第一章安全人機工程概述

2023/2/61第一章概述主講老師：李重情為什么開設《安全人機工程學》？？？22023/2/62023/2/6開篇之例：日常生活中人機學問題3在我們的日常生活中，可以說時時處處都存在著人機學問題，包括合理的和不合理的事例。

下面列舉一些例子，簡單地把問題所在點出來：2023/2/6例1腰疼沙發(fā)4城市里有的家庭買了大沙發(fā)，豪華氣派，可是坐不多久腰部就難受酸疼了，不得不在腰后面墊上一個“靠墊”。為什么?2023/2/65無論你怎么后靠，腰椎后面總是空著，使脊柱腰椎段向后的彎曲度加大，形成了不正常的腰椎形態(tài)，不符合坐姿解剖學要求。2023/2/6例2主枕頭附枕頭6一些“上檔次”的賓館里，單人床常配有兩個同樣的枕頭。本意是讓習慣低枕頭的人用一個枕頭，習慣高枕頭的人兩個枕頭疊起來用?！案哒小薄ⅰ皳p招”!？

一般人們對枕頭高度要求差別哪有一倍之多呢?其結果是：用一個枕頭絕大多數(shù)人嫌低，而兩個摞起來絕大多數(shù)人又嫌高。2023/2/6解決方案：7其實，只要采用一個稍許高一點的“主枕頭”、再配一個較薄的“附枕頭”，就能滿足多數(shù)人的需要。——產(chǎn)品應與生理條件相適應2023/2/6例3車廂窗戶8墨綠色的舊式火車，其車廂窗戶高度與坐著乘客的胸、肩、頭部齊平。打開窗戶，在車速60～80km/h，即使最悶熱的夏季，迎風被吹的乘客也經(jīng)不住多久，而背風一側乘客卻依然熱不可擋。你經(jīng)歷過嗎？（上半截窗戶是固定的）2023/2/6解決方案：9其實，把窗戶提升到比站立者身高略高一點即可，也不增加生產(chǎn)成本。2023/2/6例4腳踏板沖水10公共衛(wèi)生間里水箱拉繩、按鈕邊上貼著醒目的“便后沖水”，但是不沖水的現(xiàn)象司空見慣。一方面公眾素質(zhì)有待提高，另一方面主要是拉、按鈕不衛(wèi)生，存在宜人性的問題。

腳踏板或自動化沖水就解決了這個問題。2023/2/6例5聲光控延時開關11“節(jié)約用電、人走關燈”的字條隨處可見，人走樓空后樓道里的照明燈還是徹夜長明。開關都安置在樓道照明燈的就近位置，關了燈，樓道一抹黑，怎么下樓、拐彎、出門呢?用聲光控延時開關，人來燈亮，人走燈滅，可解決問題。2023/2/6

例6叫壺12用普通水壺燒水，若沒人守著，水開了可能弄得滿屋水氣，引起一陣忙亂。用壺蓋上裝了個小氣哨的“叫壺”燒水，即可避免這種忙亂。在人機學里，叫做“人機界面”得到了改善，從而使得產(chǎn)品更為“宜人”。2023/2/6例7圖書館長條形桌案問題13不少學校的圖書館閱覽室里，座位安排在長條形桌案相對著的兩側。但閱讀中也難免要停下來略事思索，于是把頭抬了起來，……，倘若正巧此時對座的那位也抬起了頭，不經(jīng)意間互相目光交接，雙方都覺得尷尬。這就是設計心理學方面的問題。2023/2/6例8不同的顏色問題14

銀灰色或藍色發(fā)亮的小塑料袋里裝著藥片，藥片的服用量、服用方法都用小字印在包裝袋上，包裝袋閃閃發(fā)光，文字和底色的對比又弱，也許年輕人還行，中老年人想看清上面的說明確實費勁。例9行李箱的滾輪當你托著大行李箱出行時，是不是很感慨它的沉重？！特別是固定方向輪的行李箱。2023/2/6例10形形色色的剪刀16被剪對象有大有小、有硬有軟、有的要剪復雜的形狀且要求特別精細、有的要伸入孔洞或拐進尖角去剪，……。所以要達到人機學使用“安全、舒適、高效”的目標，剪刀刃片的形狀和尺寸、把手的形狀和尺寸，有很多解剖學、生理學的考究。2023/2/6

例11帶“耳朵”的垃圾箱17北京市推出了一種“帶耳朵的垃圾箱”

