人的生理心理因素及生物力学特性.ppt

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1、第三章人的生理心理因素 及生物力学特性,第一节 人的生理因素与安全 一、人的感知特性 1、人的感觉 人机系统（见图1）人的神经系统结构（见图2）,图1 人机系统图,图 2 人的神经系统结构,神经系统,中枢神经,周围神经,脊髓,按解剖分,脑神经；脊神经,按功能分,感觉（传入）神经,运动神经（传出）,脑：延髓；脑髓；中脑；间脑；小脑；大脑,躯体运动神经（支配骨骼肌),植物性神经（支配内脏器官）,(1)感觉的基本特征人的各种感受器都有一定的感受性和感觉阈限。（表3-1）从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达到一定强度才能对感受器官发生作用。（表3-2）一种感受器官只能接受一种刺激和识别某一种特征，眼睛只

2、接受光刺激，耳朵只接受声刺激。人的感觉印象80%来自眼睛，14%来自耳朵，6%来自其他器官。同时有多种视觉信息或多种听觉信息，或视觉与听觉信息同时输入时，人们往往倾向于注意一个而忽视其它信息，如果同时输入的是两个强度相同的听觉信息，则对要听的那个信息的辨别能力将下降50%，并且只能辨别最先输入的或是强度校大的信息。感觉器官经过连续刺激一段时间后，敏感性会降低，产生适应现象。,表31 刺激及感觉反应,表32 人体主要感觉阈值,(2)知觉的基本特征 人的知觉一般分为空间知觉，时间知觉，运动知觉与社会知觉等，它们有如下共同特征：知觉的整体性（见图3）知觉的理解性（见图4）知觉的恒常性 知觉的选择性（

3、见图5）,图 3 知觉的整体性,图 4 知觉的理解性,图 5 人头托盘双关图,2、人的视觉特性（1）人眼的构造 眼球的基本结构（见图6）眼球的水平解剖图（见图7）（2）视觉的基本参数 波长和强度效应 视角（见图3-1）视力 视野（见图3-2，图3-3）视距（见表3-3）色觉,图 6 人眼球的基本结构,图7 眼球的水平解剖图,图31 视角,图32 人的水平视野和垂直视野,图33 人对不同颜色的视野,表33 几种工作视距的推荐值,（3）常见的几种视觉现象 暗适应与明适应眩光 视错觉（图3-4）,图34 几种常见视觉错误,图 8 一系列视错觉图,图9 视错觉图,（6）视觉运动规律眼睛的水平运动比垂直

4、运动快，即先看到水平方向的东西，后看到垂直方向的东西。视线运动的顺序习惯于从左到右，从上至下，顺时针进行。对物体尺寸和比例的估计，水平方向比垂直方向准确、迅速、且不易疲劳。当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相同的情况下，观察率优先的顺序是左上、右上、左下、右下。两眼的运动总是协调的、同步的，在正常情况下不可能一只眼睛转动而另一只眼睛不动；在操作中一般不需要一只眼睛视物，而另一只眼睛不视物。人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受。颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。当人们从远处辨认前方的多种不同颜色时，其易于辨认的顺序是红、绿、黄、白。当两种颜色相配在一起时，易于辨认的顺序是：黄底黑字，黑底白字，蓝底白

5、字，白底黑字等。,3、人的听觉特性（1）人耳构造和听觉过程（见图10，图3-9）（2）听觉特征 可听范围（见图3-5）可听声音的强度（见图3-6）方向敏感度掩蔽效应,图10 人耳的构造,图 11 人耳的剖面图,图35 年龄对听力敏感性的影响,图3-6 人的听觉阈限,4、人的嗅觉、味觉和肤觉特性（1）嗅 觉（2）味 觉（3）肤 觉触觉（触觉感受器见图12，触觉阈限）温度觉痛觉（见图13）,图 12 部分触觉感受器,图 13 人的痛、温度和粗略触觉传导通路,二、人的反应时间,1、定义2、影响反应时间的影响因素随感觉通道不同而不同（见表3-4）与运动器官有关（见表3-5）与刺激性质有关（见表3-6）

