w 第一節(jié) 安全人機工程基本知識
w 主要內(nèi)容：安全人機工程的定義，研究內(nèi)容，人機系統(tǒng)的類型，機械設計本質(zhì)安全。
w 一、安全人機工程的概念、主要研究內(nèi)容及其分類
n (一)安全人機工程的定義
安全人機工程是研究人機環(huán)境系統(tǒng)的安全本質(zhì)，并使三者從安全的角度上達到匹配，以確保系統(tǒng)高效、經(jīng)濟運行的一門應用科學。
(二)安全人機工程的主要研究內(nèi)容
w 安全人機工程在所研究的諸多因素中，主要是研究人與機器的關系，主要內(nèi)容包括如下4個方面：
w ⑴ 分析機械設備及設施在生產(chǎn)過程中存在的不安全因素，并有針對性地進行可靠性設計、維修性設計、安全裝置設計、安全啟動和安全操作設計及安全維修設計等
w ⑵ 研究人的生理和心理特性，分析研究人和機器各自的功能特點，進行合理的功能分配，以構(gòu)成不同類型的人機系統(tǒng)。
w ⑶ 研究人與機器相互接觸、相互聯(lián)系的人機界面中信息傳遞的安全問題。
w ⑷ 分析人機系統(tǒng)的可靠性，建立人機系統(tǒng)可靠性設計原則，據(jù)此設計出經(jīng)濟、合理以及可靠性高的人機系統(tǒng)。
w 在人機系統(tǒng)中人始終起著核心和主導作用，機器起著安全可靠的保證作用。解決安全問題的根本是實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化和自動化，讓工業(yè)機器人代替人的部分危險操作，從根本上將人從危險作業(yè)環(huán)境中徹底解脫出來，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。
（三）人機系統(tǒng)的類型
w 人機系統(tǒng)主要有兩類，一類為機械化、半機械化控制的人機系統(tǒng)；一類為全自動化控制的人機系統(tǒng)。
w 機械化、半機械化控制的人機系統(tǒng)，人機共體，或機為主體，系統(tǒng)的動力源由機器提供，人在系統(tǒng)中主要充當生產(chǎn)過程的操作者與控制者，即控制器主要由人來操作。在控制系統(tǒng)中設置監(jiān)控裝置，如果人操作失誤，機器會拒絕執(zhí)行或提出警告。
w 在全自動化控制的人機系統(tǒng)中，以機為主體，機器的正常運轉(zhuǎn)完全依賴于閉環(huán)系統(tǒng)的機器自身的控制，人只是一個監(jiān)視者和管理者，監(jiān)視自動化機器的工作。只有在自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)差錯時，人才進行干預，采取相應的措施。
二、機器設計本質(zhì)安全
w （一）機械設計本質(zhì)安全的定義
w 機械設計本質(zhì)安全是指機械的設計者，在設計階段采取措施來消除安全隱患的一種機械安全方法。包括在設計中排除危險部件，減少或避免在危險區(qū)處理工作需求，提供自動反饋設備并使運動的部件處于密封狀態(tài)之中等。
（二）機械失效安全
w 機械設計者應該在設計中考慮到當發(fā)生故障時不出危險。
w 這一類裝置包括操作限制開關，限制不應該發(fā)生的沖擊及運動的預設制動裝置，設置把手和預防下落的裝置，失效安全的限電開關等。
（三）機械部件的定位安全
w 把機械的部件安置到不可能觸及的地點，通過定位達到安全的目的。設計者必須考慮到人在正常情況下不會觸及到部件，而在某些情況下可能會接觸到，例如登著梯子對機械進行維修等情況。
（四）機器的安全布置
w 在車間內(nèi)對機器進行合理的安全布局，可以使事故明顯減少，布局時要考慮如下因素：
w ⑴ 空間：便于操作、管理、維護、調(diào)試和清潔。
w ⑵ 照明：包括工作場所的通用照明（自然光及人工照明，但要防止眩目）和為操作機器而需的照明。
⑶ 管、線布置：不要妨礙在機器附近的安全出入、避免磕絆，有足夠的上部空間。保證維修時人員的出入安全。
第二節(jié) 人的特性
w 主要內(nèi)容：
