人机工程学第人的机能特征-课件

3.1.1神经组织人的神经组织主要由神经元和神经胶质细胞组成。神经元也称神经细胞,它是神经系统的结构、功能和营养单位,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,对神经元起支持、绝缘、营养、防御等作用。1.神经元一个神经元由三部分组成,一是包含有细胞核仁的细胞体,它是神经元代谢和营养的中心;二是由细胞体向外伸出的呈树枝状的短突部分,称为树突;三是由细胞体向外伸出的一条细长的单突,称为轴突,轴突外被髓鞘及施旺氏细胞包围组成神经纤维。神经纤维的末端有许多分枝,称为神经末梢。图3-1所示为运动神经元基本模式。神经元的树突接受由其他神经元传来的信息,经细胞体整合后再由轴突将信息传递给另一神经元或肌细胞和腺细胞,从而在整个机体内形成传递信息的神经元链。刺激沿神经纤维的传递速度和轴突髓鞘的厚度有关,也与轴突直径有关。髓鞘厚时,速度可达120m/s,髓鞘很薄时,则可低至0.6m/s。传递速度还与神经元之间的间隙数目有关,因为突触间隙对刺激传递有微弱的阻碍作用。

图3-1运动神经元模式图3–2突触结构模式突触由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分组成,如图3-2所示。轴突末梢的每个分支末端都有一个膨大成球状的突触小体。突触小体内含有大量的直径约为50μm的突触小泡,贮存着高浓度的化学递质(神经递质)。突触小体的细胞膜称为突触前膜,与突触前膜相对应的另一神经元的细胞膜称为突触后膜,两膜间的空隙称为突触间隙,宽约15—30nm。由于突触前、后神经元之间有突触间隙相隔,并无原生质联系,因此信息的传递是通过化学递质转变为电位变化而完成的。当神经冲动传至突触前膜时,突触小泡即向前膜移动并附贴于前膜形成破裂口,此时,大量的化学递质被释放到突触间隙并扩散至突触后膜,产生突触后电位。通过突触后电位的作用,使神经冲动由突触前膜单向地传向突触后膜,引起突触后神经元兴奋或抑制。正是由于突触传递的单向性,才保证了信息有效地传向中枢和大脑。3.1.2中枢神经系统1.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一部分——延髓。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。2.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。延髓为脊髓的延续，但其功能比脊髓复杂。它不仅是食物反射(如唾液分泌、咀嚼、吞咽等)和某些防御反射(喷嚏、咳嗽、呕吐等)的中枢,而且是呼吸和循环系统的反射性自动调节中枢,故有“生命之枢”之称。大部分由脊髓上行的和脑下行的神经纤维在延髓交叉,以致形成左、右大脑半球分别控制对侧躯体的状况。脑桥位于延髓上方、小脑腹侧,是联系小脑两半球上、下行神经纤维的桥梁。脑桥参与或完成头面部肌肉(如眼外直肌、咀嚼肌、表情肌)的运动以及某些感觉(面部肤觉、味觉、平衡觉和听觉)的形成。中脑位于脑桥上方,是视、听运动的反射中枢。中脑的反射机能对于机体的定向反射具有重要意义。位于延髓、脑桥和中脑中央部位的一个广泛区域称为脑干网状结构,由各种来源的神经纤维交织而成的网络及散布其中的神经细胞、核团构成。该结构存在两个相互对立的调节系统——激活系统和抑制系统。激活系统不断接受来自体内外的各种刺激并经丘脑广泛地传至大脑皮质,引起大脑皮质处于醒觉状态。抑制系统则引起大脑皮质活动水平的降低。两系统的协调活动,使大脑皮质维持正常功能。脑干网状结构也调节内脏活动和躯体运动。间脑位于脑干上方,由丘脑和下丘脑组成。丘脑是大脑皮质下的低级感觉中枢。除嗅觉外,身体各部分的感觉冲动均传至丘脑,经丘脑更换神经元后传向大脑各高级感觉中枢,引起特定的感觉,故丘脑为各种感觉的中继站。下丘脑是调节内脏活动和内分泌活动的较高级中枢,同时也参与某些情绪反应活动及昼夜周期性变化活动等。小脑位于颅后窝内,在延髓和脑桥的背侧，大脑的后下方。小脑的主要机能是维持身体的平衡、调节与校正肌肉的紧张度和协调肌肉的运动。小脑损伤将造成肌肉动作时抖动而把握不住动作的方向,无法完成精巧的动作。大脑半球位于中枢神经系统的最高部位,被分为左、右两个半球,两半球之间通过联合神经纤维——胼胝体连合与沟通。大脑表面有许多深浅不一的皱褶,皱褶凹陷部位称为沟或裂,隆起部位称为回。三条主要的沟裂将大脑分为额叶、顶叶、聂页叶、枕叶等四叶。半球表面被覆2～5mm厚的灰质细胞层,称为大脑皮质。皮质的深部为髓质,亦称白质,有联系左、右大脑半球、同侧半球各区域以及皮质与低级中枢的机能。靠近大脑半球底部埋藏于白质之中的灰质核团,称为基底神经节,亦称大脑核,是调节肌肉紧张度和保证机体完成复杂活动时使肌肉协同活动的神经细胞集团,是大脑皮质下的运动中枢。大脑皮质是统一机体的最高神经中枢。人的大脑皮质大约含有140亿个神经细胞,在垂直切面上大致分6层排列。皮质浅部的1～4层为最重要的细胞层,其主要机能是对进入皮质的各种冲动进行复杂精细的分析、综合,并作出反应。皮层深部的5～6层则主要是接受并传递1～4层的信息。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完善的分析、综合能力,成为人类思维和语言的物质基础。大脑皮质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。但皮质各区域在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。如皮质的中央前回,主管全身的骨骼肌的运动,称运动中枢,但该区域也接受部分的感觉冲动,而中央后回则主管全身的感觉,称感觉中枢,但刺激该区域也可产生少量的运动。一个某一中枢受损伤的人,之所以并没有永远完全丧失该中枢所管理的功能,正是依靠了皮质其他功能区域的代偿的结果。1950年加拿大的潘菲尔德(Penfield)绘制出了相当精确的大脑皮质感觉区和运动区的定位图(见图3-3)。该图所显示的是沿中央沟纵切的切面部位。由于控制身体某部位的大脑皮质与被控制部位的实际大小不成比例,因此图中用两个变形的人体表示皮质部位与身体解剖各对应部位的关系。由图3-3(a)可见,身体各部位在大脑皮质运动中枢的投影的大小与该部位所从事的运动的精细复杂程度有关,如在人体上尽管口和手比下肢要小得多,但由于口和手是从事精细运动的部位,所以它们在运动中枢的投影特别大。