人機(jī)工程學(xué)Ergonomics人體感知與運(yùn)動(dòng)特征課件

第3章

人體感知與運(yùn)動(dòng)特征第3章

人體感知與運(yùn)動(dòng)特征主要內(nèi)容

1.人在系統(tǒng)中的功能

3.聽覺機(jī)能及其特征

4.其他感覺機(jī)能及其特征

5.人的信息處理系統(tǒng)

2.視覺機(jī)能及其特征

6.運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)能及其特征

7.人的運(yùn)動(dòng)輸出主要內(nèi)容1.人在系統(tǒng)中的功能3.聽覺機(jī)能及其特征4.其3.1人在系統(tǒng)中的功能3.1.1人是人機(jī)系統(tǒng)中的重要“環(huán)節(jié)”

把操作者作為人機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)“環(huán)節(jié)”來研究，人與外界發(fā)生聯(lián)系的主要是三個(gè)子系統(tǒng)，即感覺系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)見圖3-1。感知響應(yīng)系統(tǒng)感知響應(yīng)過程3.1人在系統(tǒng)中的功能3.1.1人是人機(jī)系統(tǒng)中的重要“環(huán)

圖3-1人機(jī)系統(tǒng)示意圖圖3-1人機(jī)系統(tǒng)示意圖3.1.2人的感知與反應(yīng)機(jī)能（感知響應(yīng)）1.反射弧（反射的生理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)）

反射是神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)肌體活動(dòng)的一種基本形成.反射活動(dòng)的全部結(jié)構(gòu)組成反射??；反射弧具有五個(gè)基本環(huán)節(jié)，即感受器傳入神經(jīng)元中間神經(jīng)元傳出神經(jīng)元放應(yīng)器。3.1.2人的感知與反應(yīng)機(jī)能（感知響應(yīng)）1.反射?。ǚ瓷浞瓷浠》瓷浠?.信息鏈

人機(jī)系統(tǒng)的信息在人的神經(jīng)系統(tǒng)中的循環(huán)過程形成信息鏈。2.信息鏈圖3-2反射弧和信息鏈圖3-2反射弧和信息鏈3.1.3感覺通道與適用的信息人機(jī)系統(tǒng)中的最常用的感覺通道是視覺通道（80%）、聽覺通道（14%）和觸覺和其他通道（6%）。其適用場合參閱表3-1。3.1.3感覺通道與適用的信息人機(jī)系統(tǒng)中的最常用的感返回返回3.2視覺機(jī)能及其特征3.2.1視覺刺激

視覺的適宜刺激是光。人的兩眼可以感受到的光波只占整個(gè)電磁光譜的一小部分，其波長為380～780nm，見圖3-3。3.2視覺機(jī)能及其特征3.2.1視覺刺激圖3-3全部電磁波中的光譜可見返回圖3-3全部電磁波中的光譜可見返回3.2.2視覺系統(tǒng)

視覺系統(tǒng)由眼睛、視神經(jīng)和視覺中樞的共同活動(dòng)組成。

右視野左視野處理文字的能力較強(qiáng)處理數(shù)字的能力較強(qiáng)數(shù)字文字圖3-4人的視覺系統(tǒng)3.2.2視覺系統(tǒng)視覺系統(tǒng)由眼睛、視神經(jīng)和視覺中樞返回眼睛是視覺的感受器官，人眼是直徑為21～25mm的球體，其基本構(gòu)造與照相機(jī)類似。圖3-5眼睛結(jié)構(gòu)示意圖返回眼睛是視覺的感受器官，人眼是直徑為21～視網(wǎng)膜的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的不同性質(zhì)視網(wǎng)膜最外層細(xì)胞包括視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞，它們是接受信息的主要細(xì)胞。視網(wǎng)膜的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞的不同性質(zhì)視網(wǎng)膜最外層細(xì)胞3.2.3視覺機(jī)能

1.視角與視力

視角：由瞳孔中心到觀察對象兩端所張開的角度。（如前圖3-5）

α=2arctg(D/2L)

α—視角；

D—被看物體上兩端點(diǎn)的直線距離；

L—眼睛到被看物體的距離。

在工業(yè)設(shè)計(jì)中，視角是確定設(shè)計(jì)可視對象尺寸大小的依據(jù)。

3.2.3視覺機(jī)能1.視角與視力在工業(yè)設(shè)計(jì)中，臨界視角：眼睛能分辨被看物體最近兩點(diǎn)的視角。（按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，人站在離視力檢查表5m遠(yuǎn)處觀看表中第十行“E”字，若能分辨清楚，視力為1.0即視力正常，此時(shí)的臨界視角=1′。）視力：眼睛分辨物體細(xì)微結(jié)構(gòu)能力的一個(gè)生理尺度，以臨界視角的倒數(shù)來表示。視力=1/能夠分辨的最小物體的視角臨界視角：眼睛能分辨被看物體最近兩點(diǎn)的視角。（按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，人2.視野與視距視野：眼睛觀看正前方物體時(shí)所能看得見的空間范圍,常以角度來表示。(靜視野、注視視野、動(dòng)視野)