w 人的生理因素包括：感覺器官（視覺、聽覺）、機能特性（反應時間）、形態(tài)特性（人體特征參數(shù)）、生理節(jié)奏、疲勞等；
w 人的心理因素包括：心理過程（認識與情感意志）、個性心理（能力、性格、氣質(zhì)與需要、動機）
w 一、人的生理因素與安全的關系
w （一）人的感覺與感覺器官
n 1．視覺
l ⑴ 常見的幾種視覺現(xiàn)象
l ⑵ 視覺損傷與視覺疲勞
l ⑶ 視覺的運動規(guī)律
w 2．聽覺
w 聽覺的功能有分辨聲音的高低和強弱，還可以判斷環(huán)境中聲源的方向和遠近。
w ⑴ 聽覺特性
w ⑵ 聽覺的掩蔽
w 3．人的感覺反應
w 人們在操縱機械或觀察識別事物時，從開始操縱、觀察、識別到采取動作，存在一個感知時間過程，即存在一段反應時間。
⑴ 反應時間
w 反應時間是指人從機器或外界獲得信息，經(jīng)過大腦加工分析發(fā)出指令到運動器官開始執(zhí)行動作所需的時間。反應時間是從包括感覺反應時間（從信息開始刺激到感覺器官有感覺所用時間）到開始動作所用時間（信息加工、決策、發(fā)令開始執(zhí)行所用時間）的總和。
w 由于人的生理心理因素的限制，人對刺激的反應速度是有限的。一般條件下，反應時問約為0.1～0.5 s。對于復雜的選擇性反應時間達1～3 s，要進行復雜判斷和認識的反應時間平均達3～5 s，具體的帶有判別的反應時間t可用下式求得：
t = k log2 (n+1)
w 式中，k為常數(shù)；n為等概率出現(xiàn)的選擇對象數(shù)；(n+1)是考慮判明是否出現(xiàn)刺激。
w 為了保證安全作業(yè)，一方面在機器設計中，應使操縱速度低于人的反應速度。另一方面應設法提高人的反應速度。
⑵ 減少反應時間的途徑
w 一般來說，機器設備的情況、信息的強弱和信息狀況等外界條件是影響反映時間的重要因素；而機器的外觀造型和操縱機構(gòu)是否適宜于人的操作要求，以及操作者的生物力學特性等，則是直接影響動作時間的重要因素。
w ① 合理地選擇感知類型。比較各類感覺的反應時間，發(fā)現(xiàn)聽覺和知覺反應時間最短，約0.1～0.2s，其次是觸覺和視覺。所以在設計各類機器時，應根據(jù)操縱控制情況，合理選擇感覺通道，盡量選用反應時間短的通道去控制和調(diào)節(jié)機器。
w ② 適應人的生理心理要求，按人機工程學原則設計機器。
w ③ 操作者操作技術(shù)的熟練程度直接影響反應速度，應通過訓練來提高人的反應速度。
(二)人體的特性參數(shù)
w 與產(chǎn)品設計和操縱機器有關的人體特性參數(shù)很多，歸納起來有如下4類：
w ⑴ 靜態(tài)參數(shù)
w 靜態(tài)參數(shù)是指人體在靜止狀態(tài)下測得的形態(tài)參數(shù)，也稱人體的基本尺度，如人體高度及各部分長度尺寸。我國6大區(qū)域人體尺寸及體重見表4—1。
w ⑵ 動態(tài)參數(shù)
w 動態(tài)參數(shù)是指在人體運動狀態(tài)下，人體的動作范圍，主要包括肢體的活動角度和肢體所能達到的距離等兩方面的參數(shù)。如手臂、腿腳活動時測得的參數(shù)。w ⑶ 生理學參數(shù)
w 生理學參數(shù)主要是指有關的人體各種活動和工作引起的生理變化，反映人在活動和工作時負荷大小的參數(shù)，包括人體耗氧量、心臟跳動頻率、呼吸頻率及人體表面積和體積等。
w ⑷ 生物力學參數(shù)
w 生物力學參數(shù)主要指人體各部分（如手掌、前臂、上臂、軀干（包括頭、頸）、大腿和小腿、腳等）出力大小的參數(shù)，如握力、拉力、推力、推舉力、轉(zhuǎn)動慣量等。
( 三 ) 大腦的覺醒水平與生理節(jié)奏
w 1. 大腦的覺醒水平
n 大腦的覺醒水平劃分為 5 個等級。從表中可以看出，Ⅲ級覺醒水平是覺醒狀態(tài), 工作能力, 但這種狀態(tài)只能維持15min 左右。在超常態(tài)（Ⅳ級）下, 由于過度緊張, 造成精神恐慌, 失誤率也會明顯增高。
2. 人體生物節(jié)律