人体各部位在大脑皮质感觉中枢的投影具有相类似的特点，如图3-3(b)。图3-3大脑皮质运动区和感觉区的定位图（a)运动区；（b)感觉区图3-3大脑皮质运动区和感觉区的定位图（a)运动区；（b)感觉区3.1.3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。它包括脊神经、脑神经和植物性神经。周围神经的功能,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。3.2人的信息传递3.2.1人的信息加工模型在人—机系统的特定操作过程中,人的信息加工模型如图3-4所示,该模型中的每个框图代表信息加工的一种机能,简称机能模块,带箭头的线则表示信息的流动方向。各模块的机能简要讨论如下。图3-4人的信息加工模型1.感觉贮存又称感觉登记、感觉记忆或瞬时记忆,是由外界输入刺激后,人的信息加工的第一个模块。它贮存输入感觉器官的刺激信息,保持极短时间的记忆。由于外界信息处于迅速变化的状态,所以感官内以感觉痕迹的形式登记的信息,若不尽快被选用或抹掉,就会同新输入的信息混杂,导致对原有信息识别的失效。外界信息输入感官后,只有受到格外注意的信息,才能转换成一种较持久的形式得到保持,否则信息就会迅速消失。因此,由感觉登记向短时记忆的过渡,关键是靠注意的保持功能。2.知觉编码知觉过程的信息加工,可分为“自下而上”和“自上而下”两种相互联系相互补充的方式。“自下而上”的信息加工是由输入的信息即刺激物的作用所引起的加工,它主要依赖于刺激物自身的性质和特性。“自上而下”的加工是从知识经验开始的加工。当外界刺激输入后,在注意的参与下进行编码,头脑中已贮存的与刚输入的信息有关的知识经验,甚至有组织的结构图式被激活,其中适合于图式的信息被加工,而不适合图式的信息则被忽略。头脑中被激活的图式,实际上构成了一系列的“知觉期待”,使得对刺激信息的加工更为迅速、准确，使图形从背景中迅速分离,并尽快地被整合为知觉表征,产生对事物的完整知觉。3.记忆与决策某个知觉对象一旦被知觉归类确定,个体将经选择决定对它作出行动。例如,行人横过马路时,已看见从左方驶来的汽车,并已听到汽车的鸣笛声,行人可能决定加快速度横过马路或者立即停步。此时,决策是以反应选择的形式表现出来的。在有些情况下,人也可能对当前出现的刺激暂不作出反应,而且决定把该刺激的信息或者存入短时记忆,暂时保持不超过1min的时间；或者存入长时记忆,永久贮存起来,到需要时,再根据预定的检索计划和方法,由长期记忆中检索出信息输送到短时记忆,进行选择执行。在实际决策中,往往包含多种可能行动方案，因此需要分析比较,以便从多种方案中择优选用。4.反应执行信息经上述加工后,如果决定对外界刺激采取某种反应活动,这种决策将以指令形式输送到效应器官,支配效应器官作出相应的动作。效应器官是反应活动的执行机构。5.反馈反馈实质上是被动系统对主动系统的反作用。将效应器官作出相应动作的结果作为一种新的刺激,返回传递给输入端,即构成反馈回路。人借助于反馈信息,加强或者抑制信息的再输出,从而更为有效地调节效应器官的活动。6.注意资源从感觉贮存开始到反应执行的各个阶段的信息加工几乎都离不开注意。注意的重要功能在于对外界大量信息进行过滤、筛选,即选择并跟踪符合需要的信息,避开和抑制无关的信息,使符合需要的信息在大脑中得到精细的加工。然而这并不意味着注意总是指向和集中在同一对象上,根据当前活动的不同需要,注意可有意识地从一个对象转移到另一个对象。注意在一定条件下,还可以在同一时间内分配给两种或几种活动,如汽车司机在开车过程中,既要注意周围的动态,又要注意掌握驾驶机械等。在现代复杂的科学技术和生产活动中,只有具备较高的注意分配能力,才能提高工作效率,防止出现差错和发生事故。3.2.2人的信息贮存——记忆人们感知过、思考过、体验过、操作过的事物,都可以保留在头脑中,并且在需要的时候,又可以将它们重现出来,这一过程即为记忆。记忆对于人类活动具有十分重要的意义。它是人们获取知识、积累经验、进行高级认识活动和发展个性心理特征的必要条件。记忆包括的两个基本过程为记和忆。记体现为识记和保持,即人们对于经历过的事物,都可以通过识记,作为知识经验在大脑中保持下来。忆则体现为再认或回忆,即在一定条件下,保持在人们头脑中的知识经验再度活跃,使其得以再认和重现。因此,识记、保持、再认或回忆是记忆过程中的三个密切联系着的基本环节。识记和保持是再认或回忆的基础和前提,而再认或回忆则是识记和保持的结果和检验。通过再认和回忆还可以促进识记的内容得到进一步的巩固。现代识知心理学认为,记忆是人脑对信息的获得、贮存和提取的过程。记忆过程的三个环节,识记相当于信息的输入和编码过程,也就是使不同感官输入的信息,经过编码而成为头脑可接受的形式;保持相当于信息的贮存,即信息在头脑中被再加工整理,使其成为有序的组织结构,以便贮存;再认或回忆相当于信息的提取。显然,信息编码越完善、组织越有序,提取也就越容易,反之,则提取越困难。根据信息的输入、加工、贮存、提取方式的不同以及信息贮存时间长短的不同,记忆可分为瞬时记忆、短时记忆和长时记忆三个阶段。记忆的三个阶段是相互联系、相互影响并密切配合的,也是三个不同水平的信息处理过程。在瞬时记忆阶段,外界信息呈现后,是以感觉痕迹的形式在感觉记录器内被直接登记的,并不进行心理加工。被登记的信息中,只有受到特别注意的部分,才能转入短时记忆。短时记忆的信息主要是以语音听觉的形式编码和贮存,是一种初步的低水平的信息加工。短时记忆中信息的提取是逐项依次检索方式。短时记忆中的信息只有被及时复述或复习的部分,才能转入长时记忆。长时记忆中的信息,是按照意义进行编码和组织加工,并按层次网络贮存的。长时记忆中信息的提取更多地依赖于线索和中介。1.瞬时记忆瞬时记忆是记忆的初始阶段,它是外界刺激以极短的时间一次呈现后,一定数量的信息在感觉通道内迅速被登记并保持一瞬时的过程。瞬时记忆包括图像记忆和声象记忆两种。图像记忆为作用于视觉器官的图像消失后,图像立即被登记在视觉记录器内,并保持约0.25～1s时间的记忆。声象记忆为作用于听觉器官的刺激消失后,声音信息被登记在听觉记录器内,并保持约2s时间的记忆,最长不超过4s。瞬时记忆的特点是:具有鲜明的形象性;信息保持时间极短;记忆容量较大,几乎进入感官的所有信息均可被登记。但是其中只有被特别注意的信息或者进行模式识别被赋予一定意义的信息,才能转入短时记忆,而其余部分则迅速消失。瞬时记忆的功能在于为大脑提供对输入信息进行选择和识别的时间。2.短时记忆短时记忆又称操作记忆或工作记忆。