安全人机工程课件.ppt

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1、安 全 人 机 工 程,刘景良 杨立全 朱虹,第一章 概述,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,第一节 安全人机工程学的形成与发展,一、人机工程学的定义 国际人机工程学会（International Ergonomics Association，简称IEA）认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因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作、生活和休假时怎样统一考虑工作效率、健康、安全和舒适等问题的学科。中国企业管理百科全书中对人机工程学所下的定义为人机工程学是研究人和机器、环境的相互作用及

2、其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理特点，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。人机工程学的研究对象是人、机、环境的相互关系，研究的目的是如何达到安全、健康、舒适和工作效率的最优化。人机系统实际上是指由人、机器和环境所组成的人一机一环境系统。,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 安全人机工程学作为人机工程学的一个分支，是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，立足于对人在作业过程中的保护，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、

3、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。随着科学技术的飞速发展，工业生产设备的自动化、复杂化程度越来越高，作业过程中的危险、有害因素也越来越多，对本质安全化的追求促进了安全人机工程学发展。,第二节 安全人机工程学的研究内容与研究方法,一、安全人机工程学的研究内容 1.人的安全特性的研究 主要包括人的工作能力、人的基本素质测试与评价、人的生理和心理特性、人体生物力学、人的失误（即人的操作可靠性）等研究内容。2.机的安全特性研究 机器、设备、工具等一般都是由动力、传动、工作和操纵等子系统组成，所以对机的安全性研究主要从机器特性、动力学模型、防错设计、安全防护设计以及维

4、修性设计等方面进行研究。3.人机关系的研究 人机关系的研究主要从静态人机安全关系、动态人机安全关系、多媒体技术以及人机系统可靠性等方面研究。静态研究，主要有作业区域的合理布局和设计、作业方法和作业负荷的研究；动态研究，主要有人机功能的合理分配、人机界面的安全设计、人工智能研究；多媒体技术，主要研究对机器安全运转的监测监控；人机系统可靠性等方面研究，主要是分析人机系统的可靠性，建立人机系统可靠性设计原则，据此设计出经济、合理以及可靠性高的人机系统。,第二节 安全人机工程学的研究内容与研究方法,二、安全人机工程学的研究方法 1.实测法 这是借助于器具、设备进行实测和监控的方法。2.实验法 当实测法

5、受限时，可采用实验模拟法。如环境对人的影响、机械设备的应力实验等可采用实验模拟。3.分析法 分析法是在实测法和实验法的基础上对人机系统的安全性进行定性和定量分析。定性分析就是分析人机系统的危险、有害因素，判断系统的状态；定量分析是通过数学模型分析计算，给出系统的安全程度，与可接受的安全水平相比较，查找未到达安全水平的危险、有害因素及其危害的数量值，以便采取措施加以调整。,第三节 人机关系与人机系统概述,一、人机关系（一）人机关系 所谓人机关系，是指人在作业过程中与作业工具和作业对象所发生的联系。影响人机关系的因素是多方面的，以手动为主的作业形式，其人机关系要求工具得心应手，操作者有一定的体力和

6、较高的技能，以达到机宜人和人适机；而对于机械化作业，要求人机共动，密切协调，对机宜人和人适机的要求更苛刻。系统越复杂，对人的要求越高，小的失误越可能造成严重的后果。,第三节 人机关系与人机系统概述,（二）人是人机关系中的主体 任何机器的设计、制造、使用、控制、维修和管理最终还是要靠人。无论机器本身的效率多高，如果不能适应人的生理和心理特性，也不能发挥应有的功效。在任何人机系统中，人永远发挥着主体的作用。在安全人机系统中，人的安全永远是第一位的。,第三节 人机关系与人机系统概述,（三）人机关系的最佳匹配 1.机宜人 供人使用的机械，应尽量满足人的生理、心理特征，符合人的审美观和价值观，尤其要满足

