人因工程.docx

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人因工程

复习提纲

1、人因工程学的定义和发展历程。

人因工程学是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与机械、人与环境以及机械与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、安全、舒适，人-机-环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的科学。

人因工程学可以简单定义为：

按照人的特性设计和改善人--机--环境系统的科学。

一、20世纪初期—萌芽阶段

20世纪初，虽然已孕育着人因工程学的思想萌芽，但人机关系总的特点是以机器为中心，通过选拔和培训使人去适应机器。

由于机器进步很快，使人难以适应因此大量存在着伤害人身心的问题。

时代特点：

以机械为中心进行设计，通过选择和培训操作者，使人适应机器。

2、二战后—正式形成时期

●1945年美国军方成立工程心理实验室；

●1949年第一个人因工程研究小组在英国成立，第一本有关人因的书《应用经验心理学—工程设计中人的因素》出版；

●1950年英国成立了第一个人类工效学会；

●1960年国际人类工效学协会（IEA）成立，该组织为推动各国的人因工程发展起到了重要作用。

时代特点：

重视工业与工程设计中“人的因素”，力求使机器适应人。

三、20世纪70年代以后—飞速发展阶段

一系列灾难使人们认识到人因工程学的重要性：

●1979年ThreeMile岛上的核电站事故；

●1984年12月4日UnionCarbide杀虫剂工厂有毒物质泄漏，造成震惊世界的博帕尔惨案；

●1986年美国挑战者号航天飞机失事；

●1986年苏联Chernobyl核电站事故；

时代特点：

建立和谐的人--机-环境系统

四、二十一世纪的人因工程学

●尖端技术领域中的人因工程学：

飞机驾驶舱的设计，脑力负荷的测量，系统评价，核电站控制室的设计，人在太空中的工作、生活等问题。

●计算机科学中的人因工程学：

屏幕显示的设计，键盘的设计，操作系统的评论，计算机工作地的布置，说话式输入输出的效果等。

●生产制造和其他领域的人因工程学：

人体测量数据的应用，特殊人群的产品设计，工作环境，劳动保护与安全，事故中人的因素的调查等。

五、人因工程在中国的发展:

●1982年在日本东京举行第八次国际人因工程会议，我国第一次派人参加。

国际标准化组织（ISO）1975年成立了国际人因工程标准委员会。

●1980年我国相应成立中国人类工效学标准技术委员会。

●1989年成立中国人类工效学学会。

●1991年1月成为国际人类工效学协会正式成员。

2、人的视觉功能（视角、视力、视觉适应）。

视觉器官是人视觉器官是人体感受光刺激的结构，能感受光波的刺激，经视神经传导至大脑皮质视觉中枢而引起视觉。

视觉的形成过程：

我们可以看到整个周围的世界，这是环境中光线进入眼睛的结果。

眼睛弯曲的外表面（角膜）以及晶状体使光线发生折射，从而使原来物体的影像以光点的形式投影到视网膜上，这样，就在视网膜上产生了一个上下倒置的比原物体较小的图像，视网膜将此消息送至脑，脑再通过对这一图像的处理，最终产生我们所看到的图像。