它是信息一次呈现后,保持时间在1min以内的记忆。短时记忆有如下特点。1)信息保持时间短。无复述的情况下,一般保持5～20s,最长不超过1min。2)记忆容量小。信息一次呈现后,立即正确记忆的最大量一般为7±2个互不关联的项目。但若在记忆过程中将输入的信息重新编码,使小单位联合成为有意义的有关联的较大的单位——组块,减少信息中独立成分的数量,即可明显提高短时记忆的广度,增加记忆的信息量。例如,给定3784621124数字系列,而你或者你的亲属或熟悉的朋友的生日恰好是62年11月24日,这样,你就仅仅需要记住3、7、8、4和生日就行了,即通过组块,扩大了短时记忆的容量。利用组块的方法,增加记忆的信息量,不仅适用于数字系列,而且也适用于其他性质的材料。3)对中断的高度敏感。例如许多人都有这样的体验,当正在电话盘上拨电话号码时,突然有人喊你的名字,拨号将以错误的或不完整的状况结束。由此可见,短时记忆极易受干扰。受干扰的程度,取决于短时记忆中存贮的信息的多少。4)短时记忆中的信息可被意识。通常人们意识不到贮存在瞬时记忆和长时记忆中的信息,但是完全可以意识到短时记忆中的信息的存在,即只有短时记忆中的信息才能保持在人们当前的意识之中。当需要贮存于长时记忆中的信息时,也只有先提取信息回溯到短时记忆系统,在这里进行有意识的加工,并与当前的刺激相结合,才能付诸应用。短时记忆在现代化的生产、管理、通讯以及人—机系统中具有重要作用。例如,在自动化控制系统中,作业者是根据仪表所显示的数据进行操作和控制的,因此必须运用短时记忆系统记住仪表显示的数据。操作完毕,数据已无用,即可忘记。此外,人们在进行多种即时活动时也都离不开短时记忆,如听课或听报告记笔记、打字员按稿打字及翻译人员口译过程等等。设计人—机系统时,更应充分考虑人的短时记忆的特点,以免加重操作者的心理负担,造成人为差错。3.长时记忆长时记忆是记忆发展的高级阶段,它是保持时间在1min以上乃至数月、数年，甚至终身不忘的记忆。长时记忆中贮存的信息,大多是由短时记忆中的信息通过各种形式的复述或复习转入的,但也有些是由于对个体具有特别重大的意义而印象深刻的事物在感知中一次形成的。长时记忆中的信息是按意义进行编码和组织加工的。编码种类有两类,一类是语义编码,对于语言材料,多采用此类编码;另一类是表象编码,即以视觉、听觉、嗅觉、味觉甚至温度觉等心理图像形式对材料的意义编码。长时记忆具有极大的容量,可以说是没有限度的,它可以包容人整个一生所获得的全部知识和经验。长时记忆中信息的提取方式是再认或回忆。4.遗忘经过编码加工后的信息,有序地贮存在人的头脑中。保持在头脑中的信息,随着时间的推移和后来经验的影响,不论在数量上还是在质量上,都将发生一定的变化。在数量上变化的一个重要表现,即为识记的保持量的逐渐减少,致使识记过的信息不能再认或回忆,或者发生错误的再认或回忆,这就是遗忘。遗忘属于人的正常的生理和心理现象。遗忘对于人既有积极意义,也有消极作用。遗忘应该淘汰的信息,从而减轻人的脑力负担,显然是积极的。然而遗忘必须保持的信息,却又是消极的。19世纪末期,德国心理学家H·艾宾浩斯(H·Ebbinghaus)对记忆和遗忘进行了大量的系统的实验研究。图3-5是根据艾宾浩斯1885年的实验数据绘制的保持和遗忘曲线。由该曲线可知,遗忘发展的进程是不均衡的,在识记后的短时间内,遗忘速度很快,以后逐渐减缓,一定时间后,则处于稳定状态而几乎不再忘记。图3-5艾宾浩斯保持和遗忘曲线1)识记材料的性质。实验结果表明，动作记忆最易于长久保持，一项技能一年后只遗忘29%。其次是形象材料、有意义的材料，如能引起兴趣的、符合需要的、在生活工作中占有重要地位的材料比抽象的材料、无意义的材料易于记忆。2)识记材料的数量。识记的材料数量越多，识记后保持量越少。实验证明，若识记5个材料的保持率为100%，则识记10个材料的保持率下降为70%，识记100个材料的保持率下降为25%。有意义的识记材料，当识记数量增加到一定程度时，遗忘速率将接近于无意义材料的遗忘曲线。3)学习程度。将识记材料刚刚学到就能一次正确背诵的程度，称为适度学习，即学习程度为100%。学习程度超过100%的学习，则称为过度学习。例如学习某一材料用60min时间恰好达到能一次正确背诵，则称该60min达到的学习程度为100%，若将该材料再继续学习30min，过度学习程度即达到150%。实验表明，学习程度达到150%，效果最佳。若低于此限度，记忆效果不理想，如表3-1所示。若超过此限度，记忆效果也不再继续上升。表3-1学习程度对记忆的影响4)个体主观状态。个体主观状态如学习动机、学习情绪、学习方法、已有的知识经验等均影响记忆效果。遗忘的原因尽管目前尚无定论，但实验表明，干扰是产生遗忘的重要原因。对信息保持的干扰有两种类型。一类称为前摄干扰，即先前学习的材料对识记和回忆后学材料的干扰。另一类称为倒摄干扰，即后面学习的材料对保持和回忆先学材料的干扰。前摄干扰的强度随先学材料的数量以及先后两种材料内容相似的程度的增加而增加。倒摄干扰受前后两种材料相似程度、后学材料的难度以及先学材料保持程度等因素的制约。当前后学习材料完全不同时，倒摄干扰的作用最小，而前后两种材料既相似又不相同时，倒摄干扰的作用则最大。后学习的材料难度越大，倒摄干扰的作用也越大，而先学材料的保持程度越好，则倒摄干扰的作用越小。前摄干扰和倒摄干扰的作用不仅表现在两种材料学习之间，而且也表现在同一种材料的学习中。通常学习材料的首尾部分容易记住，而中间部分容易遗忘，就是因为首部无前摄干扰，尾部无倒摄干扰，而中间部分则既有前摄干扰又有倒摄干扰，双重干扰影响了记忆的效果。克服遗忘最好的办法是复习，而只有根据遗忘的规律进行复习，才能收到事半功倍的最佳效果。3.2.3人的信息输出在人—机系统中，人的信息的输出，通常表现为效应器官(例如手、足)的操作运动。因此，效应器官运动的速度和准确度直接关系到人—机系统的效率和可靠性。1.操作运动的类型根据完成操作的情况，操作运动可分为定位运动、重复运动、连续运动、逐次运动、静态调整运动等五种。1)定位运动。定位运动是在作业过程中，人体或肢体根据作业所要求达到的目标，由一个特定位置运动到另一个特定位置的运动，是操纵控制的一种基本运动。定位运动包括视觉定位运动和盲目定位运动，前者是在视觉控制下进行的运动，后者则是在排除视觉控制，凭借记忆中储存的关于运动轨迹的信息，依靠运动觉反馈而进行的定位运动。2)重复运动。重复运动是在作业过程中，连续不断地重复相同的动作，如用手旋手轮、敲击物体等动作。3)连续运动。