動(dòng)視野:見圖3-6。

水平視野（單視野/雙視野）:1.5o—3.0o——特優(yōu)視區(qū)；（物象落在黃斑上）10o以內(nèi)——最優(yōu)視區(qū)；10o—20o——瞬息視區(qū)；（能在很短的時(shí)間內(nèi)看清物體）20o—30o——有效視區(qū)；（需集中注意力看）其余：良好視區(qū)。2.視野與視距視野：眼睛觀看正前方物體時(shí)所能看得見的空間范圖3-6人的水平視野在水平面內(nèi)最大固定雙眼視野為180°，擴(kuò)大的視野為190°，在標(biāo)準(zhǔn)視線左右各10°～20°視野內(nèi)可以辨別字。在標(biāo)準(zhǔn)視線左右各5°～30°視野內(nèi)可以辨別字母，在標(biāo)準(zhǔn)視線右30°～60°范圍是顏色視野，人最敏銳的視力是在標(biāo)準(zhǔn)視線兩側(cè)各10°的視野內(nèi)。圖3-6人的水平視野在水平面內(nèi)最大固定雙眼視野為180°，垂直視野:（如圖3-6）水平視線上下1.5o為特優(yōu)視區(qū)；水平視線以下10o為最優(yōu)視區(qū)；水平視線以上10o，以下10o—30o內(nèi)為有效視區(qū)；其余：良好視區(qū)。視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，幾種工作視距推薦值參閱表3-2。舒適視線：直立：水平視線以下15度；放松立：水平視線以下30度；放松坐：水平視線以下40度。一般應(yīng)根據(jù)觀察目標(biāo)的大小和形狀以及工作要求確定視距，普通操作的視距范圍在38～76cm之間，在56cm處最為適宜。垂直視野:（如圖3-6）舒適視線：一般應(yīng)根據(jù)觀察目標(biāo)的大小和在垂直面內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)視線為水平視線，最大固定視野為115°，標(biāo)準(zhǔn)視線上方50°，下方70°，擴(kuò)大的視野為150°，站立時(shí)的自然視線低于水平線10°，坐著時(shí)自然視線代于水平視線15°；人在很低松馳的狀態(tài)中，站著和坐著時(shí)的自然視線偏離標(biāo)準(zhǔn)視線分別是30°和38°。因此，人在輕松的時(shí)刻觀看展覽時(shí)，展示物的位置在低于標(biāo)準(zhǔn)視線30°的區(qū)域里。圖3-6人的垂直視野在垂直面內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)視線為水平視線，最大固定視野為115°，標(biāo)準(zhǔn)返回任務(wù)要求舉例視距離（眼至視覺對象）單位：cm固定視野直徑單位：cm備注最精細(xì)的工作安裝最小部件（表、電子元件）12～2520～40完全坐著，部分地依靠視覺輔助手段（小型放大鏡、顯微鏡）精細(xì)工作安裝收音機(jī)、電視機(jī)25～3540～60坐著或站著中等粗活在印刷機(jī)、鉆井機(jī)床旁工作50以下至80坐或站粗活包裝、粗磨50～15030～250多為站著遠(yuǎn)看黑板、開汽車150以上250…坐或站表3-2不同工作任務(wù)視距的推薦值

返回任務(wù)要求舉例視距離（眼至視覺對象）單位：cm固定視野直徑3.中央視覺和周圍視覺

中央視覺（明視覺）—視維細(xì)胞（感色能力強(qiáng)、能清晰分辨物體）。周圍視覺（暗視覺）—視桿細(xì)胞（觀察空間范圍和正在運(yùn)動(dòng)的物體）。

操作者在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，除要注視操作對象外，還要求看到周圍情況。如果視野很小或缺損，將會(huì)對工作效率產(chǎn)生影響，甚至造成工作事故。因而，在選擇車、船駕駛員時(shí)，必須檢查其正常視野范圍。如果各方面的視野都縮小10°以內(nèi)者稱為工業(yè)盲。3.中央視覺和周圍視覺操作者在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，除要注視4.雙眼視覺和立體視覺

雙眼視物：視野范圍較大；具有分辨物體深淺、遠(yuǎn)近等相對位置的能力；能形成立體視覺。5.色覺和色視野

色視野是指顏色對眼的刺激能引起感覺的范圍。4.雙眼視覺和立體視覺圖3-7人的色視野眼睛的色視野圖3-7人的色視野眼睛的色視野6.暗適應(yīng)和明適應(yīng)(視覺的適應(yīng))人眼隨視覺環(huán)境中光亮度的變化而感受性發(fā)生變化的過程，有暗適應(yīng)和明適應(yīng)兩種。見圖3-8

根據(jù)視覺的明暗適應(yīng)特征，要求在設(shè)計(jì)工作面照明時(shí)，需使其亮度均勻而且不產(chǎn)生陰影，否則，眼睛的頻繁明暗調(diào)節(jié)，不僅會(huì)增加眼睛的疲勞，而且會(huì)引起錯(cuò)誤操作。7、眩光

物體表面產(chǎn)生的刺眼和耀眼的強(qiáng)烈光線，稱為眩光。

6.暗適應(yīng)和明適應(yīng)(視覺的適應(yīng))圖3-8明適應(yīng)與暗適應(yīng)圖3-8明適應(yīng)與暗適應(yīng)目標(biāo)與背景有一定的對比度時(shí)，人眼才能看清其形狀。這種對比可以用顏色（背景與物體具有不同的顏色），也可以用亮度（背景與物體在亮度上有一定的差別）。人眼剛剛能看辨別到物體時(shí)，背景與物體之間的最小亮度差稱為臨界亮度差。臨界亮度差與背景亮度之比稱為臨界對比度；臨界對比的倒數(shù)稱為對比感度。8、對比感度式中：CP——臨界對比度△Lp——臨界亮度差

