《安全人机工程学》课件(第一章)

1、安全人机工程学,2010.3.,第 1 页,课 程 简 介,安全人机工程学是从安全的角度研究人与机的关系, 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。 立足点放在安全上面，对在活动（含生产活动、生活活动、生存活动）过程中的人实行保护为目的. 主要阐述人与机保持什么样的关系，才能保证人的安全。它作为人机工程学的一个应用学科的分支，以安全为目标、以工效为条件，并与以安全为前提、以工效为目标的工效人机工程学并驾齐驱，而成为安全工程学的一个重要分支学科。,2010.3.,第 2 页,2010.3.,第 3 页,本课程是安全工程专业的专业基础平台课程之一，是该专业的一门必修专业

2、基础课。 该课程从解决“人”与“物”之间界面关系的角度，研究导致活动者伤亡病害等不利的因素作用机理和预防与消除方法的依据等，同时为工程技术设计者提供人体的数据与要求，以这些数据和要求指导工程技术人员进行具体工程设计，从而在实现生产效率的同时确保劳动者的安全，培养学生进行安全人机系统设计、人机系统安全分析与评价的基本能力。这对于安全工程专业学生的学习具有不可替代的重要地位。,一、课程的定位,2010.3.,第 4 页,通过本课程的学习，使学生能掌握安全人机工程学的基本概念和基本理论，深刻领会人机结合面的内涵和人机匹配与安全、工效的辨证关系，掌握对人机系统隐患进行诊断、评价和防范的方法，具有进行安

3、全人机系统设计、人机系统安全分析与评价的基本能力，具有运用安全人机工程原理解决人机系统安全问题的能力。,二、课程的目标,三、研究内容,考虑人的特性和能力，以及人受机器、作业和环境条件的限制。 可将人机学研究的主要内容归纳为四个方面： “人的因素”研究 “机的因素”研究 “环境因素”研究 “综合因素”研究,2010.3.,第 5 页,1、人的因素,结构特征（人体解剖、人体测量） 功能特征（信息感知、处理与执行，或人体感知与运动输出 ） 心理特征 环境适应性,2010.3.,第 6 页,具体内容,人体尺寸参数 主要包括动态和静态情况下人的作业姿势及空间活动范围等，它属于人体测量学的研究范畴。 人的

4、机械力学参数 主要包括人的操作力、操作速度和操作频率，动作的准确性和耐力极限等，它属于生物力学和劳动生理学的研究范畴。 人的信息传递能力 主要包括人对信息的接受、存贮、记忆、传递、输出能力，以及各种感觉通道的生理极限能力，它属于工程心理学的研究范畴。 人的可靠性及作业适应性 主要包括人在劳动过程中的心理调节能力，心理反射机制，以及人在正常情况下失误的可能性和起因，它属于劳动心理学和管理心理学研究的范畴。,2010.3.,第 7 页,2、机的因素,主要考虑机与人的信息交互中，机的设计与布局需充分考虑人的特性和能力，及人受机器、作业和环境条件的限制等因素。,2010.3.,第 8 页,操纵控制系统

5、 主要指机器接受人发出指令的各种装置，如操纵杆、方向盘、按键、按钮等。这些装置的设计及布局必须充分考虑人输出信息的能力。 信息显示系统 主要指机器接受人的指令后，向人作出反馈信息的各种显示装置，如模拟显示器、数字显示器、屏幕显示器，以及音响信息传达装置、触觉信息传达装置、嗅觉信息传达装置等。无论机器如何把信息反馈给人，都必须快捷、准确和清晰，并充分考虑人的各种感觉通道的容量。 安全保障系统 主要指机器出现差错或人出现失误时的安全保障设施和装置。它应包括人和机器两个方面，其中以人为主要保护对象，对于特殊的机器还应考虑到救援逃生装置。,2010.3.,第 9 页,环境因素,环境因素包含内容广泛，地

