安全人机工程学第一章课件.ppt

安全人机工程,1 绪论,认识人机工程学,人机工程学是研究人、机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科。自从有人类以来，就开始存在着人机关系。人类的生产、生活、科研各行各业都离不开人机工程学，从筷子到航天飞机都涉及人机工程学。1、生活：衣、食、住（家具、家电、建筑）、行（交通）2、生产学习：办公用品、手工工具、各种装备3、科学研究及设备,课程简介,安全人机工程是从安全的角度和着眼点研究人与机的关系，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。,课程内容,安全人机工程学绪论人机工程学基础（包括人机学参数、人的心理因素及运动输出）作业及人体作业特征人机功能匹配 （人机系统及安全） 人机系统的安全设计（包括显示器、控制器、作业姿势设计、作业空间、作业环境设计）人机系统的安全分析与评价,课程要求,1、掌握安全人机工程的基本概念、基本理论，领会“人机结合面”的含义。2、掌握人体参数、人的生理、心理及生物力学特性。3、掌握作业时的生理变化、疲劳的机理、测量及改善方法。4、掌握人机功能特性及人机功能分配原则。5、掌握显示器、控制器、作业姿势、作业空间和作业环境的设计要求与设计方法。6、具备对人机系统进行安全设计的初步能力。7、具备对一般人机系统进行安全检查与评价的能力。,整个教学过程由课堂授课、自学二个环节组成。授课采用多媒体教学形式。 课程教学时间1-9周，总时数34学时考试时间11周,课程学时分配,参考书,撒占友，程卫民安全人机工程学（教材）中国矿业大学出版社欧阳文昭、廖可兵安全人机工程学煤炭工业出版社李红杰、鲁顺清安全人机工程学中国地质大学出版社谢庆森、王秉权安全人机工程学, 天津大学出版社丁玉兰人机工程学，北京理工大学出版社刘东明、孙桂林安全人机工程学中国劳动出版社臧吉昌安全人机工程学化学工业出版社石金涛等安全人机工程学上海交通大学出版社,第一章 绪论,教学要求1、掌握安全人机工程学的定义；掌握安全人机工程学的研究内容；2、理解人机工程学的 定义；理解安全人机工程学的研究目的和研究方法；3、了解人机工程学发展的三个阶段及每一个阶段学科发展的特点,第一章 概 述,1.1 人机工程学1.2 安全人机工程学1.3 安全人机工程学与相关学科的关系1.4 安全人机工程学的学科应用,1.1 人机工程学,人机工程学是研究人、机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科。,二战,人机工程学的起源与发展,经验人机工程学：科学人机工程学：现代人机工程学：,自有人类以来，就开始存在着人机关系人与工具之间的关系。 古代没有系统的人机学，但人类所创造的各种器具，从形状的发展变化来看，是符合人机工程学原理的（图1.1）；经过漫长的发展阶段，工具由于人的使用和改进，由简单到复杂逐步科学化（图1.2、1.3）。这种实际存在的人与工具的关系问题及其发展，称为经验人机工程学。经验人机工程学研究阶段一直持续到二战之前。,古代器物造型,如旧石器时代，石锤、石砧大部分呈直线形状，到了新石器时代石锤、石镰的形状已经更适合人的使用。,旧石器,新石器,图1.1,古代家具,如古代家具就可以很明显地看到人机的理念。而指南车的传动机构，运用了力学知识和反馈原理，与现代人机工程学的原理相吻合。,图1.2 紫檀雕四出头官帽椅,图1.3 我国古代的指南车,经验期中三大实验,从1884年起，在经历工业革命之后，人们所从事的劳动在复杂程度和负荷量上都有了很大变化。改革工具以改善劳动条件和提高劳动效率已经成为一个迫切问题。因此人们开始了对经验人机关系所提出问题的研究，如进行了肌肉疲劳试验、铁锹作业试验、砌砖作业试验等。