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人机工程学概论主讲：孙启新目录•第一章概论•第一节人机工程学的形成与发展•第二节人机工程学的基本概念与研究范围•第三节人机工程学的学科特性与相关学科•第二章人体动作与行为因素•第一节人体与物体尺度的行为关联•第二节人体与知觉心理的行为反映•第三节人体与作业环境的行为需求•第三章人体动作空间与人性化设计•第一节人体动作疲劳强度的适度考量•第二节人体动作空间环境的标准考量•第四章人机工程学的设计运用•第一节室内空间设计•第二节家具陈设设计•第三节无障碍设计第二章人体动作与行为因素第一节人体与物体尺度的行为关联第二节人体与知觉心理的行为反映第三节人体与作业环境的行为需求第三节人体与作业环境的行为需求除了研究人与机器的关系外，人机工程还要研究作业周围的环境因素。作业环境是指人、机器共处的前提条件。它既包括物理因素也包括社会因素的影响。良好的、安全的作业环境应不损害人的作业功能．不影响人的工作能力（如无疲劳感）和身体健康，也不影响机器设备正常运行和性能。一、环境因素1．人一环境系统根据人的生理、心理特点，创造一个适应人工作要求的作业环境，以保证人身安全和高效率的工作。环境因素是多方面的，从性质上可分为以下几方面：(1)物理因素：温度、湿度、压力、振动、噪声、照明、电磁辐射等。(2)化学因素：有毒有害化学物等。(3)生理因素：营养、疾病、药物、睡眠等。(4)心理因素：动机、恐惧感、工作负荷等。(5)生物因素：病毒和其他微生物等。(6)社会因素：治安、交通、环保状况等。环境因素中有些因素存在着很明显的危险性，如有毒有害化学物、高温、高湿等；有些因素的作用则比较缓慢，如振动、噪声、电磁辐射等，但长时间在这种环境中工作，可能对人产生严重的后果。2．机器一环境系统机器一环境系统要考虑以下两方面的问题：(1)减少机器对环境的污染：机器对环境的影响主要是指机器工作过程中的废物（如废气、废液、废渣等）、振动、噪声等。为了减少环境污染，应采取合理的工艺流程，积极采取先进的技术措施。(2)机器适应环境：环境对机器的影响也是多因素的，如温度、湿度、腐蚀性气体和液体、易燃易爆物质、扮尘、振动和噪声等。为使机器能适应环境并可靠地工作，必须根据不同情况采取相应的防护措施。3．作业环境区域划分根据作业环境对人体的影响和人体对环境的适应程度，可分为四个区域（图78）：(1)最舒适区：这种环境各项指标最佳，完全符合人的生理心理要求，在这种环境下长时间工作不会感到疲劳，工作效率高，操作者主观感觉很好。这是一种理想的环境模式，目前只有少数实验室、计量室、精密设备操作室等才能达到这种条件。(2)舒适区：这种环境各项指标符合要求。在正常情况下，环境对人身健康无损害，而且不会感到刺激和疲劳。如一般仪器仪表加工和装配车间、实验室等。(3)不舒适区：这种环境中的某项指标超出舒适指标，长时间在这种环境下工作，会损害操作者的健康，或导致职业病的产生。如高噪声、高温、粉尘和有毒气体环境等。(4)不能忍受区：在这种环境中工作，如无保护措施将操作者与有害的环境隔离开来，人将难以生存。如水下作业、放射环境等。创造一种令人舒适而又有利于工作的环境条件，必须了解各种环境因素应当保持在什么样的范围之内。图78是根据作业环境分区原则提供决定操作者工作舒适程度的各种环境因素的参考数据。二、微气候微气候又称作业环境的气象条件或热环境，是指作业环境局部的气温、湿度、气流以及作业场所的设备、产品和原料等的热辐射指数。微气候直接影响操作者的作业能力、效奉、舒适感，甚至会形成不安全状态。另外，微气候还会对生产设备产生不良影响。（一）决定微气候的因素1．气温空气的冷热程度称为气温。作业环境中的气温主要取决于大气温度、太阳辐射和作业场所的各种热源。2．湿度空气的干湿程度称为湿度。作业环境中湿度主要取决于大气湿度。作业环境的湿度常用相对湿度表示，相对湿度在70%以上称为高气湿，低于30%称为低气湿。