连续运动亦称追踪运动，是操作者对操纵控制对象连续地进行控制、调节的运动，如焊工按事先画好的图形用焊枪进行切割的运动。4)逐次运动。逐次运动是若干个基本动作按一定顺序相对独立地进行的运动。例如，雨夜中开动汽车的动作，就是按照打开点火开关、按下启动按钮、打开车灯和开动雨刷等一连串有次序的基本动作来完成，即为逐次运动。5)静态调整运动。静态调整运动是在一定时间内，没有运动表现，而是把身体的有关部位保持在特定位置上的状态。例如，在焊接作业中，手持焊枪使其稳定在一定位置上，以保证焊接质量。2.操作运动的速度1)反应时间和运动时间。①反应时间。是指从刺激呈现到人作出反应之间的时间间隔，即为从感官接受信息到发生反应的各信息加工阶段所耗费的时间的总和。其中包括：感受器将刺激转化为神经冲动需1～38ms，传入神经将冲动传导至大脑等神经中枢需2～100ms，神经中枢进行信息加工需70～300ms，传出神经将冲动传导至肌肉需10～20ms，肌肉潜伏期和激发肌肉收缩需30～70ms。上述各段时间的总和113～528ms即为反应时间。显然，神经中枢的加工过程所耗费的时间为反应时间的主要组成部分。反应时间分简单反应时间和选择反应时间。简单反应时间是指当单一刺激呈现时，人只需作出一个特定反应所需的时间。选择反应时间是指当两种或更多种刺激呈现时，不同的刺激要求作出不同的反应所需要的时间。通常选择反应时要比简单反应时间长20～200ms。影响反应时间的因素有：不同感觉通道反应时间不同，如表3-2所示；不同的效器官发动反应的速度不同，因此引起的反应时间也不同，例如手的反应比脚快；刺激强度增大，反应时间缩短，如弱光刺激反应时间为0.205s，强光刺激反应时间则为0.162s；刺激的性质不同，反应时间也不同，例如味觉，对咸的刺激反应时间最短，对苦的刺激反应时间最长；表3-2各种感觉通道的反应时间刺激出现时间的不确定程度越大，反应时间越长；通过反复练习，可缩短反应时间。另外，反应的复杂程度影响反应时间的长短，简单反应的反应时间较短，而选择反应的反应时间则较长。

在选择反应中，反应时间又随信息量的增加而延长，如表3-3所示。同时，选择反应时间也随选择任务复杂程度的增加而延长。因此，减少选择数目，提高刺激信号的清晰性和可辨性，也是缩短反应时间的一种方法。个体身心状态，如动机、气质、灵活性等也影响人的反应时间。表3-3反应时与选择数目的关系②运动时间。是指运动开始至运动结束所耗费的时间，即完成反应动作的时间。运动时间随运动的距离与方式而改变。一般完成控制操作最少需300ms。因此，从刺激呈现到反应动作完成最少需500ms。在没有任何期待(预先警告)的情况下，反应时间加运动时间一般为0.7～1s，甚至1s以上。2)定位运动的速度。运动的速度可用完成运动的时间表示。实验表明，定位运动时间随目标距离的增加而增加，随目标宽度的增加而缩短，这一关系可用下列公式表达（3-1）式中：MT——定位运动时间；D——目标距离；W——目标宽度；a、b——常数。定位运动的反应时间和运动时间是相互独立的。目标距离和目标宽度的改变只影响运动时间而不影响反应时间，刺激—反应条件的改变则只影响反应时间而不影响运动时间。实验表明，定位运动时间和运动方向的关系为：右手向右上方作定位运动时间最短，即速度最快；以肘为轴的前臂受控运动比牵动上臂及肩部的运动幅度较大的受控运动速度快、准确度高。表3-4为人体各部位动作的最大速度。表3-4人体各部位动作的最大速度(次/min)3)重复运动的速度。重复运动是在速度上有较高要求的运动。对于手轮和曲柄的操作运动，其运动速度受旋转阻力和旋转半径以及是否是优势手的影响。当旋转阻力最小时，旋转半径为3cm，旋转速度为最大，随着旋转半径的增大或减小，旋转速度也随之下降。若旋转阻力增大，最大旋转速度下降。当旋转阻力为49N时，旋转半径为4cm的曲柄旋转运动速度为最大。使用哪只手对于运动速度的影响如表3-5所示。对于手指敲击计算机键、打字、发电报等简单的重复运动，手敲击速度最快为5～14次/s，但这个速度只能保持不长的时间。一般人的速度为1.5～５次/s。表3-6列出了实验中被试在15s内各手指的敲击次数。表3-5手运动的最大速度表3–6手指在15s内敲击的最多次数3.操作运动的准确度盲目定位运动的准确度以人的正前方为最高；右手稍高于左手，同一方位下方高于上方。连续运动是在运动的全过程中要求准确控制的运动，但是，由于手臂的颤动，往往使运动偏离设计的轨迹，从而导致操作动作的准确度下降。实验表明，手臂颤动对连续运动准确度的影响是，手臂的前后运动的准确度明显低于垂直面内上下运动和水平面内左右运动的准确度。图3-6速度—准确度操作特性曲线操作运动的速度和准确度之间的关系，可用如图3-6所示的速度—准确度操作特性曲线表示。由该曲线可知，操作运动速度越慢，准确度越高。但当速度慢到一定程度后，再以低速度来提高准确度已无太大意义。因此，曲线的拐点处(图中A点)，速度—准确度综合绩效最佳，即在该点处不仅速度较快，而且错误较少。该点称为最佳工作点。在实际工作中，操作者一般愿将工作点选在最佳工作点靠右侧的某一位置。4.手的运动速度和准确度手的运动速度和准确度，一般有如下规律。1)一般右手较左手运动速度快，故称右手为优势手。右手由左向右运动又比由右向左运动速度快。2)手朝向身体的运动比离开身体的运动速度快，前后往复运动比左右往复运动速度快。3)从上往下运动比从下往上运动速度快。4)水平面内的运动比垂直面内的运动速度快。5)旋转运动比直线运动速度快，且顺时针运动比逆时针运动快。6)向下按按钮比向前按按钮操作准确，水平安装的旋钮比垂直安装的旋钮操作准确。7)手操作旋钮、指轮、滑块的准确度，以操纵旋钮为最佳，指轮次之，滑块最差。