1、视角：

视角是由瞳孔中心到被观察物体两端所张开的角度。

眼睛能分辨被看物体最近两点光线投入眼球时的交角，称为最小视角。

在设计中，视角是确定设计对象尺寸大小的依据。

2、视力：

视力是眼睛分辨物体细节能力的一个生理尺度，用最小视角的倒数来表示，即：

●认清物体形状的视力为中心视力。

●视力为1.0（或5.0），即视力正常，此时的最小视角为1分视角，若视力下降，则最小视角值增大。

●视网膜周边部分所能感受到的范围为周边视力。

●在暗环境中辨别物体形状的视力为夜视力。

●两只眼睛中所形成的物象，融合为双眼单视后，可用以辨别物体高低、深浅、远近、大小，这种辨别物体立体位置的视力为立体视力。

3、视觉的适应：

视觉适应是人眼随视觉环境中光量变化而感受性发生变化的过程。

视觉适应分为暗适应和明适应。

●暗适应：

人由明亮的环境转入暗环境，在暗环境中视网膜上的视杆细胞感受光的刺激，使视觉感受性逐步提高的过程称为暗适应。

暗适应过程的时间较长，最初5分钟，适应的速度很快，以后逐渐减慢。

获得80%的暗适应约需25分钟，完全适应则需1小时。

人在暗环境中可以看到大的物体、运动物体，但不能看清细节，也不能辨别颜色。

●明适应：

人由暗环境转入明亮的环境，视杆细胞失去感光作用而视网膜上的视锥细胞感受强光的刺激，使视觉阈限由很低提高到正常水平，这一过程称为明适应。

明适应在最初30s内进行得很快，然后渐慢，约1-2分钟即可完全适应。

人在明亮的环境中，不仅可以辨认很小的细节，而且可以辨别颜色。

人眼虽有明暗适应性的特点，但当视野内明暗急剧变化时，眼睛就不能很好地适应，从而会引起视力下降。

因此要求工作面亮度均匀，避免阴影。

否则，眼睛需要频繁调节，不仅增加了眼睛的疲劳，影响工作效率，而且容易导致事故的发生。

3听觉特性和本体感觉概念。

1、听觉特性

1　听觉感受性：

人对不同频率的声音的感受性是不同的，人对1000～4000HZ范围的中高频声音特别敏感，对频率非常低和非常高的声音的感受性则大大降低。

2　听阈和痛阈：

声音还必须具有一定的强度才能被听到，这个最小可听强度就是听觉的绝对阈限。

而音强超过一定值后便在耳膜引起压痛觉。

1000HZ声音的听阈是0分贝，痛阈是120分贝。

3　声波具有三种物理特性：

即振动频率、振幅和波形；在心理学上听觉与此相应，也有三种特性：

即音调、响度和音色。

●音调：

主要由声波每秒振动的次数，即声音的频率决定。

频率越大，音调越高。

●响度：

主要由声音振幅大小决定。

我们主观上感觉到声音的强弱程度，这就是响度。

响度是声波强度的心理反应。

●音色：

指复合声的一种主观属性。

人们根据它可以把具有相同的音高和响度的复合声区分开来。

4　掩蔽：

一个声音被另一个声音所掩盖的现象称为掩蔽，一个声音的听阈因为另一个声音的掩蔽作用而提高的效应称为隐蔽效应。

5　方位判断：

确定声源位置的能力主要是依靠双耳听觉，由于声源发出的声音到达双耳的距离不同、传播途中屏障条件不同，因此，传入双耳的声波强度和时间先后也不同。

利用这种差别即可判断声源的方位。

6　听觉适应和疲劳：

声音较长时间作用于听觉器官时，听觉感受性会降低，这种生理现象称为听觉的适应，一般在声音停止刺激10-20秒后，听觉器官的感受性即恢复正常。

强度大大超过感受器正常生理反应限度，长时间作用的声刺激，会造成听觉疲劳。

听觉疲劳的大小与声刺激的强度、持续的时间、刺激的频率以及声刺激停止后测量听阈的时间等多种因素有关。

听觉疲劳由于不断地累加而长时期得不到恢复，最终将会导致永久性听力损失，即职业性的听力损失。

2.本体感觉

本体感觉系统主要包括两个方面：

1、耳前庭系统，称为平衡觉系统，其作用主要是保持身体的姿势及平衡；

2、运动觉系统，通过该系统感受并指出四肢和身体不同部分的相对位置。

平衡觉:

