人机工程学课件7作业空间与作业环境设计.ppt

第七章 作业空间与作业环境设计 作业空间设计 作业空间概述 人与作业器具共同完成任务是在一定的作业空间进行的 人 机所占的空间称为作业空间 1 近身作业空间近身作业空间包括3种不同的空间范围 1 在规定位置上进行作业时 必须触及的空间 即作业范围 2 人体作业或进行其他活动时 如进出工作岗位 在工作岗位进行短暂的放松与休息等 人体自由活动所需的范围 即作业活动空间 3 为了保证人体安全 避免人体与危险源 如机械传动部位等 直接接触所需要的安全防护空间距离 作业空间概述 2 个体作业场所个体作业场所 指操作者周围与作业有关的 包含设备因素在内的作业区域 要考虑到信息显示器 操纵控制器的安排设置 以使操纵者能够适宜地获取信息 进行操作 3 总体作业空间不同的个体作业场所的布置构成总体作业空间 反映的是多个作业者或使用者之间作业的相互关系 从大的范围来讲 就是把所需要的机器 设备和工具 按照生产任务 工艺流程的特点和人的操作要求进行合理的空间布局 从小的范围来讲 就是合理设计工作岗位 近身作业空间设计应考虑的因素 1 作业特点体力作业比脑力作业的作业空间大 动态作业比静态作业的作业室间大 高温作业比常温作业的作业空间大 2 人体尺度作业空间设计必须参照人体尺度数据 特别是在一些空间受限制的作业环境中 第5百分位数人体尺度 楼梯踏级宽度 第50百分位数人体尺度 工作面高低 第95百分位数人体尺度 座位宽度 门框大小等 功能人体尺度来设计 特定人体尺寸来设计 考虑穿衣的修正量 近身作业空间设计应考虑的因素 3 作业姿势坐姿 立姿和坐立交替结合姿势 4 个体因素设计作业空间还应考虑使用者性别 年龄 人种 体型因素的差异 5 维修活动设计操作工位的作业空间时 必须考虑到维修活动对作业空间的需要 维修活动空间是根据维修中的位置来考虑的 坐姿作业空间 坐姿作业优点 持续长工作时间不易疲劳 身体稳定性好 操作精度高 手脚可以并用作业等 适合以下作业 精细作业 施力较小的作业 所需的工具 材料等在坐姿状态下易于拿到的作业 缺点 长时间的坐姿 尤其是不正确的坐姿会对腰部产生不利影响 坐姿作业空间 1 上肢作业空间作业空间的范围主要由上肢伸展的范围决定 这一范围又由上肢伸展的方向和所要完成任务的性质决定 坐姿作业空间 坐姿作业面的高度设计 应遵循以下基本原则 作业面的高度应能使人的上臂自然下垂 处于舒适放松的状态 下臂一般应接近水平状态或略下斜 因此作业面的高度应该设计为在工作时肘部所必的高度 作业面的高度使其下部的高度应该提供足够的大腿空间 应高于两腿交叉时的膝高 使膝部可上下活动 如果可能 应该把作业面设计为可调的 以满足尺度不同的作业者 坐姿作业空间 2 下肢作业空间与手操作相比 脚的操作力大 但精确度差 且活动范围较小 一般脚操作限于踏板类装置 正常的脚作业空间位于身体前侧 座高以下的区域 其舒适的作业空间取决于身体尺寸与动作的性质 立姿作业空间 优点 可活动空间增大 适合来回走动和经常变换体位的作业 上肢力量增大 人体能输出较大的操纵力 不需要容膝空间 相对坐姿所需的作业空间更小 适合于频繁的 短期的 中体力或重体力的作业缺点 相对于坐姿容易疲劳 立姿作业空间 立姿作业空间影响因素 上肢伸展方向 任务性质和着装 操作者的性别 年龄 种族 残疾等因素 实际中常根据操作者人群第5百分位的值来设计 使产品可满足95 的人 坐立姿交替作业空间 既要求坐姿的稳定体位以提高操作的精确度 又要求体位易于改变的作业场合 