《安全人机工程学》-司鹄 习题及解答

课后习题参考答案第1章1.1人机关系随社会的发展有很大的变化，请举例说明其变化及其特点。答：主要经历了以下四个代表性阶段：（1）早期萌芽阶段（自发阶段）：以石刀、石斧等石器工具为代表，其特点是工具改良依赖于劳动中的直观感受与经验积累，工具的形状、大小及重量与人体特征高度契合，属于缺乏系统科学方法的“自发人机关系”；（2）工业革命初期（经验阶段）：以泰勒的铁锹试验和吉尔布雷斯的砌砖试验为代表，其核心特点是“人适应机器”，研究侧重于通过“时间与动作研究”来培训操作者，以寻求最省力的操作方式和最高的工作效率；（3）二战及战后（现代阶段）：以飞机座舱布局改进为代表，理念实现了从“人适应机”到“机适应人”的根本转变，特点是系统性地开展人因研究，将人的生理、心理及生物力学特性全面融入工程设计中；（4）智能化时代（人机协同阶段）：以手术机器人和无人驾驶为代表，人与机器作为独立智能体形成“人机智能系统”，特点是系统能够主动预测用户意图并实现自优化，通过自然用户界面（NUI）实现自然、无缝的交互协同。1.2经验人机工程学中的三大著名试验是什么？答：肌肉疲劳试验、铁锹作业试验、砌砖作业试验。1.3人机工程学的研究方法有哪些？答：实测法、实验法、分析法、模型试验法、计算机仿真法、调查研究法、感觉评价法、经验类比法、系统分析评价法。1.4简述人机界面的概念，并分别举例说明有形人机界面和无形人机界面的应用。答：人机界面（HMI）是人机系统中人与机相互影响、实现信息和作业交互的媒介与平台。有形界面主要通过操纵杆、开关、按钮等物理硬件装置实现指令的直接传递；无形界面则依托软件平台，利用语音、视觉等多感官通道进行交互，典型应用包括智能家居自动调节环境、医疗领域通过语音或生物信号辅助手术，以及车载系统中的手势控制等。1.5安全人机工程学的定义是什么？答：安全人机工程学将“人”置于核心位置，从安全工程的角度出发，为系统的安全分析、预防事故、保障工人的职业健康提供人机工程学的科学支持。1.6安全人机工程学的研究目的是什么？答：研究目的是通过科学手段协调人-机-环境系统，在保障劳动者安全、健康与舒适的前提下优化系统效能，实现安全、高效、经济的综合效益。1.7安全人机工程学的研究内容主要有哪些？答：研究内容主要包括四要素研究：人的因素（人体尺寸、心理特征、感知能力及作业可靠性）、机的因素（操纵控制、信息显示及安全保障系统特性）、环境因素（物理、化学及心理作业环境影响）以及综合因素（人机功能分配、信息传递效率及系统整体设计）。1.8研讨：举实例说明身边事物在安全人机工程学设计方面的合理之处与不当之处。答：言之合理即可。如智能手机或现代家电采用触控及语音交互设计，因其符合人的认知习惯且直观简便，使用户无需查阅说明书即可轻松操作；不当之处如二战时期武器座舱仪表布局过于复杂，由于未充分考虑人的生理和心理特性，导致飞行员在紧张状态下极易产生误读或误操作，从而引发大量事故。1.9在未来的人机系统中，随着人工智能、物联网和大数据技术的广泛应用，安全人机工程学将面临哪些新的挑战与机遇？请结合具体应用场景进行分析。答：言之合理即可。机遇在于：用AI实现意图预测与系统自适应优化（如医疗辅助），依托5G/6G实现高速远程实时控制以提升安全性（如远程采矿），通过物联网进行全方位的智能监控，并利用大数据分析规律以优化作业决策。挑战表现在：海量信息导致的认知过载与多模态交互复杂性矛盾，智能协作中人机功能分配界限的重塑及对“本质安全”设计的更高要求，以及数字化背景下的隐私、伦理等新型安全问题。

第2章2.1宿舍布局及设计涉及到哪些人体学参数？答：主要涉及静态人体尺寸和动态可达范围。包括身高、眼高、肩高、肘高、坐高、坐姿眼高、坐姿肘高、肩宽、臀宽、坐深、坐姿膝高、小腿加足高、上肢前伸长、上举高等；对应床铺长宽高、书桌椅尺寸、衣柜与储物空间、通道宽度、插座/开关高度及上下床梯设计。同时需考虑穿衣穿鞋修正、活动余量和心理空间。2.2火车卧铺涉及哪些人体学参数？答：主要涉及身高与床长，肩宽、臀宽与床宽，坐高与铺位净空，坐姿眼高与阅读/观察位置，小腿加足高、踏步高度与上下铺爬梯设计，上肢前伸长、功能上举高与扶手/拉手可达性，以及卧姿、坐姿转换所需活动空间。2.3设计适用于90%两广福建区女性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？答：属于I型双限值设计，90%适用度取P5～P95。两广福建区女性身高均值X=1564mm，标准差SD=60.6mm，K=1.645。P5=1564-1.645×60.6≈1464mm；P95=1564+1.645×60.6≈1664mm。因此产品身高设计范围约为1464～1664mm。2.4已知某地区人的足长均值=264.0mm，标准差SD=45.6mm，求适用该地区90%的人们穿的鞋子的长度值。答：属于I型双限值设计，90%适用度取P5～P95。