第十章-人的生理和心理及人體生物力學(xué)特性

1、第十章 人的生理和心理及人體生物力學(xué)特性,課程主要內(nèi)容：第一節(jié) 人體感知與運(yùn)動(dòng)特征第二節(jié) 心理與行為特征第三節(jié) 人與環(huán)境的設(shè)計(jì)第四節(jié) 案例分析,第一節(jié) 人體感知與運(yùn)動(dòng)特征,人與機(jī)的溝通主要通過(guò)感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)完成。 為了建立人與機(jī)器、環(huán)境之間相適應(yīng)的關(guān)系，組成一個(gè)高效的人機(jī)環(huán)境，本節(jié)將從人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)討論人的感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)能特點(diǎn)以及其功能限度，為人機(jī)工程設(shè)計(jì)提供有關(guān)人體生理學(xué)和心理學(xué)基礎(chǔ)。,1、人是系統(tǒng)中的重要“環(huán)節(jié)”,2、 感覺系統(tǒng)的機(jī)能及其特征,感覺系統(tǒng)：視覺、聽覺、感覺、嗅覺、味覺等等。 特點(diǎn)： 1）人的各種感受器都有一定的感受性和 感覺閾限 （

2、表3-1、表3-2 ） 2）一種感受器官只能接受一種刺激和識(shí)別某一種特征，眼睛只接受光刺激，耳朵只接受聲刺激。人的感覺印象80%來(lái)自眼睛，14%來(lái)自耳朵，6%來(lái)自其他器官。 3）感覺器官經(jīng)過(guò)連續(xù)刺激一段時(shí)間后，敏感性會(huì)降低，產(chǎn)生適應(yīng)現(xiàn)象。,表31 刺激及感覺反應(yīng),表32 人體主要感覺閾值,2.1 人的視覺及其特性,（1）人眼的構(gòu)造 視覺是由眼、視神經(jīng)和視覺中樞共同完成，眼是視覺的感受器官。,人眼球的基本結(jié)構(gòu),（2）視覺的基本參數(shù) 視角（見圖1） 視角是確定被觀測(cè)物尺寸范圍的兩端光線射入眼球的相交角度，視角的大小與觀察距離及被觀測(cè)物體上兩端點(diǎn)直線距離有關(guān)。 視力 視敏度是能夠辨出視野中空間距離非

3、常小的兩個(gè)物體的能力，醫(yī)學(xué)上視敏度即為視力。 視野 是指當(dāng)頭部和眼球固定不動(dòng)時(shí)所能看到的正前方空間范圍（靜視野）,眼球自由轉(zhuǎn)動(dòng)（動(dòng)視野）（見圖2 ） 視距（見表3-3） 視距是指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離。 色覺（見圖3 ）,圖1 視角,圖2 人的水平視野和垂直視野,表3-3 幾種工作視距的推薦值,圖3 人對(duì)不同顏色的視野,(3) 視覺運(yùn)動(dòng)規(guī)律 1.疲勞程度：水平優(yōu)于垂直。 2.視線變化習(xí)慣：左右，上下，順時(shí)針。 3.準(zhǔn)確性：水平尺寸和比例的估計(jì)更準(zhǔn)確。 4.觀察情況的優(yōu)先性：左上右上左下右下。視區(qū)內(nèi)的儀表布置必須考慮這一點(diǎn)。 5.設(shè)計(jì)依據(jù)：以雙眼視野為設(shè)計(jì)依據(jù)。 6.接受程度：直線輪廓優(yōu)于

4、曲線輪廓。 7.顏色的易辨認(rèn)順序：紅、綠、黃、白； 顏色相配時(shí)的易辨認(rèn)順序：黃底黑字、黑底白字、白底黑字等。,操作臺(tái)設(shè)計(jì),2.2 思考題？,信號(hào)燈的設(shè)計(jì)從視覺信息顯示設(shè)計(jì)方面應(yīng)該考慮那些方面的因素？,信號(hào)燈的作用,1、指示性，即引起操縱者的注意，或指示 作，具有傳遞信息的作用； 2、顯示工作狀態(tài)，即反映某個(gè)指令、某種操 作或運(yùn)行情況過(guò)程的執(zhí)行情況。,人機(jī)設(shè)計(jì)因素,1、信號(hào)燈的亮度設(shè)計(jì) 要點(diǎn)：信號(hào)燈應(yīng)清晰、醒目，同時(shí)要保證看清信號(hào)又不至炫目。 實(shí)例：實(shí)際設(shè)計(jì)中常常使用信號(hào)燈亮度為背景亮度的兩倍，背景亮度灰暗無(wú)光背景。,2、信號(hào)燈的視距設(shè)計(jì) 視距遠(yuǎn)近影響信號(hào)識(shí)別。同時(shí)我們還需考慮信號(hào)燈在各種天氣條