,经验期中三大实验,1884年，德国莫索（AMosso）对人体劳动疲劳进行了试验研究。对作业的人体通以微电流，随着人体疲劳程度的变化，电流也随之变化。这一实验研究为后来的“劳动科学”打下了基础。,经验期中三大实验,1898年美国泰勒（FWTaylor）从人机学角度出发，对铁锹的使用效率进行了研究。他用形状相同而铲量分别为5kg、10kg、17kg、和30kg四种铁锹去铲同一堆煤，虽然17kg和30kg的铁锹每次铲量大，但实验结果表明，铲煤量为10kg的铁锹作业效率最高。这就是人机工程学过程中著名的“铁锹作业实验”。该试验是关于体能合理利用的最早科学试验。,经验期中三大实验,1911年吉尔伯勒斯（FBGilreth）对美国建筑工人砌砖作业进行了试验研究。他用快速摄影机把工人的砌砖动作拍摄下来，然后对动作进行分析，去掉多余无效动作，把砌砖的基本动作由原来的18个动作减少到4.5个动作（外层砖）或2个（内层砖）最终提高了工作效率，使工人砌砖速度由当时的每小时120块提高到每小时350块。,经验人机工程学孕育期_小结,这一时期研究的核心是最大限度地挖掘人的操作效率。从对待人机关系这个基本方面考察，总体来看是要求人适应于机械设备，即以机械设备为中心进行设计；研究的主要目的是选拔与培训操作人员。这在基本学术理论上与现代人机学是南辕北辙，存在对立的。因此，应该把这段时期看作人机学的孕育期。,经验人机工程学：科学人机工程学：现代人机工程学：,二战时期是人机工程学发展的第二阶段，即人与机械的关系问题，也是人机工程学的创建期。这个时期一直持续到20世纪50年代末。二战期间，许多国家大力发展效能高、威力大的新式武器。但由于忽视了设计中 “人的因素”而导致误操作而失败的教训屡见不鲜（图1.4）。失败的教训使人们逐步认识到 “人的因素”在设计中是不能忽视的一个重要条件，要设计好一个高效能的装备，不仅要有工程技术知识，还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。这种情况下，人机学诞生。,人机工程学的起源与发展,飞机座舱和仪表位置,图1.4 设备设计中人的因素工程,由于战斗机中座舱及仪表位置设计不当，造成飞行员误读仪表和误用操纵器而导致意外事故，或由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理尺寸而造成战斗命中率低等现象经常发生。为了使所设计的武器能够符合战士的生理特点，武器设计工程师不得不把解剖学家、生理学家和心理学家请去为设计操纵合理的武器而出谋献策，结果收到了良好的效果。军事领域中对“人的因素”的研究和应用，使人机工程学应运而生。,P-51野马战斗机机舱内部,科学人机工程学 创建期_小结,与人机学的孕育期对比，学科思想至此完成了一次重大的转变：从以机器为中心转变为以人为中心，强调机器的设计应适合人的因素。,1.2 人机工程学的起源与发展,经验人机工程学：科学人机工程学：现代人机工程学：,到了20世纪60年代，欧美各国进入了大规模的经济发展时期，这一时期，由于科学技术的进步，使人机工程学获得了更多的应用和发展机会（图1.5）；同时，由于控制论、信息论、系统论和人体科学等理论的建立，应用新理论进行人机系统的研究便应运而生，从而使人际工程学日趋成熟。 可以说：人机工程学起源于欧洲，发展于美国，成熟于日本。,现代人机工程学 成熟期,与人机学建立之初强调“机器设计必须适合人的因素”不同，IEA的定义阐明的观念是人机(以及环境)系统的优化，人与机器应该互相适应、人机之间应该合理分工。达到“机宜人”和“人适机”，人机相互适应。人机学的理论至此趋于成熟。