P5=264.0-1.645×45.6≈189.0mm；P95=264.0+1.645×45.6≈339.0mm。因此覆盖90%人群的足长范围约为189～339mm；实际鞋内长还应结合鞋型、袜厚和活动余量进行功能修正。2.5某地区人体测量的均值=1686mm，标准差SD=64.8mm，求该地区第95、第90及第80百分位数。答：按公式Xa=X+K×SD计算。P95：K=1.645，X95=1686+1.645×64.8≈1793mm；P90：K=1.282，X90=1686+1.282×64.8≈1769mm；P80：K=0.842，X80=1686+0.842×64.8≈1741mm。2.6试确定我国公共汽车顶棚扶手横杆高度。答：该设计属于可及性与安全净空相结合的问题。有效握持高度应以小尺寸人群为依据，宜参考成年女性P5的双臂功能上举高，并加穿鞋修正；按GB/T10000-2023，女性P5双臂功能上举高约1709mm，加鞋高约25～38mm，建议有效握持高度约1.73～1.75m。同时应校核高身材男性头部净空；若横杆本体需高于头部，可通过吊环或拉带降低实际握持高度。2.7实地调研某设施如自动取款机、公交车设计等，试从人机学角度分析其合理性。答：可从目标用户、尺寸匹配、可达性、可视性、操作力、安全性和舒适性等方面分析。以自动取款机为例，应考察屏幕高度与视角、按键/读卡口/取钞口高度、手臂前伸距离、轮椅或矮小用户可达性、照明与防眩光、隐私遮挡、提示清晰度和防误操作设计；以公交车为例，应考察座椅尺寸、通道宽度、扶手高度、上下车踏步、站立稳定性和紧急制动时的安全性。2.8试测量班级同学站姿、坐姿握力，并分析性别、姿势对握力的影响。答：统一测量工具和手柄间距，分别记录站姿、坐姿及左右手握力；按性别分组计算均值、标准差和百分位数；比较不同姿势和性别差异。一般男性握力大于女性，站姿因躯干和下肢参与稳定，发力条件通常优于坐姿；坐姿握力受肩肘角度、躯干支撑和手柄位置影响较明显。2.9试测量班级同学站姿、坐姿推拉力，并分析性别、姿势对推拉力的影响。答：明确推/拉方向、手柄高度、身体姿势和测试次数，分别记录站姿、坐姿推力与拉力；按性别和姿势分组统计并比较。一般男性推拉力较大；站姿可借助下肢和体重，推拉力通常大于坐姿；手柄高度、脚部支撑、身体前倾角度和摩擦条件都会影响结果。2.10试调研国内外汽车刹车片操作力情况，试从人机学角度分析其合理性。答：应从踏板力大小、踏板行程、踏板角度、驾驶姿势、制动反馈和紧急情况下的可操作性分析。刹车踏板力过小易误触或缺乏反馈，过大则会增加疲劳并延迟制动；合理设计应使小尺寸或力量较弱驾驶者也能完成紧急制动，同时避免正常驾驶中误操作。还应结合助力系统、踏板布置、脚部可达性和长期驾驶疲劳进行评价。2.11为什么“跷二郎腿”不好？答：跷二郎腿会使骨盆左右受力不均，造成脊柱和髋关节姿势不对称，增加腰背部肌肉紧张；长时间保持还可能压迫下肢血管和神经，影响血液循环，造成腿麻、疲劳或疼痛。长期习惯性跷腿还可能加重腰椎、颈肩和下肢姿势问题。2.12从人体力学的角度分析如何避免下背痛伤害？答：核心是减少腰骶部受力和不良力矩。应保持脊柱自然曲度，搬运时让物体靠近身体，避免弯腰、扭腰和远距离持重；尽量屈膝屈髋、利用下肢发力；降低单次负荷和重复频率，设置合适工作台高度，交替站坐姿，使用辅助搬运工具，并加强核心肌群和下肢力量训练。2.13试举例说明姿势稳定性的类型。答：姿势稳定性可分为静态、动态和瞬态。静态稳定性如安静站立、坐姿保持平衡；动态稳定性如行走、跑步、上下楼梯过程中保持平衡；瞬态稳定性如跳跃落地、突然被推、踩到湿滑地面或车辆急刹时快速恢复平衡。

第3章3.1何谓反应时间?影响反应时间的因素有哪些？答：反应时间是指“人从接收外界刺激到作出反应的时间”。影响反应时间的因素包括：（1）反应时间随感觉通道不同而不同（如听觉、触觉、视觉等）；（2）反应时间与运动器官有关（如手、脚、腿、躯干等）；（3）反应时间与刺激性质有关（如光、电击、声音等）；（4）反应时间随执行器官不同而不同（如右手、左手、右脚、左脚）；（5）反应时间与刺激数目的关系（刺激数目越多，反应时间越长）；（6）反应时间与颜色的配合有关（颜色对比强烈时反应时间短）；（7）反应时间与年龄有关（年龄增加，反应时间增加）；（8）反应时间与训练有关（经过训练，反应时间可缩短）。3.2测量疲劳的方法有哪些？请结合资料查阅，阐述目前国内外先进的测量方法及其原理，了解我国在这方面的研究和应用情况。答：测量疲劳的方法主要有：测定心率、呼气分析、触两点辨别阈、膝腱反射阈、反应时间测定、频闪融合阈值测定、皮肤电流测定及疲劳测量量表等。国内外先进的疲劳测量方法及其原理：随着传感器技术、信号处理与人工智能的发展，疲劳测量方法已从传统的心率、频闪融合阈值等单一指标，向多模态、非接触、智能化方向演进。脑功能成像技术（如功能性近红外光谱，fNIRS）可实时监测大脑皮层血氧浓度的变化，反映中枢疲劳的神经活动特征。