（机械电子工程专业论文）基于arm的作业环境监测评价系统的设计与实现.pdf

中文摘要 基于a r m 的作业环境监测评价系统的设计与实现 研究生： 导师： 学校： 金振兴 许映秋教授 周怡君讲师 东南大学 作业环境是作业系统中重要的组成部分，对作业系统有重大的影响，随着经济的发展和人类的 进步，逐渐成为人们关注的焦点。作业环境主要包括微气候、照明、色彩调节、噪声与振动、空气 污染五个大方面。人类工效学专家从生理、心理等方面对作业环境进行了大量的研究，发现作业环 境各要素对作业人员的影响，并建立了相关的数学模型、计算方法、设计和评价标准等，对作业环 境的改善、作业人员的安全、生产效率的提高起到了一定的推动作用。 作业环境监测与评价是作业环境改善的基础，本文在分析作业环境监测仪器研究现状的基础之 上开发了基于a r m 的作业环境监测与评价系统。主要工作如下： ( 1 ) 研究作业环境的具体内容和作业环境在作业系统中的作用，重点分析了现有作业环境监测 仪器的现状，在此基础上提出论文研究主题开发基于a r m 和w i n d o w sc e n e t 的作业环境监测 与评价系统。 ( 2 ) 提取作业环境各要素的评价指标并对指标分级、指标数据的采集方式以及作业环境评价 方法进行深入研究建立作业环境监测与评价体系。 ( 3 ) 根据作业环境监测与评价的需要，完成系统硬件的设计、制作与调试。主要完成处理器的 选型、接口电路( 串口、u s b 接口、l c d 接口) 、网络单元和a d 转换的设计等。 ( 4 ) 对嵌入式操作系统w i n d o w sc e n e t 进行深入研究重点探讨了w i n c e 内核对于外部中断 的处理、驱动程序的开发、内存管理和进程同步等内容。本文还对w i n c e 系统开发工具p l a t f o r m b u i l d e r 进行了研究探索，利用该工具开发了w i n c e 下a d 芯片的驱动，并完成调试和集成。 ( 5 ) 针对作业环境监测与评价体系，利用嵌入式应用样序集成开发环境e v c 以及嵌入式数据 库( s q ls e r v e r c e ) ，开发了基于w i n c e 的作业环境监测与评价应用软件。 关键词：作业环境；模糊综合评价；a r m ；w i n d o w sc e n e t ；嵌入式数据库( s q ls e r v e rc e ) 英文摘要 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fm o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o ns y s t e m f o rj o be n v i r o n m e n tb a s e do na r m b yj i nz b e n - x i n g s u p e r v i s e db yp r o f x uy i n g q i u l e c t u r e r s z h o ue i - j u n s o u t h e a s tu n i v e r s i t y j o be n v i r o n m e n ti sas i g n i f i c a n tp a r to f t h ei o bs y s t e m a n dm o r ea t t e n t i o nw a sf o c u s e do nt h es a f r y a n dh e a l t ho fe m p l o y m e n t sw i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m ya n dh u m a n j o be n v i r o n m e n tm a i n l y i n c l u d e sf i v em a j o ra s p e c t sw h i c ha r em i c r o - c l i m a t e ，l i g h t i n g , c o l o ra d j u s t m e n t , n o i s ea n dv i b r a t i o na n da i r p o l l u t i o n l o t so f r e a r c ho nt h ej o be n v i r o n m e n th a v eb e e n d o n eb ye r g o n o m i c se x p e r t sf r o mm a n ya s p e c t s ， s u c ha sp h y s i o l o g i c a l ，p s y c h o l o g i c a la n di t se f f e c to nw o r k e r s e r g o n o m i c se x p e r t sh a v ee s t a b l i s h e d m a t h e m a t i c a lm o d e l s ，c a l c u l