反映头部位置和身体平衡状态的感觉叫平衡觉。

引起平衡觉的适宜刺激是身体运动时速度和方向的变化，以及旋转、震颤等。

1、平衡觉的感受器：

平衡觉的感受器是位于内耳的前庭器官。

它包括半规管和前庭两部分。

前庭是反应直线加速或减速的器官；半规管是反应身体旋转运动的器官。

前庭器官的感受细胞称为毛细胞。

不同形式的变速运动都能以特定的方式改变毛细胞纤毛的倒向，引起相应的神经纤维发放冲动的频率发生改变，将机体运动状态和头在空间位置的信息传送到中枢，引起特殊的运动和位置感觉，最终导致各种躯体和内脏功能发生反射性地改变。

2、平衡觉的作用：

在于调节机体运动、维持身体的平衡。

平衡觉与视觉、机体状态有联系，当前庭器官受到过度刺激时，传入冲动会引起前庭器官和小脑等有关部位的过强反应，我们会产生眩晕、恶心、呕吐等症状。

3、影响平衡觉的因素：

酒精、年龄、恐惧、突然的运动、热紧迫、不常有的姿势等。

运动觉：

运动觉是人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种感觉。

它反应身体各部分的位置、运动以及肌肉的紧张程度。

运动觉涉及人体的每一个动作，是仅次于视、听觉的感觉。

运动觉感受器存在于肌肉组织、肌腱、韧带和关节中，分别为肌梭、腱梭和关节小体。

当人体运动时，上述感受器接受来自肌肉、关节的刺激发放神经冲动，经传入神经传入大脑皮质的相应区域，使人感知自己在空间的位置、姿势以

及身体各部位的运动状况。

运动觉在随意运动的精确化和自动化方面有着其他感觉所不能及的作用。

人的各种操作技能的形成更有赖于运动觉信息的反馈调节。

凭借运动觉，我们可以行走、劳动，还可以进行各种体育活动，完成各种复杂的运动技能；凭借运动觉与触觉、压觉等的结合，我们可以认识物体的软硬、弹性、远近、大小、滑涩等特性；运动觉还和人类的言语活动有密切关系。

4知觉的概念和基本特性。

1、概念

知觉是作用于感觉器官的客观事物的各个部分和属性的整体在头脑中的反映。

2、基本特性

1　知觉的整体性往往取决于四种因素：

（1）知觉对象的特点，如接近、相似、闭合、连续等因素。

（2）对象各组成部分的强度关系。

（3）知觉对象各部分之间的结构关系也影响知觉的整体性。

（4）知觉的整体性主要依赖于知觉者本身的主观状态，其中最主要的是知识与经验。

2　知觉的理解性：

根据已有的知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，所以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。

在复杂的环境中，知觉对象隐蔽、外部标志不鲜明、提供的信息不充分时，语言的提示或思维的推论，可唤起过去的经验，帮助人们去立即理解当前的知觉对象，使之完整化。

此外，人的情绪状态也影响人对知觉对象的理解。

3　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了的时候，知觉对象仍然保持相对不变，这种特性称为知觉恒常性。

●亮度恒常性

●大小恒常性

●颜色恒常性

●形状恒常性

●听知觉恒常性

4　知觉的选择性：

作用于感官的事物是很多的，但人不能同时知觉作用于感官的所有事物或清楚地知觉事物的全部。

人们总是按照某种需要或目的主动地有意识地选择其中少数事物作为知觉对象，对它产生突出清晰的知觉映象，而对同时作用于感官的周围其他事物则呈现隐退模糊的知觉映象，从而成为烘托知觉对象的背景，这种特性称为知觉的选择性。