坐立交替的作业姿势可以避免由于长时间站姿操作而引起的疲劳 又可以在较大的区域内活动以完成作业 同时稳定的坐姿可以帮助作业本完成一些较精细的作业 只适合一些特殊的场合 综合坐姿和立姿的特点 一般水平台面的高度为914 965mm 相应的座高为508 762mm 此外距离坐面下约457mm的位置应设计脚踏 以避免坐姿时双脚悬垂 其他姿势作业空间 作业者有时还需采用跪姿 俯卧姿 爬姿等一些特殊姿势进行作业 跪姿 俯卧姿 爬姿 包括坐姿 立姿 坐立姿交替的人体尺度数据 可通过GB T13547一一1992 工作空间人体尺寸 查询和计算 应根据作业特点和人体尺寸确定受限作业空间的最低尺寸要求 一般根据第95百分位或更高百分位数的人体测量数值进行设计 还应考虑不同季节 不同要求的着装对操作的影响 作业场所布置原则 作业场所的布置是在限定的作业空间内 设定合适的作业面后 显示器与控制器 或其他作业设备 元件 的定位与安排 1 重要性原则 根据人 机之间所交换信息的重要程度设计产品 将最重要的设施布置在离操作者最近或最方便的位置 保证操作者对重要信息和操作的准确和效率 2 使用频率原则 根据人 机之间信息交换频率布置机器 将信息交换频率高的设施布置在操作者近处 便于操作者观察和操作 3 功能原则 根据产品的功能进行布置 把具有相同或同类功能的设施布置在一定区域内 以便于操作者学习 记忆和管理 4 使用顺序原则 根据人操作产品或观察显示器的顺序规律布置设施 可使操作者作业方便 高效 重要性和频率原则主要用于作业场所内设施的区域定位阶段 而使用顺序和功能原则侧重于某一区域内各设施的布置 总体作业空间设计的依据 总体作业空间设计随设计对象的性质不同有所差别 流水生产企业中 车间内设备按产品加工顺序逐次排列 成批生产企业中 如机械行业 同种设备和同种工人布置在一起 总之 作业空间设计时应结合操作任务要求 以人为主体进行设计 也就是首先考虑人的需要 为操作者提供舒适的作业条件 再将相关的设施进行合理的排列布置 作业环境设计 作业环境设计 作业环境包括照明 温度 湿度 噪声 振动 空气 乃至重力 加速度 辐射等 在进行人机工程设计时 除了协调人与产品之间的关系外 还要营造一个使人舒适而又有利于作业的环境 使人一机一环境系统达到最佳状态 本章主要讨论温热 噪声 照明和振动环境对作业者和作业的影响 热环境与人体热平衡 作业区的热环境是决定人的作业效能和健康的重要影响因素 人所处的热环境条件主要包括空气的温度 湿度 风速和热辐射这4种物理因素 另一方面 为了使人对该热环境感到舒适 必须考虑人所具有的特性 还要加入人体代谢量和着衣量 一般将这6种因素称为热环境六因素 热环境的各因素是互相影响和补偿的 某一因素变化对人体造成的影响 常可由另一因素的相应变化来补偿 热环境与人体热平衡 人体的热平衡方程式为 S M W H式中S 人体单位时间储热量 M 人体单位时间能量代谢量 W 人体单位时间所做的功 H一人体单位时间向体外散发的热量 H值取决于人体的4种散热方式 即辐射热交换 对流热交换 蒸发热交换和传导热交换 当M W H时 人感到热 当M W H时 人感到冷 当M W H时 人处于热平衡状态 此时 人体皮肤温度在36 5 左右 人感到舒适 热环境对作业者及其作业的影响 1 高温环境对人及其作业的影响一般具有下列条件之一 即可认为是高温作业环境 在有热源的生产场所中 热源的散热率大于20kcal m h 工作地的气温 在寒冷地区超过32 在炎热地区超过35 工作地的热辐射强度大于lcal