人机工程学培训教材.ppt

人机工程学 一 什么是人机工程学二 人机系统中人的特性1人的生理 心理特性2人的作业特性三 人体测量与作业空间四 人与作业环境五 人机信息界面与人机系统 人机工程学 人机工程学的研究目标 通过揭示人 机 环境之间的相互关系规律 从而确保人 机 环境系统总体性能的最优化 1 中国企业管理百科全书 定义为 研究人和机器 环境的相互作用及其合理性 使设计的机器和环境系统适合人的生理 心理等特征 达到在生产中提高效率 安全 健康和舒适的目的 2 人机工程学就是运用生理学 心理学 管理学的有关理论和知识 利用系统分析的观点 处理人 机 环境所组成的系统 使三者组成的系统达到最佳状态 也就是说既能保证提高人的工作效率 同时又能使人在心理和生理感到舒适 并保证人的健康和安全 人机工程学的研究对象 人 机 环境的相互作用关系 一 定义 人机工程学的发展 一 经验人机工程学 人机工程学的发展大致经历了三个阶段 3 代表人 1 时间 20世纪初 第二次世界大战爆发 2 特点 以机器设计为中心 通过对人的选拔和培训来适应机器 由于机器进步很快 使人难以适应 所以大量存在着伤害人身心的问题 吉尔布雷斯砌砖作业动作研究 美国学者泰勒铁锹实验时间研究 二 科学人机工程学 三 现代人机工程学 2 特点 一切都以人为中心 2 特点 重视工业与工程设计中 人的因素 力求使机器适应人 即机器的设计符合人的习惯 1 时间 第二次世界大战 50年代末 1 时间 60年代 至今 四 在我国的发展 1989年正式成立了本学科与IEA相应的国家一级学术组织 中国人类工效学学会 ChineseErgonomicsSociety 简称CES 人机工程学的研究内容 一 为什么要实施人机工程学 二 人机工程学的研究内容 1 人体特性的研究 研究人的生理 心理特性和能力限度 2 人机系统的总体设计 研究人机功能的合理分配 3 工作场所和信息传递装置的设计 研究人机相互作用及人机界面的设计 5 环境控制与安全保护设计 研究作业环境和人的可靠性与安全 4 作业及其改善 人机工程学的应用 Manufacturing Home Leisure Service Office 返回 人机系统中人的作业特性 体力劳动时的能量消耗人体作业过程的调节与适应作业能力及其影响因素合理安排作业休息制度作业疲劳及其测定 体力劳动时的能量消耗 一 动态作业 2 静态作业 所有的肌肉运动都会导致疲劳 但程度取决于很多事情 如舒适程度 年龄和经验 静态的肌肉运动 其疲劳的恢复时间是动态运动的10倍 概念 肌肉等长收缩来保持一定姿势或本位的作业 特点 能耗水平不高 但易引起人的疲劳 三 人体的能量代谢 1 定义 能量代谢就是人体有关能量的产生 转移和消耗 2 种类 1 基础代谢量 人在基础条件下 维持人最基本生理活动 所需消耗的能量 按机体所处的状态分为三种 基础代谢率 单位时间内 单位体表面积所消耗的基础代谢量 用B表示 单位 KJ m2 h 体表面积S m2 0 0061 身高 cm 0 0128 体重 kg 0 1529 基础代谢量 基础代谢率 人体表面积 持续时间 BSt 我国正常人基础代谢率的平均值如表所示 3 能量代谢量 人体进行作业或运动时所需消耗的总能量 能量代谢率 用M表示 能量代谢量 MSt 2 安静代谢量 机体保持某部位的平衡及某种姿势所需消耗的能量 安静代谢率 用R表示R 1 2B 安静代谢量 RSt 1 2BSt RMR 能量代谢率 安静代谢率 基础代谢率 M 1 2B B 由上式得 M B RMR 1 2 总能耗 B RMR 1 2 体表面积 活动时间 RMR 1 2 基础代谢量 3 相对代谢率 RelativeMetabolicRate 劳动强度不同 所消耗的能量不同 由于劳动者的体质差异 即使同样的劳动强度 不同劳动者的能量代谢也不同 为了消除个体差异 常用相对代谢率来衡量劳动强度 用RMR表示 4 能量代谢率的测定 四 劳动强度等级的划分 1 劳动强度 是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度 2 指标 1 相对代谢率RMR相对指标 2 劳动强度指数I绝对指标 I 3T 7M3 实际劳动率系数7 能量代谢率系数T 净作业时间比率 工作日内净作业时间 工作日总工时M 能量代谢率 8小时工作日的平均能量代谢率 KJ min m2 3 等级划分 1 I 15一级劳动强度轻 2 I 15 20二级劳动强度中 3 I 20 25三级劳动强度重 4 I 25四级劳动强度极重 1 以RMR指标分级见表 2 以I指标分级 作业能力及其影响因素 一 作业能力 1 概念 指完成某作业 作业者所表现的生理 心理 技能的综合性素质 2 表达方式 3 变化规律 生产成果 产量 质量 作业能力 作业动机 4 意义 1 合理安排休息 不要在没进入疲劳期就安排休息 例如 脑力劳动 安排工作V V 工作能力时 会加速作业者的疲劳 甚至影响身体健康 V 工作能力时 达不到兴奋点 工作效率低 易出错 终末激发 TerminalTotivation 快完成任务时 主观上为了赶任务或超额完成任务所激发的一种现象 二 影响作业能力的主要因素 1 生理因素 年龄 性别 身才 健康状况等 2 环境因素 空气 噪声 照明 温度 湿度等 3 