配套課件-安全人機工程學

1.1安全人機工程學概述1.2安全人機工程學的形成與發(fā)展1.3安全人機工程學的主要任務和研究內(nèi)容1.4學科體系及研究方法第1章緒論

1.1安全人機工程學概述

1.1.1安全人機工程學的基本概念

安全人機工程以人的安全作為立足點，以確保人在活動過程中不受到傷害為目標，它主要闡述人和機之間保持怎樣的關系才能保證人的安全。

1．人機系統(tǒng)

人機系統(tǒng)(Man-MachineSystems)是指由人和機器構(gòu)成并依賴于人機之間相互作用而完成一定功能的系統(tǒng)。當今世界，沒有機器的幫助人們幾乎不能達到自己的目的。但沒有人的操作，機器也不能獨立工作。人機系統(tǒng)的外延相當廣泛，如工人用車床加工零件，構(gòu)成了工人—車床人機系統(tǒng)；人與工具、人與桌椅等都是人機系統(tǒng)。

2．人機工程學

人機工程學(Ergonomics)是20世紀中期發(fā)展起來的交叉學科，它運用人體測量學、生理學、衛(wèi)生學、醫(yī)學、心理學、系統(tǒng)科學、社會學、管理學及技術科學和工程技術學等學科的理論和知識，研究系統(tǒng)中人、機及其工作環(huán)境，特別是人、機與環(huán)境結(jié)合面之間的關系，其意義在于通過恰當?shù)脑O計，使人機系統(tǒng)獲得高工效和安全。

3．安全人機工程學

安全人機工程學(SafetyErgonomics)作為安全工程學的重要分支學科和人機工程學的一個應用學科，其性質(zhì)是一個跨門類、多學科的交叉科學，它處于許多學科和專業(yè)技術的接合部，既有人體科學與工程技術的交叉和滲透，又有社會科學與自然科學等學科的交叉和滲透。1.1.2其他相關學科的概念

1．人—機—環(huán)境系統(tǒng)

人—機—環(huán)境系統(tǒng)是由人、機(或計算機)和環(huán)境組成的一種復合系統(tǒng)。系統(tǒng)里所稱的“人”，是指作為主體工作的人，包括個人和人群；所稱的“機”，是指人所控制的一切對象的總稱，大至飛機、輪船，小至個人裝備和工具；所稱的“環(huán)境”，是指人、機共處的特定條件，包括自然環(huán)境、人造環(huán)境和社會環(huán)境等。

2．人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程

人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程的研究內(nèi)容主要包括了7個方面，如圖1-1所示。圖1-1人—機—環(huán)境系統(tǒng)工程研究內(nèi)容1.1.3安全人機工程學與效率人機工程學的區(qū)別

勞動者在勞動過程中是否安全的主要影響因素有三點：

①安全條件。生產(chǎn)環(huán)境中的機，也就是勞動者所處的勞動環(huán)境是否具備安全條件，即設備是否安全。

②安全狀態(tài)。勞動者的行為與勞動環(huán)境的配合(人機結(jié)合面)上是否處于安全的狀態(tài)。

③安全行為。勞動者的行為是否符合安全的要求。

1.2安全人機工程學的形成與發(fā)展

1.2.1人機工程學發(fā)展簡史

自人類社會形成以來，人類在求生存、求發(fā)展的過程中，開始創(chuàng)造各種各樣的簡單器具，并利用這些器具進行狩獵、耕種，從而形成了人與器具的關系—原始人機關系。

1.學科命名

人機工程學是一門專門研究人與系統(tǒng)其他元素之間相互作用的技術科學。該學科在其自身的發(fā)展過程中并未局限于某個學科，而是有機地融合了各相關學科理論，不斷地完善著自身的基本概念、理論基礎、研究方法、技術標準和操作規(guī)范。

2.發(fā)展歷程

人機工程學在英國、美國、日本、俄羅斯以及西歐各國都得到了廣泛的應用，工業(yè)發(fā)達國家都建立和發(fā)展了這門科學。

工業(yè)化時代的人體工程學發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段：

1)經(jīng)驗期—機械時代(20世紀初到第二次世界大戰(zhàn)前)

2)創(chuàng)建期—技術革命時期(第二次世界大戰(zhàn)間)

3)成熟期—人的思維時期(20世紀60年代至今)

3.我國人機工程學發(fā)展進程

在新中國成立之初，我國開始將人機工程學作為一門獨立的學科進行研究，當時杭州大學和中科院心理研究所開展了職工擇業(yè)培訓、技術革新、安全事故分析、操作方便省力等勞動心理學問題研究。1.2.2安全人機工程學發(fā)展歷程

隨著機械產(chǎn)品的發(fā)展，安全人機學逐漸成為了人機學中的重要研究內(nèi)容之一。

安全人機工程學的發(fā)展分為三個階段：

(1)經(jīng)驗人機工程學。

(2)科學人機工程學。

(3)現(xiàn)代人機工程學。1.3安全人機工程學的主要任務和研究內(nèi)容

1.3.1人機工程學的主要任務和研究內(nèi)容

人機工程學是按照人的特性設計和改善人—機—環(huán)境的學科，最終使人—機—環(huán)境的配合達到最佳狀態(tài)。由此可歸納出人機系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容：

(1)人的因素方面：

(2)機的因素方面：

(3)環(huán)境因素方面：

(4)人機系統(tǒng)的綜合研究：1.3.2安全人機工程學的主要任務

安全人機工程學是人機工程學的一個分支，它是從安全工程學的觀點出發(fā)，為進行系統(tǒng)安全分析、預防傷亡事故和職業(yè)病提供人機工程學方面知識的科學體系。1.3.3安全人機工程學的研究內(nèi)容

安全人機工程學的研究目的是通過建立合理而可行的人機系統(tǒng)，為勞動者創(chuàng)造安全、舒適的勞動環(huán)境和工作條件，其研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：

(1)人機系統(tǒng)中人的各種特性。

(2)人機功能分配。

(3)各類人機界面。

(4)工作場所和作業(yè)環(huán)境。

(5)安全裝置。

(6)人員選拔問題。

(7)人機系統(tǒng)的可靠性，保證人機系統(tǒng)的安全。

(8)人機系統(tǒng)總體安全性設計準則和方法以及安全性評價體系和方法。近期國內(nèi)外人機工程學研究的方向：

(1)工作負荷研究：包括體力活動、智力活動、工作緊張等因素引起的生理負荷和心理負荷。

(2)工作環(huán)境的研究：包括各種工作環(huán)境條件下的生理效應，以及一般工作與生活環(huán)境中振動、噪音、空氣、照明等因素的人機工程學的研究。

(3)工作場地、工作空間、工具裝備的人機工程學的研究。

(4)信息顯示的人機工程學問題，特別是計算機終端顯示中人的因素研究。

(5)計算機設計與人機工程學研究。

(6)工作成效的測量與評定。

(7)機器人設計的智能模擬等。

(8)人—機—環(huán)境系統(tǒng)中心理學的研究。

1.4學科體系及研究方法

安全人體工程學可以分為安全生理學(包括勞動生理學與生物力學)、安全心理學(包括勞動心理學)和安全人機工程學(其中包括人機工程學、人體工程學、人類工效學、勞動衛(wèi)生學和環(huán)境學等部分內(nèi)容)。安全人體工程學不僅為采取安全工程技術措施提供了必要的安全人體理論依據(jù)，同時也是一切安全活動的出發(fā)點和歸宿。1.4.1學科體系

人機工程學其性質(zhì)是一個跨門類、多學科的交叉學科，處于許多學科和專業(yè)技術的接合部，由人體科學、工程科學、環(huán)境科學三大門類組成。人體科學中涉及的有生理學、心理學、勞動衛(wèi)生學、人體測量學、人體力學；工程科學中涉及的有工業(yè)設計、工程設計、安全工程、系統(tǒng)工程、機械工程、管理工程等；環(huán)境科學中涉及的有環(huán)境保護學、環(huán)境醫(yī)學、環(huán)境衛(wèi)生學、環(huán)境心理學、環(huán)境監(jiān)測學。因此，它屬于自然科學與社會科學共同研究的綜合科學課題。1.4.2人機工程學研究的方法

人機工程學的研究方法除本學科建立的獨特方法外，還廣泛采用了人體科學和生物科學等相關學科的研究方法和手段，也運用了系統(tǒng)、控制、信息、統(tǒng)計與概率等其他學科的一些研究方法。這些方法包括人體結(jié)構(gòu)尺寸、功能尺寸的測量，人在活動中的行為特征，對人的活動時間和動作分析，人在作業(yè)前、后及作業(yè)中的心理狀態(tài)和各種生理指標的動態(tài)變化，分析人的活動可靠性、差錯率、意外傷害原因等；運用電子計算機模擬或仿真人的作業(yè)過程實驗；運用統(tǒng)計學的方法找出各變數(shù)之間的相互關系等。1.4.3人機工程發(fā)展新趨勢