,1995年9月创建学会会刊人类工效学 90年代北京航空航天大学首先成立人机工程博士点，多所高校先后成立人机工程专业,学科名称,英国: 莫瑞尔于1949年提出“Ergonomics”词，由希腊词根“ergon ” （工作、劳动）和“nomos ” （规律、规则）复合而成，含义是“人出力正常化”或“人的工作规律”。美国: Human Engineering、Human Factors Engineering（人因工程学）日本:人间工学 中国: 人机工程学在1970年代末才在我国兴起，采用“人类工效学”对外交流。由于该学科主要被用于协调产品与人的关系，因而，普遍采用人机工程学这一名称。常见的名称还有：人类工程学、工程心理学、宜人学等。,人机工程学的命名及定义,本书作为安全工程专业的本科教材，突出基础性和实践性，从该学科的研究目的出发，以“机宜人，人适机”的设计原则为着眼点，关注的是工作、生产等物理系统中人机安全匹配问题，采用“人机工程学”的名称。英文名为“man-machine-engineering”。,2000年国际人类工效学学会(IEA)定义：人机工程学是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相互作用，研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。2008年IEA理事会修改定义为：研究系统中人和系统其他元素之间的相互作用的一门学科，其目的是使人在系统中工作、生活的舒适性与系统总的绩效达到最优。,人机工程学的命名及定义,中国学者一般认为：人机工程学是在以人为本的思想指导下，综合考虑人的心理、生理及能力和需求等因素，研究系统中人、机械、环境相互间的合理关系，依据设备或工具的功能和要求进行人机系统的设计和研究，以保证人们安全、健康、舒适地工作，并取得满意的工作效果的一门科学。,人机工程学的命名及定义,“以人为本”是指以人的生活条件来分析和解决与人相关的一切问题，其核心内容就是尊重人，尊重人的特性和人的本质，把人作为手段与目的的统一,人机工程学的研究内容,人机工程学的研究对象是人机系统，即人机各自的特性、功能和其相互作用及总体功能。研究任务是：解决人与机的关系，改善机械设备发出的信号信息，使人易于辨识，改善机械设备的控制装置，使人易于控制，排除不良环境对人机系统的影响，从而建立一个合理可行的方案使人-机-环境系统达到最优化的配合，充分发挥人与机的作用，做到人尽其力，机尽其用，环境尽其效，使整个系统安全、可靠、高效，以保证操作者在健康、舒适的环境中工作和生活。,人机工程学研究内容,包括人的人机学参数、生理因素、作业特征,例如,人机工程学研究内容,包括显示装置、控制装置等机械设备的设计、安全防护装置,例如,人机工程学研究内容,包括光环境、噪声环境、振动环境、微气候等作业环境,人机工程学研究内容,包括人机匹配、人机界面设计、作业空间设计,例如,1.2 安全人机工程学,1. 安全人机工程学的定义安全人机工程学（Safety Ergonomics）是从安全的角度，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。,安全人机工程的诞生,现代化生产中“机”向着高速化、精密化、复杂化发展，对人的判断力、注意力和熟练程度提出了更高的要求。例如，自动化生产线，虽降低了人的体力劳动强度，但加重了仪表监控者的视力及注意力、判断能力的强度，以及对人的躯体和颈部活动的限制。其结果是：一方面是人始终影响和决定着“机”的性能发挥；另一方面“机”给人类的负担增加了，甚至给人造成危害。因此 “机” 若是忽略了活动者的身心特性、生物力学特征，则“机”的功能既不可能充分发挥，而且还会损害人的健康甚至诱发事故。