cm min 工作地的气温超过30 相对湿度超过80 在高温环境条件下 操作者知觉的速度和准确度以及反应能力均会不同程度地下降 注意力不集中 烦躁不安 易于激动 对工作的满意感大为降低 高温环境对作业效率也有很大影响 大致在温度达27 32 范围时 主要使肌肉用力的工作效率下降 当温度高达32 以上时 需要注意力集中的工作以及精密工作的效率也开始下降 有研究资料表明 夏季装有通风设备的工厂 生产量较之春秋季降低3 而缺少通风设备的同类工厂 产量则降低13 在高温环境中作业 不仅生产效率下降 而且还会诱发事故 热环境对作业者及其作业的影响 2 低温环境对人及其作业的影响低温环境条件通常是指低于允许温度下限的气温条件 低温对作业的影响 最常见的是肢体麻木 特别是影响手的精细运动灵巧度和双手的协调动作 随着温度的降低 操作的灵活性下降 在相同温度条件下 暴露时间延长 手的灵活性越差 手的触觉敏感性的临界皮肤温度是10 左右 操作灵巧度的临界皮肤温度是12 16 长时间暴露于10 以下 手的操作效率就会明显降低 当环境温度 干球温度 为7 时 手工作业的效率仅为最舒适温度时的80 手指温度缓慢冷却比快速冷却对手指动作的不良影响更为严重 舒适的热环境舒适温度和允许温度 1 舒适温度 1 季节不同 舒适温度不同 夏季偏高 冬季偏低 85 以上的人感到舒适的夏季有效温度为20 5 22 8 冬季为18 3 21 1 大体相当于相对湿度50 时 夏季温度为 24土3 冬季为 22土2 2 劳动强度不同 要求的舒适温度也不同 相对湿度为50 时 某些劳动的舒适温度指标如下 坐着从事轻体力劳动时为16 24 站着从事轻体力劳动时为16 23 站着从事重体力劳动时为14 21 从事极重体力劳动 如伐木 时为14 18 3 衣着厚度不同 要求的舒适温度也不同 穿厚衣服对环境舒适温度要求较低 4 不同地区的人由于在冷或热环境中长期生活 对冷或热环境已习惯和适应 热带人稍偏高 寒带人稍偏低 5 不同性别 年龄的人对舒适温度的要求不同 女性的舒适温度比男性高0 55 40岁以上的人比青年人高约0 55 老年人要求更高 舒适的热环境舒适温度和允许温度 2 允许温度允许温度通常是指基本上不影响人的工作效率 身心健康和安全的温度范围 允许温度范围一般是舒适温度土 3 5 对于受低温环境条件影响最明显的手部精细操作劳动 环境温度采用舒适温度为宜 舒适的热环境舒适的湿度 舒适的湿度一般力40 60 湿度在70 以上为高气湿 在30 以下为低气温 在不同的空气湿度下 人的感觉不同 温度越高 高湿度的空气对人的感觉和工作效率的消极影响越大 根据相关研究 室内空气湿度 和室温t 的关系可参考下式 188 7 2t 12 2 t 26 舒适的热环境舒适的风速 在工作人数不多的房间里 空气的最佳速度为0 3m s 而在拥挤的房间里为0 4m s 室内温度和湿度很高时 空气流速最好是1 2m s 改善热环境的措施 1 生产技术措施 1 合理布置热源和疏散热源 应尽可能地将热源布置在作业场所主导风向下风侧及天窗下面 高温半成品和成品应及时运出室外 2 隔热 设置水幕 铁纱水幕 铁皮水幕 水箱 流动水箱 水炉门 串水板 水凉亭 遮热板等 3 自然通风 主要设施有普通天窗 挡风天窗 井式天窗和开敞式厂房等 4 降低湿度 在高温或低温环境中 在通风口设置去湿器 5 机械通风 主要采用风扇 喷雾风扇 空气淋浴和岗位送风等 6 设置空气调节设备 改善热环境的措施 2 保健措施 1 供给饮料和补充营养 