Lp——背景亮度

Lo——物體的亮度

SC——對比感度目標(biāo)與背景有一定的對比度時(shí)，人眼才能看清其形狀。這種對比可以對比感度與照度、物體尺寸、視距、和眼的適應(yīng)情況等因素有關(guān)。在理想情況下，視力好的人，其臨界對比度約為0.01，也就是其對比感度達(dá)到100。對比感度與照度、物體尺寸、視距、和眼的適應(yīng)情況等因素有關(guān)。在1.疲勞程度：水平優(yōu)于垂直。2.視線變化習(xí)慣：左—右，上—下，順時(shí)針。3.準(zhǔn)確性：水平尺寸和比例的估計(jì)更準(zhǔn)確。4.觀察情況的優(yōu)先性：左上—右上—左下—右下視區(qū),儀表的布置必須考慮這一點(diǎn)。5.設(shè)計(jì)依據(jù)：以雙眼視野為設(shè)計(jì)依據(jù)。6.接受程度：直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。3.2.4視覺特征視覺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1.疲勞程度：水平優(yōu)于垂直。3.2.4視覺特征視覺的運(yùn)右上限左上限左下限右下限右上限左上限左下限右下限7.顏色的易辨認(rèn)順序：紅、綠、黃、白；顏色相配時(shí)的易辨認(rèn)順序：黃底黑字、黑底白字、藍(lán)底白字、白底黑字、白底紅字。8、物體的顏色在有色光源的照射下會(huì)產(chǎn)生變化，顯現(xiàn)的顏色與物體本色，照射光線的顏色之間的關(guān)系有一定規(guī)律性。如表B2。9、眼睛在直視方向的最小分辨角和分辨顏色的情況。如表B3。10、視覺損傷11、視覺疲勞7.顏色的易辨認(rèn)順序：紅、綠、黃、白；表B2顯現(xiàn)的顏色與物體本色、照射光的顏色之間的關(guān)系

返回表B2顯現(xiàn)的顏色與物體本色、照射光的顏色之間的關(guān)系表B3最小可辯角度和分辨顏色的情況返回表B3最小可辯角度和分辨顏色的情況返回人機(jī)工程學(xué)Ergonomics人體感知與運(yùn)動(dòng)特征課件1、光通量

光源在單位時(shí)間內(nèi)向周圍空間輻射并引起視覺的能量，稱為光通量，用符號φ表示，單位為流明（lm）。光通量是光源的一個(gè)重要參數(shù)，是照明設(shè)計(jì)的必備數(shù)據(jù)。當(dāng)波長為555nm的黃、綠光的輻射功率為1W時(shí)，人眼感覺量為680lm，所以1lm就相當(dāng)于波長為555nm的單色光輻射功率為（1/680）W時(shí)的光通量。

1光瓦=680lm

照明的基本概念

1、光通量照明的基本概念2、發(fā)光強(qiáng)度

光源在空間某一特定方向上單位立體角內(nèi)（每球面度）輻射的光通量空間刻度，稱為光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度（簡稱光強(qiáng)），用符號Iθ表示，單位為坎德拉（cd）。其計(jì)算公式為：

Iθ=φθ/ωθ式中：ωθ——球面所對應(yīng)的立體角（sr:立體弧度）

φθ——在ω立體角內(nèi)所輻射的光通量（lm）

Iθ——表示光通量在空間各個(gè)方向上的分布情況。2、發(fā)光強(qiáng)度

光源在空間某一特定方向上單位立體角內(nèi)（3、照度

照度是用來表示被照面（點(diǎn)）上光的強(qiáng)弱。投射到被照面上的光通量與被照面的面積之比稱為該面的照度，用符號E表示。定義式為：

E=φ/S

式中：φ——被照面上接受的光通量(lm)

S——被照面的面積(m2)，與光線垂直。照度的單位為勒克斯(lx),表示1流明的光通量均勻分布在1平方米的被照面上，即：1(lx)=1(lm)/m2

3、照度照度是用來表示被照面（點(diǎn)）上光的強(qiáng)弱。投射到4、亮度

發(fā)光體在視線方向單位投影面上的發(fā)光強(qiáng)度稱為該物體表面的亮度，用符號L來表示，表達(dá)式為：L=Iθ/Scosθ

式中Iθ----發(fā)光體在視線方向上的光強(qiáng)(cd)；Scosθ----發(fā)光體在視線方向上的投影面積m2；θ----視線方向與發(fā)光面法線（垂線）的夾角。

L的單位為坎德拉每平方米（cd/m2）4、亮度

自學(xué)內(nèi)容人與光環(huán)境自學(xué)內(nèi)容人與光環(huán)境3.3.1聽覺刺激

聽覺的適宜刺激是聲音，聲音的聲源是振動(dòng)的物體，人的聽感范圍：20～20000Hz。感受性最高的頻率范圍:1000～4000Hz3.3.2聽覺系統(tǒng)起主要作用的部位：內(nèi)耳耳蝸起輔助作用的部位：外耳、中耳、內(nèi)耳的其它部分，見圖3-9。3.3聽覺機(jī)能及其特征3.3.1聽覺刺激3.3聽覺機(jī)能及其特征