7、人的安全需要，让人能最大限度地发挥机械的功能。2.人适机 机械的功能、结构不可能完全适宜人的所有特性。因此，为了安全和高效的作业，就必须对人进行人适机的选拔和培养。3.人机关系的最佳匹配 机宜人和人适机都是受一定条件限制的，为做到人机关系的最佳匹配，应从以下几方面着手。（1）研究系统以及各种机器、设备、工具、设施等的设计所应遵循的工效学原则与标准；(2)研究人和机器的合理分工及相互适应的问题；(3)研究人与被控对象之间的信息交换过程；(4)根据人的身心特征，提出对机器、技术、作业环境、作业时间的要求。,第三节 人机关系与人机系统概述,二、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

8、称为人机系统。人机系统由信息传递，信息处理、控制和反馈等基本结构组成。（一）按有无反馈控制作用分类：图1-1闭环人机系统 闭环人机系统其主要特征是系统的输出对控制作用有直接的影响，即系统过去行动的结果回过来控制未来的行动。,图1-2 开环人机系统,开环人机系统的特征是系统的输出对控制作用没有影响。虽然它也能提供反馈信息，但此信息无法用于进一步的控制操作。,第三节 人机关系与人机系统概述,（二）按人机系统自动化程度分类 1.人工操作系统 在该系统中，人提供系统所需的动力，控制着整个生产过程。而人所使用的工具或辅助器械，都不具备动力的作用，而只是增加人的力量的效果。图1-3 人工操作系统 图1-4

9、 半自动化系统 2.半自动化系统 在该系统中，人是生产过程的控制者，操作着动力设备，也可能为系统提供少量的动力，并对系统作某些调整。人在生产过程中感知信息、处理信息，然后借助于手柄、按钮等控制器来控制生产过程。在闭环的半自动化系统中，反馈信息经过人处理，又成为作进一步操作的依据。根据我国目前生产力发展的水平，半自动化人机系统是采用较多的一种类型。,第三节 人机关系与人机系统概述,3.自动化系统 在此系统中，机器完全代替了人的体力劳动，生产过程的信息接受、存储、处理和执行等工作全部由机器来完成，人只是通过显示装置来监控生产过程。为了系统的安全，一般要求系统安装能预报和应急处置意外事件的装置。图1

10、-5 自动化系统 以上3种类型，都存在于生产过程中，人工操作系统偏重于解决操作人员作业方面的问题，自动化和半自动化系统偏重于解决机器的问题。,第三节 人机关系与人机系统概述,三、人机功能分配（一）人与机器功能特性的比较,第三节 人机关系与人机系统概述,（二）人机功能分配1.人机功能分配的影响因素 人机功能的分配，应全面考虑以下因素。(1)人和机器的性能特点、负荷能力、潜在能力及各种限度；(2)人适应机器所需的选拔条件、培训时间和体力限度；(3）人的个体差异和群体差异；(4）人和机器对突发事件的反应能力差异；(5)机器代替人的效果，可行性、可靠性、经济性的比较。,第三节 人机关系与人机系统概述,

11、（二）人机功能分配2.人机功能分配的一般原则 表1-2 人机功能分配,本章课堂讨论题,1.结合安全人机工程学的研究内容，讨论该课程对你从事本职工作的积极作用 2.谈谈你对人机系统的理解以及对人机功能分配的感悟,2010年7月,17,2023/3/30,第二章安全人机系统中人的特性,内 容第一节 人体形态测量 第二节 人的生理特性及反应时间第三节 人的心理特性,化学工业出版社,2010年7月,18,第一节 人体形态测量,一、人体测量的基本知识1.工业安全设计与人体尺度 人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类：人体构造上的尺寸是指静态尺寸；人体功能上的尺寸是指人在活动过程中的尺寸。包括人在工

