人因工程课件

人因工程,重庆大学机械学院工业工程系,2,案例：轨道上的“头文字D”,4月18日起，我国铁路正式实施第六次大面积提速，我国铁路主干线的客车速度提高到每小时200至250公里，在第六次提速中亮相的CRH“子弹头”列车也最为引人注目。让我们体验一下“子弹头”列车的新感觉。如图,3,（1）驾驶室操作更简洁，驾驶员如厕更方便如图,列车驾驶室内非常宽敞，两把座椅坐上去非常舒适。在驾驶台上有两个小屏幕和操控手柄，微机控制制动技术和列车计算机网络控制技术已经代表了当今世界高速动车组的一流水平。由于驾驶室所在的机车还包括部分客座，这让驾驶员也感觉轻松不少。“以前有些老的车头没有厕所，方便一下很麻烦。”现在驾驶员打开门就可以进入车厢内的厕所，非常方便。只能从里面打开门，保障了列车的安全性。,4,（2）餐厅设计像酒吧如图,餐厅位于列车中部，和部分客座同在一个车厢内。整个设计如同一个酒吧，大吧台内微波炉、电冰箱等应有尽有。饮料和快餐食品是餐车的主要服务项目。同时列车内还设有供母婴或患病乘客休息的多功能室。多功能室里有一张急救床，这张固定在内墙上的急救床平时并不占用车内空间，如果有紧急情况可以随时打开或叠放。,5,（3）环保：列车上垃圾首次分类投放,汽笛声音非常响亮，但是和以往的火车鸣笛相比已经显得不是那么刺耳，工作人员形象地比喻说汽笛也加上了“和弦”。列车开动后尽管是风驰电掣一般，但是噪音和颤动小了不少，在车里可以安静地读书写字。环保方面的设计不仅体现在声音上，列车上的垃圾桶也首次实现了分类投放。塑料制品、书本报纸等不同的垃圾需要按照不同的投放孔扔进分类垃圾桶，这样保洁人员的工作也方便了许多。,6,（4）保障：检修轨道离地1米,在北京铁路段内，一座高20多米、长400多米的CRH专用检修车库已经基本完工，这个上下共有三层、内设三条铁轨的车库是为“子弹头”列车专门修建的，目前除了外墙需要进一步修缮外，已经投入使用。由于子弹头列车的“底盘”较低，正常的维修停车轨道用起来不是很方便，因此车库内的铁轨均高于地面1米左右，以方便技术人员的检修。,（5）座椅：可180度旋转如图,整车共有1个一等软座席和7个二等软座席，车厢内的乘客定员分别是55人、85人和100人，总定员为610人。紫色的布艺座椅看起来和航空座椅没区别，用脚踩住座椅底部的脚踏装置可实现座椅旋转，整排座椅最大旋转角度为180度。前后排乘客可面对面交谈，且旅客面对方向也始终与列车运行方向一致，避免出现头晕现象。座椅的扶手上有两个按钮，白色按钮用来调节座椅靠背的倾斜角度，黑色按钮则是用来调节扶手的高低。两排座椅之间的空隙约有半米，后排的乘客转开前排椅背上的旋钮就可以将前排座椅上的小桌拉下来，用餐非常方便，小型物品可以放置在椅背上的网兜里。,8,（6）车厢：车厢配备自动饮水机,整个列车车厢宽约6米左右，走廊内并排行走两个人也不会感到拥挤，而在车厢连接处首次配备了自动饮水机。在车厢内的“乘车须知”上写着，乘客可以免费饮用车内供水，一次性的纸杯也是免费的。车厢尽头处则是提醒旅客到站的电子提示牌，所有车门均采用和地铁类似的自动电启门。在车厢连接处的大型行李储物柜也是首次设置，储物柜下层存放限高1.1米，上层则是1.4米，上下两层之间的活动挡板可以调节，以备更加大型的行李存放。小型随身行李可以放置在座位顶端的行李架上，车窗也安装了可以下拉的活页窗帘。,9,（7）卫生间：坐便器垫板可控温如图,车厢内的卫生间和洗漱间均采用自动感应系统，不论是出水还是洗手液均由自动感应出口喷出，卫生间内冷热水均可供应。卫生间坐便器垫板能够感应控温，在不同季节和气温的情况下可调节不同温度，防止乘客如厕的时候着凉。单号车厢设有两个座便式洗手间和一个为男士准备的“小便间”，这样可以避免洗手间拥挤。,10,车上设有残疾人专用的卫生间和专供携带婴儿者使用的卫生间，甚至还有一个婴儿护理板，供乘客为婴儿换衣物所用。7号车厢为一等座位，共51个座位，有是专门为残疾人设计的座位，而其中一个洗手间的门特别大，是为残疾人推轮椅准备的。该车厢的上下客门也非常大，同样也是为了照顾残疾人。其中一个洗手间设有婴儿护理台，要换尿布的宝宝可以平躺在台子上系上安全带，为妈妈提供便利。,11,（8）安全：车窗玻璃破碎也不伤人,车上的检修人员在被记者访问时说，现在火车噪音低了，加上测试时候车速很快，难免有鸟儿撞在车头上。不过除了留下了一些污垢，车头部分并未因撞击而有所损伤。在每节车厢两端设有4个紧急逃生窗口，如果发生意外情况，乘客可以用放置在旁边的小锤击碎玻璃后逃生。这种特殊材质的玻璃可以避免敲碎的时候伤到乘客，而且只会向车厢外侧方向倾倒碎裂。,据了解，列车的减速车窗玻璃使旅客不会因看窗外景色而感到头晕。,12,结论：,“子弹头”动车组体现了符合人因工程的人性化设计！,13,课程学习目标,（1）获得最佳工作效率！（2）获得最佳的安全与健康保障！（3）获得最佳的生活享受！（4）获得最佳的人性化体验！,创造并拥有更美好的工作与生活品质！,14,课程内容,第1章人因工程中人的因素,第2章工作负荷与作业疲劳,第3章人机界面设计,第4章作业空间设计,第5章作业环境,第6章作业安全与事故,第7章人机系统分析与评价,第8章综合案例与作品赏析,15,第1章人因工程中人的因素,16,您是否因以下人因工程问题而很受伤？