安全人机工程学第一章(NXPowerLite).ppt

安全人机工程,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,安全人机工程概论人机工程学基础（包括人体参数、人的生理、心理及生物力学特性）作业与疲劳人机功能匹配 人机系统的安全设计（包括显示器、控制器、安全防护装置、作业空间、作业环境设计）安全人机工程的实践与运用,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、防护空间及防护装置、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。,第一章 概 述,1.1 人机工程学的命名及定义1.2 人机工程学的起源与发展1.3 安全人机工程学的内涵1.4 安全人机工程学的研究内容与研究方法1.5 人机关系与人机系统概述,1.1 人机工程学的命名及定义,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。,学科名称,英国:莫瑞尔于1949年提出“Ergonomics”一词，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。,1.1 人机工程学的命名及定义,1.1 人机工程学的命名及定义,人机工程学的命名及定义,国际人机工程学会(International Ergonomics Association,简称 IEA)的定义为：“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各种因素;研究人和机器及环境的相互作用;以及在工作中、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”。,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。,学科定义,查里斯C伍德：WB伍德森：A查帕尼斯：日本苏联国际人类工效学学会：国内：,设备设计必须适合人的各方面因素，以便在操作上付出最小的代价而求得最高效率。,1.1 人机工程学的命名及定义,学科定义,查里斯C伍德：WB伍德森：A查帕尼斯：日本苏联国际人类工效学学会：国内：,人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，亦即对人的知觉显示、操作控制、人机系统的设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高的效率及作业时感到安全和舒适。,1.1 人机工程学的命名及定义,学科定义,查里斯C伍德：WB伍德森：A查帕尼斯：日本苏联国际人类工效学学会：国内：,1.1 人机工程学的命名及定义,人机工程学是在机械设计中，考虑如何使人获得简便而又准确的操作的一门科学。,学科定义,查里斯C伍德：WB伍德森：A查帕尼斯：日本苏联国际人类工效学学会：国内：,1.1 人机工程学的命名及定义,人体工程学是根据人体解剖学、生理学和心理学等特性，了解并掌握人的作业能力极限，及其工作、环境、起居条件等和人体相适应的科学。,学科定义,查里斯C伍德：WB伍德森：A查帕尼斯：日本苏联国际人类工效学学会：国内：,1.1 人机工程学的命名及定义,人机工程学是研究人在生产过程中的可能性，劳动活动方式，劳动的组织安排从而提高人的工作效率，同时创造舒适和安全的劳动环境，保障劳动人民的健康，使人从生理上和心理上得到全面发展的一门学科。,学科定义,查里斯C伍德：WB伍德森：A查帕尼斯：日本苏联国际人类工效学学会：国内：,1.1 人机工程学的命名及定义,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，研究在工作中、家庭生活中和度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科学。,学科定义,查里斯C伍德：WB伍德森：A查帕尼斯：日本苏联国际人类工效学学会：国内：,1.1 人机工程学的命名及定义,运用生理学、心理学、生物力学和其它有关学科知识，使机器和人相互适应，创造舒适和安全的环境条件，从而提高工效的一门科学。,人机工程学,对象：工作对象是机器与人相关的人机界面。目的：安全、舒适、高效。内容：人-机-环境的最佳匹配、系统优化。,目标：提高系统的绩效 增进系统的安全 提高人员的满意度,1.1 人机工程学的命名及定义,人机环境的具体含义：人指操作者或使用者；机泛指人操作或使用的物，可以是机器，也可以是用具、工具或设施、设备等；环境是指人、机所处的周围环境，如作业场所和空间、物理化学环境和社会环境等；人机环境系统是指由共处于同一时间和空间的人与其所使用的机以及它们所处的周围环境所构成的系统，简称人机系统。