5、件下的能見距離。,人機(jī)設(shè)計(jì)因素,人機(jī)設(shè)計(jì)因素,3、信號(hào)燈的顏色選擇 信號(hào)燈顏色不宜過(guò)多，以防誤認(rèn)。,4、信號(hào)燈形狀、標(biāo)記設(shè)計(jì) 不同信號(hào)燈應(yīng)當(dāng)選用不同的顏色，當(dāng)信號(hào)燈很多時(shí)，不僅在顏色上、形狀上、標(biāo)記上加以區(qū)別，而形狀、標(biāo)記與其表示的意義有邏輯聯(lián)系。,人機(jī)設(shè)計(jì)因素,人機(jī)設(shè)計(jì)因素,5、信號(hào)燈的布置 重要信號(hào)燈必須布置在最佳視野區(qū)中心3 范圍內(nèi)； 一般信號(hào)燈布置在20范圍內(nèi)； 次要信號(hào)燈布置在離視野中心60 80 范圍，但仍需不必扭頭既能看到的范圍內(nèi)。,3、 運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)能及其特征,運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是人體完成各自動(dòng)作和從事生產(chǎn)勞動(dòng)的器官系統(tǒng)。我們將從人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，研究運(yùn)動(dòng)器官的活動(dòng)、出力范圍以及運(yùn)動(dòng)

6、特點(diǎn)，為以后設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。,3.1 主要關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍,人體各關(guān)節(jié)的活動(dòng)有一定限度，超過(guò)限度，將會(huì)造成損失。另外，人體處于各種舒適姿勢(shì)時(shí)，關(guān)節(jié)必然處在一定的舒適范圍內(nèi)。,3.2 肢體出力范圍,在操作活動(dòng)中，肢體所能發(fā)揮的力量大小除了取決于人體肌肉的生理特征外，還與施力姿勢(shì)、施力部位、施力方式和方向有密切關(guān)系。只有在這些綜合條件下肌肉出力和能力和限度才是操縱力設(shè)計(jì)的依據(jù)。,圖4 立姿彎臂時(shí)的力量分布,圖5 立姿操作時(shí)手臂在不同角度上的拉力和推力分布,圖6 坐姿操縱力側(cè)視圖 （a）側(cè)視圖 （b）俯視圖,表3-4 坐姿時(shí)手臂在不同方向上的操縱力,圖7 不同體位下腳的蹬力及在 各個(gè)角度

7、時(shí)的壓力比值,圖8 力的應(yīng)用（甲）,圖8 力的應(yīng)用（乙）,3.3 設(shè)計(jì)原則,進(jìn)行安全人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為使動(dòng)作速度、頻率和準(zhǔn)確性、靈活性很好地結(jié)合，須遵循的規(guī)律： 勞動(dòng)時(shí)，不論連續(xù)動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)短，都應(yīng)在最有利的位置開始和結(jié)束。 沿曲線的、直線的或不規(guī)則軌跡的動(dòng)作，都應(yīng)該讓操作者的動(dòng)作從容不迫。 具有急劇改變方向的動(dòng)作，應(yīng)盡量采用流暢而連續(xù)的動(dòng)作。 手在水平內(nèi)動(dòng)作比在垂直面內(nèi)的動(dòng)作要準(zhǔn)確。 工作時(shí)的動(dòng)作次數(shù)應(yīng)盡量減少，頻率應(yīng)降低。, 重要作業(yè)盡可能由一個(gè)人的動(dòng)作完成。 最重要和常用的裝置或工具應(yīng)當(dāng)放在最有利范圍之內(nèi)。 操縱者的操縱動(dòng)作，按適宜的半徑作圓周運(yùn)動(dòng)比沿直線運(yùn)動(dòng)好。 從一個(gè)操縱位置到另一個(gè)操

