量足仪、角度计、软卷尺以及医用 磅秤等。?人体测高仪 ?直脚规 ?直脚规 ? （参见图4-a见图4-b 见图4-c）继续图 4-a 人 体 测 高 仪图4-b人体测量用直脚规图人 体 测 量 用 弯 脚 规 (4-c)2-4三、人体测量中的主要统计函数? 均值 ? 方差x1 ? x2 ? ... ? xn 1 n x? ? ? xi n n i ?1?s2n _ 1 ? ( xi ? x ) ? n ? 1 i ?12s2n _ 1 2 ? (? xi ? n x ) n ? 1 i ?1三、人体测量中的主要统计函数? 标准差? 抽样误差? 百分位数和适应度s?1 ( xi ? x) ? n ? 1 i ?1? s nn_ 2sxx? ? x? k ? s_表2-1百分比（%） 0.5 K 2.576百分比与变换系数百分比（%） 70 K 0.5241.02.5 5 10 15 20 25 302.3261.960 1.645 1.282 1.036 0.842 0.674 0.5247580 85 90 95 97.5 99.0 99.50.6740.842 1.036 1.282 1.645 1.960 2.326 2.576四、常用人体测量数据 1、我国成年人的人体结构尺寸图立 姿 人 体 尺 寸2-5图2-6坐姿人体尺寸图2-7人 体 水 平 尺 寸表2―2 人体主要尺寸(单位：mm)表2-3 立姿人体尺寸(单位：mm)表2-4 坐姿人体尺寸(单位：mm)表2-5 人体水平尺寸（单位：mm）表2-6各区域的体重、身高和胸围三项参数的均值和标准差（单位：mm）2． 我国成年人人体动态尺度（1）肢体活动角度范围图2-8 人体肢体活动角度范围图2-9 人体上部及上肢固定姿势活动角度范围（ ） 不 同 姿 势 时 手 能 及 的 空 间 范 围图 立 姿 上 身 及 手 的 可 及 范 围 、 坐 姿 上 身 及 手 的 可 及 范 围2-102图2-11单腿跪姿上身及手的可及范围图2-12仰卧姿势手及腿的活动空间3、常用人体功能尺寸测量区域五、手、脚作业域测量1、 手的测量图2―14手的测量(1) 水平作业域图2-15 手在水平面的正常作业阈和最大作业域（cm）图2-16 坐姿抓握作业域（cm）(2) 垂直作业域图2-17 立姿双臂垂直作业域图2-18 立姿双臂垂直作业域图2-19 身高与摸高的关系2、脚的测量图2―20 脚的测量3、 脚作业空间图2-21 脚的作业区域第一节结束第二节 人体的人机学参数一、人体体部指数及有关人机学参数计算可根据人体的身高、体重等基础测量数据， 利用一些经验公式计算出所需的其它各部分数据。 1、人体的体部指数 （参见教材P34公式2-7～2-11） 2、用人体身高尺寸计算人体各部分尺寸 （见图2-22、图2-23及表2-9）图2-22 坐姿静态尺寸编号图图2―23 立姿静态尺寸图表 2-9 静坐时人体尺寸与身高的关系名 称 计算式 0.523H 0.311H 0.249H 名 称 计算式 0.256H 0.203H 0.229H坐 高 膝 高 坐姿臀高肘与肘间宽 臀部宽 肩 宽座到肘高大腿厚 臀部到膝高 臀部到小腿长0.135H0.086H 0.342H 0.280H手前伸长度坐位眼高 两手恻平伸长度 坐面至举手指尖高0.462H0.454H 1.032H 0.795H3、用人体体重计算人体体积和表面积 （1）人体体积 V ? 1.015W ? 4.937（2）体表面积S ? K R ? W 0.425 ? H 0.725S ? 0.0061 H ? 0.0128W ? 0.15294、用身高、体重、表面积求有关人机学参数 S ? 0. W 0.051456（见表2-10 ）表2-10 人体有关人机学参数计算公式二、 人体生理学参数及测量1、最大耗氧量（Vo2max）及氧债能力 （见图2-24 ） 2、最大心率 3、搏出量与最大心脏输出 4、肌电图 5、呼吸量的测定 6、脉搏数的测定 7、发汗的测定 8、血液成份变化的测定 9、脑电图 （见表2―12 ）第二节结束图2-24 三种氧债与相应的劳动负荷示意图 （a）常量负荷 （b）高量负荷 （c）超量负荷表2―12 大脑意识状态与人为错误的潜在危险性第三节 疲劳的测定一、疲劳自觉症状调查表2－12 疲劳自觉症状调查表身体症状头晕 头痛 全身不适 身体局部不适或痛 肩膀酸痛 呼吸困难 腿软 口粘、口干 打呵欠 出冷汗精神症状头脑不清 思想不集中不原思考 不爱说话 焦躁 困倦 精神涣散 对事冷漠 易忘事 常出错 对事放心不下感觉症状眼睛疲劳、恍惚 眼睛发滞、发干 动作笨拙、失误 脚下不稳、摇晃 味觉不灵 眩晕 眼皮及其他部位发抖 听觉迟钝、耳鸣 手脚打颤 动作不准二、测量疲劳的几种方法1、测定心率 2、呼气分析法 3、触两点辨别阈法 （表2－13 ） 4、膝腱反射阈的测定 5、反应时间测定法 6、频闪融合阈值测定法 （表2－14与图2-25 ） 7、色名读唱时间法 8、皮肤电流测定法第三节结束表2－13 人体皮肤不同部位的触两点辨别阈中 指 食 指 拇 指 无名指 小 指2.5 3.0 3.5 4.0 4.5上 唇 5.5 文 颊 7.0 鼻 部 8.0 手 掌 11.5 大足趾 12.0前 脚 腹 胸 前额 底 部 部 臂15.0 22.5 34.0 36.0 38.5肩 背 上 大 小部 部 臂 腿 腿41.0 44.0 44.5 45.5 47表2－14 频闪融合阈值日间变化率（％） 周间变化率（％）劳动类型理想界限 允许界限 理想界限 允许界限体力劳动 体力、脑力结合的劳动 脑力劳动～10 ～7 ～6～20 ～16 ～10～3 ～3 ～3～13 ～13 ～13图2-25 CFF值及心动数日周期变化第四节 人体测量数据的应用一、人体数据的运用准则1、最大最小准则。 2、可调性准则 3、平均准则 4、使用最新人体数据准则 5、地域性准则 6、功能修正与最小心理空间相结合准则 7、标准化准则。 8、姿势与身材相关联准则 9、合理选择百分位和适用度准则? 人体测量数据选用的注意事项? 设计和确定作业空间尺寸的根据，必须保证至少90%的用户的适应性、兼容性、操作性和维护性，即人体主要尺寸的设计极限应根据第5至95百分 位数的值确定。? 必须适应或允许身体某些部分通过的空间尺寸（如通道、出入口、防触及危险部位的安全距离等），应以第95百分位的值作为适用的人体尺寸。? 有限度的或受身体延伸所限制的空间尺寸（如抓握物体的可及距离、控制器的位移、显示器与测试点位置、安全防护罩上的空隙等），应以第5百 分位的值作为适用的人体尺寸。? 可调整的尺寸（如高度可调的坐椅、工作台、控制器、安全带等），应以第 5百分位至第 95百分位的人体尺寸范围作为高速范围适用的人体尺 寸；只能用一种中等尺寸供群体使用时（如墙壁上的开关高度、门上把 手尺寸等），应以第50百分位数作为适用的人体尺寸? 搞清该尺寸的适用范围，如适用的国家、地区、民族、年龄、性别、职业及社会阶层等，否则，盲目选用，设计出的产品适用性较差? 人体测量数据应用应注意人体尺寸的变化。一方面从事某种工作的劳动人群的身材有变化时，其最佳适应尺寸也应随之改变；另一方面，世界 各国人体身高有增加的趋势，近20年来世界各国人体的身高平均每 10年 增加1cm，我国的人体身高增加更快，所以在收集或选用人体尺寸资料 时应注意这种现象。二、人体尺度在工程设计中的应用1．人体尺度应用的原则 （从工程设计应用角度讲） （1） 满足度：满足度是产品设计尺寸满足特定使用者 群体的百分率。也就是说从人体工程学角度看，你的设 计适合多少人. （2） 产品尺寸设计任务的分类 ① I型产品尺寸设计(就是上面所说的可调准则)：尺 寸在上限值和下限值之间可调，上下限百分位分别为 5 ％和95％时，满足度为90％。 ② Ⅱ型产品尺寸设计(最大最小准则)表2―16表2-16 人体尺寸百分位数选择产品类型 I型产品 尺寸设计 Ⅱ型产品 尺寸设计 ⅡA型产品 尺寸设计 ⅡB型产品 尺寸设计 Ⅲ型产品 尺寸设计 产品类型定义 需要两个百分位数作为 尺寸上限值和下限值的依据 只需要一个百分位数作为 尺寸上限值或下限值的依据 只需要一个人体尺寸百分位数 作为尺寸上限值的依据 只需要一个人体尺寸百分位数 作为尺寸下限值的依据 只需要第50百分位数作为 产品尺寸设计的依据 说 明属双限值设计属单限值设计属大尺寸设计属小尺寸设计平均尺寸设计2、人体尺寸的应用方法和程序 （1） 确定所设计对象的类型和适应度确定设计对象的功能尺寸的主要依据是人体尺寸百分 位数，而它的选用又与设计对象的类型密切相关。首先 应确定所设计的对象是属于哪一类型。见表2―17。（2） 选择人体尺寸百分位数在确认所设计的产品类型及其等级之后，选择人体尺 寸百分位数的依据是适用度。人机工程学设计中的适用 度，是指所设计产品在尺寸上能满足多少人使用，通常 以适合使用的人数占使用者群体的百分比表示。表2-17设计 类型 I 型 产品重 要程度产品尺寸设计分类百分位数的选择选用户x99和x1为尺寸上、下限值的依据 选用x99和x5作为尺寸上、下限值的依据适应度 98% 90%涉及人的安 全、的健康 一般用途 涉及人的安 全、健康的 一般用途 涉及人的安 全、健康的 一般用途一般用途ⅡA型选用x99和x95作为尺寸上限值的依据 选用x90作为尺寸上限值的依据 选用x1和x5几作为尺寸下限值的依据 选用x10作为尺寸下限值的依据 选用户x50作为产品尺寸设计的依据选用男性的x99，x95或x90为尺寸上限值 选用女性的x1、x5，或x10为尺寸下限值99%或 95% 90% 99%或 95% 90%通用ⅡB型Ⅲ型 产品成年男、 女通用 产品一般用途通用3．