安全人机工程学复习知识点

第一章

安全人机工程学——是从安全的角度和着眼点，运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面的安全问题的一门新兴学科。以安全为目标，以工效为条件

研究对象——人、机、人机结合面三个安全因素。人——指活动的人体，即安全主体。机——包括劳动工具、机器（设备）、劳动手段和环境条件、原材料、工艺流程等所有与人相关的物质条件。人机结合面——人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的界面。

安全人机工程学的研究内容

除人机学所研究的内容以外，还研究安全人机工程学的学科体系、人机结合面的安全标准依据、人机系统的安全设计等问题。1）研究人机系统中人的各种特性；2）研究人机功能合理分配；3）各种人机界面的研究；4）作业方法与作业负荷研究；

5）作业空间的分析研究；6）事故及其预防的研究；

研究目的

对人、机、环境综合体建立合理的方案，人机功能分配更合理，有效地发挥人的作用，最大限度地为人提供安全卫生和舒适的环境，达到保障人的健康、舒适愉快地活动的目的，同时提高活动效率。

第二章

人体测量：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异，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。

1、最大耗氧量及氧债能力

耗氧量和摄氧量

人体为了维持生理活动，必须通过氧化能源物质获得能量。

体内单位时间内所需要的氧气量叫做需氧量；成人静止时需0.2~0.3L/min；

单位时间内，人体通过循环、呼吸系统摄入的氧气量称摄氧量；人体在单位时间内所消耗的氧气量称耗氧量。

一般情况下，摄氧量=耗氧

氧债与劳动负荷

需氧量与实际供氧量之间的差额称为氧债；根据摄氧量和耗氧量之间的关系，可将人体负荷量分为：常量负荷、高量负荷、超量负荷。劳动负荷的大小不同，出现氧债的大小也不一致，劳动结束后恢复期的长短也不一样。

2、最大心率单位时间内心室跳动的次数称为心率；正常时为75次/分；当人体达到最大负荷时，心室每分钟的跳动次数称最大心率；HRmax=209.2－0.75A

3、搏出量与最大心脏输出心脏每次搏动从左心室注入主动脉的血液量称为搏出量；单位时间内（每分钟）从左心室射出的血液量Q，叫做心脏输出量。最大心脏输出量:Q max=6.5+4.35VO2max

4、血压

v血管内血液对于单位面积血管壁的侧压力，多指血液在体循环中的动脉血压；心室收缩时动脉血压的最高值—收缩压：

100~120mmHg；v心室舒张时动脉血压的最低值—舒张压：60~80mmHg；

5、呼吸

6、肌电图

7、脉搏数的测定

8、发汗量的测定

9、血液成分变化的测定

10、脑电图人脑生物电现象是自发和有节律性的，利用脑电波的频率和幅值可评价人脑的觉醒状态。在人机工程学研究领

域内，常利用脑电波研究环境与人的关系，如噪声、室温、床类用具尺度及质地等对睡眠深度的影响；在作业领域，它与事故的发生和防止有密切的关系

人体测量数据的运用准则

最大最小准则、可调性准则、平均准则、使用最新人体数据准则、地域性准则、功能修正与最小心理空间相结合准则、标准化准则、姿势与身材相关联准则、合理选择百分位和适用度准则

第三章

人体是由各种器官组成的有机整体，各种器官具有各自的功能。从形态和功能上将机体划分为运动系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、循环系统、内分泌系统、感觉系统和神经系统共九个子系统。在人机系统中，人与机的沟通主要是通过神经系统、感觉

系统和运动系统，其它的六个系统起到辅助和支持作用。

神经系统神经系统由中枢神经和周围神经组成

作用：神经系统是主导系统，全身各器官系统均在神经系统的统一控制和协调下，互相影响，互相协调，保证机体的整体统一及其与外界环境的相互平衡。

感觉和知觉

1、感觉

感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物的个别属性的反映。人的感觉器官接受内外环境的刺激，并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。“感觉是人类了解自身状态和认识客观世界的开端”。

感觉的基本特征 1）适宜刺激：人体的各种感觉器官都有各自最敏感的刺激形式。刺激及感觉反应 2）感觉阈限：刚刚能引感觉的刺激量，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；引起感觉所需要的刺激量越小，即绝对感觉阈限的下限越低，绝对感受性就越高，感觉就越敏锐，反之亦然。刚刚使感觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。