綠色設計的基本思想是在設計階段就將環(huán)境因素和預防污染措施納入產(chǎn)品設計中，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設計目標和出發(fā)點，力求使產(chǎn)品對環(huán)境的影響為最小。綠色設計是指在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)以產(chǎn)品環(huán)境屬性為主要設計目標，著重考慮產(chǎn)品的可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復利用性等功能目標，并在滿足環(huán)境目標的同時，保證產(chǎn)品應有的基本功能、使用壽命和經(jīng)濟性等，突出了生態(tài)意識和以環(huán)境保護為本的設計理念。2.1人機系統(tǒng)概述2.2人機系統(tǒng)類型及功能2.3人機系統(tǒng)的基本模式2.4人機功能分配2.5人機系統(tǒng)事故模式與應用第2章人機系統(tǒng)

2.1人機系統(tǒng)概述

所謂系統(tǒng)是指由具有相互聯(lián)系、相互制約的事物，以某種形式結(jié)合在一起并具有特定功能的有機整體。把整體系統(tǒng)的組成部分稱為子系統(tǒng)。整體系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間既有相對性也有統(tǒng)一性。2.2人機系統(tǒng)類型及功能

人機系統(tǒng)的分類方法多種多樣，有些簡單，有些復雜。下面主要介紹三種分類方法。

2.2.1按有無反饋控制分類

1.開環(huán)人機系統(tǒng)

2.閉環(huán)人機系統(tǒng)2.2.2按系統(tǒng)自動化程度分類

1.人工操作系統(tǒng)

人工操作系統(tǒng)包括人和相應的輔助機械及手工工具。人負責提供作業(yè)動力，并作為生產(chǎn)過程的控制者。如圖2-1所示，人直接把輸入轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵?，是影響系統(tǒng)效率的主要因素。圖2-1人工操作系統(tǒng)

2.半自動化系統(tǒng)

半自動化系統(tǒng)由人和機器設備或半自動化機器設備構(gòu)成，人控制具有動力的機器設備，也可以為系統(tǒng)提供少量的動力，以對系統(tǒng)做某些調(diào)整或簡單操作。在這種系統(tǒng)中，人與機器之間的信息交換頻繁、復雜。在生產(chǎn)過程中，人感知來自機器、產(chǎn)品的信息，經(jīng)處理后成為進一步操縱機器的依據(jù)，如圖2-2所示。這樣不斷地反復調(diào)整，保證人機系統(tǒng)得以正常運行。圖2-2半自動化人機系統(tǒng)

3.自動化系統(tǒng)

自動化系統(tǒng)由人和自動化設備構(gòu)成，如圖2-3所示。機器負責系統(tǒng)中信息的接收、儲存、處理和執(zhí)行等工作；人只起管理和監(jiān)督作用，只有在發(fā)生意外情況時，人才采取強制措施。系統(tǒng)從外部獲得所需的能源，人的具體功能是啟動、制動、編程、維修和調(diào)試等。圖2-3自動化人機系統(tǒng)2.2.3按人機結(jié)合方式分類

1.人機串聯(lián)

人機串聯(lián)結(jié)合方式如圖2-4(a)所示。作業(yè)時人直接介入工作系統(tǒng)，操縱工具和機器。

2.人機并聯(lián)

人機并聯(lián)結(jié)合方式，如圖2-4(b)所示。作業(yè)時人間接介入工作系統(tǒng)，人的作用以監(jiān)視、管理為主，手工作業(yè)為輔。圖2-4人與機的結(jié)合方式(a)人機串聯(lián)；(b)人機并聯(lián)；(c)人與機串/并聯(lián)混合

3.人與機串/并聯(lián)混合

人與機串/并聯(lián)又稱混合結(jié)合方式，也是最常用的結(jié)合方式，如圖2-4(c)所示。這種結(jié)合方式的表現(xiàn)形式很多，實際上都是人機串聯(lián)和人機并聯(lián)兩種方式的綜合，往往同時兼有這兩種方式的基本特性。2.2.4人機系統(tǒng)的功能

人機系統(tǒng)是為了實現(xiàn)安全與高效的目的而設計的，也是由于能滿足人類的需要而存在的。在人機系統(tǒng)中，雖然人和機器各有其不同的特征，但在系統(tǒng)中所表現(xiàn)的功能卻是類似的。完整的人機系統(tǒng)都有六種功能，這些功能是連續(xù)進行的，是由人和機共同作用實現(xiàn)的，其關系如圖2-5所示。圖2-5人機系統(tǒng)的功能

2.3人機系統(tǒng)的基本模式

人機系統(tǒng)基本模式由人的子系統(tǒng)、機器的子系統(tǒng)和人機界面所組成。圖2-6所示為人機系統(tǒng)的基本模式。圖2-6人機系統(tǒng)的基本模式

2.4人機功能分配

2.4.1人的主要功能

人在人機系統(tǒng)的操縱過程中所起的作用，可通過心理學提出的帶有普通意義的規(guī)律：“刺激(S)→意識(O)→反應(R)”來加以描述，即在信息輸入、信息處理和行為輸出三個過程中體現(xiàn)出人在操作活動中的基本功能，如圖2-7所示。圖2-7人在操作活動中的基本功能示意圖2.4.2機的主要功能

本書所指的機是廣義的，包含機器及人和機器所處的環(huán)境。但為了說明問題，此處的機側(cè)重于機器。機器是按人的某種目的和要求而設計的，雖然機器與人的特征不同，但在人機系統(tǒng)工作中所表現(xiàn)的功能都是類似的，自動化的機器更是如此，它具有接收信息、儲存信息、處理信息和執(zhí)行等主要功能。2.4.3人與機功能分配

1.人機特性比較

設計和改進人機系統(tǒng)，首先必須考慮人和機器各自的特性，根據(jù)兩者的長處和弱點，確定最優(yōu)的人機功能分配。表

2-1是人與機器的特性(簡稱人機特性)對照比較表。

2.人機功能分配的含義

對人機特性進行權衡分析，將系統(tǒng)的不同功能恰當?shù)胤峙浣o人或機，稱為人機功能分配。人機功能分配就是通過合理的功能分配，將人與機器的優(yōu)點結(jié)合起來，取長補短，從而構(gòu)成高效與安全的人機系統(tǒng)。從人機特性比較可以看出，人和機各有所長，根據(jù)兩者特性利弊進行分析，將系統(tǒng)的不同功能合理地分配給人或機器，既能提高人機系統(tǒng)效率，同時又能確保系統(tǒng)的安全性。

3.人機功能分配的一般原則

美國人機學家麥克考米克總結(jié)出，人能完成并能勝過機器的工作有：發(fā)覺微量的光和聲，接收和組織聲、光的型式，隨機應變和應變程度，長時間大量儲存信息并能回憶有關的情節(jié)，進行歸納推理和判斷并形成概念和創(chuàng)造方法等。

4.人機功能匹配對人機系統(tǒng)的影響

在設備(機器)的設計中，必須考慮人的因素，如果不考慮人與機器的適應，那么人既不舒適也無法高效工作，圖2-8所示就說明了這個問題。圖2-8設備設計中人的因素工程(a)正確；(b)錯誤

5.人機分工不合理的表現(xiàn)

(1)把可以由人很好執(zhí)行的功能分配給機器，而把設備能更有效地執(zhí)行的功能分配給人。

(2)讓人承擔超過其能力所能承擔的負荷或速度。

(3)不能根據(jù)人執(zhí)行功能的特點而找出人和機之間最適宜的相互聯(lián)系的途徑與手段。

6.人機功能分配應注意的問題

為達到人機系統(tǒng)的安全、衛(wèi)生、高效、舒適，在進行人機功能分配時必須注意以下幾個問題：

(1)信息由機器的顯示器傳遞到人，選擇適宜的信息通道，避免信息通道過載而失誤。同時，顯示器的設計應符合安全人機工程的原則。

(2)信息從人的運動器官傳遞給機器，應考慮人的權限能力和操作范圍，控制器設計要安全、高效、可靠、靈敏。

(3)充分考慮人和機各自的優(yōu)勢。

(4)使人機結(jié)合面的信息通道數(shù)和傳遞頻率不超過人的能力，以及機適合大多數(shù)人的應用。

(5)一定要考慮到機器發(fā)生故障的可能性，以及簡單排除故障的方法和使用的工具。

(6)要考慮到小概率事件的處理，有些偶發(fā)性事件如果對系統(tǒng)無明顯影響可以不必考慮，但有的事件一旦發(fā)生就會造成功能的破壞，對這種事件就要事先安排監(jiān)督和控制方法。2.4.4人機系統(tǒng)功能分配方法

1．人機能力比較分配法

人機能力比較分配法是最初的功能分配方法，例如著名的FittsLists分配方法，也是迄今為止應用最為普遍的方法，在早期的簡單工業(yè)自動化監(jiān)控系統(tǒng)中得到大量的應用。表2-3即為Fitts所列出人機各自的優(yōu)勢特性，也稱為MABA-MABA方法。

