人机工程学知识点

第一章

1.安全人机工程学定义：安全人机工程学是从安全的角度出发，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。它是人机工程学的一个应用学科分支，并成为安全工程学的一个重要分支学科。

2.人机结合面：人和机在信息交换和功能上接触或相互影响的领域（或称“界面”）

3.研究内容：

（1）研究人机系统中人的各种特性（2）研究人机功能分配（3）研究各类人机界面（4）研究工作场所和作业环境（5）研究安全装置（6）研究人员选拔问题（7）研究人机系统的可靠性（8）研究人机系统总体安全性设计准则和方法以及安全性平价体系和方法

4.研究方法：（1）基础研究的方法与人际工程学的研究方法基本相同

（2）研究的角度和着眼点主要侧重于从适合人的安全性特征去研究人机界面

（3）研究方法主要有调查法、实验法和模拟法

5.研究目的：更好地在人机之间合理分配功能，使人和机有机结合，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，同时提高活动效率。

6.研究任务：为人际系统设计者提供系统安全性设计，特别是确保人员安全的理论、方法、准则和数据

第二章

1.人体测量的定义：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，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。

2.（1）立姿人体尺寸包括：眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高。

（2）坐姿人体尺寸包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长。

3.作业域：手脚在一定空间范围内做各种操作，所形成的包括左右水平面和上下垂直面的空间区域，叫做作业域。

4.最大耗氧量（V o2max）及氧债能力：

（1）需氧量：体内单位时间所需要的氧气量叫需氧量；成年人安静时每分钟的需氧量为0.2-0.3L/min。

（2）摄氧量：单位时间内人体通过循环、呼吸系统所能够摄入的氧气量称摄氧量。

（3）耗氧量：人体单位时间内所消耗的氧气量；一般耗氧量和摄氧量大致相等。

（4）最大耗氧量和最大摄氧量：人在繁重体力劳动时，循环、呼吸系统的功能经1－2min 达到极限摄氧能力，这时，单位时间内的摄氧量叫最大摄氧量。此时最大耗氧量近似等于最大摄氧量。最大耗氧量决定于年龄（AG）、性别、海拔、训练、强度、持续时间等。

V o2max = 56.592-0.398A

式中：V o2max ---最大摄氧量，mL/（N·min）；A---年龄（岁）

最大能量消耗率：Emax=354.3V o2max

5.氧债与劳动负荷

（1）氧债：劳动开始，呼吸循环机能跟不上氧需，致使肌肉缺氧，这时供氧量与需氧量的差值叫氧债。

（2）常量负荷：非繁重劳动时，摄氧量与需氧量保持平衡的负荷，即需氧量小于最大摄氧量。高量负荷：劳动强度较大，需氧量已接近或等于最大摄氧量的负荷。超量负荷：劳动强度过大，需氧量超过最大摄氧量，人体一直在缺氧状态下，形成较大氧亏，处于“假稳定状态”下的负荷。

6.总需氧量及氧债能力

（1）总需氧量：劳动及劳动结束后恢复期所需氧量之和称为总需氧量。

V o2z=V o2l＋Vo2h一Vo2j(t1+th)

式中：V o2z——劳动时的总需氧量，mL/min ; V o2l——作业期摄氧量，mL/min；

V o2h——恢复期摄氧量，mL/min；V o2j——安静时平均需氧量，一般为250 mL /min；

t1——作业时间，min；th——恢复时间，min。

（2）氧债能力：据研究，体内要透支1L氧，大约要以7g乳酸作代价，直到氧债能力衰竭为止。氧债能力，一般人约为10L，训练有素的运动员可达15-20L。氧债能力衰竭，血液中的乳酸量会急剧上升，pH值迅速下降，这对肌肉、心脏、肾脏以及神经中枢都很不利。

7.最大心率

（1）心率：单位时间内心室跳动的次数称为心率（Heart rate,缩写为HR)。在安静时，正常男子、女子的心率约75次/min。青年人中，当以50％的最大摄氧量工作时，男子心率一般比女子低，分别约为130次／min和140次／min。

（2）最大心率：当人达到最大负荷时心脏每分钟的跳动次数称为最大心率(HRmax),最大心率几乎无性别差异，都随着年龄(A)的增加而下降。

HRmax=209.2-0.75A

式中：HRmax —最大心率，次／min；A—年龄，岁。

8.拨出量与最大心脏输出量

（1）搏出量：心脏每次搏动从左心室注入主动脉的血液量称搏出量。

（2）心脏输出量：单位时间（每分钟）内从左心室射出血液量Q叫心脏输出量。

（3）最大心脏输出量：最大摄氧量与最大心脏输出量关系：

Qmax=6.5+4.35Vo2max

式中：Qmax—最大心输出量，L/min ; V o2max —最大摄氧量，L / (N·min)

