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人机工程学

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一．什么是静态肌肉施力？

如何避免造成疲劳原因？

静态肌肉施力：

无论是人体自身的平衡稳定或人体的运动，都离不开肌肉的机能。

肌肉的机能是收缩和产生肌力，肌力可以作用于骨，通过人体结构再作用于其他物体上，称为肌肉施力。

肌肉较长时间保持一种特定的收缩状态、稳定地消耗能。

肌肉施力有两种方式：

（1）动态肌肉施力：

（2）静态肌肉施力。

静态施力和动态施力的生理区别：

对血液流动的影响。

静态施力的不良效应：

生理效应：

更大的能量消耗；心率加快；需要更长的恢复时间。

引发的病症：

劳累性疼痛、长时间疼痛

肌肉施力的类型和静态肌肉施力特征

•1）静态肌肉施力

•依靠肌肉等长收缩维持姿势；应尽量避免

•2）施力大小与持续时间的关系

•肌肉有节奏地收缩与舒张，血液输送量比平时提高几倍；

•肌肉负荷不应超过最大肌力的15%，这时血液循环基本正常

•肌肉负荷＝最大肌力时，血液循环中断

忍耐时间与用力水平的关系

T=1.2/（f–0.15）0.618–1.21

其中:

T为忍耐时间（min）

f=所需要的力/最大收缩力.

试计算：

一名普通工人用右手提12.2KG的物品，大

约只能持续多长时间？

设右手最大收缩力为240N

试用书上的公式再次计算:

T=-90+126/P–36/P2+6/P3

其中:

T为忍耐时间（s）

P=所需要的力/最大收缩力

如何避免造成疲劳原因？

1获得最大肌力

•1.在运动的中间位置获得最大肌力

•2.在缓慢的动作中获得最大肌力

•运动越慢，可获得的肌力就越大。

根据骨骼肌的收缩机理的滑行学说，运动较慢时，细微丝和粗微丝之间的分离与结合发生得较慢，结合效果较好，因而可产生较大肌力。

2双手的动作应同时而对称

3尽量降低人体的动作等级

4连续的曲线动作定位运动时间和运动方向的关系

•突变的直线运动（图左）与连续曲线运动（图右）

5合理的作业速率与节奏

•例如，在负荷一定的情况下，步行速度为60m／min时的O2需要量最少，此速度就称为该步行作业的经济速率。

最适宜的作业速率（工作节奏）：

锉金属：

每分钟60～78下；凿：

每分钟60下；手摇曲柄：

每分钟35转；腿踏曲柄：

每分钟60～72转；铲：

每分钟14～17次。

•在经济速率下工作，机体不易疲劳，持续时间最长。

顺着动作的次序，把材料和工具摆放在合适的位置，是保持动作节奏的关键。

•实行自主速率还是规定速率，会对作业者产生不同的心理影响。

研究表明，自主速率优于规定速率。

因为作业能力在一天当中是变化的，因此作业速率应依作业能力的变化而变化。

6使操作者处于一种合理的姿势

7充分考虑不同体位时的用力特点

•立姿操作时的操纵力

•坐姿工作时不同方向上脚的推力

8去除不必要的动作与动作限制

•1.去除不必要的动作

•2.利用惯性

•利用惯性、重力、弹力等进行动作，可减少动作投入，提高动作效率。

例如，要把二楼仓库内的成品搬运装车，如果从楼梯使用人工搬运，则费时费力而且效率低下。

如果使用电梯搬运，则可能路线迂回，而且投入较大。

若能设计搬运滑道，利用重力使成品从二楼直接滑到车上，另一个人在车上进行整理，效率可大大提高。

•3.去除不必要的动作限制

•在工作现场应尽量创造条件使作业者的动作没有限制，这样在作业时，心理才会处于较为放松的状态而减少疲劳，提高效率。

比如，当工作台上摆放零件的容器容易倾倒，作业者在取零件时动作的轻重必须特别注意，则取零件的动作效率必受影响。

此时，改变容器重心、支撑面、摆放位置等进行改善。

•要在产品的划线区域内涂漆，超出区域范围不可涂漆，否则会成为不良品。

如果单纯要求作业人员在工作中尽量小心，动作会变慢，而未必能达到目的。

若能把划线区域周边用模板遮住，待涂漆完成后再揭去模板，这样，作业人员在作业过程中不必担心超出范围，动作速度一定会大幅提高，而且涂漆造成的不良品也会大大减少。

9合理安排负荷

•1.负荷应小于最大肌力的15%

•2.不超过最大能量消耗的1／3

•3.劳动强度与微气候条件、休息时间匹配

•4.双手和双脚的负荷分配

•缝纫机就是手脚并用的一个典型的例子。

但要注意：

•

（1）除非力量要求很高，手被工作占用时才用脚；

•

（2）手动时，脚不应该动，但可以踩住脚踏板，否则容易发生跌倒事故；

•（3）踩脚踏板时应该采用坐姿，否则产生一边脚站立的情形而容易疲劳也容易发生事故。

10不要在重体力劳动之后立即做精确工作

•违反此原则的典型实例是：

装配工人上班后先为工作站准备原材料，将笨重的零件箱搬到工位旁边，然后开始精确的手工装配。

零件箱搬运工作使工人产生了疲劳而影响到手工装配的精确度以及速度。

•解决的办法是使用低技能工人有规律地补充零件箱；其次是安排工人在下班前搬运下一班所需的零件。

二．分析指针式仪表的显示面设计并举例

在设计指针式仪表时，主要是设计和选择好刻度盘指针、字符和色彩匹配并符合人的感觉特征。

设计时所要考虑的人机工程学参数主要有如下几点:

1、使用者与显示装置之间的观察距离；

2、根据使用者所处的观察位置，显示装置是否布置在最佳视区范围；

3、选择有利于显示与认读的型式，以及考虑颜色和照明条件。

仪表的形式：

开窗式、圆形式和半圆式、直线式（水平直线式、垂直直线式）

仪表设计

●仪表的分类：

●开窗式

●特点：

显露刻度少，识读范围小，视线集中，眼睛移动路线短，误读率低。

●设计要求:

观察口至少可以看到相邻两个有刻有数字的刻度线，否则会引起混淆；

●圆形和半圆形：

眼睛对这两个形状扫描路线短，视线较集中，误读准确，优于直线形；

●直线形水平优于竖直。

刻度盘的设计

实验表明开窗式读范围小，视线集中，眼睛扫描路线短，误读率低，因此优于其他四种形式。

圆形式和半圆形式的误读率虽高于开窗式，但它给出长期以来人们观察仪表所形成的习惯，因此，圆形式和半圆形式优于直线式。

由于眼睛的运动规律是水平运动比垂直运动速度快准确度高，故水平直线式又优于垂直直线式。

列出了五种显示器读数准确度的比较，可以为仪表设计和选择时作为重要的参考依据。

五种显示器读数准确度比较

35.5

仪表刻度盘

二、刻度盘的大小

刻度盘尺寸增大时，刻度、刻度线和指针、字符均可增大可提高清晰度。

标记数量增加，最小直径也增大。

刻度盘直径过小，刻度标记过于密集，信息过于集中，不利于认读。

表尺寸过大，视力分散，扫描路线过长，视敏度下降。

刻度盘的大小取决于标记的数量和观察者距离；

刻度盘的最佳尺寸应根据观察者的最佳视角来确定；

刻度盘的最佳视角为2.5°～5°，故一般刻度盘外廓尺寸D与视距L的关系可为：

L/D=11~23

25.4

32.5

45.5

64.3

98.0

129.6

196.0

6

4

12

刻度设计－－刻度大小、刻度线的类型、刻度线的宽度和长短

●

1、刻度大小

●根据人眼的最小分辨能力和刻度盘的材料来确定。

●刻度的最小值一般在1～2.5mm，必要时取４－８；

●人眼直接读刻度时，刻度的最小尺寸不小于0.6－1mm之间。

●采用放大镜读数时：

刻度大小为１、Ｘ（Ｘ为放大倍数）。

●钢和铝的最小材料为１，黄铜和锌白铜为０.５

●２、刻度线的类型　　

●刻度线一般有三级：

●长刻度线、中刻度线和短刻度线（如a,b所示），三者之间有明显的区别。

●单刻度线、双刻度线、递增式刻度线

●递增式刻度线开锅牲可以减少误读误差

刻度线的宽度

刻度线宽度占刻度间距的5～15%，10%左右识读误差最小，普通刻度线宽通常取为0.1±0.02毫米，远距离观察时，可取为0.6～0.8毫米，高精度装置时，可取为0.0015～0.11毫米。

