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人机工程学知识讲座,§1 人机工程学概述 §2 人体测量与数据应用 §3 人体生理特征 §4 作业环境对工作效率的影响 §5 人机工程学的应用,§1 人机工程学概述,一、学科的发展简史 1、经验人机工程学 研究者大都是心理学家，偏重于心理学方面，代表作是 心理学与工业效率培训操作者为主，使人适应于机 器。 2、科学人机工程学 战期期间，在军事领域中开展了与设计相关学科的综合 研究与应用。战争结束，研究成果来解决工业与工程设 计中的问题发展特点是：重视工业与工程设计中“人的因 素”，力求使机器适应于人。 3、现代人机工程学 “新三论”进行人机系统的研究 ，揭示人、机、环境相关 规律，确保人机环境系统总体性能的最优化。,二、学科的命名与定义,人机工程学（ManMachine Engineering）是研究人、 机械及其工作环境之间相互作用的学科 国际人机工程学会将人机工程学定义为：研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作中、生活中和休息时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。 中国企业管理百科全书将人机工程学定义为：研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的的学科。 学科的研究内容 ：人体特性的研究；人机系统的总体设计；工作场所和信息传递装置的设计；环境控制与安全保护设计,三、人机工程学体系,人机工程学虽然是一门综合性的边缘学科，但它有着自身的理论体系，同时又从许多基础学科中吸取了丰富的理论知识和研究手段，使它具有现代交叉学科的特点。,四、学科的应用,五、人机工程学与工业设计,工业设计和人机工程学的共同点是研究人，研究人的生活和工作方式，以便改善人的生存条件和提高工作效益。 人机工程学是工业设计必不可少的基础理论；而工业设计也成为人机工程学最重要的应用领域。 人机工程学研究的内容及对工业设计的作用： 为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度参数 为工业设计中“物”的功能合理性提供科学依据 为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则 为进行人机环境系统设计提供理论依据 为坚持以“人”为核心的设计思想提供工作程序,§2 人体测量与数据应用,一、概述 1、 测量的目的 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，为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。 为使各种与人体尺度有关的设计能符合人的生理特点，使用时处于舒适的状态和适宜的环境，必须在设计中充分考虑人体的各种尺度，了解人体测量学方面的基本知识，并能熟悉有关设计所必需的人体测量基本数据的性质和使用条件。,2、 测量的数据,人体形态测量数据主要有两类： 人体构造尺寸：指静态尺寸 人体功能尺寸：指动态尺寸，人在工作姿势下或在活动状态下测量的尺寸 各种机械、设备、设施和工具等设计对象在适合于人的使用方面，都涉及的人体构造尺寸和人体功能尺寸。 操作装置应设在人的肢体活动所能及的范围之内，其高低位置必须与人体相应部位的高低位置相适应；而且其布置应尽可能设在人操作方便、反应最灵活的范围之内，以提高设计对象的宜人性，让使用者能够安全、健康、舒适地工作，有利于减少人体疲劳和提高人机系统的效率。,图21机人关系图,3、影晌人体测量数据的因素,民族因素： 每个民族都有自己的人体数据，不能套用其他民族的测量结果来设计本民族的设备。 性别、年龄因素： 男性的平均身高比女性高100 nm。人的体形也随着年龄的增长而变化，身高在22岁以前呈上升趋势，30岁以后呈下降趋势，40岁时开始缩减，并且随年龄的增加这一过程也在加速。 职业因素： 不同职业的人在体型和人体尺寸上存在着较大的差异长期的职业活动，使身体某些部分得到了特别锻炼而改变了体型。,4、人体测量的方法与主要仪器,人体测量的方法 被测者姿势: 立姿、坐姿 测基准面：互相垂直的冠状面、正中面、水平面 测量方向：人体上下、左右、四肢 支承面和衣着：地面或平台（立姿）椅平面（坐姿） 基本测点及测量项目 测点：头部测点16个和测量项目12项；躯干和四肢部位的测点共22个。 