安全人机工程学PPT.ppt

安全人机工程学简介 刘建平博士liujianping 认识人机工程 人机工程学是研究人 机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科 从筷子到航天飞机都需要人机工程 1 衣 食 住 家具 家电 建筑 行 交通 2 生产 办公用品 手工工具 各种装备 3 科学研究 有人太空设备 认识人机工程 小选手奋力击球记者杨海冬 摄 认识人机工程 认识人机工程 认识人机工程 认识人机工程 课程简介 安全人机工程学是从安全的角度和着眼点研究人与机的关系 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 本课程是安全工程专业的专业基础平台课程之一 是安全工程专业的一门专业核心课 课程内容 安全人机工程学概论人体的人机学参数人的生理 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 课程要求 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 掌握人体特性参数 人的反应 人体疲劳的测量方法 3 掌握人 机的特性及人机功能分配原则 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 具备对人机系统进行安全设计的初步能力 6 具备对一般人机系统进行安全检查与评价的能力 参考书 欧阳文昭 廖可兵 安全人机工程学 煤炭工业出版社李红杰 鲁顺清 安全人机工程学 中国地质大学生出版社谢庆森 王秉权 安全人机工程学 第1版 天津大学出版社 1999丁玉兰 安全人机工程学 北京理工大学出版社 2000刘东名 孙桂林 安全人机工程学 中国劳动出版社臧吉昌 安全人机工程学 化学工业出版社石金涛等 安全人机工程学 上海交通大学出版社 第一章绪论 教学要求1 掌握人机工程学的定义 熟悉人机工程学的研究目的 内容和研究方法 2 了解人机工程学的起源与发展史 3 掌握安全人机工程学的定义 熟悉安全人机工程学的研究对象以及与其他各学科的关系 4 知道安全人机工程学与工效人机工程学的关系以及其在安全工程学中的地位 本章目录 第一节人机工程学第二节安全人机工程学第三节安全人机工程学与相关学科的关系第四节安全人机工程学的诞生与展望 第一节人机工程学 人机工程学是研究人 机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科 一 学科名称 英国 莫瑞尔于1949年提出 Ergonomics 一词 它由希腊词根 ergon 工作 劳动 和 nomos 规律 规则 复合而成 含义是 人出力正常化 或 人的工作规律 美国 HumanEngineering HumanFactorsEngineering日本 人间工学苏联 中国 人机工程学在1970年代末才在我国兴起 为了同国际接轨 采用 人类工效学 对外交流 由于该学科主要被用于协调产品与人之间的关系 因而 普遍采用人机工程学这一名称 常见的名称还有 人类工程学 工程心理学 宜人学等 二 学科定义 查里斯 C 伍德 W B 伍德森 A 查帕尼斯 日本苏联国际人类工效学学会 国内 设备设计必须适合人的各方面因素 以便在操作上付出最小的代价而求得最高效率 二 学科定义 查里斯 C 伍德 W B 伍德森 A 查帕尼斯 日本苏联国际人类工效学学会 国内 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 二 学科定义 查里斯 C 伍德 W B 伍德森 A 查帕尼斯 日本苏联国际人类工效学学会 国内 人机工程学是在机械设计中 考虑如何使人获得简便而又准确的操作的一门科学 二 学科定义 查里斯 C 伍德 W B 伍德森 A 查帕尼斯 日本苏联国际人类工效学学会 国内 人体工程学是根据人体解剖学 生理学和心理学等特性 了解并掌握人的作业能力与极限 及其工作 环境 起居条件等和人体相适应的科学 二 学科定义 查里斯 C 伍德 W B 伍德森 A 查帕尼斯 日本苏联国际人类工效学学会 国内 人机工程学是研究人在生产过程中的可能性 劳动活动方式 劳动的组织安排从而提高人的工作效率 同时创造舒适和安全的劳动环境 保障劳动人民的健康 使人从生理上和心理上得到全面发展的一门学科 二 学科定义 查里斯 C 伍德 W B 伍德森 A 查帕尼斯 日本苏联国际人类工效学学会 