可供0 2 0 3 的盐开水或盐茶 盐汽水 饮料的温度以8 12 为宜 饮用方式以少量多次为好 由于在高温下劳动 能耗增加 所以膳食总热量应达到3100 3300kcal 此外还应适当补充蛋白质和维生素等 2 合理使用劳保用品 特殊高温作业须佩戴隔热面罩和穿热反射服或冰服 风冷衣 在低温作业车间作业或冬季在室外作业 应穿御寒服 御寒服应用热阻值大 吸汗和透气性强的衣料制成 且衣服尺寸不宜过紧 如穿御寒服影响操作时 可采用热辐射的方法御寒 3 进行适应性检査 就业前应进行职业适应性检查 凡有心血管器质性病变的人均不适宜于高温作业 改善热环境的措施 3 在生产组织方面采取的措施 1 合理安排作业负荷 在高温环境下 为使机体维持热平衡 应尽可能缩短连续作业时间 2 布置好工间休息场所 工间休息场所一般应远离热源 并须备有足够的椅子 茶水 风扇及半身淋浴等设施 休息室中的气流速度不宜过高 温度不宜过低 以免破坏皮肤的汗腺机能 休息室中的温度在20 30 C时 最有利于高温作业环境下身体积热后的休息 3 职业适应 对于离开高温作业环境较长时间而又重新从事高温作业者 应给予更长的工间休息时间 使其逐步适应高温环境 高温作业应采用集体作业 以便能及时发现热昏迷 应训练高温作业者 使其能辨别热衰竭和热昏迷 以便及时抢救 噪声环境 噪声通常是指一切对人们生活和工作有妨碍的声音 或者说凡是使人烦恼的 讨厌的 不愉快的 不需要的声音都叫噪声 根据噪声特点的不同 噪声可分为 1 工业噪声 工业生产产生的噪声 按其产生方式的不同又可分为空气动力性噪声 机械性噪声 电磁性噪声 2 交通噪声 交通产生的噪声 3 社会噪声 社会活动和家庭生活引起的噪声 噪声环境 根据噪声随时间变化的特性 噪声可分为 1 稳定噪声 声音强弱随时间变化不显著 其波动小于5dB 2 周期性噪声 声音强弱呈周期变化 3 无规律噪声 声音强弱随时间无规律变化 4 脉冲噪声 突然爆发又很快消失 其持续时间小于1S 间隔时间大于ls 声级变化大于40dB的噪声 根据人们对噪声的主观评价 噪声可分为 1 过响声 很响的使人烦躁不安的声音 如织布机的声音 2 妨碍声 声音不大 但妨碍人们的交谈 学习 3 刺激声 刺耳的声音 如汽车刹车声 4 无形声 日常人们习惯了的低强度噪声 噪声环境对作业者的影响 1 噪声对听觉的影响 1 听觉疲劳 在噪声作用下 人的听觉敏感性降低 听觉变得迟钝 表现为听阈提高 当离开噪声环境几分钟后又可恢复 这种现象称为听觉适应 听觉适应有一定的限度 在强噪声长期作用下 听力减弱 听觉敏感进一步降低 听阈提高15dB以上 离开噪声后需要较长时间才能恢复 这种现象称为听觉疲劳 属于病理前状态 2 噪声性耳聋 噪声对人的听觉的损害是一个积累过程 每次强噪声只引起短时间的听力损失 但若经常发生短时间的听力损失 就会导致永久性的听觉丧失 称为噪声性耳聋 3 爆发性耳聋 听觉器官遭受巨大声压而伴有强烈的冲击波作用时 鼓膜内外产生较大的压差 会导致鼓膜破裂 双耳完全失听 噪声环境对作业者的影响 2 噪声的生理作用积极意义是使人体做好准备 以对听觉的报警作出有效反应 但噪声强度达到70dB以上时 会使人注意力分散 思维能力降低 动作的敏捷性减退 作业效率降低 噪声强度超过90dB及长时间受其影响下 将会使机体遭受更严重的损伤 3 噪声对心理的影响噪声对人的情绪的影响很大 其主要表现是烦恼 焦急 讨厌 生气等各种不愉快的情绪 噪声越强 引起不愉快情绪的可能性就越大 高调噪声比响度相等的低调噪声更为恼人 