测量项目：立姿40项，坐姿22项，手和足部6项以及体重1项。 人体测量的主要仪器：测高仪、直脚规、弯脚规,图22人体测量基准,二、 人体测量中的主要统计特征参数及其含义,人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量，可根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析，获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数。 1均值: 描述样本测量数据位置特征的值。对于有 n个样本的测量值x1 , x2 , xn 2. 方差：测量数据对均值上下波动范围。,特征参数及其含义（续）,3标准差 方差的平方根SD称为标准差。反映测量值对均值的波动情况。 4. 抽样误差 全部样本均值的标准差。反映样本与总体误差的差异，以样本推测总体，样本与总体差别由抽样引起。抽样误差数值大，表明样本均值与总体均值的差别大；反之，说明其差别小，即均值的可靠性高。,5百分位数,人体测量的数据以百分位数PK作为位置指标、一个界值，表示设计的适应域。 一个百分位数将群体或样本的全部测量值分为两部分： 有K的测量值等于和小于它； 有（100K）的测量值大于它。 第5百分位数P5是代表“小”身材，指有5的人群身材尺寸此值，有95的人群身材尺寸均 此值； 第50百分位数P50表示“中”身材，指大于和小于此人群身材尺寸的各为50； 第95百分位数P9 5代表“大”身体，是指有95的人群身材尺寸均此值，而有5的人群身材尺寸 此值。 它=“此值”：指处于界值的人体尺寸。,百分位数（续1）,根据均值x和标准差SD来计算某百分位数人体尺寸，或计算某一人体尺寸所属的百分位数。 （1）求某百分位数人体尺寸 x = ± (SD×K) 例：对1860岁的100名男性的身高进行测量，平均身高1.65米，标准差SD=5.71cm, 求百分位数PK =75的人体身高尺寸。（表21中查得K = 0.674） x = ± (SD×K) = 165 ( 5.71 × 0.674 ) = 168.85 cm 即有75男性人体身高尺寸1.6885米；25男性人体身高尺寸大于1.6885米。,表21百分比值与变换系数K,表27六区人体尺寸,百分位数（续2）,（2）求数据（人体尺寸）所属百分率 P z = (xi ) / SD 根据Z值，在表22给出的正态分布概率数值表上查得对应的概率数值p ;百分率P按下式计算： P=05十p 例：人体身高尺寸xi1.63米，平均身高1.65米，标准差SD=5.71cm,求该身高尺寸1.63米所处的百分率(位数) 。 解：z = (xi )/SD（163 165 ）/ 5.71 = 0.35 从表22查得对应的概率数值p0.1368 P=05十p=0.50.1368 = 0.3632 人体身高尺寸1.63米所处的百分率0.3632 即有36.32男性人体身高尺寸1.63米；63.68男性人体身高尺寸1.63米。,表28港区人体尺寸,表210平均值及标准偏差,三、常用人体测量数据的应用,1. 人体构造尺寸 人体结构尺寸（静态尺寸）立姿、坐姿、跪姿和卧姿下的人体有关部位的尺寸。 人体主要尺寸（表23） 立姿人体尺寸（表24） 坐姿人体尺寸（表25） 人体水平尺寸（表26） 2. 人体功能尺寸 人体功能尺寸（动态尺寸）立姿、坐姿、跪姿、卧姿和爬姿下的人体有关肢体活动的空间尺寸。,表23人体主要尺寸,图2 6立姿人体尺寸,表24立姿人体尺寸,图2 7坐姿人体尺寸,表25坐姿人体尺寸,图2 8人体水平尺寸,表26人体水平尺寸,图2 9立姿活动空间,图2 10坐姿活动空间,图2 11跪姿活动空间,表29功能尺寸,图2 12仰姿活动空间,3、 产品设计中人体尺寸的应用原则与方法,人体尺寸应用原则 由人体身高决定的产品，其尺寸应以P99数值为依据，即按大尺寸进行设计。 由人体某些部分的尺寸决定的物体，其尺寸应以P5数值为依据，即按小尺寸进行设计。 可调尺寸，应可调节到P5和P95之间的所有人使用方便，即调和设计。 以P5和P95为界限值设计的产品，当身体尺寸在界限值以外的人使用会危害其健康或增加事故危险时，其尺寸界限应扩大到P5和P99。 门铃、插座、电灯开关的安装高度以及营业柜台高度等这类具有普遍性的场合，应以P50数值为依据。