一天的工作量安排是否恰当、下班后感到疲劳吗？作业内容是否单调、要求持续紧张的工作吗？工人双手作业时负荷是否平衡、动作数量是否过多、操作是否轻松？显示器的信息指示是否充分以免发生误操作？控制器具的操作是否方便？照明是否适宜、对可能的环境危害是否防护措施？对可能发生的故障或事故有足够的预防措施吗？,17,1.1.1人因工程的概念（广义）,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条件下，在工作中（如图）、家庭生活（如图）、休假（如图）时，怎样统一考虑工作效率，人的健康，安全和舒适等达到最优化的问题。,1.1人因工程概述,18,1.1.1人因工程的概念（狭义）,基于对人和机器、技术的深入研究，发现并利用人的行为方式、工作能力、作业限制等特点（如图），通过对工具、机器、系统、任务和环境进行合理设计（如图），以提高生产率、安全性、舒适性和有效性的一门工程技术学科。,19,1.1.2人因工程的应用领域,（1）工作事故、健康与安全事故与安全；事故调查；事故改造；健康与安全；健康人机工程；危险分析；健康与安全课题；健康与安全规则的应用；工业工作压力；机器防护；安全文化与安全管理；安全文化评价与改进；警示与提醒技术；安全概率分析。（2）人体工作行为解剖学和人体测量解剖学；人体测量；人体测量和工作空间设计；生物力学；残疾人设计；姿势和生物力学负荷研究；工作中的滑倒、差错研究；背部疼痛；听觉障碍研究。,20,（3）认知工效学和复杂任务认知技能和决策研究；法律人机工程；团队工作；过程研究。（4）计算机软件人机工程软件设计；软件发展；软件人机工程；软件执行和可用性。（5）计算机终端：设计与布局计算机产品和外设的设计与布局；计算机终端工作站；显示屏设备与规则；显示屏健康与安全；手动操作；顺从测量；办公环境人机工程研究。,21,（6）显示与控制布局设计显示与控制信息的选择与设计。（7）控制室设计控制台和控制室的布局设计；控制室人机工程。（8）环境人机工程环境状况和因素分析；噪音测量；工作中的听力损失；热环境；可视性与照明；工作环境人机工程；振动。（9）专家论证：多工作环境专家论证调查研究；法律人机工程；工业赔偿申诉；伤害诉讼；伤害原因；诉讼支持。,22,（10）人机界面设计与评价人机界面的设计与发展；知识系统；人机界面形式；HCI/GUI原型。（11）人的可靠性人的失误和可靠性研究；人的失误分析；人因审查；人因整合；人的可靠性评价；（12）工业设计应用信息设计；市场/用户研究；医疗设备；坐的设计与舒适性研究；座椅设计与分类；家具分类与选择；,23,（13）工业/商业工作空间设计工业工作空间设计；工业人机工程；工作设计与组织；人体测量学与工作空间设计；工作空间设计与工作站设计；警告、标签与说明；工作负荷分析。（14）管理与人机工程变化管理；成本-利益分析；突发事故应变研究；人机战略实施；操作效能；操作负荷分析；标准化研究；人力资源管理；工作程序；人机规则和实践。（15）手工操作负荷：安全与培训手工操作评价与培训；手工操作与举力；手工操作负荷；,24,（16）办公室人机工程与设计办公自动化；办公室和办公设备设计；办公室设计人机工程。（17）生理学方面和医学人机工程生理学；生理能力；医学人机工程；医学设备；心理生理学；行为期望；行为标准。（18）产品设计与顾客人机工程销售与市场；产品设计与测试；产品中人机工程；产品发展；产品可靠性与安全性；产品缺陷；产品材质；服装人机工程。,25,（19）风险评估：多种工作状况风险与成本利益分析；风险评估与风险管理；风险预测；总体骨骼、肌肉风险研究。（20）社会技术系统与人机工程组织行为；组织变化；组织心理学；人机工程战略；社会技术系统；暴力评估与动机。（21）系统分析系统分析与设计；系统整合；系统需求；电信系统与产品；人机系统；人员配备研究；三维人体模型；实验设计；系统设计标准与类别；通信分析。,26,（22）任务分析任务分析与工作设计；任务分析与综合。（23）管理培训与人员培训人机工程培训；整体培训；认知技能/决策分析；工程师培训；STUDIO中的训练；训练模型；培训需求分析；（24）可用性评估可用性评估与测试；可用性审核；可用性评估；可用性培训；试验与验证；仿真与试验；仿真研究；仿真与原型；（25）用户需求与用户指导用户文档；用户指导；用户手册与说明；用户界面设计与原型；用户需求分析与类别；用户实验管理；,27,（26）与工作有关的骨骼、肌肉问题骨骼、肌肉紊乱；重复劳动的疲劳损伤；与工作有关的骨骼、肌肉管理问题；上肢损伤。（27）车辆与交通人机工程航空；直升机人机工程；头盔显示；乘客环境；铁路车辆与系统；交通设计；车辆设计；车辆人机工程；车辆安全性。（28）其它特殊的人机工程应用原子能；军队人机工程；军队系统；过程控制；文化调查；调查与研究方法；自动语音识别等。,28,1.1.3人因工程在制造业的应用,（1）作业姿势与腰酸病的分析（2）办公桌高度与疲劳（3）传送带的作业面高度（4）生产机械的操作器配置（5）仪表的认读性能（6）自动化系统的作业负担,29,（7）单调劳动与作业疲劳（8）作业中人的差错与系统的安全（9）压力机械的安全设计（10）各种作业的劳动负荷测定（11）工厂照明、噪声环境及改善（12）交接班制与健康危害,30,1.1.4人因工程学的学科体系,生理学心理学人体解剖学人体测量学,环境科学工程技术信息科学管理科学,31,1.1.5人因工程的重要性,（1）产品和工具设计及改进：机电设备、交通工具、建筑设施、宇航系统、工作服装，如技术性灾难。