多模态生理信号融合方法将脑电图（EEG）、心电图（ECG）、表面肌电图（sEMG）及眼动参数等同步采集，通过特征级或决策级融合，弥补单一指标的非特异性和滞后性，显著提高疲劳判别的准确性。可穿戴生物传感器（如柔性皮肤贴片、智能织物）能够在不影响作业的前提下连续监测心率变异性、皮电反应、肌肉活动等参数，实现现场作业疲劳的实时预警。非接触式视觉分析技术利用高清摄像头采集面部视频，通过计算机视觉提取眨眼频率、闭眼时长、哈欠频率及面部表情变化等特征，结合深度学习模型判定疲劳等级，该方法无须佩戴任何设备，适用于驾驶、监控等特殊岗位。此外，生物化学标志物检测（如唾液、尿液中的乳酸、皮质醇及特定代谢产物）可通过质谱分析实现疲劳状态的客观量化，为法律或管理层面的疲劳认定提供依据。我国在该领域的研究与应用情况：我国在作业疲劳测量方法领域开展了系统深入的研究，并取得显著进展。在科研层面，多项国家自然科学基金、国家重点研发计划及科技创新2030重大项目持续资助高校与科研机构，重点攻关基于脑电/近红外的中枢疲劳检测、基于可穿戴传感的边缘计算、基于深度学习的多源信息融合等关键技术。在应用层面，疲劳检测技术已逐步进入交通、航空、医疗、制造业等高危行业。例如，民航系统开展了飞行员脑力疲劳的便携式脑电与眼动联合监测研究；汽车制造企业试点利用面部三维特征与深度学习算法评估生产线工人的疲劳状态；部分医院探索通过唾液生物标志物辅助判断手术医师的疲劳程度，以降低医疗差错风险。此外，钢铁、煤矿等重体力作业集中的行业，已与高校合作开展基于心率变异性与表面肌电的现场疲劳监测系统示范应用，初步实现了疲劳风险的实时预警与作业排班的优化调整。总体而言，我国在疲劳测量技术的理论研究、样机研发及行业验证方面已形成较为完整的创新链条，部分成果达到国际先进水平。3.3论述技术革新对作业者和作业能力提升的影响。答：技术革新通过机械化、自动化、智能化手段，以及改革工具和设备设计，能够有效提高作业效率、减轻作业强度、减少静态作业成分，从而提升作业者的工作能力和作业安全性。3.4试举例说明疲劳对安全作业的影响。答：疲劳对安全作业的影响主要表现为生理疲劳和心理疲劳两个方面。生理疲劳时“感觉机能弱化，视觉与听觉的敏锐度降低，可能发生错觉，疲劳使反应迟钝，动作准确性下降”，心理疲劳则“注意力不集中，思维迟缓，懒于思考，情绪低落”，且“在一些危险性较高的行业或作业中，往往是导致安全事故的潜在因素”。例如，长途汽车驾驶员因长时间驾驶产生生理疲劳，反应时间延长、视觉敏锐度下降，可能无法及时发现前方突发情况而引发追尾事故；建筑工地的高空作业人员在高温下连续作业后出现心理疲劳，注意力涣散、情绪烦躁，在移动或挂安全带时操作失误，易导致高处坠落；机床操作工在夜班或重复性作业中因疲劳导致手眼协调能力降低、误触开关，可能造成肢体伤害。这些事例表明，疲劳显著削弱作业者的感知、判断和操作能力，是诱发不安全行为和生产安全事故的重要原因。

第4章4.1已知某工人年龄为35岁，体重为70公斤，请计算其最大摄氧量（mL/N·min），并转换为绝对数表示的数据（L/min）。答：（1）计算最大摄氧量：V其中A为年龄（岁），代入A=35：V（2）转换为绝对数：V其中W为体重（N）。已知体重为70kg，换算为牛顿（取1kg=9.8N）：W=代入公式：V得到该工人最大摄氧量为4.27mL/（N·min），转换为绝对数为2.93L/min。4.2解释“常量负荷”、“高量负荷”和“超量负荷”在作业生理学中的含义，并分别描述它们的特点。答：（1）常量负荷含义：指作业时摄氧量与需氧量保持平衡的负荷，即需氧量小于最大摄氧量的各种负荷。特点：仅在作业开始后2～3分钟内，因呼吸循环系统暂时不能适应而略欠氧债，其后转入稳定状态。这是人体可以持久作业的最理想状态。（2）高量负荷含义：指需氧量已接近或等于最大摄氧量的负荷。特点：氧债在需氧量上升期间出现，到达最大摄氧量后便维持稳定状态。机体在此负荷下可短时间维持高水平作业。（3）超量负荷含义：指作业强度过大，需氧量超过最大摄氧量，人体一直在缺氧状态下活动，形成较大氧亏，处于“假稳定状态”下的负荷。特点：由于机体氧债能力有限，活动不能持久。作业结束后需较长时间恢复以补偿欠下的氧债。4.3为何说通过测定耗氧量、心率、肌电图、脑电图等人的有关生理学参数，可科学地推断人从事某种活动或操作所承受的生理负荷？这与提高工效和操作安全性有何关系？答：通过测定耗氧量、心率、肌电图、脑电图、频闪值等人的有关生理学参数，可科学地推断人从事某种活动或操作所承受的生理负荷，又可据此合理安排作业定额、作业节奏，从而提高工效和操作安全性。这是因为这些生理学参数能够客观反映人体在作业过程中的功能状态与能量代谢水平。具体而言：耗氧量反映全身能量代谢强度；心率反映心血管系统对负荷的适应程度；肌电图可检测局部肌肉的负荷与疲劳状况；脑电图能评估大脑皮层的兴奋、抑制及意识水平。通过这些指标的变化，可以定量评价作业者的生理负荷大小及疲劳程度，进而为合理安排作业定额、作业节奏提供科学依据。