1安全人机工程学第一章课件.ppt
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- 安全 人机 工程学 第一章 课件
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1、安全人机工程1 绪论认识人机工程学 人机工程学是研究人、机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科。自从有人类以来,就开始存在着人机关系。人类的生产、生活、科研各行各业都离不开人机工程学,从筷子到航天飞机都涉及人机工程学。1、生活:衣、食、住(家具、家电、建筑)、行(交通)2、生产学习:办公用品、手工工具、各种装备 3、科学研究及设备课程简介 安全人机工程是从安全的角度和着眼点研究人与机的关系,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。课程内容 安全人机工程学绪论 人机工程学基础(包括人机学参数、人的心理因素及运动输出)作业及人体作业特征 人机功能匹配(人机系统及安全)
2、人机系统的安全设计(包括显示器、控制器、作业姿势设计、作业空间、作业环境设计)人机系统的安全分析与评价课程要求 1、掌握安全人机工程的基本概念、基本理论,领会“人机结合面”的含义。2、掌握人体参数、人的生理、心理及生物力学特性。3、掌握作业时的生理变化、疲劳的机理、测量及改善方法。4、掌握人机功能特性及人机功能分配原则。5、掌握显示器、控制器、作业姿势、作业空间和作业环境的设计要求与设计方法。6、具备对人机系统进行安全设计的初步能力。7、具备对一般人机系统进行安全检查与评价的能力。整个教学过程由课堂授课、自学二个环节组成。授课采用多媒体教学形式。课程教学时间1-9周,总时数34学时 考试时间1
3、1周课程学时分配课程学时分配参考书参考书 撒占友,程卫民撒占友,程卫民安全人机工程学安全人机工程学(教材)中国矿业大学(教材)中国矿业大学出版社出版社 欧阳文昭、廖可兵欧阳文昭、廖可兵安全人机工程学安全人机工程学煤炭工业出版社煤炭工业出版社 李红杰、鲁顺清李红杰、鲁顺清安全人机工程学安全人机工程学中国地质大学出版社中国地质大学出版社 谢庆森、王秉权谢庆森、王秉权安全人机工程学安全人机工程学,天津大学出版社天津大学出版社 丁玉兰丁玉兰人机工程学人机工程学,北京理工大学出版社,北京理工大学出版社 刘东明、孙桂林刘东明、孙桂林安全人机工程学安全人机工程学中国劳动出版社中国劳动出版社 臧吉昌臧吉昌安全
4、人机工程学安全人机工程学化学工业出版社化学工业出版社 石金涛等石金涛等安全人机工程学安全人机工程学上海交通大学出版社上海交通大学出版社第一章绪论 教学要求教学要求 1 1、掌握安全人机工程学的定义;掌握安全人机工、掌握安全人机工程学的定义;掌握安全人机工程学的研究内容;程学的研究内容;2 2、理解人机工程学的、理解人机工程学的 定义;理解安全人机工程定义;理解安全人机工程学的研究目的和研究方法;学的研究目的和研究方法;3 3、了解人机工程学发展的三个阶段及每一个阶段、了解人机工程学发展的三个阶段及每一个阶段学科发展的特点学科发展的特点第一章 概 述 1.1人机工程学 1.2安全人机工程学 1.
