人的生理和心理及人体生物力学特性
《安全人机工程》教学大纲(14章版)
《安全人机工程》课程教学大纲课程编号: 506119课程名称：安全人机工程英文名称：Safety Man-machinery Engineering (Safety Ergonomics)课程类型: 专业核心课总学时：48 讲课学时：48 实验学时：另有安排学分：3适用对象: 安全工程本专科先修课程：安全学原理执笔人：孟现柱审定人：一、课程性质、目的和任务安全人机工程学是安全工程专业的专业基础课。
本课程主要包括：人机工程学概论、人体测量数据的处理与应用、人的感知与反应特征、人的心理特征、人的作业特征、显示器与控制器的设计与布局、作业空间与作业环境设计、人机系统总体设计，典型的人机系统设计以及人机工程学应用范例。
本课程的目的是：研究实现以保证工作效率为必要条件和以追求实现人的安全为目标这一要求所需要的人机学理论、方法和采取安全设备工程或其它工程措施的依据。
本课程的任务是：1、使学生系统地掌握安全人机学方面的基础知识，为后续专业课程的学习提供必要的知识基础。
这些知识包括：1）使学生系统掌握人机工程学的基本概念、基本理论，领会“人—机—环境系统”的含义。
2）使学生系统掌握人、机的不同特性及人机功能的分配原则。
3）使学生系统掌握人体特性参数、人的反应、人体疲劳的测量方法。
4）使学生系统掌握显示装置、操纵装置、作业空间与作业环境的设计要求与设计方法。
2、培养学生运用所学安全人机学方面的知识分析和解决实际问题的能力，使学生能够运用安全学的思想和方法分析解决实际问题，使学生具有人机系统设计的初步能力，具备对一般企业中人机系统进行检查与评价的能力。
3、培养学生的探索精神和创新意识，实现学生知识、能力、素质的协调发展。
4、使学生了解安全人机学在人类社会发展中的作用。
5、使学生树立辩证唯物主义世界观。
二、课程教学和教改基本要求（1）教学过程中，要注意安全人机工程各部分内容之间的相互联系，应保证课程内容的系统性和完整性，同时着重加强学生对基本内容、基本方法的理解和掌握，注意理论联系实际，注重渗透工业生产和现代生活的观点、概念和方法，在教学中要注意引导学生逐步体会安全人机学的研究方法，对知识的形成、建立过程要作深入的分析，并适当地介绍有关的知识。
安全人机工程学-第三章3
6. 其他 测定心率、呼吸分析法、反应时间测定 法、皮肤电流测定法。
五、疲劳的改善与消除 1. 提高作业机械化和自动化程度（流水线作业 机器人) 2. 加强科学管理，改进工作制度 工作时间 休息时间 休息方式 轮班工作制度 业余活动安排 环境条件 3. 开展技术教育和培训，选拔合格工人
注：上述多数疲劳自觉症状都是在较为繁重劳动中才会出现的。
2. 触觉两点阈值测定 当皮肤表面上的两个点同时受到刺激时，如果 两点间距离在50 mm以上，任何人都能清楚 地感受到两点的刺激。但是，当两点距离缩 短到一定值以后（正常情况下小臂约为20 mm），只感觉是一个刺激点，其值称为两 点阈值。作业疲劳越甚，感觉越迟钝，此值 上升越多。
两点阈测量器（或两点阈量规）（two-point aesthesiometer）是测定 人体各部位两点阈值的仪器，是为皮肤觉特别是触觉感受而 设计制作的，其构造包括一个游标卡尺和A、B两个刺激点， 量脚之间的距离可以调节，并在刻度上读出来。使用两点阈 测量器必须垂直降落，让两个尖点重力均匀地接触皮肤，接 触时间不能超过2秒种。 两点阈是触觉定位的一种测量方式。人体各部位的触觉定位 准确性和各部位的触觉感受性的大小是一致的，也就是说， 两点阈值高，说明这部位触觉感受性低。因此，通过皮肤两 点阈的测定，能从一个侧面反映出触觉的感觉能力。一般来 说，手指和面部的两点阈最小，肩部和大腿，小腿部位的两 点阈最大。
安全人机工程学
第三章 人的生理和心理特性
颜色的心理作用 颜色有3种特性：明度、色调、饱和度
颜色对人心理的影响
冷暖感 兴奋和抑制 前进和后退 轻重感 轻松和压抑感 软硬感 膨胀色与收缩色
色彩调节在作业场所中的作用
作业题
安全人机工程学
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 三 章 ︶