，一個“耳朵”里裝有卷紙，供欲吐痰者取用。另一個“耳朵”是投放煙蒂的煙蒂缸，里面裝有沙子，供人用來抿滅煙頭。2023/2/6小結：18

大學生活環(huán)境中的人機學問題比比皆是:床柜轉(zhuǎn)椅、寢室水房、電腦手機、超市網(wǎng)吧、實習工廠、銀行郵局、實驗室、圖書館、運動場…..總之日常生活中的人機學問題無處不在。

道路交通、家居生活、生產(chǎn)作業(yè)等等隨處都充滿了人機工程的實例，有的逐漸完善、有的有待解決，最終都是為人類安全、舒適和生產(chǎn)高效服務。課程目標通過本課程的學習，能掌握《安全人機工程學》的基本概念和基本理論，深刻領會人機界面、人機匹配與安全、工效的辨證關系，掌握對人機系統(tǒng)隱患進行診斷、評價和防范的方法，具有進行安全人機系統(tǒng)設計、人機系統(tǒng)安全分析與評價的基本能力，具有運用安全人機工程原理解決人機系統(tǒng)安全問題的能力。2023/2/619課程章節(jié)第一章概述第二章人體的人機學參數(shù)第三章工作空間設計——教材chap5.2第四章人的生理和心理及人體生物力學特性第五章安全人機功能匹配第六章安全人機系統(tǒng)中的作業(yè)環(huán)境—教材chap5.5第七章人機系統(tǒng)的安全設計第八章安全人機工程學的應用2023/2/621第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展第二節(jié)安全人機工程學的研究內(nèi)容與研究方法第三節(jié)人機關系與人機系統(tǒng)概述第一章概述2023/2/622第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展一、人機工程學的定義1、定義：人機工程學是研究工作環(huán)境中人的解剖學、生理學和心理學等方面的因素，研究人和機器及環(huán)境的相互作用，研究人在工作和生活中怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的科學。—國際人機工程學學會（IEA）起源于歐洲形成于美國發(fā)展于日本作為一門獨立學科的歷史已有50余年2023/2/623第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展《中國企業(yè)管理百科全書》將人機工程學定義為：研究人和機器、環(huán)境的相互作用及其合理結合，使設計的機器與環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理、心理等特點，達到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康和舒適的目的。2023/2/624第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2、學科名稱Ergonomics英國莫瑞爾/西歐HumanEngineering美國HumanFactorsEngineering美國人間工學日本Эргономика

蘇聯(lián)“人體工程學”、“宜人學”、中國“人因工程學”、“人類工程學”中國“工效學”、“人機工程學”中國2023/2/625第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展二、安全人機工程學的內(nèi)涵1、安全人機工程學：以系統(tǒng)論、控制論和信息論為理論基礎，從人的生理、心理、生物力學等方面去研究在發(fā)揮機器、設備高效率的同時，如何使其與人達到和諧匹配，確保人的安全和健康的問題?！藱C工程學的一個應用學科的分支。2023/2/62、安全人機工程學與其他科學的關系

工程技術科學

安全工程學

安全心理學人體測量學、

生物力學工效人機工程安全人機工程學

生理衛(wèi)生、

醫(yī)學、

環(huán)境科學

安全人機工程和工效人機工程都是人機工程學的重要分支。

安全人機工程以安全為目標、以工效為條件；

工效人機工程以安全為前提、以工效為目標的。2023/2/6工程技術科學

安全工程學

安全心理學人體測量學、

生物力學2、安全人機工程學與其他科學的關系

工效人機工程安全人機工程學

生理衛(wèi)生、

醫(yī)學、

環(huán)境科學安全心理學是安全人機工程的理論基礎之一。安全人

機工程是考慮“人的因素”，為人機系統(tǒng)的安全設計、使用、監(jiān)督、分析、評定和提供宜人依據(jù)。2023/2/6工程技術科學

安全工程學

安全心理學人體測量學、

生物力學2、安全人機工程學與其他科學的關系

工效人機工程安全人機工程學

生理衛(wèi)生、

醫(yī)學、

環(huán)境科學

人體測量學、生物力學為人機設計提供科學依據(jù)

。

人體測量學是根據(jù)人體靜態(tài)和動態(tài)尺寸的測量資料，為人機系統(tǒng)設計提供科學依據(jù)。人體生物力學是研究人體這系統(tǒng)運動規(guī)律的學科，

給人機系統(tǒng)的安全帶來保證。2023/2/6工程技術科學

安全工程學

安全心理學人體測量學、

生物力學2、安全人機工程學與其他科學的關系

工效人機工程安全人機工程學

生理衛(wèi)生、

醫(yī)學、

環(huán)境科學

生理學、衛(wèi)生學、醫(yī)學及環(huán)境科學研究人體各方面的機理、機能和效率，以及各種環(huán)境對人體的實際影響，都是安全人機工程的基礎依據(jù)。