8)圆柱形手柄，直径10mm左右的比30mm以上的操作准确；L型的柄头比圆柱柄头操作准确；设置手臂支撑的手柄操作比无手臂支撑的准确。3.3人的感觉和知觉3.3.1感觉感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物的个别属性的反映。人们对任何事物的认识，都是从感觉开始的。感觉是人们了解外部世界的渠道，也是一切复杂心理活动的基础和前提。人的感觉包括视觉、听觉、本体感觉、化学感觉(嗅觉和味觉)及皮肤感觉等。视觉、听觉、嗅觉、肤觉能将外部环境的信息传递给操作者，而本体感觉能告知操作者躯体正在进行的动作及其相对于环境和机器的位置，它们直接影响操作者的决策。外部环境中有许多物质的能量形式，人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感。能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激，如眼的适宜刺激为可见光，而耳的适宜刺激则为一定频率范围的声波。表3-7列出了人体各主要感觉器官的适宜刺激及其识别外界的特征。表3-7人体主要感觉器官的适宜刺激及其识别特征1.感受性和感觉阈限感受性是感觉器官对适宜刺激的感觉能力，用感觉阈限的大小来度量。人的各种感觉都有下面两种类型的感受性和感觉阈限。1)绝对感受性和绝对感觉阈限。产生感觉需要有达到一定强度的适宜刺激。刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为绝对感觉阈限的下限，感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。若刺激过大，超过了正常限度，将使感觉消失而引起痛觉，甚至造成感官的损伤。刚刚使感觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。刺激量在上、下阈限之间才能引起感觉。例如，人眼只对波长380～780nm的光波刺激产生反应，380nm和780nm即为视觉的下阈限和上阈限，波长在380nm以下或780nm以上的光波都不能引起视觉。2)差别感受性和差别感觉阈限。当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时，它们在强度上的差别必须达到一定程度，才能引起人的差别感觉。差别感觉阈限即为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量。对最小差别量的感受能力则为差别感受性。德国生物学家韦伯(E·H·Weber)发现，在中等强度的刺激范围内，差别感觉阈限随最初刺激强度的变化而变化时是有一定规律可循的，即差别感觉阈限与最初刺激的强度之比为一常数，即式中：ΔI——差别感觉阈限；I——最初刺激的强度；K——常数，称为韦伯比例。

式(3-2)所表达的即为韦伯定律。各种感觉的韦伯比例K值是不同的，见表3-8(括号内的数值为最初刺激的强度)。（3-2）人的各个感觉器官的感受能力的发展是不平衡的，而不同的职业又有各自不同方面的感受能力要求。如对音乐工作者，要求具有较高的听觉分辨能力，对美术工作者及某些行业的检验人员要求有较高的视觉颜色分辨能力，而对自动化系统的监控人员，则要求视觉和听觉都有较高的感受性。因此，感受性对于职业的选择和工种的分配具有实际的价值和意义。另一方面，人的感觉能力又具有很大的发展潜力，经过训练后，某些方面的感受性可以获得极大的提高。如有经验的炼钢工人可以根据炼钢炉内火焰的颜色判断炉内的温度并把握钢水出炉的火候；机修工人可以根据机器运转的异常声音判断机器发生故障的部位并确定故障的性质。表3-8不同感觉在中等刺激强度范围内的韦伯比例K值2.感觉的适应在同一刺激物的持续作用下，人的感受性发生变化的过程，称为感觉的适应。这种适应现象几乎在所有感觉中都存在，但适应的表现和速度是不同的。除视觉暗适应外，各种感觉适应大都表现为感受性逐渐下降乃至消失。视觉适应中的暗适应约需45min以上，明适应约需1～2min。听觉适应约需15min。味觉和轻触觉适应分别约需30s和2s。3.3.2知觉客观事物的各种属性分别作用于人的不同感觉器官，引起人的各种不同感觉，经大脑皮质联合区对来自不同感官的各种信息进行综合加工，于是在人的大脑中就产生了对客观事物的各种属性、各个部分及其相互关系的综合的整体的映象，这便是知觉。知觉是在感觉的基础上对客观事物所产生的高一级认识。感觉的性质较多地取决于刺激物的性质，而知觉在很大程度上却受到人的知识、经验、情绪、态度等因素的制约和影响，因此知觉不是对当前客观事物的各种感觉的堆积，而是人们借助于已有的知识经验对当前事物所提供的信息进行选取、理解和解释的过程。在人们认识客观事物的过程中，极少有孤立的感觉存在，客观事物总是以知觉的形式直接被反映的。知觉有如下基本特性。1)知觉的整体性。把知觉对象的各种属性、各个部分知觉成为一个统一的有机整体，称为知觉的整体性。例如人们在开始观察图3-7时，根据其组合特性，并未认知为12个点和许多虚线段，而是看作两个等边三角形和圆。知觉的整体性可使人们在感知自己熟悉的对象时，只根据其主要特征即可将其作为一个整体而被知觉。图3-7知觉的整体性2)知觉的理解性。根据已有的知识经验去理解当前的感知对象，称为知觉的理解性。由于人们的知识经验不同，所以对知觉对象的理解也会有差异。与知觉对象有关的知识经验越丰富，对知觉对象的理解也就越深刻。在复杂的环境中，知觉对象隐蔽、外部标志不鲜明、提供的信息不充分时，语言的提示或思维的推论，可唤起过去的经验，帮助人们去理解当前的知觉对象，使之完整化。此外，人的情绪状态、定势状态也影响人对知觉对象的理解。3)知觉的恒常性。当知觉的条件在一定范围内改变了的时候，知觉的映象仍然保持相对不变，这种特性称为知觉的恒常性。如日光下的红花绿叶，在月光下人们仍然知觉为红花绿叶，知觉并不因光源颜色的改变而随之改变，这是颜色恒常。此外还有形状恒常、听知觉恒常等。图3-8反转图形4)知觉的选择性。人们总是按照某种需要或目的主动地有意识地选择其中少数事物作为知觉的对象，对它产生突出清晰的知觉映象，而对同时作用于感官的周围其他事物则呈现隐退模糊的知觉映象，从而成为烘托知觉对象的背景，这种特性称为知觉的选择性。知觉对象与背景在一定条件下是可以相互转换的。如图3-8所示的“鲁宾之壶”反转图形，若以白色为知觉对象，黑色为背景，是一花瓶，反之，则为两个对面人头像。影响知觉选择性的因素，主要有：知觉对象与背景之间的差别越大，对象越容易从背景中区分出来，如万绿丛中的一点红；在固定不变或相对静止的背景上，运动着的对象最易成为知觉对象；刺激物各部分相互关系的组合，如彼此接近的对象比相隔较远的对象、彼此相似的对象比不相似的对象易于组合在一起，而成为知觉的对象；人的主观因素，如任务、目的、知识、兴趣、情绪等不同，则选择的知觉对象也不同。3.4视觉在人们认知世界的过程中，大约有80%以上的信息是通过视觉系统获得的，因此，视觉系统是人与世界相联系的最主要的途径。

物体依赖于光的反射映入眼睛，所以光、对象物、眼睛是构成视觉现象的三个要素。但视觉系统并不只是眼睛，从生理学角度看，它包括眼睛和脑；从心理学角度看，它不仅包括当前的视觉，还包括以往的知识经验。换句话说，视觉捕捉到的信息，不只是人体自然作用的结果，而且也是人的观察与过去经历的反映。人们得到视觉信息有两种途径：一是直接的，如直接看到周围的人和物；二是间接的，即借助于各种视觉显示装置，如CRT屏幕、雷达、电视机等。在科学技术高度发达的今天，后一种途经比前一种途径对于人们获得视觉信息更为重要。3.4.1视觉器官与视觉

