安全人机工程概述(精).ppt

安全人机工程学,课 程 简 介,安全人机工程学是从安全的角度研究人与机的关系, 运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面的安全问题的一门新兴学科。其立足点放在安全上面，对在活动（含生产活动、生活活动、生存活动）过程中的人实行保护为目的，主要阐述人与机保持什么样的关系，才能保证人的安全。它作为人机工程学的一个应用学科的分支，以安全为目标、以工效为条件，并与以安全为前提、以工效为目标的工效人机工程学并驾齐驱，而成为安全工程学的一个重要分支学科。,一、定义 安全人机工程学(safety Ergonomics）：安全人机工程学是从安全的角度和着眼点运用人机工程学的原理和方法上解决人机结合面的安全问题的一门新兴学科。 人机工程学的一个应用学科的分支； 安全工程学的一个重要分支学科。 从安全工程学的观点出发，为进行系统安全分析和预防伤亡事故和职业病提供人机工程学方面的知识。,二、研究对象人、机和人机结合面。 人（Man）：活动的人体，安全主体； 机(Machine)：包括劳动工具、机器(设备)、劳动手段和环境条件、原材料、工艺流程等所有与人相关的物质因素。 人机结合面（Man machinjmiferface），就是人和机在信息交换和功能上接触或互相影响的领域（或称“界面”）。,三、研究内容 除了人机工程学所研究的内容外，还研究安全人机工程 的学科体系、人机结合面的安全标准依据、人机系统的安全设计等。,四、研究目的 主要研究目的是：对人机系统建立合理的方案，更好地在人机之间合理地分配功能，使人和机有机结合、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、达到保障人的健康、舒适、愉快地活动的目的，同时提高活动效率。 机的效能不但取决于它本身的有效系数、生产率和可靠性等、而且还取决于是否适应人的操作要求、机的信息传递方式和操纵装置的布局等。,五、任务与研究范围 1主要任务 建立合理而可行的人机系统，更好地实施人机功能分配，更有效地发挥人的主体作用，并为劳动者创造安全舒适的环境，实现人机系统的“安全、经济、高效”的综合效能。是为工程技术设计者提供人体合理的理论参数和要求，如： 1）人体作业的舒适范围（最佳状态）； 2）人体的允许范围（保证工作效率）； 3）人体的安全范围（不致伤害的最低限度和环境要求）； 4）一切安全防护设施如何适应人的各种使用要求等。,2研究范围 主要有下列几个方面： 1）研究人机系统中人的各种特性；包括生理特性和心理特性。 生理特性：人体的形态机能，静态及动态人体尺度，人体生物力学参数，人的信息输入、处理、输出的机制和能力，人的操作可靠性的生理因素等。 心理特性：人的心理过程与个性心理特征，人在劳动时的心理状态，安全生产的心理因素和事故的心理因素分析等。 这些特性是安全人机工程学的基础理论部分，是解决安全工程技术问题的主要依据。,2）研究人机功能合理分配 主要研究内容有：人和机各自的功能特性参数，适应能力和发挥其功能的条件，各种人机系统人机功能分配的方法等。 3）各种人机界面的研究 人机界面就是人机在信息交换或功能上接触或互相影响的领域。 对控制类人机界面主要研究：机器显示装置与人的信息通道特性的匹配，机器操纵器与人体运动特性的匹配和显示器与操纵器性能的匹配等，从而针对不同的系统研究最优的显示控制方式。,对生活和生产领域中数量最多的工具类人机界面，主要研究其适用性和舒适性，即如何使其与人体的形态功能、尺寸范围、手感和体感等相匹配。 对于环境：主要研究作业的物理环境、化学环境、生物环境和美学环境等对人的影响程度、阈值范围和控制手段。对特殊的环境，还必须研究人的生命保障系统等。 4）作业方法与作业负荷研究 作业方法研究：作业的姿势、体位、用力、作业顺序、合理的工作器具和工卡量具等的研究，目的是消除不必要的劳动消耗。 作业负荷研究：主要侧重于体力负荷的测定、建模(用模拟技术建立各种作业时的生物力学模型)、分析，以确定合适的作业量、作业速率、作息安排以及研究作业疲劳及其与安全生产的关系等。,5）作业空间的分析研究 主要研究为保证安全高效作业所需的空间范围。包括人的最佳视区、最佳作业域、最小的装配作业空间以及最低限度的安全防护范围等。 