第8章 人机系统功能匹配以及安全防护装置设计=安全人机工程学=重庆大学
安全人机工程学课件：人机功能匹配
主要内容
CONTENTS
1
人机功能匹配的含义
2
人机功能匹配对 人机系统的影响
3
人机功能匹配原则
一、人机功能匹配的含义
人机功能匹配是指人机相互配合、 相互协调、相互适应， 实现人 配合机器和机器适应人。
二、人机功能匹配对人机系统的影响
• 如果不考虑人机的相互适应， 那么人就既不会舒适， 也不会 高效安全地工作。
方式。 • 不要采用需要人作高度精密的、频繁的、简单重复的、连续不停的操作和长
时间精确计算的匹配方式。
《安全人机工程》
• 人机不协调或协调性差会造成违 章操作；操纵器、 显示器、 报 警器未能达到最佳匹配也会造成 违章操作， 造成事故。
三、人机匹配原则
• 要选用最有利于发挥人的能力和提高人的操作可靠性的匹配方式。 • 匹配方式要使人认识到或感到自己的工作很有意义或很重要，不可把人安排
为机器的辅助物，避免使人产生自己的工作是为机器服务的感觉。 • 要采用信息流程和信息加工过源自中自然的、使人容易学习的、差错少的匹配
安全人机工程学概述及其研究方法
系统科学体系可划分为如下几个层次与内 涵： 系统学或一般系统论
系统理论中的各专门学科 系统方法论
系统方法论的运用
系统理论中的 各专门学科
主要包括
运筹学
控制论信息论
耗散结构论
协同学
超循环理论
任何一个有目的系统必然包含着控制，而控制要依赖于信息 的传输、交换与反馈，因此系统、信息、控制这三者相互渗 透、相互交叉、相互促进。
安全人机工程学
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目录
第1章 安全人机工程学概述及其研究
0 1 方法 单击此处添加文本具体内容， 简明扼要的阐述您的观点。
第3章 人机系统中人的基本特性与热
0 3 感觉 单击此处添加文本具体内容， 简明扼要的阐述您的观点。
第5章 人的自然倾向与人的可靠性概
05 论 单击此处添加文本具体内容， 简明扼要的阐述您的观点。
05 人－环关系的研究；
机的特性研究； 02
06 机－环关系的研究；
研究内容
环境的特性研究； 03 人－机关系的研究； 04
07 人－机－环境系统 总体性能的
08
研究。
人－机－环境 系统工程研究 范畴的示意图
人－机－环境 系统工程研究
的 基本核心问题
控制论
三 个
模型论
理 论
优化论
方案决策
研制生产
02 安全科学要体现科学性、理论性
安全科学既要体现它的交叉性，又要体
03 现研究对象的全面性
01 安全科学的基础理论（例如事故致因理论、 灾变理论、灾害物理学、灾害化学等）
安全科学研究 的内容
02 安全科学的应用理论（例如安全人机学， 安全心理学、安全法学、安全经济学等）
安全人机工程学课件
不合理的空间布局会导致人员活动不便，增加事故风险。应对工作空 间进行合理规划，确保人员能够安全、高效地完成作业。
照明条件对视觉疲劳影响及优化方案
照明不足或过强
不合适的照明条件会导致视觉疲劳、眩光等 问题，影响人员视力和工作效率。应根据作 业需求和环境条件选择合适的照明设备和照 度。
色彩与对比度
人机界面与交互方式
人机界面
人机界面是人机系统中人与机器之间进行信息交换的媒介，包括显示装置、控制装置和通信设备等。
交互方式
人机系统中的交互方式包括手动控制、自动控制和人机对话等。手动控制是指操作者通过控制装置直 接控制机器运行；自动控制是指机器根据预设程序或传感器信号自主运行；人机对话是指操作者与机 器通过对话方式进行信息交换和控制。
根据信息类型和人的视觉特性，选择合适 的显示方式，如数字、图形、灯光等。
根据人的视觉感知能力和信息重要性，设 计合适的显示参数，如大小、颜色、对比 度等。
显示布局和排版
案例分析
根据人的阅读习惯和信息逻辑关系，设计 合理的显示布局和排版，提高信息可读性 和易理解性。
以汽车仪表盘、机床数控面板等为例，分 析显示器设计的优缺点和改进措施。
流向和速度。
航空、铁路等运输方式中安全人机工程学应用
1 2 3
航空运输
分析飞行员的生理心理特性，研究驾驶舱布局、 仪表显示、操纵系统等对飞行安全的影响，提出 改进措施。
铁路运输
探讨列车驾驶员的视觉、听觉和反应特性，分析 铁路信号系统、列车控制系统等的安全性和可靠 性，提出优化建议。
水路运输
研究船员的生理心理特性，分析船舶导航设备、 通信设备以及船舶操纵系统等的可用性和安全性， 提出改进方案。
安全人机工程学设计
04
安全人机工程学设计在各类设备中的应用
安全人机工程学设计在办公设备中的应用
办公设备设计
• 办公桌：根据人体尺寸数据设计办公桌的高度和尺寸
• 办公椅：根据人体尺寸数据设计办公椅的尺寸和舒适度
• 显示器：根据人体尺寸数据设计显示器的位置和高度
应用效果
• 提高员工的工作效率
• 降低员工的劳动强度
• 保护员工的健康
• 交通设施的布局与优化
02
人体尺寸测量与建模