如图（2）作业的设计与改进：作业姿势、作业方法、作业量及工具的选用和配置，如外科手术。如图（3）环境的设计与改进：声、光、热、振动、尘埃、有毒气体等。如图,32,1.1.6人因工程的目的,（1）研究各种产品（包括各种工具、机器、交通工具、家庭用具、生活服务设施等）所应遵循的人因工程标准。如图如图（2）研究人和机器的合理分工及相互适应的问题。如图,33,（3）研究人与被控对象之间的信息交换过程，以及人如何进行信息加工直至采取决定的过程，探求人在各种工作环境中工作成效问题。如图（4）研究人对环境机制的生理心理反应，确定合理调节和控制物理环境的手段，为人创造舒适、安全、健康的劳动（生活）环境。如图,34,1.2.1视觉机能,理解性：双关如图视野与视距：自然视线低于水平线10（站）或15度（坐）。如图1，如图2中央视觉与周围视觉色觉与色视野：白黄蓝红绿明暗适应：工作面光亮度均匀且无阴影如图1、如图2,1.2人的感觉特性,35,几种工作任务视距的推荐值表,36,1.2.2视觉特征,眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不容易疲劳；一般先看到水平方向的物体，后看到垂直方向的物体。大多仪表设计成横向长方形。视线的变化习惯于从左到右，从上到下和顺时针方向运动。仪表的刻度方向应遵循这一规律。如图,37,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的多，因而水平式仪表的误读率（28%）比垂直式仪表的误读率（35%）低。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。,38,两眼的运动总是协调的、同步的，通常都以双眼视野为设计依据。人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受。颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。红绿黄白，黄底黑字黑底白字蓝底白字白底黑字。,39,1.2.3视觉编码,编码方式的优劣与工作性质密切相关。（1）辨认工作数码、字母、斜线（2）搜索定位工作颜色，数码、形状次之（3）计数工作数码、颜色、形状（4）比较和验证几乎无差别如图,编码方式的优劣表,41,应使用200-5000赫兹（最好为500-3000赫兹）的声音，因为耳朵对这一频率范围最敏感。长距离传送声音告警信号时，频率低于1000赫兹，并且要用较大的功率发送。声音告警信号若需绕过较大的障碍物或穿过隔离物时，应使用低于500赫兹的频率。,1.2.4听觉显示器设计中的人的因素,42,如果存在背景噪声，应使用与任何背景噪声频率不同的声音告警信号，使掩蔽效应减至最小。应尽量采用变频信号或间断的声音信号，这类信号与正常信号有足够大的差别，容易引起注意。在用不同的声音告警信号表示需要作出不同反应的场合，应使每种信号都能从别的信号中分辩出来。如有可能，听觉告警信号要用独立的通讯系统，不要把听觉告警装置用于其他的目的。,43,1.2.5感知特征的比较,感受器官只能接受一种刺激，识别一种特征。如图刺激本身必须达到一定的强度，才能对感受器官发生作用，超过一定强度，不但无效，反而引起不适的感觉。感受器官经连续刺激一段时间后，产生适应现象，敏感性降低。各感受器官同时接受信息时，产生相互影响。各感受器官对信号变化的感觉取决于变化的相对量。,44,1.3人体生物力学,人体运动系统组成：骨、关节、肌肉，骨是运动的杠杆，关节是运动的枢纽，肌肉是运动的动力。骨杠杆的形式平衡杠杆、省力杠杆、速度杠杆。如图人体各关节的活动有一定的限度，超过限度必然造成损伤，应使关节处在一定的舒适调节范围内。,1.3.1人体运动系统,最大的力量和最大的运动范围两者是相矛盾的，在设计操纵动作时应考虑这一原理。,1.3.2肌肉的工作机理,（1）人体肌肉种类平滑肌、心肌、横纹肌（骨骼肌），人体运动主要与横纹肌有关。（2）肌肉运动的基本特征是收缩与放松，依靠肌原纤维中的肌球蛋白微丝和肌动蛋白微丝之间不断的结合或离解完成肌肉收缩或放松。等张收缩肌肉长度缩短而张力不变的收缩，等长收缩肌肉长度不变而张力增加的收缩。,应尽量避免静态作用下的等长收缩。,注意,1.3.3肢体的出力,（1）影响肢体出力的因素肌力大小的生理影响因素：单个肌纤维的收缩力，肌纤维的数量与体积，肌肉收缩前的初长度，中枢神经系统的机能状态等。肢体所能发挥力量的外部影响因素：施力方式、施力姿势、施力部位、施力方向与速度、训练程度及持续时间等（如拉力由最大值衰减到1/4时，只需4min，任何人劳动到力量衰减到一半时的持续时间差不多）。如图1，如图2，如图3，如图4，如图5。（2）肢体出力大小的一般规律一般左手弱于右手，向上用力大于向下用力，向内用力大于向外用力。,47,1.3.4肢体的动作速度和频率,（1）肢体动作速度大小的影响因素在很大程度上取决于肢体肌肉收缩的速度。慢肌纤维收缩慢，快肌纤维收缩快。