确定功能修正量和心理修正量 （1）必须考虑到实际中人的可能姿势、动态操 作、着装等需要的设计裕度，所有这些设计裕 度总计为功能修正量 （2）为了消除人们心理上的“空间压抑感”、 “高度恐惧感”和“过于接近时的窘迫感和不 舒适感”等心理感受，或者是为了满足人们 “求美”、“求奇”等心理需求，涉及人的产 品和环境空间设计 ，必须再附加一项必要的心 理空间尺寸，即心理修正量四、人体身高在设计中的应用方法以身高为基准确定工作面高度、设备和用具高度的方法， 通常是把设计对象归成各种典型的类型，并建立设计对象 的高度与人体身高的比例关系，以供设计时选择和查用。 图2―26是以身高为基准的设备和用具的尺寸推算图，图中 各代号的含义如表2―18所示。图以 身 高 为 基 准 的 设 备 和 用 具 尺 寸 概 算 图2-26表2-19代号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12 13 14 15 16 17 定 义设备、用具及通道高度与身高的关系设备高与 身高之比 4／3 7／6 8／7 l／1 33／34 11／12 10／11 6／7 3／4 3／5 5／9 6／ll 6／11 10／19 4／9 7／17 2／5 3／8举手达到的高度 可随意取放东西的搁板高度(上限值) 倾斜地面的顶棚高度(最小值，地面倾斜度为5―15b) 楼梯的顶棚高度(最小值，地面倾斜度为25～35b) 遮挡住直立姿势视线的隔板高度(下限值) 直立姿势眼高 抽屉高度(上限值) 使用方便的搁板高度(上限值) 斜坡大的楼梯的天棚高度(最小值，倾斜度为50b左右 能发挥最大拉力的高度 人体重心高度 采取直立姿势时工作面的高度 坐高(坐姿) 灶台高度 洗脸盆高度 办公桌高度(不包括鞋) 垂直踏棍爬梯的空间尺寸(最小值，倾斜80～90b) 手提物的长度(最大值)说明：上述尺寸均未考虑着装和穿鞋袜修正量，若穿鞋袜+2.5cm； * 号为坐位 基点的高度。第三章人的生理和心理 及生物力学特性第一节 人的生理特性一、人的感知特性 1、人的感知反应过程 ? 人机系统 （见图3-1） ? 人的神经系统结构（见图2）2006.2图3-1 人 机 系 统 图2006.2中枢神经神 经 系 统脑：延髓；脑髓；中脑；间 脑；小脑；大脑 脊髓脑神经；脊神经 按 解 剖 分 按功能分感觉（传入）神经（运 传动 出神 ）经周围神经躯体运动神 经（支配骨骼 植物性神经 肌) （支配内脏器 官）图22006.2人的神经系统结构2、感觉的基本特征? ? ?? 人的各种感受器都有一定的感受性和感觉阈限。 （表3-1） ? 从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达到一定强度才能对感受器官发生作用。（表3-2） 一种感受器官只能接受一种刺激和识别某一种特征，眼睛只接受光刺激， 耳朵只接受声刺激。人的感觉印象80%来自眼睛，14%来自耳朵，6%来 自其他器官。 同时有多种视觉信息或多种听觉信息，或视觉与听觉信息同时输入时， 人们往往倾向于注意一个而忽视其它信息，如果同时输入的是两个强度 相同的听觉信息，则对要听的那个信息的辨别能力将下降50%，并且只 能辨别最先输入的或是强度校大的信息。 感觉器官经过连续刺激一段时间后，敏感性会降低，产生适应现象。2006.2表3－1感觉 种类视觉 听觉 嗅觉 味觉 皮肤 感觉 深部 感觉 平衡感 觉2006.2刺激及感觉反应识别特征 形状、大小、位置、 远近、色彩、明暗、 运动方向等 声音的高低、 强弱、方向和远近 辣气、香气、臭气 甜酸、苦辣、咸等 触觉、痛觉、 温度觉、压觉 撞击、重力、姿势等 旋转运动、直线 运动和摆动等 调整 作 用感觉 器官眼 耳 鼻 舌 皮肤及 皮下 组织 肌体 神经 及关节 前庭 器官适宜刺激 光 声 挥发和飞 散的物质鉴别 报警、 联络 报警、 鉴别 鉴别 报警被唾液溶 解的物质物理或化学物 质对皮肤作用 物质对肌 体的作用 运动和位 置变化表3－2感觉人体主要感觉阈值感 觉 阈 上 限下限视觉 听觉 嗅觉 味觉 触觉 温度觉 振动觉2006.2（2.2～5.7）×10-17J 1×10-12J/m2 2×10-7kg/m3 4×10-7(硫酸试剂摩尔浓度) 2.6×10-9J 6.28×10-9kg ?J/m2?s 振幅2.5×10-4mm（2.2－5.7）×10-8J 1×102J/m29．13×106kg? J/m2?s3、知觉的基本特征 人的知觉一般分为空间知觉，时间知觉，运动知觉与社会知觉等， 它们有如下共同特征： ? 知觉的整体性 （见图3） ? 知觉的理解性 （见图4） ? 知觉的恒常性 ? 知觉的选择性 （见图5）2006.2图3知觉的整体性2006.2图42006.2知觉的理解性图5人头托盘双关图2006.24、人的视觉及其特性 ?（1）人眼的构造 眼球的基本结构（见图6） 眼球的水平解剖图 （见图3-2） ?（2）视觉的基本参数 波长和强度效应 视角（见图3-3） 视力 视野（见图3-4，图3-5 ） 视距（见表3-3） 色觉2006.2图62006.2人眼球的基本结构图 ＊ 眼 球 的 水 平 解 剖 图3 22006.2图3－3视角D ?＝2 arctg 2L2006.2图 ＊ 人 的 水 平 视 野 和 垂 直 视 野3 42006.2图3－52006.2人对不同颜色的视野表3－3几种工作视距的推荐值固定视野直 径(cm)任务要求举例视距离（cm）备注最精细的 工 作安装最小部件 （表?电子元件）12～2520～40完全坐着，部 分地依靠视觉 辅助手段精细工作安装收音机、 电 视 机 印刷机、钻井机、 机床旁工作 包装、粗磨 黑板、开汽车25～35（多 为30～32）40～60坐着或站着中等粗活 粗 活 远 看2006.250以下 50～150 150以上至80 30～250 250以上坐着或站着 多为站着 坐着或站着（3）常见的几种视觉现象? 暗适应与明适应 （见图3-6） ? 眩光 ? 视错觉 （见图3-7a，图3-7b，图3-7c）2006.2图3－6暗适应和亮适应曲线2006.2图3－7a2006.2几种常见视觉错误图 3- 7 b一系列视错觉图2006.2图3-7c 视 错 觉 图2006.2（4）视觉运动规律? 眼睛的水平运动比垂直运动快，即先看到水平方向的东西，后看到垂直方向的东西。 ? 视线运动的顺序习惯于从左到右，从上至下，顺时针进行。 ? 对物体尺寸和比例的估计，水平方向比垂直方向准确、迅速、且 不易疲劳。 ? 当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相同的情况下，观察率优先的 顺序是左上、右上、左下、右下。 ? 两眼的运动总是协调的、同步的，在正常情况下不可能一只眼睛 转动而另一只眼睛不动；在操作中一般不需要一只眼睛视物，而 另一只眼睛不视物。 ? 人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受。 ? 颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。当人们从远处辨认前方的 多种不同颜色时，其易于辨认的顺序是红、绿、黄、白。当两种 颜色相配在一起时，易于辨认的顺序是：黄底黑字，黑底白字， 蓝底白字，白底黑字等。2006.25、听觉特性 （1）人耳构造和听觉过程 （见图3-8，图3-9） （2）听觉特征 ? 可听范围 （见图3-10） ? 可听声音的强度（见图3-11） ? 方向敏感度 ? 掩蔽效应2006.2图3－82006.2人耳的构造图 3-9人耳的剖面图2006.2图3－10年龄对听力敏感性的影响2006.2图3-112006.2人的听觉阈限6、人的嗅觉、味觉和肤觉特性（1）嗅 觉（2）味 觉（3）肤 觉?触觉（触觉感受器见图10 ?温度觉 ?痛觉（见图11）2006.2，触觉阈限）图 102006.2部分触觉感受器图 人 的 痛 、 温 度 和 粗 略 触 觉 传 导 通 路2006.2二、人的反应时间1、定义 2、影响反应时间的影响因素?随感觉通道不同而不同 （见表3-4） ?与运动器官有关 （见表3-5） ?与刺激性质有关 （见表3-6） ?随执行器官不同而不同（见表3-7） ?与刺激数目的关系 （见表3-8） ?与颜色的配合有关（见表3-9） ?与年龄有关（见表3-10） ?