3）对比：同一感受器官接受两种完全不同但属于同一类刺激物的作用，而使感受性发生变化的现象。

4）适应：感觉器官经连续刺激一段时间后，在刺激不变的情况下，感觉就会逐渐减少以至消失，产生适应现象，即敏感性降低。知觉

知觉是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。其特征是：整体性、理解性、选择性、恒常性

感觉与知觉之间的关系

知觉不是对当前客观事物各种感觉的堆积，而是人们借助于已有的知识、经验对当前事物所提供的信息进行选取，理解和解释的过程，不同的人对同一事物产生不同的知觉就是这个缘故。

2、视觉

三要素：可见光、视觉对象（反射物）、视觉器官（眼睛）

视角：是被看目标物的两端点光线投入眼球时的交角

视力：是眼睛分辨物体细节能力的一个生理尺度，或者是能够辨出视野中空间距离非常小的两个物体的能力，用临界视角的倒数表示；即

静视野：是当人的头部和眼球固定不动时，人眼能察觉到的空间范围。

动视野：眼球转动时能看到的空间范围，常用视野计测量

视距眼睛到被看对象的距离

视觉适应对光亮程度变化的适应性。它是人眼随视觉环境中光量的变化而使感受性发生变化的过程。有暗适应和明适应两种。暗适应：人由明亮的环境转入暗环境的过程。完全适应约需30min。明适应：人由暗的环境转入明亮环境的过程。完全适应约需1min左右

3、听觉听觉器官：耳（外耳、中耳和内耳三部分）

人耳的听觉特征

可听范围：具有正常听力的青少年：16~20000Hz；一般人：20~20000Hz。

可听声音的强度

方向敏感度

掩蔽效应一个声音被另一个声音所掩盖的现象，称为掩蔽。一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应，称为掩蔽效应。

4、人的嗅觉、味觉和肤觉效应

5、人的反应时间人从接受外界刺激到做出反应的时间叫做人的反应时间。

是刺激和反应的时间间隔，是人体完整的反应过程所需要的时间。它是由反应知觉时间（ ta ：自出现刺激到开始执行操纵的时间）和动作时间（tg：执行操纵的延续时间）两部分组成。即：

反应时间影响因素：与感觉通道有关、运动器官、刺激性质、执行器官的反应时间、刺激数目、颜色配合、年龄、训练、疲劳程度、

影响人的信息处理能力的因素

学习与训练、大脑意识水平、个体差异、疲劳、神经活动几率、动机与积极性

人体生物节律的概念生物节律又称生物韵律、生物节奏或生物钟描述的是生物体（包括人在内的动物、植物或微生物）内生理功能、行为表现及形态结构等随时间而发生周期性的变化规律。

人体生物节律的测算 X=365×A±B+C

式中：A—预测年份与出生年份之差，周岁；B—本年生日到预测日的总天数；C—从出生以来到计算日的总闰年数；X—从出生到计算日生活的总天数。

v 例如：某人1955年6月1日出生，要了解他1986年8月25日三个周期所处的位置。

先求出他生活的总天数X：X=365×（ 1986-1955）+30+31+25+（ 1986-1955） /4=11409

体力周期：11409÷23=496... 1情绪周期：11409÷28=407... 13智力周期：11409÷33=345 (24)

该人体力周期正处于第497周的第1天（高潮）；情绪周期正处于第408周第13天（高潮）；智力周期正处于第346周期的第24天（低潮）。

环境因素的生理效应 1、粉尘作业环境 2、环境化学因素及其危害 3、物理因素危害

心理特征与安全

1．注意

v注意是指一个人的心理活动对一定对象的指向和集中。 v注意有较强的方向性。注意的对象决定着意识投向的方向。

注意类别：无意注意、有意注意特性（ 1）注意的范围（广度）（ 2）注意的选择性（ 3）注意的稳定性（持续性）2．记忆

v是指过去经历的事物和对象在人脑中经过识记、保持、再认和再现（又称回忆）的完整心理过程。

3．情绪、情感

v情绪是客观事物是否符合人的需要与愿望而产生的体验。v反复的情绪稳定下来成为人的意识的一部分时就形成人的情感。

情绪分为以下状态：心境、激情、应激。

不安全情绪：（1）急躁情绪；（2）烦躁情绪。

情绪的控制与调节

情绪的控制与调节，实质是变减力性情绪为增力性情绪。v 语言调节法v 注意转移法v 精神宣泄法v 角色转换法v 辨证思考法情感状态与安全情感包括责任感、道德感、理智感、美感

4．意志

1）意志及其作用意志（意志过程）：人自觉地确定活动目的，并为实现预定目的，有意识地支配、调节行动的心理现象。2）意志品质与安全生产坚强的意志品质指意志的坚定性、果断性、自制性和自觉性较强。