,人体尺寸的应用方法,（1）确定所设计产品的类型 表213 设定产品功能尺寸的主要依据是人体尺寸百分位数与所设计产品的类型密切相关。,人体尺寸的应用方法 （续1）,（2）选择人体尺寸百分位数 表214,例1,设计适用于90东南地区男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？ 解：表27查得东南地区男性身高平均值 = 1686 mm , 标准差SD = 55.2 。要求产品适用于90得人，第5百分位数为下限和第90百分位数为上限。由表21查得变换系数K = 1.645。 由此求得第5百分位数身高数值为： x = (SD×K ) = 1686 ( 55.2×1.645 ) = 1595.2 mm 求得第90百分位数身高数值为： x = +(SD×K ) = 1686( 55.2 ×1.645 ) = 1776.8 mm 结论：按身高 1595.2 mm 1776.8 mm设计产品尺寸 适用于90东南地区男性。,人体模板应用实例（图217 ）,人体模板应用实例（图118 ）,人体模板应用实例（图218 ）,人体模板应用实例（图219 ）,§3 人体生理特性,一、概述 本章将从人机工程学的观点来讨论人的感觉系统、神经系统和运动系统的机能特点及其功能限度，为人机工程设计提供有关人体生理学和心理学基础。广义的人机系统又称人机环境系统。 完整的人体从形态和功能上可划分为：运动系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、循环系统、内分泌系统、感觉系统和神经系统共九个子系统。 操作者与外界直接发生联系的主要是三个系统，即感觉系统、神经系统、运动系统，其他六个系统则认为是人体完成各种功能活动的辅助系统。,图31人机系统,二、 感觉和知觉的概念,1感觉 感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物个别属性的反映，是一种最简单而又最基本的心理过程。 感觉是人了解自身状态和认识客观世界的开端。 2知觉 知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。 相同：感觉和知觉都是客观事物直接作用于感觉器官而在大脑中产生对所作用事物的反映。 区别：感觉反映客观事物的个别属性，而知觉反映客观事物的整体。 联系：知觉是在感觉的基础上产生的。 感觉和知觉统称为“感知觉”。,三、感觉的基本特性,1适宜刺激 感觉器官最敏感的刺激形式。,2感觉阈限,能对感觉器官发生作用的刺激强度阈。 感觉阈下限：刚刚能引起感觉的最小刺激量。 感觉阈上限：能产生正常感觉的最大刺激量。,3适应,在刺激不变的情况下，感觉器官经持续刺激一段时间，感觉会逐渐减小以致消失现象。 4相互作用 在一定条件下，各种感觉器官对其适宜刺激相互干扰而使感受性发生变化的现象。 利用感觉相互作用规律来改善劳动环境和劳动条件，以适应操作者的主观状态，对提高生产率具有积极的作用。 5对比 同一感受器官接受两种完全不同但属同一类的刺激物的作用，而使感受性发生变化的现象。 6余觉 刺激取消以后，感觉可继续存在一极短时间的现象。,四、知觉的基本特性,1整体性 在知觉时，多个部分或多种属性组成的对象看作具有一定结构的统一整体的特性。,整体性 （续1）,在感知熟悉对象时，只要感知到它的个别属性或主要特征，就可以根据累积的经验而知道它的其他属性和特征，从而整体地感知它。 在感知不熟悉的对象时，影响知觉整体性的因素有以下几个方面（图33 ）： a 接近圆点被看成四个纵行 b 相似五个水平横行 c 封闭知觉为两个长方形 d 连续知觉为一条直线和一个半圆 e 美的形态 知觉为两圆相套,图33,图34,2选择性,在知觉时，把某些对象从某背景中优先地区分出来，并予以清晰反映的特性。 对象和背景的差别:对象和背景的差别越大越容易从背景中区分出来 对象的运动 :在固定不变的背景上，活动的刺激物容易成为知觉对象 主观因素 :人的主观因素对于选择知觉对象相当重要，当任务、目的、知识、经验、兴趣、情绪等因素不同时，选择的知觉对象便不同 。知觉对象和背景的关系不是固定不变的，而是可以互相转换的。,3理解性,在知觉时，用以往所获得的知识经验来理解当前的知觉对象的特征。 同事物有关的知识经验越丰富，对该事物的知觉就越丰富，对其认识也就越深刻。 语言的指导能唤起人们已有的知识和过去的经验，对知觉对象的理解更迅速、完整，图34(b) 。 