间断 脉冲和连续的混合噪声会使人产生较大的烦恼情绪 脉冲噪声比连续噪声的影响更大 且响度越大影响越大 噪声对信息传递的影响 噪声对听觉信号具有掩蔽作用 噪声对语言的掩蔽不仅使听阈提高 也对语言的清晰度有影响 因此 噪声对作业效率势必带来消极影响 而且容易造成事故 噪声对人的语言交流影响尤其明显 500 2000Hz的噪声对语言的干扰最大 人与人在2m左右距离对面谈话时 只要背景噪声比说话声音小10dB即能正常进行 如噪声过强 声音信号只能传递非常有限的信息 语言往往要有其他信息 如手势 作为补充以改善交流效果 噪声对工效的影响 噪声对体力作业的影响最小 但对人的思维活动和需要集中精力的活动干扰极大 在嘈杂的环境里 人们会心情烦躁 工作容易疲劳 反应迟钝 注意力不容易集中等 这些都直接影响工作效率 质量和安全 尤其是对一些非重复性的劳动影响更为明显 但在单调作业时 噪声可提高人的觉醒程度 从而提高作业效能 由于噪声能遮盖其他声音刺激 阻止分散注意力 因而在一定条件下也可有利于脑力作业 声音过小也会成为问题 噪声标准 GB3096 2008 声环境质量标准 GB12348 2008 工业企业厂界环境噪声排放标准 GB22337 2008 社会生活环境噪声排放标准 按区域的功能特点和环境质量要求 将声环境功能区分为以下5种类型 0类声环境功能区 指康复疗养区等特别需要安静的区域 1类声环境功能区 指以居民住宅 医疗卫生 文化教育 科研设计 行政办公为主要功能 需要保持安静的区域 2类声环境功能区 指以商业金融 集市贸易为主要功能 或者居住 商业 工业混杂 需要维护住宅安静的区域 3类声环境功能区 指以工业生产 仓储物流为主要功能 需要防止工业噪声对周围环境产生严重影响的区域 4类声环境功能区 指交通干线两侧一定距离之内 需要防止交通噪声对周围环境产生严重影响的区域 包括4a类和4b类两种类型 4a类为高速公路 一级公路 二级公路 城市快速路 城市主干路 城市次干路 城市轨道交通 地面段 内河航道两侧区域 4b类为铁路干线两侧区域 改善噪声环境的措施 1 控制噪声源在生产现场 减少机器设备本身的振动和噪声 如工厂中的噪声主要是机械噪声和空气动力性噪声 降低机械噪声的措施是 改变不合理的运动形式 减少运动件的相互撞击 减少机械摩擦 提高零部件制造精度和装配精度 加强润滑 加强设备的维修 通过隔振 阻尼降低振动等 降低空气动力性噪声的主要措施是降低气流速度 减少压力脉冲 减少涡流等 改进生产工艺和操作方法也是解决声源噪声的一个非常重要的方面 如果工作场所噪声干扰不可避免 就需要研究制造保证可听度的声音信号 这不仅可以靠增强声音 而且可以选择适当频域的信号 也就是说 最好选用与噪声频率差距较远的声音作为听觉信号 改善噪声环境的措施 2 控制噪声的传播目前要使一切机械设备都达到低噪声 在技术上和经济上都是不易做到的 因此 阻止噪声传播或使其传播的能量随距离衰减 是控制噪声的有效方法 改善噪声环境的措施 1 总体设计布局要合理 2 利用天然地形 阻断或屏蔽一部分噪声向接受者传播 在噪声严重的工厂 施工现场和交通道路的两旁设置足够高的围墙或屏障 以减弱声音的传播 绿化亦可阻止噪声的传播 3 利用声源的指向性控制噪声 4 在声源周围采用消声 隔声 吸声 隔振 阻尼等局部措施 改善噪声环境的措施 3 个人防护使用个人防护用具 是减少噪声对接受者产生不良影响的有效方法 防护用具常用的有橡胶或塑料制的耳塞 耳罩 防噪声帽以及塞入耳孔内的防声棉 加上蜡或凡士林 