人体尺寸测量的方法与标准
人体尺寸测量方法
人体尺寸测量标准
• 直接测量法：使用测量工具直接对人体各部位进行测量
• ISO 9409：规定了人体尺寸测量的术语和定义
• 间接测量法：通过测量人体的相关数据推算出其他部位
• GB 10000：规定了人体尺寸测量的方法和要求
潜在风险
• 保护员工健康和工作环境
安全人机工程学设计的发展历程
20世纪初，安全人机工程学设计开
始萌芽
20世纪中期，安全人
机工程学设计得到迅速
发展
21世纪，安全人机工
程学设计进入智能化和
绿色环保阶段
• 工业生产中的劳动保护问题日益
• 计算机技术的应用推动了人机工
• 人工智能技术的融合提高了设计
严重
程学的发展
的尺寸
人体建模技术与应用
人体建模技术
• 基于统计的人体建模：利用大量人体尺寸数据建立统计模型
• 基于生理的人体建模：根据人体生理结构和功能特点建立模型
• 基于生物力学的人体建模：通过分析人体运动学和动力学特性建立模型
人体建模应用
• 产品设计：为产品尺寸设计提供依据
• 虚拟现实：为虚拟现实场景中的人体行为模拟提供支持
安全人机工程学讲义
安全人机工程学讲义在现代社会，随着科技的飞速发展和工业生产的日益复杂，人与机器的交互越来越频繁和紧密。
在这个过程中，安全人机工程学逐渐成为一门至关重要的学科。
它旨在通过优化人、机器和环境之间的关系，最大程度地减少事故和伤害，提高工作效率和生活质量。
一、安全人机工程学的定义与范畴安全人机工程学是研究人、机器及其工作环境之间相互作用的学科。
它运用生理学、心理学、工程学等多学科的知识和方法，来设计和优化人机系统，使其符合人的生理和心理特点，从而保障人的安全与健康。
其范畴涵盖了从产品设计到工作场所布局，从交通工具驾驶到计算机操作等各个方面。
例如，汽车的座椅设计要考虑人体的脊柱曲线和坐姿习惯，以减少驾驶疲劳和脊柱损伤；工厂的生产线布局要便于工人操作，避免过度伸展和弯腰等不自然的动作。
二、人的因素在安全人机工程学中的重要性人是人机系统中最活跃、最具变化性的因素。
人的生理特点，如身高、体重、力量、耐力等，以及心理特点，如注意力、反应速度、判断力等，都会影响人机系统的性能和安全性。
人的感知能力也对安全至关重要。
视觉、听觉、触觉等感知器官的特性和局限性，决定了我们对信息的获取和处理能力。
例如，在光线昏暗的环境中，人的视力会下降，容易导致操作失误；在嘈杂的环境中，人的听力会受到干扰，可能无法及时察觉危险信号。
人的认知能力和决策能力同样不可忽视。
在复杂的工作环境中，人们需要快速做出正确的决策。
但由于疲劳、压力、经验不足等因素，人的决策可能会出现偏差，从而引发事故。
三、机器的设计与安全机器的设计应充分考虑人的因素。
操作界面要简洁明了，控制按钮的位置和标识要易于理解和操作。
例如，微波炉的控制面板上，常用的功能按钮应该突出显示，操作步骤应该简单直观。
机器的性能和可靠性也是保障安全的关键。
定期的维护和保养可以确保机器的正常运行，减少故障和事故的发生。
同时，机器应具备一定的安全防护装置，如紧急制动系统、防护栏等。
智能化的机器在提高效率的同时，也带来了新的安全挑战。
安全人机工程学课程设计
安全人机工程学课程设计
安全人机工程学课程设计的目标是教授学生如何设计和评估人机界面以最大程度地提高使用者的安全性，并确保系统中的人员、工作和技术的安全性。
以下是安全人机工程学课程设计的一些主题和目标：
主题：
1. 人机交互
2. 任务分析
3. 用户需求
4. 界面设计
5. 安全设计
6. 评估方法
目标：
1. 理解安全人机工程学的基本原理和方法
2. 学习如何进行人机界面设计来确保系统的安全性
3. 熟练运用任务分析和用户需求考虑来设计用户友好的系统
4. 研究安全设计的最佳实践和方法
5. 掌握评估人机界面的方法和工具
6. 了解安全人机工程学的应用于实际系统设计的案例
课程设计应以理论为基础，同时也应包括实际案例研究和实验室实践，比如用户研究、任务分析、人机交互设计和系统评估。
通过实践和实验，学生们将能够真正地运用课堂学到的知识和技巧，为实际系统设计提供安全人机界面。
安全人机工程学习题
安全人机工程学习题第一章 安全人机工程学概述及其研究方法1 安全科学是一门跨学科、跨行业的新兴科学，试从分支学科的角度分析一下安全科学的体系层次。
2 安全科学的基础理论可概括为哪几个方面，请谈一下你对这些理论的认识与理解。
3 系统科学是以系统及其机理为研究对象的一种元科学，试阐述系统科学的体系可划分成哪几个层次？并阐述各层次的内涵。
4 人-机-环境系统工程研究的核心问题是什么？它是从哪几个基础理论出发的？着重分析哪几个要素？历经哪几个步骤？去实现整个系统总体性能的哪些目标？5 何谓人机工程学？它所研究的对象是什么？其内涵是什么？6 何谓安全人机工程学？它在安全科学、系统科学、管理科学以及人-机-环境系统工程学科中处于什么位置？如何理解它所处的位置？7 在人-机-环境系统的整体高度上去研究人的特性与孤立地去研究人的特性有何区别？请举例说明。