国内 研究各种工作环境中人的因素 研究人和机器及环境的相互作用 研究在工作中 家庭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 二 学科定义 查里斯 C 伍德 W B 伍德森 A 查帕尼斯 日本苏联国际人类工效学学会 国内 人机工程学是运用生理学 心理学 生物力学和其它有关学科知识 使机器和人相互适应 创造舒适和安全的环境条件 从而提高工效的一门科学 三 人机工程学研究目的 1 设计2 工效3 安全4 最终目标 为设计机器设备 工艺流程 工具 信息传递和控制装备时 考虑人的因素提供依据 三 人机工程学研究目的 1 设计2 工效3 安全4 最终目标 保障设计的机械使人的操作简便 省力 快速而准确 三 人机工程学研究目的 1 设计2 工效3 安全4 最终目标 保障人的工作条件和工作环境安全 卫生和舒适 三 人机工程学研究目的 1 设计2 工效3 安全4 最终目标 最终目标是为了使人机系统协调 保障安全健康和提高工作效率 四 人机工程学研究内容 1 人的因素方面2 机的因素方面3 环境因素方面4 人机系统的综合研究 人的生理 心理 人体测量和生物力学等内容 例如 四 人机工程学研究内容 1 人的因素方面2 机的因素方面3 环境因素方面4 人机系统的综合研究 显示器 控制器等设计等内容 例如 四 人机工程学研究内容 1 人的因素方面2 机的因素方面3 环境因素方面4 人机系统的综合研究 温度 湿度 噪声 尘毒 采光 照明 色彩 辐射对人身心的影响等内容 四 人机工程学研究内容 1 人的因素方面2 机的因素方面3 环境因素方面4 人机系统的综合研究 人机系统的整体设计 岗位设计 显示控制设计 环境设计 作业方法 人机的组织管理等内容 例如 五 人机工程学研究方法 1 测量法2 测试法3 实验法4 观察分析法5 感觉评价法此外还包括 调查研究法 计算机仿真法 图示模拟和模拟试验法等 借助器具 设备而进行实际测量的人机学研究方法 1 人体尺寸实测法 2 心理实测法 五 人机工程学研究方法 1 测量法2 测试法3 实验法4 观察分析法5 感觉评价法此外还包括 调查研究法 计算机仿真法 图示模拟和模拟试验法等 依据特定的研究内容 设计好调查表 对典型生产环境中的作业者个体或小组进行书面或问询调查 以及必要的客观测试 收集作业者的反应和表现 常用的是抽样测试法 五 人机工程学研究方法 1 测量法2 测试法3 实验法4 观察分析法5 感觉评价法此外还包括 调查研究法 计算机仿真法 图示模拟和模拟试验法等 在人为设计的环境中 测试实验对象的行为或反应 各种实验数据要经数学手段或计算机处理 五 人机工程学研究方法 1 测量法2 测试法3 实验法4 观察分析法5 感觉评价法此外还包括 调查研究法 计算机仿真法 图示模拟和模拟试验法等 通过观察 记录被观察者的行为表现 活动规律等 然后进行分析的方法 观察的形式取决于调查的内容和目的 可用公开或秘密的方式进行 也可借助摄影或录相等手段 五 人机工程学研究方法 1 测量法2 测试法3 实验法4 观察分析法5 感觉评价法此外还包括 调查研究法 计算机仿真法 图示模拟和模拟试验法等 运用人体的主观感受对系统的性质 质量 特征等进行判断和评价的一种方法 六 人机工程学的起源与发展 经验期 创建期 成熟期 自有人类以来 就开始存在着人机关系 人与工具之间的关系 古代没有系统的人机学 但人类所创造的各种器具 从形状的发展变化来看 是符合人机工程学原理的 图1 经过漫长的发展阶段 工具由于人的使用和改进 由简单到复杂逐步科学化 图2 这种实际存在的人机关系 称为经验人机关系或自发人机关系 六 人机工程学的起源与发展 经验期 创建期 成熟期 从1884年起 在经历工业革命之后 人们所从事的劳动在复杂程度和负荷量上都有了很大变化 改革工具以改善劳动条件和提高劳动效率已经成为一个迫切问题 因此人们开始了对经验人机关系所提出问题的研究 如进行了肌肉疲劳试验 铁锹作业试验 砌砖作业试验等 经验期中三大实验 经验期中三大实验肌肉疲劳试验铁锹作业试验砌砖作业试验 1884年 德国莫索 A Mosso 对人体劳动疲劳进行了试验研究 对作业的人体通以微电流 随着人体疲劳程度的变化 电流也随之变化 这一实验研究为后来的 劳动科学 打下了基础 经验期中三大实验 经验期中三大实验肌肉疲劳试验铁锹作业试验砌砖作业试验 1898年美国泰勒 F W Taylor 从人机学角度出发 对铁锹的使用效率进行了研究 