工作条件和性质 1 设备 工具2 劳动强度3 生产过程 4 锻炼与熟练效应 合理安排作业休息制度 一 作业休息制度两个基本假设 德国学者E A 米勒 为了保证人体健康和保证产品质量应合理安排作业休息制度例 德国二战实验证明 作业时间成等差级数增加时 恢复劳动所需的休息时间成等比级数增加 1 作业者可以连续工作480分钟 中间不休息的最大能量消耗界限是4kcal min 16 75KJ min 又称耐力水平 2 作业者体内的标准能量储备为24kcal 100 47KJ 二 制度作业时间 Tw T劳 T T劳 T劳 T休 1 1 Tr 设 作业时单位时间增加的能量消耗量为M 制度劳动时间为T 其中T劳为实际劳动时间 T休为休息时间 则 T T劳 T休 休息率 Tr T休 T劳 实际劳动率 Tw T劳 T 实际劳动时间是100 47kJ能量贮备的耗尽时间 所以 T劳 100 47 M 16 75 由于总的能量消耗满足平均能量消耗量不超过16 75kJ min 所以 T劳 M T劳 T休 16 75 T休 T劳 M 16 75 T劳 M 16 75 1 T劳 Tr T休 T劳 M 16 75 1 三 合理安排劳动时间 1 合理确定实际劳动率 在强制节拍的流水线上 设置一定的工间暂歇和工间休息时间 工间暂歇是指作业者的动作与动作间 作业与作业间的暂时停顿 工间休息是指作业一段时间后停下来休息的时间 2 轮班制度最好取消不必要的轮班 对不得不采取昼夜轮班的应采用 四班三轮转 3 休息日制度连续工作5 6天后 休息1 2天 其它措施 在高温 强热辐射条件下 安排多次长时间休息 劳动强度不大却精神紧张的作业 为防止精神疲劳 应安排多次短暂休息 对于单调作业也应适当增加休息时间 作业疲劳及其测定 4 技术性疲劳 指脑力劳动与体力劳动并重 且神经相当紧张的作业 一 作业疲劳的概念 二 分类 1 个别器官疲劳 发生在仅需个别器官或肢体参与的紧张作业 2 全身性疲劳 主要是全身参与较为繁重的体力劳动所致 3 智力疲劳 主要是长时间从事紧张的脑力劳动所致 2 生理 心理测试法 1 生化法 作业前后反射角变化 5 10o轻度疲劳10 15o中度疲劳15 30o重度疲劳 膝腱反射机能检查法 两点刺激敏感阈限检查法 频闪融合阈限检查法 三 疲劳的测定方法 连续色名呼叫检查法 反应时间检查法 脑电肌电检查法 心率血压检查法 3 他觉观察和主诉症状法 其中 法最好 因为可以在工作的同时测量 数据客观 又不对被测者有伤害 遥控心率仪 四 提高作业能力 降低作业疲劳的措施 合理安排劳动时间 2 改善工作内容 克服单调感 合理调节作业速率V 工作能力时 会加速作业者的疲劳 甚至影响身体健康 V 工作能力时 达不到兴奋点 工作效率低 易出错 返回 人体测量与作业空间 通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别 用以研究人的形态特征 使设计更适于人 例如 见图2 1 人体测量学 人体测量中的主要统计函数 在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量 因而可根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析 从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数 1 均值 2 方差 3 标准差 4 百分位数PK 常用的百分位数有 第5 50 95 百分位数 即 P5P50P95 百分位数将群体或样本的全部测量值分成两部分 有K 的测量值等于和小于它 有 100 K 的测量值大于它 例如 第95百分位数为身高180cm 含义 有95 的人的身高低于180cm 有5 的人的身高高于180cm 常用的人体测量数据 一 我国成年人人体结构 静态 尺寸 参阅GB10000 88我国成年人人体尺寸国家标准 主要包括 1 人体主要尺寸 见图2 8 a 2 立姿人体尺寸 见图2 8 b 3 坐姿人体尺寸 见图2 9 4 人体水平尺寸 见图2 10 二 我国成年人人体功能 动态 尺寸 2 常用的功能尺寸 人在工作位置上的活动空间尺度 人体立姿图2 11 坐姿图2 12 跪姿图2 13 卧姿图2 14的活动空间 GB T13547 92国家标准提供的立 坐 跪 卧 爬等常取姿势的主要功能尺寸 参阅表2 8 人体测量数据的应用 一 主要人体尺寸的应用原则 设计中常用测量尺寸见图2 15 有关这些数据的定义 应用条件 选择依据等参阅表2 9 二 人体尺寸的应用方法 1 确定所设计产品的类型 2 选择人体尺寸的百分位数 3 确定功能修正量 最小功能尺寸 人体尺寸的分位数 功能修正量最佳功能尺寸 人体尺寸的分位数 功能修正量 心理修正量 4 确定心理修正量 5 产品功能尺寸的确定 作业空间设计 一 作业空间设计的有关概念 1 作业空间 人 机器设备 工装以及被加工物所占的空间 称作业空间 近身作业空间指作业者在某一位置时 考虑身体的静态和动态尺寸 在坐姿或站姿状态下所能完成作业的空间范围 如 坐姿打字 个体作业场所指操作者周围与作业有关的 包含设备因素在内的作业区域 如 计算机操作台 汽车驾驶室 总体作业空间不同个体作业场所的布置构成总体作业空间 如 计算机房 