6）事故及其预防的研究 据国内外大量的统计表明，有近80的事故是由于人为失误而发生的。因此，事故及其预防的研究，既是安全人机工程学的立足点，也是其根本目的，即应研究产生事故的各种人的因素、人的操作失误分析与预防措施等。,本课程是安全工程专业的专业基础平台课程之一，是该专业的一门必修专业基础课。 课程从解决“人”与“物”之间界面关系的角度，研究导致活动者伤亡病害等不利的因素作用机理和预防与消除方法的依据等，同时为工程技术设计者提供人体的数据与要求，以这些数据和要求指导工程技术人员进行具体工程设计，从而在实现生产效率的同时确保劳动者的安全，培养学生进行安全人机系统设计、人机系统安全分析与评价的基本能力。这对于安全工程专业学生的学习具有不可替代的重要地位。,一、课程的定位,通过本课程的学习，使学生能掌握安全人机工程学的基本概念和基本理论，深刻领会人机结合面的内涵和人机匹配与安全、工效的辨证关系，掌握对人机系统隐患进行诊断、评价和防范的方法，具有进行安全人机系统设计、人机系统安全分析与评价的基本能力，具有运用安全人机工程原理解决人机系统安全问题的能力。,二、课程的目标,安全人机工程学概论 人体的人机学参数 人的生理和心理及生物力学特性 安全人机功能匹配 人机系统的安全设计 安全人机工程学的实践与运用,三、课程的基本内容,1、 掌握安全人机工程学的基本概念、基本理论，领会“人机系统”与“人机结合面”的含义。 2、 掌握人、机的不同特性及人机功能的分配原则。 3、 掌握人体特性参数、人的反应、人体疲劳的测量方法。 4、 掌握显示装置、操纵装置、作业空间与作业环境的设计要求与设计方法。 5、 具有人机系统安全设计的初步能力。 6、 具备对一般企业中人机系统进行安全检查与评价的能力。,四、课程的基本要求,日常生活中人机学问题,在我们的日常生活中，可以说时时处处都存在着人机学问题，包括合理的和不合理的事例。在全面学习本课程之前，环视、巡察、指点一番，使我们概略地了解到，原来有这么多属于人机工程设计应该关注和解决的问题，心中有数，对学习课程很有好处。下面只是随意列举一些，简单地把问题所在点出来，不多解说。,例1 腰疼沙发(a),城市里有的家庭买了大沙发，豪华气派，可是坐不多久腰部就难受酸疼了，不得不在腰后面垫上一个“腰靠”。为什么?,例1 腰疼沙发(b),大沙发座面进深大，无论怎么后靠，腰椎后面总是空着，使脊柱腰椎段向后的弯曲度加大，形成了不正常的腰椎形态，不符合坐姿解剖学要求。这就是产品设计中的解剖学问题。,例2 主枕头附枕头(a),一些“上档次”的宾馆里，单人床常配有两个同样的枕头。本意是让习惯低枕头的人用一个枕头，习惯高枕头的人两个枕头叠起来用。但这真是一个愚不可及的“高招”、“损招”!一般人们对枕头高度要求的差别，哪有一倍之多呢?其结果是：用一个枕头绝大多数人嫌低，而两个摞起来绝大多数人又嫌高，很少有人能获得“正常待遇”。,例2 主枕头附枕头(b),其实只要采用一个稍许高一点的“主枕头”、再配一个较薄的“附枕头”，岂不就能满足多数人的需要了吗?并不难解决。问题出在哪里?缺乏“产品应与生理条件相适应”的考究。,例3 车厢窗户(a),车厢外表面为墨绿色的旧式旅客列车，其硬座车厢窗户的高度，正与坐着乘客的胸、肩、头部齐平。打开窗户，行驶中每小时风速达六、七十或七、八十千米，即使最闷热的夏季，迎风被吹的乘客也经不住多久，而背风一侧乘客却依然热不可挡.,例3 车厢窗户(b),其实改进一点也不难，把窗户提升到比站立者身高略高一点即可，而且这样做也并不增加生产成本。现在的新式客车已经这么改了，即使多个窗户同时打开，风也不会直吹乘客，却能在车厢上部形成新鲜空气的“顺流”，效果甚佳。,例4 脚踏钮(或脚踏杆)冲水,公共卫生间里水箱拉绳边上贴着醒目的提示“便后冲水”，但是不冲水的现象司空见惯。公众素质有待提高固然是一方面，但另一方面，水箱拉绳把手不干净是人人皆知、也人人腻味的，可见拉绳水箱本身就存在宜人性的问题，应该从设计角度来寻求解决办法。现在大城市的公厕里脚踏钮(或脚踏杆)冲水正在推广，效果显然可见。,例5 声光控延时开关 (a),“节约用电人走关灯”的条子随处可见，人走楼空后楼道里的照明灯还是彻夜长明。这种大家都熟悉的现象，也需要从设计的角度来寻找原因和改进措施。