6、下、地面、高空，直接、间接影响人们的工作、系统的运行，甚至影响人的安全。主要有以下几种： 物理环境 主要有照明、噪声、温度、湿度、振动、辐射、粉尘、气压、重力、磁场等。 化学环境 主要指化学性有毒气体、粉尘、水质以及生物性有害气体、粉尘、水质等。 心理环境 主要指作业空间(如厂房大小，机器布局，道路交通等)，美感因素(如产品的形态、色彩、装饰以及功能音乐等)。此外还有人际关系等社会环境对人心理状态构成的影响。,2010.3.,第 10 页,综合因素,主要应考虑以下几方面情况： 人机间的配合与分工(也称人机功能分配/匹配) ，全面综合考虑人与机的特征及机能，扬长避短，合理配合，充分发挥人机系统的

7、综合使用效能。 人机信息传递 是指人通过执行器官(手、脚、口、身等)向机器发出指令信息，并通过感觉器官(眼、耳、鼻、舌、身等)接受机器反馈信息。担负人机信息传递的中介区域称之为人机界面 人机界面至少有三种。即操纵系统人机界面、显示系统人机界面和环境系统人机界面。目的是使人与机器的信息传递达到最佳，使人机系统的综合效能达到最高。 人的安全防护 人的作业过程中只要出现人机关系不协调，系统失去控制，影响正常作业，轻则发生事故，影响工效，重则机器损坏，人员伤亡。运用间接安全技术措施，使设备从结构到布局，保证危险部位不被人体触及到。常用的方法是设置安全防护空间距离，一是防止人体触及机械危险部位的间隔，也

8、称机械式安全防护距离，它主要取决于人体测量参数；二是使人体免受非触及机械性有害因素影响的间隔，也称传播式安全防护距离。它主要包括超声波危害、电离辐射危害以及尘毒危害等。,2010.3.,第 11 页,安全人机工程学概论 人体的人机学参数 人的生理和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,四、教材内容,2010.3.,第 12 页,2010.3.,第 13 页,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、机的不同特性及人机功能的分配原则。 3、 掌握人体特性参数、人的反应、人体疲劳的测量方法。

9、 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、 具有人机系统安全设计的初步能力。 6、 具备对一般企业中人机系统进行安全检查与评价的能力。,五、课程的基本要求,整个教学过程由课堂授课、实验、作业、自学和选听系列讲座五个环节组成。授课采用多媒体教学形式。 课程教学总时数为34+6学时 课堂理论教学34学时 计划内实验6学时,六、课程学时分配,2010.3.,第 14 页,第一章 内容,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,2010.3.,第 15 页,第一章 概论,第一节 人机工程学

10、 一、人机工程学的起源 起源于欧洲 形成于美国 发展于日本 作为一门独立学科的历史已有50余年,2010.3.,第 16 页,二、学科名称 Ergonomics生物工程学 英国莫瑞尔 /西欧 Human Engineering人类（体）工程学 美国 Human Factors Engineering人因工程学 美国 人间工学 日本 “人体工程学”、 “宜人学”、 “人因工程学”、“人类工程学” “工效学”、 “人机工程学” 中国,2010.3.,第 17 页,三、人机工程学的定义 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，研究人的工作、生活中怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全

11、和舒适等问题的科学。 人机工程学是运用人的生理学、心理学和其它有关学科知识，使机器和人相互适应，创造舒适和安全的工作与环境条件，从而提高工效的一门科学。,2010.3.,第 18 页,四、人机工程学与工业设计关系,1、工业设计Industrial Design 我国曾被称为工业美术设计、产品造型设计、产品设计等。 赋予产品以材料、结构、形态、色彩、表面加工以及装饰以新的质量和性能。工业设计的核心是产品设计。 工业设计不仅涉及到一系列传统学科，如材料力学、结构力学、强度理论等，还涉及到许多新兴学科，如人机工程、价值工程、仿生学、设计美学等。计算机辅助设计（CAD）已成为现代工业设计的最重要的手段