与训练有关2006.2表3－4T （秒 ） 听觉 0.115 ～ 0.182 触觉 0.117 ～ 0.201反应时间随感觉通道的变化味觉 视觉 0.188 ～ 0.206 嗅觉 咸味 0.200 ～ 0.370 0.308 甜味 0.446 酸味 0.523 苦味 1.082表3－5动作部位 握取 手 旋转 脚反应时间与运动器官的关系动作特点 直线 曲线 克服阻力 不克服阻力 直线的 克服阻力的 直线的 脚向侧面 弯曲 倾斜 最少平均时间 （ms） 70 220 720 220 360 720 360 720～20 1260腿躯干2006.2表3－6 反应时间与刺激性质的关系动作 部位动作特点表3－7执行器官的反应时间执行器官 右手 左手 右脚 左脚 反应时间 （ms） 147 144 174 179最少平均时 间 （ms）70 220 720 220握取 手 旋转直线 曲线 克服阻力 不克服的脚直线的 克服阻力的直线的 脚向侧面 弯曲 倾斜360 720360 720～20 1260腿躯干2006.2表3－8刺激选择数 反应时间 （ms） 1 187 2 316反应时间与刺激数目的关系3 364 4 434 5 485 6 532 7 570 8 603 9 619 10622表3－9颜 色 对 比 平均反应时间 （ms）反应时间与颜色的关系白与黑 197 红与绿 208 红与黄 217 红与橙 246表3－10年 龄 20100年龄与反应时间的关系30104401125011660161反应时间相对值2006.2三、人体活动过程的生理变化与适应1、人体活动时机体的调节与适应 ? 神经系统 ? 血管系统（心率、血压、血液再分配 、 血液成分 ） ? 呼吸系统 ? 体温调节 2、脑力劳动时机体的调节与适应 3、人体信息处理系统 4、人体节律周期和昼夜周期2006.2四、环境因素对生理功能的影响 及作业环境分级1、粉尘作业环境? ?粉尘及其危害 工业粉尘的卫生标准和管理标准（见表3-11）2006.2表3－11《生产性粉尘作业危害程度分级》生产性粉 尘中游离 SiO2含量≤10％ 工人接尘时间 肺总通气量 （升/日人） －4000 － －4000 &10 － 40 ％ － －4000 &40 － 70 ％ －6000 0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅵ 0 ～1生产性粉尘浓度超标倍数 ～ ～2 ～4 ～8 16～ 32～ 64&6000－4000&70％2006.2－6000&60002、环境化学因素及其危害?（1）工业生产中的毒物及中毒?（2）生产中常见毒物对人体的影响一氧化碳（见表 3-12 ） / 二氧化碳（见表 3-13 ） / 二氧化硫 / 氯气（表3-14）/铅 /汞 /熏烟 /雾滴?（3）工业毒物的卫生标准和管理标准（见表3-15～3-18）2006.2表3－12一氧化碳对人体影响与浓度的关 系浓度ppm 对人体产生的影响 100 400～500 600～700
4000以上 数小时对人体无影响 1小时内无影响 1小时后有时会引起不快感 1小时后会引起不快感 1小时后会有危险 1小时内即有危险表3－13 二氧化碳对人体影响与浓度的关系接触时间 （min） 10 40 80 10 40 80 10 40 802006.2浓度（％） 2.0 1.6 1.4 3.5 2.8 2.4 7.9 6.8 6.1人体中毒症状 轻度精神紧张，感觉变化，轻度听力 减退，呼吸频率增高。 恶心，头晕，呼吸急促，视觉辨别能 力下降 昏迷，严重意识丧失。表3－14氯对人的急性中毒反应浓度人体反应mg/m30.06 1.5 3～9 18 90 120～180 300 3000Ppm0.02 0.05 1～3 6 30 40～60 100 1000 嗅觉阈浓度 有气味 有明显气味，刺激眼、鼻 刺激咽喉致咳 引起剧咳 接触30～60min，可能引起严重损害 可能造成致命损害 可危及生命2006.2表3－15危害级别56种毒物危害级别毒 物 名 称Ⅰ级（极度危 害）汞及其化合物、苯、砷及其无机化合物、氯乙烯、铬酸盐 重铬酸盐、黄磷、铍及其化合物、对硫磷、羰基镍、八氟 异丁烯、氯甲醚、锰及其无机化合物、氰化物、三硝基甲 苯 铅及其化合物、二硫化碳、氯、丙烯青、四氯化碳、硫化 氢、甲醛苯胺氟化氢、五氯酚及其钠盐、镉及其化合物、 敌百虫、氯丙烯、钒及其化合物、溴甲烷、硫酸二甲酯镍、 甲苯二异氰酸酯、环氧氯丙烷、砷化氢、敌敌畏、光气、 氯丁二烯、一氧化碳、硝基苯 苯乙烯甲醇、硝酸、硫酸、盐酸、甲苯、二甲苯、三氯乙 烯、二甲基酰胺、六氟丙烯、苯酚、氮氧化物 溶剂汽油、丙酮、氢氧化钠四氯乙烯、氨Ⅱ级（高度危 害）Ⅲ级（中度危 害） Ⅳ级（轻度危 害）2006.2表3－16 毒物危害权种 系数毒物危害程度级别 Ⅰ级（轻度危害） Ⅱ级（中度危害） Ⅲ级（高度危害） Ⅳ级（极度危害） D 8 4 2 1表3－18有毒作业分级表指 数 范 围 C ≤ 0 0&C ≤ 6 6&C ≤24 24&C ≤96 C&96 级 别表 3 － 17 有毒作业时间 权系数 有毒作业劳动时间（h） ≤2 〉2～5 〉52006.20级（安全作业） 一级（轻度危害作业） 二级（中度危害作业） 三级（重度危害作业） 四级（极度危害作业）L 1 2 33、物理因素危害? 高温（见表3-19，表3-20）? 低温（表3-21、表3-22、表3-23）? 噪声（表3-24）? 振动 ? 辐射2006.2表3－19接触高 温作业 时间 min高温作业分级表WBGT指数oC25 ～ 26 Ⅰ27 ～ 28 Ⅰ29～ 30 Ⅰ31 ～ 32 Ⅰ33 ～ 34 Ⅱ35 ～ 36 Ⅱ37 ～ 38 Ⅱ39 ～ 40 Ⅲ41 ～ 42 Ⅲ －≥ 43 Ⅲ －≤120 121～ 240 241～ 360ⅠⅠⅡⅡⅢⅢⅣ －Ⅳ －ⅡⅡⅢⅢⅣ －Ⅳ －－－≥360ⅢⅢⅣⅣ－－－－2006.2表3－20工作地点温度 oC 30～32 &32～34 &34～36 &36～38高温作业允许持续接触热时间限值轻劳动 80 70 60 50 中等劳动 70 60 50 40 重劳动 60 50 40 30&38～40&40～42 &42～444030 203020 102015 102006.2表3－21低温作业分级表温 度 范 围oC冷水作 业时间 率（％）≤5 ～10≤0～ －5≤－5～ －10≤－10～ －15≤－15～ －20&－20≤25 &25～50 &50～75 &75Ⅰ Ⅰ Ⅰ ⅡⅠ Ⅰ Ⅱ ⅡⅠ Ⅱ Ⅱ ⅢⅡ Ⅱ Ⅲ ⅢⅡ Ⅲ Ⅲ ⅣⅢ Ⅲ Ⅳ Ⅳ2006.2表3－22工厂车间内作业区的空气温度和湿度标准2006.2表3－23冷水作业 时间率（ ％） ≤12～ 10 &10～ 8冷水作业分级表&8～6&6～4&4～2&2～0≤25 &25－50 &50－75 &75Ⅰ Ⅰ Ⅰ ⅡⅠ Ⅰ Ⅱ ⅡⅠ Ⅱ Ⅱ ⅢⅡ Ⅱ Ⅲ ⅢⅡ Ⅲ Ⅲ ⅣⅢ Ⅲ Ⅳ Ⅳ2006.2表3－24噪声危害程度 安全作业 轻度危害作业噪声作业分级级别指数表指数范围 I≤0 0&I≤1 级别 0 Ⅰ中度危害作业高度危害作业 极度危害作业1&I≤22&I≤3 I&3ⅡⅢ Ⅳ2006.2第二节 人的心理特性 一、 心理学概述认识过程：如感觉、知觉、记忆、注意、思维、想象心理过程特性 情感过程：如情绪与情感意志过程：如意志个性心理特征： 如需要、动机、兴趣、能力、气质、性格、世界观心理特性2006.2二、心理特性与安全1、注意 ?当心理活动指向或集中于某一事物时，就是注意。 ? 从生理上，心理上不可能始终集中注意力于 一点。 ? 不注意的发生是必然的生理和心理现象，不 可避免。 ? 不注意就存在于注意之中。2006.2自动化程度越高，监视仪表等工作最容易发生不注意。预防不注意产生差错的方法如下： ? 1）建立冗余系统，为确保操作安全，在重要 岗位上，多设l～2个人平行监视仪表的工作； ? 2）为防止下意识状态下失误，在重要操作之 前，如电路接通或断开、阀门开放等采用“指 示唱呼”，对操作内容确认后再动作； ? 3）改进仪器、仪表的设计，使其对人产生非 单调刺激或悦耳、多样的信号，避免误解。2006.22、情绪与情感?情绪、情感是人对客观事物的一种特殊反应形式。 ?情绪、情感为三种因素所制约：环境影响、 生理状态和认识过程。其中认识过程起关键 作用。 ?情绪状态可分为心境，激情，应激。 ?情感是在人类社会历史发展过程中形成的高 级社会性情感，人类社会性情感可归结为道 德感、理智感和美感。2006.2在实际工作中表现出来的有如下几种不安全情绪： ? ① 急躁情绪：人的情绪状况发展到引起人体意识范围变狭窄，判断力 降低，失去理智力和自制力。心血活动受抑制等情绪水平失调呈病态时， 极易导致发生不安全行为。（见图3－14 ） ? ② 烦躁情绪：表现沉闷，不愉快，精神不集中，心猿意马，严重时自 身器官往往不能很好协调，更谈不上与外界条件协调一致。2006.2图3－14安全操作水平与情绪激动水平关系图2006.2? 过高和过低的情绪激动水平，使人的动作准确度降至50%或以下，注意力无法集中，不 能自制。某矿技术员与爱人吵架，为逃避家 庭烦恼而提前上班，误人顶板未撬实的采场， 被冒落松石打死。这是抑制状态下事故的一 例。 高的情绪激动水平有利于发挥劳动效率，可 播放欢快的乐曲鼓动生产情绪。应当指出， 设备复杂、多工种作业的冶金厂等，车间内 不应播放音乐和口号，以免造成干扰，影响 安全生产。? 从事快速、紧张的劳动，如兴修水利等，较2006.2? 情绪激动水平的高低是外界（环境的、社会的）刺激情景引起的，因此，改变外界刺激 可以改变情绪的倾向和水平。