w 人體存在著一個以23d為周期的體力盛衰和以28d為周期的情緒波動規(guī)律，以33d 為周期的智力波。人處于正半周期為高潮期，這時人的心情舒暢，精力充沛，工作成功率高；負半周期為低潮期, 這時人的心情不佳, 容易疲勞、健忘, 工作成績低。正弦曲線與橫軸交點這一天稱為“臨界點”。3 個臨界點互不重疊稱單臨界點, 兩個臨界點重疊稱雙臨界點,3個臨界點重疊稱3臨界點,臨界點前后各一天稱臨界期,臨界期也包括3個周期在負半周的重疊日期。在臨界點或臨界期, 體力、情緒和智力極不穩(wěn)定, 最易發(fā)生事故。
( 四 ) 疲勞
w 1. 疲勞的定義
w 疲勞分為肌肉疲勞 ( 或稱體力疲勞 ) 和精神疲勞 ( 或稱腦力疲勞 ) 兩種。肌肉疲勞是指過度緊張的肌肉局部出現(xiàn)酸痛現(xiàn)象, 一般只涉及大腦皮層的局部區(qū)域。而精神疲勞則與中樞神經(jīng)活動有關, 它是一種彌散的、不愿意再作任何活動和懶惰的感覺, 意味著肌體迫切需要休息。
2.產(chǎn)生疲勞的原因及消除途經(jīng)
w ⑴ 疲勞的原因
w 超過生理負荷的激烈動作和持久的體力或腦力勞動、作業(yè)環(huán)境不良、單調(diào)乏味的工作、不良的精神因素、肌體狀況不良以及長期勞逸安排不當?shù)热说纳怼⑿睦硪蛩丶肮芾矸矫娴囊蛩? 都是造成疲勞的原因。另外, 機器本身在設計制造時, 沒有按人機工程學理論設計或設計不周, 也是人體過早出現(xiàn)疲勞的原因。
w ⑵ 消除疲勞的途徑
w 消除疲勞的途徑歸納起來有以下幾方面：在進行顯示器和控制器設計時應充分考慮人的生理心理因素； 通過改變操作內(nèi)容、播放音樂等手段克服單調(diào)乏味的作業(yè)；改善工作環(huán)境, 科學地安排環(huán)境色彩、環(huán)境裝飾及作業(yè)場所布局，合理的溫濕度，充足的光照等；避免超負荷的體力或腦力勞動，合理安排作息時間，注意勞逸結(jié)合等。
w ⑶ 疲勞的測定
二、人的心理因素
w （一）能力
w （二）性格
w （三）氣質(zhì)
w （四）需要與動機
w （五）情緒與情感
w （六）意志
w 主要內(nèi)容：安全人機工程的定義，研究內(nèi)容，人機系統(tǒng)的類型，機械設計本質(zhì)安全。
w 一、安全人機工程的概念、主要研究內(nèi)容及其分類
n (一)安全人機工程的定義
安全人機工程是研究人機環(huán)境系統(tǒng)的安全本質(zhì)，并使三者從安全的角度上達到匹配，以確保系統(tǒng)高效、經(jīng)濟運行的一門應用科學。
(二)安全人機工程的主要研究內(nèi)容
w 安全人機工程在所研究的諸多因素中，主要是研究人與機器的關系，主要內(nèi)容包括如下4個方面：
w ⑴ 分析機械設備及設施在生產(chǎn)過程中存在的不安全因素，并有針對性地進行可靠性設計、維修性設計、安全裝置設計、安全啟動和安全操作設計及安全維修設計等
w ⑵ 研究人的生理和心理特性，分析研究人和機器各自的功能特點，進行合理的功能分配，以構(gòu)成不同類型的人機系統(tǒng)。
w ⑶ 研究人與機器相互接觸、相互聯(lián)系的人機界面中信息傳遞的安全問題。
w ⑷ 分析人機系統(tǒng)的可靠性，建立人機系統(tǒng)可靠性設計原則，據(jù)此設計出經(jīng)濟、合理以及可靠性高的人機系統(tǒng)。
w 在人機系統(tǒng)中人始終起著核心和主導作用，機器起著安全可靠的保證作用。解決安全問題的根本是實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化和自動化，讓工業(yè)機器人代替人的部分危險操作，從根本上將人從危險作業(yè)環(huán)境中徹底解脫出來，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。
（三）人機系統(tǒng)的類型
w 人機系統(tǒng)主要有兩類，一類為機械化、半機械化控制的人機系統(tǒng)；一類為全自動化控制的人機系統(tǒng)。