5、听觉特性 （1）人耳构造和听觉过程（见图3-8，图3-9） 将声能有骨膜经放大传达到相当于鼓膜面积1/20 的卵圆窗，继而传给前庭阶的液。传到前庭的每 一个振动，都使一定量的液体从前庭向耳蜗的前 庭阶移动，并使听细胞受到刺激，转化成神经脉 冲，经听神经传给大脑，这就是听觉过程。 （2）听觉特征 可听范围 （见图3-10） 能感觉到的频率范围16-20000Hz，最佳2020000Hz，但随着年龄的增长，频率感受的上限逐 年连续降低。
表3－4
听觉 触觉
反应时间随感觉通道的变化
味觉
视觉 嗅觉 咸味 甜味 0.446 酸味 0.523 苦味 1.082
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 三 章 ︶
T （秒 ）
0.115 ～ 0.182
0.117 ～ 0.201
0.188 ～ 0.206
0.200 ～ 0.370
0.308
表3－5
动作部位 握取 手 旋转 脚
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 三 章 ︶
图3－6 学 ︵ 第 三 章 ︶
图3－7a 几种常见视觉错误
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 三 章 ︶
图 3- 7 b
一系列视错觉图
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 三 章 ︶
图
3-7c
视 错 觉 图
二、人的反应时间
安 全 人 机 工 程 学 ︵ 第 三 章 ︶
1、定义 2、影响反应时间的影响因素
随感觉通道不同而不同 （见表3-4） 与运动器官有关 （见表3-5） 与刺激性质有关 （见表3-6） 随执行器官不同而不同（见表3-7） 与刺激数目的关系 （见表3-8） 与颜色的配合有关（见表3-9） 与年龄有关（见表3-10） 与训练有关
安全人机选择题库
安全人机选择题库1．人机工程学的进展大致经历了这样的一个过程，即：（ C ）。
A．以人类为中心——以机械为中心——人机系统环境协调——以系统为中心B．以机械为中心——以系统为中心——以人类为中心——人机系统环境协调C．以机械为中心——以人类为中心——以系统为中心——人机系统环境协调D．以人类为中心——以系统为中心——人机系统环境协调——以机械为中心2．手臂的最大推力产生在肩的上方0。
方向上，可达自身体重的（ C ）。
A．50％B．80％C．130％D．150％3．颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。
当两种颜色相配在一起时，易于辨认的顺序是（ A ）。
A．黄底黑字，黑底白字，蓝底白字，白底黑字B．白底黑字，黑底白字，黄底黑字，蓝底白字C．黄底黑字，白底黑字，黑底自字，蓝底白字D．白底黑字，黄底黑字，黑底白字，蓝底白字4．站着不动、长期或者经常重复地弯腰、躯干扭曲并倾斜的姿势、经常性重复地单腿支撑的姿势与手臂长时间前伸等姿势极易产生疲劳。
其原因要紧是（ D ）。
A．动态作业B．动作力量过大C．动作幅度过大D．静态作业5．人们常常在伸手取物时直接将手伸向物品，在穿越空地时走斜线，为图省事直接从有限高度的设备或者货物堆上翻越而过等。
这在人机工程学上被称之（ A ）。
A．捷径反应B．躲避反应C．积极反应D．消极反应6．人眼观看展示物的最佳视角在地域标准视角（C ）区域内。
A．5 B．15 C．30 D．457．利用人体参数进行作业空间设计时，由于设计目标用途不一致，选用的百分位与习惯度也不一致。
凡通道宽度类设计，通常取（D ）百分位数据。
A．1 B．10 C．90 D．998．显示器(显示装置)是从机器至人的信息传递装置，视觉显示器由于传递的信息量大、传递方式多样等原因，获得了最广泛的应用而占要紧地位。
视觉显示器可分为数字式与模拟式两类。
关于数字显示方式的特点的描述，下列说法中错误的是（ C ）。
A．动态范围大B．读数准确C．定性显示D．定量显示9．人机功能分配研究的意义是：利用人与机器的特点，为作业中的人与机器，安排不一致的任务形式、难度与任务量。
安全人机工程学笔记