合理的作业负荷安排有助于避免过度疲劳，减少操作失误，从而在提高工作效率的同时保障操作安全性。4.4讨论在高温环境下作业时，人体会经历哪些生理变化，并说明这些变化如何影响工作效率和作业人员健康。请提出至少三项改善高温作业环境的措施。答：高温环境下作业时人体会发生一系列生理变化：体温显著升高（重体力作业时直肠温度可达38~39℃），超过适应限度则作业不能持久；大量发汗导致脱水和电解质紊乱，加重心血管负担；心率加快、心脏负荷增加；疲劳加剧，感觉机能弱化、反应迟钝、注意力不集中，从而降低工作效率，增加操作失误和事故风险，严重时可引发中暑、热痉挛甚至热射病。为改善高温作业环境，可采取以下措施：（1）合理安排工间休息，增加休息频次与时长（如10～30分钟），采取安静休息方式；（2）及时补充水分和电解质，提供含盐饮料或淡盐水以防脱水；（3）改善工作场所通风与降温，安装通风设备、空调或喷雾降温系统，保持空气流通。此外，还可调整作业时间避开高温时段、穿戴防热服等，综合保障作业人员健康与安全。4.5分析工作的生理适应检查在企业中的重要性，并探讨如何通过职位分析来优化作业组合，提高生产效率。答：工作的生理适应检查在企业中的重要性：（1）可以科学选择与合理使用称职作业者，推动人与机械-环境系统的合理关系，并为优化作业组合提供必要的基础资料；（2）为制定合理有效的职业培训计划提供科学依据；（3）为改善工作条件和工作环境奠定良好基础；（4）有利于协调职工之间、上下级及部门间关系，调动积极性，促进目标管理；（5）帮助发现生产过程中的危险性环节和有害环境条件，及早排除隐患，改善作业条件，有助于事故分析；（6）帮助人们选择适合自身特性和条件的职业职务工作。这些均表明生理适应检查是确保作业者胜任岗位、保障安全高效生产的重要手段。通过职位分析优化作业组合、提高生产效率的途径：（1）职位分析能够明确“组织中某个特定职务的设置目的、任务或职责、权力和隶属关系、工作条件和环境、任职资格等信息”，并“确定完成该工作所需的行为、条件、人员”；（2）依据生理适应检查的结果，实现“科学选择与合理使用称职作业者”，使人的生理特性与岗位要求相匹配；（3）“为实行优化作业组合提供了必要的基础资料”，从而合理分配任务、调整作业节奏与负荷、改善人机界面设计，最终达到提高生产效率、保障作业者健康与安全的目的。

第5章5.1坐姿和立姿作业空间布局设计主要包括哪些方面？答案要点：包含坐姿、立姿作业面高度与宽度、作业空间范围、椅面高度及活动余隙、容膝空间、脚作业空间等。5.2如何缓解静态作业产生的疲劳？答案要点：（1）避免静态肌肉受力；（2）避免弯腰提起重物；（3）设计合理的工作台5.3坐姿作业相较于立姿作业的优点？答案要点：坐姿作业能减少了人体的能量消耗，减缓疲劳，持续工作时间长，减轻了腿部肌肉的负荷，减轻了身体重量对双腿的压力，减轻了足踝、膝、髋等关节的压力；身体稳定性好，有利于维持身体平衡，操作精度高；手脚可并用；是比较理想的工作姿势；解放双脚，使腿脚易于参加操作，脚蹬范围广，发挥腿脚的蹬力；相比站立更有利于血液循环和保持身体的稳定，放松了腿部肌肉，使腿部血管内压降低，血液易于向心脏回流，能缓解疲劳。5.4如何合理安排工作时间？答案要点：作业时间设计的考虑因素（1）工作性质和任务要求（2）员工的生理和心理需求（3）法律法规和行业标准（4）企业的运营成本和效率5.5工作座椅设计的要的有哪些？答案要点：（1）座面高度；（2）座深；（3）座宽；（4）人在工作时身体会前倾，若倾角过大，会因为身体前倾而使脊椎拉直，破坏正常的腰椎曲线，所以座椅座面倾角一般小于3°；（5）靠背；（6）靠背与座面夹角；（7）一般坐垫的高度是25mm；（8）扶手高度适宜时不致引起肩部酸痛。5.6请用RULA评价学校教师在讲台上授课的情况，并提出改进建议5.7根据所学内容，设计出一个符合你自己人体工学的椅子（CAD作图，标注尺寸）5.8根据自己以后职业内容，设计出一个适合的工作台（CAD作图，标注尺寸）答案要点：选择工作台类型（坐姿工作台、立姿工作台），根据表5-16设计工作台对应尺寸。5.9案例分析：土工试验不扰动土取样实验室作业空间设计土工实验室主要对送来的土样进行含水率、密度和黄土湿陷性试验等。该实验室的整体布局图见图。现存问题：（1）各平面削平过程中所使用的削刀为直板刀，而所取土样形状为圆柱形状，这样在取土样过程中，效率会降低，很大一部分时间会用于修正土样的外边形状。（2）装土样的铝桶放置在地面上，操作工人如果需要铝桶，必须弯腰拾取。长时间进行弯腰动作，对于工人本身的疲劳程度会增加。另外，铝桶的放置地点集中在地面和工作面之上，很大程度影响了操作工人的工作效率。（3）两名操作工人面对面进行操作时，由于操作面物品的摆放原因，时常会出现操作过程中物品摆放发生冲突的问题，这样极大地影响了工作效率。请根据所学内容，提出改善方案回答要点：根据作业空间设计、作业姿势设计、作业台设计等方面提出改善建议。5.10世界上很多非常知名的设计师设计的座椅，例如意大利设计师AG弗龙佐尼设计的座椅（如图所示），从人体工程学的角度看，并不完全符合人体工程学，但却在世界范围内获得了大众消费者的认可，取得了成功，你怎么看？回答要点：分析不符合和符合人体工程学的点。