2.?Price決策圖法

Price決策圖法對任意一個功能，從人和機兩方面的特性

做出比較，然后根據(jù)效能、速度、可靠性、技術可行性等做出評估，評估結(jié)果為一個復數(shù)值(人的績效值為實部，機器的績效值為虛部)。這個復數(shù)值落在決策圖的某一區(qū)域，如圖2-9

所示。圖2-9Price決策圖

3.?Sheffield法

Sheffield法是由英國Sheffield大學在對海軍的艦艇控制系統(tǒng)進行設計時所開發(fā)的一種功能分配方法。它在分配過程中共需要考慮100多項決策準則，將其分為8組，其中不僅考慮了人機能力特性，而且從工程的角度考慮了人員的作業(yè)設計、社會性、訓練、安全等因素，另外還包括自動化的精度、費用等。它的主要流程如圖2-10所示。圖2-10Sheffield法流程圖

4.自動化分類與等級設計法

自動化分類與等級設計法由英國科學家Parasuraman和Sheridan提出，主要應用于工業(yè)自動化系統(tǒng)如核電站監(jiān)控中。該方法認為任何人機自動化系統(tǒng)的工作過程類似于人類的信息處理，可分為四個步驟，即獲取、分析、決策、行動。而機器的自動化程度分為連續(xù)的10個級別，如表2-4所示。在此基礎上對系統(tǒng)功能分別按上述的四個步驟進行分類，并對屬于每一個分類的功能確定其自動化程度，然后建立多級評價準則，逐步對分配結(jié)果進行修改，直到最終確定系統(tǒng)應該采用的自動化類型和等級。自動化分類與等級設計流程圖如圖2-11所示。圖2-11自動化分類與等級設計流程圖

5.?York法

York法是由英國York大學Dearden等人提出的一種基于場景(Scenario)的功能分配方法，它最初是為海軍艦艇的設計而開發(fā)的，由于取得了比較好的效果，之后又被成功地用于單座飛機的功能分配設計中。圖2-12York法流程圖

2.5人機系統(tǒng)事故模式與應用

2.5.1人機系統(tǒng)事故模式

人機系統(tǒng)事故模式是指從人機關系上研究事故致因的模式。人是在特定的空間環(huán)境里進行生產(chǎn)勞動的。他們在操作崗位上操作由外部供給能量的機械，以達到所要求的目的。

1.以人的行動為主體的(單人—機系統(tǒng))事故模型

在環(huán)境不被有害氣體污染的情況下，人機系統(tǒng)的事故模式多以人的行為為主體，即以人為本。在這種事故模型中，傷亡事故多次發(fā)生在人、機械設備兩個子系統(tǒng)相交的斜線區(qū)內(nèi)，如圖2-13所示。圖2-13單人—機系統(tǒng)事故模型

2.機械—多人系統(tǒng)事故模型

在現(xiàn)代化大生產(chǎn)的集體勞動中，單人—機系統(tǒng)的應用范圍不是非常廣泛，常見到的是機械—多人系統(tǒng)，即在操作過程中，在同一時間內(nèi)為完成同一目的，由多人操縱一臺機器或一個大型設備。

這種多人在機器周圍勞動的條件，往往由于人多動作不易協(xié)調(diào)，信息交流不充分、不及時，加之視野局限，極有可能造成機械對人的危害而發(fā)生事故。這種機械—多人系統(tǒng)常見于共同修理、清掃、調(diào)整大型設備，共同搬運大型重物，在長電路上共同檢修高壓線路、電氣設備等，其事故概率較高，如圖

2-14所示。圖2-14機械—多人系統(tǒng)事故模型

3.具有運動形態(tài)的人機系統(tǒng)事故模型

在具有運動形態(tài)的人機系統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，用到的運輸工具不同于廠內(nèi)加工生產(chǎn)用的機械，而是通過“廠外交通”工具來移動物質(zhì)。為完成運輸任務，當然是速度越快，運輸效率越高。但是，這自然會因高速而帶來事故頻率的顯著增加。圖2-15具有運動形態(tài)的人機系統(tǒng)事故模型

4.人—環(huán)境物事故模型

在作業(yè)環(huán)境中，除了靜止物體所具有的潛在勢能以外，還有粉塵、毒氣、噪聲、振動、高頻、微波、放射線等環(huán)境物的危害，這屬于具有流動性質(zhì)的能量的危害。圖2-16人機系統(tǒng)和人—環(huán)境物的系統(tǒng)事故發(fā)生的機緣形象圖2-17人機系統(tǒng)和人—環(huán)境物系統(tǒng)發(fā)生事故的差異

5.化學能傳達于人體的事故模型

化學危害來源于生產(chǎn)現(xiàn)場的人工環(huán)境污染。它既和機械傷人的條件不同，也和自然環(huán)境的條件不同?；瘜W成套設備中有毒有害物質(zhì)的跑、冒、滴、漏，當然與操作人員失誤有密切聯(lián)系，但它卻不取決車間直接受害的個人行為。

危害源如果是無色、無味、無嗅的有毒氣體或蒸汽，人的五感是不易查覺的。如果大量毒物侵入人體會造成突然中毒，則屬于傷亡事故。圖2-18化學能事故模型圖2-19人機系列外事故模型2.5.2安全人機系統(tǒng)事故模型的作用

安全人機系統(tǒng)事故模型是工程邏輯的一種抽象，是一種過程或行為的定性或定量的代表。它能探討形式和內(nèi)容、原則和結(jié)果、歸納和演繹、綜合和分析，它是在抽象基礎上產(chǎn)生的系統(tǒng)工程重要的工具之一。安全人機系統(tǒng)的事故模型用來闡明人身傷亡事故的成因，即它被用于闡明事件的事故因果，以便對事故現(xiàn)象的發(fā)生與發(fā)展有一個明確、概念上一致、因果關系清楚的分析。這對探討安全防護原理是一種有效的系統(tǒng)安全的方法論。

安全人機系統(tǒng)事故模型的重要意義在于：

(1)從個別抽象到一般，把同類事故抽象為模型，可以深入研究導致傷亡事故的原因和機理。

(2)事故模型化可以查明以往發(fā)生過的事故和直接原因，找出主要原因，用以預測類似事故發(fā)生的可能性。

(3)根據(jù)事故模型可以做出危險性評價以及預防事故的決策，增長安全生產(chǎn)的理論知識，積累安全信息，進行安全教育，指導安全生產(chǎn)。

(4)各類模型既是一種安全原理的圖示，又是應用人機工程、系統(tǒng)工程新科學和系統(tǒng)分析的新方法。

(5)性能模型可以向數(shù)學模型發(fā)展，由定性分析逐步向事故預測定量化發(fā)展。這可為事故預測和制定技術措施打下基礎。

所以，安全人機系統(tǒng)事故模型是事故分析和預測的依據(jù)，是實現(xiàn)安全生產(chǎn)的核心，如圖2-20所示。圖2-20安全人機系統(tǒng)事故模型在人機系統(tǒng)安全中的作用3.1人體測量3.2人的生理特征3.3人的心理特征第3章人的特征

3.1人體測量

人體測量是一門新興的學科，它是通過測量人體各部位尺寸來確定個體之間和群體之間在人體尺寸上的差別，用以研究人的形態(tài)特征，從而為各種安全設計、工業(yè)設計和工程設計提供人體測量數(shù)據(jù)。3.1.1人體尺度數(shù)據(jù)的測量

人體尺度是產(chǎn)品體量和空間環(huán)境設計的基礎依據(jù)，合理的設計首先要符合人的形態(tài)和尺寸，使人感到方便和舒適。人體尺度可分為構(gòu)造尺寸和功能尺寸。構(gòu)造尺寸是指靜態(tài)的人體尺寸，它是人體處于固定的標準狀態(tài)下測量的。圖3-1人體主要部位圖3-2立姿人體部位圖3-3坐姿人體部位圖3-4人體水平部位圖3-5人體頭部部位圖3-6人體手部部位圖3-7人體足部部位3.1.2人體尺度數(shù)據(jù)的應用

人體尺度受很多因素的影響，所以個人與個人、群體與群體之間存在很多差異，包括種族差異、世代差異等。在人體測量中所得到的測量值都是離散的隨機變量，因而可根據(jù)概率論和數(shù)理統(tǒng)計理論對測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，從而獲知所需群體尺寸的統(tǒng)計規(guī)律和特征參數(shù)。

1．運用準則

在運用人體測量數(shù)據(jù)進行設計時，應遵循以下幾個準則：

1)最大最小準則

2)可調(diào)性準則

3)平均準則

4)使用最新人體數(shù)據(jù)準則

所有國家的人體尺度都會隨著年代、社會經(jīng)濟的變化而不同。因此，應使用最新的人體數(shù)據(jù)進行設計。

5)地域性準則

一個國家的人體參數(shù)與地理區(qū)域分布、民族等因素有關，設計時必須考慮產(chǎn)品使用區(qū)域和民族分布等因素。

6)功能修正與最小心理空間相結(jié)合準則

有關國家標準公布人體數(shù)據(jù)是在裸體或穿單薄內(nèi)衣的條件下測得的，且測量時不穿鞋。而設計中所涉及的人體尺度是在穿衣服、穿鞋甚至戴帽條件下的人體尺寸。因此，在考慮有關人體尺寸時，必須給衣服、鞋、帽留下適當?shù)挠嗔?。于是，產(chǎn)品的最小功能尺寸可由下式確定：