安全人机工程学笔记1、何谓人机工程学？其研究目的、内容、方法是什么？人机工程学就是运用生理学、心理学和技术学科及其它相关学科的知识，使机器和人相互适应，创造舒适安全的工作和环境条件，从而提高工效的一门学科。
1.人机工程学的研究目的：1）使机器和环境条件的设计适应于人；2）保证人的操作简便、省力、迅速准确、安全舒适；3）充分发挥人机效能，使整个系统获得最佳的经济效益和社会效益。
2.人机工程学的研究内容：1）人的因素；包括人的生理、心理、人体测量和生物力学；2）机的因素；显示器和控制器的设计；3）环境的因素；人机共处的空间条件、环境监测、控制技术及改善；4）人机系统的综合研究3.人机工程学的研究方法：人机工程学在研究中应遵循客观性和系统性原则。
1）实测法：2）实验法：3）分析法：4）调查研究法5）计算机仿真法;6）图示模拟和模型试验法;7）感觉评价法。
2、何谓安全人机工程学？其研究对象及其内涵是什么？与工效人机工程学有何区别？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3、何谓实测法、实验法？1）实测法：借助于仪器、设备、传感器和计算机等进行实测和控制的方法。
2）实验法：在人为设计的环境中或实验室测试实验对象的行为或反应的方法。
4、如何理解安全人机工程学与安全工程学的关系？与工效人机工程学的区别包含与被包含.人机工程学被分解为安全人机工程学和工效人机工程学两个不同方向上的应用学科；前者是从安全的角度和着眼点，侧重于人体的安全卫生，立足于人机结合面，在最大限度保障人的安全健康与舒适愉快的前提下，保证工作效率；后者则是从工作效率的角度和着眼点侧重于用人保证机的作用，立足于设备的效应，在最大限度地发挥设备效应以提高工作效率的前提下，保证活动者必要的安全卫生条件和活动环境。
人的生理特性
人的生理特性(一)人的感觉与感觉器官l，视觉1)常见的几种视觉现象①暗适应与明适应能力。
人眼对光亮度变化的顺应性，称为适应，适应有明适应和暗适应两种。
暗适应是指人从光亮处进入黑暗处，开始时一切都看不见，需要经过一定时间以后才能逐渐看清被视物的轮廓。
暗适应的过渡时间较长，约需要30min才能完全适应。
明适应是指人从暗处进入亮处时，能够看清视物的适应过程，这个过渡时间很短，约需1min，明适应过程即趋于完成。
人在明暗急剧变化的环境中工作，会因受适应性的限制，使视力出现短暂的下降，若频繁地出现这种情况，会产生视觉疲劳，并容易引起事故发生。
为此，在需要频繁改变光亮度的场所，应采用缓和照明，避免光亮度的急剧变化。
①眩光。
当人的视野中有极强的亮度对比时，由光源直射或由光滑表面的反射出的刺激或耀眼的强烈光线，称为眩光。
眩光可使人眼感到不舒服，使可见度下降，并引起视力的明显下降。
眩光造成的有害影响主要有，使暗适应破坏，产生视觉后像；降低视网膜上的照度；减弱观察物体与背景的对比度；观察物体时产生模糊感觉等，这些都将影响操作者的正常作业。
3）视错觉。
人在观察物体时，由于视网膜受到光线的刺激，光线不仅使神经系统产生反应，而且会在横向产生扩大范围的影响，使得视觉印象与物体的实际大小、形状存在差异，这种现象称为视错觉。
视错觉是普遍存在的现象，其主要类型有形状错觉、色彩错觉及物体运动错觉等。
其中常见的形状错觉有长短错觉、方向错觉、对比错觉、大小错觉、远近错觉及透视错觉等。
色彩错觉有对比错觉、大小错觉、温度错觉、距离错觉及疲劳错觉等。
在工程设计时，为使设计达到预期的效果，应考虑视错觉的影响。
（2）视觉损伤与视觉疲劳①视觉损伤。
在生产过程中，除切屑颗粒、火花、飞沫、热气流、烟雾、化学物质等有形物质会造成对眼的伤害之外，强光或有害光也会造成对眼的伤害。
眼睛能承受的可见光的最大亮度值约为106cd／m2。
如越过此值，人眼视网膜就会受到损伤。
安全人机学要点
国际人类工效协会对人机工程学所下的定义为：研究人在工作中的生理学，解剖学，心理学等方面的特点，功能，已经行最适合于人类的机械装置的设计制造，工作场所布置的合理化，工作环境条件最佳的实验科学。
1人机工程学的研究目的;1)设计及其和设备及工艺流程,工具以及信息传递装置与信息控制设备时，必须考虑人的各种因素——生理的和心理的及人体测量参数，生物力学的需要与可能。
2)要是人操作简便，省力，快速而准确。
3)要是人的工作条件和工作环境安全，卫生，舒适。
