安全人机工程 (1)

第一章概论人机工程学是一门研究人体与外界事物（机械、工作环境等）联系的交叉技术科学。

人机工程学是运用生理学、心理学、生物力学和其它有关学科知识，使机器与人相互适应，创造舒适安全的环境条件，从而提高工效的一门科学。

人机工程学的起源与发展：“起源于欧洲，形成于美国”发展：萌芽初始阶段（经验人机工程学）：学科发展特点：机械设计着眼于力学、电学、热力学等工程技术方面的优选上，在人机关系上重视以选择和培训操作为主，使人适应机器。

成长阶段（科学人机工程学）：学科研究重视人的因素，其范畴已超出心理学研究范畴，许多生理学家、工程技术专家投身其中，力求机器适应人。

发展阶段（现代人机工程学）：着眼于机械设备的设计，使之不超越人的界限，重视通过实验研究改进，力使各学科交流合作。

安全人机工程学就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学科。

研究对象：人机系统研究内容：人的因素，机的因素，环境的因素，人机系统的综合研究，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。

人机系统分类：自动化程度，有无反馈人机系统作用：信息输入（接受信息），信息处理（判断、决策），执行，反馈“SHEL模型”：系统界面的优劣取决于系统要素间的匹配程度，表现为信息交换的准确、及时、有效。

元素（人）—软件、硬件、环境、生命件第二章人体参数及测量基本术语：基本姿势：立姿，坐姿测量基准面：人体测量要依据基准面和运动轴来描述。

人体测量基准面由三个互相垂直的轴（铅垂轴、纵轴、横轴）来决定：矢状面，正中矢状面，冠状面，水平面，眼耳平面（法兰克福平面）人体尺寸测量分类：静态尺寸（人体结构尺寸）用来设计工作区间大小。

动态尺寸（人体功能尺寸）通常是测量不同姿势时手、脚活动范围及各关节能达到的距离和能转到的角度。

人体体积：V=1.015W-4.937(升) 人体表面积：Stevenson算法S=0.0061H+0.0128W-0.1529百分位数和适应度：)(ksxx⋅+=α人体测量数据的应用原则：1.考虑数据的差异性（人种、区域、性别、年龄等）2.使用最新的数据3.功能修正与最小心理空间相结合（例）4.百分位的选择。

百分位的选择:1.不涉及使用者健康安全时,选第5、95百分位，可调性原则2．涉及使用者安全和增加事故危险时，选第1、99百分位3．平均准则第三章人的生理和心理及人体生物力学特性视力：分辨物体的最大能力。

大小等于视角的倒数：视野：头部固定不动时所能看到的正前方空间范围。

视距：人在操作系统中正常的观察距离。

一般操作视距范围为38～76cm。

58cm处最佳。

人耳的可听范围：取决于声音的频率。

正常可听范围16～20000HZ，对1000HZ感受性最强。

声压：声音强弱的物理量。

原理声音频率为1000HZ时，人的反应时间与运动器官、刺激性质、执行器官、刺激数目、颜色配合、年龄有关影响人处理信息的因素：神经活动规律、动机与积极性、学习训练、疲劳、大脑所处意识水平、年龄生物节律：1.高频生物钟：短周期生物钟2.中频生物钟：昼夜生物钟（时差）3.低频生物钟：长周期生物钟心理学是研究人的心理现象的科学，从人的心理过程和人的个性心理特征两方面来研究人的心理特性，揭示心理活动的规律性。