,1.1 人机工程学的命名及定义,人机工程学研究目的,为设计机器设备、工艺流程、工具、信息传递和控制装备时，考虑人的因素提供依据。,1、设计,2、工效,保障设计的机械使人的操作简便、省力、快速而准确。,人机工程学研究目的,保障人的工作条件和工作环境安全、卫生和舒适。,3、安全,最终目标是为了使人机系统协调，保障安全健康和提高工作效率。,4、最终目标,人机工程学研究内容,人的生理、心理、人体测量和生物力学等内容。,例如,人机工程学研究内容,显示器、控制器等设计等内容。,例如,人机工程学研究内容,温度、湿度、噪声、尘毒、采光、照明、色彩、辐射对人身心的影响等内容。,人机工程学研究内容,人机系统的整体设计、岗位设计、显示控制设计、环境设计、作业方法、人机的组织管理等内容。,例如,1.2、人机工程学的起源与发展,经验期：创建期：成熟期：,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）；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2）。这种实际存在的人机关系，称为经验人机关系或自发人机关系。,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”。,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，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。,经验期：创建期：成熟期：,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“人的因素”而导致误操作而失败的教训屡见不鲜（图3）。据统计，美国在第二次世界大战的飞机事故中，80%是由于人机工程学方面的原因造成的。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。1949 年莫瑞尔提出了“Ergonomics”一词。,1.2 人机工程学的起源与发展,1.2 人机工程学的起源与发展,经验期：创建期：成熟期：,20世纪60年代，欧美和日本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和发展的需要，使人机工程学获得了更大的发展；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，从而使人机工程学日趋成熟（图4）。可以说：人机工程学起源于欧洲，发展于美国，成熟于日本。,人机工程学研究方法,1.观察法 可借助摄影或录像2.实测法 借助仪器进行实际测量3.实验法 在实验室或作业现场进行多次反复观测4.模拟和模型试验法5.计算机数值仿真法6.分析法7.调查研究法,研究心理、生理能力测量装置,实测法,人机工程学研究方法,驾驶员眼动规律实验装置,实验法,人机工程学研究方法,研究车辆碰撞的人机系统的模型和模拟,人机工程学研究方法,模拟和模型试验法,人体动作分析仿真,人机工程学研究方法,计算机数值仿真法,人机工程学学科体系,人机工程学综合了相关学科的原理、成果、方法、数据，将人、机、环境构成有机联系的完整系统：以人为主体，研究该系统中人、机、环境之间相互协调、相互配合的规律，使得人机环境整体系统的最优化。,1.3 安全人机工程学的内涵,一、安全人机工程的定义从安全的角度和着眼点研究人和机的关系，运用人机工程学的原理及工程技术理论来研究和揭示人机系统中的安全问题，立足于对人在作业工程中的保护，确保安全生产和生活的一门学科。,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,安全人机工程的研究范围和内容,研究人机系统中人的各种特性研究人机功能合理分配 各种人机界面的研究 作业方法与作业负荷研究 作业空间的分析研究事故及其预防的研究,人机系统中人的特性是指人的生理特性和心理特性。这些特性是安全人机工程的基础理论部分，是解决安全工程技术问题的主要依据。生理特性有：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、输出的机制和能力，人的操作可靠性的生理因素等。心理特性有：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的心理因素分析等。