等 振动环境与人体的振动特性 振动是一个质量或物体相对于基准位置作来回往复的运动 振动物体离开基准位置的最大距离叫振幅 可用变位 m 速度 m s 和加速度 m s 来表示 单位时间内所完成的振动次数称为频率 单位是赫兹 Hz 振动广泛存在于生产和生活中 也是影响人的健康和作业效率的环境因素之一 人体所受振动可分为局部振动和全身振动 在正常重力环境中 人体对于垂直方向的振动能量的传递率以4 8Hz时为最大 称为人体的第一共振峰 10 12Hz的振动次之 为第二共振峰 20 25Hz的振动能量在人体的传递又稍次于第二共振峰 称为人体的第三共振峰 此后 随着振动频率的增高 振动能量在人体的传递率逐渐降低 外界振动对人体的生理效应是随上述振动频率的变化而相应减弱的 当外界振动频率接近器官的共振频率时 即产生共振 振幅迅速增大 此时外界振动所引起的器官的生理反应也最大 人体系统也具有一定的阻尼 例如 人站在垂直振动的汽车上 振动由脚传入人体 由于人体组织的阻尼作用 振动传至上身已有明显减弱 外界振动传入人体时所引起的增大或减弱效应还与人体姿势有关 试验表明 在外界振动频率相同的条件下 坐姿出现增大效应 而立姿则出现减弱效应 特别是在振动频率为3 5 4 5Hz范围内时 这种表现尤为明显 由此可见 人体具有一定的减振作用 振动环境对作业者及其作业的影响 1 振动对作业者的影响全身振动的生理效应 随着振动频率 强度和作用方向的不同而异 振动对心血管 呼吸 消化 神经及感觉运动系统均有影响 手和脚的局部振动可引起外周血管收缩 甚至全身血流的重新分配 振动引起的主观不良效应主要是不舒适和烦恼 甚至疼痛 进而损害工作效能 振动环境对作业者及其作业的影响 2 振动对作业的影响振动通过知觉 视觉 触觉和本体感觉 作用 情绪效应或影响操纵动作而影响人的工作效能 由于人体或目标的振动 使视觉模糊 造成仪表判读和精细的视分辨发生困难 由于手脚和人机界面的振动 使动作不协调 操纵误差增加 由于全身颠簸 使语言明显失真或中断 由于强烈振动使中枢机能水平降低 注意力分散 容易疲劳 从而加剧振动的心理损害 振动对工效的影响程度取决于振动环境条件 个体响应和对个体的工作负荷和要求 短时间低频振动对于视觉和操纵工效的作用有较强的频率响应 振动标准 人体承受的全身振动分为以下3种不同的界限 1 疲劳一效率降低界限疲劳一效率降低弊限主要应用于对拖拉机 建筑机械 重型车辆等振动效应的评价 超过该界限 将引起人的疲劳 导致工作效率下降 2 健康界限健康界限相当于振动的危害阈或极限 超过该界限 将损害人的健康和安全 它是疲劳效率降低界限的2倍 即它比相应的疲劳一效率降低界限的振动级高6dB 3 舒适性降低界限舒适性降低界限主要应用于对交通工具的舒适性评价 超过该界限 将使人产生不舒适的感觉 疲劳一效率降低界限为舒适性降低界限的3 15倍 即它比相应的疲劳一效率降低界限的振动级低10dB 改善振动环境的措施 振动的频率 振幅和加速度是振动作用于人体的主要因素 可采取下列措施消除或减小振动 阻止振动的传播 将振动对人的不良影响和损害降至最小 1 从生产工艺上控制或消除振动源是振动控制的最根本措施 2 改进振动设备与工具 降低振动强度 采用钢丝弹簧类 橡胶类 软木 毡板 空气弹簧和油压减振器等多种形式的减振器 或减少手持振动工具的重量 以减轻肌肉负荷和静力紧张等 3 增加设备的阻尼 如采用吸振材料 安装阻尼器或阻尼环 附加弹性阻尼材料等 以减轻设备的振动 在地板及设备地基中采取隔振措施 