注意—心理活动对一定对象的指向性和集中。

分类：无意注意：由客体自己的特点而产生的注意。

有意注意：由活动条件引起的主体意识控制下的注意。

注意特性：注意范围，注意选择性，注意持久性。

引起不注意的原因：强烈的无关刺激干扰、注意对象欠佳、注意起伏、意识水平下降，导致注意分散。

情绪是对客观事物所持态度的体验（包括喜怒哀乐），是有情景性和短暂性的，情消失情绪也会减弱或消失。

气质是一个人生来就有的心理活动的动力特征。

心理活动的动力指心理过程的程度（情绪强弱、努力程度）、心理过程的速度和稳定性（思维的灵活、注意力的集中等）以及心理活动的指向性（外向、内向）。

气质类型：胆汁质，多血质，黏液质，抑郁质非理智行为的心理因素：侥幸心理（明知故犯），省能心理，逆反心理，凑合心理，从众心理，精神文明。

四肢力分布：肢体所能发挥的力量除与人体肌肉的生理特征（肌纤维的收缩力、肌纤维的数量体积）外，还与施力姿势、施力部位、施力方式、施力方向有关。

人活动的速度和准确度：1动作速度：动作速度取决于肢体的收缩速度和动作方向、动作轨迹，2动作频率，3灵活性疲劳产生原因：工作条件（劳动制度、生产组织不合理、机器设备条件差、不合理、工作环境差）；作业者自身因素（劳动技能不熟练、劳动效果不佳引起心理疲劳、劳动者身体素质、劳动者本人的思维方式、行为方式）疲劳改善及消：合理设计作业方式、提高作业机械化、自动化、加强科学管理，改进工作制度、开展技术教育、培训。

第四章人机功能匹配人优于机器的功能：1)感知方面。

有多个感观系统。

图像识别方面。

2)具有抽象归纳能力。

总结归纳，推陈出新，发明创造。

3)具有高度灵活性和可塑性。

能随机应变处理突发事件。

4)人具有能动性。

机器优于人的功能：1) 感受能力比人高。

超声、微波、电磁波等。

2)操作方面。

准确、平稳、快速。

3)持久性。

连续长期的进行单调工作。

4)可同时高质量完成几个操作。

5)可在恶劣环境下工作。

人机功能匹配含义：1.合理分配人机功能，根据两者特性比较，取长补短。

2.实现人机相互配合，人机模型配合，自动化中的人机配合，其他驾驶员操作模型：人机系统分析方法：1、建立描述驾驶员驾驶飞机过程的近似数学模型，将其与飞机组成闭环系统进行分析。

2、建立模拟器，由驾驶员模拟实际操作的结果驾驶员操纵飞机的行为特性：1、反应时间延迟特性（采样特性）2、时迟和导前特性3、频率特性4、噪声特性5、有限的运算特性6、非线性人机功能分配原则：1.比较分配原则（特性比较）2.剩余分配原则3.经济分配原则4.宜人原则5.弹性分配第五章人机系统的安全设计视觉显示器：数字显示器；模拟显示器；其他：信号灯、荧光屏听觉显示器：铃声、哨笛、蜂鸣器嗅觉显示器：嗅敏仪、电子鼻触觉显示器：电刺激；机械振动；喷气刺激功能：定量显示；定性显示；警告性显示。

设计选择原则：1) 显示信息有较好的可觉察性、可辨性(人体测量场所)2)考虑人接受信息能力的特性（方式选择及多种编码）3)统一编码标准4)保证在特定作业环境中，信息显示5)传达的信息数量不宜过多（次要信息不要过多）6)显示信息的量值要有足够的精度和可靠度7)显示信息变化时，其方向和幅度与信息变化趋势相同8)同种类信息按照同样方式传递9)布局模拟显示器(用刻度和指针显示)：刻度盘、刻度、指针、标注、颜色刻度盘形式：开窗式、圆形、半圆形、垂直带式、水平带式显示器布局：1)布局形式：直线、弧形、弯折形2)如果显示器很多，根据显示器板面最佳认读范围，将板面划区(机舱和管制)。

控制器的选择原则：1、快速而精确度高的操作一般采用手控或指控装置2、手控制器应安排在肘和肩高度之间且容易看到触及的位置3、紧急制动的控制器应尽量与其他控制控制器有明显区别4、控制器的类型及方式应尽可能适合人的操作特性控制器的操作误差：1.置换误差，原因：不同功用的控制器位置安排不当或标识不明显 2.调节误差，原因：调节控制器时位置不好掌握3.逆转误差，原因：控制器的运动方向与不合人的操作习惯，与机器的显示、运转方向缺乏逻辑联系4.无意的错误操作，原因：操作感不强、位置设置不合理等。