5记忆、思维的种类。

1、记忆种类

1　瞬时记忆（sensorymemory）

记忆的初级阶段，它是外界刺激以极短的时间一次呈现后，一定数量的信息在感觉通道内被迅速登记并保持一瞬间的过程。

即指客观刺激物停止作用后，它的印象在人脑中只保留一瞬间的记忆。

它是在感觉基础上产生的，所以又称感

觉记忆。

这种记忆是没有注意的，没有意识到的，如果被注意，被有意识地编码就进入记忆系统的第二阶段—短时记忆；如果没有受到注意，则很快消失。

2　短时记忆（（short-termmemory）

指记忆的信息在头脑中存储、保持的时间比感觉记忆长些，但一般不超过一分钟的记忆。

短时记忆的内容是被人们充分意识到的。

短时记忆的容量大约是7±2个组块。

组块就是记忆的单位，它可以是一个或几个数字、汉字、英文字母，也可以是一个词、一个短语、一个句子。

短时记忆的内容若加以复述、运用或进一步加工，就被输入长时记忆中，否则就会很快消失。

3　长时记忆（（long-termmemory）

短时记忆的材料，经过反复运用（复述），延长了信息在短时记忆中储存的时间，信息便转入长时记忆（1分钟以上或者终生），信息在长时记忆中被编码、储存起来，一定条件下可以提取出来，回收到短时记忆中，再被意识到。

