《安全人机环境工程》PPT幻灯片

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1、21.10.2020,1,第五章 安全人机环境工程,河南理工大学安全科学与工程学院,21.10.2020,2,本章主要内容,第一节 安全人机环境工程基础 第二节人机环境系统中的主体因素 第三节人机环境系统 第四节人机环境系统安全性分析,21.10.2020,3,第一节 安全人机环境工程基础,一、 形成和发展 萌芽阶段：人类最初使用简单工具进行劳动时期； 形成阶段：更新型、更复杂、更精密的高性能设备的产生阶段； 发展阶段：电子计算机技术的迅速发展促进了人机环境工程学科的形成。,21.10.2020,4,第一节 安全人机环境工程基础,起源于欧洲 形成于美国 发展于日本 作为一门独立学科的历史已有5

2、0余年 Ergonomics 英国莫瑞尔/西欧 Human Engineering 美国 Human Factors Engineering 美国 人间工学 日本 苏联 “人体工程学”、 “宜人学”、 中国 “人因工程学”、“人类工程学”中国 “工效学”、 “人机工程学”等 中国,21.10.2020,5,第一节 安全人机环境工程基础,二、 基本概念和研究内容 、基本概念 研究人机环境系统的安全本质，并使三者在安全上达到最佳匹配，以确保系统高效、经济运行的一门科学。 、研究内容 ）人的安全特性研究 ）机的安全特性研究 ）环境的安全特性研究 ）人机环境系统安全特性的研究,21.10.2020,6

3、,第一节 安全人机环境工程基础,三、基础理论与研究方法 、基础理论 ）系统论 ）控制论 ）模型论 ）信息论 、研究方法 ）实测法 ）实验模拟法 ）定性、定量分析法,21.10.2020,7,第二节人机环境系统中的主体因素,一、 工程人体测量 、人体的静态尺寸概念：,立姿人体尺寸,21.10.2020,8,表51 人体主要尺寸 (单位：mm),21.10.2020,9,表5-2 立姿人体尺寸 (单位：mm),21.10.2020,10,表5-3 坐姿人体尺寸 (单位：mm),21.10.2020,11,表5-4 各区域的体重、身高和胸围三项参数的均值和标准差（单位：mm）,21.10.2020,

4、12,表 5-5 静坐时人体尺寸与身高的关系,21.10.2020,13,、人的动态测量参数：,坐姿工作岗位上肢在水平面上的运动范围,21.10.2020,14,21.10.2020,15,21.10.2020,16,二、人对信息接收、处理和输出,）人的信息接收 （1）信息传递的基本模式 信源载体编码信道噪声译码信宿 按照系统论的观点，人机系统中典型的信息传递模式如下图,21.10.2020,17,二、人对信息接收、处理和输出,（2）人的信息接收能力 人通过自己的感觉器官获得周围环境和自身的各种信息，感觉器官中的感受器是接受刺激的专门装置。感受器按其接受刺激的性质可以分为视、听、触觉感受器等多

5、种。每一种感受器通常只对一种能量形式的刺激特别敏感。,21.10.2020,18,人的感官是一些性能有一定局限性的信息接受器，在一个范围之内。感官的这种对信号刺激能量范围要求称为该感官的绝对感觉阈限。那种刚能使感官神经兴奋引起感觉的最小信号刺激能量称为绝对感觉阈限下限，刚能引起感官不适或产生不正常感觉的最大信号刺激能量称为绝对感觉阈限上限。在人机系统中，为保证信息的有效传递，机器信源发出的信号能量值应尽可能地远离感觉阈限的上下限。,21.10.2020,19,当信号刺激的能量分布落在感觉阈限的上下限之间时，人不仅可觉察到信号的存在，还能觉察到信号刺激的能量分布差异。刚刚能引起差别感觉的刺激间的