控制器设计考虑的因素：1)控制信息的反馈：光显示、音响显示、振动变化、操纵阻力、设定档次2)控制器的适宜用力3) 控制器上手或脚的使用部位尺寸和结构4)控制器的运动与人的操作习惯一致5)控制器的特征编码控制器编码一般有5种方式：形状、大小、位置、颜色、文字符号编码。

在重要的控制器设计中必须有强制性编码！作业环境：1照明2颜色3振动4噪声按照安全防护方式分类：1隔离防护装置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安全防护装置安全防护装置的设计原则：1安全可靠原则2与机械装备配套设计原则类比建设工程3简单、经济、方便原则4自组织的设计原则民航中的人为因素解决人的因素问题进展缓慢的原因分析：1)对人的因素认识和理解有限。

关注内容：发生了什么。

关注对象：运行人员2)缺乏理论与实际相结合的人的因素调查分析框架(只是定性结论)3)缺乏人的因素知识专家的帮助4)组织工作不落实要实现从个人到组织的转移，重视决策层。

SHEL模型：有助于数据收集任务的完成，已被广泛用于事故调查。

有些国家已按照此模型做成检查单，作为查找人的因素差错、缺陷的工具。

Reason（瑞士奶酪）模型：有效的人的差错起源分析方法。

真正意义在于使检查员关注事故因果链中的潜在原因。

组织因素：资源管理；组织氛围；运行过程。

不安全的监督：监督不充分；运行计划不适当；没有任何纠正措施；监督违规。

不安全行为的前提：操纵者低于标准的条件（精神状态差；生理状态差；身体/精神限制）；操纵者低于标准的做法（资源管理不善；个人的准备状态）。

不安全行为：差错（决策差错；技能差错；认知差错）；违规（习惯性的；偶然性的）。

机组资源管理：有效地利用所有可用资源－硬件、软件和人员来达到安全和有效地飞行操作。

CRM技能1）沟通和决策管理；包括：询问、沟通、评论、解决冲突2）工作负荷管理和处境意识；包括：工作计划指定、保持对操作环境的意识、预料偶发；处境意识：也叫情景意识，是影响飞行安全的内部和外在；条件的主动意识。

包括对现在、过去和未来可能影响飞行；工作能力的偶发事件的认识。

飞行错觉：飞行员在驾驶飞机时对飞行中的状态位置和运动所产生的错误知觉。

3训练程序：理论学习，实践（仿真），反馈，强化(复习)4训练方法：讲座，训练录像带，研讨，示范，模拟等判断决策过程：询问-辩护-解决冲突-评论DECIDE模型：Detect觉察-Estimate估计（对情况进行分析）-Choose选择-Identify鉴别（所选方案进行的风险性分析）-Do行动-Evalute评价（行动结果）驾驶舱内的6种决断：[选择单一]1）进行/中止决断：时间紧迫，有明确的界定。

如：中断起飞，进近中的复飞：2）识别－预案决断：基于条件－行动规则。

驾驶员对情况作判断，若符合则按照程序处置。

如：TCAS交通警戒信息；[多种选择]3）行动选择决断：情况复杂，有种选择预案。

如：由于天气变化，选择备降机场，考虑天气、仪表着陆系统、燃油等4）资源管理决断：安排、分配任务问题不清楚5）应急程序决断：飞行中，由于线索模糊飞行员搞不清楚到底是什么问题。

来不及诊断，带着问题做紧急处理。

6）解决问题决断：遇到特殊问题，相关手册、检查单上查不到。

创造性解决。

空中交通管理中的人为因素：1、处境意识2、注意力分配3、疲劳（轮班）4、信息传送、沟通4、人机界面5、工作场所：管制席位设计；席位（双岗制至少两个席位：管制员、协调员）；距离6、选拔与培训7、班组资源管理航空器维修中的人的因素：1、维修中人为错误特征：隐蔽性：原因不确定性(除非重大事故，一般归为维修与检查缺陷)2、MEDA（maintenance errordecision aid）程序：决策（公司政策、安全文化）；分支管理（授权、计划）；预先条件（设施）；生产活动防错措施（检查单）；防错措施（功能性测试、检查单）。