6、随执行器官不同而不同（见表3-7）与刺激数目的关系（见表3-8）与颜色的配合有关（见表3-9）与年龄有关（见表3-10）与训练有关,表34 反应时间随感觉通道的变化,表35 反应时间与运动器官的关系,表37执行器官的反应时间,表36 反应时间与刺激性质的关系,表38 反应时间与刺激数目的关系,表39 反应时间与颜色的关系,表310 年龄与反应时间的关系,三、大脑的觉醒水平,1、人体活动时机体的调节与适应神经系统血管系统（心率、血压、血液再分配、血液成分）呼吸系统体温调节 2、脑力劳动时机体的调节与适应3、人体信息处理系统,第二节 人的心理因素与安全,认识过程：如感觉、知觉、记忆、注意、思维、想

7、象 心理过程特性 情感过程：如情绪与情感 意志过程：如意志 个性心理特征：如需要、动机、兴趣、能力、气质、性格、世界观,心理特性,心理学概述,一、人的心理特性对安全生产的影响,1、注意当心理活动指向或集中于某一事物时，就是注意。从生理上，心理上不可能始终集中注意力于一点。不注意的发生是必然的生理和心理现象，不可避免。不注意就存在于注意之中。,自动化程度越高，监视仪表等工作最容易发生不注意。预防不注意产生差错的方法如下：1）建立冗余系统，为确保操作安全，在重要岗位上，多设l2个人平行监视仪表的工作；2）为防止下意识状态下失误，在重要操作之前，如电路接通或断开、阀门开放等采用“指示唱呼”，对操作内

8、容确认后再动作；3）改进仪器、仪表的设计，使其对人产生非单调刺激或悦耳、多样的信号，避免误解。,2、情绪与情感 情绪、情感是人对客观事物的一种特殊反应形式。情绪、情感为三种因素所制约：环境影响、生理状态和认识过程。其中认识过程起关键作用。情绪状态可分为心境，激情，应激。情感是在人类社会历史发展过程中形成的高级社会性情感，人类社会性情感可归结为道德感、理智感和美感。,在实际工作中表现出来的有如下几种不安全情绪：急躁情绪：人的情绪状况发展到引起人体意识范围变狭窄，判断力降低，失去理智力和自制力。心血活动受抑制等情绪水平失调呈病态时，极易导致发生不安全行为。（见图1）烦躁情绪：表现沉闷，不愉快，精神

9、不集中，心猿意马，严重时自身器官往往不能很好协调，更谈不上与外界条件协调一致。,图31安全操作水平与情绪激动水平关系图,过高和过低的情绪激动水平，使人的动作准确度降至50%或以下，注意力无法集中，不能自制。某矿技术员与爱人吵架，为逃避家庭烦恼而提前上班，误人顶板未撬实的采场，被冒落松石打死。这是抑制状态下事故的一例。从事快速、紧张的劳动，如兴修水利等，较高的情绪激动水平有利于发挥劳动效率，可播放欢快的乐曲鼓动生产情绪。应当指出，设备复杂、多工种作业的冶金厂等，车间内不应播放音乐和口号，以免造成干扰，影响安全生产。,情绪激动水平的高低是外界（环境的、社会的）刺激情景引起的，因此，改变外界刺激可以

10、改变情绪的倾向和水平。从组织管理上（包括思想工作、安全检查、劳动组织等）及个体主观上若能注意创造健康稳定的心理环境并用理智控制不良情绪，由情绪水平失调导致的不安全行为就可以大幅度下降。安全检查表中有一栏目，调查工人有无家庭纠纷、打架、赌气等事件发生。如影响工人情绪较大，可采取换班休息、谈话等方式，不使工人带着沉重的情绪进人操作岗位。实践证明，这是行之有效的安全措施。,3、意志意志就是人们自觉地确定目的并调节自己的行动去克服困难，以实现预定目的的心理过程，它是意识的能动作用的表现。意志品质有积极的，也有消极的。积极的品质表现为自觉性、果断性、自制力和坚定性；消极的品质表现为盲目性、冲动性、脆弱性

