第4章 人体生理特性.ppt

HumanFactorslab,ManagementSchool,XianJiaotongUniversity,China,孙林岩教授,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,篇章总汇,总论第1章人因工程概述第2章人因工程的研究方法与工具基础篇第3章人体测量第4章人体生理特性第5章人的心理认知特征第6章人的信息处理第7章人的作业环境,应用篇第8章作业空间设计第9章肌肉骨骼失调及其预防第10章脑力负荷与脑力工作绩效提升第11章人机界面设计扩展篇第12章可用性第13章安全性,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,第4章人体生理特征,4.1神经系统与感觉4.2运动系统4.3心血管与呼吸系统4.4能量代谢,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1神经系统与感觉,神经系统视觉听觉、触觉和嗅觉本体觉,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.1神经系统,1.神经系统的组成及功能神经系统是由包括脑和脊髓的中枢神经以及遍布全身各处的周围神经所组成人体的主导系统，全身各器官、系统均在神经系统的统一控制和调节下，互相影响、互相协调，保证人体的统一及其与外界环境的相对平衡在此过程中，首先是借助于感受器接受体内外环境的各种信息，通过脑和脊髓各级中枢的整合，最后经周围神经控制和调节各个系统的活动，从而使机体得以反应多变的外环境，同时也调节着机体内环境的平衡从心理学角度看，人的一切心理和意识活动也是通过神经系统的活动实现的，因此，神经系统也是心理现象的物质基础,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.1神经系统,1.神经系统的组成及功能神经主要是由神经元和神经胶质细胞构成神经元也称神经细胞，是神经系统的结构、功能和营养的基本单位，具有感受体内外刺激、整合信息和传导信息的功能神经胶质细胞分布在神经元周围，构成网状支架，对神经元起支持、绝缘、营养、防御等作用,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.1神经系统,1.神经系统的组成及功能神经元组成：胞体、树突和轴突,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.1神经系统,2.中枢神经系统解剖学术语：矢状面水平面冠状面,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.1神经系统,2.中枢神经系统脑脑是中枢神经的高级部位，位于颅腔内，由大脑半球、间脑、中脑、脑桥、延髓和小脑六部分组成。通常把中脑、脑桥和延髓合称为脑干，有时也将间脑列入脑干脑干参与传导上、下行神经冲动，是大脑半球与脊髓之间的联络通路大脑半球位于中枢神经系统的最高部位，被一条纵裂分为左、右两个半球。半球表面被覆25mm厚的灰质细胞层，称为大脑皮质（层）。大脑皮质大约含有140亿神经细胞，是统一机体的最高神经中枢。正是由于大脑皮质含有极大量的神经元以及它们相互联系的广泛性和复杂性，才使得大脑皮质具有了完善的分析、综合能力，成为人类思维和语言的物质基础,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.1神经系统,2.中枢神经系统脑,大脑外侧面,大脑内侧面,大脑底面,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.1神经系统,2.中枢神经系统脑大脑皮层的各个不同区域在功能上具有不同的分工，如感觉区和运动区，但皮质各区域这种功能上的分工又不是绝对的，一个区域只是执行某一种功能的核心部位，皮质的其他区域也分散有类似的功能。故中枢损伤的人依靠皮质其他功能区域的代偿，不会完全丧失该中枢所管理的功能,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.1神经系统,2.中枢神经系统脑,图4-1人大脑皮层的各功能区示意图,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.1神经系统,2.中枢神经系统脊髓脊髓是中枢神经系统的最低级部位，位于脊柱的脊椎管内，其上端进入颅腔扩展成为大脑的延髓部分脊髓的功能有二，一是传导功能，来自躯干、四肢和大部分内脏的各种刺激通过脊髓传导至脑，而脑的活动又通过脊髓传导至躯体和内脏，脊髓是脊神经与脑之间的神经传导通路二是反射功能，脊髓可以完成一些简单的躯体反射和内脏反射，如腱反射、屈肌反射和行走反射等,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.1神经系统,3.周围神经系统周围神经系统是由脑和脊髓发出，其末梢分布于身体各器官和组织的神经系统，包括脊神经、脑神经和植物性神经周围神经的功能有二：一是接受来自体内外的各种刺激并将其传导至中枢神经；二是传递由中枢神经发出的指令并完成运动反应,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视角视角指物体上两点间光线射入瞳孔在光心（节点）处交叉所形成的夹角距离相同时，物体的大小与视角成正比，同一物体的距离远近与视角成反比。