安全人机工程学(赵江平)章课件3.ppt
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- 安全 人机 工程学 赵江平 课件
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1、1第 3 章 人 的 特 征3.1 人体测量3.2 人的生理特征3.3 人的心理特征第3章 人 的 特 征2第 3 章 人 的 特 征3.1 人 体 测 量人体测量是一门新兴的学科,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,从而为各种安全设计、工业设计和工程设计提供人体测量数据。3第 3 章 人 的 特 征3.1.1 人体尺度数据的测量人体尺度是产品体量和空间环境设计的基础依据,合理的设计首先要符合人的形态和尺寸,使人感到方便和舒适。人体尺度可分为构造尺寸和功能尺寸。构造尺寸是指静态的人体尺寸,它是人体处于固定的标准状态下测量的。4第 3 章
2、人 的 特 征图3-1 人体主要部位5第 3 章 人 的 特 征6第 3 章 人 的 特 征图3-2 立姿人体部位7第 3 章 人 的 特 征8第 3 章 人 的 特 征图3-3 坐姿人体部位9第 3 章 人 的 特 征10第 3 章 人 的 特 征图3-4 人体水平部位11第 3 章 人 的 特 征12第 3 章 人 的 特 征图3-5 人体头部部位13第 3 章 人 的 特 征14第 3 章 人 的 特 征图3-6 人体手部部位15第 3 章 人 的 特 征16第 3 章 人 的 特 征图3-7 人体足部部位17第 3 章 人 的 特 征18第 3 章 人 的 特 征3.1.2 人体尺度数
3、据的应用人体尺度受很多因素的影响,所以个人与个人、群体与群体之间存在很多差异,包括种族差异、世代差异等。在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量,因而可根据概率论和数理统计理论对测量数据进行统计分析,从而获知所需群体尺寸的统计规律和特征参数。19第 3 章 人 的 特 征1运用准则在运用人体测量数据进行设计时,应遵循以下几个准则:1)最大最小准则2)可调性准则3)平均准则20第 3 章 人 的 特 征21第 3 章 人 的 特 征4)使用最新人体数据准则所有国家的人体尺度都会随着年代、社会经济的变化而不同。因此,应使用最新的人体数据进行设计。5)地域性准则一个国家的人体参数与地理区域分布、
4、民族等因素有关,设计时必须考虑产品使用区域和民族分布等因素。22第 3 章 人 的 特 征6)功能修正与最小心理空间相结合准则有关国家标准公布人体数据是在裸体或穿单薄内衣的条件下测得的,且测量时不穿鞋。而设计中所涉及的人体尺度是在穿衣服、穿鞋甚至戴帽条件下的人体尺寸。因此,在考虑有关人体尺寸时,必须给衣服、鞋、帽留下适当的余量。于是,产品的最小功能尺寸可由下式确定:(3-1)23第 3 章 人 的 特 征24第 3 章 人 的 特 征另外,为了避免人们在心理上产生“空间压抑感”、“高度恐惧感”等心理感受,或者为了满足人们“求美”、“求奇”等心理需求,在产品最小功能尺寸上附加一项增量,称为心理修
5、正量。如在护栏高度设计时,对于30005000 mm高的工作平台,只要栏杆高度略为高过人体重心,就不会发生因人体重心高所致的跌落事故,但对于高度更高的平台来说,操作者在这样高的平台栏杆时,因恐惧心理而导致足部发“酸、软”,手掌心和腋下出“冷汗”,患恐高症的人甚至会晕倒,因此只有将栏杆高度进一步加高才能克服上述心理障碍。这项附加的加高量便属于“心理修正量”。考虑了心理修正量的产品功能尺寸称为最佳功能尺寸:Sopm=Sa+f+p (3-2)25第 3 章 人 的 特 征例3-1 由于巷道高3.5 m,软分层又发育在2.83.1 m之间,如图3-8所示,为了在软分层中进行预测预报(效检)工作,必须在
