第二章-安全人机系统中人的特性

2024/10/1第二章

安全人机系统中人的特性内容第一节人体形态测量第二节人的生理特性及反应时间第三节人的心理特性第一节人体形态测量一、人体测量的基本知识1.工业安全设计与人体尺度

人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类：人体构造上的尺寸是指静态尺寸；人体功能上的尺寸是指人在活动过程中的尺寸。包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下的测量尺寸。

2024/10/1被测者姿势（立姿、坐姿）测量基准面（见图1）测量方向

支承面和着装

基本测点及测量项目

(见图2.图3)2.人体测量的基本术语2024/10/1图1人体测量基准面和基准轴

2024/10/1图1-b人体测量基准面和基准轴

图1-a人体测量基准面和基准轴

2024/10/1图2-a测量项目-立姿2024/10/1图2-b测量项目-立姿2024/10/1图2-c测量项目-立姿2024/10/1图2-d测量项目-立姿2024/10/1图2-e测量项目-立姿2024/10/1图2-f测量项目-立姿2024/10/1图3-a测量项目-坐姿2024/10/1图3-b测量项目-坐姿2024/10/1图3-c测量项目-坐姿2024/10/1图3-d测量项目-坐姿2024/10/1图3-e测量项目-坐姿二、人体生理学参数及测量1.人的生理学参数及测量最大心率(HRmax)单位时间内心室跳动的次数称为心率(Heartrate，缩写为HR)；当人达到最大负荷时心脏每分钟的跳动次数称为最大心率(HRmax)。最大心率几乎无性别差异，但二者都随着年龄(A)的增加而下降。1.人的生理学参数及测量搏出量与最大心脏输出：心脏每次搏动从左心室注入主动脉的血液量，称为搏出量。而单位时间内(每分钟)从左心室射出的血液量Q，叫做心脏输出量。由于最大摄氧量与最大心脏输出量具有内在联系，因此，可利用最大耗氧量求算最大心脏输出量。1.人的生理学参数及测量肌电图：人机工程学上，通常根据肌电图的电压幅值和收缩频率来进行评价。放电频率的高低主要决定于运动单位兴奋活动的强弱。动作电位振幅(mV)的大小反映了参加收缩的肌纤维数量的多少。1.人的生理学参数及测量呼吸量的测定人体的活动与正常平静状态相比，其机体新陈代谢率增高，氧气的消耗量与二氧化碳的呼出量也都随着活动量的增大而增多，于是呼吸频率由每分钟12～18次增加到每分钟40～50次，呼出量也由平静时的500mL上升到2000mL以上，其通气量由平静时的6～8L上升到100L以上，增加近20倍。1.人的生理学参数及测量脉搏数的测定主要是测定与疲劳程度有关的刚结束作业时的脉搏数、脉搏积[脉搏积＝脉搏数×(最高最低血压差)÷100]及回复到安静时脉搏数所用的时间。1.人的生理学参数及测量发汗的测定:通常把汗腺分泌汗液的活动叫做发汗。发汗量是在高温环境下进行劳动或重体力劳动下机体丧失水分程度的标志。劳动或运动强度越大，发汗量增加越显著;劳动时如果发出大量汗水可造成脱水，因此对发汗量及汗液化学成分等应进行测定，并采取相应的劳动保护措施。1.人的生理学参数及测量脑电图:(Electroencephalogram，EEG)也是人体生物体电现象之一。人无论是处于睡眠还是觉醒状态，都有来自大脑皮层的动作电位(脑电波)。人脑生物电现象是自发和有节律性的。利用脑电波的频率和幅值可评价人大脑的觉醒状态。日本学者把大脑意识状态划分的五个阶段：阶段0：无意识，无反应能力(失去知觉，睡眠)。主要脑电波是δ波。（0.5～3.5Hz)阶段I：过度疲劳、单调作业、饮酒等主要脑电波为θ波。（4～7Hz）阶段Ⅱ：习惯作业，不需考虑，无预测能力和创造力。主要脑电波为α波。（8～13Hz）阶段Ⅲ；大脑清醒，注意力集中，富有主动性。主要脑电波为β波。（14～25Hz）阶段Ⅳ：过度紧张和兴奋，一旦有紧张情况大脑将马上进入活动停止状态，成为旧皮层优势状态。脑波状态是β和更快频率的脑波。2.百分位数和适应度百分位：工程上常以正态分布的某个百分位a处的人体尺寸数值xa作为设计用人体尺度的一个界线值，以控制设计的适应范围，该界线值称为百分位数。适应度：正态分布曲线上，从-∞(或十∞)～α，或两个百分位α1～α2之间的区域，称为适应度。适应度反应了设计所能适应的身材的分布范围。三、人体测量数据及应用1.我国人体尺寸GBl0000—88《中国成年人人体尺寸》，适用于工业产品、建筑设计、军事工业以及工业的技术改造设备更新及劳动安全保护。标准中所列数值，代表从事工业生产的法定中国成年人(男18—60岁，女18—55岁)。