安全人機工程需要從人體生理過程、引起職業(yè)病原因和人體解剖學原理等方面進行分析，提高人機結合面的質(zhì)量，以達到保障人的安全和保證人機系統(tǒng)的工作效率。2023/2/6工程技術科學安全工程學人體測量學、

生物力學安全心理學2、安全人機工程學與其他科學的關系

工效人機工程安全人機工程學安全工程學分為：安全管理工程學，安全設備工程學，安全人機工程學和安全系統(tǒng)工程學。

生理衛(wèi)生、

醫(yī)學、

環(huán)境科學2023/2/62、安全人機工程學與其他科學的關系工程技術科學安全工程學人體測量學、

生物力學安全心理學工效人機工程安全人機工程學安全人機工程是研究如何讓工程技術設計適合于人的使用和避免危害。

生理衛(wèi)生、

醫(yī)學、

環(huán)境科學2023/2/632第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展三、人機工程學的發(fā)展簡史經(jīng)驗人機工程學科學人機工程學現(xiàn)代人機工程學1.經(jīng)驗期：～1945。三大實驗（疲勞試驗、鐵秋作業(yè)試驗、砌磚作業(yè)試驗）2.創(chuàng)建期：1945～1960，第二次世界大戰(zhàn)期間起，新式武器和裝備的功能研究。3.成熟期：1960～，宇航技術的研究。

2023/2/633第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展三大實驗肌肉疲勞試驗：1884年德國學者莫索對作業(yè)的人體通微電流，隨著人體疲勞程度的變化，電流也隨之變化，故可用不同的電信號來反映疲勞程度。鐵秋作業(yè)試驗：1898年美國學者泰勒用形狀相同而鏟量分別為5kg、10kg、17kg和30kg四種鐵鍬去鏟同一堆煤，雖然17kg和30kg的鐵鍬每次鏟量大，但實驗表明，鏟煤量為10kg的鐵鍬作業(yè)效率最高。終于找出了鐵鍬的最佳設計。砌磚作業(yè)試驗：1911年吉爾伯勒斯他用快速攝影機對美國建筑工人砌磚作業(yè)進行了試驗研究，通過對動作進行分析，去掉多余無效動作，最終提高了工作效率，使砌磚速度由120塊/h提高到350塊/h。2023/2/634第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展1、經(jīng)驗期自從有人類社會以來，就有了人和器具的最原始的人機關系。在古代雖然沒有人機學研究方法，但所創(chuàng)造的各種器具，是符合人機工程學原理的，如：舊石器時代所創(chuàng)造的石刀、石斧等狩獵工具，大部分是直線形狀；到了新石器時代,工具就逐步變得更適合人使用了。2023/2/635第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展石頭打制工具2023/2/636第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展圖

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經(jīng)開始考慮人機關系了。2023/2/637第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展經(jīng)驗人機工程學：這些工具由于人的使用和改進，由簡單到復雜逐步科學化。在我國的古典家具中，如太師椅、茶幾等可以很明顯地看到人機理念的影子，如圖所示。2023/2/6圖翹頭案、八仙桌、太師椅、羅漢床，38第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2023/2/639第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展16世紀8世紀2023/2/640第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2023/2/641第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2023/2/642第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展我國指南車，它的傳動機構運用了力學和反饋原理，與現(xiàn)代人機工程學的原理相吻合。這種實際存在的人機關系及其發(fā)展，我們把它稱為經(jīng)驗人機工程學。三國時指南車（模型）2023/2/643第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2、創(chuàng)建期第二次世界大戰(zhàn)期間，由于戰(zhàn)爭的需要，許多國家大力發(fā)展新式武器和裝備。但由于忽視了其中“人的因素”，因而由于操作失誤而導致失敗的教訓屢見不鮮。如，由于戰(zhàn)斗機中座艙及儀表位置設計不當，造成飛行員誤讀儀表和誤用操縱器而導致意外事故，及由于操作復雜、不靈活和不符合人的生理而造成戰(zhàn)斗命中率低等現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。2023/2/644第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2023/2/6451945年美國軍方成立《工程心理實驗室》；1949年人機工程研究會在英國成立，第一本有關人機的書《應用經(jīng)驗心理學：工程設計中的人因?qū)W》出版；1950年英國成立了世界上第一個人類工效學會；1957年9月美國政府出版周刊《人的因素學會》；1961年國際人機工程協(xié)會成立。第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2023/2/646第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展3、成熟期到1960年代，歐美各國進入了大規(guī)模的經(jīng)濟發(fā)展時期，由于科技進步，人機工程學獲得了更多的發(fā)展機會。如，在宇航技術的研究中，提出了人在失重情況下如何操作，在超重情況下人的感覺如何等新問題。如，下圖為在這個時期美國亨利·德累夫斯（HenryDeryfuss）事務所的人機學實驗。太空風洞試驗2023/2/647人類空間站的建立；計算機和計算機工程的應用；藥物器械設計和老年人產(chǎn)品設計；人的生活和工作質(zhì)量設計。第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2023/2/648第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2023/2/649第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2023/2/62023/2/62023/2/6我國人機發(fā)展進程1981年我國相應成立中國人類工效學標準技術委員會。

