华北科技学院安全人机工程学重点

人机工程学：一门专门研究人与系统其他元素之间相互作用的技术科学。它起源与欧洲，形成与美国，发展与日本，壮大与中国。安全人机工程学：是从安全的角度和着眼点出发，运用人机工程学的原理和方法去解决系统中人机结合面的安全问题的一门新兴学科。安全人机工程学的主要研究目的：对上述的综合体建立合理的方案，更好地在人机之间合理的分配功能，使人和机的有机结合，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的环境，同时带来活动效率的提高。安全人机工程学的任务：是为人机系统设计者提供系统安全性设计，特别是确保人员安全的、方法、准则和数据。安全人机工程学研究的科学对象：（人）（机）（人机结合面）。安全人机工程学研究方法主要有：（调查法）（实验法）（模拟法）。安全人机工程学的研究内容：1） 研究人机系统中人的各种特性2） 研究人机功能分配3） 研究各类人机界面4） 研究工作场所和作业环境5） 研究安全装置6） 研究人员选拔问题7） 研究人机系统的可靠性8） 研究人机系统总体安全性设计准则和方法以及安全性评价体系和方法人体测量：涉及的是一个特定的群体而非个人，选择样本必须考虑有代表性的群体，测量结果要经过数理统计处理，以反映该群体的形态特征与差异程度。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，从而为各种安全设计，工业设计和工程设计提供人体测量数据。矢状面：通过铅锤轴和纵轴的平面及与其平行的所有平面都称为矢状面。冠状面：通过铅锤轴和横轴的平面及其平行的所有面，将人体分为前，后两部分。正中矢状面：在矢状面中，把通过人体正中线的矢状面，将人体分成左，右对称两部分。眼耳平面：通过左、右耳屏点及右眼眶下点的水平面。人体尺寸测量的主要仪器：人体测高仪、人体测量用直角规、人体测量用弯角规、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。主要统计函数：5%的人群身材尺寸小于此值，95%大于，第50百分位数表示大于和小于此人群身材尺寸的各为 50%。Xa=X+kS（a=5%，k=-1.645。a=95%，k=1.645）耗氧量：人体为了维持生理活动，必须通过氧化能源物质获得能量。体内单位时间所需要的氧气量叫需氧量。摄氧量：单位时间内，人体通过循环、呼吸系统所摄入的氧气量称为摄氧量。氧债与劳动负荷：劳动开始时，由于人体呼吸、循环机能跟不上需氧量，致使肌肉在缺氧的状态下活动，这种供氧量与需氧量的差值，称为氧债。人体体积计算：V=1.015W-4.937。人体表面积；S=0.0061H+0.0124W—0.0099人体测量的数据处理步骤：（1）将人体测量数据分类分组（2）划出频数范围分布，作直方图与概率计算（3）确定假定平均数（4）计算离均差（5）计算并列表人体测量数据的运用准则：（1）最大最小准则（2）可调性原则（3）平均原则（4）使用最新人体数据准则（5）地域性准则感觉：人脑对直接作用于感觉器官（眼耳鼻舌身）的客观事物的个别属性的反映。知觉：人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的整体反映。嗅觉鼻挥发和飞散的物质味觉舌被唾液溶解的物质皮肤感觉皮肤及皮下组织物理或化学物质对皮肤的作用深部感觉肌体神经及关节物质对机体的作用平衡感觉前庭器官运动和位置变化刺激的三要素：刺激的强度、作用的时间和强度一时间变化率。视觉的三要素：视觉对象，可见光和视觉器官。视野：指当头部和眼球固定不动时所能看到的正前方空间范围，或称静视野，常以角度表示。白色视野最大，黄、蓝次之，再其次为红色，绿色视野最小。视距：指人在操作系统中正常的视觉距离。最精细的工作视距离12~25cm。视觉运动规律：1） 眼睛沿水平方向运动比铅垂直方向运动运动快而且不易疲劳；一般先看到水平方向的物体后看到垂直方向的物体。2） 视线的变化习惯从左到右，从上到下和顺时针方向运动3） 人眼对水平方向尺寸和比例的估计比垂直方向尺寸和比例的估计要准确得多4） 当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最优，依次为右上限，左下限，右下限最差。