第一章安全人机工程概述.ppt

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1、2023/5/13,1,第一章 概 述,主讲老师：李重情,为什么开设安全人机工程学？,2,2023/5/13,2023/5/13,开篇之例：日常生活中人机学问题,3,在我们的日常生活中，可以说时时处处都存在着人机学问题，包括合理的和不合理的事例。下面列举一些例子，简单地把问题所在点出来：,2023/5/13,例1腰疼沙发,4,城市里有的家庭买了大沙发，豪华气派，可是坐不多久腰部就难受酸疼了，不得不在腰后面垫上一个“靠垫”。为什么?,2023/5/13,5,无论你怎么后靠，腰椎后面总是空着，使脊柱腰椎段向后的弯曲度加大，形成了不正常的腰椎形态，不符合坐姿解剖学要求。,2023/5/13,例2主枕

2、头附枕头,6,一些“上档次”的宾馆里，单人床常配有两个同样的枕头。本意是让习惯低枕头的人用一个枕头，习惯高枕头的人两个枕头叠起来用。“高招”、“损招”!？一般人们对枕头高度要求差别哪有一倍之多呢?其结果是：用一个枕头绝大多数人嫌低，而两个摞起来绝大多数人又嫌高。,2023/5/13,解决方案：,7,其实，只要采用一个稍许高一点的“主枕头”、再配一个较薄的“附枕头”，就能满足多数人的需要。产品应与生理条件相适应,2023/5/13,例3车厢窗户,8,墨绿色的旧式火车，其车厢窗户高度与坐着乘客的胸、肩、头部齐平。打开窗户，在车速6080km/h，即使最闷热的夏季，迎风被吹的乘客也经不住多久，而背风

3、一侧乘客却依然热不可挡。你经历过吗？（上半截窗户是固定的）,2023/5/13,解决方案：,9,其实，把窗户提升到比站立者身高略高一点即可，也不增加生产成本。,2023/5/13,例4脚踏板冲水,10,公共卫生间里水箱拉绳、按钮边上贴着醒目的“便后冲水”，但是不冲水的现象司空见惯。一方面公众素质有待提高，另一方面主要是拉、按钮不卫生，存在宜人性的问题。脚踏板或自动化冲水就解决了这个问题。,2023/5/13,例5声光控延时开关,11,“节约用电、人走关灯”的字条随处可见，人走楼空后楼道里的照明灯还是彻夜长明。开关都安置在楼道照明灯的就近位置，关了灯，楼道一抹黑，怎么下楼、拐弯、出门呢?,用声光

4、控延时开关，人来灯亮，人走灯灭，可解决问题。,2023/5/13,例6叫壶,12,用普通水壶烧水，若没人守着，水开了可能弄得满屋水气，引起一阵忙乱。用壶盖上装了个小气哨的“叫壶”烧水，即可避免这种忙乱。在人机学里，叫做“人机界面”得到了改善，从而使得产品更为“宜人”。,2023/5/13,例7图书馆长条形桌案问题,13,不少学校的图书馆阅览室里，座位安排在长条形桌案相对着的两侧。但阅读中也难免要停下来略事思索，于是把头抬了起来，倘若正巧此时对座的那位也抬起了头，不经意间互相目光交接，双方都觉得尴尬。这就是设计心理学方面的问题。,2023/5/13,例8不同的颜色问题,14,银灰色或蓝色发亮的小

5、塑料袋里装着药片，药片的服用量、服用方法都用小字印在包装袋上，包装袋闪闪发光，文字和底色的对比又弱，也许年轻人还行，中老年人想看清上面的说明确实费劲。,例9 行李箱的滚轮,当你托着大行李箱出行时，是不是很感慨它的沉重？！特别是固定方向轮的行李箱。,2023/5/13,例10形形色色的剪刀,16,被剪对象有大有小、有硬有软、有的要剪复杂的形状且要求特别精细、有的要伸入孔洞或拐进尖角去剪，。所以要达到人机学使用“安全、舒适、高效”的目标，剪刀刃片的形状和尺寸、把手的形状和尺寸，有很多解剖学、生理学的考究。,2023/5/13,例11带“耳朵”的垃圾箱,17,北京市推出了一种“带耳朵的垃圾箱”，一个