橡胶减振垫层 软木减振垫层 玻璃纤维毡减振垫层 复合式隔振装置 对于可能引起机械振动的陈旧设备 应定期检查维修或改造 4 降低设备减振系统的共振频率 可通过减小系统刚性系数或增加质量来降低共振频率 改善振动环境的措施 5 隔离振源 6 设计减震座椅 弹性垫 以缓冲振动对人的影响 7 采取自动化 半自动化控制装置 减少接振 8 缩短工人暴露于振动环境的时间 建立合理劳动制度 坚持工间休息及定期轮换的工作制度 以利于各器官系统功能的恢复 控制车间及作业地点温度 保持在16 以上 合理发放个人防护用品 如防振保暖手套等 加强手部的保暖 9 坚持就业前体检 凡患有就业禁忌症者 不能从事该作业 加强技术训练 减少作业中的静力作业成分 定期对工作人员进行体检 尽早发现受振动损伤的作业人员 采取适当预防措施及时治疗振动病患者 光环境 光度学与光相关的常用量有4个 光通量 发光强度 照度 亮度 1 光通量在单位时间里通过某一面积的光能 称为通过这一面积的辐射能通量 国际单位制中规定 光通量的表示符号是 单位为流明 lm 眼睛对各色光的敏感度也有所不同 即使各色光的辐射能通量相等 在视觉上并不能产生相同的明亮程度 此感觉决定了光通量与光功率的换算关系 对于人眼最敏感的波长为555nm的黄绿光 1W的功率全部转换的光为683lm 这是最大的光转换效率 也是定标值对于波长为650nm的红色 1W的光仅相当于731m 这是因为人眼对红光不敏感的原因 对于白色光 因为很多不同的光谱结构的光都是白色的 常见光源的大致效率 白炽灯为15lm w 日光灯为50lm w 太阳为94lm w 白色l ED为20lm w 光环境 2 发光强度光源在给定方向的单位立体角 1球面度 中发射的光通量定义为光源在该方向的发光强度 光强 国际单位是坎德拉 cd 其他单位有烛光 国际烛光 mcd 1000mcd lcd 为表明光强和光通量的关系 发光强度为lcd的点光源在单位立体角内发出的光通量为1lm 发光强度是针对点光源或者发光体的大小与照射距离相比比较小的场合而言的 这个量表明发光体在空间发射的会聚能力 发光强度越大 光源看起来就越亮 同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮 与通常测量辐射强度或测量能量强度的单位相比较 发光强度的定义也考虑了人的视觉因素和光学特点 是在人的视觉基础上建立起来的 常见光源发光强度 太阳为2 8 1027cd 高亮手电为10000cd 5mm超高亮LED灯为15cd 光环境 3 照度照度是表明物体被照明程度的物理量 照射在物体单位表面面积上的光通量称为照度 照度的表示符号是E 单位为勒克斯 lx 照度可用照度计直接测量 被光均匀照射的物体 在lm 面积上得到的光通量是1lm时 它的照度是1lx 照度与照明光源 被照表面及光源在空间的位置有关 大小与光源的光强和光线的人射角的余弦成正比 而与光源至被照物体表面的距离的平方成反比 常见光源的大致照度 晴天的阳光直射下为110000lx 晴天时背阴处为10000lx 晴天时室内角落为20lx 月夜为0 2lx 在40W白炽灯正下方lm处约为30lx 在40W荧光灯正下方1 3m处约为90lx 一般办公室要求的照度为100 200lx 阅读书刊时所需的照度为50 60lx 一般学习的照度应不少于75lx 光环境 4 亮度亮度是表示发光面明亮程度的物理量 亮度指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比 