人与环境的界面设计

1、第9章 人与环境的界面设计,9.1 人体对环境的适应程度,1. 分区 最舒适区、舒适区、不舒适区、不能忍受区，见图9-1 2. 创造良好作业环境的途径 1）对现有的作业环境进行评价，针对存在问题采取改善措施。 2）在设计阶段就充分运用一切技术资料，对作业环境予以充分论证和考虑，提出妥善解决不良环境因素的方法,9.2 人与热环境,9.2.1 影响热环境的要素 1.气温（The atomospheric temperature): 传导、对流、辐射（第二热源） 生产环境中的气温决定于： 大气温度 太阳辐射 生产中的热源 人体散热等,热源通过传导、对流使生产环境中的空气加热，并通过辐射加热四周物体，

2、形成第二次热源，扩大了直接加热空气的面积，使气温升高,2.气湿（Humidity): 指加入到空气中水蒸气的量，以相对湿度来表示。 相对水蒸气量（%）= 实际水蒸气量/饱和水蒸气量100 相对湿度在80%以上称为高气湿，在30%以下为低气湿。 3.气流（air flow,m/s) ： 形成气流的原因：温差、 风压 生产环境中的气流 动力来自于外界风力和 厂房中的热源。 温差愈大，产生的气流愈大,4.热辐射(heat radiation) 热辐射主要指红外线和一部分可视线而言。 太阳 各种熔炉 生产环境 开放的火焰 熔化的金属等 红外线不直接加热空气，但可使周围物体加热,1)正辐射：当物体表面温

3、度超过人体表面温度时，物体向人体传递热辐射而使人体受热，称为正辐射。 2）负辐射：当周围物体表面温度低于人体表面温度时，人体向周围物体辐射散热，称为负辐射,9.2.2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,机体热平衡方程： MCR-E-W=S S=0 S0 S0,外界环境热量,人体处于动态热平衡状态,产热多于散热，人体体温升高,散热多于产热，人体体温下降,人体蓄热状态,M代谢产热量,C人与周围环境通过对流交换的热量,R人与周围环境通过辐射交换的热量,E人与周围环境通过皮肤表面汗液蒸发散热量,W人体对外做功所消耗的热量,9.2.3热环境对人体的影响,

4、1.热舒适环境 人在心理状态上感到满意的环境。 影响热舒适环境的主要因素如下： 1）环境因素 气温、气湿、气流速度、辐射热 最适合的湿度%与气温t之间的关系 (%)=188-7.2 t () t26 2）人的因素 新陈代谢、服装，见图9-3 2.过冷、过热环境对人体的影响 1）低温冻伤 2）低温的全身性影响 3）高温烫伤 4）全身性高温反映,9.2.4 热环境对工作的影响,1. 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。 2. 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。 工作时的温度最好在15.5 27 ，见图9-5,9.2.5热环境的主观评价标准,1

5、.主观评价依据：热环境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，表9-2续 2.耐受标准，见图9-6 3.安全标准，见图9-7 4.工作效率不受影响的温度范围，见图9-8 5.工业生产热环境标准，参阅表9-3，表9-4,9.3 人与光环境,9.3.1 良好光环境的作用，见图9-9 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。 1. 光源对生产率的影响 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）来提高劳动生产率。 2. 光

6、环境对安全的影响 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9-10,9.3.2对光环境的要求,1.设计的基本原则 1)合理的照度平均水平 2)光线的方向和扩散要合理 3)不让光线直接照射眼睛 4)光源光色要合理 5)让照明和色相协调 6)不能忽视经济条件的制约，见图9-11 2.天然光照度和采光系数C，参见表9-5，表9-6 C=En/Ew100% En室内某一点的照度; Ew与En同一时刻的室外照度,3. 照明的照度与照度分布，参阅表9-7 它表明被照面上光的强弱，以被照场所光通的面积密度来表示 E=di/dA Emin En 4. 亮度分布，参阅表9-8，表9-9，见图9-

