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第二章工业心理学的生理学和心理学基础本章目录第一节工业心理学的生理学基础第二节工业心理学的心理学基础第一节工程心理学的生理学基础一、生理基础概述人体测量能量系统生物力学二、人体测量在人机系统中人的活动需要一定的空间。人在这个空间中以一定的肢体形态从事规定的工作。人际系统工作空间的设计必须满足人的肢体活动的需要。1.人体差异性和统计特性（1）差异性年龄差异性别差异种族差异职业差异年代差异暂时性差异（2）统计分析绝大多数人体测量数据符合正态分布平均数和标准差是正态分布的两个关键参数在工程设计中，常用百分位数表示人体测量数据百分位：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5％的人身高等于或小于这个尺寸。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％。第50百分位的数值可以说接近平均值，但决不能理解为有平均人这样的尺寸。2.人体测量数据测量仪器与方法人体测量尺3.静态尺寸和动态尺寸(1)静态尺寸：是人体处于固定的标准状态下测量的。如手臂长度、腿长度、坐高等。它对与人体直接关系密切的物体有较大关系，如家具、服装和手动工具等。主要为人体各种装具设备提供数据。《中国成年人人体尺寸》（2）.动态尺寸：是人在进行某种功能活动时肢体所能所能达到的空间范围，它是动态的人体状态下测得。包括关节的活动、转动所产生的角度与肢体的长度协调产生的范围尺寸。它对于解决许多带有空间范围、位置的问题很有用。4.人体参量在工程设计中的应用按设计任务分类上限确定性产品的设计室内高度，地铁、客房、大厅下限确定性产品的设计安全网眼，栅栏，步行街障双限确定性产品的设计汽车驾驶员的座椅均值确定性产品的设计门的把手等设计界限值的选择和满足度用产品的设计界限取P5-P95，满足度为90%。一般军用品的设计的满足度应超过90%对可能危害健康的产品应尽可能加大满足度。如取P1-P99，满足度为99%。逃生门对于一般的上限确定性产品，取P95对于一般的下限确定性产品，取P5对于取一个满足度难以解决问题的，采用系列化的方法，如服装。一般民产品功能尺寸和修正量产品的功能尺寸是为了确保实现产品的功能而在设计时所规定的产品尺寸。最小功能尺寸=（人体）设计界限值+功能修正量最佳功能尺寸=（人体）设计界限值+功能休整量+心理修正量着装修正量产品尺寸设计的步骤和方法1、识别所有与产品设计相关的人体尺寸；2、确定预期的用户人群（成人、儿童、老人等）；3、选择一个合适的预期用户的满足度;1)确定所设计产品的类型;2)选择人体尺寸的百分位(满足度).4.获取正确的人体测量数据表并查找出需要的基本数据5、产品功能尺寸的确定1)确定功能修正量（客观量）（1）着装修正量（表2-12）（2）姿势修正量（p36)（3）操作功能修正量(p36)（4）年代、年龄修正量2)确定心理修正量（主观量）人体身高在中的应用方法例如：身高与尺寸设计产品人体尺寸设计案例单人床的人体尺寸设计人体尺寸：长、宽、高使用人群：中国西南地区青年男性（18-25岁）II型产品，满足度:95%长度:极大尺寸,P95，身高ｈ:1740.27宽度：极大尺寸,P95，肩宽ｗ：465高度：极小尺寸,P5，小腿加足高：380修正量，功能尺寸的确定1.长度躺卧空间长度=h＊1.05+h1+h2+a+b=1827.28+50+100+50+50=2077.27总长度：2～2.2m２、宽度睡眠与床宽的关系：最小宽度为70cm，当宽度小于50cm时，翻身次数减少30%，睡眠质量受到严重影响。宽度=(2.5～3)w=1162~1395合理宽度：1.2~1.4m3、高度为考虑到使用者上床、脱衣、穿鞋等活动的方便，床的适宜高度选取小腿的长度,即40~45cm。