第3章-人的生理和心理及人体生物力学特性(1)

安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第1页2008.9第三章人的生理和心理及生物力学特性安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第2页2008.9第一节人的生理特性机体在生存过程中表现出的功能活动，称之为生命现象。从形态和功能上将机体划分为运动系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、循环系统、内分泌系统、感觉系统和神经系统。在人机系统中，人与机的沟通主要通过感觉系统、神经系统和运动系统。安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第3页2008.9一、人的感知特性1、人的感知反应过程•人机系统（见图3-1）•人的神经系统结构（见图2）•感觉和知觉合称感知。感觉反映的是客观事物的个别属性，知觉反映的是客观事物的整体属性。感觉是知觉的基础，没有感觉，也就不可能有知觉。对事物的个别属性的反映的感觉越丰富，对事物的整体反应的知觉就越完整、越正确。第一节人的生理特性安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第4页2008.9图3-1人机系统图安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第5页2008.9图2人的神经系统结构神经系统中枢神经周围神经脊髓按解剖分脑神经；脊神经按功能分感觉（传入）神经运动神经（传出）脑：延髓；脑髓；中脑；间脑；小脑；大脑躯体运动神经（支配骨骼肌)植物性神经（支配内脏器官）安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第6页2008.92、感觉的基本特征•感觉可以说是一切知识源泉，是人们认识世界获得信息的门户，也是各种复杂的高级心理过程（如记忆、思维、想象、情感）的基础。在生产过程中，培养和发挥大家的感知能力，对减少和防止事故的发生具有十分重要的意义。•感受器是指分布在体表或各种组织内部的能够感受机体内外变化的一种组织或器官。感觉器官是机体内的感受器，如视觉器官、听觉器官、前庭器官等。安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第7页2008.92、感觉的基本特征•人的各种感受器都有一定的感受性和感觉阈限。（表3-1）•从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达到一定强度才能对感受器官发生作用。（表3-2）•一种感受器官只能接受一种刺激和识别某一种特征，眼睛只接受光刺激，耳朵只接受声刺激。人的感觉印象80%来自眼睛，14%来自耳朵，6%来自其他器官。•同时有多种视觉信息或多种听觉信息，或视觉与听觉信息同时输入时，人们往往倾向于注意一个而忽视其它信息，如果同时输入的是两个强度相同的听觉信息，则对要听的那个信息的辨别能力将下降50%，并且只能辨别最先输入的或是强度校大的信息。•感觉器官经过连续刺激一段时间后，敏感性会降低，产生适应现象。前进安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第8页2008.9表3－1刺激及感觉反应感觉种类感觉器官适宜刺激识别特征作用视觉眼光形状、大小、位置、远近、色彩、明暗、运动方向等鉴别听觉耳声声音的高低、强弱、方向和远近报警、联络嗅觉鼻挥发和飞散的物质辣气、香气、臭气报警、鉴别味觉舌被唾液溶解的物质甜酸、苦辣、咸等鉴别皮肤感觉皮肤及皮下组织物理或化学物质对皮肤作用触觉、痛觉、温度觉、压觉报警深部感觉肌体神经及关节物质对肌体的作用撞击、重力、姿势等平衡感觉前庭器官运动和位置变化旋转运动、直线运动和摆动等调整安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第9页2008.9表3－2人体主要感觉阈值感觉感觉阈下限上限视觉（2.2～5.7）×10-17J（2.2－5.7）×10-8J听觉1×10-12J/m21×102J/m2嗅觉2×10-7kg/m3味觉4×10-7(硫酸试剂摩尔浓度)触觉2.6×10-9J温度觉6.28×10-9kg·J/m2·s9．13×10-6kg·J/m2·s振动觉振幅2.5×10-4mm安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第10页2008.93、知觉的基本特征人的知觉一般分为空间知觉，时间知觉，运动知觉与社会知觉等，它们有如下共同特征：•知觉的整体性（见图3）•知觉的理解性（见图4）•知觉的恒常性•知觉的选择性（见图5）安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第11页2008.9图3知觉的整体性安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第12页2008.9图4知觉的理解性安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第13页2008.9图5人头托盘双关图安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第14页2008.94、人的视觉及其特性•（1）人眼的构造视觉是由眼、视神经和视觉中枢共同完成，眼是视觉的感受器官。