正常人能分辨的最小视角为1分，此时，反映在视网膜上的物像两点的距离正好相当于一个视锥细胞的直径,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视角视角的计算式：=2arctgD/2L视角（度）；D视看对象两点间距离；L眼至视看对象的距离。,图4-2视角,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视力视力为眼睛分辨物体细部的最大能力，即分辨两点间的最小距离通常由视力表测定，视力表有12行大小不等，方向各异的“E”字，愈往下愈小。当被测者站在5m远处观看第10行的“E”字，若能分辨清楚，表明视力为1（现行对数视力表为5分）。正常人眼在视距25cm时，能分辨的最小距离为0.075mm,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视力在实际应用中，视力通常是以视角（确定被看物尺寸范围的两端点光线入射眼球的相交角度）来表示的：,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视力视力随照度、背景亮度和物体与背景的对比度（反差）的递增而增大。下图所示为白色背景黑色物体，作为测试条件，临界视角与背景亮度的关系曲线。由曲线可知，背景亮度由零递增到600坎/平方米（cd/m2）时，视力相应增加；超过600cd/m2时，视力就很难提高了,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视野与视力范围视野是指当头部和眼球固定不动时，所能看到的空间范围。正常人的视野大致相同人在水平面内的视野范围是：双眼的最大视区在左右60以内的区域，在这个区域里还包括字、字母和颜色的辨别范围：辨别字的视线角度为1020；而辨别字母的视线角度为530。在各自的视线范围以外，字和字母逐渐消失。对于特定颜色的辨别，视线角度为3060。人最敏锐的视力是在标准视线每侧1的范围内在垂直面内人的视野是：以视线水平时为0基准，人的最大视区为视平线以上50和视平线以下70。颜色的辨别区域为视平线以上30，视平线以下40。实际上人的自然视线是低于标准视线的。在一般状态下，立姿时自然视线低于水平线10，坐姿时低于水平线15；立姿松弛状态下的自然视线偏离标准线30；坐姿松弛状态下的自然视线偏离标准线38；垂直面内人的最佳视区在低于标准视线30的区域里,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视野与视力范围,图4-4垂直视野和水平视野（a）垂直面内的视野；（b）水平面内的视野,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视野与视力范围各种颜色对眼睛的刺激是不一样的，因此，视野也不相同。从图4-5可得白色视野最大，其次为黄和蓝，再次为红色，而绿色的视野最小,图4-5不同颜色的视野,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视野与视力范围人的正常视力范围比视野要小些，因为视力范围是要求能迅速，清晰的看清目标的细节，所以只能是视野的一部分。头部和眼球转动时，都可增加视力范围。头部不动，只动眼球时，视力范围可达120，头部和眼球都动时，视力范围可达220视力范围与目标距离有关。目标在560mm处最为适宜，小于380mm时会发生目眩，大于760mm时，细节看不清。此外，观察时头部转动角度，左右均不宜超过45，上下也不宜超过30。当视线转移时，约97%的视觉是不真实的，所以要避免再转移视线时进行观察,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视距视距是人在作业中正常的观察距离不同的工种对视距的要求也不同，一般来说，工作精度越高，所需视距就越小在正常作业中，通常采用3876cm的视距范围只有很好地了解人的视觉机能，我们才可能根据人的视觉特点，合理布置作业空间，减少视觉疲劳，提高作业效率,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征视距,表4-1作业精度与视距的关系（单位：cm）,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征明适应和暗适应视网膜的两种感光细胞具有不同的感光机能视杆细胞对弱光敏感，在微光下产生暗视觉（Scotopicvision）。视杆细胞有缺陷的人，产生“夜盲症”视锥细胞对强光和色光敏感，在强光下产生明视觉（PhotopicVision）和色觉（ColorVision）。视锥细胞不完全的人，可呈现色盲。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征明适应和暗适应视距是人在作业中正常的观察距离明适应：人由暗处进入明处，最初不能辨认物体，感到很刺眼，经过约1分钟左右，视锥细胞恢复了功能，便能看清物体暗适应：人由明处进入暗处，最初感觉什么也看不见，但经过一定的时间后，逐渐看到黑暗中的物体的轮廓，约25到30分钟后，便充分达到适应的程度。