5、态度v 态度是个人对他人、对事物较持久的肯定或否定的内在反应倾向的心理活动。v 态度的形成主要受知识或信息、需要和团体的规定或期望三个因素的影响。

v 态度的形成和改变一般要经过顺从、认同和内化三个层次。个性心理是显示人们个别差异的一类心理现象。人的个性心理结构包括个性倾向性和个性心理特征。

6.个性倾向性个性倾向性是是人活动的基本动力。v决定着人对现实的态度，决定着人对认识对象的趋向和选择。

v主要包括个性、需要、动机、兴趣、理想、信念和世界观等。

7、能力v能力是指人们成功完成某种活动的必要条件的的心理特征的总和。

1）特点v制约能力发展的条件有两个方面：一是素质，二是环境、教育和实践活动。

2）种类; 观察能力是智力结构的眼睛；记忆能力是智力结构的中枢；想象能力是智力结构的翅膀；操作能力是智力结构转化为物质力量的转换器。

8、气质v气质是个体心理活动的稳定的动力特征。

1）特点：（1）具有一定的先天性；（2）具有一定的稳定性；（3）可以改变但较困难。

9、性格v性格是指一个人在个体生活过程中所形成的，对现实稳固的态度以及与之相适应的习惯了的行为方式。

10．非理智行为的心理因素 v侥幸心理v省能心理v逆反心理v凑兴心理v从众心理v精神文明

三、色彩（颜色）的心理作用

四、声音对心理的作用 v声音对人的生活、工作都有很大作用。v噪音的影响，必须防治，从而减少事故的发生率。

人体生物力学

生物力学是研究生物系统运动规律的科学。生物体运动要消耗能量。一部分用以完成规定动作，另一部分以热量散失。人体运动系统的组成及作用 v人体的运动系统主要由骨、关节、肌肉三部分组成。

骨（1）构成人体支架、有维持体形、支撑软组织、支撑全身重量的作用；（2）形成体腔壁，可保护大脑和内脏器官并能帮助呼吸；

（3）是人体运动的杠杆，肌肉牵动骨绕关节转动，使人体产生各种运动；（4）在骨的髓腔和松质的腔隙中充填着骨髓。其中红骨髓具有造血功能；黄骨髓具有贮藏脂肪的作用，同时也是人体内矿物盐类的储备仓库。

2）关节v关节是全身骨的主要连接方式，不同形式的关节可以做不同形式的运动。

v旋转运动：骨绕垂直轴的运动。v环转运动：整根骨头绕通过上端点并与骨成一定角的的轴的旋转运动。

3）肌肉

v肌肉是人体组织中数量最多的组织，可分为三种类型：平滑肌、心肌、骨骼肌

疲劳与恢复

v人在持续一段时间的劳动后，都会自觉产生劳动机能失调和衰退的现象，即产生心理上和生理上的一种不适感，这种现象称为人体疲劳。

1、疲劳的特点和分类

v疲劳是一系列生理和心理现象的综合体，其突出特点表现在生理反应（作业机能降低、或厌倦不愿意继续工作、劳动效率降低、质量

下降等）、心理反应（经过努力，可一时掩盖疲劳、或提前、或加速出现等）和环境反应（照明水平、背景、温度、噪噪声、不合理的工作节奏都会使疲劳加速出现）。

2）疲劳的分类

v 按疲劳的原因：生理性和心理性疲劳v 按疲劳所发生的部位：精神、肌肉、和神经疲劳；v 按疲劳的程度：一般疲劳，过度疲劳、重度疲劳。

2、引起疲劳的原因

v 作业的强度、性质和持续时间；v 身体素质；v 作业的速度；v 精神因素；v 工作单调；v 环境的因素；

3、预防疲劳的措施

（1）改进操作方法，合理应用体力；v 正确选择作业姿势；v 合理设计作业中的用力方法（合理安排施力方式和负荷、按生物力学用力、利用人体活动特点获得力量和准确性、利用动作经济原则降低能耗、利用节约动作能级等）；

（2）合理安排作业休息制度；

（3）避免单调的重复作业（使操作内容适当复杂化，交换不同工作内容的作业岗位等）；

（4）环境条件及其他因素的改善（控制噪音、改善通风、照明条件等）

第四章

人机系统的类型

1、按有无反馈分类?开环人机系统?闭环人机系统

2、按系统自动化程度分类（ 1）人工操作人机系统（2）半自动化（机械化）人机系统（ 3）自动化人机系统

3、按人机结合方式分类为：人机串联，人机并联和人与机串、并混联三种类型。

1、人的主要功能人在人机系统中的主要作用可通过心理学提出的“刺激—意识—反应”来加以描述，即在信息输入、信息处理和行为输出三个过程中体现。

2、机的主要功能接受信息：通过机器的感觉装置来完成。储存信息：机器的储存系统。处理信息：对接收或储存的信息通过某种过程进行处理。执行功能：机器本身产生控制作用；借助声光等信号把指令从一个环节输送到另一个环节。