从组织管理上 （包括思想工作、安全检查、劳动组织等） 及个体主观上若能注意创造健康稳定的心理 环境并用理智控制不良情绪，由情绪水平失 调导致的不安全行为就可以大幅度下降。 ? 安全检查表中有一栏目，调查工人有无家庭 纠纷、打架、赌气等事件发生。如影响工人 情绪较大，可采取换班休息、谈话等方式， 不使工人带着沉重的情绪进人操作岗位。实 践证明，这是行之有效的安全措施。2006.23、意志? 意志就是人们自觉地确定目的并调节自己的行动去克服困难，以实现预定目的的心理过程，它是意识的能动作用的表现。? 意志品质有积极的，也有消极的。积极的品质表现为自觉性、果断性、自制力和坚定性；消极的品质表现为盲目性、冲动性、脆弱性和盲目 性。2006.24、态度? 态度是个人对他人、对事物较持久的肯定或否定的内在反应倾向。 ? 态度的形成主要受三种因素的影响，即知识或信息，主要来自父母、同事和社会生活环境；需要，欢迎态度，相反则不然；团体的规定或 期望，一般说来个人的态度要与他所属的集体的期望和要求相符合。 属于同一集体的人，他们的态度较类似。团体的规定是一种无形的压 力影响同一团体的成员。? 人们对安全工作的态度对搞好安全工作具有重大影响，在安全管理中，应通过宣传，教育，团体作用使工人对安全工作的态度不仅是正确的， 而且要达到内化的程度。2006.2? 性格是人们在对待客观事物的态度和社会行为的方式中，区别于他人所表现出的那些比较稳定的心理特征的总和。 ? 性格特征：对现实的态度的特征/性格的意志特征/性格的情绪特征/性 格的理智特征 ? 有学者将性格分为：冷静型、活泼型、急躁型、轻浮型和迟钝型。前 两者中的性格属于安全型，后三种属于非安全型 ? 性格与安全生产有着密切的联系，在其他条件相同的情况下，冷静型 性格的人比急躁型性格的人安全性强。对工作马虎的人容易出现失误。 实践中不少人因鲁莽、高傲、懒惰、过分自信等不良性格、促成了不 安全行为而导致伤亡事故。5、性格2006.26、能力?能力是人顺利完成某种活动所必须具备的心理特征之一。?能力的个体差异与安全a.人的能力与岗位职责要求相匹配 b.发现和挖掘职工潜能 c.通过培训提高人的能力 d.团队合作时，人事安排应注意人员能 力的相互弥补2006.2? 气质是一个人生来就有的心理活动的动力特征。心理活动的动力指心理7、气质过程的程度、心理过程的速度和稳定性以及心理活动的指向性。 ? 胆汁质的人情绪产生速度快，表现明显、急躁，不善于控制自己的情绪 和行动；行动精力旺盛，动作迅猛；外倾。 ? 多血质的人情绪产生速度快，表现明显，但不稳定，易转变；活泼好动， 好与人交际,外顷。 ? 粘液质的人情绪产生速度慢，也表现不明显，情绪的转变也较慢，易于 控制自己的情绪变化；动作平稳，安静，内倾。 ? 抑郁质的人情绪产生速度快，易敏感，表现抑郁、情绪转变慢，活动精 力不强，比较孤僻，内倾。2006.2从安全工程角度来看，四种不同气质的人 都有其特点和弱点。? 粘液质的人适于做精细而要求有耐心的工作，这种人稳重可靠，注意力集中时间长，有利于安全生产；? 多血质的人缺乏耐心，从事单调重复的工作容易产生精神溜号，造成产品质量下降或事故，不宜在安全上负有重任。例如，某矿一技 术员，为人热情，活泼好动，善于交往，遇事容易冲动好胜。在一 次安全检查中他带领大家检查危险区域，第一个爬上久已腐朽的木 梯，坠落死亡。? 抑郁质的人不宜于单独操作安全方面的关键设备和工艺过程。2006.28、需要与动机? 需要是人参与社会行动的基础，动机则是促使人活动的原因。 ? 动机是由需要产生的，需要是个体在生活中感到某种欠缺而力求获得满足的一种内心状态它是机体自身或外部生产条件的要求在脑中的反映。 有什么样的需要就决定着有什么样的动机。? 马斯洛提出了需要层次论（见图3-12）。他认为，人的需要分为生理需要、安全需要、社交需要、尊重和自我实现的需要，依次由低级到高级。? 自我实现的需要越强烈，目标越高，对安全的需要也更敏感。2006.2图 12马斯洛的需要层次发展模式2006.29、非理智行为的心理因素? 侥幸心理 ? 省能心理 ? 逆反心理 ? 凑兴心理 ? 从众心理2006.2三、颜色的心理作用1、颜色现象?明度、色调和饱和度 ?颜色的混合 2、颜色的心理作用 ?冷暖感 ?兴奋和抑制感 ?前进和后退感 ?轻重感 ?轻松和压抑感 ?软硬感 ?膨胀色与收缩色2006.2四、声音对心理的作用? 1、乐声的作用 ? 2、噪声的危害表3－28不同环境的声压级环 境 声压 级dB 0 10 20 30 40 环境 微电机附近 普通说话 繁华街道 公共汽车上 72型风机附近 声压 级dB 50 60 70 80 90 环境 纺织车间 8－18型风机附近 大型球磨机 开坯锻锤铆钉枪 喷气式飞机 声压 级dB 100 110 120 130 140刚刚听到的声音 农村静夜 树叶落下沙沙声 轻声耳语 安静房间2006.2第三节人体生物力学一、人体生物力学的一般知识1、骨骼的功能 ? ⑴ 人体骨骼强度 ? ? 骨的功能 ? ? 骨杠杆（图3-18 ） 2、关节的活动范围 ? (1) 关节的连结 ? (2) 关节的作用2006.2图3―18人体骨杠杆2006.23、人体肌肉力学特性4、人体运动的特征图3－20屈前臂时形成的力矩图示2006.25、人体活动范围? 最有利范围：是指可使人在既达到动作目的同时又保证了人的工作轻松、舒适、不疲劳的最佳效果的人体活动范围，亦称顺手可及活动范 围。施加的操纵力不大的、使用频率很高的、极重要的操作装置应安 装在此范围内。? 正常范围：是指人体一般活动均在此活动范围内进行，如上肢相对于不动的肩膀在肘关节弯曲时外切弧的范围。一般常用的又重要的操作 装置应安装在此范围内。? 最大可及范围：是指肢体长时间处于最大限度伸直状态的活动范围。不常用的费力很大的操作装置应安装在此范围内。2006.2二、 人体各部分的操纵力?操纵力是指操作者在操作时为达到操作的目的所付出的一定数量的力。?肢体的力量来自肌肉收缩，肌肉收缩时所产生的力称为肌力。?在操作活动中，肢体所能发挥的力量大小除了取决人体肌肉的生理特征外，还与施力姿 势、施力部位、施力方式和施力方向有密切 关系（见图3-21 ）2006.2图3-21 立姿弯臂时的力量分布2006.21、手的操纵力? (1) 坐姿操纵力坐姿时不同角度上臂力测试如图3-22所示， 其测量结果见表3-32。 ? (2) 立姿操纵力 立姿操作时，手臂在不同角度上的拉力和推 力分布，如图3-23所示 ? (3) 握力 男女不同年龄段握力，见表3-33 ? (4) 拉力与推力 ? (5) 扭力和提力 应用手柄操纵时最合适的力，见表3-342006.2图3-22 坐姿操纵力侧视图 （a）侧视图 （b）俯视图2006.2表手臂角度（0） 左手拉力 右手 向后 180（向前平伸臂） 150 120 90（垂臂） 60 230 190 160 150 110 向上 180 150 120 90 60 40 70 80 80 70 向内侧 180 150 120 90 60 60 70 90 70 80 90 90 100 80 90 40 40 50 50 60 60 80 110 90 90 60 80 100 100 80 240 250 190 170 120 190 140 120 100 100 左手推力 右手 向前 230 190 160 160 160 向下 80 90 120 120 90 向外侧 60 70 70 70 803-322006.2坐 姿 时 手 臂 在 不 同 方 向 上 的 操 纵 力图3-23 立姿操作时手臂在不同 角度上的拉力和推力分布2006.2表3-33男女不同年龄段握力握 力（N）性别年龄最小值16 18 20 23 25 16 18 20 23 25 274 324 344 373 379 202 211 218 226 230最大值480 529 556 579 585 314 332 330 338 343标准值343～441 392～460 418～487 442～510 448～516 239～276 248～285 256～293 264～301 268～305男女2006.2表3-34应用手柄操纵时最合适的力右手最适合的用力（N）左手最适合的用力（N）手柄距地高 度（mm） 向 上 向 下 向侧方 向上向 下向侧方500～650 650～～～1600140 120 80 9070 120 80 14040 60 60 40120 100 60 40120 100 60 6030 40 40 302006.2?2、脚的操纵力? 脚产生力的大小与下肢的位置、姿势和方向有关。? 脚产生的操纵力一般都是以压力的形式出现，压力的大小随着脚离开人体中心对称线向外 偏转的程度有关。（见图3-24）? 一般地说，在坐姿的情况下，脚的伸展力大于屈曲力；右脚的操纵力大于左脚的操纵力； 男的脚力大于女的脚力。 （见表3-35 ）2006.2图3-24 不同体位下脚的蹬力及在 各个角度时的压力比值2006.2表3-35脚 别右 脚 左 脚脚的操纵力比较(N)屈曲力男326 299伸展力男478 421女234 209女344 2992006.2三、人体活动的速度与准确度 1、肢体的动作速度?肢体动作速度的大小，基本上决定于肢体肌肉收缩的速度?