这时，视杆细胞发挥了功能，视锥细胞暂时失去了作用频繁的明暗适应会增加眼睛的疲劳，使视力迅速下降，所以工作场所的照明力求均匀稳定。局部照明和一般照明的照度，如果相差悬殊，操作者既要注意零件加工，又要转视他处事物，就有个适应过程，影响视力和效率,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征对比度人眼要能辨别某一背景前的物体，必须使背景与零件有一定的对比度对比度可以分为亮度对比和颜色对比亮度对比人眼能分辨的对象与背景的最小亮度差与背景的最小亮度之比叫做临界对比C视力较好者，临界对比约为0.01临界对比的倒数叫做对比感度Sc（Sc=1/C）。对比感度大的人能辨别小的亮度对比。对比感度与照度高低、对象物大小和观察距离等因素有关。照明很差，亮度对比不明显，可能引起虚假的视觉现象，对于判断重要信息产生不良影响,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,1.视觉特征对比度颜色对比工作对象和背景的颜色对比，对于分辨清晰度的效果十分重要。据实验证明，下列颜色对比较好：蓝白；黑黄；绿白；黑白；绿红；红黄；红白；橙黑；黑绛；橙白。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,颜色辨别,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,颜色辨别,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,2.视觉运动规律眼睛的水平运动比垂直运动为快。即视物时往往先看见水平方向的东西，然后才看到垂直方向的东西。许多机器设计成长方形，就是根据此原理。视线习惯于从做到右，从上到下的运动，看圆形仪表时，沿顺时针方向比沿逆时针方向看得迅速。眼睛对水平方向的尺寸比对垂直方向估计得要准确。当眼睛偏离视中心时，对左上象限的观察力优于右上象限，对右上的观察力却优于左下象限，右下象限最差。两眼运动是协调的、同步的，不可能一只眼转动，另一只眼睛不动；也不可能一只眼睛看，另一只眼睛不看。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,2.视觉运动规律对直线轮廓比曲线轮廓视觉易于接受。视觉快速转动时，不易引起视觉注意。目标连续更换时，人的视觉有时会出现失真现象。例如，观看曲线的时间久了，转换直线时，会把直线看成曲线。识别信息的细节，要靠视力中心。视力边缘只能识别大致情况。对于运动目标，只有当运动的角速度大于12centdegree/s时，才能辨别出它的运动状态。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,2.视觉运动规律此外，要看清物体，必须注视。注视是指两眼同时停留在一个目标上，并且焦点也在此目标上。读报时，眼睛并非作连续运动，而是接近一连串的跳动，从前一个视点跳到后一个视点，循序前进，直到读完一行。人眼看清一个目标，最少时间为0.070.3s，平均0.17s。照明昏暗，注视时间要加长。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉错觉（Illusion）是指人所获得的印象与客观事物发生差异的现象造成错觉的主要原因有心理因素和生理因素人们在劳动实践中可能发生的错觉有以下几类：视错觉大小-重量错觉空间定位错觉颜色错觉似动轮廓法则形状竞争,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉视错觉长度错觉：判断物体长度时，若两端增添了附加物，可导致长短不同的错觉。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉视错觉方位错觉：若一物体被它物隔开分成两段，或由于附加物的干扰而歪曲了本身形象,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉视错觉透视错觉：同样大小的物体呈现出远小近大的感觉。透视有下列规律：同样大小的物体，近大远小，越远越小，直到消失在视平线上；与画面并行的同样长短的物体，越远越短，但方向不变；距离相等的许多物体，越远显得越密；同样高低的物体，在视平线以上的位置，越远越低；在视平线以下的位置，越远越高。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉视错觉对比错觉：同样大小的物体，若其周围存在同样形状而大小不同的物体，便会引起对比错觉,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉大小-重量错觉观察者对两个重量相同而大小不一的物体进行知觉时，会产生一种小物体比大物体更重的不正确的知觉例如有两个零件，一个是铝制的，另一个是黄铜制的，虽然两者一样重，但因比重不同，铜件显然比铝件小，观察者普遍会觉得铜制件更重些,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉空间定位错觉由于视觉和平衡觉的信号不协调而产生的不正确的空间知觉例如，在高位作业时，人习惯于用地面的姿势状态来辨别空间位置，容易产生空间定位错觉；海上作业，由于远方天水一色，也容易产生空间定位错觉，把大海当蓝天，把蓝天当大海,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉颜色错觉颜色-重量错觉：同样重的物体涂的颜色不同，人们会有不同的轻重感。