不确切的语言指导，会导致歪曲的知觉，知觉外界事物时，语言的参与对知觉理解性具有重要的意义，图35 。,图35,4恒常性,知觉的条件在一定范围内发生变化，而知觉的印象却保持相对不变的特性。 知觉恒常性是经验在知觉中起作用的结果，人总是根据记忆中的印象、知识、经验去知觉事物的。 视知觉恒常性主要有以下几方面： 大小恒常性 ：看远处物体时，人的知觉系统补偿了视网膜映象的变化，因而知觉的物体是其真正的大小。 形状恒常性 ：是指看物体的角度有很大改变时，知觉的物体仍然保持同样形状。 明度恒常性 ：一件物体，不管照射它的光线强度怎么变化，而它的明度是不变的。 5错觉 对外界事物不正确的知觉，是知觉恒常性的颠倒。,图36错觉,五、视觉机能及其特征,1、视觉刺激 视觉的适宜刺激是光，光是放射的电磁波。 网眼所能感觉到的波长：380 nm780nrn。 紫外线： 光波波长 780 nrn的一段,2、视觉系统,视觉是由眼睛、视神经和视觉中枢的共同活动完成的。 视神经系统主要是一对眼睛，各由一支视神经与大脑视神经表层相连。 大脑两半球对处理信息的功能并不都相同，就视觉系统的信息而言，分析文字上，左半球较强，数字的分辨上，右半球较强，信息的性质不同，在大脑左右半球上所产生的效应也不同。,图3一9,眼睛是视觉的感受器官，眼球体的直径为2125 mm，光线由瞳孔进入眼中，瞳孔的直径大小由虹膜控制，使眼睛适应光强的变化。进入的光线通过晶状体聚焦在视网膜上，眼睛的焦距是依靠眼周肌肉来调整晶状体的曲率实现的。在眼球内约有三分之二的内表面覆盖着视网膜，它具有感光作用。,3、视觉机能,（1）视角与视力 视角是确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。 = 2 arctg D/2L 临界视角：眼睛能分辨被看物体最近两点的视角。 视力：临界视角的倒数，即视力=1/能够分辨的最小物体的视角 （2）视野与视距 视野：眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围。 视距：正常的观察距离。视距范围在 3876 cm 视距过远或过近都会影响认读的速度和准确性，且观察距离与工作的精确程度密切相关，应根据具体任务的要求来选择最佳的视距。,图 310 （a）,图 310 （b）,表34 视距推荐 表,（3）中央视觉和周围视觉,中央视觉：视网膜上感色力、分辨力强的视锥细胞多的中央部位视物。 周围视觉：视网膜上感受多彩的能力、分辨力较差的视杆细胞多的边缘部位视物。 （4）双眼视觉和立体视觉 当用单眼视物时，只能看到物体的平面，即只能看到物体的高度和宽度。若用双眼视物时，具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力，形成所谓立体视觉。 （5）色觉与色视野 色觉：视网膜辨色能力。 色盲：缺乏辨别某种颜色的能力；若辨别某种颜色的能力较弱，则称色弱。 色觉视野：各种颜色对人眼的刺激不同的视野。,图 311,色视野：人眼对白色的视野最大，黄色、蓝色、红色的视野依次减小，绿色的视野最小。,（6）暗适应和明适应,当光的亮度不同时，视觉器官的感受性也不同，亮度有较大变化时，感受性也随之变化。 适应：视觉器官对光刺激变化的相顺应性。适应性分为暗适应和明适应两种。 暗适应过程约需30min左右才能完成；明适应约 l min后完成。,4、视觉特征,眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快且不易疲劳。 视线的变化习惯于从左到右，从上到下和顺时针方向运动。 人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计要准确得多。 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，而右下限最差。 两眼的运动总是协调的、同步的。 人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接爱。 颜色对比与人眼辨色能力有一定关系：单色辨认的顺序是红、绿、黄、白 ；两色相配辨认的顺序是：黄底黑字，黑底白字、蓝底白字、白底黑字等。,六、 听觉机能及其特征,1、听觉刺激 听觉适宜的刺激是声音，声波以振动波的方式进行传播 。 人能产生声音的感觉的频率： 2020 000 HZ。 次声：低于 20 HZ的声波； 超声：高于 20 000 HZ的声波。 