安全人机工程学第3章人的特征

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1、1,第3章 人的特征,3.1 人体测量 3.2 人的生理特征 3.3 人的心理特征,学习目标： 充分理解人体测量学的定义，常用人体尺度数据； 掌握人体尺度数据的应用，人体的生理特征如感觉、知觉对人机系统安全性的影响； 掌握人体的心理特征如个体性格、情绪和不安全心理等于安全生产之间的关系。,2/24,3.1.1人体尺度数据的测量,3,3.1 人体测量,人体测量学是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。它是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种安全设计、工业设计和工程设计提供人体测量数据。 研究的对象：为特定的群体而非个人； 研究的结果

2、：反映群体的形态特征与差异程度。 目的：提高设计对象的宜人性，让使用者能够安全、健康、舒适地工作，从而减少人体疲劳和误操作，提高整个人机系统的安全性和效能。,4,人体尺度是产品体量和空间环境设计的基础依据，合理的设计首先要符合人的形态和尺寸，使人感到方便和舒适。人体尺度可分为构造尺寸和功能尺寸。 构造尺寸是指静态的人体尺寸，它是人体处于固定的标准状态下测量的。 功能尺寸是指动态的人体尺寸，是人在进行某种功能活动时肢体所能达到的空间范围，它是动态的人体状态下测得的。,5/24,6,车辆驾驶的静态图与动态图,GB10000-1988中国成年人人体尺寸根据人机工程学要求提供了我国成年人人体尺寸的基础

3、数据，它适用于工业产品设计、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。 标准中共列出47项我国成年人人体尺寸基础数据，按男女性别分开，且分三个年龄段：1825（男、女），2635（男、女），3660（男）、55（女），用七幅图分别表示项目的部位，并用表列出其相应的百分位数。,7/24,8/24,图3-1人体主要部位 图3-2立姿人体部位 图3-3坐姿人体部位,9/24,图3-4人体水平部位 图3-5人体头部部位,10,图3-6人体手部部位 图3-5 人体足部部位,正确运用人体数据是设计合理与否的关键，一旦数据被误解或使用不当，就可能导致严重的设计错误。 1.人体测量数据的运

4、用准则 1）最大最小准则 要求根据具体设计的目的，选用最小或最大人体参数。例：通道和门的高度设计使用高百分位数据；而操纵力设计应按最小操纵力准则设计。,11,3.1.2 人体尺寸的应用,12,2）可调性准则 对与健康安全关系密切或减轻作业疲劳的设计应按可调性准则设计。如汽车座椅在高度、靠背倾角、前后距离等尺度方向上可调。,3）平均准则 对于一些公共场所的产品、用具如门拉手高、锤子和刀的手柄等，常用平均值设计更合理。,4）使用最新人体数据准则 所有国家的人体尺度都会随年代、社会经济的变化而不同。 5）地域性准则 一个国家的人体参数与地理区域分布民族等因素有关。因此设计时必须考虑实际服务的区域和民

5、族分布等因素。,13,美国按男子身高标准设计的飞机，对于德国男子的适应范围降为90，对法国人降为80，对日本人降为45，对泰国人降为25。,14,人体尺寸的区域划分,东南区,东北、华北区,西北区,华中区,华南区,西南区,黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山东、北京、天津、河北。,甘肃、青海、陕西、山西、西藏、宁夏、河南、新疆。,安徽、江苏、上海、浙江。,湖南、湖北、江西。,广东、广西、福建。,贵州、四川、云南。,15,6）功能修正与最小心理空间相结合准则 设计中所设计的人体尺度是在穿衣服、穿鞋甚至戴帽条件下的人体尺寸。这样，对测定的人体数据就需要修正，修正量记为功能修正量。 另外，为了克服人们心理上