7、12， 5. 光的方向性和扩散性 6. 光源色和显色性，参阅表9-10，表9-11 1）色温，当热辐射光源的光谱与加热到温度为Tc的黑体发出的光谱分布相似时，将该温度Tc称为该光源的色温，见图9-13。（红浅红橙黄白蓝白蓝 ） 2）显色性：光源对物体的显色能力 ，参阅表9-12，表9-13,9.3.3 色彩调节,工作环境具有好的色彩环境可以得到如下几点效果： 1.增加明亮的程度，提高照明的效果 2.标志明确，识别迅速，便于管理和操作 3.注意力容易集中，减少差错和事故，提高工作质量 4.舒适愉快，减少疲劳 5.环境清洁，层次分明，美观大方 色彩的感情效果，参阅表9-14 ，表9-14续， 环境

8、色彩对气氛的影响程度见图9-14 明度活动； 饱和度情绪； 色调暖和感； 2. 环境色彩的选择，参阅表9-15,语义差别法由概念和若干量尺构成。这里的“概念”，既包括词、句、段和文章那样的语言符号，也包括像图形，色彩、声音等有感情意义的知觉符号。 这里的量尺,是用两个意义相反的形容词作为两极而构成的,例如，好坏称为一个量尺：量尺一般分7个等级,如：非常好，相当好，稍微有点好,不好不坏,稍微有点坏，相当坏,非常坏。让被试对提出的概念（如战争、和平、人生、自我、我们的学校等）依据在感情意义上的评定,在这7个等级之中最适合的一个上打上号。最后对得到的资料进行因素分析。经奥斯古德及其他研究者的多次测试

9、，发现被试对每一概念的反应大多在以下三个方面表现出差异：评价（好坏）,潜能（强弱）,活动（快慢）。这三个维度也就是一般语义空间中最主要的因素。语义差别法所获得的结果,可以对数据作概念间的分析、量尺间的分析和被试间的分析，也可以用图示以直观的形式表示。语义差别法的缺点是，被试往往倾向于对自己的感情喜好作夸大的描述，并倾向于在中性段打，因而会产生误差。但是，这种方法极为灵活，易于构思，便于使用和记分。因此，虽然历史较短，却已在心理学、教育学、社会学、经营学、市场调查、宣传研究以及跨文化研究等领域得到了广泛的应用,绿蓝色（低饱和度、稍低明度）：后退的活动心理色彩；（狭小的空间） 黄色（高明度、稍高饱

10、和度）：前进的活动心理色彩；（空旷） 红色（稍高饱和度）：增加活力的心理色彩； 青蓝色：快乐的心理色彩；车间天花板 淡紫色（低明度）：安定情绪,一.车间的色彩调节,车间配色取决与工作特点，要考虑色彩的含义以及色彩对人的心理和生理的影响 1.色调不要单一，色调单一会加速视觉的疲劳或引起单调感 2.明度不应太高或相差悬殊，否则会由于视觉的适应性而 促使视觉疲劳 3.饱和度也不要太高，否则会由于叫强的刺激而分散工作者的注意力，也容易使视觉加速疲劳 进行色彩调节要根据车间的性质和用途来选择色彩，当作业的地方温度比较高以及空间较小时，应该选配冷色调；若温度较低或工作空间较大时应该选择暖色调。 对工作间的

11、配色，除了上述外，还应该考虑物体表面的光线的反射率，选择反射系数高，明快，和谐的色彩。 测定材料的反射率的简便方法可用照度计测量反射面的照度，然后用此公式计算： 材料反射率=暗照度/明照度*100,二.机器设备和工作面的色彩调节,机器设备主要包括主机.辅机.和动力设备，以及控制，显示和操纵装置等，其配色应主要考虑：1.色彩与设备功能相适应；2.设备配色与环境色调相协调；3.危险与警示部位的配色要醒目；4.操纵装置的配色要重点突出，避免误操作；5.显示装置要与背景有一定的对比，以引人注意，同时也有利于操作者的认读； 工作面的涂色，明度不要太大，反射率不要太高，选用适当的色彩对比，来有利于细小物件