2、听觉系统 人耳为听觉器官，外界的声波通过外耳道传到鼓膜，引起鼓膜的振动，然后经杠杆系统的传递，声波转变为听神经纤维上的神经冲动，并以神经冲动的不同频率和组合形式对声音信息进行编码，然后被传送到大脑皮层听觉中枢，从而产生听觉。,图313人耳的结构,3、听觉的物理特性,人耳类似于声学换能器。有以下特性： 频率响应 人耳（传声器）能够觉察到的频率特性。 一般人的最佳听闻频率： 2020 000 HZ 动态范围 可听声除取决于声音的频率外，还取决于声音的强度。 声强：听觉对声音响度感觉的度量，单位分贝dB。 声强动态范围 = 正好可忍受的声强 / 正好能听见的声强 频率和声强是声音度量的两个主要参数。 方向敏感度 人耳对不同频率与方向的声音的感受能力。 掩蔽效应 一个声音的听阈因另一声音的掩蔽作用而提高的效应。,七、 神经系统的功能与组成,图3 20,人脑是一个多输入、多输出、综合性很强的大系统具有无比庞大的机能结构、很高的可靠性、多余度和容错能力，使人在人机系统中成为最重要的的主导环节。,神经系统,神经系统是人体最主要的机能调节系统，分为中枢神经系统和周围神经系统两部分，神经系统是心理现象的物质基础。 中枢神经系统 中枢神经系统包括脑和脊髓。 功能：主导、控制、调节全部神经系统。 周围神经系统 周围神经系统是指中枢神经以外全部神经的总称，起始于中枢神经，分布于周围器官。 功能：在感受器与中枢神经之间以及中枢神经与效应器之间传导神经冲动。,八、 人的信息处理系统,1、人的信息处理系统模型,人在人机系统中特定的操作活动上所起的作用，可以类比为是一种信息传递和处理过程。 该系统按其机能或功能分成四个子系统或功能模块。 感觉模块：感受外界物理（视、听、触等显示设备）刺激（输人），通过神经信号传送给人脑中枢。 信息处理模块：将传入的信息加以识别，决策，产生高级适应过程并组织到时间系列中。 反应模块：产生各种运动和语言反应信息输出。 贮存模块：配合、参加感觉、信息处理、反应模块的长时记忆和短时记忆。,2、信息计量,人机系统中信息的概念 人机系统中所讨论的信息是指人类特有的信息，人们通常所说的消息、情报信号等是信息的载体、信息的表现形式，而信息则是消息、情报中所包含的有意义的内容。 信息的计量、单位与定义 信息是可以计量的，以计算机的“位”（bit）为基本单位，称为比特。 1个比特信息量的定义是：在两个均等的可能事件中需要区别的信息量。 （可能事件即概率的概念）二进位数字每一位码都能独立地取0或1，即0或1的概率pi均为0.5，则信息量的基本单位: I = log 2 1/ 0.5 = log 2 21（bit） n个二进制码组成的信号所载的信息量 : H = log2 2n,3、感觉的信息处理,信息传输速度 人的信息处理系统功能有一定的限度，并用感觉通道的信息传输率来描述。 信息传输率 ： （单位为bits,） C =（传输的信息量）H / T （传输的时间） 人在典型实验条件下，“视觉一动作”C = 2775 bit / s 人在阅读工作中的C = 43 bits 人在判读图象的C = 70 bits 信息传输速率是反映人的感觉通道信息传输能力的客观数量，人的信息处理系统的这个量的特点，对工业设计具有重要意义。,图323信息传输速率。,采样、编码,采样 人的信息处理系统的一个重要特点，是能对外界信息进行主动搜索，即以一定时间间隔对外界刺激变量进行采样，采样间隔取决于刺激的频率。 采样间隔取决于刺激的频率。若刺激的变化频率为F时，采样间隔T按下式计算：T = 1 / 2F 人的视线分布概率与被观察图形中的信息量分布相一致，即统计匹配，对仪表布局等研究中有重要意义。 编码 经过采样所获得的信息，需要从感觉系统的外周部分传至中枢，人的感觉信息传递也是以各种编码方式进行，编码方式的优劣与工作性质有密切的关系。 辨认工作：颜色、数码、字母、斜线等较好； 搜索定位：以颜色标志为最优，数码和形状次之。,表36 编码方式,4、中枢信息处理,从人体各感觉通道传入的信息，在大脑中枢进行复杂的处理。记忆是各种信息处理活动的基础。 （1）感觉信息贮存 感觉信息传入神经中枢，在大脑组织中贮存一段时间，使大脑能够提取有用信息，抽取特征和进行模式识别。 （2）短时记忆 短时记忆的保存时间信息量有关，并且有一定限度，需要短时记忆的作业中，其信息编码应尽量缩短。 （3）长时记忆 长时记忆是人脑学习功能的基础，智能活动是人脑信息处理的高级形式。,九、运动系统的机能及其特征,1、 运动器官的组成与机能 人体完成各种动作和从事生产劳动的运动器官系统：由骨、关节（骨连接）和肌肉三部分组成。