12、作姿势下或在某种操作活动状态下的测量尺寸。,2010年7月,19,2023/3/30,被测者姿势（立姿、坐姿）测量基准面（见图1）测量方向 支承面和着装 基本测点及测量项目(见图2.图3),2.人体测量的基本术语,2010年7月,20,2023/3/30,图1 人体测量基准面和基准轴,2010年7月,21,2023/3/30,图1-b 人体测量基准面和基准轴,图1-a 人体测量基准面和基准轴,2010年7月,22,2023/3/30,图2-a 测量项目-立姿,2010年7月,23,2023/3/30,图2-b 测量项目-立姿,2010年7月,24,2023/3/30,图2-c 测量项目-立姿,

13、2010年7月,25,2023/3/30,图2-d 测量项目-立姿,2010年7月,26,2023/3/30,图2-e 测量项目-立姿,2010年7月,27,2023/3/30,图2-f 测量项目-立姿,2010年7月,28,2023/3/30,图3-a 测量项目-坐姿,2010年7月,29,2023/3/30,图3-b 测量项目-坐姿,2010年7月,30,2023/3/30,图3-c 测量项目-坐姿,2010年7月,31,2023/3/30,图3-d 测量项目-坐姿,2010年7月,32,2023/3/30,图3-e 测量项目-坐姿,2010年7月,33,二、人体生理学参数及测量,1.人的

14、生理学参数及测量最大心率(HRmax)单位时间内心室跳动的次数称为心率(Heart rate，缩写为HR)；当人达到最大负荷时心脏每分钟的跳动次数称为最大心率(HRmax)。最大心率几乎无性别差异，但二者都随着年龄(A)的增加而下降。,2010年7月,34,1.人的生理学参数及测量,搏出量与最大心脏输出：心脏每次搏动从左心室注入主动脉的血液量，称为搏出量。而单位时间内(每分钟)从左心室射出的血液量Q，叫做心脏输出量。由于最大摄氧量与最大心脏输出量具有内在联系，因此，可利用最大耗氧量求算最大心脏输出量。,2010年7月,35,1.人的生理学参数及测量,肌电图：人机工程学上，通常根据肌电图的电压幅

15、值和收缩频率来进行评价。放电频率的高低主要决定于运动单位兴奋活动的强弱。动作电位振幅(mV)的大小反映了参加收缩的肌纤维数量的多少。,2010年7月,36,1.人的生理学参数及测量,呼吸量的测定 人体的活动与正常平静状态相比，其机体新陈代谢率增高，氧气的消耗量与二氧化碳的呼出量也都随着活动量的增大而增多，于是呼吸频率由每分钟1218次增加到每分钟4050次，呼出量也由平静时的500mL上升到2000mL以上，其通气量由平静时的68L上升到100L以上，增加近20倍。,2010年7月,37,1.人的生理学参数及测量,脉搏数的测定 主要是测定与疲劳程度有关的刚结束作业时的脉搏数、脉搏积 脉搏积脉搏

16、数(最高最低血压差)100及回复到安静时脉搏数所用的时间。,2010年7月,38,1.人的生理学参数及测量,发汗的测定:通常把汗腺分泌汗液的活动叫做发汗。发汗量是在高温环境下进行劳动或重体力劳动下机体丧失水分程度的标志。劳动或运动强度越大，发汗量增加越显著;劳动时如果发出大量汗水可造成脱水，因此对发汗量及汗液化学成分等应进行测定，并采取相应的劳动保护措施。,2010年7月,39,1.人的生理学参数及测量,脑电图:(Electroencephalogram，EEG)也是人体生物体电现象之一。人无论是处于睡眠还是觉醒状态，都有来自大脑皮层的动作电位(脑电波)。人脑生物电现象是自发和有节律性的。利用