第6章6.1热感觉和热舒适有何区别和联系？答：热感觉和热舒适的区别：（1）热感觉：人对热环境“冷”或“热”有意识的主观描述；（2）热舒适：人对周围热环境的主观满意度评价。热感觉和热舒适的联系：热感觉是判断热舒适的核心基础，适宜的热感觉是达到热舒适的必要条件。6.2举例说明人体温调节的方式。答：人体温调剂的方式主要包括以下几个方面：（1）出汗调节；（2）血液流动调节；（3）冷颤调节；（4）行为性调节。6.3为什么人体对冷感觉的反应比对热感觉的反应更敏感？答：冷感受器的位置分布和密度分布决定了人体对冷感觉的反应比热感觉的反应更灵敏，主要体现在：（1）冷感受器的分布密度高于热感受器10倍；（2）冷感受器紧贴表皮层，热感受器的位置在真皮层的上部。6.4人体与周围环境换热受哪些因素影响？哪些因素由环境决定？哪些因素由人体本身决定？答：人体与环境之间的热交换主要有辐射、对流、蒸发、传导。影响因素可分为与周围环境相关因素、与人体自身生理活动有关因素、环境与人体的中介即服装基本热阻因素。由环境决定的因素包括：空气温度、相对湿度、环境折算温度、综合显热换热系数。由人体本身决定的因素包括：新陈代谢率、对外做机械功（或者相应的机械效率）、皮肤表面的平均温度、皮肤湿度。6.5主要的人体热舒适理论有哪些？代表学者分别是谁？答：（1）Humphreys提出了“适应性假说”，即人们对环境温度的生理适应会影响人体的热中性温度。（2）deDear和Brager认为，在建筑环境中人不再是给定热环境的被动接受者，人与环境是相互作用的，人是其中的主动参与者。“适应”是指在重复冷热刺激下人体反应的逐渐削弱。他们将人对环境的适应性分为3种方式，即行为调节、生理适应和心理适应。人们可以通过这3种方式的反馈循环，在某种程度上减弱感觉到的热不舒适。（3）Fanger和Toftum提出的热适应模型认为，热期望是解释PMV预测指标在预测非空调建筑内的人体热感觉时出现偏差的原因。通过实验研究否定了感知控制和生理习服的作用，认为行为调节的作用可完全由PMV预测模型解释。（4）其他热适应模型。6.6人体放热发热量和出汗率是否随环境空气温度的改变而改变？答：当活动强度一定时,人体的发热量在一定温度范围内可以近似瞧成常数,但随着环境空气温度的升高,人体的显热散热量会减小,潜热散热量会增加,出汗率增加。环境空气温度变化会改变人体体表总放热量与出汗率，而人体基础代谢产热基本保持稳定。（百度百科，维基百科）6.7人体热感觉描述是否适用PMV指标？PMV描述偏离热舒适状况时有何局限性？答：人体热感觉描述适用PMV指标，但是有一定的局限性。PMV指标代表了同一环境下绝大多数人的热感觉，即用PMV指标可以预测一定变量组合环境下的人体热感觉，但还不能完善地评价热环境，或者说，难以确切地说明某一特定的PMV值究竟意味着什么。每个人都是不同的个体，人的热感觉是有差别的。即使一群人处于同样的热环境条件下，其热感觉也有所不同。6.8常用的测温方法有哪些？答：通风干湿球温度计、双金属片温湿计、热敏电阻式温度计、热电偶。6.9本书在讨论用PMV值评价环境时这样写到：“目前，在许多场合下可以认为PMV值取在-1~+1范围内时，环境可视为热舒适环境。”请问对这段话如何理解？答：它由丹麦的Fanger教授提出，以表征人体对环境热反应的平均感知。PMV的数值范围在-3至+3之间，-3对应极端冷感，+3则代表极端热感。该指标考虑了环境因素如空气温度、相对湿度、空气流速和平均辐射温度，以及人体因素，如代谢率和衣物的热阻。PMV通过人体热负荷TL来衡量，这是人体产热量与散热量之间的差值。在热平衡状态下，人体热负荷小，处于舒适状态。相反，若热负荷大，人会感到不舒适。6.10人体热调节的控制分系统包括哪几个控制元件？请给出它们的数学表达式。答：人体热调节的控制系统包括感受器、控制器和效应器三个控制元件。（1）温度感受器：f式中，fa为温度感受器输出信号，τr与τd为时间常数；Kr为增益系数，X为三维空间坐标；（2）温度控制器：f式中，fej为温度控制器输出信号（j=1，为代谢产热；j=2，为血管运动；j=3，为出汗）；Cj为感受器与效应器空间坐标间的匹配矩阵（这里j的含义同上）；fa为温度感受器输出信号；Y为效应器三维空间坐标；X为三维空间坐标；τ（3）效应器：F式中，Fj为效应器输出信号（j的含义同上）；Kfj为各种效应器的增益（j的含义同上）；τe为效应器时间常数；fej为温度控制器输出信号；6.11室内热湿环境的形成及其受到的影响主要有哪些？答：室内热湿环境由空气温湿度、辐射、气流共同形成。室内热湿环境主要受外扰：室外空气温湿度、太阳辐射、风速、风向变化及邻室空气温湿度和内扰：室内设备、照明、人员活动等共同影响。