8 安全人机工程学研究哪些方面的内容？为什么要进行这些方面的研究呢？为什么在进行某一方面研究时仍然强调把人、机、环境作为系统整体，从系统整体出发去进行相应方面的研究呢？9 研究安全人机工程学的基本方法是什么？为什么说安全人机工程学的研究必须要以系统科学、安全科学、工程生理学、工程心理学、优化理论、管理科学以及工程控制理论为基础理论，瞄准人-机-环境系统，强调系统性，注重工程应用性。
坚持以人为中心，在确保人身安全的前提下研究人、机、环境三大要素相互间如何才能达到最佳匹配，实现人-机-环境系统总体性能最优。
你如何理解这段话？能否举例说明这段话的深刻含义？ 10 为什么说理论分析与实验研究是安全人机工程学研究的两大基本手段？请举例说明。
第二章人的基本特征1 人的基本特性包括哪些方面？为什么研究人-机-环境工程问题时必须了解和掌握人的基本特性呢？2 什么是人体的静态测量？它与动态测量有何区别？3 某地区人体测量的平均值1650x m m -=，标准值57.1D S mm =，求该地区第95、90以及第80百分位的尺寸数据。
(完整版)第9章安全人机功能匹配=安全人机工程学=重庆大学
8、必须长时间地施加控制力时
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
能应付意外事件和不可能预测事件， 并能采取预防措施
操作处 理能力
操纵力、速度精密度、操作 量、操作范围等均优于人的 能力。在处理液体、气体、 粉体方面比人强，但对柔软 物体的处理能力比人差
可进行各种控制，手具有非常大的 自由度，能极巧妙地进行各种操作。 从视觉、听觉、变位和重量感觉上 得到的信息可以完全反馈给控制器
容易疲劳，不能长时间连续工作，且 受性别、年龄和健康状态等影响，不 适应单调作业
如果是专用机械，不经调整则 不能改作其它用途
通过教育训练，可具有多方面的适应 能力
表9—1 人与机的优缺点比较（续）
项目
输入 灵敏度
智力
机器 具有某些超人的感觉，如有 感觉电离辐射的能力
无 （智能机例外）
人
在较宽的能量范围内承受刺激因素， 支配感受器适应刺激因素的变化， 如眼睛能感受各种位置、运动和颜 色，善于鉴别图象，能够从高噪声 中分辨信号，易受（超过规定限度 的）热、冷、噪声和振动的影响
定，如作出继续、停止或改变操作的决 定
3、人的第三种功能——操纵器 （见图94）
根据决定采取相应行动，如开关机器 或增减其速度等
图9－1 人在操作活动中的基本功能示意图
二、机的主要功能 l、接受信息 2、储存信息 3、处理信息 4、执行功能
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第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
系统的总体目标
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
人与机的结合方式
9.2.1 设计的原则与要点 第 八 章 ISO6385－1981（E）国际标准规定了人 机工程学的一般指导原则，其中包括： 人 机 1.工作空间和工作设备的一般设计原则 系 2.工作环境的一般设计原则 统 3.工作过程的一般设计原则 功 能 匹 配
9.2.2人机系统的设计步骤 第 八 章 1.对系统的任务、目标，系统使用的环境 条件以及对系统的机动性要求等要有充 人 分的了解和掌握。 机 系 2.要调查系统的外部环境。 统 3.要了解与掌握系统内部环境的设计要求。 功 能 匹 配
第 八 章 4.进行认真的系统分析，即利用人机工程 学基础知识对系统的组成、人机的联系 方式、作业活动等内容进行方案分析。 人 机 5.分析该系统各要素的机能特性及其约束 系 条件。 统 功 能 匹 配
人 机 系 统 功 能 匹 配
么复杂，都只能按照人预先编好的程 序工作。 6.人能进行归纳推理，在获得实际观察 资料的基础上归纳出一般结论，形成 概念并能创造发明。
第 八 章
人优于机器的七个方面
人 7.人是有感情、意识和个性的，人具有 能动性，人在社会活动中具有明显的 机 系 社会性。 统 功 能 匹 配
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
人机系统设计模型
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
人机系统设计的基本要求
1.能达到预定的目标，完成预定的任务。 2.要使人与机都能够充分发挥各自的作用 和协调地工作。 3.人机系统接受的输入和输出功能，都应 该符合设计的能力。 4.人机系统要考虑环境因素的影响 5.人机系统应有一个完善的反馈闭环回路。
第 9.1.1 人的主要功能 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