对于操作动作速度，还取决于动作方向和 动作轨迹等特征 应为0.1～0.2S,手指叩击速度1.5～5次／S， 判断时间为1～5S。?人的无条件反应时间为0.1～0.15S,听觉反2006.22、人体动作的频率?动作频率是指在一定时间内动作所重复的次数。?肢体的动作频率也取决于动作部位和动作方式(见表3-36 )?在操作系统设计时，对操作速度和频率的要求不得超出肢体动作速度和频率的能力限度。 (见表3-37，表3-38)2006.2表3-36人体各部位动作速度与频率限度动作部位 数动作速度或频率 值 单 位cm.s-1 cm.s-1 次.s-1 r.s-1 次.s-1 Hz 次.s-1 次.s-1手的运动 控制操纵杆位移 手指敲击的最大频率 旋转把手或驾驶盘 身体转动 手控制的最大谐振截止频率 手的弯曲与伸直 脚掌与脚的运动2006.235 8.8～17 3～5 9.42～29.46 0.72～1.62 0.8 1.0～1.2 0.36～0.72表3－37动作部位 动作特点动作速度表动作一次最少的平 均时间（S） 0.07 0.22 0.72 0.22 0.36 0.72 0.36 0.72～1.45 0.72～1.62 1.26手抓取动作 直线的 曲线的 旋转动作 克服阻力 不克服阻力 直线的 克服阻力的 直线的 脚向侧面 弯曲 倾斜脚腿躯干2006.2表3-38 动作部位 手 手指 前臂人体各部分动作的最大频率 动作的最大频率（次 /min） 204～406 360～431 160～292臂腿 脚2006.299～344300～373 330～4003、人体动作的灵活性? 改变操纵方向时，圆形轨迹比直线轨迹灵活。? 手向着身体比离开身体的动作灵活而准确? 前后往复比左右往复动作的速度大。 ? 最大动作速度与被移的负载的重量成正比，而达到最大速度所需要的时间与被移动的负载成正比? 人体较短部位的动作比较长部位的动作灵活； ? 人体较轻部位的动作比较重部位的动作灵活 ? 人体体积较小部位动作比较大部位动作灵活。2006.2进行安全人机系统设计时，为使动作速度、频 率和准确性、灵活性很好地结合，须遵循的规 律：?? 劳动时，不论连续动作时间长短，都应在最有利的位置开始和结束。?? ? ?? 沿曲线的、直线的或不规则轨迹的动作，都应该让操作者的动作从 容不迫。? 具有急剧改变方向的动作，应尽量采用流畅而连续的动作。 ? 手在水平内动作比在垂直面内的动作要准确。 ? 工作时的动作次数应尽量减少，频率应降低。2006.2?? ????重要作业尽可能由一个人的动作完成。最重要和常用的装置或工具应当放在最有 利范围之内。 操纵者的操纵动作，按适宜的半径作圆周 运动比沿直线运动好。?? ??从一个操纵位置到另一个操纵位置的动作 应当平稳，不允许有跳跃式动作。 如果操作者不可避免地按不正确的轨迹动 作时，应当考虑改变手的动作，这时采用直线 形式的轨迹要灵活些。2006.2四、影响人体作用力的因素1、体 重?体重既有利于操纵，又有不利于操纵的，操 作时应尽量避免将力耗费在不合理的动作和 身体的运动上。 利的一面，采取相应姿势尽量使体重发挥作 用。 （见图3-25）?体重对操作既有好处也有坏处，应该取其有2006.2图3-25 力的应用（甲）2006.2图3-252006.2力的应用（乙）2、 体 位 ? 操作者的体位（立位、坐位、躺位）、躯干的稳定性对人的作用力也 有一定的影响。 ? 立位作业可以经常改变操作的姿势，活动范围大，易于用力，但单调 作业会引起疲劳 ? 立位可适当地走动，有助于维持工作能力，但立位不易进行精确而细 致的工作，不易转换操作，而且肌肉要作更多的功用以维持体重，易 引起疲劳。 ? 坐位则可以进行较长时间地精确而细致的工作，可以手足并用，但是 坐位作业则不易改变姿势，用力受限制，工作范围受局限，久坐会导 致生理性疲劳? 躺位操作易疲劳，汽车修理工修理汽车时就有时必须仰躺着工作。2006.2第四节疲劳与恢复一、疲劳的概念?所谓疲劳，就是在人体发生可以概括为失去功能或打乱这样的变化，引起生理活动的变化也就是 发生机能变化、物质变化、自觉疲劳和效率变化 的现象。?所谓疲劳就是人体内的分解代谢和合成代谢平衡不能维持，换言之，当高位与低位的代谢反应平 衡不正常时叫疲劳。?疲劳是体力和脑力效能暂时的减弱。作业者在作业中，作业机能衰退，作业能力下降，并伴有疲 倦感等主观症状。（见表 1 ）2006.2表1疲劳自觉症状调查表2006.2二、疲劳的特点? ? ? ?大脑与疲劳有关的现象，乃是人身疲劳的最大特征。 限制过度劳累，起着预防机体过劳的警告作用，即具有防护身体安全 的作用。 人体疲劳后，具有恢复原状的能力，而不会留下损伤痕迹。 由作业内容和环境变化太少引起，当作业内容和环境改变，疲劳可以 减弱或消失。 从有疲倦感到精疲力竭，感觉和疲劳有时并不一定同步发生。?2006.2三、疲劳的分类?按疲劳的原因分：生理性/心理性疲劳 ?按疲劳所发生的部位分： 精神/肌肉/神经疲劳 ?按疲劳的程度分： 一般/过度/重度疲劳 ?按疲劳产生的时间长短分： 急性/慢性疲劳 ?按作业方式分： 动态作业/静态作业疲劳2006.2．基于疲劳表象的分析分为：1）个别器官疲劳，如计算机操作人员的肩肘痛、眼疲劳；打 字、刻字、刻蜡纸工人的手指和腕疲劳等。 2）全身性疲劳，全身动作，进行较繁重的劳动，表现为关节 酸痛、困乏思睡、作业能力下降、错误增多、操作迟钝等。 3）智力疲劳，长时间从事紧张脑力劳动引起的头昏脑胀、全 身乏力、肌肉松弛、嗜睡或失眠等，与心理因素相联系。 4）技术性疲劳，常见于体力脑力并用的劳动，如驾驶汽车、 收发电报、半自动化生产线工作等，表现为头昏脑胀、嗜睡、 失眠或腰腿疼痛。 5）心理性疲劳，多是由于单调的作业内容引起的。例如，监 视仪表的工人，表面上坐在那里悠闲自在，实际上并不轻松。 信号率越低越容易疲劳，使警觉性下降。这时的疲劳并不是 体力上的，而是大脑皮层的一个部位经常兴奋引起的抑制。2006.2三 、疲劳的测定1、疲劳自觉症状调查(见表１) ２、测量疲劳的几种方法 （１）测定心率 （２）呼气分析法 （３）触两点辨别阈法 （表2－13 ） （４）膝腱反射阈的测定 （５）反应时间测定法 （６）频闪融合阈值测定法 （表2－14） （７）色名读唱时间法 （８）皮肤电流测定法2006.2表2－13 人体皮肤不同部位的触两点辨别阈中 2.5 食 3.0 拇 3.5 无 名 4.0 小 4.5指指指指指上 5.5 文 7.0 鼻 8.0 手 11.5 大足趾 12.0唇颊部掌前 额 15.0 脚 底 22.5 腹 部 34.0 胸 部 36.0 前 臂 38.5肩 41.0 背 44.0 上 44.5 大 45.5 小 腿部部臂腿472006.2表2－14 频闪融合阈值日间变化率 图2-25 CFF值及心动数日周期变化 （％）周间变化率（％）理想界限 允许界限劳动类型理想界限 允许界限体力劳动 体力、脑力结合的劳动 脑力劳动～10 ～7 ～6～20 ～16 ～10～3 ～3 ～3～13 ～13 ～132006.2四、影响作业疲劳的因素? 生理性疲劳除与劳动方式、速度、强度和劳动时间、身心活动简单的因素有关外，还与照明、气候、温度、湿度等工作环境因素有关。? 劳动内容单调极易引起心理性疲劳。 ? 性格差异和智能水平的高低使人们在工作中产生厌倦和疲劳的程度是不同的。 。? 生性欢悦好动的人，在工作中易感疲劳；性格沉静安分的人，在工作中不易感疲劳。2006.2五、疲劳与安全1．睡眠休息不足、困倦引起事故（例1） 这类事故多见于夜班或长时间作业未得休息的情况，多为技术性 作业事故。如某矿的卷扬机司机，白天休息不充分，夜班时打盹，开动 卷扬机后即进人半睡眠状态，以致造成过卷事故，拉断钢绳，坠人井底。 类似事故不胜枚举。又如某个体汽车司机昼夜连续行车，最后困倦不支， 车辆失去控制，坠人公路桥下，车毁人亡。体力为主的劳动，事故危险 性小。立位工作比坐位工作更安全，因为坐位技术性作业者更易因困倦 而入睡，因为在极度疲劳和困倦时，往往无法自我控制。2006.22．反应和动作迟钝引起的事故（例2）疲劳感越强，人的反应速度越慢，手脚动作越迟缓。某钢厂 厂区内铁路纵横交错，道口很多。疲劳状态下的工人在下班途中或 作业中常不能敏锐地觉察侧面和后面来车，因而引起伤亡事故。如 有一次调车中，将正在操作没有觉察躲避的操作工扎倒致死。又如 某矿井，三名工人因疲劳靠在矿定处休息，突然矿壁塌落，一名坐 着休息的工人被砸死，二名立位工人受重伤。一方面是因为疲劳， 没有正确选择休息地点；另一方面是因为疲劳后感官敏感度下降， 不能及时觉察塌落预兆。2006.23．疲劳心理作用 （例3）疲劳常造成心绪不宁，思想不集中，心不在焉，对事物反应 淡漠、不热心，视力听力减退等。如某建筑工地拆除方形脚手架， 事先约定，上部每扔下三根木杆，下部人员进人脚手架下抽取木杆 一次。但是因下部作业的工人上班前通宵赌博，过度疲劳，精神恍 惚．工作几个周期后下部没有反响，上部作业人员下来才发现下面 的工人已被脚手杆打死。2006.24、环境因素加倍疲劳效应 例如，各工业部门在高温季节（七八月份）事故发生率较高；室外作 业则在寒冷季节事故率增大。下图是某大钢铁企业30年来事故率随气 温和月份变化的统计图。2006.26．疲劳与机械化程度 历史地分析事故发生率，可以发现：手工劳动时期事故率低，高 度机械化、自动化作业事故率也较低；半机械化作业事故率最高， 其中包含许多人机学问题。