5） 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。因而通常以双眼视野为设计依据。6） 人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易接受7） 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，易于辨认的顺序红、绿、黄、白。两种颜色搭配易于辨认：黄底黑字，黑底白字，蓝底白字，白底黑字。人耳的可听范围：青少年16~20000Hz，一般人20~20000Hz。25岁后开始对15000Hz以上的频率灵感度显著降低，对于小于1000Hz的低频范围，听觉灵敏度几乎不受年龄影响掩蔽作用：一个声音被另一个声音所掩盖的现象，成为掩蔽。一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应，成为掩蔽效应。人的反应时间：人从接收外界刺激到作出反应的时间。影响反应时间的主要因素：感觉通道不同，运动器官，刺激性质，执行器官不同，刺激数目，颜色的配合，年龄，训练。供氧不足会引起严重的后果，缺氧3~4分钟会引起脑细胞的不可修复的损伤；缺氧15分钟比较敏感的人会昏迷。影响人的信息处理能力的因素1） 人的神经活动规律2） 动机与积极性3） 学习和训练4） 疲劳将使作业的信息处理能力降低、反应时间增加，判断错误增多5） 人的个体差异也影响信息处理能力，这方面主要指人的精神意志力，精神机能平衡性，性格适应性和社会适应性等。6） 年龄、性别、经验、季节等也会人的作业能力和信息处理能力。7） 人体的信息传递效率即平常所说的反应快慢，影响人的信息处理能力。8） 人的大脑所处的意识水平人的哪些心理特征对安全产生影响：（1）注意（2）情绪与情感（3）意志（4）态度（5）性格（6）能力（7）气质（8）需要和动机（9）非理智行为注意：是心理活动对一定对象的指向性和集中，对象可以是外部世界的事物和现象，也可以是内向体验。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制约（环境影响）（生理状态）（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）在实际工作中表现出来的（急躁情绪）和（烦躁情绪）对安全生产具有显著影响。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。态度受三种因素的影响（知识或信息）（需要）（团体的规定或期望）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。非理智行为而发生违章操作心理因素表现以下方面（1）侥幸心理（2）省能心理（3）逆反心理（4）凑兴心理（5）从众心理（6）精神文明颜色视觉有3种特性，即（明度）、（色调）和（饱和度）。表示颜色视觉第二个特性的物理学概念是主波长，与主波长相对的心理学概念是色调。700nm光的色调是红光，510nm是绿光。色调调节在作业场所中的应用1） 工厂各区域以及设备和环境色彩的明度尽可能保持协调一致，以保证分辨力和避免色彩明暗变化大而引起的亮适应或暗适应反应。2） 光源色对物体色会产生影响3） 工件色彩与工作面色彩应形成对比，色彩与设备的功能相适应，操作装置的配色要突出重点，危险与示警部位的配色要醒目4） 机械设备一般较重，体积大占用空间大，为减轻压抑感用无刺激的中性色彩，特别巨大用无光泽浅色系，带底座的上部浅色系下部相对较深的颜色。5） 工作车间不要色调单一。热加工车间选用冷色调，机加工车间选用暖色调6） 在视觉狭窄的建筑物内，加入适当装饰色，既可以活跃气氛，又可以增加视觉层次，和谐建筑物有限空间约束。操纵力：是指操作者在操作时为达到操作目的所付出的一定量的力。肌力：肢体的力量来自于肌肉收缩，肌肉收缩时产生的力称为肌力。