在运动过程中，骨是运动的杠杆；关节是运动的枢纽；肌肉是运动的动力。 （1） 骨与骨杠杆 骨：由骨组织构成的坚硬有生命的器官。每块骨都有一定的形态、结构、功能、位置及其本身的神经和血管。成人全身共有206块骨，其中177直接参与人体的运动，骨是人体运动的杠杆。 骨杠杆：由骨组成的运动杠杆。 肌肉的收缩是运动的基础，但是，单有肌肉的收缩并不能产生运动，必须借助于骨杠杆的作用，方能产生运动。,图325 骨杠杆,关节、肌肉,（2） 关节 骨与骨之间以结缔组织相连接构成关节，全身的骨借关节连接构成骨骼。 韧带的作用：增加关节的稳固性和限制关节运动。 人体各关节的活动有一定的限度，超过限度，将会造成损伤。 人体关节运动基本形式：滑动运动，角度运动，旋转运动和环转运动。 （3）肌肉 没有肌肉，不能作功，人体活动的能力决定于肌肉，每块肌肉有其自身的神经和血管 。肌肉的收缩与舒张牵动骨，通过关节的活动产生各种运动。,2、 肢体的出力范围、动作速度与频率,肢体的出力范围 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。肌力的大小取决于有关的生理因素。一条肌纤维能产生102×10N的力 肢体的动作速度与频率 肢体动作速度的大小，决定于肢 体肌肉收缩的速度。 肢体的动作频率取决于动作部位 和动作方式。 操作速度和频率的要求不得超 出肢体动作速度和频率扩能力 限度。,图3 28 推拉力分布,表310 动作速度与频率限度,3、人的运动输出质量指标,反应时间 刺激呈现和作出反应的时间间距。 RT = tz td 刺激使感觉器产生活动，经由传入神经传至大脑神经中枢，经过综合加工，再由传出神经从大脑传给肌肉，肌肉收缩，作出操作活动。 反应时间由反应知觉时间和动作时间两部分组成，与不同的感觉器官 ，刺激信号的强度 ，刺激的清晰度和可辨性，人的主体因素等有关。 运动速度 运动速度（时间）与动作特点 、动作轨迹特征 、目标距离、动作方向、负荷重量等因素有密切关系。 运动准确性 影响运动准确性的主要因素有运动时间、运动类型、运动方向、操作方式等。,表3 11、12,图3 30 运动时间差异,图3 31 运动速度差异,图3 32 准确性特性曲线,§4 作业环境对工作效率的影响,一、改善作业环境的意义 改善作业环境的意义 在系统设计的各个阶段，尽可能排除各种环境因素对人体的不良影响，使人具有“舒适”的作业环境，不仅有利于保护劳动者的健康与安全，还有利于最大限度地提高系统的综合效能。 对系统产生影响的环境主要有：热环境、照明、噪声、振动、等。 作业环境分为四个区域： 最舒适区 各项指标最佳，使人感到满意； 舒适区 人能够接受，且不会感到刺激和疲劳； 不舒适区 作业条件偏离舒适指标的正常值，使人疲劳或影响工效； 不能忍受区 若无相应的保护措施，在该环境下人将难以生存。,图91作业环境分区,二 、热环境 （温度）,1、影响热环境的要素 影响热环境条件的主要因素有：空气温度、空气湿度、空气流速和热辐射，各要素对机体的影响是综合的。 气温： 取决于大气温度和作业场所的热源 气湿 ： 以空气相对湿度表示 高湿度： 80 低湿度： 30 气流 ： 热源使空气加热而上升，造成空气对流。 热辐射： 太阳及作业环境中的各种热源热辐射。 机体通过对流、传导、辐射、蒸发等进行热交换，以保持机体的热平衡。 人体的热平衡是在神经系统调节下的非常复杂的物理过程。周围热环境各要素虽然经常在变化，而人体的体温仍能保持稳定。,图92热平衡状态图,2、热环境对人体及工作的影响,热舒适环境：人在心理状态上感到满意（既不感到冷，又不感到热）的热环境。应建立符合人们心理要求的热舒适环境。 影响热舒适环境有六个主要因素： 与环境有关的四个因素：空气干球温度、蒸汽分压力、空气流速、辐射温度； 与人有关的两个因素：人的新陈代谢、服装。 热环境对人体影响 人体具有较强的恒温控制系统，可适应较大范围的热环境条件。若人处于远远偏离热舒适范围、则可能导致人体恒温控制系统失调，将对人体造成伤害 ：低温冻伤、高温烫伤、全身性低温或高温反应症状。 人体耐低温能力比耐高温能力强。,热环境对工作的影响,正常工作与生活的人很少会因过冷或过热环境而影响健康及生命，在某些特定条件下，人们必须在过冷或过热环境中工作，过度的冷或热都会影响人的脑力及体力工作能力。 