(3-1)另外，為了避免人們在心理上產(chǎn)生“空間壓抑感”、“高度恐懼感”等心理感受，或者為了滿足人們“求美”、“求奇”等心理需求，在產(chǎn)品最小功能尺寸上附加一項增量，稱為心理修正量。如在護欄高度設計時，對于3000～5000mm高的工作平臺，只要欄桿高度略為高過人體重心，就不會發(fā)生因人體重心高所致的跌落事故，但對于高度更高的平臺來說，操作者在這樣高的平臺欄桿時，因恐懼心理而導致足部發(fā)“酸、軟”，手掌心和腋下出“冷汗”，患恐高癥的人甚至會暈倒，因此只有將欄桿高度進一步加高才能克服上述心理障礙。這項附加的加高量便屬于“心理修正量”?？紤]了心理修正量的產(chǎn)品功能尺寸稱為最佳功能尺寸：

Sopm?=?Sa?+?Δf?+?Δp(3-2)

例3-1

由于巷道高3.5m，軟分層又發(fā)育在2.8～3.1m之間，如圖3-8所示，為了在軟分層中進行預測預報(效檢)工作，必須在巷道前方留一個臺階，而合理的臺階高度應在充分考慮安全人機的前題下進行設計。圖3-8打鉆臺階高度預測示意圖

解根據(jù)人體數(shù)據(jù)運用準則應選用中國男子立姿肘高第99百分位數(shù)和肩高第99百分位數(shù)為基本參數(shù)，由表3-2可知，兩者分別為Sa1?=?1.13m，

Sa2?=?1.49m。功能修正量主要考慮鞋根高的修正量，一般為1.0～2.5cm，取1.0cm。心理修正量主要考慮預測員肘部和手臂的活動取10.0cm。綜上考慮，預測員的合理打鉆高度應為那么，合理的臺階高度就應為

7)標準化準則

使用標準數(shù)據(jù)可以使設計規(guī)范化，簡化設計工作、生產(chǎn)工藝，提高零部件的互換性。

8)姿勢與身材相關聯(lián)準則

勞動姿勢與身材大小要綜合考慮、不能分開。如坐姿或蹲姿的寬度設計要比立姿的大。

9)合理選擇百分位和適用度準則

設計目標不同，選用的百分位和適應度也不同。常見設計人體數(shù)據(jù)百分位選擇歸納如下：

(1)間距類設計：一般取較高百分位數(shù)據(jù)，常取第95百分位的人體數(shù)據(jù)。

(2)凈空高度類設計：一般取高百分位數(shù)據(jù)，常取第99百分位的人體數(shù)據(jù)以盡可能適應100%的人。

(3)屬于可及距離類設計：一般應使用低百分位數(shù)據(jù)。如涉及伸手夠物、立姿側(cè)向手握距離、坐姿垂直手握高度等涉及皆屬此類問題。

(4)座面高度類設計：一般取低百分位數(shù)據(jù)，常取第5百分位的人體數(shù)據(jù)。原因是座面太高，大腿會受壓使人感到不舒服。

(5)隔斷類設計：如果設計目的是為了保證隔斷后面人的秘密性，應使用第95或更高百分位數(shù)據(jù)；反之，如果是為了監(jiān)視隔斷后的情況，則應使用低百分位(第5百分位或更低百分位)數(shù)據(jù)。

(6)公共場所工作臺面高度類設計：如果沒有特別的作業(yè)要求，一般以肘部高度數(shù)據(jù)為依據(jù)，百分位常取從女子第5百分位(88.9cm)到男子第95百分位(111.8cm)數(shù)據(jù)。

2．人體測量數(shù)據(jù)選用的注意事項

設計和確定作業(yè)空間尺寸的根據(jù)，必須保證至少90%的用戶的適應性、兼容性、操作性和維護性，即人體主要尺寸的設計極限應根據(jù)第5至95百分位數(shù)的值確定。

必須適應或允許身體某些部分通過的空間尺寸(如通道、出入口、防觸及危險部位的安全距離等)，應以第95百分位的值作為適用的人體尺寸。

有限度的或受身體延伸所限制的空間尺寸(如抓握物體的可及距離、控制器的位移、顯示器與測試點位置、安全防護罩上的空隙等)，應以第5百分位的值作為適用的人體尺寸。可調(diào)整的尺寸(如高度可調(diào)的坐椅、工作臺、控制器、安全帶等)應以第5百分位至第95百分位的人體尺寸范圍作為高速范圍適用的人體尺寸；當只能用一種中等尺寸供群體使用時(如墻壁上的開關高度、門上把手尺寸等)，應以第50百分位數(shù)作為適用的人體尺寸。

明確尺寸的適用范圍，如適用的國家、地區(qū)、民族、年齡、性別、職業(yè)及社會階層等；否則，盲目選用，設計出的產(chǎn)品適用性較差。人體測量數(shù)據(jù)應用應注意人體尺寸的變化。一方面從事某種工作的勞動人群的身材有變化時，其最佳適應尺寸也應隨之改變；另一方面，世界各國人體身高有增加的趨勢，近20年來，世界各國人體的身高平均每10年增加1cm，我國的人體身高增加更快，因此，在收集或選用人體尺寸資料時，應注意這種現(xiàn)象。

3.人體尺度在工程設計中的應用

(1)滿足度：滿足度是產(chǎn)品設計尺寸滿足特定使用者群體的百分率。也就是說從人體工程學角度看，所設計的產(chǎn)品適合多少人。

(2)產(chǎn)品尺寸設計任務的分類：

①Ⅰ型產(chǎn)品尺寸設計(就是上面已介紹的可調(diào)準則)：

②?Ⅱ型產(chǎn)品尺寸設計(最大最小準則)：

4.人體尺寸的應用方法和程序

1)確定所設計對象的類型和適應度

涉及人體尺寸的設計、確定設計對象的功能尺寸的主要依據(jù)是人體尺寸百分位數(shù)，而人體百分位數(shù)的選用又與設計對象的類型密切相關。

2)選擇人體尺寸百分位數(shù)

對表3-10中尺寸設計類型，又按產(chǎn)品的重要程度分為涉及人的安全、健康的產(chǎn)品和一般用途兩個等級。在確認所設計的產(chǎn)品類型及其等級之后，選擇人體尺寸百分位數(shù)的依據(jù)是適用度。人機工程學設計中的適用度，是指所設計產(chǎn)品在尺寸上能滿足多少人使用，通常以適合使用的人數(shù)占使用者群體的百分比表示。產(chǎn)品尺寸設計的類型、等級、適用度與人體尺寸百分位數(shù)的關系參見表3-10和人體數(shù)據(jù)運用準則。

5.確定產(chǎn)品的功能尺寸

例3-2

試合理確定適用于中國男人使用的固定座椅座面高度。

解確定座椅座面高度屬于一般用途設計。根據(jù)人體數(shù)據(jù)運用準則，座椅座面高度應取第5百分位的“小腿加足高”人體數(shù)據(jù)Sa

=38.3cm為基本設計數(shù)據(jù)，以防大腿下面承受壓力引起疲勞和不舒適。功能修正主要應考慮兩方面：一是鞋跟高的修正量，一般為2.5～3.8cm，取2.5cm；另一方面是著裝(褲厚)修正量，一般為0.3cm。即Δf?=2.5+0.3=2.8cm。由公式

(3-2)可得固定座椅座面高度的合理值應為

6.人體身高在設計中的應用方法

為了簡化設計，并實現(xiàn)人機系統(tǒng)操作方便、舒適宜人，各種工作面的高度、建筑室內(nèi)通道空間高度、設備及家具高度，如操縱臺、儀表盤，操縱件的安裝高度以及用具的設置高度等，常根據(jù)人的身高來概算確定。圖3-9以身高H為基準的設備和用具尺寸概算圖3.1.3人體模板

根據(jù)人體尺度進行人機工程設計和檢測時，經(jīng)常使用人體模板。人體模板是根據(jù)標準人體尺寸，按照1:1、1:5或其他實際需要的比例，用塑料板等材料制成的各關節(jié)均可活動的裸體穿鞋二維人體模型。《人體模板設計和使用要求》(GB/T15759—1995)標準提供了設計用人體外形模板的尺寸數(shù)據(jù)和圖樣，成套的標準人體模板也已作為一種設計的輔助工具出售?！蹲巳梭w模板功能設計要求》(GB/T14779—1993)標準規(guī)定了三種身高等級的成年人坐姿模板的功能設計基本條件：功能尺寸、關節(jié)功能活動角度和使用條件。目前在美國、德國、日本等國家，人體模板作為一種有效的輔助設計手段，已被廣泛應用于人機系統(tǒng)設計中，如圖3-10所示。圖3-10人體模板(a)人體模板示意圖；(b)人體模板側(cè)視圖(S)圖3-11虛擬人系統(tǒng)IACK