17、脑电波的频率和幅值可评价人大脑的觉醒状态。,2010年7月,40,日本学者把大脑意识状态划分的五个阶段：阶段0：无意识，无反应能力(失去知觉，睡眠)。主要脑电波是波。（0.53.5Hz)阶段I：过度疲劳、单调作业、饮酒等主要脑电波为波。（47Hz）阶段：习惯作业，不需考虑，无预测能力和创造力。主要脑电波为波。（813Hz）阶段；大脑清醒，注意力集中，富有主动性。主要脑电波为波。（1425Hz）阶段：过度紧张和兴奋，一旦有紧张情况大脑将马上进入活动停止状态，成为旧皮层优势状态。脑波状态是和更快频率的脑波。,2010年7月,41,2.百分位数和适应度,百分位：工程上常以正态分布的某个百分位a处的人

18、体尺寸数值x a作为设计用人体尺度的一个界线值，以控制设计的适应范围，该界线值称为百分位数。适应度：正态分布曲线上，从-(或十)，或两个百分位12之间的区域，称为适应度。适应度反应了设计所能适应的身材的分布范围。,2010年7月,42,三、人体测量数据及应用,1.我国人体尺寸 GBl000088中国成年人人体尺寸，适用于工业产品、建筑设计、军事工业以及工业的技术改造设备更新及劳动安全保护。标准中所列数值，代表从事工业生产的法定中国成年人(男1860岁，女1855岁)。,2010年7月,43,选用GBl000088人体尺寸数据时，应注意以下要点：1.表列数值均为裸体测量结果，在用于设计时，应根据

19、各地区不同的衣着而增加余量。2.立姿时要求自然挺胸直立，坐姿时要求端坐。如果用于其他立、坐姿的设计(例如放松的坐姿)，要增加适当的修正量。3.由于我国地域辽阔，不同地区间人体尺寸差异较大。,2010年7月,44,2.影响人体测量数据差异的因素,年龄性别年代地区与种族职业,2010年7月,45,2023/3/30,3.人体测量数据的应用,人体数据的运用准则：（1）、最大最小准则。（2）、可调性准则（3）、平均准则（4）、使用最新人体数据准则（5）、地域性准则（6）、功能修正与最小心理空间相结合准则（7）、标准化准则。（8）、姿势与身材相关联准则（9）、合理选择百分位和适用度准则,2010年7月,

20、46,2023/3/30,人体测量数据选用的注意事项设计和确定作业空间尺寸的根据，必须保证至少90%的用户的适应性、兼容性、操作性和维护性，即人体主要尺寸的设计极限应根据第5至95百分位数的值确定。必须适应或允许身体某些部分通过的空间尺寸（如通道、出入口、防触及危险部位的安全距离等），应以第95百分位的值作为适用的人体尺寸。有限度的或受身体延伸所限制的空间尺寸（如抓握物体的可及距离、控制器的位移、显示器与测试点位置、安全防护罩上的空隙等），应以第5百分位的值作为适用的人体尺寸。,2010年7月,47,2023/3/30,三、人体身高在设计中的应用方法,以身高为基准确定工作面高度、设备和用具高度

21、的方法，通常是把设计对象归成各种典型的类型，并建立设计对象的高度与人体身高的比例关系，以供设计时选择和查用。下图是以身高为基准的设备和用具的尺寸推算图，图中各代号的含义如表所示。,2010年7月,48,2023/3/30,图 以身高为基准的设备和用具尺寸概算图,2010年7月,49,2023/3/30,表2-1：设备、用具及通道高度与身高的关系,2010年7月,50,第二节 人的生理特性及反应时间,一、人的生理特征1.人的神经系统2.人的感知觉系统,2010年7月,51,2010年7月,52,(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）从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达

22、到一定强度才能对感受器官发生作用。（表）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。,2010年7月,53,表2-2：刺激及感觉反应,2010年7月,54,2006.2,表2-3：人体主要感觉阈值,2010年7月,5