圖3-9（a）人耳的基本結(jié)構(gòu)（b）耳蝸人耳的構(gòu)造

圖3-9（a）人耳的基本結(jié)構(gòu)（b）耳蝸人耳的構(gòu)

一、聲功率（W）

聲功率是指單位時(shí)間內(nèi)，聲波通過垂直于傳播方向某指定面積的聲能量。在噪聲監(jiān)測中，聲功率是指聲源總聲功率。單位為W。二、聲強(qiáng)（I）

聲強(qiáng)是指單位時(shí)間內(nèi)，聲波通過垂直于傳播方向單位面積的聲能量。單位為W/m2。

三、聲壓（P）

聲壓是由于聲波的存在而引起的壓力增值。單位為Pa。

聲學(xué)常識(shí)一、聲功率（W）

聲功率是指單位時(shí)間內(nèi)，聲波通過垂直四、分貝、聲壓級

分貝：是聲音音量的度量值，是指兩個(gè)相同的物理（例A和A0）之比取以10為底的對數(shù)并乘以10（或20）。N=10lg(A/A0)或N=20lg(A/A0)

分貝符號為“dB”，它是無量綱的。式中：A0是基準(zhǔn)量（或參考量），A是實(shí)測度量。

聲壓級：LP=20lg(P/P0)

式中：LP＿＿聲壓級（dB）；

P＿＿實(shí)測聲壓（Pa）；

P0＿＿基準(zhǔn)聲壓，為2×10-5Pa，該值是對1000HZ的純音，人耳剛能聽到的最低聲壓。四、分貝、聲壓級聲強(qiáng)級：

LI=10lg(I/I0)式中：LI

＿＿聲壓級(dB)；

I＿＿實(shí)測聲強(qiáng)（W/m2）；

I0＿＿基準(zhǔn)聲強(qiáng)，為10-12

W/m2。聲功率級：

Lw=10lg(W/W0)

式中：Lw——聲功率級（dB）；

W——實(shí)測聲功率（W）；

W0——基準(zhǔn)聲功率，為10-12W。聲強(qiáng)級：

LI=10lg(I/I0)聲功率級：

Lw五、響度和響度級響度（N）：

響度是人耳判別聲音由輕到響的強(qiáng)度等級概念，它不僅取決于聲音的強(qiáng)度(如聲壓級)，還與它的頻率及波形有關(guān)。響度的單位為“宋”,1宋的定義為聲壓級為40dB,頻率為1000Hz,且來自聽者正前方的平面波形的強(qiáng)度。如果另一個(gè)聲音聽起來比1宋的聲音大n倍，即該聲音的響度為n宋。五、響度和響度級響度（N）：響度級(LN)：響度級是建立在兩個(gè)聲音主觀比較的基礎(chǔ)上，選擇1000Hz的純音作基準(zhǔn)音，若某一聲音聽起來與該純音一樣響，則該聲音的響度級在數(shù)值上就等于這個(gè)純音的聲壓級（dB）。響度級用LN表示，單位是“方”。如果某聲音聽起來與聲壓級為80dB，頻率為1000Hz的純音一樣響，則該聲音的響度級就是80方。不同聲音的響度級可從ISO等響曲線上查出來。響度級(LN)：

等響曲線返回等響響度與響度級的關(guān)系響度與響度級的關(guān)系3.3.3聽覺的物理特性（聲音：音調(diào)、強(qiáng)度、音色）1.頻率響應(yīng)（感受性）人耳能聽聞的頻率比為fmin/fmax=1：1000；頻率感受的上限隨著年齡的增長而逐年連續(xù)下降，見圖3-10；聽覺的頻率響應(yīng)特性對聽覺傳示裝置的設(shè)計(jì)是很重要的。3.3.3聽覺的物理特性（聲音：音調(diào)、強(qiáng)度、音色）圖3-10聽力損失曲線返回圖3-10聽力損失曲線返回2.動(dòng)態(tài)范圍（聲音的強(qiáng)度）

聽覺聲強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍=正好可忍受的聲強(qiáng)/正好能聽見的聲強(qiáng)（1）聽閾：在最佳的聽聞?lì)l率范圍內(nèi)，一個(gè)聽力正常的人剛剛能聽到給定各種頻率的正弦式純音的最低聲強(qiáng)Imin。圖3-11a、在800-1500Hz頻率范圍內(nèi)，聽閾無明顯變化；

b、低于800Hz，可聽聲音的強(qiáng)度隨著頻率的降低而明顯增大；

c、在3000-4000Hz之間，聽覺靈敏度最高；d、超過6000Hz時(shí)，靈敏度再次下降。2.動(dòng)態(tài)范圍（聲音的強(qiáng)度）（2）痛閾：對于感受給定各種頻率的正弦式純音，開始產(chǎn)生疼痛感的極限聲強(qiáng)Imax。（1）與（2）都與頻率有關(guān)系，是在某一頻率下的聽閾值或痛閾值。（3）聽覺范圍：由聽閾和痛閾兩曲線所包圍的聽覺區(qū),見圖3-11。（2）痛閾：對于感受給定各種頻率的正弦式純音，開始產(chǎn)生疼痛感標(biāo)準(zhǔn)靈敏度：f=1000Hz，I0=Imin=10-12W/m2圖3-11聽閾、痛閾與聽覺區(qū)域返回標(biāo)準(zhǔn)靈敏度：f=1000Hz，I0=Imin=10-12W3.方向敏感度（雙耳效應(yīng)）