6、最小差别称为差别感觉阀限，也叫最小可觉差别。对最小差别量的感受能力叫差别感受性。下表列出了人类各种感官对信号能量的感知范围和对信号能量差异的辨别能力参数。,21.10.2020,20,人体主要感觉阈值,21.10.2020,21,二、人对信息接收、处理和输出,）人对信息的中枢加工 它由三个交互作用的子系统所组成（1）感知系统；（2）认知系统；（3）运动系统，每个子系统都有各自功能上相对独立记忆的记忆储存器和加工处理器。感知系统由感觉器官及与其相关的记忆缓冲器组成。这些储存器的功能是将感觉到的信息进行暂时储存以便转换到下一加工环节。这些缓冲器保存着感觉器官输出的全部信息，在此把信息进行编码并输送

7、到下一加工环节。认知系统接收从感知系统传入的经过编码后的信息，并将这些信息存入本系统的工作记忆中，同时从长时记忆中提取以前存入的有关信息和加工规律，进行综合分析后做出如何反应的决策，并将决策信息输出到运动系统。运动系统的功能较简单，它接收认知系统输出的信息并将它付之实行、做出相应的运动，同时将执行的信息反馈回感知系统。,21.10.2020,22,二、人对信息接收、处理和输出,）人的信息输出）影响人传递信息能力的主要因素 信号方面的因素 人的主体因素 环境因素,21.10.2020,23,第三节人机环境系统,一、 人机环境系统的整体设计 （一）人机系统的类型： . 闭环和开环人机系统：闭环人机

8、系统：就是反馈控制人机系统，它有一个封闭的回路结构；,21.10.2020,24,第三节人机环境系统,开环人机系统：系统的输出对控制作用没有影响。 . 手工操作与自动化系统：手工操作系统、半自动化系统、自动化系统；,21.10.2020,25,一、 人机环境系统的整体设计,（二）人机环境系统的整体设计： 设计步骤如下： ）人机环境系统分析：系统整体的必要条件、系统的外部环境、系统的内部环境、系统组成、组成系统各要素的机能特性和限制条件、人和机器的协调和有机结合关系、要素的决定和选择评价方法； 2）人机环境系统的设计程序：人机环境系统的预备设计、人机界面的设计、作业辅助设计和系统的综合与评价。,

9、21.10.2020,26,第三节人机环境系统,二、 人机环境系统中的人机关系 （一）人机功能特征的比较 （二）显示装置的设计 （三）操纵装置的设计,21.10.2020,27,第三节人机环境系统,在人机系统设计中，首先要按照科学的观点分析人和机器各自所具有的不同特点，以便研究人与机器的功能分配，从而扬长避短，各尽所长，充分发挥人与机器的各自优点；从设计开始就尽量防止产生人的不安全行动和机器的不安全状态，做到安全生产。 人和机各有自己的能力和长处，归纳起来各表现在四个方面： 人的功能的限度是准确性、体力、速度和知觉能力； 机器功能的限度是性能维持能力、正常动作、判断能力、造价及运营费用。,21

10、.10.2020,28,人与机的优缺点比较,21.10.2020,29,人与机的优缺点比较（续）,21.10.2020,30,人与机的优缺点比较,21.10.2020,31,人机的功能分配,1、人机功能分配的含义 对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当地分配给人或机，称为人机的功能分配。 人与机器的结合形式，依复杂程度不同可分为：劳动者-工具；操作者-机器；监控者-自动化机器；监督者-智能机器等几种。 机器的自动化与智能化使操纵复杂程度提高因而对操纵者提出了严格要求。同时操纵者的功能限制也对机器设计提出特殊要求。,21.10.2020,32,人机结合的原则改变了传统的只考虑机器设计的

11、思想，提出了同时考虑人与机器两方面因素，即在机器设计的同时把人看成是有知觉有技术的控制机、能量转换机、信息处理机。 凡需要由感官指导的间歇操作，要留出足够间歇时间；机器设计中，要使操纵要求低于人的反应速度，这便是获得最佳效果的设计思想。,21.10.2020,33,2、人机功能分配的一般原则 人能完成并能胜过机器的工作：发觉微量的光和声，接受和组织声、光的型式，随机应变和应变程度，长时间大量储存信息并能回忆有关的情节，进行归纳推理和判断并形成概念和创造方法等。 目前机器能完成并胜过人的工作：对控制信号迅速作出反应，平稳而准确地产生“巨大力量”，做重复的和规律性的工作，短暂地储存信息然后废除这些