4)最终目的是为了使人机系统协调，保障安全健康和提高工作效率。
2 人机工程的研究内容1）人的因素方面。
包括人体生理，心理，人体测量及生物力学，人的可靠性。
2）机的因素方面。
主要包括显示器和控制器等物的设计。
3）环境因素方面。
主要包括采光照明尘毒噪声等对人身新产生影响的因素。
4）人机系统的综合研究。
研究人机系统的整体设计，显示器设计，控制器的设计，环境设计，作业方法及人机系统的组织管理等。
人机工程的发展简史：经验期——创建期——成熟期。
三大人际工效试验：1）肌肉疲劳2）铁锹作业3）砌砖作业安全人机工程学，可以定义为;安全人机工程学是从安全的角度和着眼点出发，运用人机工程学的原理和方法去解决系统中人机结合面的安全问题的一门新兴学科。
安全人机工程学研究的科学对象：人，，机，，人机结合面。
安全人机工程学研究的内容大体包括以下几个方面1）研究人机系统中人的各种特性2）研究人机功能分配3）研究工作场所和作业环境4）研究各类人机界面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，保证人机系统安全8）研究人机系统总体安全型设计准则和方法以及安全性评价体系和方法。
安全人机工程学的任务是为了人机系统设计者提供系统安全型设计，特别是确保人员安全的理论，方法，准则和数据。
第2章测量基准面，人体的测量基准面是由3个互为垂直的轴（铅垂面，纵轴和横轴）来决定的。
1）矢状面2）郑重矢状面3）冠状面4）水平面5）眼耳平面。
人体的特性参数
人体的特性参数 Revised final draft November 26, 202032人体的特性参数【大纲考试内容要求】：熟悉人体特性参数及人的心理因素。
【教材内容】：(二)人体的特性参数1、人体特性参数与产品设计和操纵机器有关的人体特性参数很多，归纳起来有如下4类：1)静态参数静态参数是指人体在静止状态下测得的形态参数，也称人体的基本尺度，如人体高度及各部分长度尺寸。
2)动态参数动态参数是指在人体运动状态下，人体的动作范围，主要包括肢体的活动角度和肢体所能达到的距离等两方面的参数。
如手臂、腿脚活动时测得的参数。
3)生理学参数生理学参数主要是指有关的人体各种活动和工作引起的生理变化，反映人在活动和工作时负荷大小的参数，包括人体耗氧量、心脏跳动频率、呼吸频率及人体表面积和体积等。
4)生物力学参数生物力学参数主要指人体各部分(如手掌、前臂、上臂、躯干(包括头、颈)、大腿和小腿、脚等)出力大小的参数，如握力、拉力、推力、推举力、转动惯量等。
2. 人体劳动强度参数。
（1）能量代谢率。
能量代谢率= 劳动代谢率／基础代谢率所谓基础代谢率是指劳动者在绝对安静横卧状态下，为维持生命，在单位时间内所需的最低能量消耗量。
劳动代谢率是指劳动者在劳动时的能量消耗量与安静时的能量消耗量之差除以劳动时间。
安静时的能量消耗量大体为基础代谢量的120％。
能量消耗量可通过测定劳动时呼出气中的O2及CO2的比例，算出劳动者O2的消耗量折算得到。
能量代谢率RMR的经验计算公式为：LogRMR＝0．0945x-O．53794 (4—2)log(13．26-RMR)=1．1648-0．0125x (4—3)式中X——每平方米体表面积每分钟呼气量，即x＝每分钟呼气量／每平方米体表面积。
按上式分别求出各项劳动与休息时的能量代谢率，分别乘以相应的累积时间，最后得出一个工作日各种活动和休息时的能量消耗值，再把各项能量消耗值总计除以工作日总工时，即得出工作日平均能量代谢谢率。
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人 机
• 对物体尺寸和比例的估计，水平方向比垂直方向准确、 迅速、且不易疲劳。
工 • 当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相同的情况下，观
程
察率优先的顺序是左上、右上、左下、右下。
学 • 两眼的运动总是协调的、同步的，在正常情况下不可
︵
能一只眼睛转动而另一只眼睛不动；在操作中一般不
第
需要一只眼睛视物，而另一只眼睛不视物。
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表3－1 刺激及感觉反应
安
感觉 种类