3、人机特性比较在人机系统设计中，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。

1）人机功能分配的定义及目的

v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，称为人机功能分配。v人机匹配的内容还有很多，如显示器与人的信息感觉通道特性的匹配；控制器与人的运动反应特性的匹配；环境条件与人的生理、心理及生物力学特性的匹配等等。

2）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。

4）人机功能匹配不合理的表现

v 可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；

v 让人所承担的负荷或速度超过其能力极限；

v 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和手段；

5）人机功能匹配应注意的问题

v 显示器的设计应考虑人的感觉器官及信息传递通道的限度；v 控制器的设计应考虑人的能力极限和操作范围；

v 充分利用人和机的各自优势；v 考虑机器发生故障的可能性及排除故障的方法和工具；

v 要考虑小概率事件的处理。

6）人机系统的安全可靠性

v 人机系统的安全可靠性既取决于机器设备本身的可靠性，又取决于操作者的可靠性。

人机系统的可靠度：人机R= R* R s

影响人的可靠性的因素：生理、心理、管理、环境、个人素质、社会、操作等因素。注意大脑的意识水平的影响。

7）提高人机系统可靠性的途径

（1）合理进行人机功能分配，建立高效可靠的人机系统；①对部件等系统宜用并联组装；②形成冗余的人机系统；③系统运行

时其运行频率应适度；④系统运行时应设置纠错装置；⑤经过上岗前严格培训与考核。

（2）减少人为失误；①使操纵者的意识水平处于良好状态；②建立合理可行的安全规章制度与规范；③安全教育与安全训练；

④按照人的生理特点安排工作；⑤减少单调作业，克服其单调作业导致人的失误。

（3）对机械产品进行可靠性设计；产品的可靠度分为固有可靠度和使用可靠度。①确定零部件合理的安全系数；②进行合理的冗余设计；③耐环境设计；④简单化和标准化设计；⑤结构安全设计；⑥安全装置设计；⑦结合部的可靠性及其结合面的设计；（4）加强机械设备的维护保养；①设备的维护保养要做到制度化、规范化；②维护保养要分级分类进行；③机械设备在达到原设计规定使用期时，应予以更换。

（5）改善作业环境；①安全设施与环境保护措施应与主体工程同时设计、同时施工、同时投产。②对作业环境有害物质应定期检测、及时治理。提倡“花园式工厂、宾馆式车间”，其对保障安全生产、提高产品质量及工人身心健康都是有益的。

第五章

在人机系统的安全设计中，必须遵循以下三个方面的原则：

1）以人为中心的设计原则。2）产品人性化设计的原则。3）安全第一的思想贯穿于全过程的原则。

1、工厂工作设计

1）选址v 地形地貌、地质水文等条件；v 运输连接、公共设施等条件；v 环境条件。

2）厂区布置v 厂区的生产区、生活区、仓库库区、动力区、办公区、停车区等分别布置在相应的区域。如易燃易爆危险区及有害区远离生活区，高粉尘浓度的生产区应避免让输入高温气体的管道通过等。

3）三同时设计 v 安全工程与主体工程同时设计、同时施工、同时投产运行。

2、城市工作（规划）设计 1）城市人口密度基数的安全设计 2）城市土地利用与安全设计 3）对城市的变与不变相统一的安全设计 4）城市通道的安全设计

v城市的特点 1）城市人口密集：2）城市生命线工程密布：3）国家的超级金库：4）传染病传播的好场所：

岗位设计指工作场所、工作姿态、作业空间、座椅设计等。v 岗位设计不仅要求适应人体生理、心理、生物力学特性，而且还要利用人体测量数据进行合理的人机结合面设计。v 此外报警、显示、控制等装置迅速、及时、有效地进行工作并与人处于正常的状态。