（1）時(shí)差：?t=聲音到兩耳的時(shí)間差。人耳可覺察到的聲音信號入射的最小偏角為3°，?t=30us。（2）由于頭部的掩蔽效應(yīng)，造成聲音頻譜的改變。（3）人耳對不同頻率、來自不同方向的聲音的感受能力不同。見圖3-12。3.方向敏感度（雙耳效應(yīng)）4.掩蔽效應(yīng)

掩蔽：一個(gè)聲音被另一個(gè)聲音所掩蓋的現(xiàn)象。掩蔽效應(yīng)：一個(gè)聲音的聽閾因另一個(gè)聲音的掩蔽作用而提高的效應(yīng)。4.掩蔽效應(yīng)圖3-12聽覺的方向敏感度圖3-12聽覺的方向敏感度自學(xué)內(nèi)容

人與熱環(huán)境自學(xué)內(nèi)容人與熱環(huán)境3.4其他感覺機(jī)能及其特征3.4.1膚覺膚覺是僅僅次于聽覺的一種感覺，可感受多種外界刺激，形成多種感覺。

1.觸覺觸覺也稱壓覺或觸壓覺，是皮膚表面承受物體壓力或觸及物體時(shí)，所產(chǎn)生的一種感覺。

(1)觸覺的敏感性：圖3-13

(2)觸覺的定位能力：圖3-14(3)兩點(diǎn)閾限3.4其他感覺機(jī)能及其特征3.4.1膚覺(3)兩點(diǎn)閾限

2.溫度覺

高溫作業(yè)：高于25度GB4200-1997—《高溫作業(yè)分級》GB953-1989—《高溫作業(yè)允許持續(xù)接觸時(shí)間限制》低溫作業(yè)：低于5度；冷水作業(yè)：水溫低于12度GB/T14439-93——《冷水作業(yè)分級》GB/T14440-93——《低溫作業(yè)分級》3.痛覺2.溫度覺3.痛覺返回返回返回返回冷水作業(yè)分級返回冷水作業(yè)分級返回返回返回3.4.2本體感覺

本體感覺系統(tǒng)包括耳前庭系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)覺系統(tǒng)，可感受身體和四肢所在位置的信息。1.平衡覺：人對自己頭部位置的各種變化及身體平衡狀態(tài)的感覺。影響平衡覺的因素：酒、年齡、恐懼、突然的運(yùn)動(dòng)、熱緊迫、不常有的姿勢等。3.4.2本體感覺本體感覺系統(tǒng)包括耳前庭系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)2.運(yùn)動(dòng)覺：人對自己身體各部位的位置及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種感覺。運(yùn)動(dòng)覺涉及人體的每一個(gè)動(dòng)作，是僅次于視、聽覺的感覺。人的各種操作技能的形成更有賴于運(yùn)動(dòng)覺信息的反饋調(diào)節(jié)。2.運(yùn)動(dòng)覺：人對自己身體各部位的位置及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種感覺圖3-13男性身體各部分的觸覺敏感性返回圖3-13男性身體各部分的觸覺敏感性返回圖3-14男性身體各部位刺激點(diǎn)定位的能力返回圖3-14男性身體各部位刺激點(diǎn)定位的能力返回3.5.1神經(jīng)系統(tǒng)1、神經(jīng)系統(tǒng)的組成及其功能

見732、研究神經(jīng)系統(tǒng)的意義

見743.5神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能及其特征3.5.1神經(jīng)系統(tǒng)1、神經(jīng)系統(tǒng)的組成及其功能見732神經(jīng)系統(tǒng)中樞神經(jīng)周圍神經(jīng)腦：延髓；腦髓；中腦；間腦；小腦；大腦脊髓按解剖分腦神經(jīng)；脊神經(jīng)按功能分感覺（傳入）神經(jīng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)（傳出）軀體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)（支配骨骼?。┲参镄陨窠?jīng)（支配內(nèi)臟器官）神經(jīng)系統(tǒng)的組成返回神經(jīng)系統(tǒng)中樞神經(jīng)周圍神經(jīng)腦：延髓；腦髓；中腦；間腦；小腦；大a、神經(jīng)系統(tǒng)是機(jī)體的主導(dǎo)系統(tǒng)：全身各器官、系統(tǒng)均在神經(jīng)系統(tǒng)的統(tǒng)一控制和調(diào)節(jié)下，互相影響、互相協(xié)調(diào)，保證機(jī)體的整體統(tǒng)一及其與外界環(huán)境的相對平衡。在此過程中，首先是借助于感受器官接受體內(nèi)外環(huán)境的各種信息，通過腦和脊髓各級中樞神經(jīng)的整合，最后經(jīng)周圍神經(jīng)控制和調(diào)節(jié)各個(gè)系統(tǒng)的活動(dòng)，從而使機(jī)體得以反應(yīng)多變的外環(huán)境，同時(shí)也調(diào)節(jié)著機(jī)體內(nèi)環(huán)境的平衡。神經(jīng)系統(tǒng)的功能b、神經(jīng)系統(tǒng)是心理現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)：從心理學(xué)角度看，人的一切心理和意識(shí)活動(dòng)也是通過神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。a、神經(jīng)系統(tǒng)是機(jī)體的主導(dǎo)系統(tǒng)：全身各器官、系統(tǒng)均在神經(jīng)系統(tǒng)的3.5.2大腦皮質(zhì)功能定位1.軀體感覺區(qū)見圖3-16（a）2.軀體運(yùn)動(dòng)區(qū)見圖3-16（b）3.其他功能區(qū)3.5.2大腦皮質(zhì)功能定位1.軀體感覺區(qū)見圖3-16軀體感覺區(qū)軀體運(yùn)動(dòng)區(qū)圖3-16軀體感覺區(qū)和運(yùn)動(dòng)區(qū)軀體感覺區(qū)軀體運(yùn)動(dòng)區(qū)圖3-16軀體感覺區(qū)和運(yùn)動(dòng)區(qū)