a t i o nm e t h o d s ，d e s i g na n de v a l u a t i o nc r i t e r i a so nj o be n v i r o n m e n l t h a s ep l a y a g r e a tr o l ei ni m p r o v i n go p e r a t i n ge n v i r o n m e n t , p r o t e c t i o no f w o r k e r sa n dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y i m p r o v e m e n to ft h ej o be n v i r o n m e n tc a nb eb a s i c l ya c h i e v e db ym o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o n ，t h e i n a d e q u a c i e so ft h ec u r r e n te n v i r o n m e n t a lm e n i t o r i n gi n s t r u m e n t sw e r ea n a l y s i z e df i r s t l y , a n dt h e na l l a r m b a s e dj o be n v i r o n m e n tm o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o ns y s t e mw a sp r e s e n t e d w o r kd o n eb yt h i sp a p e r m a i n l yi n c l u d e sa sf o l l o w s ： ( 1 ) e x p l o r et h ed e t a i lc o n t e n t so ft h ej o be n v i r o n m e n ta n di t sr o l ei nj o bs y s t e m ，a n da n a l y z et h e s t a t u sa n dt h e d e f i c i e n c i e so ft h ee x i s t i n ge n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n ge q u i p m e n t s o nt h i sb a s i s ，t h e d e v e l o p m e n to fa l la r ma n dw i n d o w sc e n e t - b a s e dj o be n v i r o n m e n tm o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o ns y s t e m w a sp r o p o s e d ( 2 ) t h ee v a l u a t i o ni n d i c a t o r s ，i n d i c a t o r s g r a d e s c o l l e c t i o nm e t h o d so f t h ei n d i e a t o r sa n dt h ee v a l u a t i o n m e t h o d so f t h ej o be n v i r o n m e n tw e r er e s e r e h e dd e e p l y a c c o r d i n g l y , am o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o ns y s t e m o f t h ej o be n v i r o n m e n tw a se s t a b l i s h e d ( 3 ) a c c o r d i n gt ot h ed e m a n do ft h em o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o no ft h ej o be n v i r o n m e n t , t h ed e s i g n ， f a b r i c a t i o na n dd e b u g g i n go ft h eh a r d w a r es y s t e mw e r ec o m p l e t e d ；m a i n l yi n c l u d i n gc p us e l e c t i o n ，t h e d e s i g n so f i n t e r f a c ec i r c u i t s ( u a r t , u s b ，l c de t h ) ，n e t w o r km o d u l e sa n da