11、和盲目性。,4、态度 态度是个人对他人、对事物较持久的肯定或否定的内在反应倾向。态度的形成主要受三种因素的影响，即知识或信息，主要来自父母、同事和社会生活环境；需要，欢迎态度，相反则不然；团体的规定或期望，一般说来个人的态度要与他所属的集体的期望和要求相符合。属于同一集体的人，他们的态度较类似。团体的规定是一种无形的压力影响同一团体的成员。人们对安全工作的态度对搞好安全工作具有重大影响，在安全管理中，应通过宣传，教育，团体作用使工人对安全工作的态度不仅是正确的，而且要达到内化的程度。,5、性格性格是人们在对待客观事物的态度和社会行为的方式中，区别于他人所表现出的那些比较稳定的心理特征的总和。性

12、格特征：对现实的态度的特征/性格的意志特征/性格的情绪特征/性格的理智特征 有学者将性格分为：冷静型、活泼型、急躁型、轻浮型和迟钝型。前两者中的性格属于安全型，后三种属于非安全型 性格与安全生产有着密切的联系，在其他条件相同的情况下，冷静型性格的人比急躁型性格的人安全性强。对工作马虎的人容易出现失误。实践中不少人因鲁莽、高傲、懒惰、过分自信等不良性格、促成了不安全行为而导致伤亡事故。,6、能力 能力是人顺利完成某种活动所必须具备的心理特征之一。能力的个体差异与安全 a.人的能力与岗位职责要求相匹配 b.发现和挖掘职工潜能 c.通过培训提高人的能力 d.团队合作时，人事安排应注意人员能力的相互弥

13、补,7、气质气质是一个人生来就有的心理活动的动力特征。心理活动的动力指心理过程的程度、心理过程的速度和稳定性以及心理活动的指向性。胆汁质的人情绪产生速度快，表现明显、急躁，不善于控制自己的情绪和行动；行动精力旺盛，动作迅猛；外倾。多血质的人情绪产生速度快，表现明显，但不稳定，易转变；活泼好动，好与人交际,外顷。粘液质的人情绪产生速度慢，也表现不明显，情绪的转变也较慢，易于控制自己的情绪变化；动作平稳，安静，内倾。抑郁质的人情绪产生速度快，易敏感，表现抑郁、情绪转变慢，活动精力不强，比较孤僻，内倾。,从安全工程角度来看，四种不同气质的人都有其特点和弱点。粘液质的人适于做精细而要求有耐心的工作，这

14、种人稳重可靠，注意力集中时间长，有利于安全生产；多血质的人缺乏耐心，从事单调重复的工作容易产生精神溜号，造成产品质量下降或事故，不宜在安全上负有重任。例如，某矿一技术员，为人热情，活泼好动，善于交往，遇事容易冲动好胜。在一次安全检查中他带领大家检查危险区域，第一个爬上久已腐朽的木梯，坠落死亡。抑郁质的人不宜于单独操作安全方面的关键设备和工艺过程。,8、需要与动机需要是人参与社会行动的基础，动机则是促使人活动的原因。动机是由需要产生的，需要是个体在生活中感到某种欠缺而力求获得满足的一种内心状态它是机体自身或外部生产条件的要求在脑中的反映。有什么样的需要就决定着有什么样的动机。马斯洛提出了需要层次

15、论（见图2）。他认为，人的需要分为生理需要、安全需要、社交需要、尊重和自我实现的需要，依次由低级到高级。自我实现的需要越强烈，目标越高，对安全的需要也更敏感。,图2 马斯洛的需要层次发展模式,9、非理智行为的心理因素 侥幸心理 省能心理 逆反心理 凑兴心理 从众心理,二、颜色的心理作用,1、颜色现象明度、色调和饱和度 颜色的混合2、颜色的心理作用冷暖感 兴奋和抑制感前进和后退感轻重感轻松和压抑感软硬感膨胀色与收缩色,第三节 人体生物力学,一、人体生物力学的一般知识1、骨骼的功能 人体骨骼强度 骨的功能 骨杠杆（图3-18）2、关节的活动范围(1)关节的连结(2)关节的作用,图318 人体骨杠杆