23、5,(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）知觉的理解性（见图）知觉的恒常性 知觉的选择性（见图）,2010年7月,56,2006.2,图：知觉的整体性,2010年7月,57,图 4 知觉的理解性,2010年7月,58,图 5 人头托盘双关图,2010年7月,59,（3）、人的视觉特性（a）人眼的构造 眼球的基本结构（见图）眼球的水平解剖图（b）视觉的基本参数 波长和强度效应 视角（见图）视力 视野（见图）视距（见表）色觉,2010年7月,60,图 人眼球的基本结构,2010年7月,61,图 视角,2010年7月,

24、62,图 人的水平视野和垂直视野,2010年7月,63,图 人对不同颜色的视野,2010年7月,64,2006.2,表24 几种工作视距的推荐值,2010年7月,65,（3）常见的几种视觉现象 暗适应与明适应眩光 视错觉,2010年7月,66,图 几种常见视觉错误,2010年7月,67,图 一系列视错觉图,2010年7月,68,图 视错觉图,2010年7月,69,(4)、人的听觉特性（a）人耳构造和听觉过程（见图）（b）听觉特征 可听范围 可听声音的强度方向敏感度掩蔽效应,2010年7月,70,图 人耳的构造,2010年7月,71,图 人耳的剖面图,2010年7月,72,(5）、人的嗅觉、味觉

25、和肤觉特性（a）嗅 觉（b）味 觉（c）肤 觉触觉（触觉感受器见，触觉阈限）温度觉痛觉,2010年7月,73,二、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2-5）与运动器官有关（见表2-6）与刺激性质有关（见表2-7）随执行器官不同而不同（见表2-8）与刺激数目的关系（见表2-9）与颜色的配合有关（见表2-10）与年龄有关（见表2-11）与训练有关,2010年7月,74,表25 反应时间随感觉通道的变化,表26 反应时间与运动器官的关系,2010年7月,75,表28执行器官的反应时间,表27 反应时间与刺激性质的关系,2010年7月,76,表29 反应时间与刺

26、激数目的关系,表210 反应时间与颜色的关系,表211 年龄与反应时间的关系,2010年7月,77,第三节 人的心理特性,概述：,认识过程：如感觉、知觉、记忆、注 心理过程 意、思维、想象 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,2010年7月,78,一、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。,2010年7月,79,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

27、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。,2010年7月,80,2.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。,2010年7月,

28、81,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。烦躁情绪：表现沉闷，不愉快，精神不集中，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。,2010年7月,82,图 安全操作水平与情绪激动水平关系图,2010年7月,83,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

29、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。,2010年7月,84,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

30、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。,2010年7月,85,3.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、脆弱性和盲目性。,2010年7月,86,4.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

31、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。,2010年7月,87,5.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

32、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。,2010年7月,88,6.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补,2010年7月,89,7.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

33、；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。,2010年7月,90,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

34、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。,2010年7月,91,8.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论（见图）。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

35、。,2010年7月,92,图 马斯洛的需要层次发展模式,2010年7月,93,9.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,2010年7月,94,课堂讨论题,1.掌握人体测量的基本术语对安全人机工程的作用是什么？2.了解人体生理学参数、百分位数、适应度有什么意义？3.如何运用人体测量参数和生理参数进行人机系统设计。4.怎样根据人的神经系统、感知觉系统、运动系统特征及人的反应时间保障人机系统安全。,2010年7月,95,5.从那些方面理解人的心理？6.根据不同的心理特征与安全的关系，如何科学的设计人机系统，管理和维护安全人机系统工程。,2010年7月,96,第三章

36、安全人机系统中人的作业特性,第一节 作业过程中人体的能量代谢 第二节 劳动强度及其分级 第三节 作业疲劳及其预防,2010年7月,97,第一节 作业过程中人体的能量代谢,一、能量代谢 在物质代谢过程的同时发生着能量释放、转移、贮存和利用的过程，称为能量代谢。1劳动时的能量来源 糖是人体的主要能源。人体所需能量约有70%由糖的分解代谢来提供。脂肪则起着储存和供应能量的作用。蛋白质是人体组织的主要成分。糖和脂肪在体内经生物氧化后生成二氧化碳和水，同时产生能量。,人体摄入的物质（糖、脂肪、蛋白质）在体内氧化分解，同时释放能量。能量中约有一半是热能，用以维持体温并不断地向体外散发；另一部分以化学能的形