人在人機(jī)系統(tǒng)中特定操作活動(dòng)中的作用，可類比為一種信息傳和處理過程，可以把人視為一個(gè)單通道的有限容量的信息處理系統(tǒng)。見圖3-17。

感覺信號處理反應(yīng)輸入系統(tǒng)輸出3.6人的信息處理系統(tǒng)3.6.1人的信號處理系統(tǒng)模型人在人機(jī)系統(tǒng)中特定操作活動(dòng)中的作用，可類比為一種

圖3-17人的信息處理系統(tǒng)返回圖3-17人的信息處理系統(tǒng)返回

信息：客觀世界的所有事物通過物質(zhì)載體所發(fā)出的一切傳遞與交換的知識(shí)內(nèi)容。信息知識(shí)內(nèi)容信息可以嚴(yán)格定量，bit（位）為最小單位，byte（字節(jié)）為基本單位。3.6.2信息計(jì)量信息：客觀世界的所有事物通過物質(zhì)載體所發(fā)出的一切傳信息量的計(jì)算：

若某信號源含有n種狀態(tài)（n種信息），每種信息（狀態(tài)）出現(xiàn)的概率為Pi，則其中一種信息的信息量：該信號源的平均信息量為每種信息的信息量的數(shù)學(xué)期望（加權(quán)平均值）：信息量的計(jì)算：

若n=2，兩種信息用二進(jìn)制編碼“0”、“1”表示，若出現(xiàn)“0”的概率是P，出現(xiàn)“1”的概率是1-P，則該信息量可由下式計(jì)算：

H=-Plog2P-(1-P)log2(1-P)；

注：當(dāng)P=1/2時(shí)，則H=-log2(1/2)=log22=1bit

若n=2，兩種信息用二進(jìn)制編碼“0”、“1”表示，若出現(xiàn)

若信號源S中有n個(gè)相互獨(dú)立的不同信號，某個(gè)信號i出現(xiàn)的概率為Pi,且Pi之和為1，i信號應(yīng)出現(xiàn)nPi次，則所有信號的平均信息量為：H=（-nP1log2P1-nP2log2P2-…-nPnlog2Pn）/n=-∑Pilog2Pi(i=1…n)

顯然，當(dāng)Pi=1/n時(shí),H達(dá)到最大Hmax=∑(1/n)×log2n=log2n

若信號源S中有n個(gè)相互獨(dú)立的不同信號，某個(gè)信號i出現(xiàn)的概率人的反應(yīng)時(shí)間與感覺刺激物的刺激量有關(guān)。

RT=a+bHT（HT為信息量）1.信息傳輸速率

C=H/T其中：C—信息傳輸速率；H—傳輸?shù)男畔⒘?；T—傳輸?shù)臅r(shí)間人的感覺通道的信息傳輸速率。見圖3-18

刺激信號的維數(shù)增多，C。C---反映人的感覺通道傳輸信息的客觀能力。3.6.3感覺的信息處理人的反應(yīng)時(shí)間與感覺刺激物的刺激量有關(guān)。3.6.3感

A、刺激的維數(shù)B、刺激的速率與負(fù)荷C、背景噪音D、分時(shí)輸入與處理

E、剩余感覺通道的利用

F、刺激與響應(yīng)之間的協(xié)調(diào)性

G、感覺通道的選擇H、人的生理和心理狀態(tài)

I、人的技術(shù)熟練程度

影響信息傳輸速率的主要因素A、刺激的維數(shù)影響信息傳輸速率的主要因素圖3-18人的感覺通道信息傳輸速率圖3-18人的感覺通道信息傳輸速率采樣間隔取決于刺激的頻率。若刺激的變化頻率為F，則T=1/2F，由此可見，采樣頻率降低，則采樣周期延長。辨認(rèn)工作—數(shù)碼、字母、斜線搜索定位—顏色、數(shù)碼、形狀計(jì)數(shù)工作—數(shù)碼、顏色、形狀比較或驗(yàn)證—各方法幾乎沒有區(qū)別編碼方式的優(yōu)劣參閱表3-4。2.采樣3.編碼采樣間隔取決于刺激的頻率。辨認(rèn)工作—數(shù)表3-4編碼方式的優(yōu)劣表3-4編碼方式的優(yōu)劣3.6.4中樞信息處理

人的大腦皮層所能處理的信息只是感覺器官接受的信息量的很小一部分,如表B4.大腦中樞信息處理過程中記憶機(jī)制具有特殊的意義。記憶是各種信息處理活動(dòng)的基礎(chǔ)，一般分為三種形式：1.感覺信息儲(chǔ)存（瞬時(shí)記憶、感覺記憶、感覺登記）2.短時(shí)記憶（操作記憶）：保持時(shí)間在1min以內(nèi)的記憶。3.長時(shí)記憶：記憶曲線。見圖3-193.6.4中樞信息處理人的大腦皮層所能處理的信息