1982年在日本東京舉行第八次國際人機工程會議，我國第一次派人參加。

1989年成立中國人類工效學學會。

1991年1月成為《國際人類工效學協(xié)會》正式成員。第一節(jié)安全人機工程學的形成與發(fā)展2023/2/6一、研究對象1、人（Man）：活動的人體，操作者、使用者、安全主體；2、機(Machine)：包括勞動工具、機器(設備)、勞動手段和環(huán)境條件、原材料、工藝流程等所有與人相關的物質(zhì)因素。3、人機結合面：人和機在信息交換和功能上接觸或互相影響的領域（或“界面”）。第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法2023/2/654人機系統(tǒng)：人子系統(tǒng)機器子系統(tǒng)人機界面人機系統(tǒng)基本模式第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法2023/2/655第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法二、研究內(nèi)容1、人的因素方面主要包括人體生理、心理、人體測量及生物力學、人的可靠性；2、機的因素方面主要包括物質(zhì)性能、作業(yè)方式、安全條件等；3、環(huán)境因素方面主要包括采光、照明、塵毒、噪聲等對影響人的因素；4、人機系統(tǒng)的綜合研究研究人機系統(tǒng)的整體設計；崗位設計；顯示器設計；控制器的設計；環(huán)境設計；作業(yè)方法及人機系統(tǒng)的組織管理等。2023/2/656第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法目前人機工程學的前沿領域研究包括：

人機關系；人與環(huán)境關系；人與生態(tài)；人的特性模型；人機系統(tǒng)的定量描述；人際關系、團體行為、組織行為、心理狀態(tài)等方面的研究。2023/2/6三、研究目的、任務和范圍1、主要目的對人機系統(tǒng)建立合理的方案，更好地在人機之間合理地分配功能，使人和機有效結合、發(fā)揮人的作用、最大限度地為人提供安全衛(wèi)生和舒適的環(huán)境、達到保障人的健康、舒適、愉快地活動的目的，同時提高活動效率。機的效能不但取決于它本身的有效系數(shù)、生產(chǎn)率和可靠性等、而且還取決于是否適應人的操作要求、機的信息傳遞方式和操縱裝置的布局等。

第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法2023/2/62、主要任務建立合理可行的人機系統(tǒng)，更好地實施人機功能分配，更有效地發(fā)揮人的主體作用，實現(xiàn)人機系統(tǒng)的安全、舒適和高效，為工程技術設計者提供人體合理的理論參數(shù)和資料，如：

1）人體作業(yè)的舒適范圍（最佳狀態(tài)）；

2）人體的允許范圍（保證工作效率）；

3）人體的安全范圍（不致傷害的最低限度和要求）；

4）一切安全防護設施如何適應人的各種使用要求等。第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法2023/2/63、研究范圍

主要有：1）研究人機系統(tǒng)中人的各種特性；生理特性和心理特性。生理特性：人體的形態(tài)機能，靜態(tài)及動態(tài)人體尺度，人體生物力學參數(shù)，人的信息輸入、處理、輸出的機制，人的操作可靠性的生理因素等。心理特性：人的心理過程與個性心理特征，人在勞動時的心理狀態(tài)，安全生產(chǎn)的心理因素和事故心理因素等。這些特性是安全人機工程學的基礎理論部分，是解決安全工程技術問題的主要依據(jù)。