开关都安置在楼道照明灯的就近位置，关了灯，楼道一抹黑，怎么下楼、拐弯、出门呢?,例5 声光控延时开关 (b),现在声光控延时开关价格已相当便宜，用声光控延时开关，人来灯亮，人走灯灭，可解决问题。另外，也可以从合理安排开关位置方面寻找解决办法。,例6 双肩背书包和单肩背书包(a),双肩背书包和单肩背书包从人机学看，双肩背书包在使用解剖学和心理学方面优势明显。,例6 双肩背书包和单肩背书包(b),背双肩背书包，脊柱两侧受力均衡，能保持正直形态(图l-2a)；而单肩斜挎或手提书包，脊柱都因单侧受力而形成侧向弯曲(图1.2b、c)，使椎间盘受压均匀分布的生理状态不能正常维持，于是消耗的体能更多，这是解剖学、生理学方面。,例6 双肩背书包和单肩背书包(c),用双肩背书包，两手无负担，行动自由灵便，也适合中小学生的活泼好动天性，这是心理学方面。,例6 双肩背书包和单肩背书包(d),图1-1 书包提挎方式与脊柱形态,2.7 例7 叫壶(a),用普通水壶烧水，若没人在炉子边上守着，水开了可能弄得满屋水气至因开水噗出来浇灭了火，引起一阵忙乱。用壶盖上装了个小气哨的“叫壶”烧水，即可避免这种忙乱。,例7 叫壶(b),两种水壶烧水的基本功能是相同的，但叫壶能把水烧开的信息“自动”传递给一定距离以外的人，在人机学里，叫做“人机界面”得到了改善，从而使得产品更为“宜人”。,例8 图书馆长条形桌案,不少学校的图书馆阅览室里，座位安排在长条形桌案相对着的两侧。师生们低头阅读或伏案书写时倒也无事。但阅读中也难免要停下来略事思索，于是把头抬了起来，倘若正巧此时对座的那位也抬起了头，不经意间互相目光交接，双方都觉得尴尬。这就是设计心理学方面的问题。,例9 不同颜色的药袋(a),银灰色或蓝色发亮的小塑料袋里装着药片，药片的服用量、服用方法都用小字印在包装袋上，包装袋闪闪有光，文字和底色的对比又弱，也许年轻人还行，中老年人想看清上面的说明确实费劲。,例9 不同颜色的药袋(b),一家全国性的大银行，近几年的存款单居然是白纸上印着橙黄色(注意，是橙黄而不是橙红)的字，真是跟人们的眼睛找别扭、过不去!这些都是对视觉特性掌握失当的问题，也属于人机学的研究范围。,例10 形形色色的剪刀(a),被剪对象有大有小、有硬有软、有的要剪复杂的形状且要求特别精细、有的要伸入孔洞或拐进尖角去施剪，所以除了剪纸、剪布的普通剪刀外，还有理发剪等专用剪刀，以及形形色色的外科手术剪。,例10 形形色色的剪刀(b),要适应上述各种不同的使用条件，达到人机学使用 “安全、舒适、高效”的目标，剪刀前面刃片的形状和尺寸、后面把手的形状和尺寸，有很多的解剖学、生理学问题需要考究，就绝非简单的事情。图1-1展示了部分不同类型的剪刀。,2.10 例10 形形色色的剪刀(c),图11功能形态各异的剪刀,2.11 例11 带“耳朵”的垃圾箱(a),北京市推出了一种“带耳朵的垃圾箱”(图1-2)，一个“耳朵”里装有卷纸，供欲吐痰者取用。另一个“耳朵”是投放烟蒂的烟蒂缸；里面装有沙子，供人用来抿灭烟头。这项设计涉及人机工程的多个方面：使用者行为方式和使用者心理的调查和研究、产品(垃圾箱)与人体尺寸的适应性、产品与环境因素、产品与环卫工人、等等，,2.11 例11 带“耳朵”的垃圾箱(b),图1-2带“耳朵”的垃圾箱,小结,大学生活环境中的人机学问题比比皆是:床柜转椅、寝室水房、电脑手机 、超市网吧、实习工厂、银行邮局、实验市、图书馆、运动场 总之日常生活中的人机学问题无处不在。,第一章 概论,第一节 人机工程学 一、人机工程学的起源 起源于欧洲 形成于美国 发展于日本 作为一门独立学科的历史已有50余年,二、学科名称 Ergonomics 英国莫瑞尔 /西欧 Human Engineering 美国 Human Factors Engineering 美国 人间工学 日本 苏联 “人体工程学”、 “宜人学”、 中国 “人因工程学”、“人类工程学” 中国 “工效学”、 “人机工程学” 中国,三、人机工程学的定义,WB伍德森（WBWoodson）： 人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，亦即对人的知觉显示、操作控制、人机系统的设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高的效率及作业时感到安全和舒适。