例如，涂黑色的物体似乎比涂天蓝的重颜色-空间错觉：同样大的空间，如果四周涂上浅色比涂上深色显得更大颜色-温度错觉：同样温度的车间，若四壁涂上冷色系，使操作者感到凉爽；若四壁涂以暖色系，会使操作者感到温暖颜色-声音错觉：在多噪音的环境中，如果四周涂上绿色或紫罗蓝色，可使操作者感到比实际环境安静些,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉直线运动错觉似动似动，顾名思义就是“似乎在动”，其实并未真动。确切地说是指在一定的时间和空间条件下，实际上不动的静止之物很快地相继剌激视网膜上邻近部位所产生的物体在运动的知觉，是一种错觉性的运动知觉似动包括以下三种错觉：自动运动诱导运动假现运动,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉直线运动错觉似动自动运动（AutokineticMovement）：若在暗室中置一静止光点，人在几米远处对它凝视片刻，便会觉得此光点似乎在移动或游动。这种现象就叫自动运动。夜航飞行事故，与此种现象颇有关系,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉直线运动错觉似动诱导运动（InductiveMovement）：由于环境运动而使静止对象物看起来似在运动。相反，实际上运动着的对象却被误认为是静止的。“月亮在云层间匆匆行走”便是诱导运动的一个例子。又如两列火车并排停在车站上，当一列火车开始运行，另一列虽然没有开动，但乘客似乎感到未开动的列车在向相反方向移动，而把开动的那列火车却误认为是静止的,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉直线运动错觉似动假现运动（ApparentMovement）：若在两个不同地方放置两个静止的光点，先后在间隔0.06秒的短时间内闪亮一次，则恰似一个光点在向另一个光点移动。电影、霓虹灯广告等常用这种假现运动错觉,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉视觉的定势轮廓法则（ContourLaw）轮廓是一个对象的特征，作为主观上的分界线使对象从背景中分离出来。轮廓可以组成形状，但形状本身不等于轮廓轮廓法则“整体性”原理：1)距离互相接近的对象容易被归纳在一起；2)类别上相同的对象容易被归纳为一起；3)形状封闭的对象容易被归纳在一起；4)连续相接的对象容易被归纳在一起；5)有规则单纯图形和对称图形容易被归纳在一起。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,轮廓法则（ContourLaw）,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,3.错觉形状竞争对物像与背景有时由于轮廓的特殊位置，在心理上产生一种特殊反应，出现“双重知觉”,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.2视觉,4.视觉对作业的影响不同作业对视功能，对劳动的产量、质量、安全等都有重要影响据分析，工厂中25%的事故与视力有关在作业中，因作业性质不同，对视功能的要求也不同作业的范围大小不同，要求视功能不同加工对象物的距离不同要求视功能不同作业性质不同要求的视功能不同,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,在日常生活中，我们都离不开听觉、触觉和嗅觉。信息有直接的和非直接的两种类型。比如孩子的哭声是直接信息，而门铃响是非直接的信息，说明有人站在门口。科技的发展已经愈来愈多地利用人的听觉、触觉和嗅觉。比如，火灾警报、提醒盲人道路上的障碍物的蜂鸣器等等。通常非直接刺激比直接刺激的影响更大。国外实验表明：熟睡的人对听觉火灾报警的反应要比感觉到热量或烟的气味的反应要快的多，也有效的多。热和烟唤醒被测者的次数是75%，而报警器是100%,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,1.听觉声音是由震源震动产生的，震动可以通过不同的媒介进行传递声音的两个主要度量就是频率和强度（或振幅）,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,1.听觉声波的频率当敲击音叉时，它就以固有频率开始震动，音叉的震动就会引起空气分子的来回震动，这样相应的引起了空气压力的增加或降低音叉的震动产生的是正弦波。每秒震动重复的次数就是频率。频率以赫兹（Hz）为单位一般情况下，人耳对20到20000Hz频率范围内的声音较敏感，其敏感程度随频率而变，且存在个体差异,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,1.听觉声音的强度声强是与人对响度的感觉有关的。