12、的分辨。同时色彩的对比不要过大，否则会引起视觉疲劳，如果长时间的加工同一种颜色的零件时最好在作业者的视野内安排另一种色彩（最好是绿色，当然若加工零件是绿色就应该更换其他颜色），以便使眼睛得到休息。 主机配色：比墙壁暗比墙围亮，操纵器配色与主机配色一致，显示器要对比明显。 三.安全标志和技术标志的色彩的应用 安全标志与安全色卡片应该采用gb规定，如： 红色：禁止，停止，防火等意思 蓝色：必须准守（与几何图形同时使用时表示指令）等 黄色：警告，注意 绿色：提示，安全状态，通行等 不同车间环境色彩设计举例见表9-15,9.3.4 光环境的综合评价,1. 评价方法，参阅表9-16 2. 评分系统,3.

13、 项目评分及光环境指数,4. 评价结果与质量等级，参阅表9-17,9.4 人与声环境,9.4.1 噪声对人的影响 1. 噪声对工作的影响，见图9-15 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。 2. 噪声对听觉的影响， 暂时性听力下降: 暂时性减退，敏感度降低，可听阈提高。可恢复； 听力疲劳：持久噪声，听力减退较大，难恢复，数小时以上 持久性听力损失： 连续作用，休息后来不及恢复，长期接触过量噪声，使耳感受器发生器质性病变，不可逆的永久性听力损失，临床称噪声性耳聋，发展形式见图9-16 暴震性耳聋：突然暴露于强烈的噪

14、声，高于150db，完全失去听力，声外伤。 3. 噪声对机体的其他影响，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。噪声品级分类及其影响,第一级：L=30dB（A）65dB(B)，心理影响 第二级：L=6590dB(B)，较前者加重植物神经方面的影响。 第三级：L=90120dB(B)，较前者造成听觉机构不可恢复性的损失。 第四级：L120dB（B)，较前者造成内耳永久性的损伤；若L140dB（B)，可能形成严重的脑损伤。 9.4.2 影响噪声对机体作用的因素 1.噪声强度（越强）； 2.接触时间（越长）； 3.噪声的频谱（高频，窄频带）； 4.噪声类型和接触方

15、式（脉冲噪声和持续接触）； 5.个体差异； 6.其他有害因素的共同存在,9.4.3 音乐调节,1. 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。 2. 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,9.4.4 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9-20,9.5 人与振动

16、环境,9.5.1 人体的振动特性，见图9-18 外部刺激使人体产生内部响应。 对人体产生三种作用力：惯性力（质量）；粘性阻尼力（阻尼）；弹性力（刚度）。 人是一个多自由度的振动系统，其中： 第一共振峰：48Hz，对胸腔影响最大； 第二共振缝：1012Hz，对腹腔影响最大； 第三共振缝：2025Hz，频率再增高，在人体内传递逐步衰减，对生理效应的影响相应减少。 显然，对人体影响最大的是低频区,9.5.2 影响振动对机体的作用因素，见图9-19,1.振动频率 1）倍频程 f1下；f2上；f0中；b带宽 f2=2 f1、f02=f1f2 、 b=f2-f1=f1、f02=2f12=f22/2 f0=

17、31.5,63,125,250,500,1k,2k,4k,8k,16k 2）1/3倍频程 f2=21/3 f1、 f02=f1f2 =21/3f12=f22/21/3、b=f2-f1 =(21/6-2-1/6) f0 f0=25,31.5,39.7,50,63,80,100,125,160 2.作用方向 分为垂直（上下），横向（左右），纵向（前后） 3.振动强度 以加速度度量振动强度最为广泛 4.作用方式 5.振动波形 6.暴露时间,9.5.3 振动对人体的影响，见图9-20 实验证明，人对频率为4Hz到8Hz的振动感觉最敏感，频率高于8Hz,或低于4Hz,敏感性就逐渐减弱。 对于同样强度、同