选用GBl0000——88人体尺寸数据时，应注意以下要点：1.表列数值均为裸体测量结果，在用于设计时，应根据各地区不同的衣着而增加余量。2.立姿时要求自然挺胸直立，坐姿时要求端坐。如果用于其他立、坐姿的设计(例如放松的坐姿)，要增加适当的修正量。3.由于我国地域辽阔，不同地区间人体尺寸差异较大。

2.影响人体测量数据差异的因素年龄性别年代地区与种族职业2024/10/13.人体测量数据的应用

人体数据的运用准则：（1）、最大最小准则。

（2）、可调性准则

（3）、平均准则

（4）、使用最新人体数据准则

（5）、地域性准则

（6）、功能修正与最小心理空间相结合准则

（7）、标准化准则。（8）、姿势与身材相关联准则

（9）、合理选择百分位和适用度准则

2024/10/1人体测量数据选用的注意事项设计和确定作业空间尺寸的根据，必须保证至少90%的用户的适应性、兼容性、操作性和维护性，即人体主要尺寸的设计极限应根据第5至95百分位数的值确定。必须适应或允许身体某些部分通过的空间尺寸（如通道、出入口、防触及危险部位的安全距离等），应以第95百分位的值作为适用的人体尺寸。有限度的或受身体延伸所限制的空间尺寸（如抓握物体的可及距离、控制器的位移、显示器与测试点位置、安全防护罩上的空隙等），应以第5百分位的值作为适用的人体尺寸。2024/10/1三、人体身高在设计中的应用方法

以身高为基准确定工作面高度、设备和用具高度的方法，通常是把设计对象归成各种典型的类型，并建立设计对象的高度与人体身高的比例关系，以供设计时选择和查用。下图是以身高为基准的设备和用具的尺寸推算图，图中各代号的含义如表所示。2024/10/1图

以身高为基准的设备和用具尺寸概算图

2024/10/1代号定义设备高与身高之比123456789101112121314151617举手达到的高度可随意取放东西的搁板高度(上限值)倾斜地面的顶棚高度(最小值，地面倾斜度为5—15゜)楼梯的顶棚高度(最小值，地面倾斜度为25～35゜)遮挡住直立姿势视线的隔板高度(下限值)直立姿势眼高抽屉高度(上限值)使用方便的搁板高度(上限值)斜坡大的楼梯的天棚高度(最小值，倾斜度为50゜左右能发挥最大拉力的高度人体重心高度采取直立姿势时工作面的高度坐高(坐姿)灶台高度洗脸盆高度办公桌高度(不包括鞋)垂直踏棍爬梯的空间尺寸(最小值，倾斜80～90゜)手提物的长度(最大值)4／37／68／7l／133／3411／1210／116／73／43／55／96／ll6／1110／194／97／172／53／8说明：上述尺寸均未考虑着装和穿鞋袜修正量，若穿鞋袜+2.5cm；*号为坐位基点的高度。表2-1：设备、用具及通道高度与身高的关系第二节人的生理特性及反应时间一、人的生理特征1.人的神经系统2.人的感知觉系统