半机械化作业时，人必须围绕机机械进 行辅助作业，由于人比机械力气小，动作慢，所以往往用力较大造 成疲劳，再加人机界面上存在问题就会导致事故发生。例如：鞍山 市（包括鞍钢）年4年间的死亡事故中，70%属于半机 械化作业。具体事故多在人机配合上，作业人员奋力强作，力所不 及情况下发生事故。2006.2六、疲劳的改善与消除1．提高作业机械化和自动化程度 2．加强科学管理改进工作制度 3．合理安排工作时间及休息时间 （见图1、图2 ） 4．多种休息方式 5．轮班工作制度（见表1、表2 ） 6．业余活动和休息的安排2006.2图12006.2工厂一天工作曲线图2 响2006.2不同休息制度对工效的影表1 四班三轮制（a）：6（2）6（2）6（2）型日期 次数 白班 中班 夜班 空班 1 2 A D C B 3 4 B A D C 5 6 C B A D 7 8 D C B A 9 1 0 A D C B 11 12 B A D C 13 1 4 C B A D 15 1 6 D C B A 17 1 8 A D C B 19 2 0 B A D C 21 2 2 C B A D 23 2 4 D C B A2006.2表2 四班三轮制（b）：5（2）5（1）5（2）型日期次数 白班 A A A A A B B B B B C C C C C D D D D D1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 0中班CCDDDDDAAAAABBBBBCCC夜班BBBCCCCCDDDDDAAAAABB空班DDCBBAADCCBBADDCCBAA2006.2第四章安全人机功能匹配第一节 人机系统的基本概念 一、人机系统的类型 1、 按有无反馈分类? 开环人机系统 ? 闭环人机系统2、 按系统自动化程度分类 （1）人工操作人机系统图4-1 人工操作人机系统2、 按系统自动化程度分类 （2）半自动化（机械化）人机系统图4-2 半自动化人机系统2、 按系统自动化程度分类 （3）自动化人机系统图4-3 自动化人机系统3、 按人机结合方式分类为：人机串联，人机并联和人与机串、并混 联三种类型，见图4-4图4-4 人与机的结合方式二、人机系统的功能 四大功能：信息接受、信息储存、信息处理和执行等，其关系如图4-5所 示图4-5 人机系统的功能第二节l、机械的组成机械的安全特性一、机械的组成及在各状态的安全问题机器的种类繁多，形状大小差别很大，应用目的也各 不相同。 从机器最基本的特征入手，得出机器组成的一般规律： 由原动机将各种形式的动力能变为机械能输入，经过 传动机构转换为适宜的力或速度后传递给执行机构， 通过执行机构与物料直接作用，完成作业或服务任务， 而组成机械的各部分借助支承装置连接成一个整体， 其组成结构如图4-6所示。图4-6 机器的组成2、机械在各种状态的安全问题（1）正常工作状态大量形状各异的零部件的相互运动、刀具锋刃的切削、起吊重物、机械 运转的噪声等，在机械正常工作状态下就存在着碰撞、切割、重物坠落、 使环境恶化等对人身安全不利的危险因素。（2）非正常工作状态在机器运转过程中，由于各种原因引起的意外状态。例如，意外启动、 运动或速度变化失控，外界磁场干扰使信号失灵，瞬时大风造成起重机 倾覆倒地等。机械的非正常工作状态往往没有先兆，会直接导致或轻或 重的事故危害。（3）故障状态故障状态是指机械设备（系统）或零部件丧失了规定功能的状态。故障对安全影响的两种结果： 有些故障的出现对所涉及的安全功能影响很小，不会出现大的危险 。例如，当机器的动力源或某零部件发生故障时，使机器停止运转，处 于故障保护状态 有些故障的出现，会导致某种危险状态。例如，由于电气开关故障 ，会产生不能停机的危险；砂轮轴的断裂，会导致砂轮飞甩的危险；速 度或压力控制系统出现故障，会导致速度或压力失控的危险等。（4）非工作状态机器停止运转处于静止状态时，在正常情况下，机械基本是安全的； 但不排除由于环境照度不够，导致人员与机械悬凸结构的碰撞；结构垮 塌；室外机械在风力作用下的滑移或倾覆；堆放的易燃易爆原材料的燃 烧爆炸等。（5）检修保养状态 检修保养一般在停机状态下进行，但其作业的特殊性往往迫使检修 人员采用一些超常规的做法。例如：攀高、钻坑、将安全装置短路、进 入正常操作不允许进入的危险区等，使维护或修理容易出现在正常操作 不存在的危险。二、机械危险的主要伤害形式和机理 机械危险:是指由于机器零件、工具、工件或飞溅的固体、流体物 质的机械作用可能产生伤害的各种物理因素的总称。 机械危险的基本形式主要有：挤压、剪切、切割或切断、缠绕、吸 入或卷入、冲击、刺伤或扎穿、摩擦或磨损、高压流体喷射等。机械的 危险可能来自机械自身、机械的作用对象、人对机器的操作，以及机械 所在的场所等。 机械危险的伤害实质，是机械能（动能和势能）的非正常做功、流动 或转化，导致对人员的接触性伤害。无论机械危险以什么形式存在，总 是与质量、位置、不同运动形式、速度和力等物理量有关。l、机器零件（或工件）产生机械危险的条件由机器零件(或工件)产生的机械危险是有条件的，主要由以下因素 产生：1．形状：切割要素、锐边、角形部分，即使它们是静止的；2 ．相对位置：机器零件运动时可能产生挤压、剪切、缠绕等区域 的相对位置；3．质量和稳定性：在重力的影响下可能运动的零部件的位能；4．质量和速度：可控或不可控运动中的零部件的动能； 5．加速度；6．机械强度不够：可能产生危险的断裂或破裂；7 ．弹性元件( 弹簧 ) 的位能或在压力或真空下的液体或气体的位能。2、机械伤害的基本类型1．卷绕和绞缠 ； 2．卷入和碾压 ； 3．挤压、剪切和冲撞 ； 4．飞出物打击 ； 5．物体坠落打击 ； 6．切割和擦伤 ； 7．碰撞和刮蹭 ；8．跌倒、坠落。三、机械安全设计的要求l、合理设计机械设备的结构型式 机械设备的结构型式一定要与其执行的预定功能相适宜，不能因结 构设计不合理而造成机械正常运行时的障碍、卡塞或松脱；不能因元件 或软件的暇疵而引起微机数据的丢失或死机；不能发生任何能够预计到 的与机械设备的设计不合理的有关事件。 通过选用适当的设计结构尽可能避免或减少危险 从人的安全需要出发，针对防止危险导致的伤害而采用一些技术措 施或增加配套设施2、足够的抗破坏能力及环境适应能力机械的各组成受力零部件及其连接，应满足完成预定最大载 荷的足够强度、刚度和构件稳定性，在正常作业期间不应发生由 于应力或工作循环次数产生断裂破碎或疲劳破坏、过度变形或垮 塌；还必须考虑在此前提下机械设备的整体抗倾覆或防风抗滑的 稳定性，特别是那些由于有预期载荷作用或自身质量分布不均的 机械及那些可在轨道或路面行驶的机械，应保证在运输、运行、 振动或有外力作用下不致发生倾覆，防止由于运行失控而产生不 应有的位移。 机械设备必须对其使用环境（如温度、湿度、气压、风载、雨 雪、振动、负载、静电、磁场和电场、辐射、粉尘、微生物、动 物、腐蚀介质等）具有足够的适应能力，特别是抗腐蚀或空蚀， 耐老化磨损，抗干扰的能力，不致由于电气元件产生绝缘破坏， 使控制系统零部件临时或永久失效，或由于物理性、化学性、生 物性的影响而造成事故。3、尽可能使机器设备达到本质安全（1）在不影响预定使用功能前提下，机械设备及其零部件应尽量避免设计 成会引起损伤的锐边、尖角、粗糙的、凸凹不平的表面和较突出的部分。 （2）利用安全距离防止人体触及危险部位或进入危险区 （3）在不影响使用功能的情况下，根据各类机械的不同特点，限制某些可 能引起危险的物理量值来减小危险 （4）对预定在爆炸气氛中使用的机器，应采用全气动或全液压控制系统和 操纵机构，或&本质安全&电气装置，也可采用电压低于&功能特低电压& 的电源，以及在机器的液压装置中使用阻燃和无毒液体。（5）应采用对人无害的材料和物质。对不可避免的毒害物应在设计时考虑 采取密闭、排放（或吸收）、隔离、净化等措施。在人员合理暴露的场 所，其成分、浓度应低于产品安全卫生标准的规定，不得构成对人体健 康的有害作用，也不得对环境造成污染。（6）机械产生的噪声、振动、过热和过低温度等指标，都必须控制在低于 产品安全标准中规定的允许指标，防止对人的心理及生理危害。 （7）有可燃气体、液体、蒸汽、粉尘或其他易燃易爆或发火性物质的 机械生产设备，应在设计时考虑防止跑、冒、滴、漏，根据具体情况配 置监测报警、防爆泄压装置及消防安全设施，避免或消除摩擦撞击、电 火花和静电积聚等，防止由此造成的火灾或爆炸危险。4、符合安全人机工程学的要求（1）合理分配人机功能 （2）适应人体特性（3）友好的人机界面设计（4）作业空间的布置5、可靠有效的安全防护 只要存在危险，即使操作者受过良好的技术培训和安全教育，有完善的规 程，也不能完全避免发生机械伤害事故的风险。 必须建立可靠的物质屏障，即在机械上配置一种或多种专门用于保护人的 安全的防护装置、安全装置或采取其他安全措施。 当设备或操作的某些环节出现问题时，靠机械自身的各种安全技术措施避 免事故的发生，保障人员和设备安全。 危险性大或事故率高的生产设备，必须在出厂时配备好安全防护装置。6、机械的可维修性及维修作业的安全（1）机械的可维修性。机器出现故障后，在规定的条件下，按规定程序或 手段实施维修，可以保持或恢复其执行预定功能状态，这就是机器的可 维修性。