车间 办公室 作业空间按所包含的范围 可分为 2 作业空间设计 指按照作业者的操作范围 视觉范围以及作业姿势等一系列生理 心理因素 对作业对象 机器 设备 工具进行合理布置 安排 并找出最适合本作业的人体最佳姿势 作业范围 以便为作业者创造一个最佳的作业条件 作业空间设计应以 人 为中心 以人体尺度为重要设计基准 1 近身作业空间设计应考虑的因素 作业特点 人们所从事的工作内容和性质不同 所以对作业空间设计的要求也不同 人体尺寸 人体尺寸是作业空间设计的依据 不同的设计 使用的人体百分位数不同 二 作业空间设计的一般要求 2 作业空间布置原则 作业空间布置就是在限定的作业空间内 设定合适的作业面后 作业设备 显示器和控制器 或其它作业设备 元件 等的定位与安排 重要性原则 优先考虑实现系统作业的目标或达到其它性能最为重要的元件 使用频率原则 经常使用的元件应布置于作业者易见易及的地方 功能原则 把具有相关功能的元件编组排列 使用顺序原则 按使用顺序排列布置各元件 见图8 19 个体因素 性别 年龄 人种 体型等等 维修作业等 维修等作业对作业空间有一定的要求 但这些作业往往在限定的空间进行 见图8 14 图8 15 尺寸参阅表8 4至8 7 3 总体作业空间设计的依据 总体作业空间设计随设计对象的性质不同而不同 对生产企业讲企业的生产方式 工艺特点决定了总体作业空间内的设备布局 主要介绍 作业空间设计中的人体因素 不同作业姿势条件下的作业空间设计 不同性质作业场所的作业空间设计 作业空间设计中的人体因素 一 人体测量数据的运用 1 确定对于设计至为重要的人体尺寸 2 确定设计对象的使用群体 以决定必须考虑的尺度范围 3 确定所设计产品的类型 4 产品的类型确定后 选合适的设计定位群体的百分位 5 据4 查人体测量数据表 6 对数据进行必要的修正 二 人体视野及所及范围 1 视野 指人的头部和眼球固定不动的情况下 眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围 常以角度来表示 分水平视野 单视野 双视野 和垂直视野 见图3 6 根据清晰度 可分为 中心视力范围 视角1 5 3 瞬间视力范围 视角18 有效视力范围 视角30 3 视距 视力范围与被观察的目标距离 560mm最为适宜 低于380mm时会发生目眩 超过760mm时 细节看不清楚 当观察目标需要转动头部时 左右不宜超过45 上下也不宜超过30 4 眼高 立姿眼高范围为 147 175cm坐姿眼高范围为 66 79cm 2 主要视力范围 视力范围是能迅速 清晰看清目标细节的范围 四 工作体位 三 肢体动作力量 1 手的操纵力 立姿见图3 21 图3 22 坐姿见表3 7 相应的出力数值参阅表3 5 表3 6 1 决定作业姿势的因素 作业空间大小 作业负荷的大小和用力方向 作业场所各种仪器 机具和加工件的摆放位置 工作台高度及有没有容膝空间 操作时的起坐频率 施力的姿势 部位 方式和方向不同 人体能发挥出力的大小不同 坐姿作业的特征 不易疲劳 持续工作时间较长 身体稳定性好 操作的精确度较高 手 脚并用作业 3 最常用的姿势 坐姿 立姿和坐 立姿交替三种作业岗位的特征 1 坐姿作业岗位 适于从事轻 中作业且不要求作业者在作业过程中走动的工作 2 立姿作业岗位 适于从事中 重作业以及坐姿作业岗位的设计参数和工作区域受到限制的工作 2 尽量避免的姿势 a静止不动的立位b避免弯腰及其它不自然的姿势 见图7 8 a c避免长时间抬手作业 见图7 8 b d身体左右扭曲d经常一侧下肢承担体重 3 坐 立姿交替岗位 适于操作者在作业的过程中不得不采用不同的作业姿势来完成的工作 工业生产中 工作体位的选择推荐最适用的方案见图8 1 立姿作业的特征 可动性大 适宜于来回走动和经常变换体位的作业 手的用力增大 人体能输出较大的操纵力 需要的作业空间小 当没有容膝空间时立姿比坐姿好 不宜进行精确而细致的作业 易引起疲劳 五 人的行为特征 2 人的捷径反应和躲避行为 六 人的心理特征 1 人的气质 性格 能力等属人们心理过程中比较稳定的成分 作业姿势与作业空间设计 坐姿作业空间设计主要包括工作面 作业范围 座椅及人体活动余隙等的尺寸设计 1 工作面 一 坐姿作业空间设计 高度 主要由人体参数 肘高 和作业性质等因素决定 一般工作面高度 低于肘部50 100mm从事精细或需大视力的工作 高于肘部50 150mm重负荷作业 低于肘部150 300mm 宽度 据作业功能要求而定 若单供肘靠 最小宽度100mm 最佳宽度200mm 仅当写字 最小宽度305mm 最佳宽度405mm 作办公桌 最佳宽度910mm 作实验台 视需要而定 角度 一般为水平面12 24 2 作业范围 水平作业范围 人坐在工作台前 在水平面上移动手臂所形成的轨迹 见图8 16对于正常作业区域 作业者应能在小臂正常放置而上臂处于自然悬垂状态下舒适的操作 对最大作业区域 应使在臀部伸展状态下能够操作 且这种作业状态不宜持续很久 分为 水平作业范围 垂直作业范围 立体 空间 作业范围 设计作业范围的重要依据 静态和动态的人体测量尺寸 垂直作业范围 最舒适的垂直作业范围是由远高点 远低点 近高点 近低点四点构成的梯形区 立体作业范围 最舒适的立体作业范围介于肩与肘之间的空间范围 3 