9.（1）肌电图：肌纤维细胞收缩时产生生物电位一一动作电位，肌肉收缩时产生的动作电位可通过电极引导出来，再放大、记录即得到肌电图(Electromyogram ,简称EMG)。

（2）放电频率和电压幅值：放电频率的高低主要决定于运动单位兴奋活动的强弱。动作电位振幅(mV)的大小反映了参加收缩的肌纤维数量的多少。因此，通过肌电图可以测定肌肉收缩的强度。

10.脉搏数的测定：脉搏积=脉搏数×（最高最低血压差）÷100

11.用人体体重计算人体体积和表面积

（1）人体体积计算：V＝1.015W-4.937（适用于体重在50~100kg男子）

式中：:V—人体体积，L；W—人体体重，kg

（2）人体表面积计算：S=0.0061H+0.0128W-0.1529

S=0.0235H0.42246W0.051456

S=0.0061H+0.0124W-0.0099

式中：S—人体表面积，m2；H—人体身高，cm；W—人体体重，kg

12.人体测量数据的应用准则：（1）最大最小准则（2）可调性准则（3）平均准则（4）使用最新人体数据准。

(5)地域性准则：影响人体参数的因素有：地区、性别、年龄、民族等。

(6)功能修正与最小心理空间相结合准则

最小功能尺寸Smin=Sα+△f

式中:Smin——产品的最小功能尺寸；Sα——第百分位人体尺寸；△f——功能修正量。（7）标准化准则

最佳功能尺寸Sopm=Sα+△f +△p

式中：Sopm——最佳功能尺寸；Sα——第百分位人体尺寸；△f——功能修正量;

△p ——心理修正量(实验求得)。

（8）姿势与身材关联准则(9)合理选择百分位和适用度准则

第三章

1.知觉：人脑对直接作用于感觉器官的客观事物的整体反映。

2.暗适应和亮适应：

（1）暗适应—在黑暗中视觉感受性逐渐提高的过程；

（2）亮适应—人从黑暗处到光亮处，也有一个对光适应的过程，称为亮适应。视觉虽然具有亮暗适应特征，但如果亮暗的频繁变换，需要眼睛频繁调节，就不能很快适应，增加眼睛的疲劳且会造成观察和判断失误，从而导致事故的发生。

3.掩蔽效应：

（1）掩蔽：一个声音被另一个声音所掩蔽的现象；

（2）掩蔽效应：一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应；

（3）掩蔽残留：由于人的听阈的复原需要经历一段时间、掩蔽去掉了以后，人耳的效应并不立即消除；

（4）听觉疲劳：掩蔽残留的量值；

掩蔽声对人耳刺激的时间和强度直接影响人耳的疲劳持续时间和疲劳程度，刺激越长、越强，则疲劳越严重。

4.人的反应时间：

（1）反应时间—人从接收外界刺激到作出反应的时间。减少反应时间，提高反应速度，可以减少或避免事故的发生。

⑵影响反应时间的主要因素：随感觉通道不同而不同；与运动器官有关；与刺激性质有关；随执行器官不同而不同；与刺激数目的关系；与颜色的配合有关；与年龄有关；与训练有关。

5.（1）情绪与情感的比较

情绪、情感是人对客观事物的一种特殊反应形式。

情绪、情感为三种因素所制约：环境影响、生理状态和认识过程。其中认识过程起关键作用。情绪情感的区别。

情绪：带有情景性，属于任何动物共有，冲动性。

情感：情景性、稳定性和长期性，人类特有，很少有冲动性。

（2）情绪：情绪状态可分为心境，激情，应激。

心境：是微弱二持久的情绪状态。强度小，时间长

激情：是强烈的、暴风雨般的激动而短促的情绪状态。强度大，时间短

应激：是出于意料的紧迫情况所引起的激情而高度紧张的情绪状态。意外情况

（3）情感：情感是在人类社会历史发展过程中形成的高级社会性特征，人类社会性情感可归结为道德感、理智感和美感。

道德感：是用一定的道德标准去评价自己或他人的思想和言行时产生的情感体验。

理智感：是指人认识事物和探求真理的需要是否满足而产生的情感体验。

美感：根据个人美的需要而产生的对各种美的体验。

6.所谓疲劳，就是在人体发生可以概括为失去功能或打乱这样的变化，引起生理活动的变化也就是发生机能变化、物质变化、自觉疲劳和效率变化的现象。所谓疲劳就是人体内的分解代谢和合成代谢平衡不能维持，换言之，当高位与低位的代谢反应平衡不正常时叫疲劳。