声强是根据单位面积上的能量来定义的，如瓦特每平方米。因为一般情况下能量的数值都很大，所以通常用对数来描述声强。贝尔（B）是测量时使用的基本单位。贝尔值是两个声强比率的对数。实际上，更方便、更普遍声强测量的单位是分贝（dB），1dB=0.1B分贝是对数值，增加10dB就意味声压增强100倍。使用对数还有一个特点就是两个声音的比率可以用减法来计算。工程中的信噪比实际就是指一个信号与背景噪音的分贝之差。如果信号是90dB，噪音是70dB，那么信噪比就是+20dB,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,1.听觉复合音很少有声音是纯音。乐器发出的声音也是由一个基本频率结合了其他的频率形成的复合音可以用两种方式表示，一种是由几个单独的波形叠加成它的波形，另一种方法是使用音谱来描述复合音，即把声音分成几个频率段，然后测量每一范围内的声强,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,耳朵解剖图,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,耳朵解剖图,外耳外耳是收集声音能量的，由耳廓、从耳廓延伸进去的外耳道、外耳道末端的鼓膜构成。在增强声压级到12dB时，外耳道能够引起听觉的共振结构的频率段是20005000Hz。中耳鼓膜把中耳和外耳隔离开来。中耳包括三块听小骨组成的听骨链（锤骨、砧骨、镫骨）。这三块小骨通过相互之间的联系把振动从鼓膜传到内耳的卵形窗。镫骨底面积附着在内耳耳蜗的卵形窗上，它把鼓膜的振动传到卵形窗上，引起内耳耳蜗内淋巴液的波动。因为鼓膜的面积比较大以及听骨链的杠杆作用，镫骨作用于卵形窗的压力被放大了将近22倍。内耳内耳或称耳蜗，是一个螺旋的类似蛇形的构造。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,1.听觉屏蔽屏蔽是指环境中的一种声音使得耳朵对另一种声音的敏感度降低的现象。实际操作中，屏蔽是指由于屏蔽声音的出现使得被屏蔽的声音极限增加的数量。在研究屏蔽的影响时，典型的实验是先测量一个声音的绝对极限，然后加入屏蔽声音再测量它的极限。两者的差异就是屏蔽产生的效果。在选择一个在特定环境中使用的听觉信号时，我们必须要考虑信号接收时噪音的屏蔽影响屏蔽的影响随屏蔽声音和被屏蔽声音的类型（纯音、复合音、白噪音、语音）的不同而变化。几个通用原则如下：当屏蔽声音的频率与被屏蔽声音很接近时影响最大；屏蔽声音强度越大，屏蔽的影响范围也就越广；低强度的屏蔽声音主要影响频率接近屏蔽声音的声音，高强度的屏蔽声音却对更高频率的声音都有影响,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,2.触觉触觉包括压力感觉、痛觉以及温度变化的感觉多数情况下，人都是利用手和指头作为信息的主要感受体一般是用两点极限法来测量触觉的敏感程度，即测量感觉到压力是在两个点上时这两点间的最小距离。手的不同部分对触觉的敏感程度是不一样的，从手掌到指尖敏感度逐渐增加，指尖的分辨程度最高。当皮肤温度比较低时，触觉敏感度也会下降。因此，在低温环境中触觉要谨慎使用。然而，在凉爽或温暖的环境中，热量刺激会使温度的感觉被屏蔽触觉主要用在替代听觉的地方，如作为耳聋的人的辅助工具，还可以替代视觉用作盲人的辅助工具,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,3.嗅觉在日常生活中经常使用嗅觉来表达一些其他器官所不能表达的信息，比如花的香味、热咖啡的气味等嗅觉上皮细胞是比较小的，约46cm2，这些细胞位于每个鼻孔的内上侧。嗅觉细胞包括感觉不同气味的嗅觉绒毛。这些细胞都是直接和大脑中的嗅觉区域相连的一般都认为嗅觉是由进入鼻孔中的空气分子中的挥发性物质引起的。鼻子是探测各种气味的一个敏感的器官，它的敏感程度依靠物质的特点和用力吸的程度。尽管人们的嗅觉是很灵的，但往往有很高的错误警报率，一般都是把没有气味误认为成有气味了,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,3.嗅觉嗅觉在对具体的气味绝对判断时并不是很灵敏。对不同气味进行区别的能力也要依靠气味的类型和训练的程度而定。Desor和Beauchamp发现，没有经过训练的被测者只能区别出1532种气味，经过训练之后，一些人就能够准确无误的辨别出60多种气味当仅从浓度上分辨气味时，大约能分辨三、四种浓度。因此，可能从多种气味中辨认时嗅觉的效果并不是很好，但在感觉一种气味的存在与否时还是很有效的嗅觉的用途并不是很广。原因之一就是信息的来源不是很可靠，因为人们对不同气味的敏感程度差异很大；不新鲜的空气可能降低敏感度；人们对气味适应的很快，片刻之后对这种气味的感觉就会麻木；气味的传播很难控制嗅觉还是有一定用途的，主要用在报警设备上。比如，煤气公司在天然气中加入一种气体，当天然气泄漏时就会闻到特别的味道,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,4.本体觉平衡觉运动觉主要应用：事故原因、安全,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,4.