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1、第四章 人的因素分析,人在人机系统中的作用 视觉功能及其特性 听觉功能及其特性 人对刺激的反应特征 人的心理机能 人的生物节律,本章主要内容,4.1 人在人机系统中作用,从广义角度来看，人机系统是一个 “人机器环境”系统。,人与外界直接发生联系的三个子系统: 感觉系统 神经系统 运动系统,时间：1979年3月28日凌晨4时,危害：6天以后，堆心温度才开始下降，蒸气泡消失引起氢爆炸的威胁免除了。100吨铀燃料虽然没有熔化，但有60%的铀棒受到损坏，反应堆最终陷于瘫痪。 事故发生后，全美震惊，核电站附近的居民惊恐不安，约20万人撤出这一地区。美国各大城市的群众和正在修建核电站的地区的居民纷纷举行集
2、会示威，要求停建或关闭核电站。美国和西欧一些国家政府不得不重新检查发展核动力计划。,事件：美国宾夕法尼亚州的三里岛核电站第2组反应堆的操作室里，红灯闪亮，汽笛报警，涡轮机停转，堆心压力和温度骤然升高， 2小时后，大量放射性物质溢出。,美国三里岛核电站事件,1979年3月28日凌晨4点, 在美国宾夕法尼亚洲的三里岛核电站, 一个临时的障碍引起该核电站一号机组供水系统和发动机自动关闭。 在零点几秒之后，系统中建立的预备保险系统开始正常工作, 提供新的供水系统。紧接着四个关键性的错误一起发生：,第一个错误发生在故障发生之前。 预备供水系统的管道被维修工人关闭了。而这个维修工人从此就没有上班. 结果是
3、核反应中心由于得不到循环冷水的供应以排除它的热量，温度开始升高, 并把周围的冷水变成蒸汽，压力迅速升高。 预备保险系统继续正常工作。圆形棒下降到反应堆使核反应程序放慢。压力释放闸打开以释放在主冷却系统中产生的蒸汽。 当压力下降到低于警戒水平后，自动释放闸收到了关闭的信号。在这时, 第二个错误发生了，由于闸门失灵, 这个闸门并没有关闭。,在发动机关闭的一分钟之内,三里岛核电站的操作人员正在试图从无数的红灯, 警报中猜测到底发生了什么事。 虽然根据他们过去受训的经验，他们对事故有一个大概的了解, 但有一个信号使他们误入歧途：压力释放显示器显示的是命令状态，而不是实际状态。操作人员以为压力释放闸是关
4、闭的。这是第三个关键性的错误。,预备的自动保险系统继续工作。一个紧急水泵自动打开，开始向系统提供系统急需的冷却剂。 这时, 操作人员做出了一个决定使也许是一个小事故变成了大灾难。由于屏幕显示压力已经很高, 释放闸已经关闭, 操作人员决定自己而不是用机器来控制系统，他们把紧急水泵关闭。 这个决定是基于操作人员的推测系统中的冷却剂太多了而不是太少了。 反应堆得不到急需的冷却剂, 事故很快就到了不可收拾的地步。,事故的调查表明： 第一，不是某一个失误, 错误事件或机器失灵导致这场事故。这场事故是由许多因素共同作用引起的； 第二，人的错误是存在于多个不同方面，如从操作人员错误地把紧急冷却剂关闭到设计人
5、员设计闸门的显示信息等； 第三，也许是最重要的，大量的信息和复杂的显示形式超过了操作人员内在的、有限的能力, 如注意力, 记忆力, 决策能力等。 因此三里岛事件与其他事件一样，虽然人的错误是事故的直接原因，操作人员本身并没有什么过错，而是系统的设计者应当受到责备，因为他们给了操作人员无法胜任的工作。由此可以看出，在设计人机系统时考虑人的因素的重要性。,4.2 人的视觉特性,二、人的视觉特性,一、人的视觉功能 80%的信息是由视觉得到的。 形成视觉的三要素光、视觉对象、视觉器官（眼睛）。,1明暗视觉 白天正常照度下，人眼中的锥状细胞起作用，使人有色彩感觉，称为明视觉过程。 当光线暗到一定程度时（