人的神经系统结构神经系统中枢神经周围神经脊髓按解剖分脑神经；脊神经按功能分感觉（传入）神经运动神经（传出）脑：延髓；脑髓；中脑；间脑；小脑；大脑躯体运动神经（支配骨骼肌)植物性神经（支配内脏器官）(1)感觉的基本特征人的各种感受器都有一定的感受性和感觉阈限。（表）从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达到一定强度才能对感受器官发生作用。（表）一种感受器官只能接受一种刺激和识别某一种特征，眼睛只接受光刺激，耳朵只接受声刺激。人的感觉印象80%来自眼睛，14%来自耳朵，6%来自其他器官。同时有多种视觉信息或多种听觉信息，或视觉与听觉信息同时输入时，人们往往倾向于注意一个而忽视其它信息，如果同时输入的是两个强度相同的听觉信息，则对要听的那个信息的辨别能力将下降50%，并且只能辨别最先输入的或是强度校大的信息。感觉器官经过连续刺激一段时间后，敏感性会降低，产生适应现象。

表2-2：

刺激及感觉反应感觉种类感觉器官适宜刺激识别特征作用视觉眼光形状、大小、位置、远近、色彩、明暗、运动方向等鉴别听觉耳声声音的高低、强弱、方向和远近报警、联络嗅觉鼻挥发和飞散的物质辣气、香气、臭气报警、鉴别味觉舌被唾液溶解的物质甜酸、苦辣、咸等鉴别皮肤感觉皮肤及皮下组织物理或化学物质对皮肤作用触觉、痛觉、温度觉、压觉报警深部感觉肌体神经及关节物质对肌体的作用撞击、重力、姿势等

平衡感觉前庭器官运动和位置变化旋转运动、直线运动和摆动等调整2006.2表2-3：

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

(2)知觉的基本特征

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）知觉的理解性（见图）知觉的恒常性知觉的选择性（见图）2006.2图：知觉的整体性图4

知觉的理解性图5

人头托盘双关图（3）、人的视觉特性（a）人眼的构造眼球的基本结构（见图）眼球的水平解剖图（b）视觉的基本参数

波长和强度效应视角（见图）视力视野（见图）视距（见表）色觉图

人眼球的基本结构

图视角

图

人的水平视野和垂直视野

图

人对不同颜色的视野

2006.2表2－4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（3）常见的几种视觉现象暗适应与明适应眩光视错觉

图几种常见视觉错误

图一系列视错觉图图

视错觉图(4)、人的听觉特性

（a）人耳构造和听觉过程

（见图）（b）听觉特征

可听范围

可听声音的强度方向敏感度掩蔽效应

图

人耳的构造

图

人耳的剖面图(5）、人的嗅觉、味觉和肤觉特性（a）嗅觉（b）味觉（c）肤觉触觉（触觉感受器见，触觉阈限）温度觉痛觉二、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2-5）与运动器官有关

（见表2-6）与刺激性质有关

（见表2-7）随执行器官不同而不同（见表2-8）

与刺激数目的关系

（见表2-9）与颜色的配合有关（见表2-10）与年龄有关（见表2-11）与训练有关

表2－5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2－6反应时间与运动器官的关系

表2－8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2－7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147144174179表2－9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2－10反应时间与颜色的关系

表2－11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）197208217246第三节人的心理特性概述：

认识过程：如感觉、知觉、记忆、注心理过程意、思维、想象情感过程：如情绪与情感意志过程：如意志

个性心理特征：如需要、动机、兴趣、能力、气质、性格、世界观一、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。

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“指示唱呼”，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。2.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。

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。

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。

图安全操作水平与情绪激动水平关系图

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。

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。3.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。

4.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。

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。

6.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

7.气质气