人的视觉器官是眼，它由眼球及其辅助结构(包括眼球外肌和眼睑等)组成。

如图3-9所示，人的眼睛呈球形，前面覆盖有透明的角膜，角膜后有虹膜，虹膜中央有一圆孔称瞳孔，再往后是晶状体。晶状体是双凸透明体，它与视网膜之间充满胶状的、透明的玻璃体，而与角膜之间充满水样的房水。眼球壁的最内层是视网膜，其后部有两个特殊的区域，一是靠内侧的视神经乳头，也称视盘，此处无感光能力，是视神经穿出眼球的地方；另一区靠外侧，因带黄色故名黄斑，黄斑中央凹陷称中央凹，是感光最敏锐的地方。眼的折光结构包括角膜、房水、晶状体和玻璃体，它们各有各的密度和折光指数。图3-9眼球的水平切面(右眼)外界物体的光线，通过折光结构发生折射，最后在视网膜上形成一清晰的实像。常见的近视、远视和散光是折光异常引起的。正常眼观看6m远左右的物体时，物体的平行光线，经折射后恰好聚焦在视网膜上，所以人们能清晰地看到物体。但实际上，即便近在眼前10cm的物体也可看清。这是因为随着物体的移近，眼球发生了相应的调节反应，依靠晶状体曲率的增加，使物像前移至视网膜上的缘故。反之，看远物时，晶状体曲率减小，物像便后移至视网膜上。瞳孔是虹膜中央的圆孔，其直径可变动于1.5～8.0mm之间，作用是调节入眼的光量。当强光时，瞳孔缩小，减少进眼的光量，以保护视网膜不受过强刺激；弱光时，瞳孔开大，增加进眼的光量，使视网膜能得到足够的刺激。看近物时瞳孔缩小，看远物时瞳孔开大，都是使视网膜上成像清晰的一种调节。眼的折光结构，只能使视网膜上形成清晰的物像，此外还必须靠视网膜把物像的光能转变成神经冲动，再经视神经把神经冲动传入大脑皮层视中枢，才能产生视觉。视网膜是眼的感光部分，内有两种感光细胞：锥细胞和杆细胞。锥细胞在黄斑区分布密度最大，离开黄斑区则密度急剧下降；杆细胞分布则相反，靠近黄斑区稀疏，在远离黄斑区密集。锥细胞专司昼光觉和色觉，对物体的细小结构和颜色，具有高度的分辨能力，对弱光则不如杆细胞敏感。杆细胞专司暗光觉，只感知明暗和物体的粗大轮廓。根据感光细胞在视网膜上分布的情况，视觉可分为中央视觉和周围视觉。锥细胞多的黄斑区，感色力强，并能清晰分辨物体，由此产生的视觉称为中央视觉；黄斑区以外的区域，杆细胞多，感色力弱，分辨物体的能力差，但视野广，能用于观看空间范围和正在运动的物体，由此产生的视觉称为周围视觉。3.4.2视觉特征1.视角与视力视角是被看目标物的两点光线投入眼球时的交角。如图3-10所示，视角α(单位为“′”)与观察距离L和被看目标物上两点之间的直线距离D有关，即（3-3）图3–10视角眼睛能分辨被看目标物最近两点的视角，称为临界视角。按标准规定，人站在离视力检查表5m远处观看表中第十行“E”字，若能分辨清楚，视力为1.0，即视力正常，此时的临界视角＝1′。若视力下降，则临界视角值增大。视力是眼睛分辨物体细节能力的一个生理尺度，用临界视角的倒数来表示，即视力＝临界视角1(3-4)看静止物体的视力高于看运动物体的视力，年龄越大，看运动视标的视力下降越大。认清物体形状的视力为中心视力。在暗环境中辨别物体形状的视力为夜视力。两只眼睛中所形成的物像，融合为双眼单视后，可用以辨别物体高低、深浅、远近、大小，这种辩别物体立体位置的视力称为立体视力。2.色觉人眼能感受的光波是380～780nm的电磁波，通常把此段电磁波称为可见光波。人眼对各种波长混在一起的混合光产生白色光觉，对波长相同的单一光波则产生色觉。从380nm到780nm，人眼大约能辩别出150多种不同的色，但主要是红、橙、黄、绿、蓝、紫等色(见表3-9)。波长小于380nm(紫外线、X射线等)或大于780nm(红外线、无线电波等)的电磁波，都不能引起人眼的视觉现象。表3-9各种颜色的标准波长及波长范围人眼感受色光刺激是由视网膜上的锥细胞承担的。三原色学说认为，视网膜上有三种锥细胞，分别感受红、绿、蓝三种基本颜色。当三种锥细胞受到同等程度的强刺激时，会引起消色的感觉，即同等强刺激产生白色效果，同等中等强度刺激产生灰色效果，同等弱刺激产生黑色效果。如果受到不同强度的刺激，则引起其他各种颜色感觉。对视野中某一颜色的感觉，由于受到邻近颜色的影响而发生变化的现象，称为色对比，例如在红色背景上放一小块灰色纸，注视几分钟后，这块灰纸就会表现出略带绿色。每种颜色在其邻近区域诱导出它的补色(某二种色光相混，可产生白色光感觉，其中一种色光即为另一种的补色)，或者由于两种相邻颜色的互相影响而使每种颜色在其邻近区域诱导出它们各自的补色，这种对比叫做同时对比。另外，如果先凝视一红点，几秒钟后移视灰色卡片，可见卡片上有一绿点；如先注视一绿点，几秒钟后移视灰色卡片，可见卡片上有一红点(黄和蓝也有类似现象)，此现象称为继时对比。人停止注视某一颜色之后，在一个短时间内，眼前还会有这种颜色，称为后像。仍能见到的颜色与注视色相同者称正后像，见到的颜色是被注视的颜色的补色，就是负后像。3.视野1)一般视野。视野是当人的头部和眼球不动时，人眼能察觉到的空间范围，通常以角度表示。人的视野范围，在垂直面内，最大固定视野为115°，扩大的视野为150°；在水平面内，最大固定视野为180°，扩大的视野为190°，如图3-11所示。图3-11垂直视野和水平视野(a)垂直面内的视野；(b)水平面内的视野人眼在垂直方向3°和水平方向3°的范围内看到的物体，其映像落在视网膜的黄斑中央的中央凹上，上下、左右视野均只有1.5°左右，这就是最佳视区。在垂直面内水平视线以下30°和水平面内零线左、右两侧各15°的范围内，获得的物像最清晰，为良好视野范围。在垂直面内水平视线以上25°，以下35°，在水平面内零线左、右各35°的视野范围为有效视野范围。在垂直面内，实际上人的自然视线低于水平视线，直立时低15°，放松站立时低30°，放松坐姿时低40°，因此，视野范围在垂直面内的下界限也应随放松坐姿、放松立姿而改变。2)色觉视野。不同的颜色对人眼的刺激不同，所以视野也不同，图3-12给出了水平方向和垂直方向的色觉视野。由图3-12知，白色的视野最大，黄、蓝、红、绿色的视野依次渐小。图3-12色觉视野(a)水平方向色觉视野；(b)垂直方向色觉视野4.视距视距是人在操作系统中正常的观察距离。一般应根据观察目标的大小和形状以及工作要求确定视距。