第三章-安全人机工程学-课件

第三章安全人机工程学PPT课件2006.2表3－2人体主要感觉阈值

感觉感觉阈下限上限视觉（2.2～5.7）×10-17J（2.2－5.7）×10-8J听觉1×10-12J/m21×102J/m2嗅觉2×10-7kg/m3

味觉4×10-7(硫酸试剂摩尔浓度)

触觉2.6×10-9J

温度觉6.28×10-9kg·J/m2·s9．13×10-6kg·J/m2·s振动觉振幅2.5×10-4mm

2023/12/65(2)知觉的基本特征

知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的整体反映。

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2）知觉的理解性（见图3）知觉的恒常性（见图4）知觉的选择性（见图5）2023/12/662006.2图2

知觉的整体性2023/12/67图3

知觉的理解性2023/12/682023/12/69图5

人头托盘双关图2023/12/6102023/12/6112023/12/6122、人的视觉特性（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7）（2）视觉的基本参数

波长和强度效应视角（见图3-1）视力视野（见图3-2，图3-3）视距（见表3-3）色觉2023/12/613图6人眼球的基本结构2023/12/614图7眼球的水平解剖图

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图3－1视角

2023/12/616

图3－2人的水平视野和垂直视野

2023/12/617图3－3人对不同颜色的视野

2023/12/6182006.2表3－3几种工作视距的推荐值任务要求举例视距离（cm）固定视野直径(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25～35（多为30～32）40～60坐着或站着中等粗活印刷机、钻井机、机床旁工作50以下至80坐着或站着粗活包装、粗磨50～15030～250多为站着远看黑板、开汽车150以上250以上坐着或站着2023/12/619（3）常见的几种视觉现象暗适应与明适应眩光视错觉

（图3-4）2023/12/620图3－4几种常见视觉错误

2023/12/6212023/12/622图8一系列视错觉图2023/12/6232023/12/6242023/12/6252023/12/6262023/12/6272023/12/6282023/12/629图9视错觉图2023/12/630三、知觉的基本特性

错觉2023/12/6312023/12/6322023/12/6332023/12/6342023/12/6352023/12/636错觉2023/12/637三、知觉的基本特性

错觉2023/12/638三、知觉的基本特性

理解性2023/12/639（6）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。

2023/12/6403、人的听觉特性

（1）人耳构造和听觉过程

（见图10，图3-9）（2）听觉特征

可听范围（见图3-5）可听声音的强度（见图3-6）方向敏感度掩蔽效应

2023/12/641图10人耳的构造

2023/12/642图11人耳的剖面图2023/12/643

图3－5年龄对听力敏感性的影响

2023/12/644图3-6

人的听觉阈限2023/12/6454、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12，触觉阈限）温度觉痛觉（见图13）2023/12/646图12

部分触觉感受器2023/12/647图13

人的痛、温度和粗略触觉传导通路2023/12/648二、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

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表3－4反应时间随感觉通道的变化

T（秒）听觉触觉视觉嗅觉味觉咸味甜味酸味苦味0.115～0.1820.117～0.2010.188～0.2060.200～0.3700.3080.4460.5231.082动作部位动作特点最少平均时间（ms）手握取直线曲线70220旋转克服阻力不克服阻力720220脚直线的克服阻力的360720腿直线的脚向侧面360720～1460躯干弯曲倾斜720～16201260表3－5反应时间与运动器官的关系

2023/12/650表3－7执行器官的反应时间

动作部位动作特点最少平均时间（ms）手握取直线曲线70220旋转克服阻力不克服的720220脚直线的克服阻力的360720腿直线的脚向侧面360720～1460躯干弯曲倾斜720～16201260表3－6反应时间与刺激性质的关系

执行器官反应时间（ms）右手左手右脚左脚1471441741792023/12/651表3－8反应时间与刺激数目的关系刺激选择数12345678910反应时间（ms）187316364434485532570603619622

表3－9反应时间与颜色的关系

表3－10年龄与反应时间的关系

年龄2030405060反应时间相对值100104112116161颜色对比白与黑红与绿红与黄红与橙

平均反应时间（ms）1972082172462023/12/652三、大脑的觉醒水平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

影响人信息处理能力的因素：神经活动规律、动机与积极性、学习与锻炼、疲劳程度、个体差异、年龄-性别等、反应速度、意识水平2023/12/653第二节

人的心理因素与安全心理学概述2023/12/654一、人的心理特性对安全生产的影响

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。2023/12/655

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“指示窗口”，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。2023/12/6562、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。