12、。 工业设计的主导思想以人为中心，着重研究物与人之间的协调关系。,2010.3.,第 19 页,人机工程学为工业设计开拓了新设计思路，并提供了独特的设计方法和理论依据。 人体工程学的研究，为工业设计全面考虑“人的因素”提供了人体结构尺度，人体生理尺度和人的心理尺度等数据，这些数据可有效地运用到工业设计中去 为工业设计中“产品”的功能合理性提供科学依据 为工业设计中考虑环境因素提供设计准则,2、人机工程学在工业设计中的作用,2010.3.,第 20 页,五、人机工程学的研究目的 设计机器和设备及工艺流程、工具以及信息传递装置与信息控制设备时，必须考虑人的各种因素-生理的和心理的及人体测量参数、生

13、物力学的需要与可能； 使人操作简便、省力、快速而准确； 使人的工作条件和工作环境安全卫生和舒适； 最终目的是为了使人机系统协调，保障安全健康和提高工作效率。,2010.3.,第 21 页,六、人机工程学的研究方法 实测法（Measure method） 实验法（Experiment method） 分析法（Analysis） 调查研究法（Survey) 计算机仿真法(Simulation) 感觉评价法(Sensory inspection) 图示模拟和模型试验法(model),2010.3.,第 22 页,图1 研究车辆碰撞的人机系统的模拟与模型,2010.3.,第 23 页,控制面板模拟器

14、波士顿爱迪生公司（Boston Edison Company）的”神秘6号”（Mystic #6） 电厂的控制板 MITRE开发,2010.3.,第 24 页,虚拟合作者的运动计算与仿真,2010.3.,第 25 页,2010.3.,第 26 页,2010.3.,第 27 页,七、 人机关系？,1、什么是人机关系？ 当人使用物品时,物品与人产生了的一种相互关系 , 称为人机关系。 （1）人机关系包含的内容有：人机关系中所指的 “ 机 ”除了人们通常所说的机器以外，还包括各种各样的设备、设施、仪器、仪表、工具、器具、 家具、交通车辆,劳动保护用具以及人处的环境等。,2010.3.,第 28 页,

15、以下各图形构成了哪些人机关系？,（1）人与门 （2）人与手把 （3）人与门板 （4）人与门框,2010.3.,第 29 页,乘电梯到某一楼层去的过程存在哪些方面的人机关系？,(1)人与电梯门 (2)人与电梯门按钮开关 (3)人与厢体构成人机关系 (4)人与楼层开关（选择开关）,2010.3.,第 30 页,2010.3.,第 31 页,案例分析,人坐在椅子上的时侯，人体的一些部位与椅子构成了哪些人机关系？ 在设计中，合理的人机关系应该达到高效、健康、舒适、安全的目标。如何实现这种合理的人机关系呢？首先应该明确设计涉及哪些人机关系，其次要考虑这些人机关系涉及哪些因素和技术指标。,人坐在椅子上，人

16、体的一些部位与椅子构成了哪些人机关系？,（1）椅靠背(倾斜度及高度等) （2）椅面的宽度 （3）椅面的长度 （4）椅面的高度,2010.3.,第 32 页,2、人机关系要实现的目标,（1） 高效 在设计中,应该把人和机作为一个整体来考虑,合理或最优地分配人和机的功能,促进二者的协调,提高人的工作效率。 也可通过改变 环境因素来提高工作效率,环境因素包括温度、湿度、噪声、照明、振动、污染和失重等。,2010.3.,第 33 页,2、人机关系要实现的目标,（2） 健 康人机关系所追求的健康,是指在长期操作或使用的情况下,产品对人的健康不会造成不良影响。 （3） 舒 适人机关系中的舒适是指人在使用产