亮度以l表示 国际单位是cd m 该单位旧称尼特 nt 1nt 1cd m 公制单位是熙提 sb 1sb 1cd cm 光源照在物体上的强弱用照度表示 物体反射光到眼里的强弱用亮度表示 常见光源的大致亮度 太阳表面为2 109cd m 阳光下的白纸为3 104cd m 满月表面为2500cd m 满月下的白纸为0 07cd m 白炽灯灯丝为10 l06cd m 日光灯为 5 10 103cd m 黑白电视机荧光屏为120cd m 彩色电视机荧光屏为80cd m 人眼能习惯的亮度为3000cd m 人眼能比较好地分辨出颜色的亮度为1cd m 光环境对作业者及其作业的影响 1 光环境对作业者的影响合适的照明 能提高人的近视力和远视力 照明还会影响人的情绪 影响人的一般兴奋性和积极性 从而也影响工作效率 一般认为 明亮的房间是令人愉快的 在做无需很大视觉努力的工作时 改善照明也可以提高劳动生产率 炫目的光线使人感到不愉快 许多人还喜欢光从左侧投射 光环境对作业者及其作业的影响 2 光环境对作业的影响改善照明 对提高工作效率有很大影响 适当的照明可以提高工作的速度和精确度 从而增加产量 提高质量 减少差错 舒适的光线条件 不仅对手工劳动 而且对要求紧张的记忆 逻辑思维的脑力劳动 都有助于提高工作效率 在适当的照度下 可以增强眼睛的辨色能力 从而减少识别物体色彩的错误率 可以增强物体的轮廓立体视觉 有利于辨认物体的高低 深浅 前后 远近及相对位置 使工作失误率降低 还可以扩大视野 防止错误和工伤事故的发生 做精细的工作时 眩光在20min之内就会使差错明显增加 工效显著降低 光环境标准 光环境设计 1 照明方式工业企业的建筑物照明通常采用3种形式 即自然采光 人工照明和二者同时并用的混合照明 人工照明按灯光照射范围和效果 又分为一般照明 局部照明 综合照明和特殊照明 光环境设计 1 一般照明也叫全面照明 指不考虑特殊的局部需要 为照亮整个被照面积而设置的照明 它适用于对光线投射方向没有特殊要求 工作点较密集 或者作业时工作地点不固定的场所 光环境设计 2 局部照明指为增加某一指定地点的照度而设置的照明 由于它靠近工作面 可少耗电即获得较高的照度 但要注意直接眩光和使周围变暗的影响 使用轻便移动式的照明器具 可以随时将其调整到最有效果的位置 一般对工作面照度要求不超过30 40lx时 可不必采用局部照明 光环境设计 3 综合照明指工作面上照度由一般照明和局部照明共同构成的照明 一般照明与局部照明对比过强使人感到不舒适 对作业效率有影响 其比例1 5为好 较小的工作场所 一般照明的比例可适当提高 综合照明是一种最经济的照明方式 常用于要求照度高 或有一定的投光方向 或固定工作点分布较稀疏的场所 光环境设计 4 特殊照明指应用于特殊用途 有特殊效果的各种照明 例如方向照明 透过照明 不可见光照明 对微细对象检查照明 运动对象检查照明 色彩检查照明 彩色照明等 光环境设计 2 光源选择作为光源 自然光最理想 在设计照明时 应始终考虑最大限度地利用自然采光 人工照明应选择接近自然光的人工光源 按光源与被照物的关系 光源可分为直射光源 反射光源及透射光源3种 直射光源的光线直射在加工物件上 故物件向光部分明亮 背光部分黑暗 照度分布不均 反射光源的光线经反射物漫射到工作场所或加工物件表面 透射光源的光线经散光的透明材料使光线转为漫射 漫射光线可减轻阴影和眩光 使照度分布均匀 光环境设计 设计中还要考虑光源的光色 包括色表和显色性 色表是光源所呈