dc o n v e r t e rc i r c u i ta n ds oo n ( 4 ) t h ee m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m w i n d o w sc e n e tw a ss t u d i e dd e e p l y , w h i c hm a i n l yf o c u s i n go n t h ee x t e r n a li n t e r r u p ti nk e r n e l ，d r i v e rd e v e l o p m e n t ，m e m o r ym a n a g e m e n t ，t h ep r o c e s ss y n c h r o n i z a t i o n ，a n d s of o 咄a tt h es a l n et i m e t h ew i n c es y s t e m 1 e v e id e v e l o p m e n tt o o l _ p l a t f o r mb u i l d e rw a sr e s e a r c h e d ， a n d i t w a s u s e d t od e v e l o p ，d e b u g a n d i n t e g r a t e a n a d d r i v e r w h i c h w a sr u n o n t h e w i n s o w s c e n e t ( 5 ) t h em o n i t o r i n ga n de v a l u a t i o na p p l i c a t i o nf o rj o be n v i r o n m e n tw a sd e v e l o p p e db ye v ca n ds q l s e r v e rc e 1 1 1 es o f t w a r er u n o nw i n s o w sc e n e t k e y w o r d s ：j o be n v i r o n m e n t ；f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ；a r m ；w i n d o w sc e n e t ：s q ls e r v e r c e u 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 越日期：斟 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：燃导师签名： 日 期： 瑚8 毕冲 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - j 第一章绪论 1 1 选题背景 第一章绪论 作业环境是人类功效学( h u m a ne r g o n o m i c s ) 研究的重要内容之一，具体包括微气候、照明、 色彩调节、噪声与振动、空气污染等要素。人类工效学专家基于大量的研究发现，作业环境各要素 对作业人员的生理、心理等有着重要的影响，并建立了相关的数学模型，提出了对应的设计、计算 方法和评价标准，对改善作业环境、保护作业人员的安全、提高生产效率起到了一定的作用。 作业环境作为作业系统的重要组成部分，对作业系统的影响主要表现在：对作业人员生理的影 响，对作业人员心理的影响，对生产效率、产品质量的影响，对生产安全的影响等。 作业环境对作业人员生理的影响。作业环境对作业人员生理的影响众所周知，如高温作业容 易使人中暑，粉尘浓度比较高的工作场所，作业人员易得肺部疾病等。 作业环境对作业人员心理的影响。主要表现为作业人员感情状态、平衡功能、敏捷度、协调 功能等的改变。如噪声作为一种紧张源，对作业工人心理有巨大的压力，使人烦躁不安，易激动， 甚至使人失去理智，引起情感紊乱，并可产生强烈的自我防御反应而表现山对立情绪等。文献报道， 噪声可引起作业工人的家庭及职业环境中的人际关系冲突增加 1 li 2 j 。空气中的有毒物质也会对作业 人员的心理产生很人的影响，国内许多研究表明，甲醛在对人造成损害的早期，机体尚未出现症状 之前，主要表现为行为功能或主观认知感觉上的偏倚 z l 。作业环境对人心理的影响往往易被人们忽 视，这也正是我们丁业 ：程人员应该特别注意的方面。 作业环境对生产效率、产品质量的影响。研究表明在照明条件差的情况下。将会引起眼睛 疲劳工作效率下降。改善照明条件可以提高工作效率，但照度值增加并非总是与劳动效率的增长 有关，这里存在一临界状态的问题。图1 1 为照度与生产率、视觉疲劳的关系图”j 。 1 0 0 相 藉8 0 差6 0 劳 童4 0 2 0 生 声 蛊 采 4 6 81 01 21 4 1 6 1 8 照度( 0 2 t x ) 图1 - 1 照度与生产率、视觉疲劳的关系 噪声操作失误影响显著，据某些工厂的研究表明，当加工车间的噪声降低2 5 d b 时，废品率下降 5 0 ；装配车间的噪声降低2 0 d b ，生产效率提高3 0 ，打字时的噪声降低2 5 d b ，打字错误率下降 3 0 ；从5 0 d b 降至3 0 d b ，电话交换台的差错率减少1 2 1 4 j 。 