长

时记忆的材料有的可保持数分钟至数年、有的可终身保存。

有些长时记忆是由印象深刻一次形成的。

2、思维种类

6影响人的反应时的因素及提高人的反应时的措施。

1.1影响简单反应时的主要因素

（1）感觉通道的特点：

不同的感觉器官接受的刺激不同，其反应时间不同。

（2）大脑信息处理能力的界限：

在相继给予两个刺激并对两个刺激分别产生反应时，反应时间与两个刺激的间隔时间有关，如果两个刺激的间隔时间短，第二个反应的反应时间就会延长。

当两个刺激在时间上十分接近时，即使接收刺激的感觉通道和作出反应的效应器官都不同，大脑信息加工机制也将暂时对第二个刺激不起反应，这段时间称为心理不应期。

（3）反应时随着刺激强度增大而缩短，并趋向一渐近值。

（4）刺激出现时间的不确定程度越大，反应时越长。

（5）刺激的清晰度和可辨性：

刺激信号与背景的对比程度会影响刺激信号的清晰度，信号越清晰越易辨认，反应时间越短，反之，时间延长。

（6）人的主体因素：

反应时间也是以机体的内部状态为中介而对外界刺激作出反映的。

影响反应时间的主体因素为数众多，主要有：

机体适应水平、准备状态、练习次数、动机、年龄因素和个别差异、疲劳、酒精和药物作用等。

许多研究说明，尽管存在个体差异，但最有利的预备时间大约是1.5秒。

中村在研究蹲踞式起跑时，把从预备口令到鸣枪的时间间隔分别定为1、1.5和2秒三种，结果发现间隔时间为1.5秒时，运动员从听鸣枪到手离地的反应时间最短。

1.2、影响选择反应时间的主要因素

（1）选择信号数目因素。

选择反应时间随选择信号的数目增加而延长。

（2）刺激信号间差异因素。

选择的刺激信号之间，差异程度越大，越容易区别，选择反应时间越短。

2、提高人的反应时的措施

在进行人机系统设计时，必须考虑人的反应能力的特点，应注意：

●合理选择感觉通道；

●确定刺激信号的特点（强度、清晰度、复杂程度、出现的时间间隔等）；

●合理设计显示装置和控制装置，使人容易辨别信号，方便操作；

●进行职业选择和适应性训练。

7人的气质类型。

1、气质的概念：

气质是高级神经活动类型特点在人的行为方式上的反映。

气质是个人心理活动的动力特征。

这种动力特征主要表现在心理活动的强度、速度、稳定性、灵活性和倾向性上。

气质在很大程度上是由遗传素质决定的。

气质与人脑机能及高级神经活动类型的关系特别密切。

2、气质类型：

希波克拉底是古希腊著名的医生，他最早提出气质的概念。

他在长期的医学实践中观察到人有不同的气质，并把气质分类为：

气质对人的生活实践的影响

（1）气质类型无好坏之分。

（2）气质不能决定一个人活动的社会价值和成就的高低。

（3）气质可以影响人的活动方式和效率

8能量代谢的分类，能量消耗的计算和劳动强度指数的概念。

1人体内物质代谢过程中所伴随的能量的储存、转移、释放和利用等过程称为能量代谢。

其分类

1、基础代谢

生理学上规定：

在室温20度，被测者处于清醒、空腹（食后10小时以上）、安静卧床时的能量消耗为基础代谢量。

单位时间内的基础代谢量称为基础代谢率，用每小时每平方米体表面积消耗的热量表示，单位—kJ/（m2·h））。

。

基础代谢量=基础代谢率平均值（B）×人体表面积（S）××持续时间（t））=B·S·t

2、安静代谢

安静代谢是作业或劳动开始之前，仅仅为了保持身体各部位的平衡及某种姿势条件下的能量代谢。

安静代谢量包括基础代谢量。

测试时要求被测者处于相对安静的状态，也就是被测者的呼吸、心率等维持在正常水平。

通常以常温下基础代谢率的120%作为安静代谢率（R）。

安静代谢量=R·S·t=1.2B·S·t

3、活动代谢

活动代谢是人体进行作业或运动时所进行的能量代谢。

最紧张的脑力劳动的能量代谢量不会超过安静代谢量的10%，，而肌肉活动的能耗量却可高出基础代谢的10～25倍。

因此它和体力劳动强度直接相关，是评价劳动作业负荷的重要依据，也是计算作业者一天的能量消耗量和需要补给热量的依据。

活动代谢率=实际代谢率−安静代谢率

4、相对代谢率

体力劳动强度不同，所消耗的能量也不同。

但由于作业者机体的体质差异，进行相同劳动强度的工作，不同的作业者能量代谢也不同。

所以用“相对代谢率”来消除个体间的差异，记为RMR。

。

RMR=（活动中实际代谢率－安静代谢率）\基础代谢

例某男工身高1.7m，体重70kg，基础代谢率平均值约为158.7kJ／（m2·h），连续作业2个小时，当RMR＝＝4时，试问能量消耗为多少？

作业时增加的代谢量为多少?

解：

人体表面积（m2）＝0.006l××身高（cm）+0.0128××体重（kg）－0.1529

＝0.0061×170+0.0128×70－0.1529

＝l.8161（m2）

能量消耗量＝（RMR+1.2）××基础代谢率平均值×体表面积×作业时间

＝（4+1.2）×158.7×1.8161×2=2997.44（kj）

作业时增加的代谢量＝RMR×基础代谢量

＝RMR××基础代谢率平均值×人体表面积×作业时间

＝4×158.7×1.816l×2＝2305.72（kJ）

2劳动强度指数

劳动强度：

反映作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度，强度不同，能量消耗不同。

因此利用能量消耗指标划分劳动强度。

能量消耗指标有两个：

相对指标（相对代谢率RMR）和绝对指标（劳动强度指数I）；同时，以能量消耗为指标划分劳动强度时，耗氧量、心率、直肠温度、乳酸浓度和相对代谢率具有相同的意义。

9、疲劳的概念和降低疲劳的措施。

1、疲劳的概念：

作业疲劳是指劳动者在劳动过程中，出现的劳动机能衰退、作业能力下降，有时伴有疲倦感等自觉症状的现象。

作业疲劳是劳动生理的一种正常表现，它起着预防机体过劳的警告作用。

从正常作业状态到主观上出现疲劳感直到完全筋疲力尽有一个时间过程。

疲劳程度的轻重决定于劳动强度的大小和持续劳动时间的长短。

2、降低疲劳的措施

（一）提高作业的自动化水平

（二）正确选择作业姿势和体位

（三）合理设计作业中用力方法

（四）改善作业内容，避免单调重复性作业

（五）合理安排作业休息制度

10、人体测量的基本概念，人体测量中百分位数的计算应用。

1、人体测量的基本概念

人体测量学是一门用测量方法研究人体的体格特征的科学。

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，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。