2023/12/657

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1）

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。

2023/12/658图3－1安全操作水平与情绪激动水平关系图

2023/12/659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。从事快速、紧张的劳动，如兴修水利等，较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。2023/12/660

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。2023/12/6613、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。

2023/12/6624、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。

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5、性格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。

2023/12/6646、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

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7、气质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。2023/12/666

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2）。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。

2023/12/667图2马斯洛的需要层次发展模式2023/12/6689、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

2023/12/669二、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

2023/12/670第三节人体生物力学特性

一、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）2023/12/671图3-8立姿弯臂时的力量分布

2023/12/6722、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3-9所示，其测量结果见表3-14。(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3-10所示(3)握力

男女不同年龄段握力，见表3-15

(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3-162023/12/673图3-9坐姿操纵力侧视图（a）侧视图（b）俯视图

2023/12/674表3-14坐姿时手臂在不同方向上的操纵力

手臂角度（0）拉力推力左手右手左手右手向后向前180（向前平伸臂）15012090（垂臂）602301901601501102402501901701201901401201001002301901601601601801501209060向上向下4070808070608011090906080100100808090120120901801501209060向内侧向外侧607090708090901008090404050506060707070802023/12/675图3-10立姿操作时手臂在不同角度上的拉力和推力分布2023/12/676表3-15

男女不同年龄段握力

性别年龄握力（N）最小值最大值标准值男1618202325274324344373379480529556579585343～441392～460418～487442～510448～516女1618202325202211218226230314332330338343239～276248～285256～293264～301268～3052023/12/677表3-16应用手柄操纵时最合适的力

手柄距地高度（mm）左手最适合的用力（N）右手最适合的用力（N）向上向下向侧方向上向下向侧方500～650650～10501050～14001400～1600140120809070120801404060604012010060401201006060304040302023/12/6783、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3-11）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3-17）

2023/12/679图3-11不同体位下脚的蹬力及在各个角度时的压力比值

2023/12/680表3-17脚的操纵力比较(N)脚别屈曲力伸展力男女男女右脚左脚3262992342094784213442992023/12/681二、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。

2023/12/682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3-18

)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3-19，表3-20)

2023/12/683表3-18人体各部位动作速度与频率限度

动作部位

动作速度或频率

数值单位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358.8～173～59.42～29.460.72～1.620.81.0～1.20.36～0.72cm.s-1cm.s-1次.s-1r.s-1次.s-1Hz次.s-1次.s-12023/12/684表3-19动作速度表

动作部位动作特点动作一次最少的平均时间（S）手抓取动作直线的曲线的旋转动作克服阻力不克服阻力0.070.220.720.22脚直线的克服阻力的0.360.72腿直线的脚向侧面0.360.72～1.45躯干弯曲倾斜0.72～1.621.262023/12/685表3-20人体各部分动作的最大频率

动作部位动作的最大频率（次/min）手204～406手指360～431前臂160～292臂99～344腿300～373脚330～4002023/12/686

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：

⑴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。⑵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。⑶具有急剧改变方向的动作，应尽量采用流畅而连续的动作。⑷手在水平内动作比在垂直面内的动作要准确。⑸工作时的动作次数应尽量减少，频率应降低。2023/12/687⑹重要作业尽可能由一个人的动作完成。⑺最重要和常用的装置或工具应当放在最有利范围之内。⑻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。⑼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。⑽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。2023/12/6882人体运动的精度通常,人体运动的精度比速度更为重要人体运动的精度主要考虑2个方面的内容(1)具有视觉反馈的运动精度(2)不具有视觉反馈的运动精度2023/12/689三、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。体重对操作既有好处也有坏处，应该取其有利的一面，采取相应姿势尽量使体重发挥作用。（见图3-13）2023/12/690图3-13力的应用（甲）

2023/12/691图3-13力的应用（乙）

2023/12/6922、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。3、个体因素

2023/12/693第四节疲劳与恢复

一、疲劳的概念1疲劳的定义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）

2023/12/694表1疲劳自觉症状调查表2023/12/6952、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。

2023/12/696三、疲劳的分类和产生机理按疲劳的原因分：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

2023/12/697．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。2023/12/698三、影响疲劳程度的因素

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。

2023/12/699三、疲劳症状调查和测量1、疲劳自觉症状调查(见表3-21)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（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（７）色名读唱时间法

（８）皮肤电流测定法

2023/12/61002023/12/6身体症状精神症状感觉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眼睛疲劳、恍惚眼睛