作业环境对生产效率、产品质量等方面的作用已经影响到了企业的竞争力。 作业环境对生产安全的影响。日本劳动省调查分析了5 0 万起事故，其中9 0 的事故是由人 为失误造成的。大量的现场资料表明，环境因素的变化会影响人的生理和心理，进而影响了人的行 动与行为最终会导致人为失误增多1 9 1 。 虽然作业环境对作业人员和企业本身有很大的影响，但是就目前来看国内企业的作业环境状 况实难令人满意。如：据一份调查显示，某市改制后的企业职业危害因素种类增多，危害范嗣扩大， 职业危害强度升级1 1 q ；福州马尾一纺织女工晕倒在车间，抢救无效死亡i 。由于作业环境问题给作 东南大学硕士学位论文 业人员带来伤害，进而对企业造成危害的例子还很多。究其原因，主要是企业管理者管理观念陈旧， 尚未建立环境成本效益【”1 1 ”1 观念，只看到改善作业环境需要投入，而没有看到恶劣的作业环境给企 业带米的潜在危险和良好的作业环境给企业带来的效益。 另一方面，加入世贸组织后，我国企业将参与世界经济环境的竞争。国际市场的进入，需要企 业得到权威机构的认可，在取得i s 0 9 0 0 0 质量管理体系证书之后，i s 0 1 4 0 0 0 环境管理体系证书， 也是国际市场要求企业持有的权威机构的认证证书。 由此可见对作业环境进行监测、评价和改善，对于作业人员和企业本身都是有益的，也是国内 企业进入国际舞台的必要条件。 在作业环境方面，首先在设计时要严格按照国家标准进行施工；另外，在企业的运行过程中要 根据企业的特点，对影响作业人员身体健康、情绪等的作业要素进行监测和评价。为企业作业环境 的改进提供依据，使作业人员在健康、愉快的环境下工作。因此利用先进的电子和计算机技术开发 一个便携式的作业环境监测与评价系统是一件非常有意义的事。 1 2 国内外作业环境研究现状 1 2 1 国外作业环境研究现状 2 0 0 7 年的世界职业安全卫生报告详细地介绍了国外在保障职业安全、提高作业环境方面的新的 举措。这些举措不仅体现了世界各国对作业安全和卫生的重视、对人力资源的关注，同时对我国在 职业安全和卫生管理方面也有一定的借鉴意义。 澳大利，首先，他们非常关注小企业的安全卫生状况i i q 。针对城市、郊区和农村的全雇员小 于或等于2 0 名的小企业，澳国政府发起了“小企业职业安全咨询项目”。该项目规定雇主须接受职 业安全与健康的法律、规章、责任和义务的培训；对企业作业现场进行职业安全与健康评估等。其 次，澳大利! f ：将职业安全与教育系统进行合作。日前止式提出一套旨在通过与教育系统合作提高职 业安全健康发展能力的计划，该计划包括研究职业安全健康= 具的原材料，有效地帮助职业安全健 康商业企业提高效益；开发学生“工程安全设计资源包系统”，该系统能够为大学本科1 程系的教师 和学生提供高质量并保证安全的原料信息等内容。 新西兰，由劳工部生产作业组实行职业安全健康监察员制度，监察员不仅要把那些违反了劳 动法中有关职业安全、健康条款的人送上法庭，还要提高作业现场的职业安全水平i l 。监察员拥 有很高的权利并且可以充当从学术领域到司法领域的很多角色。监察员还通过播放反映职业安全 的纪实电视系列片让全社会对一些职业安全条件恶劣的岗位产生震撼。 印度，在职业安全与卫生方面采取的主要措施是建立了重大危险源计算机数据库系统i l “。这些 数据库系统包括：危险化学品目录、重大危险作业区、重大危险源控制专家信息、职业安全健康地 图系统、事故档案、七大类来自政府利企业能够对重大危险源管理进行培训的专家信息。并对危险 化学品目录、重大危险源作业场所和重大隐患区的数据信息进行不间断的更新。数据库系统装配了 瓦赞( w h a z a n ) 有毒易燃气体泄露结果分析模块软件，并存储了3 5 0 种有重大危险的化学品伊帕 木( e p a c h e m ) 信息系统。这些数据库组成了一套为政府和企业导航的重要的软仲系统”。 日本，主要通过两方面工作来加强职业安全和卫生。一是通过构建职业健康工程来提高工人精 神和身体健康，确保工人将所有的力量都投入到工作之中【】”。具体实施表现为：有关机构为各个作 业场所提供创建职业健康中心的指导方案，以此来推动地区工业健康中心和带有工业健康护士的小 型作业场所的职业健康促进中心的创建。因为舒适的作业场所不但可以避免丁伤事故，还有助于振 奋工作信心。二是采取措施防止化学物质对职业健康产生的影响l 】，努力避免化学物质对作业工人 的危害。具体措施有精确测量有毒化学物质的毒性，制作有毒有害物质指导系统、提高作业场所资 助管理化学物质的能力。 韩国，竭力创建“清洁的作业场所”1 1 4 1 。他们研究发现，在制造业中，少于5 0 名雇员的小工厂 工伤事故发生率虽高。由于这些小工厂的雇主雨l 雇员均缺少辨识作业场所危险有害因素的能力，导 致这些工厂的安全设施缺乏。再就是作业工人不得不在恶劣的作业环境( 比如高温、粉尘和噪声) 2 第一章绪论 中工作。