6、“耳朵”里装有卷纸，供欲吐痰者取用。另一个“耳朵”是投放烟蒂的烟蒂缸，里面装有沙子，供人用来抿灭烟头。,2023/5/13,小 结：,18,大学生活环境中的人机学问题比比皆是:床柜转椅、寝室水房、电脑手机、超市网吧、实习工厂、银行邮局、实验室、图书馆、运动场.总之日常生活中的人机学问题无处不在。道路交通、家居生活、生产作业等等随处都充满了人机工程的实例，有的逐渐完善、有的有待解决，最终都是为人类安全、舒适和生产高效服务。,课程目标,通过本课程的学习，能掌握安全人机工程学的基本概念和基本理论，深刻领会人机界面、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

7、安全人机系统设计、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。,2023/5/13,19,课 程 章 节,第一章 概述第二章 人体的人机学参数第三章 工作空间设计教材chap5.2第四章 人的生理和心理及人体生物力学特性第五章 安全人机功能匹配第六章 安全人机系统中的作业环境教材chap5.5第七章 人机系统的安全设计 第八章 安全人机工程学的应用,2023/5/13,21,第一节 安全人机工程学的形成与发展第二节 安全人机工程学的研究内容与研究方法第三节 人机关系与人机系统概述,第一章 概述,2023/5/13,22,第一节 安全人机工程学的形成与发

8、展,一、人机工程学的定义1、定义：人机工程学是研究工作环境中人的解剖学、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，研究人在工作和生活中怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的科学。国际人机工程学学会（IEA）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,2023/5/13,23,第一节 安全人机工程学的形成与发展,中国企业管理百科全书将人机工程学定义为：研究人和机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器与环境系统适合人的生理、心理等特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。,2023/5/13,24,第一节 安全人机工程学的形成与发展

9、,2、学科名称Ergonomics 英国莫瑞尔/西欧Human Engineering 美国Human Factors Engineering 美国人间工学 日本 苏联“人体工程学”、“宜人学”、中国“人因工程学”、“人类工程学”中国“工效学”、“人机工程学”中国,2023/5/13,25,第一节 安全人机工程学的形成与发展,二、安全人机工程学的内涵1、安全人机工程学：以系统论、控制论和信息论为理论基础，从人的生理、心理、生物力学等方面去研究在发挥机器、设备高效率的同时，如何使其与人达到和谐匹配，确保人的安全和健康的问题。人机工程学的一个应用学科的分支。,2023/5/13,2、安全人机工程学

10、与其他科学的关系,工程技术科学安全工程学,安全心理学人体测量学、生物力学,工效人机工程安全人机工程学,生理卫生、医学、环境科学,安全人机工程和工效人机工程都是人机工程学的重要分支。安全人机工程以安全为目标、以工效为条件；工效人机工程以安全为前提、以工效为目标的。,2023/5/13,工程技术科学安全工程学,安全心理学人体测量学、生物力学,2、安全人机工程学与其他科学的关系工效人机工程,安全人机工程学生理卫生、医学、环境科学,安全心理学是安全人机工程的理论基础之一。安全人 机工程是考虑“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。,2023/5/13,工程技术科学安全

11、工程学,安全心理学人体测量学、生物力学,2、安全人机工程学与其他科学的关系工效人机工程,安全人机工程学,生理卫生、医学、环境科学,人体测量学、生物力学为人机设计提供科学依据。人体测量学是根据人体静态和动态尺寸的测量资料，为人机系统设计提供科学依据。人体生物力学是研究人体这系统运动规律的学科，给人机系统的安全带来保证。,2023/5/13,工程技术科学安全工程学,安全心理学人体测量学、生物力学,2、安全人机工程学与其他科学的关系工效人机工程,安全人机工程学,生理卫生、医学、环境科学,生理学、卫生学、医学及环境科学研究人体各方面的机理、机能和效率，以及各种环境对人体的实际影响，都是安全人机工程的基

12、础依据。安全人机工程需要从人体生理过程、引起职业病原因和人体解剖学原理等方面进行分析，提高人机结合面的质量，以达到保障人的安全和保证人机系统的工作效率。,2023/5/13,工程技术科学,安全工程学,人体测量学、生物力学,安全心理学,2、安全人机工程学与其他科学的关系工效人机工程,安全人机工程学,安全工程学分为：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。,生理卫生、医学、环境科学,2023/5/13,2、安全人机工程学与其他科学的关系,工程技术科学,安全工程学,人体测量学、生物力学,安全心理学,工效人机工程,安全人机工程学,安全人机工程是研究如何让工程技术设计适合于人的使