小组讨论：我校想定制一批新的教室桌椅，请设计这批桌椅的尺寸。根据产品设计的步骤来进行设计。二、能量代谢（一）肌肉结构和代谢肌肉结构分：平滑肌，心肌和骨骼肌骨骼肌收缩使骨骼产生运动骨骼肌由肌肉纤维构成每根纤维由大量肌原纤维组成每条肌原纤维可分为大量的肌小节肌小节是骨骼肌的收缩单元（二）有氧代谢和无氧代谢肌肉收缩所需要的能量来自于ATP（三磷酸腺苷）但机体储备ATP的能力非常有限，只能供应几秒钟，肌体必须不断合成ATP。有氧代谢：氧充足且肌肉活动水平中等，可以通过分解碳水化合物和脂肪酸获得。产生二氧化碳并排出。无氧酵解：在无氧情况和肌肉重度活动情况下将葡萄糖降解为乳酸，获得能量，产生乳酸，引起肌肉疼痛和疲劳。肌肉在能量转化过程中释放约80%的能量变为代谢热，因此在热环境下工作会让机体保持体温更困难。（三）循环和呼吸系统循环系统负责将氧气和营养物送至组织，并将二氧化碳和其他废物从组织中移走。呼吸系统负责与外界环境的氧气和二氧化碳交换。循环系统：血液和心血管系统呼吸系统：鼻、咽、喉、气管、支气管、肺、胸腔壁肌、横膈膜等组成。（四）工作能量消耗基础代谢率：维持生命所需的能量消耗的最低水平。在12小时未进食的安静环境中测得，成人大概在1600-1800千卡/24小时。静息代谢率：维持静坐但无作业活动，比基础代谢高约20%。大约是2400千卡/24小时.活动代谢：体力活动时的机体代谢。各种活动的能量消耗速度估计活动能量消耗速度（千卡/分钟）睡觉1.3静坐1.6站立2.3步行2.8木匠3.9伐木工4.1搬运4.2焊接3.4锯木6.8（五）能耗与工作1.工作负荷测量耗氧量和心率通常用来计量体力作业的工作负荷耗氧量：可以测量单位时间呼出空气量，以及呼出空气中的氧比例与吸入空气中的氧比例间的差值确定。测量工具：戴一个面罩，收集呼出空气，进行测定。心率：心率与耗氧量成线性相关，可作为能耗的指数。但心率受其他因素如情绪因素影响。可用便携式远程测量仪。血压适合静姿作业每分通气量每分钟呼出的空气量，情绪应激时，呼吸模式会改变，每分通气量上升。主观计量要工人在量表上对感知到的自身体力消耗水平进行评价2.全身疲劳的原因和控制如果作业能量超过最大有氧能力的30%-40%，可能会感到疲劳，如果超过50%，肯定会感到疲劳。可设计合理的工具减少全身疲劳，例如，例如用自动送货器减少承重需要。改变布局，减少提拉推重物的距离。三、生物力学Mary是一家包裹货运公司的CEO，为了提高生产率，公司决定把每个包裹的重量从80磅提高到145磅。遭到了工会的抗议，工会认为这会使工人的身体受损。Mary不想引起罢工，也不想出现工伤，但是又想提高工作效率。她想，145磅到底行不行？80磅是否已经够了？美国职业安全和健康研究所的数据表明，美国每年有50万工人因为用力过度受伤，其中主要包括腰部疼痛和上肢末端（手指，腕部，胳膊和肩膀）累积性损伤。华山挑山工的肩膀累积性损伤非常严重职业生物力学是依照力学将人体肌肉骨骼看作机械系统，帮助人们理解工业中的人体活动。一、肌肉骨骼系统骨骼系统人体有206块骨头。肌腱将肌肉附在骨骼上，并将肌肉上的力传递到连接的骨骼上韧带将关节两端的骨头连接起来骨骼在过重的压力或长期的弯曲扭转下会发生骨折连接组织也会因使用过度而受伤肌肉肌肉收缩，肌纤维缩短，产生关节活动通常通过测量外力和力矩来判断肌肉紧张度肌肉力量分静力和爆发力为了确定某个负荷是否超过了身体相关部位能承受的限度，需要对个体执行任务时身体该部位的物理压力进行定量分析。通常使用生物力学模型，即将肌肉骨骼系统看作一个机械系统，用物理学和人体工程学的方法来计算人体肌肉和骨骼所受的力。二、腰部问题腰部是工业中花费最高的人体疾病，美国国家医疗赔偿中1/3是关于腰部问题。主要原因是用手进行的一些操作，如抬起重物、折弯物体、拧转物体，还有长时间保持静坐也是引起腰部问题的主要原因。