6、巷道前方留一个台阶,而合理的台阶高度应在充分考虑安全人机的前题下进行设计。26第 3 章 人 的 特 征图3-8 打钻台阶高度预测示意图27第 3 章 人 的 特 征解 根据人体数据运用准则应选用中国男子立姿肘高第99百分位数和肩高第99百分位数为基本参数,由表3-2可知,两者分别为Sa1=1.13 m,Sa2=1.49 m。功能修正量主要考虑鞋根高的修正量,一般为1.02.5 cm,取1.0 cm。心理修正量主要考虑预测员肘部和手臂的活动取10.0 cm。综上考虑,预测员的合理打钻高度应为28第 3 章 人 的 特 征那么,合理的台阶高度就应为29第 3 章 人 的 特 征7)标准化准则使用
7、标准数据可以使设计规范化,简化设计工作、生产工艺,提高零部件的互换性。8)姿势与身材相关联准则劳动姿势与身材大小要综合考虑、不能分开。如坐姿或蹲姿的宽度设计要比立姿的大。30第 3 章 人 的 特 征9)合理选择百分位和适用度准则设计目标不同,选用的百分位和适应度也不同。常见设计人体数据百分位选择归纳如下:(1)间距类设计:一般取较高百分位数据,常取第95百分位的人体数据。(2)净空高度类设计:一般取高百分位数据,常取第99百分位的人体数据以尽可能适应100%的人。(3)属于可及距离类设计:一般应使用低百分位数据。如涉及伸手够物、立姿侧向手握距离、坐姿垂直手握高度等涉及皆属此类问题。31第 3
8、 章 人 的 特 征(4)座面高度类设计:一般取低百分位数据,常取第5百分位的人体数据。原因是座面太高,大腿会受压使人感到不舒服。(5)隔断类设计:如果设计目的是为了保证隔断后面人的秘密性,应使用第95或更高百分位数据;反之,如果是为了监视隔断后的情况,则应使用低百分位(第5百分位或更低百分位)数据。(6)公共场所工作台面高度类设计:如果没有特别的作业要求,一般以肘部高度数据为依据,百分位常取从女子第5百分位(88.9 cm)到男子第95百分位(111.8 cm)数据。32第 3 章 人 的 特 征2人体测量数据选用的注意事项设计和确定作业空间尺寸的根据,必须保证至少90%的用户的适应性、兼容
9、性、操作性和维护性,即人体主要尺寸的设计极限应根据第5至95百分位数的值确定。必须适应或允许身体某些部分通过的空间尺寸(如通道、出入口、防触及危险部位的安全距离等),应以第95百分位的值作为适用的人体尺寸。有限度的或受身体延伸所限制的空间尺寸(如抓握物体的可及距离、控制器的位移、显示器与测试点位置、安全防护罩上的空隙等),应以第5百分位的值作为适用的人体尺寸。33第 3 章 人 的 特 征可调整的尺寸(如高度可调的坐椅、工作台、控制器、安全带等)应以第5百分位至第95百分位的人体尺寸范围作为高速范围适用的人体尺寸;当只能用一种中等尺寸供群体使用时(如墙壁上的开关高度、门上把手尺寸等),应以第5
10、0百分位数作为适用的人体尺寸。明确尺寸的适用范围,如适用的国家、地区、民族、年龄、性别、职业及社会阶层等;否则,盲目选用,设计出的产品适用性较差。34第 3 章 人 的 特 征人体测量数据应用应注意人体尺寸的变化。一方面从事某种工作的劳动人群的身材有变化时,其最佳适应尺寸也应随之改变;另一方面,世界各国人体身高有增加的趋势,近20年来,世界各国人体的身高平均每10年增加1 cm,我国的人体身高增加更快,因此,在收集或选用人体尺寸资料时,应注意这种现象。35第 3 章 人 的 特 征3.人体尺度在工程设计中的应用(1)满足度:满足度是产品设计尺寸满足特定使用者群体的百分率。也就是说从人体工程学角