7.生理性疲劳除与劳动方式、速度、强度和劳动时间、身心活动简单的因素有关外，还与照明、气候、温度、湿度等工作环境因素有关，也与年龄、健康状况有关。

心理性疲劳受环境、精神面貌和工作动机等的影响。劳动内容单调极易引起心理性疲劳。研究发现：性格差异和智能水平的高低使人们在工作中产生厌倦和疲劳的程度是不同的。生

性欢悦好动的人，在工作中易感疲劳；性格沉静安分的人，在工作中不易感疲劳。

第四章

1.人机功能分配的含义：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，称为人机的功能分配。

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、环境条件恶劣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。

第五章

1.人机界面：在人机系统中，存在着一个人与机相互作用的“面”，所有的人机信息交流都发生在这个“面”上，通常人们称这个面为人机界面。

2.音响和报警装置的设计原则：

①音响信号必须保证使位于信号接受范围内的人员能够识别并按照规定的方式作出反应。因此，音响信号的声级必须超过听阈，最好能在一个或多个倍频程范围内超过听阈10 dB以上。

②音响信号必须易于识别，特别是有噪声干扰时，音响信号必须能够明显地听到并可与其它噪声和信号区别。因此，音响和报警装置的频率选择应在噪声掩蔽效应最小的范围内。当噪声声级超过110 dB时，最好不用声信号来作报警信号。

③为引起人注意，可采用时间上均匀变化的脉冲声信号，其脉冲声信号频率不低于0.2Hz 和不高于5 Hz，其脉冲持续时间和脉冲重复频率不能与随时间周期性起伏的干扰声脉冲的持续时间和脉冲重复频率重合。

④报警装置最好采用变频的方式，使音调有上升和下降的变化

⑤显示重要信号的音响装置和报警装置，最好与光信号同时作用，组成“视听”双重报警信号，以防信号遗漏。

3控制器设计的一般原则：

（1）控制器设计的一般要求：①控制器设计要适应人体运动的特征，考虑操作者的人体尺寸和体力。②控制器操纵方向应与预期的功能方向和机器设备的被控制方向一致。

控制器要利于辨认和记忆。③尽量利用控制器的结构特点进行控制（如弹簧等）或借助操作者体位的重力（如脚踏开关）进行控制。④尽量设计多功能控制器，并把显示器与之有机结合，如带指示灯按钮等。

⑵设计控制器时应考虑的因素：1）控制信息的反馈：2）控制器的运动：3）控制器上手或脚的使用部位的尺寸和结构

⒋大小编码：以相同形状而不同大小来区别控制器的功能和用途，这种形式的编码应用范围较小，通常在同一系统中只能设计大、中、小三种规格。由于大小编码的视觉和触觉感知度小的原因，常与其他形式编码一起使用。

⒌⑴维修性与可维修性设计：

1）维修性

在规定的时间、条件、程序和方法等约束下完成维修地能力称为维修性。所谓“规定地条件”，主要是指维修地机构和场所以及相应地资料条件（包括维修人员、设施、设备技术资料等）。所谓“规定的程序和方法”，是指按规程规定的维修工作类型、步骤和方法等。而“维修”作为维修与检修的统称，则是为保持、恢复或改善设施或设备的规定技术状态而进行的全部活动。

2）可维修性设计

可维修性设计就是在产品（包括系统、设施或设备）设计中除了满足其他设计要求外，还要

使设施或设备具有实现“安全、及时、快速、有效、经济”的维修能力。

其任务是一旦设施或设备发生故障，要保证能安全地尽快修理好，甚至能在未出故障前就已经采取措施来消除故障产生的条件。

从安全人机工程学的角度考虑维修性设计，从“便利于人维修”和“安全地维修”出发来进行设计，这就是可维修性设计的主要要求，它使维修工作系统中“人-机-环境系统”整体协调，以有利于提高人的维修工作绩效、减少维修差错、实现维修安全。

⑵可维修性设计的一般指导原则

1）确保维修安全2）尽可能简化以减轻维修人员负担3）改善维修和检测时的可达性4）尽量采用模块化5）尽量实行标准化和通用化6）增强易识别性和防错容错能力7）尽可能采用有效的综合诊断手段

⒍安全色：①红色：禁止、停止②蓝色：指令，必须遵守的规定③黄色：警告，注意

④绿色：提示安全状态，通行

⒎噪声的控制：

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）通过调整班次，增加休息次数，轮换作业等也是很好的防护方法。