为了安全生产、生活，就要把人与“机”结合起来考虑，要求在“机”的设计、制造、安装、运行、管理等环节中充分考虑人的生理、心理及生物力学特性，把人机作为一个整体、一个系统加以考虑，不仅要高效地工作，还应要求机保证人处在安全、卫生、舒适的状态。这就促使安全人机工程的诞生。,安全人机工程的研究对象,人(Man)，是指操作者或使用者，即活动过程中的人体，是安全主体。,机(Machine)，是广义的，泛指人可操作与可使用的物，包括劳动工具、机器（设备）、生活用品、设施、劳动手段、原材料、工艺流程、计算机软件和环境条件等所有与人相关的物质因素。,安全人机工程的研究对象,人机结合面就是人和机在信息交换和功能上接触或互相影响的领域。,安全人机工程的研究对象,安全人机工程学的研究目的,研究目的： 对人机系统建立合理可行的方案，根据人和机的功能特点和需求，合理分配，使两者有机结合，发挥各自的最大功效，创造安全、高效、舒适、健康的工作和生产环境。,研究任务： 1、为人机系统设计者提供系统安全性设计，包括人体参数与安全性设计、人的生理和心理因素与安全生产、作业疲劳与安全生产、安全标志和安全色在人机界面中的应用、作业空间安全布局、安全防护装置设计、作业环境优化等。 2、对已有系统进行安全人机分析和评价，查找系统中不符合安全人机设计原则和思想的地方，以提出设计改进意见。,安全人机工程学的研究任务,3.安全人机工程学的研究内容和方法,研究内容 人的因素机的因素环境因素人机系统综合研究,主要包括人体的人机学参数、人的生理、心理因素与安全生产、作业疲劳以及安全生产、人的可靠性,研究内容 人的因素机的因素环境因素人机系统综合研究,主要包括显示装置、控制装置等机械设备的安全设计、安全防护装置、机械设备的可靠性,3.安全人机工程学的研究内容和方法,研究内容 人的因素机的因素环境因素人机系统综合研究,主要包括光环境、噪声环境、振动环境、微气候等作业环境安全设计,3.安全人机工程学的研究内容和方法,研究内容 人的因素机的因素环境因素人机系统综合研究,主要包括人机分工匹配、人机界面安全设计、作业空间安全布局、环境因素对人机系统可靠性的影响等,3.安全人机工程学的研究内容和方法,4安全人机工程学的研究内容和方法,研究方法 （1）调查法（2）实验法,4安全人机工程学的研究内容和方法,研究方法 （1）调查法调查法是指为了达到设想的目的而制订某一计划，全面或比较全面地收集研究对象的某一方面的各种材料，并做出分析、综合，得到某一结论的研究方法。常用调查法有访谈法、电话调查法和问卷调查法。,访谈法研究人员通过与被调查者直接交谈，来探索被调查者的心理状态的研究方法。电话调查法研究人员通过电话向被调查者进行问询，了解所需情况的一种调查方法。问卷调查法问卷即采用书面提问的方式，通过收集资料，做定量和定性的研究分析，归纳调查结论。,安全生产培训调查问卷,4安全人机工程学的研究内容和方法,研究方法 （2）实验法实验法指人们根据一定的科学研究目的，利用科学仪器设备，在人为控制或模拟的特定条件下排除各种干扰，对研究对象进行观察和测试的方法。实验法可分为实验室实验法和自然实验法,实验室实验法指在实验室内利用一定的设施，控制一定的条件，并借助专门的实验仪器进行研究的一种方法。自然实验法在日常生活等自然条件下，有目的、有计划地创设和控制一定的条件来进行研究的一种方法。,模拟实验法在实验室或电脑中先设计出与被研究现象或过程（原型）相似的模型，然后通过模型间接地研究原型规律性的实验方法。模拟实验法可分为物理模拟和数学模拟两种。,研究心理、生理能力测量装置,实测法,驾驶员眼动规律实验装置,实验法,研究车辆碰撞的人机系统的模型和模拟,模拟和模型试验法,人体动作分析仿真,计算机数值仿真法,1.3 安全人机工程学与相关学科的关系,安全人机工程学是作为人机工程学的应用学科和安全工程学的重要分支，是一个跨门类、多学科的交叉科学，与生理学、心理学、人体测量学、劳动学、管理学、组织行为学、数学、色彩学、信息论、控制论、系统论等学科都有密切关系，是一门属于自然科学与社会科学共同研究的综合学科。