动态刻度盘或者瞬间观察的刻度，采用宽线刻度线：

为满足人观察时最佳视角，线宽采用２倍的线间距，同时增加刻度标记与的对比度。

刻度线长度

●刻度线长度选择是否合适，对识读准确性关系很大，同时受照明条件和视距的限制，当视距L一定时，

●长刻度线的长度＝Ｌ/90短刻度线的长度＝L/200

●中刻度线的长度=L/125刻度线间距＝L/600

●参考下表选取刻度线

2.3

4.3

8.6

17.3

28.7

刻度线间距

仪表的最小刻度表示量表所需的最小单位，如需读到“秒”，刻度上显示的最小单位为秒，秒以下的刻度应略去。

实验得出：

仪表的读数随刻度间距的增大而增大。

间距临界值：

通常在视角为10’附近，在视距为750时，间距相约取1-2.5，同时与观察时间越短，间距越大，当观察时间为0.5-0.25秒时，取2.3-3.8为佳。

表示当视距为710毫米时，普通刻度标记的三种刻度线间的最小尺寸关系。

3、刻读方向

刻读方向是指刻度盘上刻度值递增顺序和认读方向。

其设计必须遵循视觉运动规律，而形式可依刻度盘的不同而不同：

一般情况是，水平直线型从左到右，竖直直线型从下到上，圆形顺时针方向安排刻度。

刻度、刻度线与单位值的关系

1、最小刻度不标数，最大的刻度必及标数；

2、指针运动式仪表、标示的数字应当呈竖直状；对表盘运动的仪表数字则应沿经向布置；

3、为了避免指针对标数的遮挡，在条件允许时，数字应放在刻度标记的外侧，若条件不允许才放在刻度标记的内侧，但刻度线间距应适当增大。

4、指针在表盘外侧的仪表，数字应一律设置在刻度的内侧；

5、开窗式仪表窗口的大小至少应当足以显示被指示的数字及其前后两侧的两个数字。

以便看清指示运动的方向和趋势；

6、对于圆形仪表，不论仪表刻度盘运动还是指针运动刻度标数的顺序应按顺时针方向依次增大，0位常设置在时钟的12点位置，以符合人的认读习惯。

7、刻度盘上标数应尽量取整数，避免采用小数或分数，更要避免需要挽算后才能读出的标数。

8、每一刻度线最好为被测量的一个单位值或2个、5个单位值或1、2、5×10n倍（n为整数）个单位值。

9、对扇形仪表可使用刻度标记长度随数字增大而渐加长的递增式刻度线

5、仪表字符设计

仪表字符包括数字、字母、汉字和专用符号，刻度的功能通过字符加以完备，字符的形状、大小和位置对识读效率有很大影响，字符设计力求清晰给人印象深刻。

（a）字符的形状要求

1、突出“形”，避免相似性：

如8和3在写法上要区别。

2、字符形状的要求是简单显眼，可多用直线和尖角，加强字体本身特有的笔划，不用草体和装饰。

3、使用拉丁或英文字母时，一般情况下应用大写印刷体，因大写字线清晰。

4、使用汉字时，最好是仿宋字和黑体字的印刷体，其笔划规整，清晰易辨。

字体特征

●仪表体突出字体特征可降低误读率

（b）字符的大小要求

按最佳视角设计，在刻度大小已定的条件下，字符应尽量大，一般字符高度为观察距离的L/200（如下表所示），可按下式近似计算。

H=α

式中H—字符高度mm，L—视距mmα—眼睛的最小视角（分）

字宽的确定

视角α取10‘～30’左右，当视距一定时，字体的宽度如下确定：

1、高/宽=3：

2确定，拉丁字母高宽比取5：

3.5；

2、字体的笔划宽与字高比为1：

8～1：

6；

3、夜间采用发光字的情况下，采用1：

1的方形字较好；

4、荧光屏显示，数字字符的高宽比常用2：

1或1：

1，其笔划宽与字高之比为1：

8或1：

10。

1：

5

1：

5

1：

6～1：

8

1：

8～1：

10

1：

5

1：

8～1：

10

1：

12～1：

20

1：

5～1：

6

不同照明条件和对