热环境对的脑力劳动的影响： 工作效率随室内空气温度变化 相对差错次数与空气温度变化 热环境对体力劳动的影响： 在偏离热舒区域的环境温度下从事体力劳动，小事故和缺勤的发生几率增加， 当环境温度超出有效温度 27时，工作效率会明显降低； 当手部皮肤温度降低至155 以下时，从而引起操作效率的下降。,图94 ( a ) 工作效率 b）相对差错次数,图95 温度对生产量、事故发生几率,3、热环境综合评价的指标,热环境各要素对机体热调节的作用是综合的，不能单独根据某一要素来评价热环境，必须用综合指标。 生理热指标： 计算温度（表91、2）、冷风力（表93）、湿黑球温度。 主观评价标准： 主观评价依据（表94、5） 耐受标准（图97） 安全标准（图98） 工作效率不受影响的温度范围（图99） 工业生产热环境标准（表96、7 GB93589规定） GB 570185标准中规定评价室内空调环境的综合指标是计算温度，根据干球温度、黑球温度和风速的测定结果。,表94,图99,三、光环境 （照明）,1、光环境对生产与安全的影响 作业场所的合理采光与照明，对生产中的效率、安全和卫生都有重要意义。 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）来达到提高生产率。 良好的光环境对降低事故发生率和保护工作人员的视力和安全有明显的效果。 照明的目的大致可以分为，以功能为主的明视照明和以舒适感为主的气氛照明。作业场所的光环境，明视性虽然重要，而环境的舒适感，心情舒畅也是非常重要的。前者与视觉工作对象的关系密切，而后者与环境舒适性的关系很大。,图910光环境的作用,图911光环境与事故发生率,2光环境的设计,设计基本原则： 亮度和照度要适中 避免产生干扰阴影 避免产生眩光，防止晃眼 光源光色要合理、照明和色相 必须考虑成本。,3光环境参数的计算,（1）天然光照度和采光系数 采光系数是比较全面的指标，常以采光系数的最低值作为设计标准值（指标）。对于室内某一点的采光系数C，可按下列公式计算： c = ( En / Ew )×100 为确保室内必须的最低照度 ，采用通常出现的低天空照度值作为设计依据，天空照度值乘以选用的采光系数，就可计算出某种条件下室内某点的天然光照度。 （2）照明的照度与照度分布 照度E是照明设计的数量指标。 对工作面上的照度分布推荐值： 局部工作面的照度值不大于照度平均值的25； 一般照明，最小照度与平均照度之比规定为08以上。,国家标准规定采光系数表98,3光环境参数的计算（续1）,（3）亮度分布 良好的明视和舒适的照明环境，需要有适当的亮度分布，其推荐值： 表911 、表912、图913。 （4）光的方向性和扩散性 光照射到对象上的方向不同，在对象产生的阴影、反射状况和亮度分布也不相同。 在视野内看见亮度过高的点和面所引起的障碍，称为眩光。 眩光可引起不舒适感、眼疲劳、可见度降低等，应该尽力加以避免和限制。,发射系数相对照度图913,3光环境参数的计算（续2）,（5）光源色和显色性 光源固有的颜色可用色温来表示。色温影响人的舒适感。各种光源的色温度见表913。 显色性（光源所表现的物体色的性质）光源的显色性用显色指数来表示，光源显色性可按表916规定选取。 （6）色彩调节与环境色彩的选择 色彩影响人的感情和情绪。作业环境缺乏色彩，影响人对外界信息的接受，利用色彩的感情效果，在工作场所构成一个良好的光色环境，称为色彩调节。 根据表 917及相应的SD图，并结合作业环境条件的特点，决定色彩调节时采用的各种色调、明度和彩度。,表9 11亮度对比、12反射率,光源的色温度表913,照度与色温舒适感图914,显色指数表915,4、光环境的综合评价,光环境设计的目的是从单纯提高照度转向创造舒适的照明环境，即由量向质的方向转化。从人机工程学对光环境的要求来看，更需要对光环境进行综合评价。 评价方法：通过问卷法获得主观判断所确定的各评价项目所处的条件状态，利用评价系统计算各项评分及总的光环境指数，以确定光环境所属的质量等级。 评分系统：对问卷的各个评价项目，决定光环境质量上重要性赋予相应的权值，计算总的光环境指数。 项目评分及光环境指数，评分计算式： 评价结果与质量等级 其含意见表920。,四、声环境 （噪音）,1噪声对人体和工作的影响 环境噪声可能妨碍工作者对听觉信息的感知，也可能造成生理或心理上的危害，舒适性或听觉器官的健康，因而影响操作者的工作质量、工作效率。但和谐的生产性音乐，对某些工种的工作效率却是有益的。 影响噪声对机体作用的因素： 噪声的强度、接触时间 噪声的频谱、噪声类型 接触方式与个体差异,2、音乐调节,劳动在生理上、心理上产生一定的负荷。