11、度看,所设计的产品适合多少人。(2)产品尺寸设计任务的分类:型产品尺寸设计(就是上面已介绍的可调准则):型产品尺寸设计(最大最小准则):36第 3 章 人 的 特 征4.人体尺寸的应用方法和程序1)确定所设计对象的类型和适应度涉及人体尺寸的设计、确定设计对象的功能尺寸的主要依据是人体尺寸百分位数,而人体百分位数的选用又与设计对象的类型密切相关。37第 3 章 人 的 特 征38第 3 章 人 的 特 征2)选择人体尺寸百分位数对表3-10中尺寸设计类型,又按产品的重要程度分为涉及人的安全、健康的产品和一般用途两个等级。在确认所设计的产品类型及其等级之后,选择人体尺寸百分位数的依据是适用度。人机
12、工程学设计中的适用度,是指所设计产品在尺寸上能满足多少人使用,通常以适合使用的人数占使用者群体的百分比表示。产品尺寸设计的类型、等级、适用度与人体尺寸百分位数的关系参见表3-10和人体数据运用准则。39第 3 章 人 的 特 征5.确定产品的功能尺寸例3-2 试合理确定适用于中国男人使用的固定座椅座面高度。解 确定座椅座面高度属于一般用途设计。根据人体数据运用准则,座椅座面高度应取第5百分位的“小腿加足高”人体数据Sa=38.3 cm为基本设计数据,以防大腿下面承受压力引起疲劳和不舒适。功能修正主要应考虑两方面:一是鞋跟高的修正量,一般为2.53.8 cm,取2.5 cm;另一方面是着装(裤厚
13、)修正量,一般为0.3 cm。即f=2.5+0.3=2.8 cm。由公式(3-2)可得固定座椅座面高度的合理值应为40第 3 章 人 的 特 征6.人体身高在设计中的应用方法为了简化设计,并实现人机系统操作方便、舒适宜人,各种工作面的高度、建筑室内通道空间高度、设备及家具高度,如操纵台、仪表盘,操纵件的安装高度以及用具的设置高度等,常根据人的身高来概算确定。41第 3 章 人 的 特 征图3-9 以身高H为基准的设备和用具尺寸概算图42第 3 章 人 的 特 征43第 3 章 人 的 特 征44第 3 章 人 的 特 征3.1.3 人体模板根据人体尺度进行人机工程设计和检测时,经常使用人体模板
14、。人体模板是根据标准人体尺寸,按照1:1、1:5或其他实际需要的比例,用塑料板等材料制成的各关节均可活动的裸体穿鞋二维人体模型。人体模板设计和使用要求(GB/T 157591995)标准提供了设计用人体外形模板的尺寸数据和图样,成套的标准人体模板也已作为一种设计的辅助工具出售。坐姿人体模板功能设计要求(GB/T 147791993)标准规定了三种身高等级的成年人坐姿模板的功能设计基本条件:功能尺寸、关节功能活动角度和使用条件。目前在美国、德国、日本等国家,人体模板作为一种有效的辅助设计手段,已被广泛应用于人机系统设计中,如图3-10所示。45第 3 章 人 的 特 征图3-10 人体模板(a)
15、人体模板示意图;(b)人体模板侧视图(S)46第 3 章 人 的 特 征图3-11 虚拟人系统IACK47第 3 章 人 的 特 征 3.2 人的生理特征3.2.1 神经系统的组成及其功能全身各器官、系统都是在神经系统的统一控制和调节下,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对平衡。人体神经系统分为两个部分。一部分是中枢神经,它由脑和脊髓组成;另一部分是周围神经。其具体组成如图3-12所示。48第 3 章 人 的 特 征图3-12 人体神经系统图49第 3 章 人 的 特 征图3-13 人机系统50第 3 章 人 的 特 征3.2.2 感觉和知觉1.感觉感觉是人脑对直接作用于
16、感觉器官的事物个别属性的反映,感觉是人们了解外部世界的渠道,也是一切复杂心理活动的基础和前提。51第 3 章 人 的 特 征感觉量(心理量)E和刺激量R之间有下列对数关系:E=klgR (3-3)其中,k为常数。该式称为Weber-Fechner定律(韦伯-费其诺定律)。52第 3 章 人 的 特 征2.感觉的基本特性1)适宜刺激外部环境中有许多物质的能量形式,人体的一种感觉器官只对一种能量形式的刺激特别敏感,能引起感觉器官有效反应的刺激称为该感觉器官的适宜刺激。如眼的适宜刺激为可见光,而耳的适宜刺激则为一定频率范围的声波,如表3-12所示。53第 3 章 人 的 特 征54第 3 章 人 的