w 機械化、半機械化控制的人機系統(tǒng)，人機共體，或機為主體，系統(tǒng)的動力源由機器提供，人在系統(tǒng)中主要充當生產(chǎn)過程的操作者與控制者，即控制器主要由人來操作。在控制系統(tǒng)中設置監(jiān)控裝置，如果人操作失誤，機器會拒絕執(zhí)行或提出警告。
w 在全自動化控制的人機系統(tǒng)中，以機為主體，機器的正常運轉(zhuǎn)完全依賴于閉環(huán)系統(tǒng)的機器自身的控制，人只是一個監(jiān)視者和管理者，監(jiān)視自動化機器的工作。只有在自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)差錯時，人才進行干預，采取相應的措施。
二、機器設計本質(zhì)安全
w （一）機械設計本質(zhì)安全的定義
w 機械設計本質(zhì)安全是指機械的設計者，在設計階段采取措施來消除安全隱患的一種機械安全方法。包括在設計中排除危險部件，減少或避免在危險區(qū)處理工作需求，提供自動反饋設備并使運動的部件處于密封狀態(tài)之中等。
（二）機械失效安全
w 機械設計者應該在設計中考慮到當發(fā)生故障時不出危險。
w 這一類裝置包括操作限制開關，限制不應該發(fā)生的沖擊及運動的預設制動裝置，設置把手和預防下落的裝置，失效安全的限電開關等。
（三）機械部件的定位安全
w 把機械的部件安置到不可能觸及的地點，通過定位達到安全的目的。設計者必須考慮到人在正常情況下不會觸及到部件，而在某些情況下可能會接觸到，例如登著梯子對機械進行維修等情況。
（四）機器的安全布置
w 在車間內(nèi)對機器進行合理的安全布局，可以使事故明顯減少，布局時要考慮如下因素：
w ⑴ 空間：便于操作、管理、維護、調(diào)試和清潔。
w ⑵ 照明：包括工作場所的通用照明（自然光及人工照明，但要防止眩目）和為操作機器而需的照明。
⑶ 管、線布置：不要妨礙在機器附近的安全出入、避免磕絆，有足夠的上部空間。保證維修時人員的出入安全。
第二節(jié) 人的特性
w 主要內(nèi)容：
w 人的生理因素包括：感覺器官（視覺、聽覺）、機能特性（反應時間）、形態(tài)特性（人體特征參數(shù)）、生理節(jié)奏、疲勞等；
w 人的心理因素包括：心理過程（認識與情感意志）、個性心理（能力、性格、氣質(zhì)與需要、動機）
w 一、人的生理因素與安全的關系
w （一）人的感覺與感覺器官
n 1．視覺
l ⑴ 常見的幾種視覺現(xiàn)象
l ⑵ 視覺損傷與視覺疲勞
l ⑶ 視覺的運動規(guī)律
w 2．聽覺
w 聽覺的功能有分辨聲音的高低和強弱，還可以判斷環(huán)境中聲源的方向和遠近。
w ⑴ 聽覺特性
w ⑵ 聽覺的掩蔽
w 3．人的感覺反應
w 人們在操縱機械或觀察識別事物時，從開始操縱、觀察、識別到采取動作，存在一個感知時間過程，即存在一段反應時間。
⑴ 反應時間
w 反應時間是指人從機器或外界獲得信息，經(jīng)過大腦加工分析發(fā)出指令到運動器官開始執(zhí)行動作所需的時間。反應時間是從包括感覺反應時間（從信息開始刺激到感覺器官有感覺所用時間）到開始動作所用時間（信息加工、決策、發(fā)令開始執(zhí)行所用時間）的總和。
w 由于人的生理心理因素的限制，人對刺激的反應速度是有限的。一般條件下，反應時問約為0.1～0.5 s。對于復雜的選擇性反應時間達1～3 s，要進行復雜判斷和認識的反應時間平均達3～5 s，具體的帶有判別的反應時間t可用下式求得：
t = k log2 (n+1)
w 式中，k為常數(shù)；n為等概率出現(xiàn)的選擇對象數(shù)；(n+1)是考慮判明是否出現(xiàn)刺激。
w 為了保證安全作業(yè)，一方面在機器設計中，應使操縱速度低于人的反應速度。另一方面應設法提高人的反應速度。
⑵ 減少反應時間的途徑
w 一般來說，機器設備的情況、信息的強弱和信息狀況等外界條件是影響反映時間的重要因素；而機器的外觀造型和操縱機構(gòu)是否適宜于人的操作要求，以及操作者的生物力學特性等，則是直接影響動作時間的重要因素。