收缩速度还决定于肌肉收缩时所发挥的力量和阻力的大小。操作运动速度还取决于动作方向和动作轨迹。（2）肢体的动作频率的影响因素取决于动作部位和动作方式。在操作系统设计时，对操作速度和频率的要求不得超过肢体运动的能力限度。如图,人体各部位动作速度和频率限度表,49,1.3.5手工操作劳动分析,（1）手工操作与事故许多事故是由于工人的生理能力与实际工作要求不匹配造成的。采用合理的姿势和工作频率有利于操作效果的改善。（2）重物提放、推拉及搬运当提放频率在5-6次/分时，提举效率最好。重物或容器形状也有一定的影响。随着搬运频率的提高和搬运路线的延长，操作者选择的最大可接受重量显著下降。如图1，如图2，如图3。,50,1.4.1反应时间,（1）反应时间的构成由反应知觉时间和动作时间两部分组成。（2）影响反应时间的因素人的主体因素，显示、操纵因素和环境方面的因素。,人机系统设计中，必须考虑人的反应能力的限度。,51,1.4.2简单反应时,影响简单反应时的因素有以下几方面：简单感觉运动反应时的大小，首先依刺激信号作用的感觉器官而变。简单感觉运动反应时，随信号的刺激强度增加而缩短。简单感觉运动反应时，随反应运动器官而变。反应时依赖于刺激作用于感受表面那一部分。刺激物的出现与消失或改变都影响反应时间。,52,1.4.3选择反应时,影响选择反应时的因素有以下几方面：选择反应时随用于选择信号的数目增多而延长。如图需选择的信号之间的差异程度越大选择反应时间越短。如图随选择信号难度增大，反应时间延长。,刺激数与感知时间表,54,1.4.4提高反应速度的措施,（1）必须合理选择感觉通道。（2）确定刺激信号的特点。（3）合理设计信号设备、操作器，使人容易辨别信号，以便操作。（4）进行职业选择和进行适应性训练。,55,1.5人的信息处理与认知1.5.1认知心理学及人的信息加工模型,（1）认知心理学（2）信息与信息量（3）人的信息加工模型感觉存贮、知觉编码、记忆与决策、反应执行、反馈、注意力。,56,1.5.2人的信息传递能力,（1）理论最大信息传递能力（2）感知觉的绝对辨认能力（3）信息传递率,57,1.5.3持续警觉,（1）持续警觉的提出（2）觉醒效能曲线（3）导致持续警觉作业效能下降的因素（4）改善持续警觉作业效能的措施,58,1.5.4记忆学习,（1）记忆种类：瞬时记忆、短时记忆、长时记忆（2）遗忘：艾宾浩斯保持和遗忘曲线，遗忘的原因和克服（3）学习：学习程度、学习曲线,59,1.5.5技能培训,（1）技能形成过程：模仿学习、提高、技能成熟完善（2）影响技能形成速度的因素（3）技能提高的标志（4）技能的迁移和干扰（5）技能培训,60,1.5.6影响信息处理的因素,（1）大脑信息处理能力的极限（信息处理失误）漏了未处理的信息做了错误的处理处理延迟处理不全（2）内外条件对信息处理能力的影响：觉醒水平、动力、学习和疲劳。,处理质量降低使用了规定以外的处理方法放弃处理,61,1.5.7注意,（1）注意的种类：无意注意有意注意（2）注意的基本品质：注意广度注意的稳定性注意分配注意转移,62,第2章工作负荷与作业疲劳,63,2.1.1工作负荷的测定,（1）生理变化测定（2）生化变化测定（3）主观感觉测定,2.1.体力工作负荷及其测定,64,2.1.2体力劳动时的机体调节与适应,（1）动力定型长期在同一环境中从事同一作业活动，通过复合条件反射逐渐形成。动力定型对提高作业能力极为有利，但在建立时较困难，一旦改变对大脑皮层细胞是一种很大负担。（2）体力劳动对生理的影响对感觉器官、心血管系统、呼吸系统、排泄系统、体温均产生影响。大强度作业能降低大脑皮层的兴奋性，引起条件反射活动的紊乱和加强抑制，而轻度和中等强度作业能使条件反射良好。,65,（3）脑力劳动与神经紧张型作业的生理变动特点,技术进步使体力劳动的比重和强度不断下降，而需要智力和神经紧张型作业会越来越多。大脑即使处于高度紧张状态，全身能量消耗的增加也不致超过基础代谢的10%。脑组织对缺氧、缺血十分敏感，但总摄取量明显增高时，并不意味着脑力劳动效率的提高。脑力劳动时心率减慢，但特别紧张时使心跳加快、血压上升、呼吸频率提高、脑电图频率加快。,66,2.2体力工作时的能量消耗与氧耗动态,2.2.1人体能量的产生机理（1）体力劳动时，供骨骼肌活动的能量来源三磷酸腺苷ATP。补充ATP的过程称为产能。（2）产能的三种途径ATP-CP系列：无氧、非常迅速、产生ATP很少、适宜任何劳动类型乳酸系列：无氧、迅速、产生ATP有限、适宜短期重体力劳动类型需氧系列：需氧、较慢、产生ATP几乎不受限制、适宜长期轻及中等强度劳动类型,67,2.2.2作业时氧消耗动态,（1）氧债及其补偿氧需和供氧之间的差别叫做氧债。处于稳定状态的作业一般能维持较长时间。若劳动强度较大，氧需超过氧上限，机体将处于缺氧状态下工作，作业不能持久。作业停止后，机体还需要继续消耗较多的氧以补偿氧债。,68,（2）静态作业的氧消耗动态,以肌肉等长收缩为主的作业称为静态作业。只有收缩张力保持相对稳定，静态作业才能维持较长时间。但当肌张力超过一定水平时则容易产生疲劳。静态作业的特征是能量消耗水平不高却容易疲劳。静态作业停止数分钟内，氧消耗不仅不像动态作业停止后那样迅速下降，反而先升高后再逐渐下降到原有水平。应尽量减少不必要的静态作业。