6、晚上），人眼中的杆状细胞起作用，这时人眼不能分辨颜色，只有明暗条纹，称为暗视觉过程。,2. 色彩视觉 色彩视觉是明视觉过程，它产生于锥状细胞的红、绿和蓝敏细胞，大脑根据三种光敏细胞的光通量的比例决定人眼 的色彩视觉。,3. 视觉的适应性 当外界光线亮度发生变化时，人眼的感受性也随之发生变化，这种感受性随刺激发生顺应性变化叫做视觉适应性。,暗适应：人从明亮环境突然变化到黑暗环境时，视觉逐步适 应于黑暗环境的过程 。 暗适应一般经历46min可基本适应，完全适应大 约需经过3050min。 暗适应过程中，瞳孔直径2mm8mm，光通量增加16倍。锥状细胞转换为杆状细胞起作用。如猫的眼睛。,明适应:当
7、人从暗环境进入明环境时，人眼出现暂时看不清 视物的现象，称为明适应。 明适应中人眼出现暂时看不清是人眼的感受性下降引起的，大约30s可基本适应，经过60s可达到完全适应。明适应比暗适应能力强的多。,应用： 由于视觉的明暗适应性，因此要求工作地照度要均匀，避免阴影，否则，眼睛需要频繁调节，增加眼睛的疲劳感。 例如：夜晚驾车。 车间局部照明和一般照明不能相差太悬殊。,4对比效应 由于注意对象与其周围背景的亮度或明度不同，产生的对比视错觉的现象，称为对比效应。一般有五种类型： （1）近旁对比效应 例如：黑色背景上有一个灰点感觉灰点很亮。 白色背景上有一个灰点感觉灰点很暗。,原因：周围亮环境使光敏细胞
8、的视敏度下降，导致亮度感觉下降，感觉暗一些。 相反，暗环境使光敏细胞的视敏度上升，亮度感觉增加，感觉亮一些。,（2）色调对比效应 色调相同，靠近不同色调背景时，会感觉到色调偏移，造成视错觉。 例如：桔红色纸片放在红色纸旁边观看时，显得更黄。 桔红色纸片放在黄色纸旁边观看时，显得更红。,（3）饱和度对比效应,（5）同化效应 一种色调包围另一种色调，当被包围的色调面积非常小时，则被包围的色调的主观效果有向包围色调偏移的视错觉现象。,5. 视觉疲劳与残像 正残像：眼睛较长时间注视明亮的发光体或反射光体时，闭 上眼或转视到白墙上，开始时将出现与原物体的形 状色彩相同的像，此像称正残像。 负残像：正残像
9、只保留极短的时间，消失后随之出现原形无 彩色暗影，此像称为负残像。,残像出现是视觉疲劳的表现。 残像出现是由于明视觉锥状细胞视敏度或色觉细胞视敏度下降，适应时间增长所引起的。,6. 视觉情性与闪烁感觉 视觉惰性是指当一定强度的光突然作用于人眼的视网膜时，不能在瞬间形成稳定的主观亮度感觉，而存在一个暂短的过渡过程。 主观亮度感觉由小到大，再由大变小，趋于稳定，因此某一瞬间亮度感觉比实际正常值的亮度感觉大得多。,视觉闪烁感觉是指低频断续光刺激，使人眼产生一明一暗的光感觉，达到更加醒目的目的。,例如：指示灯就是利用了视觉惰性，光感既不能瞬间形成，又不能瞬间消失，要达到醒目的作用。,7.视野 指头部和
10、眼球不转动时，人眼所能观察的空间范围。 视野以视角表示。,应用：设计仪表盘时，要注意考虑水平布置，认读率高。,8. 视错觉 是指观察注意对象所得到的印象与实际注意对象之间出现差异的现象。 视错觉由人的生理心理特征决定。 如，长短错觉，横竖错觉、方位错觉、对比错觉。,9. 视觉运动规律,人机系统设计时，要善于合理地利用人的视觉运动规律，以提高作业效率，减轻操作者的视觉疲劳，避免误操作。,人眼的水平运动比垂直运动快。 视线习惯：从左到右、从上到下看、顺时针方向看。 眼睛沿上下方向运动比按水平方向运动容易疲劳。 对水平方向的尺寸和比例的估计比垂直方向的尺寸和比例的估计要准确的多。 对直线轮廓比曲线轮
11、廓更易接受。,4.3 听觉功能及其特性,听觉是仅次于视觉的重要感知途径，听觉有独特的感知方式，可以弥补视觉通道的不足。 听觉具有如下的特性： 1接收信息无方向性 听觉器官可以接收来自三维空间任何方向的声信号。 应用：倒车蜂鸣器、警笛（声音信号）。 2.强度辨别阈限 受过良好训练的被试者，在良好的声环境条件下，听觉器官能够觉察到0.5dB的强度变化。 在人机系统设计运用强度变化传递信息时，必须考虑没有接受过训练的作业者。 例如：机器异常声音判断；故障诊断。,3.频率辨别阈限 人耳对声音频率变化的感觉符合指数递减规律，频率越高，频率的变化越不容易辨别。 4.方位辨别能力 听觉器官具有方向辨别能力，