,国际人机工程学学会（International Ergonomics Association，IEA） 人机工程学是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、生活中和度假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的科学。,人机工程学是运用人的生理学、心理学和其它有关学科知识，使机器和人相互适应，创造舒适和安全的工作与环境条件，从而提高工效的一门科学。,四、人机工程学的研究目的 设计机器和设备及工艺流程、工具以及信息传递装置与信息控制设备时，必须考虑人的各种因素-生理的和心理的及人体测量参数、生物力学的需要与可能； 使人操作简便、省力、快速而准确； 使人的工作条件和工作环境安全卫生和舒适； 最终目的是为了使人机系统协调，保障安全健康和提高工作效率。,五、人机工程学的研究内容 人的因素方面，主要包括人体生理、心理、人体测量及生物力学、人的可靠性； 机的因素方面，主要包括显示器和控制器等物的设计； 环境因素方面，主要包括采光、照明、尘毒、噪声等对人身心产生影响的因素； 人机系统的综合研究，研究人机系统的整体设计；岗位设计；显示器设计；控制器的设计；环境设计；作业方法及人机系统的组织管理等。,六、人机工程学的研究方法 实测法（Measure method） 实验法（Experiment method） 分析法（Analysis） 调查研究法（Survey) 计算机仿真法(Simulation) 感觉评价法(Sensory inspection) 图示模拟和模型试验法(model),研究方法,观察法,实测法,实验法,计算机数值仿法,调查研究法,分析法,图1 研究车辆碰撞的人机系统的模拟与模型,控制面板模拟器 波士顿爱迪生公司（Boston Edison Company）的”神秘6号”（Mystic #6） 电厂的控制板 MITRE开发,虚拟合作者的运动计算与仿真,七、人机工程学的发展简史 原始人机关系（见图2）-经验人机关系 （见图3）-科学人机工程学 （见图4） 经验期 - 创建期 -成熟期 经验期：1884年起，三大实验（肌肉疲劳试验 、铁秋作业试验 、砌砖作业试验 ） 创建期：第二次世界大战期间起，新式武器和装备的功能研究 成熟期：20世纪60年代起，宇航技术的研究,图 2 古埃及石刻,图3 紫檀雕四出头官帽椅,图3 我国古代的指南车,图 4 美国亨利德累夫斯（Henry Deryfuss）事务所的人机学实验,我国人机发展进程,1981年我国相应成立中国人类工效学标准技术委员会。 1982年在日本东京举行第八次国际人机工程会议，我国第一次派人参加。 1989年成立中国人类工效学学会 1991年1月成为国际人类工效学协会正式成员,第二节 安全人机工程学,一、安全人机工程学的定义 从安全的角度和着眼点，运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面的安全问题的一门新兴学科。 它作为人机工程学的一个应用学科的分支，以安全为目标、以工效为条件，将与以安全为前提、以工效为目标的工效人机工程学并驾齐驱，并成为安全工程学的一个重要分支学科。,人(Man)，是指活动的人体即安全主体 机(Machine)，是广义的，它包括劳动工具、机器（设备）、劳动手段和环境条件、原材料、工艺流程等所有与人相关的物质因素。 人机结合面（Man-Machine Interface）,就是人和机在信息交换和功能上接触或互相影响的领域（或称“界面”）。,二、安全人机工程学的研究对象,三、安全人机工程学的任务 为工程技术设计者提供人体合理的理论参数和要求，诸如： 人体作业的舒适范围（最佳状态） 人体的允许范围（保证工作效率） 人体的安全范围（不致伤害的最低限度和环境要求） 安全防护设施如何适应人的各种使用要求,四、 安全人机工程学的研究范围和内容 研究人机系统中人的各种特性 研究人机功能合理分配 各种人机界面的研究 作业方法与作业负荷研究 作业空间的分析研究 事故及其预防的研究,五、安全人机工程学的研究目的 对人机系统建立合理的方案，更好地在人机之间合理地分配功能，使人和机有机