6.12哪些环境因素会影响体温调节？如何影响？答：（1）空气温度：空气温度在25℃左右时，脑力劳动的工作效率最高；低于18℃或高于28℃，工作效率急剧下降。（2）气流速度：空气流速会影响人体的对流换热及皮肤蒸发传质传热，从而影响人体热舒适。（3）空气相对湿度：空气湿度会直接影响人体皮肤的蒸发散热，从而影响人体的舒适性。（4）平均辐射温度：当平均辐射温度较高时，人体通过辐射方式散失的热量减少，可能导致体温升高；反之，当平均辐射温度较低时，人体通过辐射方式散失的热量增加，可能导致体温下降。（5）操作温度：操作温度直接影响人体的热舒适性。（6）对流换热系数：当人体处于高温环境中时，对流换热系数增大有助于加快人体与周围环境的热量交换，促进散热，从而维持体温的相对稳定。6.13高温作业对人体的危害？高温工作对劳动的有何影响？答：高温作业对人体的危害包括：汗闭性热衰竭、热昏厥、中暑。高温工作对劳动的影响包括：高温激发导致人不能全神贯注、降低工作效率、增加事故发生率。6.14低温对人体的伤害?低温对劳动有何影响？答：低温对人体的伤害：在低温环境下工作时间过长，超过人体适应能力，体温调节能力发生障碍，则体温下降，从而影响机体功能，可能出现神经兴奋与传导能力减弱，出现痛觉迟钝和嗜睡状态。长时间低温作业可导致循环血量、白细胞和血小板减少，而引起凝血时间延长，出现协调功能降低。最常见的是肢体麻木，影响着手的精细运动灵巧度和双手的协调动作。手的操作效率和手温及手部皮肤温度密切相关。手的触觉敏感性临界皮温是10℃左右：操作灵巧度的临界皮肤温度在12~16℃之间，长时间暴露于10℃以下，手的操作效率会显著降低。低温作业还可引起人体全身和局部过冷。当全身过冷，会出现皮肤苍白、脉搏呼吸减弱、血压下降。局部过冷最常见的是手、足、耳及面颊等外露部位发生冻伤，严重的可导致肢体坏死。当中心体温降到30℃~33℃时，肌肉由颤抖变为僵直，失去产热的作用。长期在低温高湿条件下劳动，易引起肌痛、肌炎、神经痛、神经炎腰痛和风湿性疾患等。低温对劳动的影响：体温过低，冷暴露对脑功能有一定影响，使注意力不集中、反应时间延长、作业失误率增多。6.15如何加强低温作业和低温天气作业的防寒保暖措施?答：加强低温作业的防寒保暖措施主要包括：人工调节、采用散热器、隔冷和炉火等方法。低温天气作业的防寒保暖措施可通过个人防护，穿戴合适的防寒服装。6.16极端环境的评价方法有哪些？答：极端环境评价分为极端热环境评价和极端冷环境评价两种：（1）极端热环境评价方法：皮肤湿润率、湿球黑球温度、热应力指数、酷热地区的夏季热指标；（2）极端冷环境评价方法：风冷却指数、所需服装热阻IREQ。6.17极端环境下人体工作效率的影响？答：过度的热或冷都会影响人的脑力及体力的工作能力。在寒冷环境中，人的工作能力下降主要是由于生理原因，例如，手指麻木僵硬、关节不灵活等，过多的着装也会影响人的体力活动，使完成精密性技术操作的工作能力有较大下降。在热环境中，体力工作会受到较大影响。6.18高温和低温环境作业时，如何保障作业人员的安全和舒适?答：在高温环境作业时，可通过生产工艺和技术措施、保健措施来保障工作人员的安全和舒适。生产工艺和技术措施主要包括：（1）合理设计生产工艺过程；（2）屏蔽热源；（3）降低湿度；（4）增加气流速度。保健措施主要包括：（1）合理供给饮料和补充营养；（2）合理使用劳保用品；（3）进行职业适应性检查；（4）生产组织措施。在低温环境作业时，可通过以下措施保障作业人员的安全和舒适。（1）低温作业、冷水作业应尽可能实现自动化、机械化；（2）定期对作业工人进行体格检查，做好健康监护工作；（3）提供富含蛋白质的热食；（4）提供室内低温作业的防护措施。

第7章7.1试分析如何减少白天公路隧道进口的暗适应和出口的明适应。答：（1）入口段设置遮光棚或减光格栅，逐步降低亮度，缩小洞内外亮度差；（2）加强入口段照明，采用分段过渡照明（由亮到暗逐级递减），缩短暗适应时间；（3）洞内壁面和路面使用高反射率材料，提高环境亮度；（4）出口设置过渡照明或透光格栅，使亮度逐渐提高，避免突然强光；（5）出口朝向尽可能避开阳光直射方向。7.2.论述眩光对作业的不利影响及针对其所应采取的主要措施。答：不利影响：降低视觉功效和辨认能力，引起视觉疲劳和眼部不适，分散注意力，增加操作差错和安全隐患。主要措施：（1）限制光源亮度，加装遮光罩、格栅或漫射罩；（2）合理布置光源，避免在作业者视线范围内出现高亮度发光体；（3）提高背景亮度，减小目标与背景的亮度对比；（4）采用间接照明，利用反射光使光线柔和；（5）调整视线与光源角度，设置挡光板或防眩光帘幕；（6）作业者佩戴防眩光眼镜。7.3分析为何随着机动车行驶速度的提高，驾驶者的视野范围会变小。