16、,3、人体肌肉力学特性4、人体运动的特征,图320 屈前臂时形成的力矩图示,5、人体活动范围最有利范围：是指可使人在既达到动作目的同时又保证了人的工作轻松、舒适、不疲劳的最佳效果的人体活动范围，亦称顺手可及活动范围。施加的操纵力不大的、使用频率很高的、极重要的操作装置应安装在此范围内。正常范围：是指人体一般活动均在此活动范围内进行，如上肢相对于不动的肩膀在肘关节弯曲时外切弧的范围。一般常用的又重要的操作装置应安装在此范围内。最大可及范围：是指肢体长时间处于最大限度伸直状态的活动范围。不常用的费力很大的操作装置应安装在此范围内。,第三节 人体生物力学特性 一、人体各部分的操纵力,操纵力是指操作者

17、在操作时为达到操作的目的所付出的一定数量的力。肢体的力量来自肌肉收缩，肌肉收缩时所产生的力称为肌力。在操作活动中，肢体所能发挥的力量大小除了取决人体肌肉的生理特征外，还与施力姿势、施力部位、施力方式和施力方向有密切关系（见图3-21）,图3-8 立姿弯臂时的力量分布,2、手的操纵力(1)坐姿操纵力 坐姿时不同角度上臂力测试如图3-9所示，其测量结果见表3-14。(2)立姿操纵力 立姿操作时，手臂在不同角度上的拉力和推力分布，如图3-10所示(3)握力 男女不同年龄段握力，见表3-15(4)拉力与推力(5)扭力和提力 应用手柄操纵时最合适的力，见表3-16,图3-9 坐姿操纵力侧视图（a）侧视图

18、（b）俯视图,表3-14 坐姿时手臂在不同方向上的操纵力,图3-10 立姿操作时手臂在不同角度上的拉力和推力分布,表3-15 男女不同年龄段握力,表3-16 应用手柄操纵时最合适的力,3、脚的操纵力脚产生力的大小与下肢的位置、姿势和方向有关。脚产生的操纵力一般都是以压力的形式出现，压力的大小随着脚离开人体中心对称线向外偏转的程度有关。（见图3-11）一般地说，在坐姿的情况下，脚的伸展力大于屈曲力；右脚的操纵力大于左脚的操纵力；男的脚力大于女的脚力。（见表3-17）,图3-11 不同体位下脚的蹬力及在 各个角度时的压力比值,表3-17 脚的操纵力比较(N),二、人体活动的速度与准确度,1、肢体的

19、动作速度 肢体动作速度的大小，基本上决定于肢体肌肉收缩的速度 对于操作动作速度，还取决于动作方向和动作轨迹等特征 人的无条件反应时间为0.10.15S,听觉反应为0.10.2S,手指叩击速度1.55次S，判断时间为15S。,动作频率是指在一定时间内动作所重复的次数。肢体的动作频率也取决于动作部位和动作方式(见表3-18)在操作系统设计时，对操作速度和频率的要求不得超出肢体动作速度和频率的能力限度。(见表3-19，表3-20),表3-18 人体各部位动作速度与频率限度,表3-19 动作速度表,表3-20 人体各部分动作的最大频率,人体动作的灵活性改变操纵方向时，圆形轨迹比直线轨迹灵活。手向着身体

20、比离开身体的动作灵活而准确前后往复比左右往复动作的速度大。最大动作速度与被移的负载的重量成正比，而达到最大速度所需要的时间与被移动的负载成正比人体较短部位的动作比较长部位的动作灵活；人体较轻部位的动作比较重部位的动作灵活人体体积较小部位动作比较大部位动作灵活。,进行安全人机系统设计时，为使动作速度、频率和准确性、灵活性很好地结合，须遵循的规律：劳动时，不论连续动作时间长短，都应在最有利的位置开始和结束。沿曲线的、直线的或不规则轨迹的动作，都应该让操作者的动作从容不迫。具有急剧改变方向的动作，应尽量采用流畅而连续的动作。手在水平内动作比在垂直面内的动作要准确。工作时的动作次数应尽量减少，频率应降