,69,2.3劳动强度2.3.1能量代谢,（1）基础代谢量：维持心率、呼吸和正常体温的最基本的能量消耗量。（2）安静代谢量：机体为了保持其各部位的平衡及某种姿势所消耗的能量。（3）能量代谢量：人体进行作业或运动时，所消耗的总能量。（4）相对代谢率RMR：衡量劳动强度，（能量代谢量安静代谢量）/基础代谢量。,70,2.3.2劳动强度分级标准,（1）依作业时的相对代谢率RMR，可将劳动强度分为五个等级：极轻劳动（01）：制图员、电话交换员轻劳动（12）：机械工具的修理工中劳动（24）：车工、铣工重劳动（47）：土建工、炼钢工极重劳动（7）：采煤工、伐木工（2）体力劳动强度指数I=3T+7M（I：劳动强度指数，T：净作业时间比率，M：8小时工作日能量代谢率）,71,2.4作业能力与作业疲劳2.4.1作业能力的动态分析,（1）生产成果=作业能力作业动机（2）劳动生产的典型曲线：入门期、稳定期、疲劳期、终末激发期。（2）以脑力劳动和神经紧张型作业为主的作业，其作业能力动态特性差异极大。（3）为了提高作业能力，对以脑力劳动和神经紧张型作业为主的作业，应在每周之间安排一段短暂的休息时间。,72,2.4.2影响作业能力的主要因素,（1）生理因素：作业者的身材、年龄、性别、健康和营养状况等。（2）环境因素：空气状况、噪声状况和微气候（温度、湿度、风速）等。（3）工作条件和性质：生产设备与工具的好坏、劳动强度的大小及作业时间、劳动组织与劳动制度等。（4）锻炼与熟练效应：锻炼能使机体形成巩固的连锁条件反射动力定型，使动作更加协调、敏捷和准确，且不易疲劳。熟练效应意味着随产品产量的增加，平均单位工时消耗越来越少。,73,2.4.3作业疲劳,（1）作业疲劳的概念：作业机能衰退，作业能力明显下降，有时伴有疲倦感等主观症状的现象。（2）作业疲劳的缺点：疲劳者的劳动极不经济，为了达到某一种结果，疲劳的人要比精力充沛的人消耗更多的能量。作业疲劳不仅使作业能力下降，而且增加事故率。,将工作日时间缩短，生产率可大大提高，而且劳动强度越大，生产率提高的幅度越大。,74,2.4.4作业疲劳的特点与分类,（1）个别器官疲劳：常发生在仅需个别器官或肢体参与的紧张作业。（2）全身性疲劳：由全身参与较繁重的体力劳动所致。（3）智力疲劳：长时间从事紧张的脑力劳动所引起的信号系统活动能力的减退。（4）技术性疲劳：常见于脑力劳动与体力劳动并重且神经相当紧张的作业，如驾驶汽车、操纵半自动设备。,75,2.4.5疲劳的发生机理,（1）疲劳物质累计机理：短时间大强度体力劳动引起的局部肌肉疲劳，由乳酸在肌肉和血液中大量蓄积引起的。（2）力源衰竭：较长时间轻或中等强度劳动所引起，肌糖原贮备耗竭所致。（3）生化变化机理：全身或中枢性疲劳。由于作业及其环境所引起的体内平衡的紊乱状态，如血糖水平下降、脱水、体温升高等。（4）局部血流阻断机理：静态作业引起的局部疲劳。肌肉张力逐渐增大时，血液流动逐渐减少乃至完全停止。,76,2.4.6测定疲劳的方法,（1）观察产品的质量和数量（2）记录受试者的感觉（3）生理心理测试法：反射机能检查法、两点刺激敏感阈限检查法、频闪融合阈限检查法、连续色名呼叫检查法（4）智能测验：反应时、技能测试、快速智力测验（5）精神测验：估计试验、记忆试验、联想测验,77,疲劳的联想测验：,（1）高质量回答：因果联想、概括或象征性联想、接近联想、类似联想、对比联想。（2）一般质量回答：具体化联想、形容的联想、用途联想。（3）低质量回答：对刺激词解释或表态、特殊或不恰当的联想、重复或模仿刺激词。,78,2.5提高作业能力与降低作业疲劳的措施2.5.1改进操作方法并合理应用体力,（1）在改进操作方法，改进工作地布置时，应当尽量避免以下不良体位：静止不动；长期或反复弯腰；身体左右扭曲；负荷不平衡，单侧肢体承重；长时间双手或单手前伸。,79,（2）在确定作业姿势时，主要考虑：,作业空间的大小和照明条件；体力负荷的大小和用力方向；作业场所各种仪器、机具和加工件的摆放位置；工作台高度及有无容腿或脚的空间；操作时的起坐频率。,80,（3）下列情况采用立位操作为佳：,需要经常改变体位的作业；工作地的控制装置分散，需要手、足活动幅度较大的作业；在没有容腿或脚空间的机台旁进行的作业；用力较大的作业；单调的作业。,81,（4）下列情况采用坐位操作为佳：,持续时间较长的作业；要求精确细致的作业；需要手、足并用的作业。,82,（5）合理设计作业中的用力方法：,要合理安排负荷，并不是负荷越轻，单位劳动成果所消耗的能量越少；按照生物力学原理作业，尽量避免浪费在身体或不合理的动作上；利用人体活动特点获得力量和准确性；利用人体的动作经济原则；降低动作能级；充分考虑不同体位时的用力特点。,83,2.5.2合理安排作业休息制度,（1）确定实际劳动率一般情况下，作业时间成等差级数增加时，恢复疲劳所需的休息时间成等比级数增加。延长作业时间对消除疲劳极为不利。工作休息是必要的，不能认为是偷懒。许多作业的能量消耗水平都超过或等于最大能量消耗界限，不能连续作业8小时。T=T劳+T休，实际劳动率：T=T劳/T,84,为了使作业者不致过劳，须根据作业时的能量代谢率安排作业时间。在进行流水线生产组织设计时，适当考虑作业者在每一节拍作业中，有一点短暂停顿时间。根据作业能力变化规律而不是随意间歇安排工间休息，有利于提高劳动生产率。