17、 特 征2)感受性和感觉(感受)阈限(1)绝对感受性和绝对感受阈限:产生感觉需要有达到一定强度的适宜刺激。刚刚能引起感觉的最小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。绝对感受性与绝对感觉阈限值成反比,即引起感觉所需要的刺激量越小也就是绝对感觉阈限的下限值越低,绝对感受性就越高,感觉越敏锐。若刺激量过大,超过了正常限度,将使感觉消失而引起痛觉,甚至造成感官的损伤。55第 3 章 人 的 特 征(2)差别感受性和差别感觉阈限:当两个不同强度的同类型刺激同时或先后作用于某一感觉器官时,它们在强度上的差别必须达到一定程度,才能引起人的差别感觉。差别感觉阈限为刚刚能引起差别感
18、觉的刺激之间的最小差别量,对最小差别量的感受能力则为差别感受性,两者成反比关系。56第 3 章 人 的 特 征(3)感受性应用。人的各种感觉器官感受能力的发展是不平衡的,而不同的职业又有各自不同方面的感受能力,如对音乐工作者,要求其具有较高的听觉分辨能力;对美术工作者及其某些行业的检验人员,要求其具有较高的视觉颜色分辨能力;而对自动化系统的监控人员,则要求视觉和听觉都有较高的感受性。57第 3 章 人 的 特 征3)感觉的适应在同一刺激物的持续作用下,人的感受性发生变化的过程称为感觉的适应。这种适应现象,除痛觉外,几乎在所有感觉中都存在,但适应的表现和速度是不同的。除暗适应外,其余各种感觉适应
19、大都表现为感受性逐渐下降乃至消失。58第 3 章 人 的 特 征4)相互作用相互作用是指在一定的条件下,各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将受到其他刺激的干扰影响而降低,由此使感受性发生变化的现象。5)对比对比是指同一感受器官接受两种完全不同但属于同一类的刺激物的作用,而使感受性发生变化的现象。对比又分为同时对比(彩色对比、无彩色对比)、继时对比。6)余觉余觉是指在刺激取消后,感觉可存在一极短时间的现象。59第 3 章 人 的 特 征3.知觉及知觉的基本特性1)知觉的整体性把知觉对象的各种属性、各个部分认识看成一个具有一定结构的有机整体,这种特性称为知觉的整体性。2)知觉的理解性根据已有的知
20、识经验去理解当前的感知对象,这种特性称为知觉的理解性。由于人们的知识经验不同,因此对知觉对象的理解也会有不同,与知觉对象有关的知识经验越丰富,对知觉对象的理解也就越深刻。如图3-14所示。60第 3 章 人 的 特 征图3-14 知觉理解性61第 3 章 人 的 特 征3)知觉的选择性影响知觉选择性的因素:(1)对象和背景的差别。知觉对象与背景之间的差别越大,对象越容易从背景中区分出来。(2)运动的对象。在固定不变或相对静止的背景上,运动着的对象最容易成为知觉对象,如在荧光屏上显示的变化着的曲线。(3)人的主观因素。若任务、目的、知识、兴趣、情绪不同,则选择的知觉对象也不同。62第 3 章 人
21、 的 特 征4)知觉的恒常性人们总是根据已往的印象、知识、经验去知觉当前的知觉对象,当知觉的条件在一定范围内改变时,知觉对象仍然保持相对不变,这种特性称为知觉的恒常性。(1)大小恒常性:在天空中飞行的飞机,在视网膜中的映像是近大远小,但在知觉中它的大小是不变的。(2)形状恒常性:开启了不同角度的门。(3)明度、颜色恒常性:儿童画册中的太阳。63第 3 章 人 的 特 征4.感觉和知觉的关系和区别从知觉的过程得知,客观事物是首先被感觉,然后才能进一步被知觉,所以知觉是在感觉的基础上产生的,感觉的事物个别属性越丰富、越精确,对事物的知觉也就越完整、越正确。感觉和知觉都是客观事物直接作用于感觉器官而
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