13、用和避免危害。,生理卫生、医学、环境科学,2023/5/13,32,第一节 安全人机工程学的形成与发展,三、人机工程学的发展简史,经验人机工程学,科学人机工程学,现代人机工程学,1.经验期：1945。三大实验（疲劳试验、铁秋作业试验、砌砖作业试验）,2.创建期：19451960，第二次世界大战期间起，新式武器和装备的功能研究。,3.成熟期：1960，宇航技术的研究。,2023/5/13,33,第一节 安全人机工程学的形成与发展,三大实验肌肉疲劳试验：1884年德国学者莫索对作业的人体通微电流，随着人体疲劳程度的变化，电流也随之变化，故可用不同的电信号来反映疲劳程度。铁秋作业试验：1898年美国

14、学者泰勒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，但实验表明，铲煤量为10kg的铁锹作业效率最高。终于找出了铁锹的最佳设计。砌砖作业试验：1911年吉尔伯勒斯他用快速摄影机对美国建筑工人砌砖作业进行了试验研究，通过对动作进行分析，去掉多余无效动作，最终提高了工作效率，使砌砖速度由120块/h提高到350块/h。,2023/5/13,34,第一节 安全人机工程学的形成与发展,1、经验期自从有人类社会以来，就有了人和器具的最原始的人机关系。在古代虽然没有人机学研究方法，但所创造的各种器具，是符合人机工程学原理的，如：旧石

15、器时代所创造的石刀、石斧等狩猎工具，大部分是直线形状；到了新石器时代,工具就逐步变得更适合人使用了。,2023/5/13,35,第一节 安全人机工程学的形成与发展,石头打制工具,2023/5/13,36,第一节 安全人机工程学的形成与发展,图 古埃及石刻,古埃及石碑雕刻的器皿造型,可以很清楚地看出古埃及人已经开始考虑人机关系了。,2023/5/13,37,第一节 安全人机工程学的形成与发展,经验人机工程学：这些工具由于人的使用和改进，由简单到复杂逐步科学化。在我国的古典家具中，如太师椅、茶几等可以很明显地看到人机理念的影子，如图所示。,2023/5/13,图 翘头案、八仙桌、太师椅、罗汉床，,

16、38,第一节 安全人机工程学的形成与发展,2023/5/13,39,第一节 安全人机工程学的形成与发展,16世纪,8世纪,2023/5/13,40,第一节 安全人机工程学的形成与发展,2023/5/13,41,第一节 安全人机工程学的形成与发展,2023/5/13,42,第一节 安全人机工程学的形成与发展,我国指南车，它的传动机构运用了力学和反馈原理，与现代人机工程学的原理相吻合。这种实际存在的人机关系及其发展，我们把它称为经验人机工程学。,三国时指南车（模型）,2023/5/13,43,第一节 安全人机工程学的形成与发展,2、创建期第二次世界大战期间，由于战争的需要，许多国家大力发展新式武器

17、和装备。但由于忽视了其中“人的因素”，因而由于操作失误而导致失败的教训屡见不鲜。如，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，及由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理而造成战斗命中率低等现象经常发生。,2023/5/13,44,第一节 安全人机工程学的形成与发展,2023/5/13,45,1945年美国军方成立工程心理实验室；1949年人机工程研究会在英国成立，第一本有关人机的书应用经验心理学：工程设计中的人因学出版；1950年英国成立了世界上第一个人类工效学会；1957年9月美国政府出版周刊人的因素学会；1961年国际人机工程协会成立。,第一节 安全人机

18、工程学的形成与发展,2023/5/13,46,第一节 安全人机工程学的形成与发展,3、成熟期到1960年代，欧美各国进入了大规模的经济发展时期，由于科技进步，人机工程学获得了更多的发展机会。如，在宇航技术的研究中，提出了人在失重情况下如何操作，在超重情况下人的感觉如何等新问题。如，下图为在这个时期美国亨利德累夫斯（Henry Deryfuss）事务所的人机学实验。,太空风洞试验,2023/5/13,47,人类空间站的建立；计算机和计算机工程的应用；药物器械设计和老年人产品设计；人的生活和工作质量设计。,第一节 安全人机工程学的形成与发展,2023/5/13,48,第一节 安全人机工程学的形成与