腰部离双手最远，因此成为人体中最薄弱的杠杆，躯干重量和货物重量都会对腰部产生明显的压力，尤其是第五腰椎和第一骶椎之间的椎间盘。在这个动作中，背部受力是重物重力的8倍和躯干重力的5倍之和。如果抬起450牛顿的重物，背部受力将达到5000牛顿，这是人能承受的上限。影响因素除了货物重力，还有货物位置，躯体扭转角度，货物大小和形状、移动距离等等。除了力学标准，还英考虑生理学和心理学物理学标准。生理学标准规定重负举重物的重量上限，因为这需要消耗能量，心理学物理学标准则是为了在这些活动中工人不至于感到过度疲劳。久坐工作和座位设计人在静坐时身体承受张力较小，容易保持姿势，且容易控制胳膊，保持平衡。坐姿的问题在于极易导致腰部问题。原因在于坐的时候脊柱弯曲程度不够，椎间盘压力增大，使椎间盘突出，脊柱软组织压力增大，影响神经根部，导致腰部疼痛。不同姿势的椎间盘受力大小为了降低久坐工作中腰部疼痛的发生率和严重程度，需对座位的设计加以注意。人体工学椅上肢末端累积性损伤在频繁用手和胳膊进行操作的工作中，1/10以上的工人上肢末端受到损伤。主要发生在手指、手腕、手臂、肩部、肘部等的软组织肌腱累积性损伤过度重复使用肌腱会造成肌腱发炎。手腕的累积性损伤腕管炎长期使用计算机的人容易得腕管炎累积性损伤的成因与预防原因：重复性动作、用力过度、姿势不当、长期保持一个姿势、动作过快、震动、寒冷、工具或物体边缘对肌体的压力。生理和心理因素也会影响累积性损伤预防：管理学：对员工进行培训，合理安排时间。工效学：合理设计工作场所和设备手工工具的设计原则1.避免手腕弯曲2.手柄形状便于抓握3.提供足够的握距（如剪刀）4.保证手指不戴东西就能进行操作，同时某些工具保证佩戴手套也能使用，并避免工具滑落。第二节工业心理学的心理学基础夜晚开车的经历一、感觉二、认知（注意，知觉，记忆，思维）一、感觉（一）视觉视觉刺激：光感受器：眼球与视觉神经感觉加工限制对比敏感度颜色感觉夜视自上而下和自下而上的加工自动售票机如何涉及知觉的规律：自动售票机用绿色表示正常运行，红色表示失败；大中午，小王走到机器前。强烈阳光下，小王扫了一眼，没看清楚指示灯的颜色。但小王之前常用这台机器，从来没有遇到机器故障，所以他自动认为指示灯是绿色的。(过去高度稳定的经验会让我们猜测当前的颜色是绿色的)；小王走到机器前，没有听到异常的声音，因而小王没有想到机器会有问题，如果这时候问他灯是什么颜色，他会坚定地认为是绿色。机器突然出现了正常的声音，而且屏幕死机了，开始闪动。小王开始怀疑，难道机器是坏的？那指示灯到底是什么颜色？小王用一只手挡住太阳，仔细查看，发现指示灯是红色的。其实它一直都是红色的。阅读“雨夜中的司机”，讨论以下问题：在这个例子中，司机的感觉在哪些地方受到限制？为什么会出现“无法辨别”的情况？哪些因素影响了人的感觉？（二）听觉“在一家工厂，一名工人因为噪音变得越来越沮丧。这些噪音让无聊的工作更加令人烦躁，而且每天回家都会感到耳鸣和头疼。有一次她差点漏听了设备的警报声，险些造成事故。有人问她为什么不戴上耳塞以屏蔽噪音，他回答说那东西戴着不舒服，而且戴上之后更难听到警报声，也没法与旁边的操作员说话，这是她工作中仅有的乐趣之一。”听觉刺激：声波听觉传感器：耳朵听觉体验：响度和音调警报设计：不能过大也不能过小英国飞行员：夜晚我正在驾驶一架飞机，突然发动机停转的警报响起来了，各种警报灯亮起来了，我完全没有料到。在这一刻，我的恐惧到了极点，手忙脚乱地操纵这些装置，试图让这些视觉听觉冲击停下来，而不是排除故障。如此吵闹的冲击，让我根本无法与同伴焦虑，无法思考实际问题，一心只想着如何去掉这些刺耳的声音。警报的标准：能在周围的噪音背景下被听到；比如，必须高于环境噪声15-30分贝；不该高于听觉的危险水平，如85-90分贝。如果周围环境噪音很强，警报应在