8、縱位置的動(dòng)作應(yīng)當(dāng)平穩(wěn)，不允許有跳躍式動(dòng)作。 如果操作者不可避免地按不正確的軌跡動(dòng)作時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮改變手的動(dòng)作，這時(shí)采用直線形式的軌跡要靈活些。,第二節(jié) 心理與行為特征,心理學(xué)是研究人的心理活動(dòng)規(guī)律和心理機(jī)制的科學(xué)。心理規(guī)律是指認(rèn)識(shí)、情感、意志、氣質(zhì)、情緒等心理過(guò)程和能力、性格、需要、動(dòng)機(jī)等心理特征等規(guī)律。 人機(jī)工程學(xué)觀點(diǎn)：研究人的心理和行為特征有利于人類更加全面的了解自身特點(diǎn)，從而更加高效、準(zhǔn)確、安全的完成各項(xiàng)工作任務(wù)。,1、心理學(xué)概述,2、心理特性與安全,2.1、注意 當(dāng)心理活動(dòng)指向或集中于某一事物時(shí)，就是注意。 從生理上，心理上不可能始終集中注意力于一點(diǎn)。 不注意的發(fā)生是必然的生理和心理現(xiàn)象

9、，不可避免。,在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的事故中，由人的失誤引起的事故占較大比例，而不注意又是其中的重要原因。據(jù)研究引起不注意的原因有以下方面。 （1）強(qiáng)烈的無(wú)關(guān)刺激的干擾。 （2）注意對(duì)象設(shè)計(jì)欠佳。 （3）注意的起伏。 （4）意識(shí)水平下降導(dǎo)致注意分散。,自動(dòng)化程度越高，監(jiān)視儀表等工作最容易發(fā)生不注意。 預(yù)防不注意產(chǎn)生差錯(cuò)的方法如下： 1）建立完善合理系統(tǒng)，為確保操作安全，在重要崗位上，多設(shè)l2個(gè)人平行監(jiān)視儀表的工作； 2）為防止下意識(shí)狀態(tài)下失誤，在重要操作之前，如電路接通或斷開、閥門開放等采用“指示唱呼”，對(duì)操作內(nèi)容確認(rèn)后再動(dòng)作； 3）改進(jìn)儀器、儀表的設(shè)計(jì)，使其對(duì)人產(chǎn)生非單調(diào)刺激或悅耳、多樣的信號(hào)，避

10、免誤解。,2.2、情緒與情感 情緒、情感是人對(duì)客觀事物的一種特殊反應(yīng)形式。 情緒、情感為三種因素所制約：環(huán)境影響、生理狀態(tài)和認(rèn)識(shí)過(guò)程。其中認(rèn)識(shí)過(guò)程起關(guān)鍵作用。,在實(shí)際工作中表現(xiàn)出來(lái)的有如下幾種不安全情緒： 急躁情緒：人的情緒狀況發(fā)展到引起人體意識(shí)范圍變狹窄，判斷力降低，失去理智力和自制力。心血活動(dòng)受抑制等情緒水平失調(diào)呈病態(tài)時(shí)，極易導(dǎo)致發(fā)生不安全行為。（見圖314 ） 煩躁情緒：表現(xiàn)沉悶，不愉快，精神不集中，心猿意馬，嚴(yán)重時(shí)自身器官往往不能很好協(xié)調(diào)，更談不上與外界條件協(xié)調(diào)一致。,情緒激動(dòng)水平的高低是外界（環(huán)境的、社會(huì)的）刺激情景引起的，因此，改變外界刺激可以改變情緒的傾向和水平。從組織管理上（包

11、括思想工作、安全檢查、勞動(dòng)組織等）及個(gè)體主觀上若能注意創(chuàng)造健康穩(wěn)定的心理環(huán)境并用理智控制不良情緒，由情緒水平失調(diào)導(dǎo)致的不安全行為就可以大幅度下降。 安全檢查表中有一欄目，調(diào)查工人有無(wú)家庭糾紛、打架、賭氣等事件發(fā)生。如影響工人情緒較大，可采取換班休息、談話等方式，不使工人帶著沉重的情緒進(jìn)人操作崗位。實(shí)踐證明，這是行之有效的安全措施。,2.3、氣質(zhì) 氣質(zhì)是一個(gè)人生來(lái)就有的心理活動(dòng)的動(dòng)力特征。心理活動(dòng)的動(dòng)力指心理過(guò)程的程度、心理過(guò)程的速度和穩(wěn)定性以及心理活動(dòng)的指向性。 氣質(zhì)的特點(diǎn)：先天性和穩(wěn)定性。 氣質(zhì)的類型及其特征 膽汁質(zhì)的人情緒產(chǎn)生速度快，表現(xiàn)明顯、急躁，不善于控制自己的情緒和行動(dòng)；行動(dòng)精力旺盛