答：（1）速度增加时驾驶者注视点前移、注意力集中于远方道路中心，形成“隧道视觉”；（2）高速行驶使周边景物在视网膜上的相对运动角速度增大，成像变得模糊，大脑抑制周边视觉信息；（3）视觉生理特性决定中央凹负责精细辨别，周边视网膜对高速运动物体的分辨能力迅速下降；（4）随车速提高，有效视野角显著收缩，以保证对前方关键信息的快速加工。7.4工厂里的危险品一般都采用什么配色做标志？答：（1）危险警告标志一般采用黄底、黑边、黑图案；（2）禁止、消防和直接危险标志常用红底白字或红圈加斜杠；（3）危险货物包装标志按类别分色：爆炸品用橙红底色，易燃气体或液体多用红底，有毒气体用绿底等；（4）危险区域或障碍物常用黄黑相间条纹表示警示。7.5绿色不易引起人们的视觉疲劳，因此在作业房间内都应采用统一的绿色，这种说法是否正确？请说明原因。答：不正确。（1）绿色虽能减轻视觉疲劳、有镇静作用，但统一使用会造成色彩单调，缺乏必要对比，降低辨别力和警觉性；（2）长时间注视单一色彩会产生视觉适应和色觉疲劳，反而可能增加疲劳感；（3）应根据作业性质、照明条件合理搭配色彩，适当运用冷暖对比和明度变化，以提高舒适度与工作效率。7.6结合实际说明教室内部色彩如何设计。答：（1）天花板使用白色或浅色，增强反射并使空间明亮；墙壁宜用浅米黄、浅绿等低彩度、高明度色彩，减少眩光；（2）黑板周围色彩宜素雅、避免高彩度，以防分散学生注意力；后墙可稍作暖调或活泼配色；（3）课桌椅选用淡雅木色或灰色系，避免刺眼的反光；（4）根据采光方向调节：北向教室可选用暖色调，南向教室宜用偏冷或中性色，地面用中明度色彩。总体遵循“上轻下重、明亮柔和”，保证色彩协调，有利于集中注意力和视觉舒适。7.7简述办公室内照明如何设计。答：（1）保证充足且均匀的照度（一般桌面照度300-500lx），采用一般照明加局部照明结合；（2）防眩光设计：灯具布置避开视线和屏幕反射区，采用格栅灯具或间接照明；（3）色温选择适中的中性白光（约4000K），显色指数Ra>80，利于长时间工作；（4）充分利用自然采光，设置可调节窗帘或百叶窗，避免直射日光和幕布反射；（5）照明控制分区、可调光，适应不同工作场景和个体需求。7.8如何缓解VDT疲劳?答：（1）工作站合理布局：屏幕中心略低于眼高，视距保持50-70cm，屏幕与窗户成直角；（2）调节屏幕亮度和对比度至舒适水平，使用防眩光滤光片，避免屏幕反光；（3）环境照明柔和均匀，避免高亮光源直接入眼，桌面照度适宜；（4）遵循“20-20-20”法则：每20分钟看约6米外远处20秒；（5）定时休息，进行眼部按摩和远方眺望；保持正常眨眼频率，必要时使用人工泪液；（6）采用符合人体工学的座椅和正确坐姿，避免颈肩疲劳。7.9频率在什么范围之内的声音人们可以听到？如果要保证各年龄段的人都可以听见，建议选择什么频率范围的声音？答：人耳可听声频率范围：约20Hz～20000Hz。因年龄增长高频听力下降，为保证各年龄段均可听见，建议选用500Hz～2000Hz或500Hz～4000Hz的中低频，尤其是包含语音主要能量的频段（如1000Hz左右）。7.10外部噪声会干扰教室内同学听讲，这是什么现象，如何改善？答：现象：听觉掩蔽效应，即外部噪声使教师语音被覆盖而难以辨认。改善措施：（1）加强教室围护结构隔声性能，采用密封良好的隔声窗和隔声门。（2）校园规划中教室远离交通干道等主要噪声源，或在之间设置声屏障和绿化带。（3）教室内部使用吸声材料（吊顶、后墙等），降低室内背景噪声和混响，提高信噪比。（4）必要时采用扩声系统以提升语音清晰度。7.11在学习过程中播放音乐是可以提高学习效率的，这种说法是否正确？请说明原因。答：不完全正确，视任务类型和音乐特性而定。对于简单重复性任务或情绪低落时，某些音乐可提升唤醒水平和愉悦感，有助于维持注意力和效率。对复杂认知任务（如阅读、记忆、推理），尤其有歌词的音乐会占用语言工作记忆资源，造成注意力分散，降低学习效率。无歌词、节奏平缓的背景音乐可能干扰较小，但总体非普遍适用，个体差异较大。7.12如何防止工业生产中的噪声性耳聋？答：（1）声源控制：选用低噪声设备，采取消声、减振、阻尼处理；（2）传播途径控制：设置隔声间、隔声罩，安装消声器，车间内进行吸声处理；（3）个体防护：正确佩戴耳塞、耳罩等护听器，并保证全程使用；（4）管理措施：实行轮岗作业，减少暴露时间，对高噪声岗位严格监控暴露剂量；定期进行听力检查，建立健康监护档案。7.13请简述如何减少生产区噪声对生活区的影响。答：（1）合理规划布局：将高噪声车间、设备布置在远离生活区的位置，利用距离衰减；（2）设置隔声屏障：在厂界或传播路径上设立声屏障、围墙、土堤或密集绿化带；（3）建筑隔声：对厂房进行隔声处理，门窗朝向避开生活区，采用消声通风口；（4）声源与传播控制：对主要噪声源加装消声器、隔声罩，集中控制排污放空噪声；（5）管理措施：严格控制夜间作业噪声，安排高噪工序在日间进行，并加强监测。