容膝空间 4 座椅以及活动余隙 5 脚作业空间 坐姿人体测量尺寸是座椅设计的主要尺寸 见图6 18 椅面高度 深度 宽度等主要参数 参阅表6 2 座椅放置的深度距离 大于810mm座椅的扶手到侧面固定墙壁面的距离 大于610mm 脚的作业空间 见图8 13 二 立姿作业空间设计 1 工作面 立姿作业空间设计主要包括工作面 作业范围 工作活动余隙等 高度 主要由人体参数 肘高 和作业性质等因素决定 宽度 视需要而定 图8 17 图8 18 2 作业范围 3 工作活动余隙 工作台 机器 距墙壁 不得小于760mm 最好 910mm 作业者左右空间不得小于510mm 头顶余隙最小应 2030mm 最好 2100mm 4 临时座位 5 立姿作业空间垂直方向布局设计 立姿作业空间在垂直方向可划分为5段 1 0 500mm适于脚控制 脚踏板 脚踏钮2 500 700mm手与脚操作不方便 不宜设计控制器3 700 1600mm适于手的操作和观察 各种常用的手控制器 显示器 工作台面都设置在此区域 4 1600 1800mm手操作不方便 视力条件也略有下降 布置极少操纵的手控制器和不太重要的显示器 5 1800mm布置报警装置 三 坐立交替作业空间设计 四 工作场所性质与作业空间设计 1 主要工作岗位的空间尺寸 1 工作间操作岗位 2 机器设备与设施之间布局尺寸 3 办公室管理岗位和设计岗位 2 辅助性工作场地的空间设计 3 安全防护空间距离 设计特点 工作台高度按站姿作业设计 椅高度提高 座椅前设置搁脚板 加工设备间距 小型设备 0 7m中型设备 1m大型设备 2m 设备与小型设备 0 7m墙 柱中型设备 0 8m间距 大型设备 0 9m 返回 人与作业环境 微气候 一 微气候及其构成要素 微气候 指在作业环境中气温 湿度 气流速度 热辐射等综合作用形成的微小环境气候 80 高气湿 30 低气湿 40 65 舒适湿度 作业场所的气流速度大小与人体散热速度有直接关系 0 3m s 0 4m s 1 2m s 二 人体的热平衡 人体所受热源 1 机体代谢产热 2 外界作用的环境热量 见图9 2 假设人体的能量代谢为M 向体外做功为W 与外界环境的热量交换为H 人体与外界环境进行热交换的方式有 对流 辐射 蒸发等 分别假设为 C R E 则 S M W HS 人体储热量 则 H C R E 三 人体的温度 四 微气候对人和操作的影响 1 人体的核心体温常用直肠温度表示人体的核心温度 直肠液窝口腔36 9 37 9 0 7 0 3 2 舒适温度和允许温度舒适温度 主观感觉及生理上适宜的温度 21 3 允许温度 不危害人体健康和基本不影响工作效率的温度 舒适温度 3 5 影响舒适温度因素 服装 季节 不同地区的人 性别 年龄 劳动强度 1 舒适微气候人在心理状态上感到满意的环境 影响舒适微气候的主要因素如下 1 环境因素气温 气湿 气流速度 辐射热2 人的因素新陈代谢 服装见图9 3 核心温度 38 不会引起热疲劳 2 高温对人和操作的影响 1 高温作业环境 热源散热率 84kJ m3h 的作业环境 在我国国标中对应下列三种 高温强热辐射作业 气温高 热辐射强度大 相对湿度较低 例如 炼钢车间 锻造车间 2 影响 高温环境下 人的水分和盐分大量丧失 作业环境有效温度 控制作业负荷图 高温高湿作业 干球温度 30 80 例如 纺织 夏天露天作业 寒冷地区 32 炎热地区 35 例如 种植业 建筑作业 3 低温对人和操作的影响 热环境对脑力劳动的影响表现在效率和相对差错次数两方面 见图9 4 热环境对体力劳动的影响表现在操作效率和事故发生率两方面 见图9 5 操作对手的影响最大见图 定义 作业环境温度低于允许温度下限 影响 工作时的温度最好在15 5 27 五 改善微气候条件的措施 1 改善高温作业环境的措施1 生产技术 合理布置热源例 布置在下风头 车间外 隔热 通风换气 降低湿度2 保健方面 供给饮料 12 为宜 以加盐为宜 量少次数多为宜 劳保用品 适应性检查因为有些人不适应高温作业3 生产组织 合理安排作业负荷 休息场所 温度20 30 为宜 太低人体汗腺 集体作业 采暖和保暖 2 改善低温作业环境 提高作业负荷 个体防护 特殊例 操作空间小 可以采用热辐射取暖等方法 六 微气候的主观评价标准 1 主观评价依据 微气候对人体影响的主观感觉包括6个方面的因素 空气温度 热辐射温度 空气相对湿度 气流速度 人体温度 皮肤温度 参阅表9 1 表9 2 2 工作效率不受影响的温度范围 见图9 8 3 工业生产微气候标准 参阅表9 3 表9 4 光环境 一 光的性质及其度量 光的性质 1 光通量 是最基本的光度量 2 光的度量 2 发光强度 光强 I 定义 指光源在给定方向上单位立体角内发出的光通量 常用于描述点光源的发光特性 测量 光电管 定义 单位时间内通过某一面积的光量 单位 流明lm 3 亮度 4 照度 E 亮度表示发光面的明亮程度 亮度可用亮度计直接测量 照射在物体单位表面面积上的光通量 照度表明被照面上光的强弱 可用光电池照度计测量 二 良好光环境的作用 1 光环境对生产率的影响 作业场所的光环境 有天然采光和人工照明 天然采光 利用自然界的天然光源形成作业场所的光环境 人工照明 利用人工制造的光源构成作业场所的光环境 良好的光环境主要是通过改善人的视觉条件 