17、品的过程中,人体能处于自然的状态, 操作或使 用的姿势能够在人们自然、正常的肢体活动范围之内, 而使人不致过早地产生疲劳。 （4） 安全 是指在人们的操作使用中,产品对人不构成伤害,产品与人接 触的部分不允许有尖角和锋利的边槽。,2010.3.,第 34 页,右边两图工具，造型结构相似，只是把手进行处理了，比较两图的舒适度。,右图舒适 （1）省力： 因杠杆原理（2）好用上力：把手大小比较合适（3）腰不用弯太深：手柄长度比较合适,2010.3.,第 35 页,3、如何实现合理的人机关系,在产品设计中要注意人机关系。这是设计的核心问题之一。首先要理解人机关系。熟悉人机关系在设计中要实现的目标。了解

18、在设计中如何合理运用人机关系。 在设计中，合理的人机关系应该达到高效、健康、舒适、安全的目标。如何实现这种合理的人机关系呢？首先应该明确设计涉及哪些人机关系，其次要考虑这些人机关系涉及哪些因素和技术指标。在实现合理的人机关系的设计中，我们还应该注意处理好以下几个方面的关系。,2010.3.,第 36 页,（1）、 普通人群与特殊人群 设计参照的标准是依据普通人群的数据确定的，还应充分地考虑特殊人群的特点和需要。 （2）、 静态的人与动态的人（人们使用产品时处于静态和动态两种状态交替 。为了形成良好的人机关系，不仅要使产品符合人体静态尺寸，而且要让人在使用它时，能够方便施力、有足够的空间等。这样

19、的设计有利于减少人体疲劳，提高效率，满足健康、舒适的要求。）,2010.3.,第 37 页,（3）、人的生理需求与人的心理需求 例如：茶座、咖啡厅的设计，应以暖色调为主，空间要小一些，以营造温馨、宁静的效果 。办公室的设计以冷色调为主，空间要简洁明快，以求产生严谨、高效的工作氛围。医院的设计以蓝色、白色为主，使病人产生平和的心态 。 （4）、关注信息的交流 人与产品的互动过程就是人与产品之间信息传递的过程，即人机之间运用信息语言交流的过程。改善信息传递的途径能够获得更好的人机关系。,2010.3.,第 38 页,八、人机系统,人开始使用机器就构成了人机系统。 在人机系统中操纵人员被看作系统中的

20、一个元件，他是通过感觉器官(视、听、触、嗅、味)接收来自机器的信息，了解、解释，或计算，再把结果与过去的经验和策略进行比较，然后作出决策。 作出决策后，人通过控制器官(手、脚等)去操纵机器的操纵器，改变机器运转情况，如此重复不断。 人机系统不是孤立存在的，而是存在于某种环境之中。环境特性影响人的效率和行为。环境因素包括温度、湿度、噪声、照明、加速、振动、污染和失重等。,2010.3.,第 39 页,人机系统的安全需研究的要素,1人的要素。主要考虑人的心理智和生理特点，防止人的“意识中断”或“意识迂回”（走神）时产生的危险。 2机的要素。主要考虑安全预防措施，防止人在能力不足时引起的事故。 3环

21、境要素。主要考虑环境要适合于人的要求，不危害人体健康。 4作业因素。主要从作业方法、作业负荷、作业姿势、作业范围等方面考虑到人能否胜任，能否减轻劳动强度，能否减轻疲劳，对人有否危害等。,2010.3.,第 40 页,第二节 安全人机工程学,一、安全人机工程学的定义 从安全的角度和着眼点，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。 它作为人机工程学的一个应用学科的分支，以安全为目标、以工效为条件，将与以安全为前提、以工效为目标的工效人机工程学并驾齐驱，并成为安全工程学的一个重要分支学科。,2010.3.,第 41 页,人(Man)，是指活动的人体即安全主体 机(Machine)，是广义的，它包括劳动工具、机器（设备）、劳动手段和环境条件、原材料、工艺流程等所有与人相关的物质因素。 人机结合面（Man-Machine Interface）,就是人和机在信息交换和功能上接触或互相影响的