第一次间歇时间规定在上班后的1.52小时之间较为合理，可使后一段时间的作业能力水平更高一些。,85,（2）轮班制度,为什么凌晨24点钟，电话交换台值班员答话速度比白班慢一倍？原因在于：夜班工作破坏了作业者的生物节律，或夜班作业者在白天得不到充分的休息。生物节律的周期一般比24小时长一些，也称为“约近昼夜节律”，人体内部的约近昼夜节律是独立运行的，所以它必须每天校正复位才能纳入日常生活中24小时一天的作息时间表。,86,突然转入到新的明暗周期，往往需要很长一段适应时间。采取一周一轮班的轮班制度，甚至不如不轮班的效果更好一些。这时体温节律刚刚适应了这一轮班的休息，不得不再进行一次变更。采用“四班三轮转”的轮班制度更好一些，即2个早班、2个中班、2个晚班，然后休息两天。这样不会使机体产生不适应性疲劳。,87,怎样才能解决不适应的疲劳？首先是考虑轮班是否有必要，取消那些不必要的轮班。对不得不采用昼夜轮班的场合，也要适当改善作业者的劳动和生活条件。轻度或中等劳动强度作业一天后，其反射机能到第二天可恢复到原有水平，而重劳动强度作业则不能。确保休息日制度的实施是非常重要的。,88,2.5.3改善工作内容克服单调感,（1）单调感的特点劳动分工的细化给工人带来了不利影响，单调作业所产生的不愉快心理表现为单调感和枯燥感，并压抑了工人的多种生产志趣和才能。单调感会使工作能力曲线产生特殊的改变，使作业者错误估计工作班时间的长短。短期内高度重复性的操作，虽然不需要消耗多少体力，但却可能成为疲劳的原因。但是，当一个班的工作时间快要结束时，却又错误的估计工作量也该完成了，常常会出现终末激发而提高生产效率。,89,（2）单调感的克服,操作设计：使作业内容丰富化IBM公司对电动打字机框架装配操作进行了研究。以前操作是辅助装配工、熟练装配工及检验工分别完成，将操作合并后既提高产品质量，也减少了缺勤和工伤事故。操作变换：用一种操作去代替另一种单调的操作日本企业将作业内容的变换巧妙的同职工成长结合起来，每个人要在某一工序中的作业进行四步变换：会操作能出好产品；会进行工具调整；改变加工对象时会调整设备；改变加工对象后能出好产品。,90,突出工作的目的性：在工作中设置中间目标，使人感到工作有进步如某云母厂组织女工撕云母作业时，把全天任务按小时分成若干段，使女工清楚的看到每小时的生产效果。既减轻了机体疲劳和精神紧张，又降低了对工作的厌倦感，还提高了劳动生产效率。向工人报告工作完成情况如在冲模装配工面前放置一块小黑板，每隔20分钟写出他们的产量，使生产率增长了1630%。但信息变更频率过快，反而会给工人心理增加负担。,91,（3）合理调节作业速率,人的生理上有一个最有效或最经济的作业速率，在经济速率下工作肌体不易疲劳，持续时间最长。作业速率影响工人对作业活动内容的态度，从而影响到对单调感的体验。作业速率过快或过慢都对工人不利，但很难制定一个适合所有人的速率。可以由速率相同的人组成班组，或根据不同工人的作业速率设计操作组合，并根据不同的操作挑选操作人员。,92,短暂的间歇时间是适当速率水平必要成分。最短最快的动作方式未必是最有利的，因为它可能很快引起疲劳。如莫斯科红色力士鞋厂，改进了制造胶鞋的流水线传送带，将沉重的模具拆卸改为固定在传送带，从而消除了大量不必要的体力消耗，许多女工却要求离开新传送带，认为在老式传送带上工作更轻松。,93,作业能力在一天当中是变化的，因此作业速率应依作业能力的变化而变化。例如别尔姆电话机厂的TAH-60电话机装配传送带在不同的时间段采取不同的工作速率，很受工人欢迎。实行自主速率还是规定速率，对工人产生不同心理影响。研究表明，自主速率优于规定速率。例如美国一家生产玩具的工厂，女工们抱怨作业速率太快，经讨论同意后自行拟订了三种速度，结果劳动生产率大幅度提高，三周内产量增加3050%。然而，她们自定的平均工作速率却大大超过以前抱怨过的规定速率。,94,第3章人机界面设计,95,3.1显示器设计3.1.1视觉显示装置的分类和设计原则,（1）视觉显示器的分类动态显示器、静态显示器定量显示器、定性显示器读数、核查、告警、追踪和调节显示器（2）视觉显示器的选择以人机系统的任务、人的作业特点和显示器本身的物理特性等为依据。,显示仪表的功能特点,97,（3）视觉显示器的设计原则,满足能见性、清晰性、可懂性要求。使显示精度与人的视觉辨认能力相适应。尽量采用形象直观的和与人的认知特点相匹配的显示格式。对同时呈现的有关联的信息尽可能实现综合显示。目标与背景之间有适当的亮度对比、颜色对比和形状对比等，以及良好的照明条件。确定适宜的显示器尺寸和安放位置。,98,3.1.2视觉显示装置空间特性设计要求,（1）显示器的位置安排观察角度：最佳观察角度为水平视线下偏15度。视觉作业区：人眼对视野不同区域的察觉和辨认能力不同。显示器的空间排列：遵循重要性、使用频次、功能和使用顺序原则。（2）显示器各元素的尺寸及配置刻度标记、刻度间距、指针、读数、颜色匹配等。如图,颜色的匹配及清晰程度表,100,3.1.3显示装置的设计与选择,（1）视觉显示装置的观察方式观察角在7090度范围内观察目标时，其相对观察误差不超过6%，为最佳观察范围。如图（2）仪表的选择原则无论从读书的速度和精度来说，均以数字式仪表为最优，而以长条式仪表（尤其是垂直型）为最差。