3.2人的生理特征

3.2.1神經(jīng)系統(tǒng)的組成及其功能

全身各器官、系統(tǒng)都是在神經(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)，保證機體的整體統(tǒng)一及其與外界環(huán)境的相對平衡。人體神經(jīng)系統(tǒng)分為兩個部分。一部分是中樞神經(jīng)，它由腦和脊髓組成；另一部分是周圍神經(jīng)。其具體組成如圖

3-12所示。圖3-12人體神經(jīng)系統(tǒng)圖圖3-13人機系統(tǒng)3.2.2感覺和知覺

1.感覺

感覺是人腦對直接作用于感覺器官的事物個別屬性的反映，感覺是人們了解外部世界的渠道，也是一切復雜心理活動的基礎和前提。感覺量(心理量)E和刺激量R之間有下列對數(shù)關系：

E?=?k?lgR

(3-3)

其中，k為常數(shù)。該式稱為Weber-Fechner定律(韋伯-費其諾定律)。

2.感覺的基本特性

1)適宜刺激

外部環(huán)境中有許多物質(zhì)的能量形式，人體的一種感覺器

官只對一種能量形式的刺激特別敏感，能引起感覺器官有效反應的刺激稱為該感覺器官的適宜刺激。如眼的適宜刺激為可

見光，而耳的適宜刺激則為一定頻率范圍的聲波，如表3-12

所示。

2)感受性和感覺(感受)閾限

(1)絕對感受性和絕對感受閾限：

①產(chǎn)生感覺需要有達到一定強度的適宜刺激。剛剛能引起感覺的最小刺激量稱為絕對感覺閾限的下限；感覺出最小刺激量的能力稱為絕對感受性。

②絕對感受性與絕對感覺閾限值成反比，即引起感覺所需要的刺激量越小也就是絕對感覺閾限的下限值越低，絕對感受性就越高，感覺越敏銳。

③若刺激量過大，超過了正常限度，將使感覺消失而引起痛覺，甚至造成感官的損傷。

(2)差別感受性和差別感覺閾限：

①當兩個不同強度的同類型刺激同時或先后作用于某一感覺器官時，它們在強度上的差別必須達到一定程度，才能引起人的差別感覺。

②差別感覺閾限為剛剛能引起差別感覺的刺激之間的最小差別量，對最小差別量的感受能力則為差別感受性，兩者成反比關系。

(3)感受性應用。人的各種感覺器官感受能力的發(fā)展是不平衡的，而不同的職業(yè)又有各自不同方面的感受能力，如對音樂工作者，要求其具有較高的聽覺分辨能力；對美術工作者及其某些行業(yè)的檢驗人員，要求其具有較高的視覺顏色分辨能力；而對自動化系統(tǒng)的監(jiān)控人員，則要求視覺和聽覺都有較高的感受性。

3)感覺的適應

在同一刺激物的持續(xù)作用下，人的感受性發(fā)生變化的過程稱為感覺的適應。這種適應現(xiàn)象，除痛覺外，幾乎在所有感覺中都存在，但適應的表現(xiàn)和速度是不同的。除暗適應外，其余各種感覺適應大都表現(xiàn)為感受性逐漸下降乃至消失。

4)相互作用

相互作用是指在一定的條件下，各種感覺器官對其適宜刺激的感受能力都將受到其他刺激的干擾影響而降低，由此使感受性發(fā)生變化的現(xiàn)象。

5)對比

對比是指同一感受器官接受兩種完全不同但屬于同一類的刺激物的作用，而使感受性發(fā)生變化的現(xiàn)象。對比又分為同時對比(彩色對比、無彩色對比)、繼時對比。

6)余覺

余覺是指在刺激取消后，感覺可存在一極短時間的現(xiàn)象。

3.知覺及知覺的基本特性

1)知覺的整體性

把知覺對象的各種屬性、各個部分認識看成一個具有一定結(jié)構(gòu)的有機整體，這種特性稱為知覺的整體性。

2)知覺的理解性

根據(jù)已有的知識經(jīng)驗去理解當前的感知對象，這種特性稱為知覺的理解性。由于人們的知識經(jīng)驗不同，因此對知覺對象的理解也會有不同，與知覺對象有關的知識經(jīng)驗越豐富，對知覺對象的理解也就越深刻。如圖3-14所示。

圖3-14知覺理解性

3)知覺的選擇性

影響知覺選擇性的因素：

(1)對象和背景的差別。知覺對象與背景之間的差別越大，對象越容易從背景中區(qū)分出來。

(2)運動的對象。在固定不變或相對靜止的背景上，運動著的對象最容易成為知覺對象，如在熒光屏上顯示的變化著的曲線。

(3)人的主觀因素。若任務、目的、知識、興趣、情緒不同，則選擇的知覺對象也不同。

4)知覺的恒常性

人們總是根據(jù)已往的印象、知識、經(jīng)驗去知覺當前的知覺對象，當知覺的條件在一定范圍內(nèi)改變時，知覺對象仍然保持相對不變，這種特性稱為知覺的恒常性。

(1)大小恒常性：在天空中飛行的飛機，在視網(wǎng)膜中的映像是近大遠小，但在知覺中它的大小是不變的。

(2)形狀恒常性：開啟了不同角度的門。

(3)明度、顏色恒常性：兒童畫冊中的太陽。

4.感覺和知覺的關系和區(qū)別

從知覺的過程得知，客觀事物是首先被感覺，然后才能進一步被知覺，所以知覺是在感覺的基礎上產(chǎn)生的，感覺的事物個別屬性越豐富、越精確，對事物的知覺也就越完整、越正確。感覺和知覺都是客觀事物直接作用于感覺器官而在大腦中產(chǎn)生對客觀事物所作用的反映。在生活和生產(chǎn)活動中，人都是以知覺的形式直接反映事物，而感覺只作為知覺的組成部分存在于知覺之中，很少有孤立的感覺存在，在心理學中稱為感知覺。3.2.3視覺和本體感覺

1.人的視覺及其特性

1)人眼的構(gòu)造

機體從外界獲得的信息中有80%以上來自視覺，因此，在感覺器官中視覺占有重要地位。圖3-15眼睛的解剖圖

2)人的視覺功能和特征

在安全人機工程設計中經(jīng)常涉及人的視覺功能和特征有以下幾個方面。

(1)空間辨別。

視角是確定被觀察物尺寸范圍的兩端光線射入眼球的相交角度。視角的大小與觀察距離及被觀測物體上兩端點直線距離有關，可以用下式表示：

(3-4)視敏度是能夠辨出視野中空間距離非常小的兩個物體的能力。為能夠?qū)蓚€相距很近的刺激物區(qū)分開來時，兩個刺激物之間有一個最小的距離，這個距離所形成的視角就是這兩個刺激物的最小區(qū)分閾限，又稱為臨界視角；其倒數(shù)即為視敏度。在醫(yī)學上把視敏度叫做視力。視力單位為1/(′)。

(3-5)

(2)視野與視距。視野是指當頭部和眼球固定不動時，所能看到的正前方空間范圍，又稱為靜視野，常以角度表示。眼球自由轉(zhuǎn)動時能看到的空間范圍稱為動視野。視野通常用視野計測量，正常人的視野如圖3-16所示。圖3-16人的水平和垂直視野(a)水平視野；(b)垂直視野在同一光照條件下，用不同顏色的光測得的視野范圍不同。白色視野最大，黃藍色次之，再其次為紅色，綠色視野最小。這表明不同顏色的光波能夠被不同的感光細胞所感受，而且對不同顏色敏感的感光細胞在視網(wǎng)膜的分布范圍也不同。人對不同顏色的視野如圖3-17所示。圖3.17人對不同顏色的視野(a)水平視野；(b)垂直視野視距是指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，一般操作的視距范圍為38～76cm，而在58cm處最為適宜。視距過遠或過近都會影響認讀的速度和準確性，而且觀察距離與工作的精確程度密切相關，因而應根據(jù)具體任務的要求來選擇最佳的視距。推薦使用的幾種工作的視距如表3-13所示。

(3)暗適應和亮適應。當人們在光亮處停留一段時間后再進入暗室時，開始視覺感受性很低，然后才逐漸提高，經(jīng)過5～7min才逐漸看清物體，大約經(jīng)過30min眼睛才能基本適應，而完全適應大約需要1h。這種在黑暗中視覺感受性逐漸提髙的過程叫暗適應。當人從黑暗處到光亮處，也有一個對光適應的過程，稱為亮適應。亮適應在最初的30s內(nèi)進行很快，大約1～2min就能基本上完成。暗適應和亮適應曲線如圖3-18所示。圖3-18暗適應和亮適應曲線

(4)對比感度。當物體與背景有一定的對比度時，人眼才能看清物體形狀。對比的方式可以采用顏色，也可以采用亮度。人眼剛剛能辨別到物體時，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。臨界對比的倒數(shù)稱為對比感度。其關系式如下：