高气湿主要是由于水分蒸发与释放蒸气所致，如纺织、印染，造纸、制革、缫丝以及潮湿的矿井、隧道等作业场所。在高温高湿的情况下，人体散热（出汗）困难，使人感到透不过气来，若湿度降低就能促使人体散热而感到凉爽。低温高湿下人会感到更加阴冷，若湿度降低就会有增加温度的感觉。一般情况下，相对湿度在30～70℃之间时人会感到舒适。3．气流速度空气流动的速度称为气流速度（气流可促进散热）。作业环境中的气流除受外界风力的影响外，还与作业场所热源有关。因为气流是在温度差形成的热压力作用下产生的，热源使空气加热而上升，室外的冷空气从门窗和下部缝隙进入室内，造成空气对流。气流速度以米每秒表示。4．热辐射物体在绝对温度大于OK时的辐射能量，称为热辐射。太阳及作业场所中的各热源，如熔炉、火焰、熔化的金属、被加热的材料等热源均能产生大量的热辐射，它们是一种红外辐射。红外辐射不能直接加热空气，但能使周围的物体加热。当周围物体表面温度高于人体表面温度时，周围物体向人体辐射热而使人体受热，称为正辐射；相反，当周围物体表面温度低于人体表面温度时，人体表面则向周围物体辐射散热，称为负辐射。5．有效温度有效温度(ET)是将气温、湿度、气流速度和热辐射对人的综合作用所产生的主观热感党指标。（二）人的体温调节（热平衡）人的体温并不是人们想象的那样恒定不变的，人的脑、心脏及腹内器官的温度比较稳定，称为体核温度，但仍在37℃附近有微小变化。稳定的体核温度是保证生命功能的前提。为了保持稳定的体核温度，人体必须适应温度环境的变化，进行必要的体温调节。人的体温调节方式主要有三种（图79）：(1)热环境中通过皮肤表面的汗液分泌来散热。(2)冷环境中通过肌肉战栗来产生热量。战栗加速了肌肉的代谢过程，从而产生更多的热，因而也起到体温调节的作用。(3)进食人体将食物内的化学能转变为机械能和热能，以维持稳定的体核温度。（三）舒适的气候条件人体感觉舒适与否要取决于气温、湿度和气流速度，此外，还与人的体质、年龄、性别、衣着程度等有重要关系。1．舒适温度舒适温度有两种，一是人的主观舒适的温度，二是人体生理适宜温度。它有两种不同的标准，常用的是人主观感到舒适温度。舒适温度一般处干21—23℃范围内。影响舒适温度的因素很多：如季节不同舒适温度不同（夏季比冬季高）；热带人与寒带人的舒适温度不同（前者稍偏高，后者稍偏低）；不同劳动条件、不同衣着、不同性别（女子的舒适温度比男子高0.55℃）与不同年龄（40岁以上的人比青年人约高0.55℃）的舒适温度也不同。某些动作条件下的舒适温度指标如下：坐姿脑力劳动（办公室、调度室、计算机室等）为18～24℃；坐姿轻体力劳动（操纵台、仪表安装等）为18—23℃；立姿轻体力劳动（检查仪表、车工等）为17～22℃；立姿重体力劳动（木工、沉重零件安装等）为15～21℃度。2．舒适的湿度湿度高于70%称为高气湿，人的皮肤将感到不适；低于30%称为低气湿，人感到口鼻干燥。最适宜的湿度是40%—60%。3．舒适的气流速度舒适的气流速度与场所的用途和室温有关，普通办公室最佳气流速度量0.3m/s，教室、阅览厅、影剧院为0.4m/s。从季节上看，春秋季为0.3～0.4m/s，夏季为0.4～0.5m/s，冬季为0.2～0.4m/s。我国《采暖通风和空调设计规范》的温度、湿度和风速见表12。（四）微气候对人体、工作和设备的影响1．高温环境对人体的影响在高温环境中，人体可能出现一系列生理功能改变，如人的脉搏加快，皮肤血管舒张，血流量大大增加，形或皮肤温度升高，从而引起直肠温度（直肠温度一般可视为深部体温）上升，导致失盐、失水、头晕、头痛、恶心、投度疲劳等症状出现。温度太高，还会引起虚脱（中暑）乃至死亡。空调病：空调病主要出现在夏天，症状是进入空调旁时就头痛和不适。在设置空调温度时不能调得太低，一般不低于室外温度5℃，同时要有一定的气流速度（1m/s)以保持新鲜的空气。2．低温环境对人体的影响人在低温适应初期，皮肤毛细血管收缩，使人体散热量减少；代谢率增高，心率加快，心脏搏击量增加，使人体产热量增加。