12、信息，快速运算，同一时间执行多种不同的功能。,21.10.2020,34,采用人、机时有利点,21.10.2020,35,人机功能分配的一般原则 笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算的、支付大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以及需要检测人不能识别的物理信号的作业，分配给机器承担 指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息输入时，机器系统的监控、维修、设计、创造、故障处理及应付突然事件等工作，由人承担,21.10.2020,36,3、人机功能匹配对人机系统的影响 过去，由于不明人与机的匹配关系特性，使机的设计与人的功能不适应而造成的失误很多，如作战飞机的高度计等仪表的设计与人的视

13、觉不适应是造成飞机失事的主要原因. 在工作负荷过高的情况下，人往往出现应激反应（即生理紧张），导致重大事故的发生。 进行合理的人机功能分配，也就是使人机结合面布置得恰当，从安全人机工程学的观点出发，分析人机结合面失调导致工伤事故，进而采取改进对策。,21.10.2020,37,4、人机分工不合理的表现 可以由人很好执行的功能分配给机器而把设备能更有效地执行的功能分配给人 让人承担超过其能力所能承担的负荷或速度 不能根据人执行功能的特点而找出人机之间最适宜的相互联系的途径与手段,21.10.2020,38,5、人机功能分配应注意问题 (1) 信息由机器的显示器传递到人，选择适宜的信息通道，避免信

14、息通道过载而失误，以及显示器的设计应符合安全人机工程的原则。 (2) 信息从人的运动器官传递给机器，应考虑人的权限能力和操作范围，控制器设计要安全、高效、可靠、灵敏。 (3) 充分适用人和机的各自优势。 (4) 使人机结合面的信息通道数和传递频率不超过人的能力，以及机适合大多数人的应用。 (5) 一定要考虑到机器发生故障的可能性，以及简单排除故障的方法和使用的工具。 (6) 要考虑到小概率事件的处理，有些偶发性事件如果对系统无明显影响，可以不必考虑，但有的事件一旦发生就会造成功能的破坏，对这种事件就要事先安排监督和控制方法。,21.10.2020,39,显示装置设计,一、显示器的性能要求 1、

15、用简单明了的方式传达信息，使传递信息的形式尽量能直接表达信息的内容，以减少译码的错误。 2、显示精度要适当，保证最少的认读时间，避免因精度超过需要，反而使阅读困难和误差增大。 3、显示形式要符合操作者的习惯及操作能力极限，易于了解，避免换算，减少训练时间，减少受习惯干扰造成解释不一致的差错。 4、根据作业条件（如照明、速度、振动、操作者的位置、运动的约束等），运用最有效的显示技术和显示方法，要使显示变化速度与操作者的反应能力相适应，不要让显示速度超过人的反应速度。,21.10.2020,40,二、显示器设计的基本原则 1、明显度高 2、可见度高 3、可读性好 4、阐明力强 5、简单明了 6、确

16、保安全 7、使视力有缺陷者（如视弱、色弱者）也不会误认。 8、显示器的显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致。,21.10.2020,41,三、视觉显示器的设计 视觉显示方式主要有数字显示和模拟显示两类： 数字显示中有机械式，数码管式液晶式和屏幕式等。它直接用数码来显示有关参数和工作状态。 模拟显示最常用的有刻度盘指针式和灯光显示式。它是用模拟量来显示机器有关参数和状态。手表表盘就是一个典型的模拟显示。,21.10.2020,42,1、指针式仪表的设计 依刻度盘的形状，指针显示器可分为圆形、弧形和直线形（见表516）。 设计指针式仪表时应考虑安全人机工程学的问题 指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当； 刻度盘的形状与大小是否合理； 刻度盘的刻度划分、数字和字母的形状、大小以及刻度盘色彩对比是否便于监控者能迅速而准确地识读； 根据监控者所处的位置，指针式仪表是否布置在最佳视区范围内。,21.10.2020,43,表516 指针显示器的刻度盘分类,21.10.2020,44, 刻度盘的设计 刻度盘的形状。刻度盘的形状主要取决于