照明生理因素 和改善人的视觉环境 照明心理因素 来达到提高劳动生产率 良好光环境使事故次数 出错件数和缺勤人数都明显减少 见图9 10 2 光环境对安全的影响 光环境对生产中的效率 安全等都有重要意义 图9 9 注 临界照度值 三 对光环境的要求 1 光环境设计的基本原则 2 天然光照度和采光系数C 合理的照度平均水平光线的方向和扩散要合理不让光线直接照射眼睛光源光色要合理让照明和色相协调不能忽视经济条件的制约 在具体的天然采光设计中 常以采光系数的最低值作为设计标准值 表9 5是我国采光与照明标准中规定的生产车间工作面上的C的最低值 将某种条件下的天空照度值乘以选用的C 就可计算出某种条件下室内某点的天然光照度 实现良好照明的特性因素图9 11 3 照度分布 4 亮度分布 我国的照度标准是以最低照度值作为设计的标准值 表9 7规定了生产车间工作面上的照度最低值 2 工作面照度分布相对比较均匀 照度均匀主要从灯具的布置上来解决 工作场所的亮度分布可通过规定室内各表面的适宜的反射系数范围 以组成适当的照度分布来实现 5 光的方向性和扩散性 亮度应相对均匀 不应有较大变化 否则人眼要进行明暗适应 暗适应和明适应 见图3 8人对暗适应 明适应不同 1 满意的状况 光照射到物体上的方向不同 在物体上产生的阴影 反射状况和亮度分布也不相同 从而会使人产生不同的感觉 2 不满意的状况 对于需突出立体视觉的工作对象 应形成适当阴影 改善其可见度 形成立体感最理想的照明条件 光由一个方向照射 且亮度比为3 1 安设从斜面来的指向性光照射时 可产生小阴影来表现物体的粗糙和凸凹等 以强调材质感 而且最好用点光照明和壁面照明 从而形成愉快的照明效果 阴影改善 将照明器做成扩散性 并在布置上加以注意 眩光 防控措施 a限制亮度 b合理布置光源 使光源处于微弱眩光区 大于45度 如 灯罩c使光线转为散射光线经天花板 灯罩 墙壁漫射到工作台上 直射眩光 由光源直接照射引起 由于光源亮度太大 如 电焊 眩光 视野中的亮区产生刺眼和耀眼的强烈光线 从而引起视觉器官不舒适和功能下降的现象 眩光种类及其防控措施 按产生原因 对比眩光 物体和背景之间明暗反差太大 防控措施 适当提高眩光源周围地区的亮度 减少亮度对比 亮度比 100 1 反射眩光 光线经一些光滑物体表面反射到眼部造成的眩光 例如 晚上作业 作业纸上反射的光 防控措施 a变换工作台或光源位置 使反射光不处于视线内 b降低反射系数 4 3色彩调节 一 色彩的基本概念 1 物体的色彩发光体 波长 不发光体反射光的波长 色彩 某一波长的光谱入射到人眼 引起视网膜内色觉细胞兴奋产生的视觉现象 2 色彩分类 明度 物体颜色的明暗程度 取决于物体表面反射率 3 色彩三个基本特性 色调 物体的颜色 饱和度 物体颜色的深浅 二 基色及其混合 门塞尔色环 Muusel wheel 4 色彩的表示法 彩色系列的表示方法 色度明度 饱和度 HV C 如 R8 12 红色 明度8 饱和度12 无彩色系列的表示方法 中性色明度 NV 如 N5 表示明度值为5的中性灰色 三基色 三原色 2 色光混合 色光混合遵循相加混合法则相加混合法则的三基色是 红 绿 蓝 任何色彩都可以由不同比例的三种相互独立的色调混合得到 这三种相互独立的色调称为三基色 三 色彩对人的影响 1 生理 1 色调 视觉疲劳 蓝 紫 红 橙 绿 黄绿 蓝绿 视觉敏感 黄 橙警戒 红 使人体各个器官兴奋和不稳定 血压升高 脉搏加快 蓝 使人体各个器官抑制 血压下降 脉搏减慢 四 作业环境的色彩调节与应用 3 安全标志和技术标志的色彩应用 管道系统化不同颜色代表不同管道 冷与暖 这种感觉主要由色调决定 其次是饱和度 兴奋与抑制 距离与轻重感 暖色调 轻且近 轻松与压抑感 这种感觉主要由明度和饱和度决定 2 对心理的影响 1 工作场所的色彩调节 2 机器设备和工作面的色彩调节 暖色调 红 橙 黄 冷色调 绿 蓝 青 1 运用光线反射率 2 合理配色 3 颜色特性的选择明度饱和度色调 冷色调 重且远 安全色 红 蓝 黄 绿对比色 白 黑 红色表示危险 暂停 停止 禁止 黄色表示小心 注意 为了醒目也常与黑色一起使用 黄色和黑色是起警告作用的颜色 绿色表示安全 正常 蓝色主要用来做标志 说明等 人与声环境 一 声音的基本知识 1 声音的基本概念 频率f人耳能够感受到的频率范围 20 20000HZ 声频 2 声音的物理度量 1 声压和声压级 波长 m 声速C 声压 P 声波通过传播介质时产生的压强 单位 Pa 人体能够分辨出的声压 2 10 5 20Pa 声压级 Lp 指声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20 单位 dB 二 噪声对人的影响 2 响度与响度级 响度级 LN 表示声音响度的相对量 单位 方 phon 以1000HZ的纯音作为基准声音 将其它f的声音与其比较 当人耳感觉比较声音与基准声音一样响时 该比较声音的响度级在数值上即等于与其等响的基准声音的声压级 dB 响度 N 是人耳对声音强度所产生的主观感觉量 它与频率和声强有关 单位 宋 sone 1宋 40方 响度与响度级的关系 噪声 主观上讲 令人感到很不愉快 很不舒服的 很厌倦的声音 客观上讲 频率不固定 非周期性变化 2 