5、3安全人机工程学与相关学科的关系 1.4安全人机工程学的学科应用1.1 1.1 人机工程学人机工程学 人机工程学是研究人、机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科。二战二战人机工程学的起源与发展人机工程学的起源与发展 经验人机工程学:经验人机工程学:科学人机工程学:科学人机工程学:现代人机工程学:现代人机工程学:自有人类以来,就开始存在着人机关系人与工具之间的关系。古代没有系统的人机学,但人类所创造的各种器具,从形状的发展变化来看,是符合人机工程学原理的(图1.1);经过漫长的发展阶段,工具由于人的使用和改进,由简单到复杂逐步科学化(图1.2、1.3)。这种实际存在的人与工具的关系问题及其发展
6、,称为经验人机工程学。经验人机工程学研究阶段一直持续到二战之前。古代器物造型 如旧石器时代,石锤、石砧大部分呈直线形状,到了新石器如旧石器时代,石锤、石砧大部分呈直线形状,到了新石器时代石锤、石镰的形状已经更适合人的使用。时代石锤、石镰的形状已经更适合人的使用。旧石器旧石器新石器新石器图图1.1 古代家具 如古代家具就可以很明显地看到人机的理念。而指南车的传动机构,运用了力学知识和反馈原理,与现代人机工程学的原理相吻合。图图1.2 紫檀雕四出紫檀雕四出头官帽椅头官帽椅图图1.3 我国古代的指南车我国古代的指南车经验期中三大实验 从1884年起,在经历工业革命之后,人们所从事的劳动在复杂程度和负
7、荷量上都有了很大变化。改革工具以改善劳动条件和提高劳动效率已经成为一个迫切问题。因此人们开始了对经验人机关系所提出问题的研究,如进行了肌肉疲劳试验、铁锹作业试验、砌砖作业试验等。经验期中三大实验1884年,德国莫索(A AMossoMosso)对人体劳动疲劳进行了试验研究。对作业的人体通以微电流,随着人体疲劳程度的变化,电流也随之变化。这一实验研究为后来的“劳动科学”打下了基础。砌砖作业试验铁锹作业试验肌肉疲劳试验实验经验期中三大实验1898年美国泰勒(F FW WTaylorTaylor)从人机学角度出发,对铁锹的使用效率进行了研究。他用形状相同而铲量分别为5kg、10kg、17kg、和30
8、kg四种铁锹去铲同一堆煤,虽然17kg和30kg的铁锹每次铲量大,但实验结果表明,铲煤量为10kg的铁锹作业效率最高。这就是人机工程学过程中著名的“铁锹作业实验”。该试验是关于体能合理利用的最早科学试验。砌砖作业试验铁锹作业试验肌肉疲劳试验实验经验期中三大实验1911年吉尔伯勒斯(F FB BGilrethGilreth)对美国建筑工人砌砖作业进行了试验研究。他用快速摄影机把工人的砌砖动作拍摄下来,然后对动作进行分析,去掉多余无效动作,把砌砖的基本动作由原来的18个动作减少到4.5个动作(外层砖)或2个(内层砖)最终提高了工作效率,使工人砌砖速度由当时的每小时120块提高到每小时350块。砌砖
9、作业试验铁锹作业试验肌肉疲劳试验实验经验人机工程学孕育期_小结这一时期研究的核心是最大限度地挖掘人的操作这一时期研究的核心是最大限度地挖掘人的操作效率。从对待人机关系这个基本方面考察,总体来看效率。从对待人机关系这个基本方面考察,总体来看是要求是要求人适应于机械设备,即以机械设备为中心进行人适应于机械设备,即以机械设备为中心进行设计;研究的主要目的是选拔与培训操作人员。设计;研究的主要目的是选拔与培训操作人员。这在这在基本学术理论上与现代人机学是南辕北辙,存在对立基本学术理论上与现代人机学是南辕北辙,存在对立的。因此,应该把这段时期的。因此,应该把这段时期看作人机学的孕育期。看作人机学的孕育期
10、。经验人机工程学:经验人机工程学:科学人机工程学:科学人机工程学:现代人机工程学:现代人机工程学:二战时期是人机工程学发展的第二阶段,即人与二战时期是人机工程学发展的第二阶段,即人与机械的关系问题,也是人机工程学的创建期。这机械的关系问题,也是人机工程学的创建期。这个时期一直持续到个时期一直持续到20世纪世纪50年代末。年代末。二战期间,许多国家大力发展效能高、威力大的二战期间,许多国家大力发展效能高、威力大的新式武器。但由于忽视了设计中新式武器。但由于忽视了设计中“人的因素人的因素”而而导致导致误操作误操作而失败的教训屡见不鲜而失败的教训屡见不鲜(图(图1.4)。失败的教训使人们逐步认识到失
11、败的教训使人们逐步认识到“人的因素人的因素”在设在设计中是不能忽视的一个重要条件计中是不能忽视的一个重要条件,要设计好一个,要设计好一个高效能的装备,不仅要有工程技术知识,还必须高效能的装备,不仅要有工程技术知识,还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。这种情况下,人机学诞生。科方面的知识。这种情况下,人机学诞生。人机工程学的起源与发展人机工程学的起源与发展飞机座舱和仪表位置图图1.4 设备设计中人的因素工程设备设计中人的因素工程由于战斗机中座舱及仪表位置设计由于战斗机中座舱及仪表位置设计不当,造成飞行员误读仪表和误用不当,造成飞