19、发展,2023/5/13,49,第一节 安全人机工程学的形成与发展,2023/5/13,2023/5/13,2023/5/13,我国人机发展进程,1981年我国相应成立中国人类工效学标准技术委员会。1982年在日本东京举行第八次国际人机工程会议，我国第一次派人参加。1989年成立中国人类工效学学会。1991年1月成为国际人类工效学协会正式成员。,第一节 安全人机工程学的形成与发展,2023/5/13,一、研究对象1、人（Man）：活动的人体，操作者、使用者、安全主体；2、机(Machine)：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。3、人机结合

20、面：人和机在信息交换和功能上接触或互相影响的领域（或“界面”）。,第二节 研究内容与研究方法,2023/5/13,54,人机系统：人子系统机器子系统人机界面 人机系统基本模式,第二节 研究内容与研究方法,2023/5/13,55,第二节 研究内容与研究方法,二、研究内容1、人的因素方面主要包括人体生理、心理、人体测量及生物力学、人的可靠性；2、机的因素方面主要包括物质性能、作业方式、安全条件等；3、环境因素方面主要包括采光、照明、尘毒、噪声等对影响人的因素；4、人机系统的综合研究研究人机系统的整体设计；岗位设计；显示器设计；控制器的设计；环境设计；作业方法及人机系统的组织管理等。,2023/5

21、/13,56,第二节 研究内容与研究方法,目前人机工程学的前沿领域研究包括：,人机关系；人与环境关系；人与生态；人的特性模型；人机系统的定量描述；人际关系、团体行为、组织行为、心理状态等方面的研究。,2023/5/13,三、研究目的、任务和范围1、主要目的对人机系统建立合理的方案，更好地在人机之间合理地分配功能，使人和机有效结合、发挥人的作用、最大限度地为人提供安全卫生和舒适的环境、达到保障人的健康、舒适、愉快地活动的目的，同时提高活动效率。机的效能不但取决于它本身的有效系数、生产率和可靠性等、而且还取决于是否适应人的操作要求、机的信息传递方式和操纵装置的布局等。,第二节 研究内容与研究方法,

22、2023/5/13,2、主要任务建立合理可行的人机系统，更好地实施人机功能分配，更有效地发挥人的主体作用，实现人机系统的安全、舒适和高效，为工程技术设计者提供人体合理的理论参数和资料，如：1）人体作业的舒适范围（最佳状态）；2）人体的允许范围（保证工作效率）；3）人体的安全范围（不致伤害的最低限度和要求）；4）一切安全防护设施如何适应人的各种使用要求等。,第二节 研究内容与研究方法,2023/5/13,3、研究范围 主要有：1）研究人机系统中人的各种特性；生理特性和心理特性。生理特性：人体的形态机能，静态及动态人体尺度，人体生物力学参数，人的信息输入、处理、输出的机制，人的操作可靠性的生理因素

23、等。心理特性：人的心理过程与个性心理特征，人在劳动时的心理状态，安全生产的心理因素和事故心理因素等。这些特性是安全人机工程学的基础理论部分，是解决安全工程技术问题的主要依据。,第二节 研究内容与研究方法,2023/5/13,2）研究人机功能合理分配 主要有：人和机各自功能特性参数、适应能力和发挥其功能的条件，各种人机系统人机功能分配的方法等。3）各种人机界面研究主要有：机器显示装置与人的信息通道特性的匹配、机器操纵器与人体运动特性的匹配和显示器与操纵器性能的匹配等，从而针对不同的系统研究最优的显示。,第二节 研究内容与研究方法,2023/5/13,Eg、在生活和生产中数量最多的是工具类人机界面

24、，主要研究其适用性和舒适性，即如何使其与人体的形态功能、尺寸范围、手感和体感等相匹配。对于环境：主要研究作业的物理环境、化学环境、生物环境和美学环境等对人的影响程度、阈值范围和控制手段。4）作业方法与作业负荷研究作业方法研究：作业姿势、体位、用力、作业顺序、合理工具等，以消除不必要的劳动消耗。,第二节 研究内容与研究方法,2023/5/13,作业负荷研究：主要侧重于体力负荷的测定、建模(建立各种作业的生物力学模型)、分析，以确定合适的作业量、作业速率、作息安排以及作业疲劳及其与安全生产的关系等。5）作业空间分析研究主要研究：为保证安全高效作业所需的空间范围。包括人的最佳视区、最佳作业域、最小的