噪声对听觉的影响 会产生暂时性听力下降 听力疲劳 持久性听力损失 暴震性耳聋 见图9 16 持久性听力损失 噪声性耳聋 长期在噪声环境中工作 产生听力疲劳 若听阈下限上升大于25dB 不可恢复 25dB 40dB轻度耳聋40dB 60dB中度耳聋60dB 80dB重度耳聋 暴震性耳聋 dB大 冲击波大 1 噪声对工作的影响 噪声对信息传递的影响500 2000HZ的噪声对语言干扰最大 因为噪声频率与之相同 产生共振 干扰最大 见图9 15 噪声对工作效率的影响当噪声达到70dB时 会对工作产生各方面的影响 所以对于需要高度集中精力的工作场所均以50dB的稳定噪声级作为其上限 三 影响噪声对机体作用的因素 噪声强度 影响听觉的主要因素 噪声越强 对听力的损伤越严重 小于55dB无 2 接触时间 接触时间越长 对听力的损伤越严重 3 噪声的频谱 高频 窄频带 4 噪声类型和接触方式 脉冲噪声和持续接触 见图9 17噪声达90dB分贝以上 对神经系统 心血管系统等有明显的影响 噪声增加人的烦恼程度 使人对工作不满 3 噪声对机体的其他影响 四 噪声评价标准 国外听力保护噪声标准 参阅表9 18 工业噪声卫生标准 参阅表9 19 环境噪声标准 参阅表9 20 1 声源控制 2 控制噪声的传播 3 个人防护 五 噪声的控制措施 降低空气动力性躁声 工厂总体布局要合理 调整声源指向 利用天然地形 采用吸声 隔声 消声等措施 采用隔振与减振措施 4 音乐调节 生产性音乐的效果研究认为 音乐对工作效率的影响作用有正 反两方面 有时不起作用 所以音乐调节是因时 因地 因工种 因人而异的 要慎重选用 生产性音乐的要求纯体力劳动及无须集中注意力的工作 以节奏清晰 速度较快而轻松的音乐为好 单调发闷的工作 以娱乐味的音乐为好 需要集中注意力的工作 脑力劳动 以速度稍慢 节奏不明显 旋律舒缓的音乐为好 音量的选择躁声 80dB时 音乐的中心音量可高出躁声3 5dB躁声 80dB时 音乐的中心音量可低于躁声3 5dB 附录 本章所附插图 图2 1 返回 图2 2 返回 图2 3 返回 图2 4 返回 图2 5 返回 直尺 固定尺座 活动尺座 弯尺 主尺杆 底座 适用于读数值为1mm 测量范围为 0 1996mm 图2 6 返回 适用于读数值为1mm和0 1mm 测量范围为 0 200mm和0 250mm 图2 7 返回 适用于读数值为1mm 测量范围为 0 300mm 图2 8 返回 体重 身高 上臂长 前臂长 大腿长 小腿长 返回 会阴高 胫骨点高 手功能高 肘高 肩高 眼高 图2 9 返回 坐姿眼高 坐高 臀膝距 坐姿大腿厚 坐姿下肢长 3 2坐姿颈椎点高 坐姿肘高 3 4坐姿肩高 小腿加足高 坐姿膝高 坐深 图2 10 返回 胸宽 胸厚 肩宽 最大肩宽 臀宽 坐姿臀宽 坐姿两肘间宽 腰围 胸围 臀围 图2 11 返回 图2 12 返回 图2 13 返回 图2 14 返回 图2 16 返回 2020 3 16 91 可编辑 表2 1百分比与变换系数 返回 图8 9图8 10 返回 图8 11站姿单臂作业近身空间图8 12站姿双臂作业近身空间 返回 图8 19面板布置原则与作业执行时间的关系 返回 图3 6 返回 图3 21 返回 图3 22 返回 图3 23 返回 图6 18对座椅设计有用的人体尺寸 返回 具体测量数值见表2 4和表2 5 图8 13 返回 图8 17 返回 精密作业 一般作业 重荷作业 图8 18站姿一般作业面高度与身高的关系 返回 图7 8 返回 图8 14几种受限作业空间尺度 返回 图8 15几种通道空间尺度 返回 图8 1推荐的作业岗位选择依据 返回 S 坐姿 ST 立姿 S ST 坐或立姿 ST C 立姿 备有座椅 图8 16 返回 图8 13 返回 图9 2 返回 图9 3常用的温湿图和舒适区 返回 图9 4气温对效率和相对差错的影响 返回 图9 5温度对生产率和事故发生率的影响 返回 图9 6人对高温和低温的主诉可耐时间 返回 高温可耐限 低温可耐限 图9 7温度的安全限度 返回 图9 8工作效率不受影响的允许温度和温度范围 返回 1复杂操作 3生理可耐限度 2智力工作 4出现虚脱危险的限度 作业效率下降 32 28 25 22 5 16 10 8 6 13 4 有效温度以20 时手的工作效率为100 30 45 60 30 90 60 45 90 返回 图3 3 返回 图9 9 返回 图9 10照明与事故发生率的关系 返回 图9 11 返回 图3 8暗适应与明适应 返回 图9 13 返回 图9 15躁声对语言信息传递的影响 返回 图9 16躁声性耳聋的进展形式 返回 第五章人机信息界面与人机系统设计 人要感知信息 处理信息 发出运动能 就必须和机器的显示装置 操纵装置之间发生关系 以便在人和机器的特性之间寻求最佳的人机匹配 来提高整个系统的效率 这就是人机界面以及人机系统设计所要解决的问题 人机界面是指系统中的人 机 环境之间相互作用的区域 5 1人机信息界面的形成 图5 1人机信息界面包括环境信息 机器信息的显示与机器接受信息的控制 显示装置是人机系统中 将机器的信息传递给人的一种关键部件 人们根据显示信息来了解和掌握机器的运行情况 从而控制和操纵机器 2 人机信息交换方式 1 人机信息交换系统模型 人机系统的信息交换信息方式 