本体觉平衡觉平衡觉是人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉平衡觉感受器位于内耳的前庭器官半规管和耳石器中平衡觉对保持身体平衡有重要作用前庭器官受强烈刺激时，可引起恶心和呕吐等内脏反应。前庭器官过于敏感的人就难以适应飞行和航海活动，而发生晕眩和其他不良反应；相反，过于迟钝的人，就不可能在高空和海洋准确地判断方位和发出敏捷的动作影响平衡觉并导致失去平衡的原因有：酒精；年龄；恐惧；突然的运动；热压；不常有的姿势等,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.1.3听觉、触觉和嗅觉,4.本体觉运动觉运动觉是人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种内部感觉运动觉的感觉器官在肌肉中的肌梭、肌腱中肌梭、关节中的关节小体中运动觉的适宜刺激有二：一为机械力，二为运动运动分析器皮层中枢位于大脑皮层中央前回运动觉同其他感觉经常相联系。运动觉与触觉的联合产生触摸觉，它是人手接触物体的动态过程产生的运动觉涉及人体的每一个动作，是仅次于视、听觉的感觉。运动觉在随意运动的精确化和自动化方面有着其他感觉所不能及的作用,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.2运动系统,人体的运动系统是由骨、骨连接（关节）和肌肉三部分组成。骨和骨连接构成人体的杠杆系统骨架。肌肉附着在骨架上，并受神经系统的支配，中枢位于大脑皮层的躯体运动中枢，能牵引着骨绕关节转动，人体便产生各种各样的运动。骨骼关节肌肉,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.2.1骨骼,成人全身共有206块骨，其中只有177块直接参与人体的运动分为躯干骨、颅骨和四肢骨3部分其中躯干骨又包括椎骨、肋骨、胸骨，各椎骨借骨连接构成为脊柱。脊柱胸段与肋相接，肋前端又连胸骨，形成骨性胸廓。脊柱骶尾段与下肢带骨连接构成骨盆,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,人体骨骼系统简单图,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,正面,背面,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.2.1骨骼,脊柱位于背部中央，构成人体的中轴脊柱除支持身体、保护骨髓，增加弹性，吸收震荡以外，还要进行运动。相邻两椎骨之间的运动有限，但整个脊柱的活动范围很大。人的大部分活动都要有脊椎运动的支持，所以背部损伤的机会就会很多，在工具设计的时候，应保证在脊柱的活动范围内，避免扭曲和超范围活动,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,脊柱的构成,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.2.2关节,1.关节的分类骨与骨以结缔组织相连接，构成关节。根据连接组织的性质和活动情况，关节可分为不动关节、半动关节和动关节三类不动关节两骨之间以结缔组织相连接，中间没有任何间断和裂缝根据骨连接组织的不同，又可分为韧带连接、软骨结合和骨性结合三种动关节即关节，骨与骨之间的连接组织中有腔隙，失去连续性。人体中绝大部分的骨连接为此种类型半动关节介于动关节和不动关节之间的过渡的连接形式，其特点是两骨间以软骨组织相连接。半动关节的活动范围很小，如耻骨联合,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,关节示意图（膝关节）,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.2.2关节,2.关节的运动滑动运动一种最简单的运动，相对关节面的形态基本一致，活动量微小。例如，腕骨或跗骨之间的运动角度运动邻近的两骨绕轴离开或收拢，可产生角度的增大或减小。通常有两种形式，屈伸和收展屈、伸运动。关节沿矢状面运动，使相邻关节的两骨互相接近，角度减小时为屈；反之为伸内收、外展运动。关节沿冠状面运动，骨向正中面移动者称为“内收”，反之称为“外展”,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.2.2关节,2.关节的运动旋转运动骨环绕垂直轴运动时称为旋转运动。骨由前向内侧旋转时，称为“旋内”；相反，向外侧旋转时则称为“旋外”环转运动骨的上端在原位转动，下端则作圆周运动，全骨活动的结果犹如描绘一个圆锥体的图形，这样的运动称为“环转运动”凡具有进行冠状和矢状两轴活动能力的关节，都能作环转运动,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,关节的类型,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.2.3肌肉,肌肉根据其形态、功能和位置等不同的特点，可分为3种类型：骨骼肌、平滑肌和心肌附着在骨骼上的肌肉称骨骼肌，骨骼肌有横纹，其收缩受人的意志支配平滑肌大都构成脏器的壁，故又称内脏肌心肌分布在心脏的壁上，其运动不受意志支配,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,肌肉的类型,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.2.3肌肉,骨骼肌有4种物理特性：收缩性、伸展性、弹性、粘滞性收缩性表现为肌肉纤维长度的缩短和张力的变化伸展性是指骨骼肌在受外力作用时还可被拉长当外力解除后，被拉长的肌肉纤维又可复原。