18、样频率的振动来说，振动的影响还同振动的暴露时间有关。短暂时间内可以容忍的振动，时间一长就很可能变成不能容忍的了。 振动给予人的影响，按受到振动的强度和暴露时间大致有四种情况： “感觉阈”，人体刚能感受到振动的信息； “不舒适阈”,人体产生不舒适反应; “疲劳阈”，人体产生生理性反应； “极限阈”（或“危险阈”），超过它人体会产生病理性损伤,9.5.4 振动对工作能力的影响，见图9-21 9.5.5 振动的评价， 1. 全身承受振动的评价标准，见图9-22 （1）健康与安全的界限（EL） （2）疲劳降低工作效率界限（FDP） （3）舒适降低界限（RCB,2. 局部振动评价标准，见图9-23，图9

19、-24，参阅表9-22,9.6 人与毒物环境,9.6.1 有毒气体和蒸汽，参阅表9-21 9.6.2 工业粉尘和烟雾 9.6.3 有毒环境的卫生标准 表9-21中数据均以单种毒物，稳定发生量及8小时为前提，否则，应进行换算,第 9 章 结 束 回 总 目 录 第 10 章,附录,本章所附插图,图9-1 决定舒适程度的环境因素范围,返回,图9-2 人体热平衡状态,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a 是脑力劳动工作效率随室温的变化关系 b是脑力劳动相对差错次数与空气温度变化关系,返回,临界温度： 大于27C 工作效率明显降低； 低于15.5C灵敏性、

20、感觉度降低,图9-5 温度对生产率和事故发生率的影响a 马口铁工相对产量季节性变化 ,高温条件下降低重体力劳动的效率 b 军火工厂相对事故发生率与温度关系,温度偏离舒适值影响事故发生率,返回,表9-2续,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,主诉可耐区,图9-7 温度的安全限度,返回,低温安全限度,高温安全限度,100,50,25,10,图9-8 工作效率不受影响的允许温度和温度范围（a）允许温度（b）温度范围b 中A工作效率不受影响的温度范围 ,B生理可耐限度,返回,生理可耐限度,虚脱危险的限度,智力工作效率不受影响的限度,复杂操作效率 不受影响的限度,

21、图9-9 良好光环境的作用,返回,照明生理因素,照明心理因素,图9-10 照明与事故发生率的关系,返回,a 因改善照明和工作场所粉刷而减少事故发生率统计资料 仅改善照明,现场事故减少32%, 全厂事故减少16.5%. 同时改善照明和工作场所粉刷,事故减少更显著,b良好照明使事故、出错次数、缺勤人数明显减少,照 度-单位被照面上接收到的光通量称为照度。如果每平方米被照面上接收到的光通量为1（lm），则照度为1(lx)。单位：勒克斯（lx）。1勒克斯（lx）相当于每平方米被照面上光通量为1流明（lm）时的照度。夏季阳光强烈的中午地面照度约5000 lx，冬天晴天时地面照度约2000 lx，晴朗的月

22、夜地面照度约0.2 lx。lm其定义是纯铂在熔化温度（约1770）时，其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量,图9-11 良好照明的特性因素,返回,返回,图9-12 室内各表面的 反射系统系数和相对照度,返回,图9-13 照度水平与色温舒适感关系,返回,在低照度下，舒适光的色温接近火焰的低色温 ； 在高照度下，舒适光的色温接近正午阳光或偏蓝的的高色温 光色,表9-14,返回,色彩的感情效果,表9-14续,返回,图9-14 环境色彩对气氛的影响程度,返回,明度对活动性因子影响最大，饱和度对情绪影响最大， 色调对暖和感的影响最大 亮度大的壁面增加活力，造成快活气氛 饱和度 过大或过低对情绪都有不良影响，4为较佳，这与不希望涂料太蓝与太白的心情符合 暖色给人暖和感,表9-15,返回,表9-17,