他用形状相同而铲量分别为5kg 10kg 17kg 和30kg四种铁锹去铲同一堆煤 虽然17kg和30kg的铁锹每次铲量大 但实验结果表明 铲煤量为10kg的铁锹作业效率最高 这就是人机工程学过程中著名的 铁锹作业实验 经验期中三大实验 经验期中三大实验肌肉疲劳试验铁锹作业试验砌砖作业试验 1911年吉尔伯勒斯 F B Gilreth 对美国建筑工人砌砖作业进行了试验研究 他用快速摄影机把工人的砌砖动作拍摄下来 然后对动作进行分析 去掉多余无效动作 最终提高了工作效率 使工人砌砖速度由当时的每小时120块提高到每小时350块 六 人机工程学的起源与发展 经验期 创建期 成熟期 二战期间 许多国家大力发展效能高 威力大的新式武器 但由于忽视了 人的因素 而导致误操作而失败的教训屡见不鲜 图3 据统计 美国在第二次世界大战的飞机事故中 80 是由于人机工程学方面的原因造成的 失败的教训使人们逐步认识到 人的因素 在设计中是不能忽视的一个重要条件 要设计好一个高效能的装备 不仅要有工程技术知识 还必须有生理学 心理学 人体测量学 生物力学等学科方面的知识 这种情况下 人机学诞生 1949年莫瑞尔提出了 Ergonomics 一词 六 人机工程学的起源与发展 经验期 创建期 成熟期 到了20世纪60年代 欧美和日本进入了大规模的经济发展时期 这一时期 由于科学技术的进步和发展的需要 使人机工程学获得了更大的发展 同时 由于控制论 信息论 系统论和人体科学等理论的建立 应用新理论进行人机系统的研究便应运而生 从而使人机工程学日趋成熟 图4 可以说 人机工程起源于欧洲 发展于美国 成熟于日本 第二节安全人机工程学 一 安全人机工程学的定义安全人机学 SafetyErgonomics 是从安全的角度和着眼点研究人和机的关系 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新兴学科 二 安全人机工程学的研究对象 人机人机结合面 人 Man 是指操作者或使用者 即活动过程中的人体 是安全主体 二 安全人机工程学的研究对象 人机人机结合面 机 Machine 是广义的 泛指人可操作与可使用的物 包括劳动工具 机器 设备 生活用品 设施 劳动手段 原材料 工艺流程 计算机软件和环境条件等所有与人相关的物质因素 二 安全人机工程学的研究对象 人机人机结合面 人机结合面 Man MachineInterface 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 安全人机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 人机系统中人的特性是指人的生理特性和心理特性 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 生理特性有 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 心理特性有 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 三 安全人机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 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 人机系统人机功能分配的方法等 三 安全人机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 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 对工具类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 手感和体感等匹配 对环境类界面主要研究 作业的物理 化学 生物和美学等环境对人的影响程度 阈值范围和控制手段 对特殊环境 还须研究人的生命保障系统等 三 安全人机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 作业方法研究包括作业的姿势 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 三 安全人机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 