第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法2023/2/62）研究人機功能合理分配

主要有：人和機各自功能特性參數(shù)、適應能力和發(fā)揮其功能的條件，各種人機系統(tǒng)人機功能分配的方法等。3）各種人機界面研究主要有：機器顯示裝置與人的信息通道特性的匹配、機器操縱器與人體運動特性的匹配和顯示器與操縱器性能的匹配等，從而針對不同的系統(tǒng)研究最優(yōu)的顯示。第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法2023/2/6Eg、在生活和生產(chǎn)中數(shù)量最多的是工具類人機界面，主要研究其適用性和舒適性，即如何使其與人體的形態(tài)功能、尺寸范圍、手感和體感等相匹配。對于環(huán)境：主要研究作業(yè)的物理環(huán)境、化學環(huán)境、生物環(huán)境和美學環(huán)境等對人的影響程度、閾值范圍和控制手段。4）作業(yè)方法與作業(yè)負荷研究作業(yè)方法研究：作業(yè)姿勢、體位、用力、作業(yè)順序、合理工具等，以消除不必要的勞動消耗。第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法2023/2/6作業(yè)負荷研究：主要側重于體力負荷的測定、建模(建立各種作業(yè)的生物力學模型)、分析，以確定合適的作業(yè)量、作業(yè)速率、作息安排以及作業(yè)疲勞及其與安全生產(chǎn)的關系等。5）作業(yè)空間分析研究主要研究：為保證安全高效作業(yè)所需的空間范圍。包括人的最佳視區(qū)、最佳作業(yè)域、最小的裝配作業(yè)空間以及最低限度的安全防護范圍等。第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法2023/2/66）事故及其預防研究據(jù)統(tǒng)計，近80％的事故是由于人為失誤導致。因此，事故及其預防研究既是安全人機工程學的立足點，也是其根本目的，即研究產(chǎn)生事故的各種人的因素、人的誤操作分析與預防措施等。

63第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法2023/2/664第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法四、安全人機工程學的研究方法1、實測法：利用器具、設備而進行實際測量的研究方法。

2、實驗法：在人為設計的環(huán)境中，測試實驗對象的行為。

3、分析法：通過觀察、記錄被觀察者的行為表現(xiàn)、活動規(guī)律等，然后進行分析的研究方法。1）人體尺寸實測法；2）心理實測法。2023/2/665第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法4、調(diào)查研究法（Survey)5、計算機仿真法(Simulation)6、感覺評價法(Sensoryinspection)7、圖示模擬和模型試驗法(model)2023/2/666第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法研究車輛碰撞的人機系統(tǒng)的模擬與模型2023/2/667第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法研究宇航員生理、心理能力測量裝置框圖2023/2/668第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法駕駛員眼動規(guī)律實驗裝置2023/2/669第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法模擬仿真2023/2/670第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法模擬駕駛運動計算與仿真2023/2/671第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法人體動作分析仿真圖形輸出2023/2/672第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法能自學飛行的無人直升機

2008年9月，斯坦福大學的計算機科學家研制出一種能夠讓無人駕駛直升機自學飛行的人工智能系統(tǒng)。有了這個系統(tǒng)，無人駕駛直升機便可上演與其他飛機同樣的飛行動作。如果有機會參加航空展，這種無人駕駛直升機可通過觀察學會并表演所有高難度特技飛行。2023/2/673第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法近期國內(nèi)外人機工程學研究的方向歸納如下：1、工作負荷研究，包括體力活動、智力活動、工作緊張等因素引起的生理負荷和心理負荷。2、工作環(huán)境的研究，包括各種工作環(huán)境條件下的生理效應，以及一般工作與生活環(huán)境中振動、噪音、空氣、照明等因素的人因工程學的研究。3、工作場地、工作空間、工具裝備的人機工程學研究。4、信息顯示研究，特別是終端顯示中人的因素研究。5、計算機設計與人機工程學研究。6、工作成效的測量與評定。7、機器人設計的智能模擬等。8、人—機—環(huán)境系統(tǒng)中心理學的研究。五、安全人機工程學的應用從鉛筆到航天飛機第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法2023/2/6（1）、日常用品（2）、家具（3）、服裝（4）、各種手工工具（5）、各種裝備（6）、建筑（7）、交通工具（8）、有人參與的太空設備第二節(jié)研究內(nèi)容與研究方法鐵鍬2023/2/677第三節(jié)人機關系與人機系統(tǒng)概述一、人機關系（一）人機關系即人在作業(yè)過程中與作業(yè)工具、對象發(fā)生的聯(lián)系。（二）人是人機關系中的主體在任何人機系統(tǒng)中，人永遠是發(fā)揮著主體的作用。（三）人機關系的最佳匹配機宜人人適機2023/2/678第三節(jié)人機關系與人機系統(tǒng)概述二、人機系統(tǒng) 由人和機按一定的關系組合而成的集合體。（一）按有無反饋控