,安全人机工程的研究范围和内容,研究人机系统中人的各种特性研究人机功能合理分配 各种人机界面的研究 作业方法与作业负荷研究 作业空间的分析研究事故及其预防的研究,主要研究内容有：人和机各自的功能特性参数，适应能力和发挥其功能的条件，人机系统人机功能分配的方法等。,安全人机工程的研究范围和内容,研究人机系统中人的各种特性研究人机功能合理分配 各种人机界面的研究 作业方法与作业负荷研究 作业空间的分析研究事故及其预防的研究,人机界面就是人机在信息交换或功能上接触或互相影响的领域。对控制类界面主要研究：机器显示装置与人的信息通道特性的匹配，机器控制器与人体运动特性的匹配和显示器与控制器性能的匹配等，从而针对不同的系统研究最优的显示控制方式。对工具类界面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、手感和体感等匹配。对环境类界面主要研究：作业的物理、化学、生物和美学等环境对人的影响程度、阈值范围和控制手段。对特殊环境，还须研究人的生命保障系统等。,安全人机工程的研究范围和内容,研究人机系统中人的各种特性研究人机功能合理分配 各种人机界面的研究 作业方法与作业负荷研究 作业空间的分析研究事故及其预防的研究,作业方法研究包括作业的姿势、体位、用力、作业顺序、合理的工作器具和工卡量具等的研究，目的是消除不必要的劳动消耗。作业负荷研究主要侧重于体力负荷的测定、建模(用模拟技术建立各种作业时的生物力学模型)分析，以确定合适的作业量、作业速率、作息安排以及研究作业疲劳及其与安全生产的关系等。,安全人机工程的研究范围和内容,研究人机系统中人的各种特性研究人机功能合理分配 各种人机界面的研究 作业方法与作业负荷研究 作业空间的分析研究事故及其预防的研究,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、最小的装配作业空间以及最低限度的安全防护范围等。,安全人机工程的研究范围和内容,研究人机系统中人的各种特性研究人机功能合理分配 各种人机界面的研究 作业方法与作业负荷研究 作业空间的分析研究事故及其预防的研究,国内外大量的统计表明，有近80的事故是由于人为失误发生的。因此，应研究产生事故的各种人的因素、人的操作失误分析与预防措施等。,安全人机工程的研究目的,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，使人机之间有机地结合，有效地发挥人的作用，最大限度地为人提供安全、卫生和舒适的操作条件，从而保障人安全、高效地生产生活。,安全人机工程与其他科学的关系,安全人机工程作为安全工程学的重要分支学科和人机工程学的一个应用学科，其性质是一个跨门类、多学科的交叉科学，它处于许多学科和专业技术的接合部上，既有人体科学与工程技术的交叉和渗透，又有社会科学与自然科学等学科的交叉和渗透。,安全人机工程与其他科学的关系,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。,安全人机工程与其他科学的关系,安全心理学是心理学的应用学科之一，是安全人机工程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。,安全人机工程与其他科学的关系,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，为人机系统的设备设计和工作空间布置提供科学依据。人体生物力学是侧重研究人体这个生物系统运动规律的学科。给人机系统的安全带来必要的保证。,安全人机工程与其他科学的关系,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。这些均是安全人机工程的基础依据。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。,安全人机工程与其他科学的关系,安全工程学可以分为：安全管理工程学，安全设备工程学，安全人机工程和安全系统工程学。,安全人机工程与其他科学的关系,工程技术科学是研究工程技术设计的具体内容和方法，安全人机工程不是研究这些具体内容和方法，而是如何让这些设计适合于人的使用和避免危害。,1.4 安全人机工程学的研究内容与研究方法,研究内容人的安全特性机的安全特性人机关系的研究研究方法实测法 实验法 分析法,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。,1.5 人机关系与人机系统概述,人机关系指人在作业过程中与作业工具和作业对象所发生的联系。人是人机关系中的主体。