25、装配作业空间以及最低限度的安全防护范围等。,第二节 研究内容与研究方法,2023/5/13,6）事故及其预防研究据统计，近80的事故是由于人为失误导致。因此，事故及其预防研究既是安全人机工程学的立足点，也是其根本目的，即研究产生事故的各种人的因素、人的误操作分析与预防措施等。,63,第二节 研究内容与研究方法,2023/5/13,64,第二节 研究内容与研究方法,四、安全人机工程学的研究方法1、实测法：利用器具、设备而进行实际测量的研究方法。2、实验法：在人为设计的环境中，测试实验对象的行为。3、分析法：通过观察、记录被观察者的行为表现、活动规律等，然后进行分析的研究方法。,1）人体尺寸实测法

26、；2）心理实测法。,2023/5/13,65,第二节 研究内容与研究方法,4、调查研究法（Survey)5、计算机仿真法(Simulation)6、感觉评价法(Sensory inspection)7、图示模拟和模型试验法(model),2023/5/13,66,第二节 研究内容与研究方法,研究车辆碰撞的人机系统的模拟与模型,2023/5/13,67,第二节 研究内容与研究方法,研究宇航员生理、心理能力测量装置框图,2023/5/13,68,第二节 研究内容与研究方法,驾驶员眼动规律实验装置,2023/5/13,69,第二节 研究内容与研究方法,模拟仿真,2023/5/13,70,第二节 研究

27、内容与研究方法,模拟驾驶,运动计算与仿真,2023/5/13,71,第二节 研究内容与研究方法,人体动作分析仿真图形输出,2023/5/13,72,第二节 研究内容与研究方法,能自学飞行的无人直升机,2008年9月，斯坦福大学的计算机科学家研制出一种能够让无人驾驶直升机自学飞行的人工智能系统。有了这个系统，无人驾驶直升机便可上演与其他飞机同样的飞行动作。如果有机会参加航空展，这种无人驾驶直升机可通过观察学会并表演所有高难度特技飞行。,2023/5/13,73,第二节 研究内容与研究方法,近期国内外人机工程学研究的方向归纳如下：1、工作负荷研究，包括体力活动、智力活动、工作紧张等因素引起的生理负

28、荷和心理负荷。2、工作环境的研究，包括各种工作环境条件下的生理效应，以及一般工作与生活环境中振动、噪音、空气、照明等因素的人因工程学的研究。3、工作场地、工作空间、工具装备的人机工程学研究。4、信息显示研究，特别是终端显示中人的因素研究。5、计算机设计与人机工程学研究。6、工作成效的测量与评定。7、机器人设计的智能模拟等。8、人机环境系统中心理学的研究。,五、安全人机工程学的应用,从铅笔到航天飞机,第二节 研究内容与研究方法,2023/5/13,第二节 研究内容与研究方法,铁锹,2023/5/13,77,第三节 人机关系与人机系统概述,一、人机关系（一）人机关系即人在作业过程中与作业工具、对象

29、发生的联系。（二）人是人机关系中的主体在任何人机系统中，人永远是发挥着主体的作用。（三）人机关系的最佳匹配机宜人人适机,2023/5/13,78,第三节 人机关系与人机系统概述,二、人机系统由人和机按一定的关系组合而成的集合体。（一）按有无反馈控制作用分类闭环人机系统开环人机系统（二）按人机系统自动化程度分类人工操作系统半自动化系统自动化系统,2023/5/13,79,第三节 人机关系与人机系统概述,人工操作系统例如，木工作业、手工造型等。,2023/5/13,80,第三节 人机关系与人机系统概述,半自动化系统人操纵具有动力的设备工作。如，操纵机床加工零件，驾驶汽车、火车等。,2023/5/1

30、3,81,第三节 人机关系与人机系统概述,2023/5/13,82,第三节 人机关系与人机系统概述,三、人机功能匹配（一）人与机器功能特性的比较,2023/5/13,83,第三节 人机关系与人机系统概述,（二）人与机器功能分配1.人机功能分配的影响因素人和机器的性能特点；人的个体差异和群体差异；人和机器对突发事件的反应能力差异；机器代替人的效果，可行性、可靠性、经济性的比较。,2023/5/13,84,第三节 人机关系与人机系统概述,2.人机功能分配的一般原则机器承担笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算的、支付大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以及需要检测人不能识别的物理信号的作业人承担 指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息输入时，机器系统的监控、维修、设计、创造、故障处理及应付突然事件等工作,2023/5/13,85,作业,何谓安全人机工程学，其研究对象是什么。安全人机工程学研究的内容有哪些。,