为了防止这些小工厂发生工伤事故，韩国职业安全健康局将根据实际情况为这些小工厂提 供全面咨询或安全评价，并根据安全评价的结果向其提供一些资金，支持其治理隐患。韩国安全健 康局将帮助这些小工厂逐步变成“清洁的作业场所”，同时也帮助他们提高雇员的稳定性和凝聚力， 增强企业的竞争力。 1 2 2 国内作业环境研究现状 我国作业环境的研究现状可以从四个方面进行考察。首先是国家关于劳动卫生标准的发展状况； 其次是作业环境相关的学术活动发展状况；第三是国内关于作业环境监测的软硬件设备状况；第四 就是目前企业的作业环境现状。 劳动卫生标准发展状况。劳动卫生标准在我国的传播与发展可以追溯到新中国建立初期。作 为我国劳动卫生有关的国家标准，当首推工业企业设计暂行卫生标准( 标准1 0 15 6 ) 。它由中华 人民共和国国家建设委员会、卫生部于1 9 5 6 年3 月2 0 日批准，自1 9 5 6 年7 月1 日起试行。该版本 是以苏联的工业企业卫生标准为蓝本而制定，规定了“作业场之作业地带的空气中有毒的气体、蒸 汽及粉尘的最大容许浓度( m a c ) ”，共计5 3 项【1 6 i 。随着国家经济、科技的发展该标准经历了若 干次的修订，其中比较有代表性的工业企业设计卫生标准文件为：t j 3 6 7 9 和g b z l - - 2 0 0 2 工业 企业设计卫生标准。t j 3 6 _ _ 7 9 标准是中国医学科学院会同卫生、设计、科研以及医学院校等单位 于1 9 7 9 年共同完成的。该文件就企业的选址、防尘、防毒、防暑、照明设计等给出了设计标准，在 指导我国企业设计和卫生保障方面发挥了2 0 多年的作用。然而在2 0 多年的实践中也发现直接对其 进行引用存在一些问题，这主要是因为其诸多内容是参考苏联同类标准，难以适合我国企业的具体 要求，如对于一些有害物质的最高容许浓度规定偏严l l ”等。另外该标准中的部分条文已不适应新形 势的要求，因此，2 0 0 2 年国家在原框架结构不变的前提下对已不适应当前工业企业发展的条文进 行了修订。在作业环境方面增加了防噪声与振动和防微波与高频等内容l l ”，所增加的部分条文把 近年人们关注的新职业危害冈素涵盖其中，部分条文参照了美国及国际化标准组织( 1 s o ) 的要求， 使该标准得以与国际接轨。 作业环境相关的学术活动状况。国内有一批热衷于作业环境相关研究的学者，主要表现为： 发挥自己的有利因素，利用各种条件，通过多种途径引进国外劳动卫生标准，并组织力量翻译出 版或刊登在本专业学术刊物上；根据自己专业的特点( 劳动卫生、心理学、医学) ，结合工厂的 实际研究作业环境对工人的生理、心理、工作效率、产品的质量、工厂事故等方面的影响，给企 业提出改进措施：一些学者将现代评价方法( 如模糊综合评价法i l 、多目标决策理想区间法【2 0 】 等) 引入到作业环境的评价中，为作业环境的评价提供了新的思路。通过相关文献的检索还可以发 现，随着经济的发展，人们对于健康、快乐的要求不断地提高，健康- l 作、快乐工作逐步成为新时 代的主题，作业环境逐步成为人们关注的焦点，关于作业环境的研究也被不断注入新的内容。 国内关于作业环境监测的软硬件设备状况。随着材料科学、电子技术、传感器技术的飞速发 展，环境监测设备逐渐向数字化、小型化、便携式的方向发展。如c e l - 2 3 1 数字式声级计、t e s 1 3 3 9 专业级照度计等。这些先进的设备是软硬件相互结合的产物，为作业环境的相关测量提供了方便的 工具。 目前企业的作业环境现状。随着改革开放的不断深化，我国企业的管理水平有了很大的提高。 有的企业引进了6 s 管理方法，生产现场井井有条，作业环境也得到了很大改善。但是国内企业的作 业环境状况形势依然非常的严峻，主要表现在：有的工厂出现热死职工的现象”i j ；车间污染物超标 状况依然大量存在“等。 1 3 便携式作业环境采集设备研究现状 由1 2 节介绍的内容可知关于作业环境监测的便携设各种类非常多，如噪声计、照度计等。这 些仪器设备在人因工程的教学实验、作业现场的监测评价中都有广泛的应用，为人l l t 解作业环境 提供了方便。但是，这些数字化便携仪器存在着一定的不足，主要体现在以下几个方面： 功能单一。这些仪器一般只测量作业环境中的某一个要素，如噪声计只能测量等效连续声级 3 东南人学硕士学位论文 这样一个作业环境要素。 人机交互效果羞。由于没有强劲的多媒体硬件支持，图像显示颜色单调( 黑自为主) ，分辨率 低，单位面积的信息表达量低，此缺点大大遏制了仪表的现场实时分析功能。 工作模式简单、上层软件支持少、数据存储量小。这些仪器往往只能对指标进行监测，没有 提供自动评价功能，灵活性比较差。由于受到存储器容量的限制，这些仪器般只能存储十几组数 据，不利于现场数据的处理和离线分析。 1 4 课题的提出 随着经济的发展和人类的进步，职业安全和卫生逐渐成为人们关注的焦点。2 0 0 7 年“世界安全 生产与健康日”的主题就是“保证职业安全卫生、实现体面的工作”。体面劳动是2 0 0 7 年世界安全 生产与健康日的主要内容之一，与会者普遍认为：体面的劳动必须是安全的、不伤害劳动者身心健 康的劳动安全和健康的劳动对生产力的提高和经济增长也是一种积极的冈素。