21、低。,重要作业尽可能由一个人的动作完成。最重要和常用的装置或工具应当放在最有利范围之内。操纵者的操纵动作，按适宜的半径作圆周运动比沿直线运动好。从一个操纵位置到另一个操纵位置的动作应当平稳，不允许有跳跃式动作。如果操作者不可避免地按不正确的轨迹动作时，应当考虑改变手的动作，这时采用直线形式的轨迹要灵活些。,2 人体运动的精度通常,人体运动的精度比速度更为重要人体运动的精度主要考虑2个方面的内容(1)具有视觉反馈的运动精度(2)不具有视觉反馈的运动精度,三、影响人体作用力的因素,1、体 重 体重既有利于操纵，又有不利于操纵的，操作时应尽量避免将力耗费在不合理的动作和身体的运动上。体重对操作既有好

22、处也有坏处，应该取其有利的一面，采取相应姿势尽量使体重发挥作用。（见图3-13）,图3-13 力的应用（甲）,图3-13 力的应用（乙）,2、体 位 操作者的体位（立位、坐位、躺位）、躯干的稳定性对人的作用力也有一定的影响。立位作业可以经常改变操作的姿势，活动范围大，易于用力，但单调作业会引起疲劳立位可适当地走动，有助于维持工作能力，但立位不易进行精确而细致的工作，不易转换操作，而且肌肉要作更多的功用以维持体重，易引起疲劳。坐位则可以进行较长时间地精确而细致的工作，可以手足并用，但是坐位作业则不易改变姿势，用力受限制，工作范围受局限，久坐会导致生理性疲劳躺位操作易疲劳，汽车修理工修理汽车时就有

23、时必须仰躺着工作。3、个体因素,第四节 疲劳与恢复,一、疲劳的概念1 疲劳的定义就是在人体发生可以概括为失去功能或打乱这样的变化，引起生理活动的变化也就是发生机能变化、物质变化、自觉疲劳和效率变化的现象。所谓疲劳就是人体内的分解代谢和合成代谢平衡不能维持，换言之，当高位与低位的代谢反应平衡不正常时叫疲劳。疲劳是体力和脑力效能暂时的减弱。作业者在作业中，作业机能衰退，作业能力下降，并伴有疲倦感等主观症状。（见表 1）,表 1 疲劳自觉症状调查表,2、疲劳的特点 大脑与疲劳有关的现象，乃是人身疲劳的最大特征。限制过度劳累，起着预防机体过劳的警告作用，即具有防护身体安全的作用。人体疲劳后，具有恢复原

24、状的能力，而不会留下损伤痕迹。由作业内容和环境变化太少引起，当作业内容和环境改变，疲劳可以减弱或消失。从有疲倦感到精疲力竭，感觉和疲劳有时并不一定同步发生。,三、疲劳的分类和产生机理按疲劳的原因分：生理性/心理性疲劳按疲劳所发生的部位分：精神/肌肉/神经疲劳 按疲劳的程度分：一般/过度/重度疲劳 按疲劳产生的时间长短分：急性/慢性疲劳 按作业方式分：动态作业/静态作业疲劳,基于疲劳表象的分析分为：,1）个别器官疲劳，如计算机操作人员的肩肘痛、眼疲劳；打字、刻字、刻蜡纸工人的手指和腕疲劳等。2）全身性疲劳，全身动作，进行较繁重的劳动，表现为关节酸痛、困乏思睡、作业能力下降、错误增多、操作迟钝等。