通常，观察目标在560mm处最为适宜，小于380mm时会引起目眩，超过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°，上下均不宜超过30°。当视线转移时，约97%时间的视觉是不真实的，所以应避免在转移视线中进行观察。表3-10为根据工作要求，建议采用的视距值。表3-10根据工作要求建议采用的视距值5.对比感度物体与背景有一定的对比度时，人眼才能看清其形状。这种对比可以用颜色，也可以用亮度。人眼刚刚能辩别到物体时，背景与物体之间的最小亮度差称为临界亮度差。临界亮度差与背景亮度之比称为临界对比。临界对比的倒数称为对比感度。其关系式如下：(3-5)(3-6)式中：CP——临界对比；△LP——临界亮度差；Lb——背景亮度；Lo——物体的亮度；Sc——对比感度。对比感度与照度、物体尺寸、视距和眼的适应情况等因素有关。在理想情况下，视力好的人，其临界对比约为0.01，对比感度为100。6.视觉适应视觉适应是人眼随视觉环境中光量的变化而感受性发生变化的过程。有暗适应和明适应两种。暗适应是人由明亮的环境转入暗环境，在暗环境中视网膜上的杆细胞感受弱光的刺激，使视觉感受性逐步提高的过程。暗适应过程的时间较长，最初5min适应的速度很快，以后逐渐减慢。获得80%的暗适应约需25min，完全适应则需1h之久。明适应是人由暗环境转入明亮的环境，杆细胞失去感光作用而视网膜上的锥细胞感受强光的刺激，使视觉阈限由很低提高到正常水平，这一过程称为明适应。明适应在最初30s内进行很快，然后减慢，约1～2min即可完全适应。7.眼球的运动规律1)眼球的水平运动比垂直运动快，因此一般先看到水平方向的东西，后看到垂直方向的东西。眼球的左右方向运动不像上下方向运动那样容易疲劳，而且对水平方向的尺寸比例的估计要比对垂直方向的准确得多。2)视线习惯于从左到右和从上往下移动，看圆形物体总是沿顺时针方向看得迅速。3)当对象物偏离视中心时，在偏离距离相同的情况下，人眼对左上方的观察优于对右上方，对右上方的观察又优于对左下方，对右下方的观察最差。4)两眼球的运动是协调的、同步的，不可能一只眼球转动而另一只眼球不动，也不可能一只眼睛看东西，而另一只眼睛不看。眼球的转动由眼球外肌执行，两眼协同转动受大脑皮层眼球协同运动中枢管理。3.5听觉和其他感觉3.5.1听觉

听觉是仅次于视觉的重要感知途径，其独特的感知方式，可弥补视觉通道的不足。1.听觉过程人的听觉器官是耳。耳包括外耳、中耳和内耳三部分，如图3-13所示。外耳包括耳廓和外耳道，有保护耳孔、集声和传声的作用。图3-13耳的解剖示意图中耳包括鼓膜、鼓室以及连接鼓室与鼻咽腔的咽鼓管。鼓室内有三块听小骨——锤骨、砧骨、镫骨，它们由关节连接成一个杠杆联动系统——听骨链。锤骨的长柄与鼓膜相连，镫骨底面附着在内耳耳蜗的卵圆窗上。中耳的鼓膜和听骨链是主要的传音装置。内耳包括耳蜗、前庭和半规管。耳蜗是听觉感受器的所在部位，为螺旋状的骨性管，其中充满淋巴液。耳蜗内的基底膜上的科蒂氏器含有感受声波刺激的毛细胞，是听觉感受器。在正常情况下，人耳的听觉过程有以下三个阶段：1)将空气中的声波转变为机械振动。耳廓将收集到的外界声波，经外耳道传至鼓膜，引起鼓膜与之发生同步振动。2)将机械振动转变为液体振动。鼓膜的振动推动中耳内起杠杆传动作用的听骨链，经放大后通过卵圆窗进入内耳，引起耳蜗内淋巴液的波动。3)将液体波动转变为神经冲动。耳蜗内淋巴液的波动引起基底膜的振动，从而使科蒂氏器官内所含的毛细胞受到刺激而发放神经冲动。冲动经耳蜗听神经最后传至大脑皮质听觉中枢，产生听觉。2.听觉特征1)接受信息无方向性。听觉器官可以接收来自三维空间任何方向的声信号，但两耳之间会产生一个极小的时间差，在一般情况下可忽略不计。2)强度辨别阈限。受过良好训练的被试者，在良好的声环境条件下，听觉器官能够觉察到0.5dB的强度变化，因此在人机系统设计运用强度变化传递信息时，必须考虑没有接受过训练的作业者。3)频率辨别阈限。人耳对声音频率变化的感觉符合指数递减规律，频率越高，频率的变化越不容易辨别。4)方位辨别能力。听觉器官具有方位辨别能力，主要根据声信号到达两耳的强度差和时间差判别声源方向。其中对高频声信号根据强度差，对低频声信号则根据时间差来判断。5)距离知觉。在自由声场中，距点声源的距离，每增减一倍，声压级随之约减增6dB，所以声觉器官可以通过声强的变化判断声源的距离。但在实际运用中，主观经验因素也占重要地位。6)掩蔽效应。掩蔽效应指由于干扰声的存在，致使声信号清晰度阈限升高的现象。当两个声音同时出现时，听觉选择强度大的一个；当两个声音的响度相同而频率不同时，听觉容易选择低频声(低频声作用突出)，一般情况，噪声对语言掩蔽主要是语言声频范围。3.5.2肤觉皮肤是人体上很重要的感觉器官，感受着外界环境中与它所接触物体的刺激。人体皮肤上分布着三种感受器：触觉感受器、温度感受器和痛觉感受器。用不同性质的刺激检验人的皮肤感觉时发现，不同感觉的感受区在皮肤表面呈相互独立的点状分布。1.触觉触觉是微弱的机械刺激触及了皮肤浅层的触觉感受器而引起的，而压觉是较强的机械刺激引起皮肤深部组织变形而产生的感觉，由于两者性质上类似，通常称触压觉。触觉感受器能引起的感觉是非常准确的，触觉的生理意义是能辨别物体的大小、形状、硬度、光滑程度以及表面机理等机械性质的触感。在人机系统的操纵装置设计中，就是利用人的触觉特性，设计具有各种不同触感的操纵装置，以使操作者能够靠触觉准确地控制各种不同功能的操纵装置。对皮肤施以适当的机械刺激，在皮肤表面下的组织将引起位移。在理想的情况下，小到0.001mm的位移，就足够引起触的感觉。然而，皮肤的不同区域对触觉敏感性有相当大的差别，这种差别主要是由于皮肤的厚度、神经分布状况引起的。如面部、口唇、指尖等处的触点分布密度较高，而手背、背部等处的密度较低。与感知触觉的能力一样，准确地给触觉刺激点定位的能力，由受刺激的身体部位不同而异。研究发现，刺激指尖和舌尖，能非常准确地定位，其平均误差仅1mm左右。而在身体的其他区域，如上臂、腰部和背部，对刺激点定位能力比较差，其平均误差几乎有1cm左右。一般说来，身体有精细肌肉控制的区域，其触觉比较敏锐。2.温度觉温度觉分为冷觉和热觉两种。这两种温度觉是由两种不同范围的温度感受器引起的，冷感受器在皮肤温度低于30℃时开始发放冲动；热感受器在皮肤温度高于30℃时开始发放冲动，到47℃时为最高。人体的温度觉对保持机体内部温度的稳定与维持正常的生理过程是非常重要的。温度感受器分布在皮肤的不同部位，形成所谓冷点和热点。每一平方厘米皮肤内，冷点有6~23个，热点有3个。温度觉的强度，取决于温度刺激强度和被刺激部位的大小。