6、产生的“空间压抑感”、“高度恐惧感”等心理感受，或者为了满足人们“求美”、“求奇”等心理需求，在产品最小功能尺寸上附加一项增量，称为心理修正量。考虑心理修正量的产品功能尺寸称为最佳功能尺寸。,7）标准化准则 8）姿势与身材相关联准则 劳动姿势和身材大小要综合考虑、不能分开。 9）合理选择百分位和适用度准则 设计目标用途不同，选用的百分位和适用度也不同。 间距类高百分位数据（95）； 净空高度类高百分位数据（99）； 可及距离类低百分位数据； 座面高度类低百分位数据； 隔断类目的不同，可选高、低百分位数据； 公共场所工作台面设计一般以肘部高度数据为依据，女(5)-男(95)之间。,16,17,（

7、1）人体尺度应用的原则 从工程设计应用的角度来讲，人体尺寸在工程实际中应用时，应考虑： 1）满足度：产品设计尺寸满足特定使用者群体的百分率；也就是说从人体工程学角度看，你的设计适合多少人。 满足度的确定因素：人体尺寸的变异性(标准差）；技术可行性；经济合理性。,2.人体尺度在工程设计中的应用,2）产品尺寸设计任务分类 工业产品尺寸设计可分为三大类，五小类；即型（双限值设计）、型（单限值设计）、A型（大尺寸设计）、B型（小尺寸设计）和型（折中值或平均尺寸设计）。（见表3-9）,18,（2）人体尺寸的应用方法和程序 1）确定所设计对象的类型和适应度 涉及人体尺寸的产品设计，确定产品功能尺寸的主要依

8、据是人体尺寸百分位数，后者与所设计产品的类型密切相关。应按在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则GB/T1298591标准确认所设计的对象属于其中哪一种类型。,19,2）选择人体百分位数 工程设计中按产品的重要程度又分为涉及人的健康、安全的产品和一般工业产品两个等级。在确认产品设计类型及等级之后，选择人体尺寸百分位数的依据是适用度。（一般原则是涉及健康、安全的适应度单限取99%（95）；双限取98，一般情况取90） 适应度的确定应根据所设计产品使用者总体的人体尺寸差异性、制造该类产品技术上的可行性和经济上的合理性等因素进行综合优化。,20,（3）确定功能修正量和心理修正量 根据人体数据运用准则

9、，凡涉及人体尺寸的设计，必须考虑实际中的可能姿势、动态操作、着装等设计富裕度功能修正量（着衣修正量：坐姿测高应加6mm，胸厚加10mm，臀膝距加20mm；穿鞋修正量：男加25mm，女加20mm；姿势修正量：立姿身、眼高减10mm，坐姿坐、眼高减44mm）。 同时，为了消除人们心理上的“空间压抑感”、高度恐惧感和过于接近时的窘迫感和不舒适感等心理感受，附加一项必要的心理空间尺寸心理修正量。 （4）确定产品的功能尺寸 最小功能尺寸 最佳功能尺寸,21,22,（5）人体数据应用举例,例:试合理确定适用于中国男人使用的固定坐椅座面高度。 根据人体数据运用准则，坐椅座面高度应取第5百分位的“小腿+足高”

10、人体数据为基本设计数据Sa，查表3-3得： Sa=383mm；以防大腿下面承受压力引起疲劳和不舒适，功能修正量（包括着装即裤厚取3mm，鞋根取25mm）取28mm；则坐椅座面高度的合理值：,23,（6）人体身高在设计中的应用方法,人体尺度设计主要决定人机系统的操纵是否方便和舒适宜人。因此各种工作面的高度建筑室内通道空间高度、设备及家具高度等，都要根据人的身高来确定。 以身高为基准确定工作面高度、设备和用具高度的方法，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。,24,3.1.3人体模板的应用,由于人体各部位尺寸因人而异，而且人体的工作姿势

11、随着作业对象和工作情况的不同而不断变化，因而要从理论上来解决人机相关位置问题是比较困难的。但若利用人体结构和尺度关系，制成各种标准的人体外形模板(1:1或1:5)，通过机与人体模板相关位置的分析，便可以直观地求出人机相对位置的有关设计参数，为合理布置人机系统提供可靠条件。 GB/T15759-1995人体模板设计和使用要求 GB/T14779-1993坐姿人体模板功能设计要求 常用的人体动力学模型分为14个模块，如下图所示。在这个模型中人体被分解成14个节段。,25,人体的14节段模型,26,坐姿人体模板的侧视图,27,人体外形模板,28,人体模板用于轿车驾驶室的设计,随着计算机技术的进步，目