影响人体作用力的因素：（1）体重（2）体位（3）个体因素坐姿操纵力：1）左手力量小于右手2）手臂处于侧面下方时，推拉力都较弱，但其向上和向下的力比较大3）拉力略大于推力4）向下的力略大于向上的力5）向内的力大于向外的力一般青年男子右手平均瞬时的最大握力550N，左手421N当手做左右方向运动时，推理大于拉力，最大推力392N。人的无条件反应时间为0.1~0.15s，听觉反应为0.1~0.2s，手指叩击速度1.5~5次/s，判断时间为1~5s。疲劳定义：就是在人体发生可以概括为失去功能或打乱功能的变化，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。半自动化人机系统最容易导致疲劳。疲劳产生的机理：（1） 疲劳物质累积机理（2） 力源耗竭机理（3） 中枢变化机理与生化变化机理（4） 局部血流阻断机影响疲劳程度的因素：生理性疲劳除了与劳动方式、速度、强度和持续时间、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。疲劳产生的原因：（1）作业强度与持续时间（2）作业速度（3）作业态度（4）作业时刻（5）不良的作业环境（6）影响疲劳的具体因素如何减少和改善作业人员的疲劳：（1）工间休息是减轻体力劳动者疲劳的行之有效的方法（2）坚持正常的作息时间，安排好合理的休息时间（3）体育锻炼有助于缓解脑力疲劳（4）改善工作环境条件（5）注意休息人机系统的类型：（1） 按有无反馈分类：开环人机系统和闭环人机系统（2） 按系统自动化程度分类：人工操作人机系统、半自动化人机系统和自动化人机系统（3） 按人机结合方式分类：人机串联系统、人机并联系统和人与机串并混联系统人机系统为满足人类的需要，必须具备四大功能：（信息接受）（信息储存）（信息处理）和（执行）。人的主要功能：第一种功能一传感器，二信息处理器，三操纵器机的主要功能：（1）接受信息（2）储存信息（3）处理信息（4）执行功能人机功能分配：对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当的分配给人或机。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应分配给机器承担；而指令和程序的安排，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、故障处理及应付突发事件等工作，则由人承担。人机功能分配应注意的问题：为达到人机系统的安全卫生、高效、舒适，在进行人机功能分配注意以下几个问题：1） 信息由机器的显示器传入到人，选择适宜的信息通道，避免信息通道过载而失误。同时，显示器的设计应符合安全人机工程原则。2） 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3） 充分考虑人和机的各自优势4） 使人机结合面的信息通道数和传递效率不超过人的能力，以及机适合大多数人的应用。5） 一定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6） 要考虑到小概率事件的处理，有些偶然性事件如果对系统无明显影响，可以不必考虑，但有的事件一旦发生就会造成功能的破坏，对这种事件就要事先安排监督和控制方法。人机界面：是人和机器进行信息传递、人对机器进行控制的界面，它包括显示器、控制器以及报警系统等，是将人和机械系统联系为一个整体的纽带。人机系统的安全设计主要包括人机界面的安全设计、作业环境设计、安全防护装置设计以及人机系统的安全可靠性设计。显示器设计的基本原则：（1）明显度高（2）可见度高（3）可读性好（4）阐明力强（5）简单明了（6）确保安全（7）使视力有缺陷者也不会误认（8）显示器的显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致。刻度盘最佳视角2.5~5度。人眼直接读识刻度时，刻度最下尺寸不应小于0.6~1mm刻度线宽度取决于刻度的大小，当刻度线宽度为刻度的10%左右时，读数误差最小指针式仪表的色匹配：墨绿色和淡黄色仪表表面分别配上白色和黑色的刻度时，其误读率最小。而黑色和灰黄色仪表面分别配上白色刻度线时，其误读率最大。