表B4信息流在傳遞過程各階段的最大信息流量返回

圖3-19人的記憶試驗(yàn)曲線返回圖3-19人的記憶試驗(yàn)曲線返回3.7運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)能及其特征

骨—運(yùn)動(dòng)的杠桿關(guān)節(jié)—運(yùn)動(dòng)的樞紐肌肉—運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力3.7運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)能及其特征骨—運(yùn)動(dòng)的杠桿3.7.1骨的功能和骨杠桿

（1）支撐人體（2）保護(hù)內(nèi)臟（3）運(yùn)動(dòng)的杠桿（4）造血（5）儲(chǔ)備礦物鹽：主要是磷和鈣等。1.骨的功能3.7.1骨的功能和骨杠桿（1）支撐人體1.骨的功能

根據(jù)支點(diǎn)，力點(diǎn)（動(dòng)力點(diǎn)）、重點(diǎn)（阻力點(diǎn)）三者不同的位置分布，分為：見圖3-20（1）平衡杠桿（2）省力杠桿（3）速度杠桿：用力大，但運(yùn)動(dòng)速度快由等功原理，得之于力則失之于幅度，反之亦然。因此，最大的力量與最大的運(yùn)動(dòng)范圍兩者是相矛盾的。2.骨杠桿根據(jù)支點(diǎn)，力點(diǎn)（動(dòng)力點(diǎn)）、重點(diǎn)（阻力點(diǎn)）2.骨杠桿圖3-20人體骨杠桿圖3-20人體骨杠桿

關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍有一定的限度，人體處于舒適時(shí)，關(guān)節(jié)必然處在一定的舒適調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，參閱表3-5。3.7.2主要關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍有一定的限度，人體處于舒適時(shí)，關(guān)節(jié)

表3-5重要活動(dòng)范圍和身體各部舒適姿勢的調(diào)節(jié)范圍10.下擺、上擺

表3-5（續(xù)）重要活動(dòng)范圍和身體各部舒適姿勢的調(diào)節(jié)范圍表

人體各部分的活動(dòng)范圍人體各部分的活動(dòng)范圍人體上部及上肢固定姿勢活動(dòng)角度范圍人體上部及上肢固定姿勢活動(dòng)角度范圍人機(jī)工程學(xué)Ergonomics人體感知與運(yùn)動(dòng)特征課件人機(jī)工程學(xué)Ergonomics人體感知與運(yùn)動(dòng)特征課件人機(jī)工程學(xué)Ergonomics人體感知與運(yùn)動(dòng)特征課件

3.7.3肢體的出力范圍

1、肌力：肌肉的力量來自肌肉收縮，肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的力稱為肌肉力。人的一條肌纖維所發(fā)揮的力量約為0.01～0.02N，肌力是多條肌纖維的收縮力總和。人體肌肉的生理特征。見表3-62、操作力：在作業(yè)中，為了達(dá)到操作效果，操作者有關(guān)部位（手、腳、軀干等）所施出的一定大小的力。決定因素：肌力、施力的姿勢、部位、方式和方向。

3.7.3肢體的出力范圍

1、肌力：肌肉的力量來自肌肉收表3—6身體主要部位肌肉所產(chǎn)生的力（單位：N，20～30歲）返回結(jié)論：女性的肌力比男性底20%～30%，右手比左手強(qiáng)10%，而習(xí)慣有左手的人，其左手的肌力比右手強(qiáng)6%～7%。表3—6身體主要部位肌肉所產(chǎn)生的力（單位：N，20～3（１）在直立姿勢下彎臂時(shí)，不同角度時(shí)的力量分布；如圖3-21和圖T2（２）在直立姿勢下臂伸直時(shí)，不同角度位置上拉力和推力的分布；如圖3-22（３）在坐姿下手臂在不同角度和方向上的推力和拉力；如圖T1，如表3-7（４）坐姿時(shí)，下肢不同位置上的蹬力大小。如圖3—23(a)和3-23(b)注:肢體所施力量的大小，與持續(xù)時(shí)間有關(guān).如圖T3和圖T4（１）在直立姿勢下彎臂時(shí)，不同角度時(shí)的力量分布；如圖3-21圖3-21立姿彎臂時(shí)的力量分布180°圖T2返回圖3-21立姿彎臂時(shí)的力量分布180°圖T2返回

圖3-22立姿直臂時(shí)拉力和推力分布拉力推力返回圖3-22立姿直臂時(shí)拉力和推力分布拉力推力返回圖T1坐姿時(shí)手臂的操縱力的測試方位返回圖T1坐姿時(shí)手臂的操縱力的測試方位返回

表3—7手臂在坐姿下對不同角度和方向的操縱力（單位：N）返回

圖3-23不同體位下的蹬力返回圖3-23不同體位下的蹬力返回人機(jī)工程學(xué)Ergonomics人體感知與運(yùn)動(dòng)特征課件人機(jī)工程學(xué)Ergonomics人體感知與運(yùn)動(dòng)特征課件人機(jī)工程學(xué)Ergonomics人體感知與運(yùn)動(dòng)特征課件圖T3圖T4結(jié)論：由最大值衰減到1/4，只需要４min，操作力＜＝最大肌力的20％，不容易疲勞,操作力＝最大肌力的15％,操作可無限持續(xù)。返回圖T3圖T4結(jié)論：由最大值衰減到1/4，只需要４min，操作