在冷刺激或热刺激不断作用下，温度觉就会产生适应。3.痛觉凡是剧烈性的刺激，不论是冷、热接触，或是压力等，肤觉感受器都能接受这些不同的物理和化学刺激，而引起痛觉。组织学的检查证明，各个组织的器官内，都有一些特殊的游离神经末梢，在一定刺激强度下，就会产生兴奋而出现痛觉。这种神经末梢在皮肤中分布的部位，就是所谓痛点。每一平方厘米的皮肤表面约有100个痛点，在整个皮肤表面上，其数目可达一百万个。痛觉的中枢部分，位于大脑皮层。机体不同部位的痛觉敏感度不同；皮肤和外粘膜有高度痛觉敏感性；角膜的中央，具有人体最痛的痛觉敏感性。痛觉具有很大的生物学意义，因为痛觉的产生，将导致机体产生一系列保护性反应来回避刺激物，动员人的机体进行防卫或改变本身的活动来适应新的情况。3.5.3本体感觉1.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。半规管是三个互相垂直的呈“C”形的骨性管，分别称为水平半规管和前、后半规管。当人直立时，如头前倾30°，水平半规管的平面与地面平行，前、后半规管则与地面垂直。各半规管的膨大端称为壶腹，内有隆起称壶腹嵴，含有感受性毛细胞，毛细胞周围充满液体——内淋巴。当人的头部开始旋转或停止旋转时，引起淋巴液流动，从而刺激毛细胞发放神经冲动。冲动经前庭神经传入前庭中枢。一方面传至大脑皮质产生旋转感觉，另一方面反射性地改变肌紧张度，以维持身体的平衡。如旋转以等速运动持续下去，毛细胞将不再受到刺激。因此壶腹嵴的适宜刺激是旋转加速和旋转减速运动。耳石器是两个膜质小囊——椭圆囊和球囊。囊内的囊斑含有感受性毛细胞。当头部位置改变时，由于重力影响，囊内的耳石膜下垂，使毛细胞被牵拉而兴奋发放神经冲动。冲动经前庭神经传至前庭中枢。一方面向上传至大脑皮质，产生位置感觉和变速感觉，另一方面向下通过脊髓反射性地改变肌紧张度，以维持身体的平衡。囊斑的适宜刺激是直线加速和直线减速运动。影响平衡觉并导致失去平衡的因素主要有：酒(当喝多了的时候可引起头晕或失去平衡)；年龄(老年人常有一些内耳神经类型的损伤，因而造成眩晕、迷失方向)；恐惧(例如由于害怕高空，因而在高处时就眩晕)；突然的运动(如在床上躺几小时后突然跳起来)；热紧迫(在夏天的太阳光下工作时间太长可引起头晕)；不常有的姿势等。2.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。运动觉的感受器有三种：一是广泛分布于全身肌肉中的肌梭，它接受肌肉收缩长短的刺激；二是位于肌腱内的腱梭，它接受肌肉张力变化的刺激；三是关节内的关节小体，它接受关节运动(屈、伸)的刺激。当人体动作时，上述感受器接受来自肌肉、关节的刺激发放神经冲动，经传入神经传至大脑皮质的相应区域，使人感知自己在空间的位置、姿态以及身体各部位的运动状况。人的各种操作技能的形成，有赖于运动觉信息的反馈调节。如技术熟练的打字员，依靠来自其手指、臂、肩等部位的运动觉信息的反馈，即可准确而协调地完成一系列动作。在此过程中，意识的参与减少到最低程度，视觉对动作的控制也被运动觉对动作的控制所代替。由此可见，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。3.6心理现象3.6.1心理学概念人在生产作业时经常受着心理因素的影响，同时，生产机械、作业方法、工艺流程和生产环境等又对人的心理状况发生作用。人机工程学是研究人、机、环境相互之间的适合性问题，当然包括机械和环境必须适合人的心理特性这个非常重要的内容。所以说心理学是人机工程学的重要基础。1.心理过程心理过程指的是心理活动的动态过程，即人脑对客观现象的反映过程。它包括认识过程、情感过程和意志过程。认识过程是指人在认识客观事物活动中表现出的各种心理现象。人对感觉和知觉的材料进行分析、判断，揭示事物的规律，使认识活动又深入一步，这叫做思维过程。看见机器运转时发生抖动，作出判断为出了故障，这就是根据感觉和知觉材料进行思维活动的结果。人可以在已有知识的基础上，在头脑中构思出未曾经历过的事物形象，如根据文献介绍的机械原理和结构，可以构思出该机械的大致轮廓，这种认识活动叫做想象过程。感觉、知觉、思维、想象、记忆五种过程，都属于对客观事物的认识形式，统称为认识过程。情感过程是指人在认识过程中，不是无动于衷、冷漠无情，而总是内心产生情感，并表现出满意或失望、喜欢或厌恶、振奋或惊恐、愉快或忧愁等内心的体验，这就是情感过程。意志过程是指人为了完成某项任务，实现某一目标，自觉克服内心矛盾和外部困难的心理过程。例如，人为实现某一目的，在行动中表现出的那种艰苦奋斗、不怕困难、决心干到底的心理过程便属于意志过程。2.个性心理表现人们个体差异的心理现象，叫做个性心理。个性心理包括个性心理特征和个性倾向性。个性心理特征指的是能力、气质和性格，是个性结构中比较稳定的成分。每个人的个性心理特征各不相同，比如，对于同样的工作任务，有的人能够顺利完成，有的人则感到无能为力，这是能力方面的差异；有的人热情奔放，喜怒外露，有的人沉默娴静、情绪含蓄，这就是气质方面的差异；有的人心胸开朗、勤劳勇敢，有的人心胸狭小，怠惰怯懦，这是性格面的差异。个性倾向性指的是需要、动机、兴趣、信念和世界观等，是个性的潜在力量。每个人的个性倾向性不尽相同，比如，某人有这方面的要求，另一个人有那一方面的要求，表现出人们在需要方面的差异；同一件事情，这个人出自这种考虑，那一个人出自另外一种考虑，这是动机的差异；这个人有这方面的爱好，那个人有另一方面的爱好，这是兴趣的差异；这个人坚信这个道理毫不动摇，那一个人坚信另一种道理从不改变，这是信念的差异；这个人出自这种立场观点看待现实事物，那个人出自另一种立场观点看待现实事物，这是世界观的差异。3.心理现象中的相互联系人的各种心理现象是相互制约、相互依赖的。就是说，人的个性心理是通过心理过程形成的，没有对客观事物的认识，没有伴随认识表现出来的情感，没有对客观事物进行改造的意志，那么，性格、兴趣、信念等个性心理也就无从形成。从另一方面看，个性心理也制约着心理过程，并在心理过程中得到表现。例如，兴趣不同的人，对同一事物会有不同的认识；在需要上不同的人，对同一事物会有不同的情感；性格不同的人，会表现出不同的意志特点。各种心理过程也是相互依赖、密不可分的，它们互相联系而又互相制约。比如，改进一项安全技术措施，就包含了这三种心理过程：了解情况，分析存在的问题，这是认识过程；发现解决问题的关键所在，受到鼓舞，是情感过程；下定决心，不怕反复和失败，这是意志过程。在统一的心理过程中，认识是基础，情感