(3-6)圖3-19幾種常見視覺錯誤

(5)視錯覺。視錯覺是人觀察外界物體形象和圖形，所得的印象與實際形狀和圖形不一致的現(xiàn)象。這是視覺的正?，F(xiàn)象。

(6)視覺運動規(guī)律：

①眼睛沿水平方向運動比沿垂直方向運動快而且不易疲勞；一般先看到水平方向的物體，后看到垂直方向的物體。

②視線的變化習慣從左到右、從上到下和順時針方向運動。

③人眼對水平方向尺寸和比例的估計比對垂直方向尺寸和比例的估計要準確得多。

④當眼睛偏離視中心時，在偏移距離相等的情況下，人眼對左上限的觀察最優(yōu)，依次為右上限、左下限，而右下限最差。

⑤兩眼的運動總是協(xié)調(diào)、同步的，在正常情況下不可能一只眼睛轉(zhuǎn)動而另一只眼睛不動；在操作中一般不需要一只眼睛視物，而另一只眼睛不視物。

⑥人眼對直線輪廓比對曲線輪廓更易于接受。

⑦顏色對比與人眼辨色能力有一定關系。當人們從遠處辨認前方的多種不同顏色時，其易于辨認的順序是紅、綠、黃、白。當兩種顏色相配在一起時，易于辨認的順序是：黃底黑字、黑底白字、藍底白字、白底黑字。

2.聽覺

1)聽覺刺激

剛剛被健康人耳所聽到的聲音能量E0，在頻率為1000Hz時是10—16W/cm2。剛剛被人耳區(qū)別開的差別閾值是ΔE/E0=1.26。兩個聲音的差別閾值定義為一個分貝(dB)。E0

是聲能的參考水平，定義為0dB(分貝)，則上述關系可寫成

下式：

2)耳的結(jié)構(gòu)

人耳的構(gòu)造如圖3-20所示。耳骨的杠桿構(gòu)造有機械放大作用，可把振動放大30倍。如果頭部和聲源相接觸，則聲音不經(jīng)外耳和中耳直接由頭骨傳至內(nèi)耳。圖3-20耳的構(gòu)造

3)聽覺現(xiàn)象

(1)聽覺閾值。人耳的鼓膜不是對于一切振動都做出響應的。人耳一般只能聽到20～20000Hz的聲音，有些年輕人能聽到24000Hz的聲音。圖3-21等響曲線

(2)聽覺的適應和疲勞。

(3)聲音掩蔽現(xiàn)象。

圖3-22聲音的掩蔽

3.膚覺

1)觸壓覺

刺激物觸及皮膚表面引起觸覺，刺激物作用加強使皮膚產(chǎn)生變形便產(chǎn)生壓覺。

2)溫度覺

冷覺和熱覺統(tǒng)稱溫度覺，是各自獨立的冷點和熱點和各自特殊的感受器。

4.味覺和嗅覺

1)味覺

凡能溶于水的物質(zhì)都能向人提供味覺刺激。味覺感受器是分布于舌的表面、咽的后部、腭及舌頭上的味蕾，其中以舌上分布得最多。味覺的感受性用不同濃度溶液的閾值加以表示。舌尖對甜的感受性大，舌尖和舌側(cè)對酸的感受性大，而舌根對苦的感受性大。

2)嗅覺

人的嗅覺感受性是很強的。1L空氣中只要有0.000?04?mg的人造麝香，人就可以嗅到香味。影響嗅覺感受性的因素有環(huán)境條件和機體條件兩方面。溫度有助于嗅覺感受，最適宜的溫度是37～38℃。在清潔空氣中，嗅覺感受性也會提高。當傷風時，由于鼻咽黏膜發(fā)炎，感受性顯著降低。

3.3人的心理特征

3.3.1人的心理過程

心理學是研究人的心理活動規(guī)律和心理機制的科學。心理規(guī)律是指認識、情感、意志、氣質(zhì)、情緒等心理過程和能力、性格、需要、動機等心理特征等規(guī)律。3.3.2個性心理與安全生產(chǎn)

個性是人所具有的個人意識傾向性和比較穩(wěn)定的心理特點的總稱。人的個性是受家庭、社會潛移默化的影響，并在長時間過程中逐漸形成的。個性主要包括個性傾向和個性心理特征兩大方面。其中個性的心理特性主要包括氣質(zhì)、能力與性格三個方面。

1．氣質(zhì)

(1)氣質(zhì)主要表現(xiàn)為人的心理活動動力方面的特點。

(2)氣質(zhì)的形成既有先天因素，又有后天因素。先天因素是主要的，表現(xiàn)為氣質(zhì)的穩(wěn)定性；后天因素表現(xiàn)為教育和社會影響。

(3)構(gòu)成氣質(zhì)類型的特性有以下幾種：

①感受性，是人對外界影響產(chǎn)生感覺的能力。

②耐受性，是人對外界事物的刺激作用在時間上、強度上的耐受能力。它表現(xiàn)為注意力的集中能力，保持高效率活動的堅持能力，對不良刺激(冷、熱、疼痛、噪聲、挑逗等)的忍耐能力。③反應的敏捷性，一方面表現(xiàn)為說話的速度、記憶的快慢、思維的敏捷程度、動作的靈活性等，另一方面表現(xiàn)為各種刺激可以引起心理各方面的指向性。

④可塑性，是人根據(jù)外界事物的變化而改變自己適應性行為的可塑程度。表現(xiàn)在對外界適應的難易、產(chǎn)生情緒的強烈程度、態(tài)度上的果斷或猶豫等方面。

⑤情緒興奮性，是神經(jīng)系統(tǒng)強度和平衡性。有的人情緒極易興奮但抑制力弱，這就是興奮性強而平衡性差。

⑥外傾性和內(nèi)傾性。外傾性的人其心理活動、言語、情緒、動作反應傾向表現(xiàn)于外。內(nèi)傾性則相反。

(4)傳統(tǒng)的氣質(zhì)類別分為以下幾種：

①多血質(zhì)。

②膽汁質(zhì)。

③黏液質(zhì)。

④抑郁質(zhì)。

2．能力

能力是指一個人完成一定任務的本領，或者說，能力是人們順利完成某種任務的心理特征。它并不是先天具有的，而是在一定的素質(zhì)基礎上經(jīng)過教育和實踐鍛煉逐步形成的。能力標志著人的認識活動在反映外界事物時所達到的水平。

(1)能力的特點：

①能力總是和人的某種活動相聯(lián)系，并表現(xiàn)在活動中。人只有從事某種活動，才能表現(xiàn)出其所具有的某種能力。

②能力的大小也只能在活動中進行比較。

③在活動中表現(xiàn)出的心理特征不全是能力。例如性格開朗、脾氣急躁等心理特征會對順利完成任務造成不良的影響。

④能力是保證活動取得成功的基本條件，但不是唯一條件。活動的成功還受到其他條件影響，如知識、機能、工作態(tài)度等。

(2)能力的差異。人與人之間的能力差異主要表現(xiàn)在三個方面。

①能力類型的差異。它表現(xiàn)為完成同一活動采取的途徑不同，不同的人可能會采用不同的能力組合去實現(xiàn)。例如考慮問題時有人善于分析，關注細節(jié)；有人善于概括，把握整體性。

②能力表現(xiàn)早晚差異。受生理素質(zhì)、后天條件、受教育程度和社會實踐等因素影響，會出現(xiàn)“人才早熟”和“大器晚成”的現(xiàn)象。

③能力發(fā)展水平的差異。有的人能力超常，有的人能力低下，多數(shù)人的能力都屬于中等。

(3)由于人的能力存在差異，就需要在勞動組織中合理安排作業(yè)，發(fā)揮人的潛能，人盡其才，同時也能在一定程度上保證安全生產(chǎn)。

①人的能力與崗位職責要求相匹配。

②發(fā)現(xiàn)和挖掘職工潛能。

③通過培訓提高人的能力。

④注重團隊合作。

3．性格

性格是指人對事物的態(tài)度和形成個人習性的行為方式，是人的穩(wěn)定的個性心理特征之一。性格特征表現(xiàn)為：

①態(tài)度(對公、私、人、己)。

②意志(自覺性、自制性、果斷性和堅韌性)。

③情緒(情緒的強度、穩(wěn)定性和持久性等)。

④理智(注意、想象、記憶、思維)等。3.3.3情緒與安全

產(chǎn)生事故的心理因素之一是心理機制失調(diào)，包括人的動機、情緒、個體心理特征等因素失調(diào)。其中，情緒是變化最大、影響最深的因素。3.3.4社會心理與安全生產(chǎn)的關系

人自出生起就處于一定的社會環(huán)境之中，也必然會刻上特定的社會印記。人的成長則是一個社會化的過程。

1)需要和動機

動機產(chǎn)生于需要，而需要是個體的生理或心理的某種缺乏或不平衡狀態(tài)，需要的滿足是一個動態(tài)平衡的過程，而且它是機體自身或外部生產(chǎn)條件的要求在大腦中的反映。一般情況下，有什么樣的需求就會有什么樣的動機。圖3-23馬斯洛的需求層次理論動機的功能有以下三類：