,安全人机工程学是人机工程学在安全领域的应用和发展，是人机工程学和安全工程学相互交叉而产生的。,1.3 安全人机工程学与相关学科的关系,人机工程学,安全心理学是心理学在安全领域的应用，是安全人机工程学的主要理论基础之一。它研究人在活动过程中的生理心理和社会心理活动，以及信息的接受、储存、加工、传递、处理，以及决策和执行等问题。安全人机工程则是考虑“人的因素”，为人机系统的安全设计、使用、监督、分析、评定和提供宜人依据。因此，安全心理学研究的所有内容，均对安全人机工程产生影响。,1.3 安全人机工程学与相关学科的关系,人机工程学,人体测量学所测得的数据经过统计分析为人机系统设计提供数据资料，是安全人机系统设计的重要依据。人体生物力学研究人体这个生物系统运动规律，保持设计产品在人的承受范围之内，既不超出安全阈值，又尽量避免做无用功，提高工作效率，较少疲劳，保障安全作业。,1.3 安全人机工程学与相关学科的关系,人机工程学,人体生理学是安全人机工程学的研究基础和依据，很多安全人机工程学方面 的问题常需要从人体生理过程、职业病起因和人体解剖学等方面进行分析。,1.3 安全人机工程学与相关学科的关系,人机工程学,安全工程学可以分为：安全管理工程学，安全设备工程学，安全人机工程学和安全系统工程学。,1.3 安全人机工程学与相关学科的关系,人机工程学,均是安全人机工程学的基础依据。,1.3 安全人机工程学与相关学科的关系,人机工程学,1.4 安全人机工程学的学科应用,1.4 安全人机工程学的学科应用,安全人机工程的展望,（1）安全人机工程的研究领域将不断扩大。随着技术、社会、经济的发展，人们对保护自身的安全健康要求日益强烈，促使安全人机工程研究广泛的应用领域，如人与生产工艺、人与操作技能、人与工程施工、人与生活服务、人与组织管理、人与游艺设备、人与运输等要素的相互协调适应问题。这些研究以解决人机系统的安全问题为着眼点，优化人与各相关要素的关系，使机适宜于人。从而使系统达到安全目标和保障工效的目的。由于人的生活、生产、生存领域涉及非常广泛。因此，安全人机工程具有广阔的应用前景。,安全人机工程的展望,（2）安全人机工程的研究范围将日益广泛。安全人机工程涉及到各行各业，几乎渗透到每个人的每时每刻，各个方面，包括人的工作、学习、体育（含健身器）、休闲、旅游、娱乐，以及衣、食、住、行等各种器具、设施都存在一个安全卫生问题，都要求科学化、宜人化。随着人类生活水平的不断提高，安全人机工程的应用领域将会不断扩大和深入发展。,安全人机工程的展望,（3） 安全人机工程在高科技领域中的作用将更为突出。随着微电子、机器人及计算机技术发展以及遥感、遥测、遥控技术等自动化程度的提高，将使人在工作中由操作者变为监控者或监督者，由体力劳动者变为脑体结合或脑力劳动者。今后将有越来越多的智能化机器，然而当一个新产品给人们带来 “福”的同时，也会带来一些危害，这需要有安全人机工程为科技的发展“保架护航” 。使产品从内容上讲是高科技及智能型的，但操作上是简单化即“傻瓜式”的。当这些危害因素被解除或缓解之后，就促进这一新科技的快速发展，相应地推动了社会的前进。,安全人机工程的展望,（4）安全人机工程的有关课题有待深入研究。如目前人体测量仅限于人的肢体测量，而缺乏手掌和手指、脚掌和脚趾的测量数据、疲劳的测试、生理测量、生物力学测量及制定各类安全、卫生标准的生理和心理依据数据，人的潜在危险也有待深入研究。,认识人机工程学,小选手奋力击球记者杨海冬/摄,返回,认识人机工程学,返回,认识人机工程学,返回,认识人机工程学,返回,认识人机工程学,返回,认识人机工程学,返回,