12、主要根据声信号到达两耳的强度差和时间差判别声源方向。 对高频声信号是根据强度差判断，对低频声信号则根据时间差来判断。 5.距离知觉 在自由声场中，距点声源的距离，每增减一倍，声压级随之约减增6dB，所以声觉器官可以通过声强的变化判断声源的距离。 实际中主要依据主观经验。如判断火车距离。,6掩蔽效应 掩蔽效应指由于干扰声的存在，致使声信号清晰度阈限升高的现象。 例如： 当两个声音同时出现时，听觉这择强度大的一个。 当两声音的响度相同、而频率不同时，听觉容易选择低频声（低频声作用突出）。,4.4 人对刺激的反应特征,一.简单反应时间及其影响因素,2、影响简单反应时间的因素： （1）感觉器官因素 不
13、同感觉器官，其反应时间不同。表4.2所示（P149）。,1、简单反应时间 给被测试者一种刺激，要求被测试者以尽快的速度回答预知的、且突然出现的刺激的反应时间。 简单反应时间是一种最基本的反应过程。,“光电示速仪”测试简单反应时间： “看到指示灯按开关”的时间，多次平均就可以得到简单反应时间。,（2）运动器官因素 运动器官不同，简单反应时间不同，见表4.3。 （3）刺激强度因素 信号刺激强度增加，简单反应时间减少，且呈负指数规律变化。 （4）感觉器官的部位 例如：对于眼睛，当刺激作用于眼球中央窝时，反应时间最短。 （5）刺激变化因素 以光刺激为例，消失比出现可缩短反应时间13.5%；光强度增加比
14、减少的反应时间长，而且变化幅度越大，反应时间越短；对光点运动速度的变化，正加速度比负加速度反应时间快15。,二运动物体反应时间 1、定义： 被测试者对运动物体达到某指定地点时的反应时间。 2. 对运动物体的反应时间比简单反应时间短. （1）与对运动物体的预测和预观察时间的长短有关。 一般预观察时间 300ms时才有效。,（2）视野开阔有利于对运动物体的反应时间。,三选择反应时间及其影响因素 1.定义：选择反应时间是指在多种刺激条件下，要求被试者根据不同刺激作出不同回答的反应。 2. 影响选择反应时间的因素： （1）选择反应时间随选择刺激信号的数目增加而延长。 （2）刺激信号之间的差异越大，选择
15、反应时间越短。 （3）选择信号的识别难度越大，反应时间越长。,应用：尽量简单，不要经过换算（依靠仪表自动处理来实现）。,四. 反应时间的其它影响因素 1. 年龄、性别。 一般男性比女性快，1418岁是反应时间的最佳期。 2. 动机因素对反应时间影响很大。 大脑高度集中兴奋，可以明显缩短反应时间。 3. 训练可以提高反应速度，稳定反应时间。 条件反射（培训）。,五. 提高人的反应速度，缩短反应时间的措施： 1. 合理选择感觉通道。 例如：看听相结合倒车器。 2. 确定刺激信号的特点。 例如：光、声并用警车。 3. 合理设计显示装置和控制装置，使人容易辨别信号，方便操作。 例如：机床上的数显装置。
16、 4. 职业选择和适应性训练。 例如：外资企业特别注意针对企业的训练（培训）。,4.5 人的心理机能,从事同一项工作的人，由于心理因素（精神状态）不同，工作效率有明显差异。人的精神状态好的时候，工作效率高；精神状态不好的时候，效率低，并且会出现差错和事故。,人的心理因素大致可分为5个方面：,1. 性格,性格是指一个人在生活过程中所形成的对现实比较稳定的态度和与之相适应的习惯行为方式。 例如：认真、马虎、负责、敷衍，细心、粗心、热情、冷漠、诚实、虚伪、勇敢、胆怯等就是人的性格的具体表现。 性格是人个性中最重要、最显著的心理特征。它是一个人区别于他人的主要差异标志。,性格特征： （）对现实态度的特征。 表现为对社会、对工作、对他人、对自己的态度。如正直、诚实、积极、勤劳、谦虚等，与其相反的为圆滑、虚伪、消极、懒惰、骄傲等。 （）意志特征。 独立性、自制性、坚持性、果断性等，与其相反的为易受暗示性、冲动性、动摇性、优柔寡断等。 （）情绪特征。 热情、乐观、幽默等，与其