大家还认为，发展 安全生产与职业健康事业有利于促进劳动力资源的优化和中华民族整体健康素质的提高，是构建和 谐社会、实现又好又快发展目标的必然要求【j 。 作业环境监测是作业环境评价与改善的基础，然而目前广泛应用的便携式作业环境监测仪器 存在如1 3 节所述的不足之处。因此，本课题提出以功能强大的3 2 位嵌入式微处理器$ 3 c 2 4 1 0 ，与 多任务、图形界面出众的嵌入式操作系统w i n d o w sc e n e t 为软硬件基础，拟开发集数据采集、存储、 显示、评价于一体的作业环境监测与评价系统。该系统具有采集方式多样化、采集界面人性化、上 层软件功能多样化的特点，基本弥补了现有作业环境便携仪器的不足，是先进的嵌入式技术在作业 环境监测与评价中的一次实践，为构建人性化的作业环境提供有力工具。 1 5 主要研究内容 本课题的研究内容主要有： ( 1 ) 对作业环境进行深入研究 研究作业环境各要素对作业人员、生产效率的影响，阐明作业环境在作业系统中的重要作用。 在此基础上，提取作业环境评价指标，选择评价方法，建立作业环境评价体系。 ( 2 ) 嵌入式开发技术的学习币i 研究 研究的内容包含软硬件两个方面：硬件方面，主要对本文选用的$ 3 c 2 4 1 0 处理器的体系架构、 功能模块等进行深入体会，同时对电路设计的相关知识进行研究；软件方面，主要对操作系统的知 识进行研究，重点研究嵌入式操作系统w i n d o w sc e n e t 的中断处理、内存管理、进程同步与通信、 驱动开发等内容，另外对开发工具( p l a t f o r mb u i l d e r 、e v c 、p r o t e l 等) 进行了分析和应用。 ( 3 ) 硬件系统的开发 根据作业环境监测与评价的需要，利用电路设计的相关知识和工具，以$ 3 c 2 4 1 0 ( a r m 9 2 0 t ) 为核心，设计开发便携式作业环境采集设备。完成硬件的设计、制作与调试，为指标数据的采集和 软件运行提供基础。 ( 4 ) 相关软件的开发 完成w i n d o w sc e n e t 系统下两类软件的开发：嵌入式操作系统w i n d o w sc e ，n e t 下a d 芯片 的驱动程序；嵌入式作业环境监测与评价应用软件系统。最终完成软硬件系统的集成。 4 第二章总体设计 第二章总体设计 作业环境主要包括微气候、照明、色彩调节、噪声与振动、空气污染等要素，作业环境的监测 和评价主要完成两方面内容，一是评价指标的建立、评价指标的分级和评价方法的选择；二是确定 评价指标的获取方法( 传感器测量或主观评价) ，同时还要完成监测数据的存储管理 二作。本文在参 阅工业工程手册以及作业环境研究的相关资料基础上，归纳出各要素的评价指标、分级标准并提出 各数据的获取方法。 2 1 作业环境评价指标的建立 作业环境评价，就是通过对测定、计算或主观评定得到各要素的具体数据，然后与相关标准进 行比较，由此来确定被测作业环境优劣程度的过程。作业环境各要素的评价指标是在大量的研究和 试验基础上得出的，详述如下。 ( 1 ) 微气候 微气候主要包括温度、湿度、气流速度( 风速) 及热辐射等要素。由于这些要素对人的主观感 觉是相互作用的，因此对于微气候的评价，就是对上述要素的综合评价。关于微气候的评价指标非 常的多，各有千秋，详见表2 一l 。本文选择最常使用的三球温度指数( w b g t ) 作为评价指标，并对 其进行详细的分析探讨。 表2 - 1 徽气候评价指标一览表 评价指标提出年份( 年)作者 国籍 备注 在寒冷环境和中等热度环境下过火地评 价了湿度的影响，而在暑热环境下又过小 有效温度 1 9 2 3 h o u g h m n , y a g l o n美国 评价了湿度的影响在闷热环境下不能有 效评价气流的效果 除去湿度影响，在只有温度和辐射的环境 作用温度1 9 3 7 g a g g e美国评价中，作用温度足一个简洁、充分的环 境评价指标 三球温度指数 1 9 5 7 y a g l o u 和m i s s n a r d美国应用比较广泛的一种评价指标 不适指数 1 9 5 9 纽约气象局美国并地区和民族n 生活习惯不问而不同 新有效温度1 9 8 ia s h r a e美国考虑冈紊比较伞面，计算比较复杂 湿球温度与干球温度的简单加权，用以表 牛津指标 示高温作业下的效率及作业体系分配和 理化的指标 卡他度用以评价劳动条件的舒适度 热负荷指数反应人体散热情况 b o t s b a l l 指标对于中等水平的湿度和辐射，能精确测量 冷风力适用于室外寒冷环境 三球温度指数是美国人y a g l o n 和m i s s n a r d 于1 9 5 7 年提出的一种用于评价在暑热环境f 热强度 的综台指标【”。由自然通风状态下的湿球温度、黑球温度和干球温度组成，是综合考虑温度、相对 湿度、平均辐射温度和风速等四个环境因素的综合温标。 当气流速度小于1 , 5 m s 的非人工通风条件时，其计算公式是： w b g t = 0 7 w b + o 2 g t 卜0 1 d b t( 2 1 ) 当气流速度大于1 5 m s 的人工通风条件时其计算公式为： w b g l - - 0 6 3 w b + 0 2 g t + 0 1 7 d b t( 2 2 ) 式中w b 湿球温度( ) ： g t 一黑球温度( ) ： 5 东南大学硕_ 上学位论文 d b h ：球温度( ) 。 ( 2 ) 照明 照明标准随识别对象尺寸大小不同而变化，对于不同的车间可能有不同的标准，所以评价人员 可以根据识别对象尺寸大小及其照明标准对车间照明进行评价。 照度是照明的主要评价指标，但是作业人员的视觉系统是一个复杂的系统，在评价时还要考虑 眩光感觉、亮度分布、光影、颜色显现、光色、表面装修与色彩等定性的因素“q 。为了全面评价照 明状况，本系统采用整体印象、照明水平、眩光状况、亮度分布，光影、颜色显现、光色、表面装 饰与色彩、室内结构与陈设、同室外的视觉联系，1 0 个主观评价指标对照明进行评价。 ( 3 ) 色彩调节 对于工作环境中色彩的评价主要从以下几个方面进行：工作场所用色、机器设备用色、工作面 用色、标志用色、业务管理h 色等。其中工作场所用色主要是考虑与工作房间性质的匹配、光线反 射率、色调的性质及配色的合理；机器设备用色考虑与设备功能的适应性、与环境色彩的协调性、 运动部位的色彩特征等。工作面刚色考虑与加工对象的色调对比、工作面有无反光：标志用色考虑 信息的显示与传达、安全色的使用。业务管理用色指将颜色运用于报表、文件、图形、卡片、证件、 符号利文字之中的程度删j 。 色彩调节的评价主要靠评定人员的业务水平、相关标准进行主观的定性评价，这是由色彩调节 的特点决定的，冈此，本系统拟采用工作场所用色、机器设备用色、工作面用色、标志用色、业务 管理片j 色5 个指标对作业环境的色彩调节状况进行评价。 ( 4 ) 噪声与振动 振动产生噪声，在人因工程中，主要考虑噪声对人的影响作用。人耳对不同频率声音的敏感度 是不一样的，对高频声敏感，而对低频声不敏感。故在相同声压级的情况下，人耳的主观感觉是高 频声比低频声响 4 j 。为使噪声测晕结果与人对噪声的主观感觉相一致，引入一种能模拟人耳听觉在 不同频率上的不同魑受的声学测量仪器计权网路，它能对不同频率的客观声压予以适当增减， 并将这种修正的方法称为频率计权。将通过计权网络测得的声压级称为计权声级，简称声级。这是 在入耳的可听范同内，按特定频率计权而合成的声压级值。 计权网络有a 、b 、c 、d 四种，常用的只有a 、b 、c 三种。其中a 声级的测量结果，基本上 与人耳对声音的感觉相一致。等效连续a 声级指一段时间内的a 声级，按能量的平均值计算得到【4 1 。 在噪声的评价中，国际标准化组织和许多国家都以等效连续a 声级作为评价指标。等效连续a 声级 的计算公式如( 2 - 3 ) 所示。 三。= 。，g ；f ，。“l 工月。) 出 c z 一， 式中f 一等效声级 p 一某测量时问段； 工朋“，腑问a 声级。 在本系统中拟采用等效连续a 声级对噪声与振动进行评价，并用声级计传声器装置对其进行测 量。测量时，将该装置放在操作人员的耳朵位置，或放在工作面附近。 ( 5 ) 空气污染 对作业环境空气造成污染的主要物质是各种有毒气体、工业粉尘等有害物质。根据各种污染物 的特点，本文通过三个指标对其进行评价：空气中有毒物质浓度、空气中粉尘浓度、二氧化碳浓度。 某种有害物质对空气的污染程度是由该物质在空气中的浓度决定的。但是空气中通常是多种有 害物质并存的，因此，空气中有毒物质浓度是指多种物质的综合污染程度，由式( 2 - 4 ) 计算得到。 旦+ 旦+ + 旦1 ( 2 - 4 ) m 、m 2 m n 式中 c ，o g 一各污染物的实测浓度； 6 第二章总体设计 m ，m 2 ，一各污染物的最高容许浓度。 若计算结果小于1 ，说明车间场所污染物的浓度达到了国家卫生标准；若计算结果大于l ，则说 明污染物的浓度超过国家卫生标准。 粉尘是指能较睦时间悬浮在空气中的固体微粒，直径一般小于l ou1 1 1 。粉尘可引起职业性呼吸 系统疾病，是空气状况的重要指标之一。粉尘浓度亦采用式( 2 - 4 ) 进行计算和评价。 空气中的c o ，是有别于其他有毒气体的一种污染气体，它本身没有毒，但是其含量的增加将使 室内温热条件恶化【4 】，或增加其他污染冈素，因此，也是空气污染评价的重要指标之一。 综上所述，本系统将作业环境分成二级指标进行监测与评价，第一级指标包括：微气候、照明、 色彩调节、噪声与振动、空气污染，第二级为一级指标下面的分支，如表2 - 2 所示。 表2 - 2 作业环境的质量评价指标 一级指标 二级指标备注 微气候三球温度指数 根据三球温度指数j 相应的劳功强度下的标准指数进行比较 整体印象 车问视觉环境作为一个整体给人的印象 照明水平识别作业对象的照明水平 眩光状况 判断视野内有无亮度过高或对比度过大，且感到刺目硅并降低观 察能力的光线 亮度分布车间内各个部分亮度的相对强弱程度 光影物体表面形成的明暗变化及光斑阴影 照明 颜色显现在照明下各种物体及人的皮肤显现的颜色 光色 光源的光色 表面装饰与色彩车问内各个表面的装修及色彩设计外观 室内结构与陈设室内结构、陈设、灯具类型及布置外观 同室外的视觉联系因同室外存在视觉联系造成的干扰感。