感觉 器官
适宜刺激
识别特征
作用
全
形状、大小、位置、
人
视觉
眼
机
工
听觉
耳
光
远近、色彩、明暗、
鉴别
运动方向等
声
声音的高低、 强弱、方向和远近
报警、 联络
程 学
嗅觉
鼻
挥发和飞 散的物质
辣气、香气、臭气
报警、 鉴别
︵
第 三 章
味觉
人 贝数，也称听力。
机 图3-11表明：
工 ①在800-1500Hz这段频率范围内，听阈无明显变化；
程 学 ︵
第 三 章 ︶
②低于800Hz，可听响度随着频率的降低而明显减小；
③在3000-4000Hz之间达到最大的听觉灵敏度，在该频率 范围内灵敏度高达标准指的10倍；
④超过6000Hz灵敏度继续下降，大约在17000Hz，减至标 准值得1/10；
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图 11
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图 3 － 4
人 的 水 平 视 野 和 垂 直 视 野
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第 三 章 ︶
图3－5 人对不同颜色的视野
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20
表3－3 几种工作视距的推荐值
安
全
人
任务要求
举例
视距离（cm）
固定视野直 径(cm)
备注
机
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图 3 － 2 眼 球 的 水 平 解 剖 图
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全
人
机
工
程
学
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第
图3－3 视角
三
章 ︶
＝2arctgD
2L
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情感）的基础。在生产过程中，培养和 发挥大家的感知能力，对减少和防止事
︵ 故的发生具有十分重要的意义。
第 三
• 感受器是指分布在体表或各种组织内部
章 的能够感受机体内外变化的一种组织或
︶
器官。感觉器官是机体内的感受器，如
视觉器官、听觉器官、前庭器官等。
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2、感觉的基本特征
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安
全
人
机
工
程
学
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第
三
章
︶
图 3 知觉的整体性
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图 4 知觉的理解性
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︶
图 5 人头托盘双关图
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• 视野（见图3-4，图3-5 ）
章 ︶
视野（静视野）是指当头部和眼球固定不动时所能 看到的正前方空间范围，眼球自由转动（动视野）
• 视距（见表3-3）
视距是指人在操作系统中正常的观察距离。
• 色觉 2008.9
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图 6 人眼球的基本结构
安
感
觉
阈
全
感觉
人
下
限
上限
机
视觉
（2.2～5.7）×10-17J
（2.2－5.7）×10-8J
工 程
听觉
1×10-12J/m2
1×102J/m2
学
嗅觉
2×10-7kg/m3
︵ 第
味觉
4×10-7(硫酸试剂摩尔浓度)
三 章
触觉
2.6×10-9J
︶
温度觉
6.28×10-9kg ·J/m2·s
9．13×106kg· J/m2·s