因此，在设计机器时，应尽量考虑将一些易损而需经常更换的 零部件设计得便于拆装和更换。 （2）维修作业的安全。在按规定程序实施维修时，应能保证人员的安全。 由于维修作业是不同于正常操作的特殊作业，往往采用一些超常规的做 法，如移开防护装置，或是使安全装置不起作用。为了避免或减少维修 伤害事故，应在控制系统设置维修操作模式；从检查和维修角度，在结 构设计上考虑内部零件的可接近性；必要时，应随设备提供专用检查、 维修工具或装置；在较笨重的零部件上，还应考虑方便吊装的设计。第三节 人机功能匹配一、人的主要功能? l、人的第一种功能――传感器通过感觉器官（视觉、听觉、触觉等）接受信息，感知系统的作业情况 和机器的状态? 2、人的第二种功能――信息处理器将接受的信息和已储存在大脑中的经验和知识信息进行比较分析后，作 出决定，如作出继续、停止或改变操作的决定? 3、人的第三种功能――操纵器根据决定采取相应行动，如开关机器或增减其速度等图4－7 人在操作活动中的基本功能示意图二、机的主要功能? l、接受信息 ? 2、储存信息 ? 3、处理信息 ? 4、执行功能三、人机特性比较?在人机系统设计中，首先要按照科学的观点分析人和机器各自所具有的不同特点，以便研究人 与机器的功能分配，从而扬长避短，各尽所长， 充分发挥人与机器的各自优点；从设计开始就尽 量防止产生人的不安全行动和机器的不安全状态， 做到安全生产。 ?人和机各有自己的能力和长处，归纳起来各表 现在四个方面： 人的功能的限度是准确性、体力、速度和 知觉能力； 机器功能的限度是性能维持能力、正常动 作、判断能力、造价及运营费用。表4―1 人与机的优缺点比较项 目 速 度 逻辑 推理 计 算 占优势 擅长于演绎而不易改变其演绎程 序 快且精确，但不善于修正误差 按照恰当设计制造的机器，在完 成规定的作业中可靠性很高，而 且保持恒定，不能处理意外的事 态。在超负荷条件下可靠性突降 能长期连续工作，适应单调专业， 需要适当维护 如果是专用机械，不经调整则不 能改作其它用途 机 器 时间延时为1s 擅长于归纳，容易改变其推理程序 人慢且易产生误差，但善于修正误差 人脑可靠性远超过机械，但极度疲劳与 紧急事态下很可能变成极不可靠，人的 技术水平、经验以及生理和心里状况对 可靠性很有影响，可处理意外紧急事态 容易疲劳，不能长时间连续工作，且受 性别、年龄和健康状态等影响，不适应 单调作业 通过教育训练，可具有多方面的适应能 力可靠性连续性灵活性表4―1 人与机的优缺点比较（续）项 目 机 器 人 在较宽的能量范围内承受刺激因素， 支配感受器适应刺激因素的变化，如 眼睛能感受各种位置、运动和颜色， 善于鉴别图象，能够从高噪声中分辨 信号，易受（超过规定限度的）热、 冷、噪声和振动的影响 能应付意外事件和不可能预测事件， 并能采取预防措施具有某些超人的感觉，如有 感觉电离辐射的能力 输 入 灵敏度智 力无 （智能机例外） 操纵力、速度精密度、操作 量、操作范围等均优于人的 能力。在处理液体、气体、 粉体方面比人强，但对柔软 物体的处理能力比人差操作处 理能力可进行各种控制，手具有非常大的自 由度，能极巧妙地进行各种操作。从 视觉、听觉、变位和重量感觉上得到 的信息可以完全反馈给控制器表4―1 人与机的优缺点比较（续）项 目机器人 1471KW 的功率输出只能维持 10s ， 367.75KW的功率输出可维持几分 钟， 150KW 以下的功率输出能持 续一天功率 输出恒定 ―― 不论大的，固定 的或标准的综合 能力多种途径最适用于文字的再现和长 期存储单一手段可存储大量信息，并进行多种途 径的存取，擅长于对原则和策略 的记忆记 忆四、人机功能分配1、人机功能分配的含义?对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当地分配给人或机，称为人机的功能分 配。 ?人与机器的结合形式，依复杂程度不同可分为： 劳动者-工具；操作者-机器；监控者-自动化 机器；监督者-智能机器等几种。 ?机器的自动化与智能化使操纵复杂程度提高因 而对操纵者提出了严格要求。同时操纵者的功 能限制也对机器设计提出特殊要求。? 人机结合的原则改变了传统的只考虑机器设计的思想，提出了同时考虑人与机器两方面因素，即在机器设计的同时把人看成是有知觉有技 术的控制机、能量转换机、信息处理机。 ? 凡需要由感官指导的间歇操作，要留出足够间歇时间；机器设计中， 要使操纵要求低于人的反应速度，这便是获得最佳效果的设计思想。2、人机功能分配的一般原则? 人能完成并能胜过机器的工作：发觉微量的光和声，接受和组织声、光的型式，随机应 变和应变程度，长时间大量储存信息并能回 忆有关的情节，进行归纳推理和判断并形成 概念和创造方法等。?目前机器能完成并胜过人的工作：对控制信号迅速作出反应，平稳而准确地产生“巨大 力量，做重复的和规律性的工作，短暂地储 存信息然后废除这些信息，快速运算，同一 时间执行多种不同的功能。表4―2 采用人机时有利点采用机器时的有利点 1、重复性的操作、计算，大量的情报资 料存储 2、迅速施加大的物理力时 采用人时的有利点 1、由于各种干扰，需要判断信息时 2、在图形变化情况下，要求判断图 形时 3、要求判断各种各样的输入时 4、对发生频率非常低时的事态需要 进行判断时3、大量的数据处理4、根据某一特定范围，多次重复作出判 断5、由于环境约束，对人有危险或操作容 易犯错误时6、当调节、操作速度非常重要，具有决 定意义时 7、控制力的施加要求非常严格时 8、必须长时间地施加控制力时5、解决问题需要归纳、判断时6、预测不测事件的发生时人机功能分配的一般原则?笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算的、支付大功率的、操作复杂的、环 境条件恶劣的作业以及需要检测人不能识别的 物理信号的作业，分配给机器承担?指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息输入时，机器系统的监控、维修、设计、创造、 故障处理及应付突然事件等工作，由人承担3、人机功能匹配对人机系统的影响 ?过去，由于不明人与机的匹配关系特性，使 机的设计与人的功能不适应而造成的失误很 多，如作战飞机的高度计等仪表的设计与人 的视觉不适应是造成飞机失事的主要原因 （见图4-8） ?在工作负荷过高的情况下，人往往出现应激 反应（即生理紧张），导致重大事故的发生。 ?进行合理的人机功能分配，也就是使人机结 合面布置得恰当，从安全人机工程学的观点 出发，分析人机结合面失调导致工伤事故， 进而采取改进对策。图4－8 设备设计中的人因工程4、人机分工不合理的表现?可以由人很好执行的功能分配给机器而把设备能更有效地执行的功能分配给人?不能根据人执行功能的特点而找出人机之间最适宜的相互联系的途径与手段?让人承担超过其能力所能承担的负荷或速度5、人机功能分配应注意问题? 信息由机器的显示器传递到人，选择适宜的信息通道，避免信息通道过载而失误，以及显示器的设计应符合安全人机工程的原则。 ? 信息从人的运动器官传递给机器，应考虑人的权限能力和操作范围， 控制器设计要安全、高效、可靠、灵敏。 ? 充分适用人和机的各自优势。 ? 使人机结合面的信息通道数和传递频率不超过人的能力，以及机适合 大多数人的应用。 ? 一定要考虑到机器发生故障的可能性，以及简单排除故障的方法和使 用的工具。 ? 要考虑到小概率事件的处理，对系统无明显影响的偶发性事件可以不 考虑，但一旦发生就会造成功能破坏的事件，就要事先安排监督和控 制方法。第五章 人机系统的安全设计人机系统的安全设计的内容 1、工作（规划）设计； 2、岗位设计； 3、显示器设计； 4、控制器设计； 5、作业环境设计； 6、安全防护装置设计。 人机系统安全设计须遵循的原则 1、以人为中心的设计原则 2、产品人性设计的原则 3、安全第一的思想贯穿于全过程的原则2006.3第 252 页第一节 工作（规划）设计一、工厂工作设计 工厂的工作设计包括工厂的厂址选择、厂区平面布置、厂区道路交通、 防火间距、厂房及设备的平面布置，原材料、燃料、产品等输送与储存， 废弃物的排放与处理，工艺流程中的安全设施及安全防范措施等内容， 在设计时要全面考虑对周围环境影响、防火、安全疏散、事故应急措施 等方面的安全。2006.3第 253 页二、城市（规划）工作设计? 1、城市人口密度基数的安全设计 ? 2、城市土地利用与安全设计 ? 3、对城市的变与不变相统一的安全设计? 4、城市通道的安全设计2006.3第 254 页第二节岗位设计?岗位设计指工作场所、工作姿态、作业空间、座椅设计等。 ?岗位设计不仅要求适应人体生理、心理，生 物力学特性，而且还要利用人体测量数据进 行合理的人机结合面设计，其结合面包括使 机器的显示器明显，控制装置使用方便，控 制器布置合理，使人机处于良好结合状态。 ?此外，报警、显示、控制等装置迅速及时有 效地进行工作并与人处于正常的状态。2006.3第 255 页一、工作空间设计 工作空间--亦称作业空间，是人们在从事某项作业时，为完成该项工作，人体所必须的活动范 围或空间。它包括人的操作活动范围和机器设备 中的显示器和控制器所及范围。作业空间设计应遵守一般原则：?