肌肉有受压变形，外力解除即可复原的特性即弹性由于肌纤维内部含有胶状物质，故具有粘滞性，在肌肉收缩时产生阻力，为此需要消耗一定的能量。气候寒冷时，肌肉的粘滞性增加；气温升高后，可减小肌肉的粘滞阻力。这可保证人动作的灵活性，避免肌肉拉伤,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,人因工程设计中的人体模型（例）,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3心血管与呼吸系统,心脏血压与脉搏呼吸能量代谢,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.1心脏,全身组织器官的养料供应与代谢物的排出，均靠血液循环系统进行载运，而血液循环的动力是心脏。心脏时刻在不停地跳动，劳动时比安静时的跳动频率高得多。劳动开始时，心跳在30s内即开始增速，轻体力劳动增速不多，重体力劳动增速较大，有的可达150200次/min。一般经510分min即可达稳态。劳动停止后，心跳可在15s内减速。人在从事体力劳动时，血压也有明显的变化，这是因为肌肉活动增加了回心的血量，使心脏的血输出量增加。劳动开始时，收缩压开始上升，对于那些肌肉活动强度大的作业上升更为明显，可上升6080mmHg（成年人的正常收缩压约为100400mmHg），舒张压的变化较小，轻体力劳动时几乎没有变化，重体力劳动虽有上升，但不像收缩压那么显著（成年人的正常舒张压在90mmHg以下）。这样，脉压差就变大。劳动停止后，血压会在5min内恢复到正常范围。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.1心脏,心脏组织心动周期与心率搏出量和心输出量心率与劳动的关系,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.1心脏,1.心脏组织心脏是个肌肉器官，位于胸腔偏左部，它的壁由心肌构成。心脏有4个腔室，好象一个泵，将血液横向送向全身。血液经动脉、毛细血管、静脉、最后返回心脏,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.1心脏,1.心脏组织体循环指动脉血由左心房流入左心室，从左心室搏出，经主动脉及其分支流到全身毛细血管，进行物质交换和气体交换后，流入静脉，成为静脉血，回至右心房体循环是将氧和养分供给各组织器官，并带回代谢物排出体外。同时，将新吸收的养料，经门静脉，经过肝脏消毒，而后带回心脏,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.1心脏,1.心脏组织肺循环指右心房的静脉血，经肺动脉及其分支，流至肺泡毛细血管，进行气体交换，吐出二氧化碳，吸入新鲜氧气，再经肺静脉，流回左心房心房心室口的边缘都附有瓣膜，其作用是防止血液倒流心脏外面包绕着冠状动脉，有丰富的血管，分布到所有的心肌细胞，是供应心脏营养物质和排除废料的通道血液从左心室射向主动脉，必须克服主动脉内巨大的压力和阻力，因此，左心室的壁比较厚，收缩的力量也比其他腔室大,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,心肌的生理特征,心肌细胞都具有横纹，含有粗的肌凝蛋白丝和细的肌纤蛋白丝。这些细胞的连接处的结构叫做“闰盘”。相邻细胞的膜在闰盘处融合，使动作电位从一个细胞传至另一个细胞。心肌细胞有4个特征：自动节律：自动节律是指心肌能自动地按一定节律产生兴奋的能力。心脏的自动节律性是心脏的特殊传导系统所产生的。传导性：传导性是指一处产生兴奋能沿细脑膜扩布的特性。心室或心房的任何一个细胞发生电位变化，都能传导到整个心室肌或心房肌。兴奋性：兴奋性是指心肌对刺激具有的反应能力。心肌兴奋性的高低，可用阈值表示。阈值高，表示兴奋性低；阈值低，表示兴奋性高。心肌接受刺激发生兴奋后，要经历3个时期。绝对不应期。对任何强度的刺激不发生反应。其时间等于整个收缩期加上舒张期。相对不应期。对于阈值以上的刺激发生反应。超常期。对于低于阈值的刺激也产生兴奋，而后恢复正常。收缩性：收缩性是指心肌接受刺激而兴奋，肌肉发生收缩的特性,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.1心脏,2.心动周期与心率心动周期心动周期是指心房或心室收缩和舒张一次的时间每个周期以右心房的窦房结发出冲动开始；心动周期的长短与心率有关若成人平均心率为75次/min，则每一心动周期约0.8s；其中心房收缩期约0.1s，舒张期约0.7s；心室收缩期为0.3s；舒张期为0.5s,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.1心脏,2.