1 从显示器上接受信息 2 通过控制器对机器进行控制 5 2显示器设计 二 视觉显示器设计 按人接受信息的感觉通道不同 显示器分为 视觉显示器 包括各种仪表 信号灯 显示屏等 显示器是人机系统中专门用来向人的感官传递信息的装置 一 显示器概述 一 仪表 仪表是一种应用最广的信息显示装置 其种类很多 按功能分 读数用仪表 检查用仪表 追踪用仪表 调节用仪表 警戒用仪表等 听觉显示器 常用的有铃 蜂鸣器 喇叭 汽笛和哨子等 触觉显示器 如 钱币上的盲点 三种显示器传递的信息特征参阅表5 1 两类仪表功能特点参阅表5 2 特点 显示的信息形象化 直观 使人对模拟值在全量程范围内所处的位置一目了然 并能给出偏差量 对于监控作业效果很好 直接用数码来显示有关的参数或工作状态 用模拟量 刻度和指针 来显示机器的有关参数和状态 应用 汽车上的油量表 氧气瓶上的压力表 类型 指针运动式仪表指针固定式仪表 特点 认读过程简单 直观 只要对单一数字或符号辨认识别就可以了 认读速度快 精度高 且不易产生视觉疲劳 应用 计算器 电子表及列车运行的时间显示屏幕 二 仪表设计 根据显示功能和人的视觉特性选择和设计 2 表盘尺寸 直径 d 25 35mm认读效果 d读d 35 70mm认读效果趋于稳定 误读率与d无关d 70mm认读效果1 d读 根据刻度标记的数量以及观察距离进行设计 1 仪表形式 观察者的视角为2 5 5 时最佳 视角 刻度盘的直径与观察距离的比值 人的视觉特性 水平移动速度大于垂直移动速度 从左到右 从上到下 图5 2 4 仪表指针 指针的形状 长度和宽度形状 简洁 明快 以头部尖 尾部平 中间等宽或狭长三角形为好 长度 指针与刻度间距最好为1 2mm 不要重叠 相连 宽度 指针针尖宽度 最小刻度线宽度 刻度线间距 小刻度线的最小间距为L 600 大刻度线的最小间距为L 50 视距为750mm时 刻度线间距为1 2 5mm 4 3 刻度与标数 表盘上的刻度线 刻度线间距 文字和数字尺寸是依据视距确定的 刻度线 刻度线一般有三级 即大刻度线 中刻度线和小刻度线 刻度线高度和文字高度参阅表5 3 刻度线宽度 一般取间距大小的5 15 10 最佳 仪表的标数设计遵循原则 p94 刻度与标数的优劣对比见图5 4 指针的零位仪表指针零位一般都在时钟9点或12点位置 6 仪表面板形式及其布置 5 仪表的色彩 仪表板上的仪表位置设计原则如下 按仪表的重要程度排列3 20 40 40 60 例如 墨绿或淡黄色表盘最佳搭配 白色 黑色 颜色设计主要指表盘 刻度线 标记字符以及指针的颜色匹配问题 仪表色彩是否合适 将影响认读速度和误读率 设计时 刻度线 标记字符以及指针的颜色应相同或尽可能协调 而与表盘不同 组合形式面板见图5 5 其布置参阅表5 4 按使用顺序排列 按功能进行组合排列 按最佳零点方向排列 见图5 6基本原则 将各仪表的指针正常位按一定的规律组合排列成图案 任何一个表盘的指针偏离了正常位 就破坏了构型图案的完整性 极易被人觉察 三 信号显示设计 1 信号灯设计 信号灯的作用主要有两方面 1 发出指示性信息2 显示系统工作状态大多数情况下 一种信号灯只用于指示一种信息和状态 按视觉特性排列仪表的排列顺序和方向应遵循人的视觉特性 左上方为最优 其次是右上方 左下方 而以右下方为最差 远距离信号灯 选用空气散射小 射程较远的长波红光的信号灯 或选用功率消耗较少的蓝绿光 能见距离 不同情况下的气象能见距离参阅表5 5 夜间发光客体的能见距离参阅表5 6 信号灯的亮度和视距设计 信号灯的亮度要高于背景亮度的两倍 同时背景以灰暗无光为好 按仪表与操纵器相合性排列 见图5 7 信号灯形状 标记设计 信号灯的颜色选择 信号灯的布置 信号灯常使用颜色编码 表示某种含义和提高可辨性 在使用颜色编码时 使用颜色过多可能造成混淆和错认 一般不应超过10种 信号灯的颜色及其意义参阅表5 8 重要信号灯设计 3 20 60 80 当所显示的信息非常重要或较复杂时 可通过多种感觉通道或多个信号灯复合显示 以引起特别注意 信号灯 听觉或触觉 使用不同颜色和形状的信号灯编码 需要引起注意的信号可采用闪光信号 闪光频率一般为0 67 1 67HZ闪光方式 明灭 明暗 似动式 信号灯与背景亮度对比较差时或信息紧急时 可适当提高闪光频率 10 20HZ 不同背景的灯光信号对人的认读效果有较大的影响 具体参阅表5 7 2 荧光屏设计 既能显示图形 符号 信号 又能显示文字 既能追踪显示 又能显示多媒体的图文动态画面 在荧光屏上显示视觉信息 应用 电视屏幕 计算机显示器 示波器等 目标 是指在荧光屏上显示的视觉信息载体 如 图形 文字 符号 信号等 目标亮度 一般不超过34cd m2呈现时间 在0 01 10s内 目标的视认度与之成正比 一般为0 5s可基本满足视认要求 在2 3s可较好满足视认要求 运动的目标比静止目标易于察觉 但难以看清 目标运动速度越大 视觉辨认效率越低 视敏度与目标运动状态的关系参阅表5 9 1 荧光屏的显示特征 2 目标的亮度 呈现时间 3 目标的运动速度 4 目标的形状 大小和颜色 5 目标与背景的关系 6 屏面 大小 目标越大越易察觉 但受空间所限应有一个适宜大小 荧光屏字符大小与视距的关系参阅表5 10 目标的形状 不同形状目标 其辨认效率不同 一般次序为 