12、前的人体模板已经发展为三维数字人体模型，三维数字人体模型不但可以储存大量人体尺度的详细数据，自动计算生成处于特定百分位的使用者的三维模型，还可以在虚拟环境中模拟真实情况下人的运动和操作，按照不同的透视角度加以观察。,29,30,3.2人的生理特征,在现代化的人机系统中，人是主要因素，起着主导作用，应当首先加以研究。因此本章主要介绍两个方面的内容，即人的生理特性和心理特性。研究人的目的，在于说明如何建立人与机器、环境之间的最相适应关系，为安全人机工程设计提供人体生理学和心理学等方面的依据。,31,3.2.1神经系统的组成及其功能,神经系统,中枢神经,周围神经,脑：延髓；脑髓；中脑； 间脑；小脑；

13、大脑,脊髓,按解剖分,脑神经；脊神经,按功能分,感觉（传入）神经,运动神经（传出）,躯体运动神经 （支配骨骼肌）,植物性神经 （支配内脏器官）,32,感觉定义：感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物个别属性的反映，是一切复杂心理活动的基础和前提。 感觉类型：视觉、听觉、化学感觉（嗅觉和味觉）、皮肤感觉、本体感觉(平衡觉、运动觉和内脏觉）等。 感觉的过程：人的感觉器官接受内外环境的刺激，将其转化为神经冲动，通过传入神经，将其传至大脑皮质感觉中枢，便产生了感觉。,（1）感觉的基本理论 1)感觉的基本概念,3.2.2 感觉和知觉,1.人的感觉特性,33,外部环境中有许多物质的能量形式，人体的一种感

14、觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感，能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激。（如眼的适宜刺激为可见光；而耳的适宜刺激则为一定频率范围的声波） 刺激包括刺激的强度、作用时间和强度时间变化率3个要素，将3个要素作大小不同组合可以得到不同的刺激。 能被感觉器官感受的刺激强度范围称为感觉阈。,感受性和感受阈限,34,类型： 绝对感受性和绝对感受阈限； 差别感受性和差别感受阈限； 刚刚能引起感觉的最小刺激量，称为绝对感觉阈限的下限，感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性。 绝对感受性与绝对感觉阈限值成反比。 若刺激量过大，超过了正常限度，将使感觉消失而引起痛觉，甚至造成感官的损伤。刚刚使感

15、觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。刺激量在上、下阈限之间才能引起感觉。（例如：人眼只对波长380-780mm的光波刺激产生反应，380mm和780mm即为视觉的下、上阈限。）,35,当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时，它们在强度上的差别必须达到一定程度，才能引起人的差别感觉。 差别感觉阈限即为刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量，对最小差别量的感受能力则为差别感受性，两者成反比关系。 职业对感受能力有要求。,差别感受性和差别感觉阈限,36,在同一刺激物的持续作用下，敏感性会降低，人的感受性发生变化的过程，称为“感觉的适应”。 视觉适应中的暗适应约需30分钟以上

16、1h （57min）；明适应约需12分钟（30s）；听觉适应约需15分钟；味觉适应约需30s。 “久居兰室而不闻其香“,感 觉 的 适 应,37,知觉的定义：知觉是在人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。 知觉的过程：大脑皮质联合区对来自不同感觉器官的各种信息进行综合加工，在人的大脑中产生了对各种客观事物的各种属性、各个部分及其相互关系的综合的整体的决策，这便是知觉。 知觉的类型：一般分为空间知觉，时间知觉，运动知觉与社会知觉等。,2)知觉的基本概念,38,知觉的基本特性,知觉的整体性,知觉的理解性,知觉的恒常性,知觉的选择性,39,感觉和知觉的关系,感觉反映的是客观事物的个别属性，而知觉反映的是客观事物的整体。 感觉的性质较多取决于刺激物的性质，而知觉过程带有意志成分，人的知识、经验、需要、动机、兴趣等因素直接影响知觉的过程。 知觉是在感觉的基础上产