正确协调总体设计与局部设计相互之间的关系 ?工作空间设计要着眼于人，落实于设备。 ?考虑人的认知特点和人体动作的自然性、同时性、对称性、节奏性、规律性、经济性和安全性。 ?保证至少在90％的操作者中具有适应性、兼容性、 操纵性和可达性。2006.3第 256 页作业空间包含了三种不同的空间范围? 第一种是人体在规定的位置上进行作业时（如操纵机器、维修设备等）,必须触及的空间，即作业 范围，或称为作业接触空间。人们为完成劳动任 务的大部分工时主要在这个范围内度过。 ? 第二种是人体在作业时或进行其他活动时（如进 出工作岗位、在工作岗位进行短暂的放松与休息 等），人体自由活动所需要的范围，即作业活动 空间。 ? 第三种是为了保障人体安全，避免人体与危险源 （如机械转动部位等）直接触所需要的安全防护 空间。在进行工作场地和器设备的设计与布局时， 必须充分考虑作业空间的安全人机工程学设计问 题。2006.3 第 257 页实际生产活动中的作业姿势?坐姿--坐着的作业姿势常指身躯伸直或稍向前倾10o～15o角，上腿平放，下腿一般垂直地或 稍向前倾斜着地，身体处于舒适的体位。 ?立姿---通常指人站立时上体前屈角小于30o时 所保持的姿势（前屈角大于30o为前屈姿势）。 ?坐－立交替姿势、 ?卧姿 ?蹲姿2006.3第 258 页? 坐姿作业的特点? 人体最合理的作业姿势就是坐姿作业。下列作业宜采用坐姿作业。 ? 持续时间较长的静态作业。此时需要支持身 体的力较小，腿上消耗的能量和负荷较小， 血液循环畅通，可以减少疲劳和人体能量的 消耗。 ? 精密度要求高而又要求仔细的作业。因坐姿 情况下，当设备振动或移动时，人体具有较 大的稳定度和较好的平衡度。 ? 需要手足并用，并对一个以上踏板进行控制 的作业。坐姿时，双脚容易移动，且可借助 座椅支撑对脚控制器施以较大力量。2006.3 第 259 页? 立姿作业的特点 ? 以下作业选用立姿作业优于坐姿作业：?（1）需要经常改变体位的作业。站着频繁的起坐消耗能最少些； （2）常用的控制器分布在较远区域、需要手足有较大运动幅度的作 业。因站姿时作业者可以走动，可以看见或使用坐姿作业者够不到的 部件； （3）需要用力较大的作业。立势时手臂力量较大，易于操作大操纵 杆。 此外，立姿作业时，还有作业者可变换位置，减少疲劳和厌烦；可 利用平展的工作面而无需任何容膝空间等重要优点。 立姿作业的缺点在于：不易进行精确而细致的工作；不易转换操作； 立姿时肌肉要作出更多的功以支持体重，故易引起疲劳；下肢负担较 重，长期站立易引起下肢静脉曲张等等。2006.3第 260 页? 坐―立姿交替作业的特点为了克服坐姿、立姿作业的缺点，在工作 岗位上经常采用坐―立姿交替作业的方式。 ? 这种作此方式的优点在于，能使作业者在工 作中变换体位，从而避免由于身体长时间处 于一种体位而引起的肌肉疲劳。例如，长时 间的单调的坐姿作业会引起心理性疲劳，改 成立姿适当走动，有助于维持工作能力，而 长时间的立姿作业会产生肌肉疲劳，坐下来 就可以得到消除。 ? 因此，坐―立姿交替作业能吸收各自的长处， 弥补各方面的短处，应尽可能用坐―立姿交 替作业方式，代替单纯的立姿作业方式。2006.3 第 261 页选择人体姿势和体位应该考虑下列各点?工作场地的大小、照明条件与视觉； ?体力负荷的大小及用力方向； ?工作场所各种物质 （包括必需的工具、加工材料等）的安放位置； ?控作台或工作台的台面高度，有无合适的 容膝空间； ?作业时起坐的频率等。2006.3第 262 页? 应该尽量避免的姿势 ? ① 站着不动的姿势（特别对女性）； ? ② 长期或经常重复地弯腰（指脊背弯曲角超过15°）； ? ③ 躯干扭曲并倾斜的姿势或半坐姿势； ? ④ 经常重复地单腿支撑的姿势； ? ⑤ 手臂长时间向前伸直或伸开等。2006.3第 263 页? 1、 坐姿作业空间布局设计坐姿作业空间主要包括工作台、工作座椅、人体活动余隙和作业范围 等的尺寸和布局等，其设计用人体参量和选用原则如表1所示。2006.3第 264 页表1 坐姿作业空间设计参数（毫米）男子百分位数 符号 人体测量项目 男 女 男女 混合 第5 第 50 第 95 第5 第 50 第 95 女子百分位数BD F G H I J K M N坐姿身高坐姿眼高 坐姿肩高 胸厚 坐姿肘间宽 坐姿大腿厚 前壁前展长 上肢前展长 坐姿肘高 坐姿窝高958749 557 245 371 151 323 612 298 448901695 518 239 348 151 292 554 284 405958695 518 245 348 151 292 554 298 448858749 557 186 371 112 323 612 228 383908793 598 212 422 130 351 664 263 413958847 641 245 489 151 378 716 298 448809695 518 170 348 113 292 554 215 342855739 556 199 404 130 318 602 251 382901783 594 239 478 151 345 653 284 4052006.3第 265 页（1）坐姿工作面的设计 ?坐姿工作面的高度主要由人体参数和作业性 质等因素决定 ?图5－1给出了坐姿作业时，作业性质对工作 面高度的要求。 ?图5－2给出了工作面高度与身高和作业活动 性质的关系 ?工作面宽度视作业功能要求而定。若单供肘 靠之用，最小宽度为100mm，最佳宽度为 200mm；仅当写字面用，最小宽度为305mm， 最佳宽度为405mm；作办公桌用，最佳宽度为 910mm；作试验台用，视需要而定。为保证大 腿容隙，工作面板厚度一般不超过50mm。2006.3第 266 页图5-1 坐姿工作面高度2006.3 第 267 页????a的台面高度为880±20毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离为 120-250毫米，能区分直径小于0.5毫米的零件。适合对视力强度、手 臂活动的精度和灵巧性要求都很高的作业，如钟表组装； b的台面高度为840±20毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离为 250-350毫米，能区分直径小于l毫米的零件，适合对视力强度要求较 高的工作，如微型机械和仪表的组装，精确复制和画图等； c的台面高度为740±20毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离小于 500毫米，能区分直径小于10毫米的零件，适合于一般的作业要求， 如一般的钳工工作、坐着的办公工作等； d的台面高度为680±20毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离大于 500毫米，适合于精度要求不高、需要较大力气才能完成的手工作业， 如包装、大零件安装、打字机上打字等。2006.3第 268 页图5-2 工作台和座位高度与工作 性质和人身高的关系2006.3 第 269 页? （2） 容膝空间 ? 在设计坐姿用工作台时，必须根据脚可达到区在工作台下部布置容膝空间，以保证作业者在作业过程中，腿脚能有方便的姿势。 ? 下图1和表5-1示出了腿脚的七种姿势（两腿伸直，脚在右角上，腿在 座位下弯曲，一只脚在前、一只脚在后，两腿交叉，两脚交叉，脚放 在脚控制器上）和最小最佳的容膝空间尺寸。2006.3第 270 页容 膝 空 间尺寸符号A B C D尺度部位最小 容膝孔宽度 容膝孔高度 容膝孔深度 大腿空隙 510 640 460 200 最大
240E容腿孔深度6601000）容 膝 空 间 尺 寸 （ 毫 米2006.3第 271 页（3）椅面高度及活动余隙? ?工作座椅需占用的空间，不仅包括座椅本身的几何尺寸，还包括 了人体活动需要改变座椅位置等余隙要求。 椅面高度应根据坐姿N窝高和坐姿时高的第95百分位数值设计，矮身 材的人可以通过脚踏板（脚垫）调整。 一般椅面高度比工作面高度低270-290毫米时，上半身操作姿势最 方便。因此，椅面高度宜取420±20毫米。 座椅放置的深度距离 （工作台边缘至固定壁面的距离），至少应在 810毫米以上，以便容易向右移动椅子，方便作业者的起立与坐下等 活动。 工作座椅的扶手至侧面固定臂面的距离最小为610毫米，以利作业者 自由伸展胳膊等。?2006.3第 272 页? ?（4）坐姿作业范围 坐姿作业的水平面作业范围的设计如图5－4（a）所示。2006.3第 273 页? 坐姿作业的垂直面作业范围的设计如图5－4（b）所示。2006.3第 274 页? 由水平面作业范围和垂直面作业范围构成的坐姿空间作业范围的舒适 ?区域介于肩与肘之间，此时，手臂的活动路线最短最舒适，能迅速而 准确地进行操作。见图5－5A 例如，当坐姿作业是小件组装，要把 8个部件装配起来，则作业者面 前至少需有 250×250 平方毫米的操作面积。供料箱应分布在作业者 前方大于250毫米处（即装配区的周围）和工作场所中心左方或右方 410毫米之内，并且不得高于工作面500毫米（最好在工作面上方250 毫米处，以减轻肩部肌肉疲劳）。经常取用的物件应置}