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 三 安全人机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 国内外大量的统计表明 有近80 的事故是由于人为失误发生的 因此 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 四 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 达到保障人的健康 舒适 愉快地活动 同时带来活动效率的提高 第三节安全人机学与其他科学的关系 安全人机工程学作为安全工程学的重要分支学科和人机工程学的一个应用学科 其性质是一个跨门类 多学科的交叉科学 它处于许多学科和专业技术的接合部位上 既有人体科学与工程技术的交叉和渗透 又有社会科学与自然科学等学科的交叉和渗透 安全人机学与其他科学的关系 与工效人机工程学的关系与安全心理学的关系与人体测量学 生物力学的关系与人体生理学 环境科学的关系与安全工程学的关系与工程技术科学的关系 安全人机工程学和工效人机工程学都是人机工程学的重要分支 安全人机工程学以安全为目标 以工效为条件 工效人机工程学以安全为前提 以工效为目标的 安全人机学与其他科学的关系 与工效人机工程学的关系与安全心理学的关系与人体测量学 生物力学的关系与人体生理学 环境科学的关系与安全工程学的关系与工程技术科学的关系 安全心理学是心理学的应用学科之一 是安全人机工程学的主要理论基础之一 它研究人在活动过程中的生理心理和社会心理活动 以及信息的接受 储存 加工 传递 处理 以及决策和执行等问题 安全人机工程学则是考虑 人的因素 为人机系统的安全设计 使用 监督 分析 评定和提供宜人依据 因此 安全心理学研究的所有内容 均对安全人机工程学产生影响 安全人机学与其他科学的关系 与工效人机工程学的关系与安全心理学的关系与人体测量学 生物力学的关系与人体生理学 环境科学的关系与安全工程学的关系与工程技术科学的关系 人体测量学 生物力学为人机设计提供科学依据 人体测量学是根据人体静态和动态尺寸的测量资料 为人机系统的设备设计和工作空间布置提供科学依据 人体生物力学是侧重研究人体这个生物系统运动规律的学科 给人机系统的安全带来必要的保证 安全人机学与其他科学的关系 与工效人机工程学的关系与安全心理学的关系与人体测量学 生物力学的关系与人体生理学 环境科学的关系与安全工程学的关系与工程技术科学的关系 生理学 卫生学 医学及环境科学研究人体各方面的机理 机能和效率 以及各种环境对人体的实际影响 这些均是安全人机工程的基础依据 安全人机工程常常需要从人体生理过程 引起职业病原因和人体解剖学原理等方面进行分析 提高人机结合面的质量 以便创造良好的工作环境和保证人体正常的生理 心理活动 达到保障人的安全和保证人机系统的工作效率 安全人机学与其他科学的关系 与工效人机工程学的关系与安全心理学的关系与人体测量学 生物力学的关系与人体生理学 环境科学的关系与安全工程学的关系与工程技术科学的关系 安全工程学可以分为 安全管理工程学 安全设备工程学 安全人机工程学和安全系统工程学 安全人机学与其他科学的关系 与工效人机工程学的关系与安全心理学的关系与人体测量学 生物力学的关系与人体生理学 环境科学的关系与安全工程学的关系与工程技术科学的关系 工程技术科学是研究工程技术设计的具体内容和方法 安全人机工程学不是研究这些具体内容和方法 而是如何让这些设计适合于人的使用和避免危害 第四节安全人机工程学的诞生与展望 自学部分 一 安全人机工程学的诞生二 安全人机学是安全学的分支三 我国安全人机工程学学科的诞生与发展四 安全人机工程学的展望 一 安全人机工程学的诞生 随着机械 电气 化工 交通运输及信息传递设备及控制装置的发展 人类接触到的环境变化也很迅速 然而人类的生理 生物力学特性等却无多大变化 相反 可能出现某些生理退化现象 现代化生产中 机 向着高速化 精密化 复杂化方向发展 这对操纵这些 机 的人的判断力 注意力和熟练程度提出了更高的要求 例如 自动化生产线由仪表监控 机 的工作状况 虽降低了工人的体力劳动强度 但加重了仪表监控者的视力及大脑注意力 判断能力的强度 也加大了对人的躯体和颈部活动的限制 其结果是 一方面是人始终影响和决定着 机 的性能发挥 另一方面 机 给人类的负担增加了 甚至给人造成危害 