好的音乐能使环境产生欢乐的气氛，减轻噪音干扰，驱除疲劳单调感，使劳动者不感到上班时间长，使生产效率提高。 3、声环境的评价方法与标准 噪声对人产生的心理和生理影响是多方面的，立常用噪声的评价方法与标准。 响度级和响度：图919 ISO等响曲线，图920响度级与响度的关系曲线 A声级 等效声级：衡量噪声暴露的一个重要物理量。ISO已采用等效声级的评价方法 噪声评价数：ISO噪声评价曲线见图921 国家规定了工业噪声标准（表9-23）和环境噪声标准（表9-23）。,五、振动环境,1、振动对人体与工作的影响 在振动环境之中，感受器官和神经的功能受到振动的刺激，并通过神经系统对人体的其他功能产生影响，如注意力的转移，工作效率降低、舒适性等，甚至危害人的健康和安全。振动还影响机械、设备、工具、仪表的正常工作。 振动对人的影响主要取决于振动的强度、频率。人对 48 HZ的振动感觉最敏感，频率高于 8 HZ，或低于 4 HZ，敏感性就逐渐减弱 。 振动对人体与目标的振动，使视觉模糊，仪表判读以及视分辨发生困难；手脚用人机界面振动，使动作不协调，操纵误差增加；强烈振动使脑中枢机能水平降低，语言明显失真或间断，注意力分散，容易疲劳从而加剧振动的心理损害。,2、振动的评价,ISO组织颁布的振动评价标准。 （1）全身承受振动的评价标准 ISO 2631振动评价标准提出以振动加速度有效值、振动方向、振动频率和受振持续时间，四个基本振动参数的不同组合来评价全身振动对人体产生的影响。 （2）局部振动的评价标准 ISODIS 5349标准。按该标准要求，振动定向是根据人体的解剖位置以第三掌骨头为坐标原点确定X、Y、Z三轴向，见图927。 根据每天接振时间，规定出最大轴向各中心频率下振动加速度、速度有效值最大限值。标准规定的具体原则为：每班接振时间以4h计，不足4h者以4h等能量频率计权加速度表示。,图922振动对人体的敏感状况,图922 振动对人的影响,图924 振动阈值,图925振动的影响,§5 人机工程学的应用,一、仪表显示器的的设计 作用：是将设备的信息传递给操作者，使之能做出正确的判断和决策，进行合理操作的装置.人与设备间信息交流可用视觉（60）、听觉（20）和触觉（10）等感觉器官 。 1、类型与特征 数字式显示仪表 特点是认读过程简单直观，认读速度快、精确度高，过载能力强，易与计算机连用，适合人的生理和心理特征，不易产生视觉疲劳，其局限性是显示易跳动和失效 。 模拟式显示仪表 特点是显示的信息形象化，能直观地反映信息的变化趋势，可靠性与稳定性好，易判断信号值与额定值之差。其局限性是显示速度较慢，易受振动的影响，过载能力差，质量控制困难。,表4 2 仪表特征比较,2、设计与选择中的人机工程因素,（1）人接受信息的特性 仪表设计应把人接受信息时的视觉特性作为必要的因素考虑。视觉特性： 人们视觉的水平运动比垂直运动快，而且眼睛沿垂直方向运动比沿水平方向运动容易引起疲劳。 人们的视线习惯从左到右或从上往下运动，环形观察时以沿顺时针方向较反时针方向快。 人眼对左上角的观察效率优于右上角，其次左下角，最差的为右下角。 人对视野最佳范围内的目标，认读迅速而准确；对视野有效范围的目标，不易引起视觉疲劳 。 在特殊条件下，人的视觉特性会发生变化。,（2）人的信息传递能力,人对信息的接受能力是有限的，显示信息的种类和数量不宜过多。视觉通道信息的传递率一般在310bit / s之间。 人对信息的反应时间随信息量的增加而延长。 信息传递率超过容量时， 工作效率将明显下降， 误认率和误操作率将增加。,（3）仪表显示与人的反应相协调,人的感觉与人的反应之间应有适宜的关系显示一反应通道相协调。 一般仪表的显示，口头读数时的反应比手动反应（按开关）要快；不同空间位置的信号灯作定位反应，手动作反应（按开关）比口头报告方式要快；显示一反应通道协调性好的系统，其操作效率高，人为差错率低。 （4） 作业环境因素 人的感官、运动器官和大脑思维的敏锐程度都会受到作业环境的影响，在设计或选择显示仪表时，应突出视觉或听觉背景，以利于操作者正确理解、接受和判断及反应。,3、仪表显示设计的基本原则,应遵循的基本原则： 仪表显示设计应以人的接受信息的视觉特性为根据，以保证操作者迅速而正确的获得需要的信息。 仪表显示信息的种类和数目不能过多，显示的信息数量应限制在人的视觉通道容量所允许的范围内，显示的格式意义应简单明了，明确易懂 仪表的指针、刻度、标记、字符等与刻度盘之间，在形状、颜色、亮度等方面应