25、3）智力疲劳，长时间从事紧张脑力劳动引起的头昏脑胀、全身乏力、肌肉松弛、嗜睡或失眠等，与心理因素相联系。4）技术性疲劳，常见于体力脑力并用的劳动，如驾驶汽车、收发电报、半自动化生产线工作等，表现为头昏脑胀、嗜睡、失眠或腰腿疼痛。5）心理性疲劳，多是由于单调的作业内容引起的。例如，监视仪表的工人，表面上坐在那里悠闲自在，实际上并不轻松。信号率越低越容易疲劳，使警觉性下降。这时的疲劳并不是体力上的，而是大脑皮层的一个部位经常兴奋引起的抑制。,三、影响疲劳程度的因素,生理性疲劳除与劳动方式、速度、强度和劳动时间、身心活动简单的因素有关外，还与照明、气候、温度、湿度等工作环境因素有关。劳动内容单调极易

26、引起心理性疲劳。性格差异和智能水平的高低使人们在工作中产生厌倦和疲劳的程度是不同的。生性欢悦好动的人，在工作中易感疲劳；性格沉静安分的人，在工作中不易感疲劳。,三、疲劳症状调查和测量,1、疲劳自觉症状调查(见表3-21)、测量疲劳的几种方法（）测定心率（）呼气分析法（）触两点辨别阈法（）膝腱反射阈的测定（）反应时间测定法（）频闪融合阈值测定法（）色名读唱时间法（）皮肤电流测定法,表321 疲劳自觉症状调查表,补充:疲劳与安全,1睡眠休息不足、困倦引起事故（例1）这类事故多见于夜班或长时间作业未得休息的情况，多为技术性作业事故。如某矿的卷扬机司机，白天休息不充分，夜班时打盹，开动卷扬机后即进人半

27、睡眠状态，以致造成过卷事故，拉断钢绳，坠人井底。类似事故不胜枚举。又如某个体汽车司机昼夜连续行车，最后困倦不支，车辆失去控制，坠人公路桥下，车毁人亡。体力为主的劳动，事故危险性小。立位工作比坐位工作更安全，因为坐位技术性作业者更易因困倦而入睡，因为在极度疲劳和困倦时，往往无法自我控制。,2反应和动作迟钝引起的事故（例2）疲劳感越强，人的反应速度越慢，手脚动作越迟缓。某钢厂厂区内铁路纵横交错，道口很多。疲劳状态下的工人在下班途中或作业中常不能敏锐地觉察侧面和后面来车，因而引起伤亡事故。如有一次调车中，将正在操作没有觉察躲避的操作工扎倒致死。又如某矿井，三名工人因疲劳靠在矿定处休息，突然矿壁塌落，

28、一名坐着休息的工人被砸死，二名立位工人受重伤。一方面是因为疲劳，没有正确选择休息地点；另一方面是因为疲劳后感官敏感度下降，不能及时觉察塌落预兆。,3疲劳心理作用（例3）疲劳常造成心绪不宁，思想不集中，心不在焉，对事物反应淡漠、不热心，视力听力减退等。如某建筑工地拆除方形脚手架，事先约定，上部每扔下三根木杆，下部人员进人脚手架下抽取木杆一次。但是因下部作业的工人上班前通宵赌博，过度疲劳，精神恍惚工作几个周期后下部没有反响，上部作业人员下来才发现下面的工人已被脚手杆打死。,4、环境因素加倍疲劳效应 例如，各工业部门在高温季节（七八月份）事故发生率较高；室外作业则在寒冷季节事故率增大。下图是某大钢铁

29、企业30年来事故率随气温和月份变化的统计图。,6疲劳与机械化程度 历史地分析事故发生率，可以发现：手工劳动时期事故率低，高度机械化、自动化作业事故率也较低；半机械化作业事故率最高，其中包含许多人机学问题。半机械化作业时，人必须围绕机机械进行辅助作业，由于人比机械力气小，动作慢，所以往往用力较大造成疲劳，再加人机界面上存在问题就会导致事故发生。例如：鞍山市（包括鞍钢）19841987年4年间的死亡事故中，70%属于半机械化作业。具体事故多在人机配合上，作业人员奋力强作，力所不及情况下发生事故。,五、疲劳的改善与消除,1提高作业机械化和自动化程度 2加强科学管理改进工作制度 3合理安排工作时间及休息时间 4多种休息方式5轮班工作制度6业余活动和休息的安排,