因此所设计的 机 含环境 若是忽略了活动者的身心特性 生物力学特征 则 机 的功能既不可能充分发挥 而且还会损害人的健康甚至诱发事故 为了安全生产 生活 生存 就要把人与 机 结合起来考虑 要求对 机 的设计 制造 安装 运行 管理等环节充分考虑人的生理 心理及生物力学特性 把人机作为一个整体 一个系统加以考虑 不仅要高效率地工作 还应随着物质 精神生活的提高 更加要求机始终使人处在安全卫生 舒适 包括享受 的状态 这就促使安全人机工程学的诞生 二 安全人机学是安全学的分支 安全学是从安全的角度和着眼点技术方法去解决安全系统中人机结合面的安全问题 所以安全人机学是安全学的分支学科 而不属人机学的分支学科 只是人机科学在 技术科学 层次上的即人机工程学层次上的应用分支科学 同理 从安全的角度和社会学的着眼点研究客观世界的科学 叫做安全社会学 它是从安全的角度研究客观世界 从社会学的着眼点去研究解决安全问题 所以 安全社会学也是安全学的分支学科而不能作为社会学的分支学科 三 我国安全人机工程学学科的诞生与发展 1 20世纪70年代末 80年代初 我国开始实施改革 开放的政策 各界科学工作者学术思想异常活跃 科学理论研究与传播蓬勃兴起 中国科学技术协会请钱学森等带头宣传马克思主义科学哲学思想 系统科学与系统工程方法以及科学的科学技术体系学 科学能力学与政治科学学的框架和内容 这一系列科普活动 对交叉和综合性的科学学科诞生 起到了重要的科学启蒙作用 特别1982年钱学森等著的 论系统工程 一书的出版 对中国安全科学学科理论及其科学技术体系模型 以及安全人机工程学分支学科等在1985年提出 奠定了科学思想和方法论基础 三 我国安全人机工程学学科的诞生与发展 2 1979年北京市劳动保护研究所创办研究生教育 并于1981年获得 安全技术及工程 原名 安全技术与工程学 学科 专业的国家首批硕士学位授予权 又于1984年在国家 工科本科专业目录 中获 安全工程 试办专业 1986年中国矿业大学获得 安全技术及工程 学科 专业博士学位授予点 从而使该学科 专业得到迅速发展 同时给安全人机工程学的创建提供必要的传播空间和发展基地 三 我国安全人机工程学学科的诞生与发展 3 1979年研究制订安全专业研究生教育计划 1981年论证 安全技术及工程 学科 专业硕士学位研究生培养目标和水平要求 同年中国劳动保护科学技术学会筹委会成立并为争取中国科协尽快同意该会成立和为劳动人事部争取 安全技术及工程 学科 专业列入国家 高等学校和科研机构授予博士 硕士学位学科 专业目录 于1982年召开了全国劳动保护科学体系首届学术讨论会 香山会议 开展一系列的学科科学理论研究 论证和具体科学实践工作 完成了中国劳动保护科学技术学会成立的理论准备 为安全工程学和安全人机工程学科的诞生 打下了科学思想基础 三 我国安全人机工程学学科的诞生与发展 4 1984年9月中国劳动保护科学技术学会成立后 要加入中国科协成为团体成员 其前提是必须明确学会的学科名称 学术活动范围以及与相邻学科的关系 为此决定筹备召开全国劳动保护科学体系第二次学术讨论会 来解决上述问题 同年湖南大学衡阳分校欧阳文昭开始准备给 工业安全技术 专业学生开设 人机工程概论 课程 通过会议论文准备 课程讲授实践和对学科理论的研究 为1985年在我国提出建立 安全人机工程学 创造了必要条件 三 我国安全人机工程学学科的诞生与发展 5 1984年4月下旬教育部召开 工科本科通用专业目录 审定会 为争取在该目录中确立 安全工程 专业 刘潜向钱学森呈递劳动人事部的有关文件和他在 香山会议 上发表的 劳动保护科学及其学科 专业建设科学学问题 一文 请求支持和指教 安全工程 试办专业在目录中获得确立 1985年在中国劳动保护科学技术学会召开青岛会议后 安全科学在 国家图书馆分类法 与环境科学并列X类 在 学科分类与代码 中获安全科学技术一级学科 安全学二级学科 安全人机学三级学科 安全人机工程学已逐渐成熟 学科地位更加明确 三 我国安全人机工程学学科的诞生与发展 6 安全人机工程学学科日臻成熟 其标志是安全人机工程学的研究方面已有一些著作面世 欧阳文昭 安全人机工程学 中国地质大学出版社1991年 刘东明 孙桂林 安全人机工程学 中国劳动出版社1993年 臧吉昌 安全人机工程学 化学工业出版社1996年 白恩远 安全人机工程学 国防工业出版社1996年 石金涛 安全人机工程由上海交通出版社1998年 谢庆森 安全人机工程 天津大学出版社1999年