37、式贮存于三磷酸腺苷（ATP）内，ATP分解时放出能量，供应合成代谢和各种生理活动所需的能量。机体活动的大部分能量来源于三磷酸腺苷。ATP生成后，除直接为各种生理活动提供能量外，还可以把它的高能磷酸键转移给肌酸，生成磷酸肌酸（CP)。CP是机体内的贮存库，多含于肌细胞内，其贮存量是ATP的5倍。每当细胞内ATP消耗时，即由CP生成新的ATP加以补充，使ATP在细胞内的量保持恒定。,2010年7月,98,第一节 作业过程中人体的能量代谢,一、能量代谢2能量代谢量 能量代谢分为基础代谢、安静代谢和劳动代谢。（1）基础代谢 基础代谢是指维持生命所必需消耗的基础情况下的能量代谢量。所谓基础代谢率（BMR

38、，Basal Metabolic Rate）是指人在进餐12 h后，在清晨清醒地静卧于1825环境中，并保持神经松弛，体位安定，各种生理活动维持在较低水平下的代谢率。表3-1 中国人基础代谢率的水平 kJ/（m2.h),（2）安静代谢 安静代谢是指人仅为保持身体平衡及安静姿势所消耗的能量代谢量。一般在工作前或后进行测定。安静代谢率一般取为基础代谢率的1.2倍。（3）劳动代谢 劳动代谢量是指人在工作或运动时的能量代谢量。作业时的能量消耗量是全身各器官系统活动能耗量的总和。一般而言，体力劳动的能耗量可高出基础代谢的10-25倍，它与体力劳动强度直接相关。,2010年7月,99,3能量代谢率 为了消

39、除个人之间的差别，通常采用劳动代谢量和基础代谢量之比来表示某种体力劳动的强度。这一指标称为能量代谢率（RMR，Relative Metabolic Rate）。（式3-1）,2010年7月,100,二、作业时的氧消耗1氧需与氧债 劳动过程中每分钟的需氧量称为氧需。成年人安静时的需氧量为0.20.3L/min。劳动时随着劳动强度的增加，需氧量也随之增多（最大需氧量可达安静休息时的30倍），供氧能否满足人体活动的需要取决于人体的循环系统和呼吸系统。人体在每分钟内能供应的最大氧量称为最大摄氧量（也称氧上限），成年人的最大摄氧量一般不超过3L，经常锻炼的人可达4L以上。一般情况下，摄氧量与耗氧量大致相

40、等。在劳动过程中，随着劳动强度的增强，存在摄氧量满足不了需氧量增加的情况，需氧量大于摄氧量时，肌肉在缺氧的状态下从事活动，形成氧缺乏，这种供氧与需氧之间的差，称为氧债。2氧债及其偿还 氧债及其偿还与劳动强度之间存在密切的关系。,2010年7月,101,图3-1 氧债及偿还图,2010年7月,102,第二节 劳动强度及其分级,一、劳动强度 劳动强度反映了劳动的繁重、紧张或密集程度，是劳动者体力消耗、生理和心理紧张程度的综合反映。劳动强度也反映了作业过程中劳动者在单位时间内作功与机体代谢能力之比。劳动强度的大小可以用耗氧量、能耗量、能量代谢率等参数加以衡量。,2010年7月,103,第二节 劳动强