2、人体测量中百分位数的计算应用

百分位表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比。

以身高为例：

第5百分位的尺寸表示有有5％的人身高等于或小于这个尺寸。

换句话说就是有95％的人身高高于这个尺寸。

第95百分位则表示有95％的人等于或小于这个尺寸，5％的人具有更高的身高。

第50百分位为中点，表示把一组数平分成两组，较大的50％较小的50％。

百分位数是百分位对应的数值。

例如，身高分布的第2.5百分位数为161.5cm，则表示有2.5%的美国男性的身高低于这个高度。

在人体测量资料中，常常给出的是第5、第50和第95百分位数值。

在设计中，当需要得到任一百分位数值时，则可按下式求出：

1%-50%之间的数值：

P=M－（S×K）

50%-99%之间的数值：

P=M+（S×K）

M为均值；S为标准差；K为百分比变换系数。

例1：

：

身高平均值为1670mm，S=64mm，求第5和第95百分位的尺寸。

解：

5%时K=1.645，

P5=M–S×K=1670-64×1.645=1564.7mm

95%时K=1.645，

P95=M+S×K=1670+64×1.645=1775.3mm

当需得到某项人体测量尺寸Xi所处的百分位P时，可按下列步骤及公式求得:

根据上面公式求得的Z值，查正态分布表获取概率数值p，再由下式求得百分位P：

P=0.5+p

例2已知男性A身高1720mm，试求有百分之多少的西北男性超过其高度？

解：

由表查得西北男性身高平均值

M=1684mm，标准差S=53.7mm

那么Z=（1720-1684）/53.7=0.670

再根据Z=0.670查表得p=0.2486

P=0.2486+0.5=0.7486

结论：

身高在1720mm以下的西北男性为74.86%，超过男性A身高的西北男性则为25.14%

例3设计适用于90%华北男性使用的产品，试问应按怎样的身高范围设计该产品尺寸？

解：

由表查知华北男性身高平均值M=1693mm，

标准差S=56.6mm。

要求产品适用于90%的人，故以第5百分位和第95百分位确定尺寸的界限值，由表查得

变换系数K=1.645，即

第5百分位数为：

P=1693－－（（56.6×1.645）=1600mm

第95百分位数为：

P=1693+（56.6×1.645）=1786mm

结论：

按身高1600-1786mm设计产品尺寸，将适应用于90%的华北男性。

注意：

平均值是作为设计的基本尺寸，而标准差是作为设计的调整量的。

例中被排除的10%的人，是10%的矮小者还是高大者或者大小各排除5%即取中间值，取决于排除后对使用者的影响和经济效果。

例例4设计公共汽车顶棚扶手横杆的高度，并对比“抓得住”与“不碰头”两个要求是否相容。

如互不相容，如何解决?

解：

1、按乘客“抓得住”的要求设计。

本例属于ⅡB型男女通用的产品尺寸设计（小尺寸设计）问题，根据上述人体尺寸百分位数选择原则及下表所列，应该有

G1≤J10女+X1（4-1）

式中

G1—由“抓得住”要求确定的横杆中心的高度；

J10女—女子“上举功能高”的10百分位数；

X1—女子的穿鞋修正量

查表得；

J10女=1766mm（18-55岁）；

取X1=20mm。

代入数值得：

G1≤1766mm+20mm=1786mm

2、按乘客“不碰头”的要求设计。

属于ⅡⅡA型男女通用的产品尺寸设计（大尺寸设计）问题，根据上述人体尺寸百分位数选择原则及，应该有有

G2≥H99男+X2+r（4-3）

式中：

：

G2—由由“不碰头”要求确定的横杆中心的高度；

H99男—男子身高的99百百分位数；

X2—男子的穿鞋修正量；

r—横杆的半径，设取取r=15mm

由表查得：

H99男=1814mm（18～60岁）；

取X2=25mm；

代入数值得到

G2≥1814mm+25mm+15mm=1854mm（4-4）

11微气候环境四个要素及其相互作用关系。

温度和湿度的关系

温度舒适区，湿度的大小对热感觉的影响很小；

高温环境中，湿度对热感觉的影