5）音乐调节

⒏⑴可靠性的定义：可靠性是指研究对象在规定条件下、规定时间内、完成规定功能的能力⑵可靠性度量指标：可靠性度量指标是指对系统或产品的可靠程度作出定量表示。常用的基本度量指标有可靠度、不可靠度（或累积故障概率）、故障率（或失效率）、平均无故障工作时间（或平均寿命）、维修度、有效度等。

⑶可靠度

可靠度是可靠性的量化指标，即系统或产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。可靠度是时间的函数，常用以R(t)表示，称为可靠度函数。

产品出故障的概率是通过多次试验中该产品发生故障的频率来估计的。例如，取N个产品进行试验，若在规定时间t内共有Nf(t)个产品出故障，则该产品可靠度的观测值可用式（5-3）近似表示：

R(t)≈[N —Nf (t)] / N (5—3)

当t=0，Nf（t）＝0，则R（t）＝l。

随着t的增加，出故障的产品数Nf（t）也随之增加，则可靠度R(t)下降。当t→∞，Nf(t)→N ，则R(t)→0。

可靠度的变化范围约为0≤R(t)≤1。

⒐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。

⑴安全防护装置的作用：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防止因人为的误操作而引发的事故④防止操作者误入危险区而发生的事故

⑵安全防护装置的设计原则①以保护人身安全为出发点进行设计的原则。②安全防护装置必须安全可靠的原则。③安全防护装置与机械装备配套设计的原则。④简单、经济、方便的原则。

⒑机械的可靠性：⑴就机器设备而言，可靠性是指机器、部件、零件在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。

⑵度量可靠性指标的特征量称为可靠度。

⑶可靠度是在规定时间内，机器设备或部件能完成规定功能的概率。若把它视为时间的函数，就称为可靠度函数。

⑷为简便起见，假设环境因素宜人，对机械设备不造成危害，则研究机的可靠性就转化为主要研究机械设备的可靠性问题。

⑸一般情况，产品可靠性指标都与该产品的故障分布类型有关。若已知产品的故障分布函数，就可以求出其可靠度R（t）、故障率λ(t) 及其它可靠性指标，若不知道具体的故障分布函数，但知道故障分布类型，也可以通过参数估计的方法求得某些可靠性指标的估计值。

⑹故障分布类型有三种类型：①指数分布②正态分布③威布尔分布

⒒提高人机系统安全可靠性的途径:

⑴合理进行人机功能分配，建立高效可靠的人机系统

①对于部件等系统宜选用并联组装。

②形成冗余的人机系统：系统运行中应让其有充足的多余时间，不能使系统无暇顾及运行中的错误情形，杜绝其失误运行。

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，当操作者出现误操作时，也不能酿成系统事故。如电脑中的纠错系统等

⑤经过上岗前严格培训与考核，允许具有进入“稳定工作期”可靠度的人上岗操作。

⑵减少人因失误

①使操纵意识始终处于最佳意识状态

②建立合理的安全规章制度、规范，并严格执行，以约束不按操作规程操作的人员的行为

③安全教育和安全训练

④按照人的生理特点安排工作

⑤减少单调作业，克服单调作业导致人的失误。

第六章

1.⑴人的失误：人未能精确地、恰当地、充分地、可接受地完成所规定的绩效标准范围内的任务。

⑵人的失误的特点：

①人的失误的重复性；②人引发的失效的潜在性和不可逆转性；③人的失误行为往往是情景环境（Context）驱使的；④人的行为的固有可变性；⑤人的失误的可修复性；⑥人具有学习的能力。

⒉大规模复杂人-机系统运行控制特征

⑴运行过程为：通过仪表、视听显示装置将系统的运行状态信息传送给操作人员，操作人员通过认知处理后，做出控制操作。

⒊人因事故的预防：㈠人因事故纵深防御系统㈡人因事故预防与减少基础体系

⑴技术手段＋组织手段＋文化手段

⑵主动型人因事故纵深防御系统：方针确立阶段；预测分析阶段；事故减少策略阶段；反馈阶段

⑶现代工业社会的特性，决定了对事故的预防和减少必须采取纵深防御的战略思想才可能奏效，即必须国家、社会、企业和个人相互支持与配合，在一个广泛的基础上构成事故预防与减少综合体系才可能实现

①政府的行政功能主要包括：行使政府职能；表征社会作用；培养良好的社会文化环境和经济环境；对社会成员的道德修养、文化素质、心理素质、技术素质的培养。

②企业功能：企业既是国家有关方针的执行层，又是对具体事故防范的管理层。

③个体的主要职责：不断提高安全文化水平和安全技术素质。；增强安全意识，自觉、主动地接收外界安全信息。；加强对人因失误和事故的辨识力和防范性以及安全应变能力。