人机关系的最佳匹配1、机宜人 2、人适机研究内容：遵循工效学原则与标准；研究人和机器的合理分工及相互适应的问题；研究人与被控对象之间的信息交换过程；根据人的身心特性，提出对机器、技术、作业环境、作业时 间的要求。,1.5 人机关系与人机系统概述,人机系统 由人和机两部分要素按一定的关系组合而成的集合体。人在人机系统中起主导作用。,1.5 人机关系与人机系统概述,人机系统的分类1、有无反馈控制作用：闭环人机系统：系统过去行动的结果回过来控制未来的行动。闭环人机系统也就是反馈控制人机系统，它有一个封闭的回路结构，其主要特征是：系统的输出对控制作用有直接影响，即系统过去行动的结果回过来控制未来的行动。例如，在某一系统中，若需要加上一定输入电压，以得到所要求的目标值时，倘若输入电压过大，这一系统就通过调节发挥作用，以减小输入电压。反之，若输入电压过小，这一系统就发挥作用，以增大输入电压。具有这种结构的控制方法就是反馈控制。这种控制如果是由人去观察和控制输入和输出的，就称为人工闭环人机系统。若用自动控制装置代替人的工作，人只是起监督作用的，则系统称为自动闭环人机系统。开环人机系统：系统的输出对控制作用没有影响。,1.5 人机关系与人机系统概述,2、自动化程度分类：人工操作系统 半自动化系统 自动化系统,人工操作系统,1.5 人机关系与人机系统概述,2、自动化程度分类：人工操作系统 半自动化系统 自动化系统,人工操作系统,1.5 人机关系与人机系统概述,2、自动化程度分类：人工操作系统 半自动化系统 自动化系统,半自动化系统,1.5 人机关系与人机系统概述,2、自动化程度分类：人工操作系统 半自动化系统 自动化系统,1.5 人机关系与人机系统概述,2、自动化程度分类：人工操作系统 半自动化系统 自动化系统,1.5 人机关系与人机系统概述,2、自动化程度分类：人工操作系统 半自动化系统 自动化系统,人机功能分配,人与机器功能特性比较,人机功能分配,人与机器功能特性比较,三、人机特性比较,人与机器功能特性比较,人机功能分配,人与机器功能特性比较,人优于机器的功能：在感知觉方面，人的感官的感受能力比机器优越。人能运用多种通道接受信息。人具有高度的灵活性和可塑性，能随机应变，采用灵活的程序。人能长期存储大量信息并能综合利用进行分析和判断。人具有创造性工作而机器只能按程序工作。人最重要的特点是人具有感情、意识和个性。,人机功能分配,人与机器功能特性比较,机器优于人的功能：机器能提供巨大的动力。机器的动作速度快，信息传递、加工和反应的速度快。机器精度高。机器的稳定性好。机器能同时完成多种操作，而且保持较高的准确度和效率。机器能在恶劣的环境条件下工作。,人机功能分配,人与机器功能特性比较,人在复杂感受能力、信息处理能力、智力、综合判断能力、对情况的决策处理能力、灵活应变能力等方面优于机器；但在准确度、体力、速度和知觉能力方面有限。机器在操纵力、速度、精确度、高阶运算能力、存储能力、连续作业能力和耐久性等方面优于人；但在性能维持能力、正常动作、判断能力、造价、运营费用方面受限。,人机功能分配,人机功能分配,对人和机的特性进行权衡分析，将人机系统的不同功能分配给人或机。,人机功能分配，应全面考虑下列因素：人和机器的性能、特点、负荷能力、潜在能力以及各种限度；人适应机器所需的选拔条件和培训时间；人的个体差异和群体差异；人和机器对突然事件应激反应能力的差异和对比；用机器代替人的效果，以及可行性、可靠性、经济性等方面比较。,人机功能分配,人机功能分配的原则,比较分配原则：人机要相互协调，相互补充。剩余分配原则：尽可能多的分配给机器。宜人分配原则：工作体现价值，有意分配一些挑战性的工作给人，充分发挥人的技能。经济分配原则：以经济效益为基础。弹性分配原则：人可以选择参与系统行为的程度。凡是快速的、精密的、笨重的、有危险的、单调重复的、长期连续不停的、复杂的、高速运算的、流体的、环境恶劣的工作，适于由机器承担；凡是对机器系统工作程序的指令安排与程序设计、系统运行的监督控制、机器设备的维修与保养、情况多变的非简单重复工作和意外事件的应激处理等，则分配给人去承担较为合适。,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。返回,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。返回,飞机座舱和仪表位置,返回,科学技术的进步,返回,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,作业与思考,1、名词解释：人机工程学、安全人机工程2、简述人机工程学的研究内容3、简述人机工程学的起源4、简述安全人机工程学与工效人机工程学的关系,