第七节　安全人机工程

　　运用人机工程学的理论和方法研究“人-机-环境”系统，并使三者从安全的角度上达到最佳匹配。

　　【注】人是核心起到主导作用，机器起着安全的保障作用;

　　安全人机工程的研究内容主要包括以下方面：

　　(1)分析机械设备及设施在生产过程中的不安全因素;

　　(2)研究人的生理和心理特征和机器功能，构成最佳人机系统;

　　(3)研究人与机器界面中信息传递的安全问题;

　　(4)建立人机系统可靠性设计原则。

　　一、人的特性

　　(一)人的生理特性

　　1.人体供能与劳动强度分级

　　(1)人体特性参数

　　①尺度参数：静态参数，如人体高度及各部位长度尺寸等;

　　②动态参数：运动状态下，人体的动作范围参数;

　　③生理参数：耗氧量、心跳频率、呼吸频率、表面积和体积等;

　　④生物力学参数：握力、推力、推举力、转动惯量等;

　　(2)人体能量代谢

　　人体代谢所产生的能量等于消耗于体外做功的能量与体内直接、间接转化为热的能量之和。

　　【问题思考】是否在任何情况下人体代谢能量均符合上述说法?

　　①能量代谢类型：基础代谢、安静代谢和活动代谢;

　　②影响代谢因素：作业类型、作业方法、作业姿势、作业速度;

　　(3)劳动强度及分级

　　①综合评价人体接触作业环境热负荷的基本参量是WBGT指数;

　　②体力劳动强度指数(I)是区分体力劳动强度等级的指标;

　　③体力劳动强度指数的计算方法：

　　I = T·M·S·W·10

　　T：劳动时间率(工作日净劳动时间/工作日总工时);

　　M：8h工作日能力代谢率(KJ/min·m2);

　　S：性别系数(男性 = 1，女性 = 1.3);

　　W：体力劳动方式系数(搬 = 1，扛 = 0.40，推或拉 = 0.05);

　　④常见职业体力劳动强度分级的描述：

　　【I级轻劳动】

　　①坐姿：正情况下打字、缝纫、脚踏开关等;

　　②立姿：操作仪器、控制、查看设备、上臂为主的装配工作;

　　【II级中等劳动】

　　①手和臂持续动作，如锯木头等;

　　②臂和腿的工作，如卡车、拖拉机或建筑设备等运输操作;

　　③臂和躯干工作，如锻造、风动工具操作、间断搬运中等重物、粉刷、除草、锄田、摘水果和蔬菜等;

　　【III级重劳动】

　　臂和躯干负荷工作：搬重物、铲、锯刨或凿、割草、挖掘等;

　　【IV级极重劳动】

　　大强度的挖掘、搬运，快到极限节律的极限活动;

　　2.疲劳

　　(1)疲劳的定义

　　①肌肉疲劳：过度紧张的肌肉局部出现酸痛现象;

　　②精神疲劳：弥散的、不愿意再作任何活动的懒惰感觉;

　　(2)疲劳产生的原因

　　①工作条件因素：劳动制度、生产组织、工具条件、工作环境;

　　②作业者的因素：熟练程度、操作技巧、身体素质、劳动情绪;

　　(3)消除疲劳的途径

　　①进行显示器和控制器设计时充分考虑人的生理、心理因素;

　　②通过改变操作内容、播放音乐等手段克服单调乏味的作业;

　　③改善工作环境，科学地安排环境色彩、环境装饰及作业场所的布局，合理的温湿度，充足的光照等;

　　④避免超负荷的体力或脑力劳动，合理安排作息时间，注意劳逸结合等。

　　3.轮班与单调作业生理问题

　　(1)单调作业：内容单一、节奏较快、高度重复的作业;

　　(2)改进单调作业措施

　　培养多面手、工作延伸、操作再设计、显示作业终极目标、动态信息报告、推行消遣工作法、改善工作环境;

　　(3)轮班作业：常见有单班制、两班制、三班制或四班制等;

　　(4)改进轮班作业的措施：

　　改善轮班作业不利因素的措施主要包括，为使生物节律与休息时间相一致，可通过环境的明晴、喧闹与安静的交替来实现;

　　(二)人的心理特性

　　1.能力

　　影响能力的因素主要有感觉、知觉、观察力、注意力、记忆力、思维想象力和操作能力等;

　　各种能力的总和构成人的智力，包括人的认识能力和活动能力。

　　2.性格

　　道德品质和意志特点是构成性格的基础;