常用的10种信号灯编码颜色不易混淆次序为：黄、紫、橙、浅蓝、红、浅黄、绿、紫红、蓝、黄粉。但单个信号灯情况下，以蓝绿色最为清晰。音响和报警装置的类型：蜂鸣器，铃，焦笛和汽笛，报警器。控制其分类（按功能）1） 开关控制器2）转换控制装置3）调整控制装置4）紧急停车控制装置控制器设计的一般要求1） 控制其设计要适应人体运动的特征，考虑操作着的人体尺寸和体力2）控制器操作方向应与预期的功能方向和机器设备的控制方向一致3）控制器要利于辨认和记忆设计控制器时应考虑的因素：1）控制信息的反馈2）控制器的运动3）控制器上手或脚的使用部位的尺寸和结构编码（控制器编码）：1）形状2）大小3）位置4）操作方法编码5）色彩6）文字符号编码正确选择控制装置的类型对于安全生产，选择原则1）快速而精确的操作主要采用手控或手指控制装置;用力的操作则采用手臂及下肢控制。2）手控装置应安排在肘、肩高度之间容易接触到的距离处，并容易看到3）手指控制装置之间的间距可为15mm，手控装置之间的间距为50mm4）手动按钮、钮子开关或旋钮开关适用于用力下、移动幅度不大及高精度的阶梯式或连续式调节5）长臂杠杆、曲柄、手轮及踏板则适合于用力大、移动幅度大和低精确度的操作安全防护装置是指配置在机械设备上能防止危险因素引起人身伤害，保障人身和设备安全的所有装置。色彩调节及应用：1）工作房间的色彩调节2）机器设备和工作面的色彩调节3）安全标志和技术标志的色彩作用。该标准红（禁止停止）蓝（指令必须遵守的规定）黄（警告注意）绿（提示安全状态通行）4种颜色为安全色安全防护装置的作用：（1） 防止机械设备因超限运行而发生事故。（2） 通过自动检测与诊断系统系统排除故障或中断危险。（3） 防止因人为的误操作而引发的事故。（4） 防止操作者误入危险区而发生的事故。安全防护装置的设计原则：（1） 以保护人身安全为出发点进行设计的原则（2） 安全防护装置必须安全可靠的原则（3） 安全防护装置与机械装置配套设计的原则（4） 简单、经济、方便的原则（5） 自组织的设计原则可靠性的定义：指研究对象在规定条件下、规定时间内、完成规定功能的能力。可靠性度度量指标：是指对系统或产品的可靠程度做出定量表示。故障率：指工作到t时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。产品的失效过程可分为3个阶段（早期故障率）（偶发故障率）和（磨损故障率）。影响人的可靠性因素：（1）生理因素（2）心理因素（3）管理因素（4）环境因素（5）个人因素（6）社会因素（7）操作因素提高人机系统安全可靠性途径：（1）合理进行人机功能分配，建立高效可靠的人机系统（2）减少人因失误工作空间：人与机器配合完成生产任务是在一定的作业空间进行的。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。受限作业空间：进出开口有局限性，非预定作业者连续停留的作业空间就是受限作业空间。工作空间设计的一般原则：操作高度应适合于操作者的身体尺寸及工作类型座位调节到适合于人的解剖，生理特点。为身体的活动提供足够的空间操作装置设置在机体功能易达或可及的空间范围内，显示装置按功能重要性和使用频度依次布置在最佳或有效视区内把手和手柄适合于手功能的解剖学特性根据生产任务和人的作业要求,首先应总体考虑生产现场的布局,避免在某个局部的空间范围内的机器、设备过于密集，劳动负荷过大，然后再进行各局部之间的协调工作空间设计要着眼于人，落实于设备。在应用有关人体测量数据设计作业空间时，必须保证至少在90%的操作者中具有舒适性、兼容性、操作性和可达性。在人体尺寸或最大可及范围的选取时，应采用第99百分位上男女二者中较大的数值作为最小安全距离的设计依据；采用第一百分位上男女二者中较小的数值作为最大安全空隙的设计依据。安全距离设计：1)机械防护安全距离设计2)人体与带电导体的安全距离采光与照明照明要求：控制室应尽量采用自然采光，其自然采光标准一般为3%。为此，控制室的窗口面积与其他面积之比维持在1：2.5左右,同时为避免阳光直射入室，则要求控制室的建筑南北朝向为好。人与机的优缺点比较人在复杂感受能力，信息处理能力，智力综合判断