或斟同室外缺乏视觉联 系造成的隔离感 工作场所用色 考虑与工作房间性质的匹配、光线反射卑、色调的性质及配色 的合理性、彩度和毗睦特性要求 机器设备用色与设备功能的适应性、与环境色彩的协调性，运动部位的色彩 色彩调节 特征等 工作面用色与加工对象的色调对比、工作面有无反光 标志用色信息的显示与传达、安全色的使用 业务管理用色将颜色运用于报表、文件、图形、卡片、证件、符号和文字之 中的程度 噪声与振动等效连续声级选用不同作业时间的等效声级作为评价标准 空气中有毒气体浓度各种有毒物质浓度与国家标准对比 空气污染 空气中粉尘浓度粉尘浓度与标准对比 二氧化碳浓度以二氧化碳浓度与宁气新鲜程度对应关系进行分析 2 2 评价指标等级划分 评价指标的等级划分是指以作业环境研究理论和实践成果为基础，根据作业环境对人体的影响 和人体对环境的适应程度，将作业环境二级指标分成不同的等级，井用人们通用的评判事物优劣的 语言进行描述，从而使人们直观的了解观测数据的意义。在参阅丈量文献的基础上，本课题将作业 环境二级指标统一分成优、良、中、合格、不合格，五个等级。 ( 1 ) 微气候，微气候的评价指标是三球温度指数( w b g t ) ，根据工业工程手册相关的研究可 以将微气候分成五个等级，如表2 - 3 所示。 ( 2 ) 照明，主要考虑到光环境中二级指标比较多，同时照明状况与工人要识别的物体的尺寸密 切相关，仅利用测量照度的方法并不能对作业环境的照明状况做出全面的评价。因此，本课题从照 7 奎堕查兰堕主竺堡堡苎 明影响人的j 二作效率与心理舒适的角度出发对各评价指标进行主观测评。将照明的二级指标分为 五个等级，即优 9 0 ，1 0 0 ) 、e 8 0 ，9 0 ) 、中【7 0 ，8 0 ) 、合格 6 0 ，7 0 ) 、不合格【o ，6 0 ) 。 表2 - 3 微气候环境的分级标准m w b g t ， 劳动类型 优良中 合格 不合格 轻劳动 2 8 ( 2 8 ，2 9 ( 2 9 ，3 0 ( 3 0 3 1 】 3 t 中等劳动2 6 ( 2 6 , 2 7 】( 2 7 ，2 8 】( 2 8 ，2 9 】 2 9 重劳动 2 4 ( 2 4 , 2 5 ( 2 5 2 6 ( 2 & 2 7 】 2 7 ( 3 ) 色彩调节，根据选用的色彩调节二级指标的特点，本文将对其进行定性评价。将各指标分 为优 9 0 ，l o o ) 、e 8 0 ，9 0 ) 、中【7 0 ，8 0 ) 、合格【6 0 ，7 0 ) 、不合格 0 ，6 0 ) 五个等级，由评价者根据具 体的监测环境进行打分。 ( 4 ) 噪声与振动，等效连续a 声级是噪声评价的二级指标，根据工业工程的手册和一些文献 关于噪声的研究成果，将其分成五个等级。如表2 4 所示。 表2 _ 4 噪声与振动的分级标准 噪声指标优良 由 合格不合格 等效连续a 声级( d b ) 6 0 ( 6 0 ，7 0 】( 7 0 。8 0 】 ( 8 0 ，9 0 】 9 0 ( 5 ) 空气污染，本文空气污染的二级指标为：空气中有毒气体浓度、空气中粉尘浓度、二氧化 碳浓度。 其中，空气中有毒气体浓度和粉尘浓度根据实际监测的浓度值与国家标准规定的允许值的比 值结果进行分级。计算的结果小于1 表明该作业环境的空气质挺合格，否则不合格。因此，本文将 其分成五个等级：优( 0 ，0 2 5 】良( o 2 5 ，o 5 】，中( o 5 ，o 7 5 ，合格( o 7 5 ，1 】，不合格( 1 ) 。 大气中的c 0 2 含量为0 0 3 - - 0 0 4 ，人呼气中也含有多量c 0 2 。研究发现，室内人员呼吸使室 内的c 0 2 含量超过o 1 时，将使室内的温度和湿度上升，因此。由人引起的c 0 2 应控制在o 1 以 下。由此，将空气中c 0 2 含量分成五个等级，优( o ，0 0 5 】，良( o 0 5 0 0 7 】，中( o 0 7 ，0 1 】，合 格( o 1 ，o 2 】，不合格( 0 2 ) 。 2 3 作业环境的评价方法研究 作业环境的评价也是人类工效学研究的重要内容之一，根据文献的研究，主要有两类作业环境 评价方式。一是对作业环境的一级指标进行评价，如对微气候进行评价，对噪声进行评价等；另一 类是对作业环境的综合评价，即对包括照明、色彩、微气候、噪声和空气环境等要素的作业场所环 境质培进行评价。 作业环境综合评价属于多因素评价问题，可以用多因素评价方法进行处理，关于多因素评价方 法将在下文进行具体研究。对于级指标的评价，其中也有属于多因素评价的范畴，比如对于照明 的评价，就是摧体印象、照明水平、眩光状况等1 0 个因素的综合评价；另一些一级指标的评价可以 通过数学计算的方法进行，如对于微气候的评价，就是通过式( 2 1 ) 或式( 2 2 ) 进行计算，通过计 算的结果对该一级指标进行评价。数学计算的方法比较简单，在此主要对多因素评价方法进行介绍， 综合评价也是作业环境研究的发展趋势。 ( 1 ) 多因素综合评价方法概述 综合评价的概念 综合评价( c o m p r e h e n s i v e a s s e s s m e n t ) 概指对多种因素影响的事物或现象做出总的评价即对 评价对象的全体，根据所给的