　　【表现形式】冷静型、活泼型、急躁型、轻浮型和迟钝型。

　　3.需要与动机

　　动机是由需要产生的，合理的需要能推动人以一定的方式，在一定的方面去进行积极的活动，达到有益的效果;

　　【注】需要与动机就是要我安全和我要安全的关系。

　　4.情绪与情感

　　【急躁情绪】干活利索但毛躁、有章不循、心手不一;

　　【烦躁情绪】沉闷、不愉快、精神不集中等;

　　5.意志

　　人们自觉地确定目标并调节自己的行动去克服困难;

　　二、机械的特性

　　信息接收、信息处理、信息的交流与输出、学习与归纳能力、可靠性和适应性、环境适应性、成本;

　　三、人与机器特性的比较

　　(一)人优于机器的功能

　　(1)人的感官感受能力优于机器;

　　(2)人能运用多种通道接收信息;

　　(3)具有高度的灵活性和可塑性;

　　(4)可以综合利用信息判断分析;

　　(5)可以总结和利用已有的经验;

　　(6)可以归纳推理进行创造发明;

　　(7)人能具有感情、意识和个性;

　　(二)机器优于人的功能

　　(1)机器能平稳而准确的输出巨大的动力，输出值域宽;

　　(2)运动速度、信息传递、加工和反应速度极快;

　　(3)机器运行的精度高，稳定性好;

　　(4)对特定信息的感受和反应能力一般比人高;

　　(5)能够同时完成多种操作，并在恶劣环境条件下工作;

　　四、人机系统和人机作业环境

　　(一)人机系统

　　1.人机系统的概念

　　人机系统是由相互作用、相互依存的人和机器两个子系统构成，能完成特定目标的一个整体系统。

　　【人机系统中的三大要素】人、机器、人机界面;

　　系统能否正常工作，取决于信息传递过程能否持续有效地进行，或取决于信息流和能量流能否正常无误地流动。

　　2.人机系统的类型

　　(1)人机系统按系统的自动化程度分类：

　　人工操作系统、半自动化系统和自动化系统

　　(2)按有无反馈控制分类：

　　①闭环人机系统：有反馈回路，输出直接作用于系统的控制;

　　②开环人机系统：无反馈回路，输出不对系统控制发生作用;

　　(3)按系统中人机结合方式分类：

　　人机串联系统、人机并联系统、人机串并联混合系统等;

　　(二)人机作业环境

　　1.照明环境

　　(1)照明环境特性

　　来自光源的光通量是最主要的物理量和最基本的光度量。

　　①光通量(lm)：单位时间内可到达、离开或通过某曲面的光强;

　　②光强(cd)：光源在给定方向上单位立体角内的光通量;

　　③亮度(cd/m2)：光强与人眼所见到的光源面之积比为亮度;

　　④照度(lx)：单位面积上接受可见光的能力;

　　【照明条件与疲劳】

　　①合适的照明，能提高近视力和远视力;

　　②视觉疲劳可以通过闪光融合频率和反应时间等方法测定。

　　【照明条件与事故】

　　①事故的数量与工作环境的照明条件有密切的关系;

　　②视觉疲劳是产生事故和影响工效的主要原因;

　　③眩光会因幢孔缩小而影响视网膜的视物，导致视物模糊;

　　(2)光环境控制应注意的问题

　　①应考虑视觉作业的照明与作业安全、视觉工效之间的关系;

　　②一般照明比较暗淡的控制台或操作部位需配置局部照明;

　　③避免强烈的颜色对比以及有光泽的或反射性的涂料;

　　④使用的各种视觉显示器之间的亮度差应避免大于10：1。

　　2.色彩环境

　　(1)色彩对人的影响

　　色彩的生理作用主要表现在对视觉疲劳的影响;

　　①蓝、紫色最容易引起眼睛的疲劳，其次是红色、橙色;

　　②黄绿、绿、绿蓝不易引起疲劳且认读速度快，准确度高;

　　色彩对人体其他系统的机能和生理过程也有一定的影响;

　　①红色会使人的各种器官机能兴奋和不稳定;

　　②蓝色、绿色等色调则会抑制各种器官的兴奋并使机能稳定。

　　(2)色彩控制应注意的问题

　　①应考虑色彩环境与作业安全、视觉工效之间的关系;

　　②满足作业环境使人在视觉上产生愉悦的感觉;

　　【颜色设计的原则】

　　①面对作业人员的墙壁，避免采用强烈的颜色对比;

　　②避免过多地使用黑色、暗色或深色;

　　③避免有光泽的或具有反射性的涂料;

　　④控制台或工作台应为低的颜色对比;

　　⑤避免环境中有高饱和色。