圖T5影響人體能的因素圖T5影響3.7.4肢體的動(dòng)作速度與頻率１、動(dòng)作速度(1)肢體肌肉收縮的速度：不同的肌肉，肌力、阻力；(2)動(dòng)作方向和動(dòng)作軌跡等特征(動(dòng)作特征）２、動(dòng)作頻率

取決于動(dòng)作部位和動(dòng)作方式。參閱表3-8。3、人體動(dòng)作的靈活性：是指操作時(shí)動(dòng)作速度和頻率，由人體的生物力學(xué)特性所決定。人體重量輕的部位比重的部位、短的部位比長的部位、肢體末端比主干部位的動(dòng)作更靈活。因此，設(shè)計(jì)機(jī)器及其操縱裝置時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮人體動(dòng)作靈活性的特點(diǎn)。參閱表B53.7.4肢體的動(dòng)作速度與頻率１、動(dòng)作速度3、人體動(dòng)作的靈

表3—8人體各部位動(dòng)作速度與頻率限度返回

表B5人體各部分的最大運(yùn)動(dòng)頻率返回表B5人體各部分的最大運(yùn)動(dòng)頻率返回3.8人的運(yùn)動(dòng)輸出人的信息輸出方式：語言輸出、運(yùn)動(dòng)輸出。運(yùn)動(dòng)輸出的質(zhì)量指標(biāo)：反應(yīng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度和準(zhǔn)確性。3.8人的運(yùn)動(dòng)輸出人的信息輸出方式：語言輸出、運(yùn)動(dòng)輸出。運(yùn)3.8.1反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間（RT）:又稱為反應(yīng)潛伏期，它是指刺激和反應(yīng)的時(shí)間間隔。它由反應(yīng)知覺時(shí)間（tz）和動(dòng)作時(shí)間（td）組成。即RT=tz+td

簡單反應(yīng)時(shí)間、選擇反應(yīng)時(shí)間、析取反應(yīng)時(shí)間3.8.1反應(yīng)時(shí)間反應(yīng)時(shí)間（RT）:又稱為反應(yīng)潛伏期，它1.不同的感覺器官（不同性質(zhì)的刺激）（1）不同的感覺器官簡單反應(yīng)的時(shí)間不同；以觸覺與聽覺最優(yōu)，視覺次之。參閱表3-9。（2）同一感覺器官接受的刺激不同，反應(yīng)時(shí)間不同；（3）相同感覺器官接受相同的刺激，不同部位反應(yīng)時(shí)間不同。

影響反應(yīng)時(shí)間的主要因素1.不同的感覺器官（不同性質(zhì)的刺激）影響反應(yīng)時(shí)間的主要因素

人對各種不同性質(zhì)刺激的反應(yīng)時(shí)間是不同的，見表125。

2.刺激信號的性質(zhì)和強(qiáng)度

對于同一種性質(zhì)的刺激來說，一般情況是對弱刺激的反應(yīng)時(shí)間較長，刺激增加到中等強(qiáng)度與極強(qiáng)時(shí)，反應(yīng)時(shí)間短。刺激方式影響反應(yīng)時(shí)間。參閱表3-10。

“不可減的最少限”：反應(yīng)時(shí)間不再減少的刺激強(qiáng)度增量的上限值。人對各種不同性質(zhì)刺激的反應(yīng)時(shí)間是不同的，見表13.刺激的清晰度和可辯性（環(huán)境影響）（1）信號與背景的亮度、顏色、信噪比及頻率的對比程度越強(qiáng)，反應(yīng)時(shí)間越短；（2）刺激信號的刺激時(shí)間；參閱表3-11

（3）刺激的數(shù)目、顏色；表3-12

B

（4）顯示器及操縱器的設(shè)計(jì)。3.刺激的清晰度和可辯性（環(huán)境影響）（1）信號與背景的亮度、

習(xí)俗、個(gè)體差異（性別、年齡）、疲勞等個(gè)人生理、心理狀況。

年齡2030405060反應(yīng)時(shí)間相對值100104112116161年齡與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系

4.人的主體因素習(xí)俗、個(gè)體差異（性別、年齡）、疲勞等個(gè)人生理、表3-9不同感覺器官的反應(yīng)時(shí)間感覺器官反應(yīng)時(shí)間（ms）觸覺110-160聽覺120-160視覺150-200冷覺150-230溫覺180-240嗅覺210-390痛覺400-1000味覺330-1100返回表3-9不同感覺器官的反應(yīng)時(shí)間感覺器官反應(yīng)時(shí)間（ms）觸刺激反應(yīng)時(shí)間（ms）光電擊聲音光和電擊光和聲音聲音和電擊光、聲和電擊176143142142142131127對各種刺激的反應(yīng)時(shí)間返回光176對各種刺激的反應(yīng)時(shí)間返回表3-10不同強(qiáng)度刺激的反應(yīng)時(shí)間返回表3-10不同強(qiáng)度刺激的反應(yīng)時(shí)間返回表3-11光刺激時(shí)間對反應(yīng)時(shí)間的影響表3-12可選擇的刺激數(shù)目對反應(yīng)時(shí)間的影響光刺激持續(xù)時(shí)間36122448反應(yīng)時(shí)間191189187184184刺激選擇數(shù)目反應(yīng)時(shí)間（ms）118723163364443454856532