(1)激發(fā)功能：使有機體產(chǎn)生某種活動，即活動性。

(2)指向功能：使有機體的行為指向一定的目標，即選擇性。

(3)維持和調(diào)節(jié)功能：使有機體堅持或放棄某種活動，即決策性。

2)群體心理因素

群體內(nèi)無論大小都有群體自己的標準，也叫規(guī)范。這個規(guī)范有正式規(guī)定的，如小組安全檢查制度等；也有不成文、沒有明確規(guī)定的標準，人們是通過模仿、暗示、服從等心理因素互相制約的。若有人違反這個標準，就受到群體的壓力和“制裁”。

3)不安全心理狀態(tài)

大量的事故調(diào)查和統(tǒng)計分析表明，許多事故是由于明知故犯、違章作業(yè)引起的，這些心理因素可以歸納為以下幾點：

(1)僥幸心理。

(2)省能心理。

(3)逆反心理。

(4)湊興心理。

(5)從眾心理。3.3.5注意與不注意

注意是指心理活動指向或集中于某一事物，它是伴隨一切心理活動而存在的一種心理狀態(tài)。不注意存在于注意狀態(tài)之中，它們具有同時性。

1．注意的機理

1)注意的定義

(1)注意是對某種特定刺激所產(chǎn)生的明確的意識狀態(tài)，具有能動作用。

(2)注意具有選擇性，可對某種刺激產(chǎn)生高意識狀態(tài)，而對其他刺激處于低意識狀態(tài)。

2)喚起注意模型

進入大腦皮質(zhì)的刺激與已往形成的模型相對照，然后輸向效果器。與已往模型不一致的新鮮刺激經(jīng)過通路進入中腦網(wǎng)狀體的放大器，加工后輸入到效果器，引起定位反應。

容易引起注意的事情：

(1)新鮮刺激。

(2)有趣的事情。

(3)不明白的問題。

(4)惦念的事情。

(5)恐懼的事情。

(6)困難的問題。

3)注意的范圍

很短時間就能處理的刺激量叫做注意范圍(SpanofAttention)(注意跨度)。

試驗的方法是采取向受試者提供瞬間顯示的文字、圖形、點，令其讀下個數(shù)。

用0.5s時間，顯示4個可完全讀出；當顯示6個時，讀出的大體是正確的；當顯示7個以上時，錯誤就多了，那么6個就是該受試者的注意范圍。比特相當于發(fā)生概率各為0.50的兩個互相獨立的等概論事件之一發(fā)生時所提供的信息量。例如投擲一枚勻質(zhì)硬幣，出現(xiàn)正面和出現(xiàn)反面的概率相等，各為0.50，投擲硬幣不論出現(xiàn)正面還是出現(xiàn)反面，這時它所提供的信息量就是1比特。信息論中用以2為底的對數(shù)計算事件發(fā)生所提供的信息量，如果有幾個等概率發(fā)生的事件，每個事件所包含的信息量計算式如下：

H?=

lbn(3-7)若每個事件發(fā)生的概率不相等，各事件所包含的信息量按下式計算：

(3-8)

4)注意的持續(xù)

對任何事物不可能長期、持久地注意下去，對單一不變的刺激保持明確意識的時間一般不超過幾秒鐘。所以人在注意某事物時，總是存在無意識的瞬間。

2．注意的生理機制

不注意(心不在焉)是大腦正?；顒拥囊环N狀態(tài)。注意和不注意總是很頻繁地反復交替出現(xiàn)。人失誤發(fā)生的內(nèi)在條件是意識水平(警覺度)的降低，意識水平越低，大腦的信息處理系統(tǒng)的可靠性越差。大腦的意識水平可分為以下5個等級：

(1)?0狀態(tài)時，腦計算機不工作，失去意識。

(2)?Ⅰ是醉酒、困倦時的狀態(tài)，腦計算機只是硬件的結(jié)合，軟件幾乎不工作，是不注意狀態(tài)，容易出現(xiàn)錯誤。

(3)?Ⅱ是家庭生活中的輕松狀態(tài)，心不在焉，不能預測和創(chuàng)造。

(4)Ⅲ?是明快意識，前腦葉的軟件可做高效率的工作，幾乎不出錯?？煽啃詾?.999?999。

(5)?Ⅳ是過分緊張和激動狀態(tài)，大腦活動力雖強但注意力凝結(jié)在一點上，信息處理系統(tǒng)不工作，容易出現(xiàn)錯誤。過分喜悅也屬于這一狀態(tài)。綜上所述可知：

(1)從生理上、心理上不可能始終集中注意力于一點。

(2)不注意的發(fā)生是必然的生理和心理現(xiàn)象，不可避免。不注意就存在于注意之中。自動化程度越高，監(jiān)視儀表等工作最容易發(fā)生不注意。預防不注意產(chǎn)生差錯的方法如下：

(1)建立冗余系統(tǒng)，為確保操作安全，在重要崗位上，可多設1～2個人平行監(jiān)視儀表的工作。

(2)為防止下意識狀態(tài)下失誤，在重要操作之前，如電路接通或斷開、閥門開放等采用“指示唱呼”，對操作內(nèi)容確認后再動作。

(3)改進儀器、儀表的設計，使其對人產(chǎn)生非單調(diào)刺激或悅耳、多樣的信號，避免誤解。4.1勞動強度分級4.2作業(yè)疲勞及其測定4.3作業(yè)疲勞與安全生產(chǎn)4.4職業(yè)適應性4.5人的可靠性第4章人的作業(yè)疲勞與可靠性

4.1勞動強度分級

4.1.1

勞動強度

勞動強度可以理解為，作業(yè)中人在單位時間內(nèi)做功和機體代謝能力之比。我們?nèi)粘Ｋf的輕、重勞動是另有含義的。勞動強度的影響因素有以下幾個方面：

1．勞動對象因素

勞動對象因素包括工作性質(zhì)與工作量密度。

(1)工作性質(zhì)。

(2)工作量密度。

2．勞動工具因素

勞動工具因素包括機器的操作力度、速度、技術難度、容錯性能、宜人特性等。勞動工具的發(fā)展通常體現(xiàn)在勞動工具越來越適合于人的使用，意味著勞動的外部環(huán)境得到了改善，從而降低了勞動強度。

3．勞動環(huán)境因素

勞動環(huán)境因素是指勞動者在勞動過程中所處的外部環(huán)境，分為勞動的自然環(huán)境和社會環(huán)境兩方面。

(1)勞動的自然環(huán)境。

(2)勞動的社會環(huán)境。

4．勞動者因素

影響勞動者的因素(也可稱為內(nèi)部因素)可分為生理、心理和精神狀態(tài)特征三個方面。

(1)生理狀態(tài)特征。

(2)心理狀態(tài)特征。

(3)精神狀態(tài)特征。

5．勞動時間

隨著勞動時間(或作息率)的不斷增長，由附加勞動量建立和維持的機體內(nèi)環(huán)境就會逐漸衰竭，如果不能及時地進行生活資料的補償，就會逐漸加速主勞動量的耗費，使部分主勞動量轉(zhuǎn)化為附加勞動量，這就必然提高勞動者的勞動強度。4.1.2

作業(yè)分類

1．靜力作業(yè)

對于腦力勞動、計算機操作人員、儀器監(jiān)控者等所從事的作業(yè)都可歸納為靜力作業(yè)或叫靜態(tài)作業(yè)(StaticWork)。這種作業(yè)主要是依靠肌肉的等長收縮來維持一定的體位，即身體和四肢關節(jié)保持不動時所進行的作業(yè)。

2．動力作業(yè)

動力作業(yè)是靠肌肉的等張收縮來完成作業(yè)動作的，即經(jīng)常說的體力勞動。本章主要是討論體力勞動及其分級。4.1.3

勞動強度的分級

1．國際勞工局分級標準

一種劃分勞動強度的方法是基本按氧耗量劃分為3級：中等強度作業(yè)、大強度作業(yè)及極大強度作業(yè)。

中等強度作業(yè)，氧需不超過氧上限。中等強度又分為6級：很輕、輕、中等、重、很重和極重。各級指標如表4-1所示。(資料來源于國際勞工局，1983)

2．日本勞動研究所分級標準

表4-2所示是日本勞動研究所做的分級。它把勞動強度分為5級。

3．我國分級標準

我國在1983年頒布了《體力勞動強度分級標準》(GB3896—83)。該標準在1997年進行了修訂，即目前所用的《體力勞動強度分級標準》(GB3896—1997)，自1998年1月1日起實施。我國體力勞動強度分級如表4-3所示；常見職業(yè)體力勞動強度分級如表4-4所示。體力勞動強度指數(shù)計算公式為