41、度及其分级,一、劳动强度 劳动强度反映了劳动的繁重、紧张或密集程度，是劳动者体力消耗、生理和心理紧张程度的综合反映。劳动强度也反映了作业过程中劳动者在单位时间内作功与机体代谢能力之比。劳动强度的大小可以用耗氧量、能耗量、能量代谢率等参数加以衡量。可以将所有作业归为静力作业和动力作业两种。静力作业 静力作业主要是依靠肌肉的等长收缩来维持一定的体位，即身体和四肢关节保持不动时所进行的作业。如脑力劳动、计算机操作人员、仪器监控者等所从事的作业。静力作业的特征是能耗水平不高，但容易导致疲劳。2动力作业动力作业是靠肌肉的等张收缩来完成作业动作的，即经常说的体力劳动。,2010年7月,104,第二节 劳动

42、强度及其分级,二、体力劳动强度分级 在工业企业设计卫生标准GBZ 1-2002(Hygienic standards for the Design of Industrial Enterprises)之附录B(规范性附录)中规定了我国的体力劳动强度分级方法。1.体力劳动强度分级 体力劳动强度分级采用体力劳动强度指数（）为分级指标，将体力劳动强度分为四级。表3-4 我国体力劳动强度分级,2010年7月,105,第二节 劳动强度及其分级,2.劳动强度指数的计算 劳动强度指数I计算公式：=M10（式3-2）式中：体力劳动强度指数 M8小时工作日平均能量代谢率(kcal/minm2)，用下式计算：（式

43、3-3）Ayi 同类活动能量代谢率，kcal/(min.m2）；A ti 同类活动时间，min)；Ta 工作日总时间（min)。按表3-4的分级标准，8小时工作日内平均散热量(能量消耗)为:级:110kcal/hper级:170kcal/hper 级:220kcal/hper级:300kcal/hper注:1kcal=4.18KJ,2010年7月,106,第二节 劳动强度及其分级,3.能量代谢率测定方法(1)工时记录表 每天选择受测工种工人12名自上班至下班跟随记录其从事各项活动和休息的起止时间，连续(或间断)测定3天，取3天的平均值。如遇生产不正常或发生事故时，不作为正式记录。工时记录表的格

44、式见表3-5。表3-5 劳动工时记录（2）平均能量代谢率(M值)根据表3-5将各种操作归类(近似的活动归为一类)，休息为一类。再计算出各项活动与休息在一个工作日内累计占用时间。然后分别测定各项活动和休息时的能量代谢率，再乘以相应的工作日累计占用时间，最后计算工作日总能量消耗值。,2010年7月,107,3.能量代谢率测定方法,2010年7月,108,（3）某工种劳动强度指数计算举例,平均能量代谢率(M)可由表3-6的测定结果利用式3-3计算获得，即 平均能量代谢率(M)(Kcal/minm2)924/480=1.925代入式3-2:=M10=1.92510=19.25(级)按表3-2分级，该工

45、种劳动强度为级。,2010年7月,109,（4）各劳动项目的能量代谢率(M)的测定,在操作者从事该项操作5分钟后，给受试者戴上肺通气量计的采气口罩(务要严紧，保证不漏气)，启动开关采集操作时呼出气，一般可采气25分钟，关闭采气开关记录肺通气量，再根据计算公式计算能代谢率。每项操作要采测510个样品(5个样品最好在不同人身上完成，如受条件所限也可在同一人身上重复多次)取平均值(按表3-7所示记录表要求操作)。表3-7能量代谢测定记录表,2010年7月,110,根据例表3-7计算出的Ye值，按表3-8归纳，计算各单项操作(包括休息)平均能量代谢率(kcal/minm2)，再将其纳入表3-6中参加进