第8章8.1人机系统安全设计的原则是什么？答题要点：要充分考虑人机系统的相互协调性、安全性等，确保用户与机器之间的安全、高效交互。应遵循以人为本的原则，安全思想贯穿于全过程的原则。8.2显示器设计的原则有哪些？答题要点：（1）显示器所显示的信息要有较好的可觉察性、可辨性；（2）应考虑人接受信息能力的特性；（3）显示信息的量值应有足够的精度和可靠性；（4）有多种显示器的情况下，要根据技术过程、各种信息的重要程度和使用频数来布置；（5）信息编码应尽可能做到统一和标准化。8.3简述数字式显示和指针式模拟显示各有什么优点。答题要点：静态显示中，数字式仪表误读率仅约指针式的十分之一，且认读更快；但若显示变化迅速，超出人眼追踪速度，数字读数会闪烁模糊，难以辨识，此时刻度盘模拟显示反而能提供更可靠的读数。模拟显示不仅可传递精确量化值，还能在多数场景下提供校验性信息。简言之，静态精确测量宜用数字式，动态监测、预测性判读则指针式更佳；而定性显示仅需准确反映运行状态、无需精确定量时，模拟式亦为优选。8.4在设计语言传示装置时应注意哪些问题？答题要点：（1）当需要显示的听觉信息较多时，可以用一个语言传示装置可代替多个音响装置；（2）在有背景噪声的场合，宜采用音响和报警装置；（3）对于引起人们注意的音响显示装置，最好使用断续的声音信号；（4）在小范围内使用听觉显示器时，应注意听觉显示器的多少；（5）当要求听觉显示器传播距离很远和穿越障碍物时，应加大声波的强度，使用较低的频率。8.5控制器的设计原则有哪些？答题要点：（1）控制器设计要适应人体运动的特征，考虑操作者的人体尺寸和体力；（2）控制器操纵方向应与预期的功能方向和机器设备的被控制方向一致；（3）控制器要利于辨认和记忆；（4）尽量利用控制器的结构特点进行控制或借助操作者体位的重力进行控制；（5）尽量设计多功能控制器，并把显示器与之有机结合。8.6设计控制器时应考虑哪些因素？答题要点：（1）控制信息的反馈；（2）控制器的运动方向；（3）控制器上手或脚的使用部位的尺寸和结构；（4）控制器的编码。8.7在什么情况下选用脚动控制器？答题要点：需要进行连续操作，而用手操作不方便的场合。操纵力过大。手的控制任务量过大，不足以完成控制任务时。8.8为什么要对显示器和控制器进行配置设计？答题要点：复杂人机系统通常在较小空间内集中排列多个显示与控制装置。配置设计不仅能使各自性能最优，还能使彼此配合最优。保证运动协调性、空间协调性、习惯协调性、编码协调性，防止紧急情况下误操作。8.9新型的控制装置有哪些？答题要点：语音控制装置：通过语音识别将声音指令转为机器动作。眼动控制装置：基于眼球追踪技术，通过注视点/眼跳等控制设备。脑电波控制器：利用脑电信号（EEG）将意念转为控制指令（脑机接口）。体感控制器：通过动作捕捉技术识别身体运动状态，触发控制功能。8.10什么是虚拟环境，虚拟环境在安全领域有何作用？答题要点：虚拟环境是由计算机生成的、与现实世界相对应的可视化三维数字模拟空间。在安全领域的作用：对突发事故进行模拟，实现事故预警和科学现场指挥决策。为应急预案演练提供全新的训练模式（降低成本、提高安全性）。制订灵活、高效的现场救援方案。提高事故调查的科学性和权威性。

第9章9.1简述人机功能匹配的概念，以及人机功能匹配需要遵循的原则有哪些。答：人机功能匹配是通过权衡人体与机器特性，结合任务需求将系统功能分配给人和机器分别执行的过程。人机功能匹配遵循宜人性原则、经济性原则、安全性原则、剩余分配原则和弹性分配原则。9.2测量心理负荷的方法有哪些?是如何开展的?各自的优缺点是什么?答：测量心理负荷的方法包括主观测量法、生理测量法、双任务测量法。其中，主观测量法通过标准化量表评估主观感受，优点是简便无干扰，缺点是主观性强；生理测量法监测皮肤电、心率、脑电等生理指标；优点是客观实时，缺点是间接关联，易受干扰；双任务测量法同时完成主任务和次任务，通过次任务表现判断主任务负荷，优点是直接客观，缺点是任务易交互干扰，生态效度低。9.3人机交互总是依托人机界面发生，人机界面对交互成功与否具有重要影响，请简述人机界面的分类方式。答：人机界面按属性可分为狭义人机界面、广义人机界面；按设计要素可分为硬件人机界面、软件人机界面。9.4人为差错的辨识方法有哪些?各自有什么优点与不足?答：人为差错的辨识方法HAZOP、SHERPA和TRACEr方法。（1）HAZOP方法：引导词+集体分析；优点：系统性强，发挥集体智慧；缺点：耗时耗力，定性分析；（2）SHERPA方法：层次任务分析+差错分类匹配；优点：结构化清晰；缺点：侧重辨识，不支持概率计算；（3）TRACEr方法：认知过程深度分析；优点：迭代性强，分析深入；缺点：复杂，依赖专业经验。9.5什么是层次任务分析?主要方法有哪些?答：层次任务分析是收集分析用户任务相关数据，深入理解用户目标、执行过程和环境的方法。主要步骤：明确待分析任务内容→剖析任务结构→构建子任务框架→确定任务优先级→整合任务→将任务流程图转换成页面设计。9.6结合实例，阐述认知任务分析(CTA)的概念和步骤流程。答：概念：梳理复杂任务中的人类认知活动（记忆、决策、注意力等），为智