如图（3）仪表的排列方式和零点位置仪表之间应尽量靠近，以缩小搜索视野的范围。如图1，如图2,101,3.1.3显示装置的设计与选择,例一：飞行员驾驶飞机着陆时观察仪表，对眼睛的运动规律进行实验，其中5个主要仪表的眼睛转移频率如图所示。试问如何改进仪表的布局？解：改进仪表的布局如图例二：生活中常见的水表如图所示。试分析其是否符合显示装置设计的工效学原则。,102,3.1.4符号标志与字符设计如图,（1）符号标志的选择：直选法、主观评价法、反应时法（2）符号设计的知觉因素：形基分明、边界明显、闭合、简明、整体（3）字符设计：字体、字高宽比、笔划宽度、呈现时间、照明水平、字符与背景的对比度,103,3.1.5显示兼容性要求,兼容性概念“红色”一般与危险、停止、喜庆等概念相联系。,104,3.1.6影响视觉显示质量的因素,（1）视觉目标的刺激强度（2）亮度对比度（3）分辨率对CRT显示质量的影响,105,3.2控制器设置3.2.1控制器的分类,（1）根据操作部位：手控制器、足控制器、言语控制器（2）根据输入信息的特点：离散位选控制器如图、连续调节控制器如图（3）根据运动方式：平移动式控制器、旋转式控制器如图,106,3.2.2控制器的辨认与操作运动,（1）控制器的编码对具有多个控制器的系统，为了提高操作者辨认控制器的效果，应采用标记、颜色、大小、形状、表纹、操作方法、位置等方式进行编码。如图（2）控制器的运动关系应考虑人的习惯运动模式，使控制器与人预测的控制运动方向一致。如阀门逆时针旋转表示流量增大。如图,107,3.2.3控制器的设计参数,（1）控制器的尺寸（2）控制器的材料特性（3）控制器的阻力,108,3.2.4控制器的位置与排列如图,（1）控制器的位置操作者的功能可达区域、人体的用力特点。（2）控制器的排列（3）控制器的间距,109,3.2.5控制器的用力和信息反馈,为从操纵中获得信息，操纵量的大小最好与操纵用力的大小成比例。用力级差影响操纵效率。如图,110,3.2.6避免控制器偶发启动的措施,（1）将控制器沉陷入凹槽内（2）给控制器加保护罩（3）将控制器安装在不易被碰撞的位置（4）使控制器运动方向朝最不可能发生意外用力的方向（5）连续两次操作才能启动，且方向相反（6）使控制器必须按正确的操作次序才能启动（7）适当增加控制器的操作阻力（8）延长控制器启动操作持续时间,111,3.2.7手握式控制器的设计,（1）电动工具的握把形式如图、如图（2）手柄形式和着力方式的比较如图（3）烙铁把手的设计避免静肌负荷如图（4）两种钢丝钳操作的比较如图（5）把手弯曲式工具设计如图（6）避免掌部压力的把手设计如图（7）避免单小指（如食指）反复操作的设计如图（8）只考虑惯用右手者而设计的手电钻如图（9）复合多功能操纵器如图,112,3.2.8用于各种不同工作情况的操纵器建议,113,3.2.9控制器设计案例鼠标增强工具,（1）鼠标如图如图如图（2）傻瓜相机对用户的要求对准和按快门KISS-KeepItSipmleStupidMISS-MakeItSimpleStupid（3）鼠标及当前图形用户界面的弊端,114,3.3显示控制组合设计,（1）空间兼容性使显示器与操纵器的编码和编排近可能相一致，以减少信息加工的复杂性，从而提高工作效率。如图，如图（2）运动方向兼容性操纵器的运动方向应与显示器的运动方向相吻合，操纵效率才能达到最优。如图（3）控制/显示比,115,3.4.1界面设计与评价,（1）界面设计的品质评价界面设计是否有利于用户目标的完成；界面学习和使用是否容易；界面使用效率如何；设计的潜在问题有哪些。（2）界面评估实验方法、监测方法、调查方法、形式化方法。,116,3.4.2屏幕布局,（1）应遵循的原则平衡原则预期原则经济原则（2）布局要求按功能将屏幕分成几个区域如图用户界面应包含所有所必需的信息如图屏幕的使用密度应当适当，防止过稀或过密如图,顺序原则规则化,117,3.4.3文字与用语,（1）要注意用语简洁性。如图如图（2）格式。如图（3）信息内容。如图,118,3.4.4颜色的使用,（1）限制同时显示的颜色数。如图（2）画面中活动对象颜色应鲜明，而非活动对象应暗淡。如图（3）尽量避免不兼容的颜色放在一起，如黄与蓝，红与绿等，除非作对比时用。如图（4）若用颜色表示某种信息或对象属性，要使用户懂得这种表示。如图,119,3.5累积损伤疾病与手工具的设计,（1）累积损伤疾病及其重要性（2）产生累积损伤疾病的原因：受力、重复、姿势、休息（3）与手有关的累积损伤疾病：肌腱炎、腱鞘炎（4）累积损伤疾病的预防：适当的用力、正确的姿势、充足的睡眠,120,第4章作业空间设计,121,4.1人体测量4.1.1人体测量的目的,（1）一切操纵装置都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；（2）操纵装置的布置应尽可能设在人操作方便、反应最灵活的范围之内。,122,4.1.2人体尺寸测量,（1）测量方法：人体尺寸测量国家标准，包括测量术语、测量方法、测量仪器。（2）测量要求：基本姿势、测量基准面、被测者的衣着。（3）常用测量项目：身高、眼高、肩高、坐高、肩宽、肘高、前臂长等。如图,123,4.1.3人体测量数据,（1）测量数据统计：均值、标准差和百分位数95%大身材50%平均身材5%小身材（2）人体尺寸换算：可用人体尺寸设计或推算机械设备及用具的尺寸。