w ① 合理地選擇感知類型。比較各類感覺的反應時間，發(fā)現(xiàn)聽覺和知覺反應時間最短，約0.1～0.2s，其次是觸覺和視覺。所以在設計各類機器時，應根據(jù)操縱控制情況，合理選擇感覺通道，盡量選用反應時間短的通道去控制和調(diào)節(jié)機器。
w ② 適應人的生理心理要求，按人機工程學原則設計機器。
w ③ 操作者操作技術(shù)的熟練程度直接影響反應速度，應通過訓練來提高人的反應速度。
(二)人體的特性參數(shù)
w 與產(chǎn)品設計和操縱機器有關的人體特性參數(shù)很多，歸納起來有如下4類：
w ⑴ 靜態(tài)參數(shù)
w 靜態(tài)參數(shù)是指人體在靜止狀態(tài)下測得的形態(tài)參數(shù)，也稱人體的基本尺度，如人體高度及各部分長度尺寸。我國6大區(qū)域人體尺寸及體重見表4—1。
w ⑵ 動態(tài)參數(shù)
w 動態(tài)參數(shù)是指在人體運動狀態(tài)下，人體的動作范圍，主要包括肢體的活動角度和肢體所能達到的距離等兩方面的參數(shù)。如手臂、腿腳活動時測得的參數(shù)。w ⑶ 生理學參數(shù)
w 生理學參數(shù)主要是指有關的人體各種活動和工作引起的生理變化，反映人在活動和工作時負荷大小的參數(shù)，包括人體耗氧量、心臟跳動頻率、呼吸頻率及人體表面積和體積等。
w ⑷ 生物力學參數(shù)
w 生物力學參數(shù)主要指人體各部分（如手掌、前臂、上臂、軀干（包括頭、頸）、大腿和小腿、腳等）出力大小的參數(shù)，如握力、拉力、推力、推舉力、轉(zhuǎn)動慣量等。
( 三 ) 大腦的覺醒水平與生理節(jié)奏
w 1. 大腦的覺醒水平
n 大腦的覺醒水平劃分為 5 個等級。從表中可以看出，Ⅲ級覺醒水平是覺醒狀態(tài), 工作能力, 但這種狀態(tài)只能維持15min 左右。在超常態(tài)（Ⅳ級）下, 由于過度緊張, 造成精神恐慌, 失誤率也會明顯增高。
2. 人體生物節(jié)律
w 人體存在著一個以23d為周期的體力盛衰和以28d為周期的情緒波動規(guī)律，以33d 為周期的智力波。人處于正半周期為高潮期，這時人的心情舒暢，精力充沛，工作成功率高；負半周期為低潮期, 這時人的心情不佳, 容易疲勞、健忘, 工作成績低。正弦曲線與橫軸交點這一天稱為“臨界點”。3 個臨界點互不重疊稱單臨界點, 兩個臨界點重疊稱雙臨界點,3個臨界點重疊稱3臨界點,臨界點前后各一天稱臨界期,臨界期也包括3個周期在負半周的重疊日期。在臨界點或臨界期, 體力、情緒和智力極不穩(wěn)定, 最易發(fā)生事故。
( 四 ) 疲勞
w 1. 疲勞的定義
w 疲勞分為肌肉疲勞 ( 或稱體力疲勞 ) 和精神疲勞 ( 或稱腦力疲勞 ) 兩種。肌肉疲勞是指過度緊張的肌肉局部出現(xiàn)酸痛現(xiàn)象, 一般只涉及大腦皮層的局部區(qū)域。而精神疲勞則與中樞神經(jīng)活動有關, 它是一種彌散的、不愿意再作任何活動和懶惰的感覺, 意味著肌體迫切需要休息。
2.產(chǎn)生疲勞的原因及消除途經(jīng)
w ⑴ 疲勞的原因
w 超過生理負荷的激烈動作和持久的體力或腦力勞動、作業(yè)環(huán)境不良、單調(diào)乏味的工作、不良的精神因素、肌體狀況不良以及長期勞逸安排不當?shù)热说纳怼⑿睦硪蛩丶肮芾矸矫娴囊蛩? 都是造成疲勞的原因。另外, 機器本身在設計制造時, 沒有按人機工程學理論設計或設計不周, 也是人體過早出現(xiàn)疲勞的原因。
w ⑵ 消除疲勞的途徑
w 消除疲勞的途徑歸納起來有以下幾方面：在進行顯示器和控制器設計時應充分考慮人的生理心理因素； 通過改變操作內(nèi)容、播放音樂等手段克服單調(diào)乏味的作業(yè)；改善工作環(huán)境, 科學地安排環(huán)境色彩、環(huán)境裝飾及作業(yè)場所布局，合理的溫濕度，充足的光照等；避免超負荷的體力或腦力勞動，合理安排作息時間，注意勞逸結(jié)合等。
w ⑶ 疲勞的測定
二、人的心理因素
w （一）能力
w （二）性格
w （三）氣質(zhì)
w （四）需要與動機
w （五）情緒與情感
w （六）意志