12、行员误读仪表和误用操纵器而导致意外事故,或由于操操纵器而导致意外事故,或由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理作复杂、不灵活和不符合人的生理尺寸而造成战斗命中率低等现象经尺寸而造成战斗命中率低等现象经常发生。常发生。为了使所设计的武器能够符合战士为了使所设计的武器能够符合战士的生理特点,武器设计工程师不得的生理特点,武器设计工程师不得不把解剖学家、生理学家和心理学不把解剖学家、生理学家和心理学家请去为设计操纵合理的武器而出家请去为设计操纵合理的武器而出谋献策,结果收到了良好的效果。谋献策,结果收到了良好的效果。军事领域中对军事领域中对“人的因素人的因素”的研究的研究和应用,使人机工程学应运而生。
13、和应用,使人机工程学应运而生。P-51野马战斗机机舱野马战斗机机舱内部内部科学人机工程学科学人机工程学 创建创建期期_小结小结与人机学的孕育期对比,学科思想至此完与人机学的孕育期对比,学科思想至此完成了一次重大的转变:成了一次重大的转变:从以机器为中心转变为从以机器为中心转变为以人为中心,强调机器的设计应适合人的因素。以人为中心,强调机器的设计应适合人的因素。1.2 人机工程学的起源与发展人机工程学的起源与发展 经验人机工程学:经验人机工程学:科学人机工程学:科学人机工程学:现代人机工程学:现代人机工程学:到了到了20世纪世纪60年代,欧美各国进入了大规模年代,欧美各国进入了大规模的经济发展时
14、期,这一时期,由于科学技术的经济发展时期,这一时期,由于科学技术的进步,使人机工程学获得了更多的应用和的进步,使人机工程学获得了更多的应用和发展机会发展机会(图(图1.5);同时,由于控制论、信;同时,由于控制论、信息论、系统论和人体科学等理论的建立,应息论、系统论和人体科学等理论的建立,应用新理论进行人机系统的研究便应运而生,用新理论进行人机系统的研究便应运而生,从而使人际工程学日趋成熟。从而使人际工程学日趋成熟。可以说:人机工程学起源于欧洲,发展于美国,成熟于日本。现代人机工程学现代人机工程学 成熟期成熟期 与人机学建立之初强调与人机学建立之初强调“机器设计必须适合人机器设计必须适合人的因
15、素的因素”不同,不同,IEA的定义阐明的观念是人机的定义阐明的观念是人机(以及环境以及环境)系统的优化,人与机器应该互相适应、系统的优化,人与机器应该互相适应、人机之间应该合理分工。达到人机之间应该合理分工。达到“机宜人机宜人”和和“人适机人适机”,人机相互适应。,人机相互适应。人机学的理论至人机学的理论至此趋于成熟。此趋于成熟。1995年年9月创建学会会刊月创建学会会刊人类工效学人类工效学 90年代北京航空航天大学首先成立人机工程博士点,多所高年代北京航空航天大学首先成立人机工程博士点,多所高校先后成立人机工程专业校先后成立人机工程专业学科名称 英国:莫瑞尔于1949年提出“Ergonomi
16、cs”词,由希腊词根“ergon”(工作、劳动)和“nomos”(规律、规则)复合而成,含义是“人出力正常化”或“人的工作规律”。美国:Human Engineering、Human Factors Engineering(人因工程学)日本:人间工学 中国:人机工程学在1970年代末才在我国兴起,采用“人类工效学”对外交流。由于该学科主要被用于协调产品与人的关系,因而,普遍采用人机工程学这一名称。常见的名称还有:人类工程学、工程心理学、宜人学等。人机工程学的命名及定义 本书作为安全工程专业的本科教材,突出基础性和实践性,从该学科的研究目的出发,以“机宜人,人适机”的设计原则为着眼点,关注的是工
17、作、生产等物理系统中人机安全匹配问题,采用“人机工程学”的名称。英文名为“man-machine-engineering”。2000年年国际人类工效学学会(IEA)定义:定义:人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素,研究人和机器及环境相互作用,研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。2008年年IEA理事会修改定义为:理事会修改定义为:研究系统中人和系统其他元素之间的相互作用的一门学科,其目的是使人在系统中工作、生活的舒适性与系统总的绩效达到最优。人机工程学的命名及定义 中国学者一般认为:人机工程学是在以人为本的思
18、想指导下,综合考虑人的心理、生理及能力和需求等因素,研究系统中人、机械、环境相互间的合理关系,依据设备或工具的功能和要求进行人机系统的设计和研究,以保证人们安全、健康、舒适地工作,并取得满意的工作效果的一门科学。人机工程学的命名及定义“以人为本”是指以人的生活条件来分析和解决与人相关的一切问题,其核心内容就是尊重人,尊重人的特性和人的本质,把人作为手段与目的的统一人机工程学的研究内容人机工程学的研究内容 人机工程学的研究对象是人机系统,即人机各自的特性、功能和其相互作用及总体功能。研究任务是:解决人与机的关系,改善机械设备发出的信号信息,使人易于辨识,改善机械设备的控制装置,使人易于控制,排除
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