当产热量小于散热量时，人体热平衡遭到破坏，机体体温下降，神经系统机能处于抑制状态，心率随之减慢，心脏搏击量减少。人体长期处于低温环境中还会导致循环心脏搏击量、白细胞、血小板减少，血糖降低，血管痉挛，营养障碍等症状。若深部体温降至30℃时，人会全身剧病，意识椟糊；降至27℃以下时，可导致死亡。表13列出了在不同温度环境下的主诉症状和生理反应。3．微气候对材料的影响(1)温度对材料的影响材料具有热胀冷缩的特性。各种不同材料其膨胀系数是不一样的，如塑料的膨胀系数大干金属。安装在环境温度变化较大场所中的机器、仪器和仪表，以及造型装饰用的塑料元件，使用时只有考虑其膨胀物理效应，才能保证它正常工作。高温不仅能引起材料的尺寸、形状变化，其内部分子结构改变也会使材料改变性能。有些金属材料由于受热会产生局部应力。特别是某些装配的组件，由于膨胀或收缩，导致其内部应力进行重新分配，严重时由于变形产生卡死现象或破裂而发生事故。有些金属材料在低温时变脆，容易破裂。(2)温度、湿度对腐蚀的影响所有金属材料在常温下会缓慢地氧化和腐蚀，这种现象在有水分存在的条件下会加剧。因此，在湿度大的空气中，金属更易氧化，进而增如腐蚀的可能性。金属氧化后表面形成氧化膜，失去光泽，表面暗淡。当温度和湿度增加，氧化作用加剧，金属腐蚀后，就有可能成为事故隐患。（五）我国《工业企业设计卫生标准》我国《工业企业设计卫生标准》依据作业特征、劳动强度，以气温为主制定了工厂车间内作业区的空气温度和湿度标准。三、照明环境照明是视觉感知的必要条件。人们与自然界接触时，约有80%以上的信息是通过视觉获得的，照明条件的好坏直接影响视觉获得信息的效率与质量。照明与工作效率、工作质量、安全及人的舒适、视力和身体健康有着重要关系。工作精度越高，机械化白动化程度越高，对照明也相应提出更高更科学的要求。因此，照明条件是作业环境中的重要因素之一。（一）光的度量1．光通量光通量是单位时间内光源辐射出来、能引起人眼视觉的光辐射能量（瓦）。单位是流明(lm)。同类型、同瓦数灯泡的光通量有不小的差异，这是由于灯泡的质量互不相同、旧灯泡在使用中光通量衰减、灯泡表面沾污、电压波动等因素造成的。40W白炽灯的光通量约为400流明(lm)，40W荧光灯的光通量约为2100流明(lm)，后者为前者的5倍或更多。2．发光强度光源在给定方向的发光强度，用在该方向的单位立体角内的光通量来表示。发光强度的单位是坎德拉(cd)，简称坎。坎德拉与流明的关系是lcd=1lm/sr。一个单位立体角，又称为一个球面度，单位符号是SR，一个球有4丌个球面度。设一个40W的白炽泡发出的光通量为4001m，若在各个方向上的发光强度是均匀的，则各方向的发光强度均为(400／4帕尔)cd=32cd。假如装一个白色搪瓷伞形灯罩，灯罩对灯的发光强度可提高到70～80cd。改换碗形灯罩，因光通量的聚集使发光强度进一步提高；若配上镜面反射罩，发光强度可达到300cd上下（光域网的概念）。3、亮度亮度是单位面积光源表面上在给定方向上的发光强度。亮度的单位是坎德拉每平方米。4．照度照度是光源投射在单位面积物体上的光通量。照度的单位是勒克司(lx)，简称勒。（注意“亮度”与“照度”的区别：亮度是对光源而言的；照度是对被照射面而言的。）每平方米面积上投射下1流明的光通量，则照度为1勒克司，即1lx=1lm/m。点光源投照平面的照度，与两者间距离的平方成反比。5．灯的光效系数灯的光效系数是消耗1瓦(W)功率所产生的光通量的流明(lm)数。灯的光效系数用Im／W(流明／瓦)表示。表15几种类型灯具的光效系数范围单位：Im／W6．采光系数采光系数是室内某处天空光产生的照度与此刻该天空半球在室外无遮挡水平面上产生的扩散光照度之比。（二）照明对工效的影响1．照明与疲劳合适的照明能提高视力。因为亮光下瞳孔缩小，视网膜上成像更为清晰，视物亦清楚。当照明不良时，因反复努力辨认，易使视觉疲劳，眼睛疲劳会引起视力下降、眼球发胀、头痛以及其他疾