三角形 圆形 梯形 方形 长方形 椭圆形 十字形 颜色 计算机荧光屏绝大多数用绿色作目标 3 图形符号设计 图形符号的辨认速度和准确性 与图形符号的特征数量有关 参阅表5 11 标志是一种形象语言 要便于识别 标志的颜色有特定意义 参阅表5 12 三 听觉显示器设计 1 听觉信息传示装置 听觉显示器分两大类 1 听觉信息传示装置2 言语传示装置 利用示警信号 声音 来传达信息 特点 可快速有效的传递简单和短促的信息 反应快 方向不受限制 特别适合紧急情况下使用 听觉信息传示装置的用途很广 根据声压级及频率高低 常用的有 蜂鸣器 铃 角笛和汽笛 警报器 听觉显示器是利用声音通过人的听觉通道向人传递信息的装置 具体设计音响及报警装置的强度和频率参数可参阅表5 13 音响传示装置的选择原则 2 言语传示装置 在有背景噪声的场合 音响传示装置的频率选择在噪声掩蔽效应最小的范围内 使用断续的或音调有高低变化的声音信号 更能引起人的注意 最好组成视 听双重报警信号 音响信号传播距离远和穿越障碍物时 应加大声波强度 使用较低的频率 注意音响装置的多少 避免各信号间的相互干扰 用语言在人与机器之间传递信息 使其具有一定的表达能力 特点 可以更为细致 明确地指导操作者的各种操作行为 应用 无线电广播 电视 电话 报话机和对话器及其它录音 放音的电声装置 1 言语清晰度对言语信号的要求 语言清晰 言语清晰度与主观感觉的关系参阅表5 14 言语传示装置设计应注意以下几点 显示内容较多时 采用一个言语传示装置即可 更适于指导检修和故障处理工作 引导操作者操作 适用于追踪操作中 在非职业性的领域中 言语传示装置更符合人们习惯 言语传示装置的选择原则 5 3控制器设计 一 控制器的定义及其种类 控制器 是操作者 人 用以将信息传递给机器 使之执行控制功能 实现调整 改变机器运行状态的装置 控制器的种类很多 按操纵的身体部位不同 分为三大类 1 手动控制器 最常见的一类控制器 2 控制器的种类 1 定义 3 其它控制器 包含语言控制器 膝控制器以及其它非身体部位控制的控制器 如 声控 光控等 2 脚动控制器 脚动控制器主要有两种 脚踏板和脚踏钮 按操纵的运动方式又可分为 旋钮式旋钮 摇柄等移动式操纵杆 手柄按压式按钮 按键等 二 控制器设计和选用的一般原则 三 控制器编码方式 控制器的设计要适应人体运动的特征 操纵装置编码 使每一个控制器都有自己的特征和符号 以便于操作者识别 防止误操作 尽量设计多功能控制器 并把显示器与控制器有机结合起来 利用编码提高控制器的辨认和记忆 控制器要能避免无意识的误操作而引起的危险 尽量利用控制器的结构特点或借助操作者体位的重力进行控制 控制器操纵方向应与预期的功能方向相一致 1 形式编码formcoding 2 位置编码spacecoding 图5 15 3 尺寸编码sizecoding 这是一种容易为人的视觉和触觉辨认的编码方法 要求 1 控制器的形状要尽量反映其功能要求 从而使人能由控制器的形状联想到其用途 并便于形象记忆 2 对于操作紧张 视觉负荷较重的作业 控制器的形状应能在不同目视或不用眼睛 甚至戴手套的情况下 单靠触觉也能分辨清楚 使用大 中 小三种尺寸 各级之间尺寸要相差20 以上 大小编码往往与形状编码一起使用 例如 汽车上的离合器 制动器和加速器的踏板 计算机键盘中各键位置 当不用眼睛而仅用手摸开关进行操作时 对垂直排列布置的操作的准确性优于水平排列布置的 实验结果表明 当控制器垂直排列布置时 控制器间距以12厘米左右为好 当水平排列布置时 其间距就需要更大一些才好 图5 11 5 标记编码labelcoding 4 颜色编码colorcoding 在控制器上或其侧旁 用文字或某种符号标明其功能 这种编码方式用在控制器数量很多 而形状又难以区分时 需要一定的空间和较好的照明条件 并要求标号简明易辨 具体编码时 可以根据需要采取一种或几种方式组合 1 常用的操纵装置 见图5 9 各种操纵器的功能和使用情况参阅表5 17 手把的形状便于触觉对其进行识别 见图5 11 2 手控操纵装置设计 1 触觉功能和触觉特性 2 操纵手把的设计 设计合理的手把 应考虑下述几点 不太敏感 适应迅速 有立体感 手把的形状应与手的生理特点相适应 见图5 10 尺寸应符合人手尺度的需要手把的尺寸必须考虑手幅长度 手握粗度 握持状态和触觉的舒适性 各种不同手把的握持状态见图5 12 四 控制器设计 控制器设计要符合人体测量学 运动特点以及生物力学 生理学等方面的特性 3 适宜的用力范围 参阅表5 18 表5 19 4 操纵器的适宜尺寸 与人体尺度的关系参阅表5 20 见图5 13 控制器的选择应考虑两种因素 1 人的操纵能力2 操纵器本身选择依据参阅表5 22 表5 23 表5 24 3 脚控操纵器的设计 五 控制器的选择 1 适宜的操纵力 参阅表5 21 2 脚控操纵器的尺寸踏板 宽度 大于2 5cm 长度 6 7 5cm28 30cm 踏下行程 6 17 5cm 表面要有防滑齿纹 踏钮 直径为5 8cm 行程为1 2 6cm 3 脚踏板结构形式的选择 见图5 14 4 脚踏板布置形式 座椅前7 62 8 89cm 离椅面5 17 8cm 偏离人体正中面小于7 5 12 5cm处 2 操纵与显示相合性原则 3 操纵 显示的编码和编排相合性