如图（3）影响人体尺寸的因素：民族、年龄与性别、年龄、区域、职业等。如图,124,4.1.4主要人体尺寸的应用,（1）身高确定通道和门的最小高度；（2）立姿眼高确定在剧院、礼堂、会议室等处人的视线，用于布置广告、展品或屏风的高度；（3）肘部高度确定柜台、工作台及站着操作的工作表面的舒适高度；（4）腿弯高度确定座椅面高度的关键尺寸；如图（5）立姿侧向手握距离确定控制开关等装置位置。,125,4.1.5人体尺寸在工程设计中的应用,（1）应用人体尺寸百分位数通则满足适当比例的特定使用者，一般用百分率表示。综合考虑人体尺寸的变异性、产品生产技术上的可能性及经济上的合理性等因素。如汽车车厢高度、飞机坐舱高度设计等。如图（2）人体尺寸测量在产品尺寸设计中的应用根据人体尺寸上、下限值或均值设计产品尺寸。此外还应考虑产品功能尺寸的修正量。如图,126,4.2作业姿势与作业空间4.2.1近身作业空间,（1）坐姿近身作业空间随作业面高度、手偏离身体中线的距离及手举高度的不同，其舒适的作业范围发生相应的变化。以肩关节为圆心的直臂抓握空间半径：男性为65cm，女性为58cm。（2）站姿近身作业空间应避免伸臂过长的抓握、蹲身或屈曲、身体扭转及头部处于不自然的位置。双手操作的伸展空间为：距身体中线左右各15cm的区域内，最大操作弧半径为51cm。如图,127,（3）脚作业空间与手操作相比，脚操作力较大，但精确度差，且活动范围较小，一般脚操作限于脚踏板类装置。正常的脚作业空间位于身体前侧、座高以下的区域，其舒适的作业空间区域取决于身体尺寸与动作的性质。如图（4）功能臂长测量近身作业空间主要由功能臂长决定，其测量以座椅面最低点和肩关节转动轴为两参考点。,128,4.2.2操作者体位设计要求,（1）尽可能使操作者处于最能发挥其工作效能的位置。（2）使操作者的身体处于比较自然的状态。（3）尽可能使操作者可以坐着工作或可以坐立兼顾。尽可能避免使操作者处于俯仰卧的位置。（4）尽可能使操作者位于不必移动身体位置和改变身体姿势就能清楚看到需要他观察的设备、部件或周围情境的地方。（5）尽可能避免使操作者的体位或姿势处于容易引起疲劳的位置。,129,（6）尽可能避免使操作者的手、臂长时间位于高于肘部的地方。若要求操作者的手足必须长时间处于高于正常高度时，应该提供合适的支撑物。（7）避免使操作者位于高辐射、高温、强风口、高噪声、有害气体或过量尘埃的地方，在不可能避免时，应设置特殊的防护措施。（8）避免使操作者位于明显不安全的位置，在无法回避这种工作情境时，应采取相应的防护措施。（9）操作者处于运动装置中时，应避免使身体处于容易受撞击或容易滑跌的位置，并要采取防护措施。,130,4.3工作场所与作业空间设计4.3.1工作空间的种类,（1）近身作业空间作业者在某一位置时，考虑身体的静态和动态尺寸，在坐姿或站姿状态下，其所能完成作业的空间范围。（2）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，如汽车驾驶室、计算机操作台。如图（3）总体作业空间不同个体作业场所的布置构成总体作业空间。,131,4.3.2工作空间与作业场所设计时人体测量学数据运用的原则,（1）确定对于设计至关重要的人体尺度；（2）确定设计对象的使用者群体；（3）确定数据运用准则：个体设计准则按群体某特征的最大值或最小值设计；可调设计准则使作业者群体的大多数能舒适的操作；平均设计准则考虑群体特征的平均值。,132,（4）选择合适的设计定位群体的百分位；（5）查找与定位群体特征相符合的人体测量数据表，选择有关的数据值；（6）如有必要，对数据做适当的修正；（7）考虑测量的衣着情况；（8）考虑人体测量学数据的静态和动态性质。如图，如图,133,4.3.3作业空间的调节,作业空间设计不能仅仅套用座椅、工作台尺寸，还应该考虑影响作业者舒适的因素，在实践中不断作出修正，以减少疲劳，提高工作效率。例：某小零件装配线采用坐姿工作，为了使作业者能方便的拿取前方的零件，工作台设计成凹进去一块，两肘部伸出可以放置零件，而且还可以使肘部得到支撑，这是一个考虑周密的设计方案。,134,4.3.4个人的社会心理空间,（1）个人心理空间（2）个人领域公共距离社交距离近身距离紧身距离,135,4.3.5工作面设计,（1）工作面高度最好能使上臂自然的下垂，前臂接近水平或稍微下倾放在工作面上，还要考虑工作性质、视距和工作面的厚度等因素。可以把工作面和坐椅的高度设计成可调节的。如图（2）坐姿立姿兼顾的工作面可以使肌肉得到放松，有利于减轻操作疲劳和维护操作者的健康。,136,137,（3）工作面倾斜度有些工作需要在倾斜的工作面上进行，如在水平面上或在过低工作面上绘画，将会使身体躯干与头部过度弯斜，容易引起疲劳。（4）水平作业面范围正常工作面是上臂自然下垂，前臂作回转运动时手指所伸及的范围。,138,4.3.6作业场所的布置,作业场所布置是指在限定的作业空间内，设定合适的作业面后，显示器与控制器的定位与安排。作业场所布置对人的行为、舒适感与心理满足感有很大的影响。（1）作业场所的布置总则重要性原则、使用频率原则、功能原则、使用顺序原则。（2）作业场所布置考虑顺序主显示器、与主显示器相关的主控制