(4-1)勞動時間率T計算方法：每天選擇接受測定的工人2～3名，按《體力勞動強度分級標準》(GB3896—1997)中表A2的格式記錄自上工開始至下工為止整個工作日從事各種勞動與休息(包括工作中間暫停)的時間。每個測定對象應連續(xù)記錄3天(如遇生產(chǎn)不正常或發(fā)生事故時不作正式記錄，應另選正常生產(chǎn)日，重新測定記錄)，取平均值，求出勞動時間率。

(4-2)

4.2作業(yè)疲勞及其測定

什么是疲勞？至今尚無統(tǒng)一的確切定義。它是一個很難準確解釋的概念，目前常見的有以下兩種說法：一、疲勞就是作業(yè)者在作業(yè)過程中，產(chǎn)生作業(yè)機能衰退，作業(yè)能力明顯下降，有時并伴有疲倦等主觀癥狀的現(xiàn)象；二、疲勞就是人體內(nèi)的分解代謝和合成代謝不能維持平衡。4.2.1疲勞產(chǎn)生的機理

1．疲勞物質(zhì)積累機理

作業(yè)者短時間內(nèi)從事高強度體力勞動，該過程要消耗較多的能量，能量代謝時需要的氧供應不充分，機體就會進行無氧代謝，產(chǎn)生乳酸，乳酸在肌肉和血液中大量累積，使人感到身體不適，即產(chǎn)生疲勞感，便不能進行有效的作業(yè)。

2．糖原耗竭機理

勞動者在從事腦力勞動和體力勞動的過程中，都需要不斷消耗能量。輕微勞動，能量消耗較少，反之亦然。人體的能量供應是有限的，隨著勞動過程的進行，體能被不斷消耗。此時，由于一種可以轉(zhuǎn)化為能量的能源物質(zhì)“肌糖原”儲備耗竭或來不及加以補充，人體就產(chǎn)生了疲勞。

3．中樞系統(tǒng)變化機理

強烈或單調(diào)的勞動刺激會引起大腦皮層細胞儲存的能源迅速被消耗，這種消耗會引起恢復過程的加強，當消耗占優(yōu)勢時，會出現(xiàn)保護性抑制，以避免神經(jīng)細胞進一步損耗并加速其恢復過程，即中樞系統(tǒng)變化機理。比如人體疲勞時，盡管想看書，卻不能自制地瞌目而睡。在這種意義上，疲勞是對機體起保護作用的一種“信號”。

4．生化變化機理

全身性疲勞是由于作業(yè)及環(huán)境引起體內(nèi)平衡紊亂狀態(tài)而產(chǎn)生的。引起紊亂的原因除包含局部肌肉疲勞外，還有其他許多原因，如血糖水平下降、肝糖原耗竭、體液喪失、體溫升高等，此機理稱為生化變化機理。

5．局部血流阻斷機理

靜態(tài)作業(yè)(如持重、把握工具等)時，通過肌肉等長收縮來維持一定的體位，雖然能耗不多，但易發(fā)生局部疲勞。這是因為肌肉收縮的同時產(chǎn)生肌肉膨脹，且變得十分堅硬，內(nèi)壓很大，將會部分或全部阻滯通過收縮肌肉的血流，于是形成了局部血流阻斷。例如，股四頭肌張力達到最大收縮力的70%時，血液流動完全停止。4.2.2疲勞的種類

1．疲勞的種類

疲勞的定義難以確定，分類亦是如此。一種劃分方法是分為急性、亞急性和慢性疲勞。慢性疲勞常伴有心理因素，長期勞累以致心力交瘁，實際上已超出疲勞的概念范疇。它還可以分為局部肌肉疲勞和全身性(中樞性)疲勞。

2．疲勞的某些規(guī)律

(1)青年作業(yè)人員作業(yè)中產(chǎn)生的疲勞較老年人小得多，而且易于恢復。

(2)疲勞可以恢復。

(3)疲勞有一定的積累效應，未完全恢復的疲勞可在一定程度上繼續(xù)存在到次日。

(4)人對疲勞也有一定的適應能力，例如，連續(xù)干幾天，反而不覺得累了，這是體力上的適應性。

(5)在生理周期中(如生物節(jié)律低潮期、月經(jīng)期)發(fā)生疲勞的自我感受較重，相反在高潮期較輕。

(6)環(huán)境因素直接影響疲勞的產(chǎn)生、加重和減輕。

(7)工作的單調(diào)容易導致疲勞。4.2.3作業(yè)疲勞的調(diào)查與測定

1．疲勞問卷調(diào)查

勞動者一旦產(chǎn)生了疲勞，就會以各種形式表現(xiàn)出來，以提醒人們注意。

2．疲勞測定方法

疲勞可以從三種特征上表露出來：

(1)身體的生理狀態(tài)變化，如心率(脈博數(shù))、血壓、呼吸以及血液中乳酸含量等的變化。

(2)作業(yè)能力的下降，如對待特定信號的反應速度、正確率、感受性等能力下降。

(3)疲倦的自我體驗。

1)生化法

生化法通過檢查作業(yè)者的血、尿、汗以及唾液等體液成分的變化情況來判斷疲勞。這類方法的不足之處是，測定時需要中止作業(yè)者的作業(yè)活動，而且還容易給被測者帶來不適甚至反感。

2)生理心理測試法

生理心理測試法主要包括以下幾種：

(1)頻閃融合閾限檢查法。

一般以頻閃融合閾限的日間變化率(dR)和周間變化率(wR)來表示疲勞的程度，即

(4-3)

(4-4)

(2)能量代謝率測定。這一方法實際上是測定勞動強度。如果有完善的儀器設備可同時測得心跳次數(shù)、肺通氣量等多項指標，對于判定疲勞更為有利。

不同的勞動負荷具有不同的勞動代謝率和心率，不同的勞動代謝率和心率對應的連續(xù)勞動時間各不相同。某人群對應不同的勞動時間具有一定的生理負荷極限。鞍鋼勞研所張殿業(yè)根據(jù)對采礦作業(yè)人員進行的實驗室和現(xiàn)場實測，提出一個生理負荷極限回歸方程式：

Y1?=?42.88－11.39lgX

(4-5)

Y2?=?201.0－32.75lgX

(4-6)

(3)心率(脈博數(shù))測定。心率和勞動強度是密切相關的。在作業(yè)開始前1min，由于心理作用，心率常稍有增加。作業(yè)開始后，頭30～40s內(nèi)迅速增加，以適應供氧的要求，以后緩慢上升。一般經(jīng)4～5min達到與勞動強度適應的穩(wěn)定水平。輕作業(yè)，心率增加不多；重作業(yè)，則能上升到150～200次/min，這時，心臟每搏輸出血液量由安靜時的40～70mL可增大到150mL，每分鐘輸出血量可達15～25L，經(jīng)常鍛煉的人可達35L/min。圖4-1不同狀態(tài)下心率與氧耗之間的關系

(4)觸覺兩點閾值測定。在皮膚上兩鄰近點施加觸覺刺激，當兩點間的距離較大時，受試者感到受到兩個刺激，但在兩點間距離較小時，受試者不能區(qū)分開這兩個刺激而把它們知覺為一個刺激。我們把能引起兩點感覺的兩刺激之間的最小距離稱為觸覺兩點辨別閾。作業(yè)疲勞越甚，感覺越遲鈍，此值上升越多。人體皮膚不同部位的觸覺兩點辨別閾不同，表4-7所示是溫斯頓給出的實驗結(jié)果。

(5)膝跳反射閾限測定。

(6)反應時間測定。

(7)判別力測定。

3)他覺觀察和主訴癥狀調(diào)查法

疲勞的他覺觀察和主訴癥狀調(diào)查法也稱自我感覺攝影。

4.3作業(yè)疲勞與安全生產(chǎn)

4.3.1疲勞與安全

作業(yè)疲勞可使作業(yè)者產(chǎn)生一系列精神癥狀、身體癥狀和意識癥狀，這樣就必然影響到作業(yè)人員的作業(yè)行為。圖4-2某大鋼鐵企業(yè)30年事故統(tǒng)計4.3.2疲勞的改善與消除

疲勞對一切工作在數(shù)量上、質(zhì)量上和傷害程度上都有相當大的影響。要完全消除疲勞是困難的，但減輕疲勞程度和由疲勞引起的傷害是可能的，也是大有潛力可挖的。

1．提高人的素質(zhì)

1)提高身體素質(zhì)

2)提高心理素質(zhì)

3)提高個人技術

2．改善工作條件

1)改進工作環(huán)境條件

2)改進設備和工具

3)改進工作方法

(1)采用合適的工作姿勢。

(2)克服單調(diào)感，采用經(jīng)濟作業(yè)速度。

(3)選擇最佳的作業(yè)方法。

3．合理確定作業(yè)休息制度

1)工作日制度

工作日的時間長短取決于很多因素。

2)勞動強度與作業(yè)率

勞動強度越大，則機體耗氧量也就越大。

鞍鋼勞動衛(wèi)生研究所對疲勞消除所做的現(xiàn)場試驗說明，以能量代謝的大小計算疲勞的消除時間最為恰當。消除時間