1、工作空间设计 1）一般原则为了使工作空间设计的既经济合理，又能给工作者的操作带来舒适和方便，应遵循：v生产现

场的布局要合理；总体与局部相互之间的布局关系。v设计着眼于人，落实于设备；v从实际出发，遵循事物本身的规律办事。

显示器设计v显示器是机器将信息传递给人的装置，即人机信息交换的界

2、显示器设计与选择的基本原则 1）显示的信息要有较好的可觉察性、可辩性，保证接受者能迅速、准确地感知和认读。2）

传递的信息数量不宜过多。3）应考虑人接受信息能力的特性，多感觉通道比单通道更能引起注意。4）同种类的信息尽量用同样方式传递。5）显示的信息变化时，其方向和幅度，要与信息变化所带来的作用和趋向相一致。6）在多种显示器的情况下，要根据技术过程、各种信息的重要程度和使用频数来布置，重要的放在醒目的位置。7）为便于识别，在某些情况下可应用两个或两个以上的形式编码。8）显示信息的量值应有足够的精度和可靠性。9）保证在特定的作业环境下实现信息的功能和作用，保证接受者有最佳的工作条件。10）各个国家、地区或行政部门使用的信息编码尽可能做到统一和标准化。

1）显示方式选择（1）定量显示包括数字式显示、指针式模拟显示和动态显示等三种。（2）定性显示方式视觉编码、颜色编码和形象化显示。

作业环境设计v1.温度环境v2.光环境v3.色彩环v4.有毒环境v5.振动与噪音环境v6.其他环境

高温下作业者受到哪些因素的影响?气温?湿度?气流速度?热辐射?作业负荷?衣服的热阻值

r热应激现象——在高温作业下，人体通过呼吸、出汗和体表面的血管扩张向外散热调节体温，以适应作业环境。若人体产热量大于散热量时，将导致热积蓄，促使呼吸和心率加快，皮肤表面的血流量急剧增加，有时可达正常时的7倍之多。

高温作业环境

（1）生产工艺和技术措施v 合理设计生产工艺流程；v 屏蔽热源；v 降低湿度；v 增加气流速度

（2）保健措施合理供给饮料和补充营养；u 合理使用劳保用品；u 进行职业适应性检查。

（3）生产组织措施q 合理安排工作负荷；q 合理安排休息场所；q 职业适应。

低温作业环境n工作地点的平均气温等于或低于5℃的作业称为低温作业。一般温度在10 ℃以下，对人工作效率有影响。

?冷应激——当环境温度低于人体皮肤温度时，刺激皮肤冷觉感受器产生冲动，引起毛细血管收缩，使人体散热量减少。当温度进一步降低时，肌肉会剧烈收缩、抖动以增加产热量，维持体温恒定的现象。

从哪些方面改善低温作业环境(1)做好采暖和保暖工作3)采用热辐射防护(2)提高工作负荷(4)个体防护

v照度标准的制定分为间接法和直接法。

照明设计主要内容：照明方式、光源选择、避免眩光、照度均匀度、亮度分布、照明的稳定性

1）振动环境

噪声环境：（1）控制声源①降低机械噪声：②降低空气动力性噪声。

（2）控制噪声的传播①全面考虑工厂的总体布局；②调整声源指向；③利用天然地形；④采用吸声材料和吸声结构；⑤采用隔声和声屏装置。（3）加强个体防护；（4）调整班次，增加休息次数，轮换作业；（5）广泛进行职业安全卫生教育；（6）音乐调节。

其他环境

1）电离辐射作业环境

2）非电离辐射作业环境v 射频辐射；v 红外线辐射；v 紫外线辐射；v 激光。

6.安全防护装置设计：

安全防护装置是指配置在机械设备上能防止危险因素引起人身伤害，保障人身和设备安全的所有装置。它对人机系统的安全性起着重要作用

1）安全防护装置的作用v 杜绝或减少机械设备在正常或故障状态，甚至在操作者失误情况下发生人身或设备事故。

（1）防止机械设备因超限运行而发生事故；（2）通过自动监测与诊断系统排除故障或中断危险；（3）防止因人的误操作而引发事故；（4）防止操作者误入危险区而引发事故。

2）安全防护装置的分类v 安全防护装置可以是单一功能的安全装置，也可以是多种功能联用的装置，其分类方法很多

（1）隔离防护装置

v 通过物体障碍方式防止人或人体部分进入危险区，将人隔离在危险区之外的装置。如防护罩、防护屏等，可单独也可与联锁装置联合使用。

（ 2）联锁控制防护装置3）超限保险装置（ 4）紧急制动装置（ 5）报警装置（ 6）安全防护控制装置

2.安全防护装置的设计原则v 以人为本的设计原则；v 安全防护装置必须安全可靠原则；v 安全防护装置与机械装备配套设计的原则；v 简单、经济、方便的原则；v 自组织的设计原则