心动周期与心率心率心率是指心室每分钟搏动次数正常人在安静状态时，心率约为60100次/min之间。人体之间，不同年龄之间，心率有明显的差异副交感系统的迷走神经支配心脏的心率减慢，而交感神经使心率加速。当骨骼肌在安静时，需氧量较少，迷走神经起主导作用；当骨骼肌工作时，需氧量增加，心脏附近的主动脉感受器即向脑干发出信息，于是变为交感神经反应加强现象,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.1心脏,3.搏出量和心输出量搏出量每次搏动从左心室射入主动脉内的血量叫做搏出量（每搏输出量）搏出量因年龄、性别、训练等因素，人体差异很大。人体在安静状态下，每搏输出量约6080mL进入房室的血量越多，心肌纤维的初长度拉得越长，收缩越有力量，搏出量越多。在重体力劳动中，各器官的血量分配作了重新调整。骨骼肌的血流量剧增，担任散热任务的皮肤也增加了血流量，而内脏器官的血流量则相应减少在劳动和运动中，交感神经不仅刺激肾上腺分泌肾上腺素（80%）和去甲肾上腺素（20%），进入血液，加快心率，而且对窦房结和心肌细胞的收缩力起增大作用，使左心室排空量更加完全,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.1心脏,3.搏出量和心输出量心输出量每分钟由左心室射出的血量Q，叫做心输出量Q=SVHRSV搏出量；HR心率若某男性工人劳动时的心率为120次/min，搏出量为160mL，则心输出量为：Q=160120=19200mL/min=19.2L,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.1心脏,4.心率与劳动的关系测定心率高低可分析心脏和循环系统对劳动的适应能力。若有多个人做同样同量的工作，可以测得心血管系统适应能力强的人，心率上升较少，劳动以后，恢复较快。相反，心血管系统适应能力较差的人，心率上升快，恢复也慢。适应能力需要经过训练才能提高Harvard采用台阶试验来评价心血管系统。测验时，受试者以30次/min的速度上下一个500mm高的板凳，踏凳5min后，计数11.5min的心率（可用遥测仪），如果坚持不了5min，可记下实际时间，然后测量恢复期的心率l1.5min。完成5min踏凳的人，心率超过100次/min属于差；7799次/min属于中；70次以下属于优,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.2血压与脉搏,血流量动脉血压动脉脉搏,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,血管的机能特点,1动脉主动脉和大动脉的管壁厚，坚韧而富有弹性，叫做“弹性血管”。它能缓冲血压波动，能在心舒期继续将血液推向外周。小动脉和微动脉管壁收缩性好，可以改变血管口径血流阻力，叫做“阻力血管”。2毛细血管此种血管的数量极大，血流速度极慢，它的管壁薄，其内有一层内皮细胞，其外有一层基膜，通透性好，是血液与组织液交换的部位，叫做“交换血管”。3静脉静脉血管口径粗大；管壁较薄，易扩张，容量大，循环系统大约有6670的血液在静脉系统中，故叫“容量血管”。静脉血管管壁有一定的舒缩性，可改变静脉容量，调整循环血量。,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.2血压与脉搏,1.血流量在单位时间内流过血管某一截面的血量称为“血流量”，也叫“容积速度”，通常以mmL/min表示血流量的大小取决于两个因素，即血管两端的压力和血管对血流的阻力。如果以Q为血流量，P为血管两端的压力差，R为血管阻力，其关系式为：Q=P/R在循环系统中，动脉、毛细血管和静脉各段血管总的血流量也都是相等的，即都等于心输出量。因此，上式中的Q即心输出量，P是主动脉压和右心房压的差，R是体循环总的血流阻力，称为总外周阻力。由于右心房压接近于零，故P接近于平均主动脉压PA,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.2血压与脉搏,2.动脉血压血压是指血液在血管内流动时对血管壁的压力血液在血管中流动，主要是由于心室收缩时造成主动脉首端与右心房之间的压力差，血流在各段血管中所遇到的阻力不同，因此，压力降落是不均匀的。一般所指的血压，是指体循环中动脉血压而言在一个心动周期中，心室收缩时主动脉血压上升所达到的最高值称为收缩压（SystolicPressure），心室舒张时主动脉血压下降所达到的最低值称为舒张压（PulsePressure）。中国一般成年人安静时的收缩压为100400mmHg，舒张压为6090mmHg,Schoolofmanagement,XianJiaotongUNIVERSITY,4.3.2血压与脉搏,2.动脉血压在安静情况下，每次心脏收缩时，左心室向主动脉射出6080毫升血液，此时由于血液质点的相互摩擦，以及血液与血管壁的摩擦，产生阻力（外周阻力），阻止血液顺利地从主动脉流向外周。一般心缩期每搏的输出量只有总量的1/3，其余2/3的血液暂留在主动脉内，对管壁施加侧压力，并拉长了管壁的弹性纤维，使动脉管壁被动扩张心室舒张时，射血停止。此时，主动脉管壁弹性纤维回缩，压迫血液继续向外周流动，并保持了一定的血压主动脉管壁的弹性对血液循环起着两种作用：把心