12、，動(dòng)作迅猛；外傾。 多血質(zhì)的人情緒產(chǎn)生速度快，表現(xiàn)明顯，但不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)變；活潑好動(dòng)，好與人交際,外頃。 粘液質(zhì)的人情緒產(chǎn)生速度慢，也表現(xiàn)不明顯，情緒的轉(zhuǎn)變也較慢，易于控制自己的情緒變化；動(dòng)作平穩(wěn)，安靜，內(nèi)傾。 抑郁質(zhì)的人情緒產(chǎn)生速度快，易敏感，表現(xiàn)抑郁、情緒轉(zhuǎn)變慢，活動(dòng)精力不強(qiáng)，比較孤僻，內(nèi)傾。,從安全工程角度來(lái)看，四種不同氣質(zhì)的人都有其特點(diǎn)和弱點(diǎn)。 粘液質(zhì)的人適于做精細(xì)而要求有耐心的工作，這種人穩(wěn)重可靠，注意力集中時(shí)間長(zhǎng)，有利于安全生產(chǎn)； 多血質(zhì)的人缺乏耐心，從事單調(diào)重復(fù)的工作容易產(chǎn)生精神溜號(hào)，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降或事故，不宜在安全上負(fù)有重任。例如，某礦一技術(shù)員，為人熱情，活潑好動(dòng)，善于交往，遇

13、事容易沖動(dòng)好勝。在一次安全檢查中他帶領(lǐng)大家檢查危險(xiǎn)區(qū)域，第一個(gè)爬上久已腐朽的木梯，墜落死亡。 抑郁質(zhì)的人不宜于單獨(dú)操作安全方面的關(guān)鍵設(shè)備和工藝過(guò)程。,自我實(shí)現(xiàn)的需要越強(qiáng)烈，目標(biāo)越高，對(duì)安全的需要也更敏感！,第三節(jié) 人與環(huán)境的設(shè)計(jì),在人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)中，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的一般環(huán)境主要有：冷熱環(huán)境、照明、噪聲、震動(dòng)、粉塵以及有毒物質(zhì)、輻射等等。 人機(jī)工程學(xué)觀點(diǎn)：研究系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段、盡可能排除來(lái)自環(huán)境因素對(duì)人體的不良影響，使人具有“舒適”的作業(yè)環(huán)境，這樣不僅有利于保護(hù)勞動(dòng)者的健康與安全，還有利于最大限度地提高系統(tǒng)的綜合效能。,1、人體對(duì)環(huán)境的適應(yīng)程度,在人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，利用環(huán)境控制系統(tǒng)來(lái)控制和改善環(huán)境

14、只是保障人的健康和安全的一個(gè)方面。而在很多情況下，由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的原因，充分控制環(huán)境仍不夠理想，為此，就常常需要采用各種個(gè)體防護(hù)用具來(lái)對(duì)抗種種不利的環(huán)境條件，以保證系統(tǒng)的安全和高效！ 本節(jié)將介紹一般環(huán)境因素對(duì)人體的影響、防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)方法等內(nèi)容，為設(shè)計(jì)各種舒適環(huán)境、允許環(huán)境或安全環(huán)境提供基礎(chǔ)資料。,（1）工業(yè)生產(chǎn)中的毒物及中毒 （2）生產(chǎn)中常見毒物對(duì)人體的影響 一氧化碳（見表3-12）/二氧化碳（見表3-13） /二氧化硫 /氯氣（表3-14）/鉛 /汞 /熏煙 /霧滴 （3）工業(yè)毒物的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)（見表3-153-18）,2、環(huán)境化學(xué)因素及其危害,表312 一氧化碳對(duì)人體影響與濃度的關(guān)系,表313 二氧化碳對(duì)人體