下图给出了人在操作活动中的基本功 能示意图，它集中体现在信息输入 （即感受刺激（S））、信息处理 （即意识或称大脑信息加工（O）） 以及行为输出（即作出反应（R）） 这三个过程中。上述过程，心理学家 称之为行为反应的S－O－R模式。
比较分配原则 剩余分配原则 经济分配原则 宜人分配原则 弹性分配原则
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
人优于机器的七个方面
1.在感觉与知觉方面,人的某些感官的 感受能力比机器优越。 2.人能运用多种通道接受信息，当一种 信息通道有障碍时可用其它通道补偿。 而机器只能按设计的固定结构和方法 输入信息。
人机系统的基本模式
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
刺激与行为关系的示意图
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
行为的基本模式
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
人的信息加工模型
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
人机系统模型
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
第八章 人机系统功能匹配 以及安全防护 装置设计
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
安全人机系统主要由人、机、环境这 三部分组成。 人－机－环境系统工程的设计，重点 是解决系统中人的效能、安全、身心 健康以及人机匹配最优化的问题 。 必须做到机宜人，人适机，使人机之 间达到最佳匹配，这是一条基本的原 则。
四个方面的设计与分析要点 第 八 章 （1）注意人机功能的分配； （2）注意人机匹配，尤其要注意显示器 人 与人的信息通道间的匹配，控制器与人 机 体运动特性间的匹配，显示器与控制器 系 之间的匹配，环境与操作者适应性的匹 统 功 配以及人、机、环境三大要素与作业之 能 间的匹配等； 匹 配 （3）注意人－机界面的设计； （4）注意完成对人机系统的评价 。
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
人在操作活动中的基本功能示意图
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
人在人机系统中具有的功能
人的第一种功能－感受器 人的第二种功能－信息处理器 人的第三种功能－操纵器，即通过机 的控制器进行操纵
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
8.1 人－机功能关系
举一个宇宙航行中飞船的例子，对于 绕月球飞船飞行的成功率来讲，国外 文献分析显示：如果采用全自动化飞 行时成功率仅为22%；如果采用有人 参与时则为70%；如果在飞行中航天 员还能承担维修任务时则为93%；对 于登月飞行的成功率来讲，这时后者 为前者的4.2倍，充分说明了合理的 功能分配对完成人机系统的成功设计 非常重要。
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
人－机关系通常可分为静态人－机关 系和动态人－机关系两大究人、机之间 的功能关系和信息关系（其中包括人 －机界面的分析、设计与评价）。
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
作业要求与可利用能力失配示意图
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
9.2 人机系统设计的 基本要求和要点
系统设计的思想和过程可由下图予以概 括。系统设计绝对不是某一个单一专业 领域所能胜任的事，它应该由专业工程 师、人机工程学家、心理学家、人类学 家等共同协作完成。
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
人优于机器的七个方面
3.人具有高度的灵活性和可塑性，能随 机应变，能应付意外事故和排除故障。 而机器应付偶然事件的程序往往是非 常复杂的。 4.人能长期大量储存信息，并且能随时 综合利用记忆信息进行分析与判断。
人优于机器的七个方面 第 八 章 5.人具有总结和学习功能而机器无论多
9.1.2 机的主要功能
机的子系统分为C－M和M－D系统。 C－M系统由控制器和机器的转换机 构（或计算机主板）组成。这个系统 的任务是使机器接受操作者的指令， 实现机器的运转与调控，把输入转换 为输出。 M－D系统由机器的转换机构和显示 器组成。
第 八 章 人 机 系 统 功 能 匹 配
9.1.4 静态人、机功能匹配的 原则与方法