46、一步计算。表3-8 单项操作平均能量代谢率统计率,2010年7月,111,第三节 作业疲劳及其预防,一、疲劳及其产生机理 疲劳是指在长时间连续或过度活动后引起的机体不适和工作绩效下降的现象。无论是从事体力劳动，还是脑力劳动，都会产生疲劳。长时间或高强度的体力活动，使得体内储存的能量和潜能耗尽，导致身体内部生物化学环境失调，使得确保活动的各个系统工作失调，从而产生了疲劳。长时间的脑力活动，致使大脑中枢神经系统从兴奋转为抑制状态，导致思维活动迟缓，注意力不集中，动作反应迟钝，从而出现疲劳状态。,2010年7月,112,第三节 作业疲劳及其预防,二、疲劳的主要特征 疲劳是人们在日常生产及生活中常常体

47、验到的一种生理和心理现象，其主要特征可以表现在以下几个方面：1休息的欲望2心理功能下降 疲劳时人的各项心理功能下降，例如反应速度、注意力集中程度、判断力程度都有相应的减弱，同时还会出现思维放缓、健忘、迟钝等。3生理功能下降4作业姿势异常 在作业姿势中，立姿最容易疲劳，其次是坐姿，卧姿最不容易疲劳。作业疲劳的姿势特征主要有：（1）头部前倾；（2）上身前屈；（3）脊柱弯曲；（4）低头行走；（5）拖着脚步行走；（6）双肩下垂；（7）姿势变换次数增加，无法保持一定姿势；（8）站立困难；（9）靠在椅背上坐着；（10）双手托腮；（11）仰面而坐；（12）关节部位僵直或松弛。5工作质量下降 疲劳会导致工作质

48、量和速度下降，差错率增加，进而可能导致事故的发生，甚至造成人身伤亡与财产的损失。总之，疲劳会导致工作能力下降。许多事故就是在疲劳的情况下发生的。,2010年7月,113,第三节 作业疲劳及其预防,三、疲劳的分类 根据疲劳发生的功能特点，可以将疲劳分为生理性疲劳和心理性疲劳。1生理性疲劳 生理性疲劳是指人由于长期持续活动使人体生理功能失调而引起的疲劳。生理性疲劳又可以分为肌肉疲劳、中枢神经系统疲劳、感官疲劳等几种不同的类型。(1)肌肉疲劳:是指由于人体肌肉组织持久重复地收缩，能量减弱，从而使工作能力下降的现象。（2)中枢神经系统疲劳:也被称为脑力疲劳，是指人在活动中由于用脑过度，使大脑神经活动处

49、于抑制状态的一种现象，是一种不愿意再作任何活动和懒惰的感觉，中枢神经系统疲劳意味着肌体迫切需要休息。（3）感官疲劳:是指人的感觉器官由于长时间活动而导致机能暂时下降的现象。2心理性疲劳 心理性疲劳是指在活动过程中过度使用心理能力而使其他功能降低的现象，或者长期单调地进行重复简单作业而产生的厌倦心理。,2010年7月,114,第三节 作业疲劳及其预防,四、引起疲劳的原因 人的生理、心理因素及管理方面的因素，都可能是造成疲劳的原因。具体而言，主要包括以下几个方面的原因：工作单调，简单重复，如起重作业；超过生理负荷的激烈动作和持久的体力或脑力劳动,如长时间不间断的工作；作业环境不良，如作业现场存在噪

50、声、粉尘、以及其他有毒有害物质，作业场地肮脏杂乱，作业现场光线阴暗等等；不良的精神因素，多由于家庭变化或社会诸多不良因素而导致；肌体状况不良以及长期劳逸安排不当，多由于个人因素或由于企业工作制度安排不合理而导致；机器本身在设计制造时，没有按人机工程学原理设计。,2010年7月,115,【案例】疲劳导致事故,某厂40吨冲床正在冲制零部件。由于任务比较紧张，冲床操作工王某已连续7天，每天从早晨上班一直干到晚上7时半下班。第7天时，她的体力已明显下降，头脑昏昏沉沉，手脚的协调性也比平时差了。但是，为了完成任务王某还是继续上机操作。到了下午2时，她的操作节奏突然发生紊乱，安放工件的手还未离开，竟下意识