• 同时有多种视觉信息或多种听觉信息，或视觉与听觉 信息同时输入时，人们往往倾向于注意一个而忽视其 它信息，如果同时输入的是两个强度相同的听觉信息， 则对要听的那个信息的辨别能力将下降50%，并且只
章
能辨别最先输入的或是强度校大的信息。
︶ • 感觉器官经过连续刺激一段时间后，敏感性会降低，
产生适应现象。
安 （1）人耳构造和听觉过程（见图3-8，图3-9） 全 • 将声能有骨膜经放大传达到相当于鼓膜面积1/20
人 的卵圆窗，继而传给前庭阶的液。传到前庭的每
机 一个振动，都使一定量的液体从前庭向耳蜗的前
工 程 学
庭阶移动，并使听细胞受到刺激，转化成神经脉 冲，经听神经传给大脑，这就是听觉过程。
︵ （2）听觉特征
13
4、人的视觉及其特性
安 • （1）人眼的构造
全 人
视觉是由眼、视神经和视觉中枢共
机
同完成，眼是视觉的感受器官。
工 程
眼球的基本结构（见图6）
学
眼球的水平解剖图 （见图3-2）
︵ 第
来自物体的光线通过角膜、玻璃体、
三
瞳孔、晶体、聚焦在视网膜的中央窝。
章 ︶
视网膜的锥体细胞及杆体细胞接受光
刺激，转换为神经冲动，经由视神经
安 全 人 机
工 程 学 ︵
第 三
• 人的各种感受器都有一定的感受性和感觉阈限。 （表3-1）
• 从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达到一定强度才 能对感受器官发生作用。（表3-2）
• 一种感受器官只能接受一种刺激和识别某一种特征， 眼睛只接受光刺激，耳朵只接受声刺激。人的感觉印 象80%来自眼睛，14%来自耳朵，6%来自其他器官。
全
人 （1）嗅 觉（P59） 机
工 （2）味 觉（P59） 程
学 ︵
（3）肤 觉（P59）
第 三
• 触觉（触觉感受器见图10 ，触觉阈限）
章 ︶
• 温度觉
• 痛觉（见图11）
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图 10 部分触觉感受器
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︶ 感觉系统、神经系统和运动系统。
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2
第一节 人的生理特性
安
全 人
一、人的感知特性
机
工 程
1、人的感知反应过程 • 人机系统 （见图3-1）
学
• 人的神经系统结构（见图2）
︵
第 三 章 ︶
• 感觉和知觉合称感知。感觉反映的是客观 事物的个别属性，知觉反映的是客观事物 的整体属性。感觉是知觉的基础，没有感 觉，也就不可能有知觉。对事物的个别属 性的反映的感觉越丰富，对事物的整体反
完全坐着，
工 程
最精细的 工作
安装最小部件 （表·电子元件）
12～25
学
︵
精细工作
第
安装收音机、 电视机
25～35（多 为30～32）
20～40 40～60
部分地依靠 视觉辅助手
段
坐着或站着
三 章
中等粗活
印刷机、钻井机、 机床旁工作
50以下
至80
坐着或站着
︶
粗活
包装、粗磨ຫໍສະໝຸດ 50～15030～250
多为站着
振动觉
振幅2.5×10-4mm
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3、知觉的基本特征
安 全
人的知觉一般分为空间知觉，时间知
人
觉，运动知觉与社会知觉等，它们有
机 工
如下共同特征：
程 • 知觉的整体性 （见图3）
学 ︵
• 知觉的理解性 （见图4）
第 三
• 知觉的恒常性
章 • 知觉的选择性 （见图5）
︶
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学 ︵
第 三
周围神经 按功能分
（运 传动 出神 ）经
（支配骨骼肌) 植物性神经
（支配内脏器官）
章
︶
图 2 人的神经系统结构
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5
2、感觉的基本特征
安 全 人
• 感觉可以说是一切知识源泉，是人们认 识世界获得信息的门户，也是各种复杂
机 的高级心理过程（如记忆、思维、想象、
工 程 学
应的知觉就越完整、越正确。