眼球的基本结构（见图6）眼球的水平解剖图（见图3-2）来自物体的光线通过角膜、玻璃体、瞳孔、晶体、聚焦在视网膜的中央窝。视网膜的锥体细胞及杆体细胞接受光刺激，转换为神经冲动，经由视神经传导到各视觉中枢。安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第15页2008.94、人的视觉及其特性•（2）视觉的基本参数•波长和强度效应•视角（见图3-3）视角是确定被观测物尺寸范围的两端光线射入眼球的相交角度，视角的大小与观察距离及被观测物体上两端点直线距离有关。•视力视敏度是能够辨出视野中空间距离非常小的两个物体的能力，医学上视敏度即为视力。•视野（见图3-4，图3-5）视野（静视野）是指当头部和眼球固定不动时所能看到的正前方空间范围，眼球自由转动（动视野）•视距（见表3-3）视距是指人在操作系统中正常的观察距离。•色觉安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第16页2008.9图6人眼球的基本结构安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第17页2008.9图3－2眼球的水平解剖图安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第18页2008.9图3－3视角LDarctg22＝安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第19页2008.9图3－4人的水平视野和垂直视野安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第20页2008.9图3－5人对不同颜色的视野安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第21页2008.9表3－3几种工作视距的推荐值任务要求举例视距离（cm）固定视野直径(cm)备注最精细的工作安装最小部件（表·电子元件）12～2520～40完全坐着，部分地依靠视觉辅助手段精细工作安装收音机、电视机25～35（多为30～32）40～60坐着或站着中等粗活印刷机、钻井机、机床旁工作50以下至80坐着或站着粗活包装、粗磨50～15030～250多为站着远看黑板、开汽车150以上250以上坐着或站着安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第22页2008.9（3）常见的几种视觉现象•暗适应与亮适应（见图3-6）在黑暗中视觉感受性逐渐提高的过程叫暗适应；对光适应的过程叫亮适应。亮暗的频繁变化，眼睛不能很快适应，不仅增加了眼睛的疲劳而且观察和判断容易失误，从而导致事故的发生。•对比感度人眼刚刚能辨别到物体时，背景与物体之间的最小亮度差称为临界亮度差，其与背景亮度之比成为临界对比。临界对比的倒数称为对比感度。•视错觉（见图3-7a，图3-7b，图3-7c）人观察外界物体形象和图形所得的印象与实际形状和图形不一致的现象。安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第23页2008.9图3－6暗适应和亮适应曲线安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第24页2008.9图3－7a几种常见视觉错误安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第25页2008.9图3-7b一系列视错觉图安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第26页2008.9图3-7c视错觉图安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第27页2008.9（4）视觉运动规律•眼睛的水平运动比垂直运动快，即先看到水平方向的东西，后看到垂直方向的东西。•视线运动的顺序习惯于从左到右，从上至下，顺时针进行。•对物体尺寸和比例的估计，水平方向比垂直方向准确、迅速、且不易疲劳。•当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相同的情况下，观察率优先的顺序是左上、右上、左下、右下。•两眼的运动总是协调的、同步的，在正常情况下不可能一只眼睛转动而另一只眼睛不动；在操作中一般不需要一只眼睛视物，而另一只眼睛不视物。•人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受。•颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。当人们从远处辨认前方的多种不同颜色时，其易于辨认的顺序是红、绿、黄、白。当两种颜色相配在一起时，易于辨认的顺序是：黄底黑字，黑底白字，蓝底白字，白底黑字等。安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第28页2008.95、听觉特性（1）人耳构造和听觉过程（见图3-8，图3-9）•将声能有骨膜经放大传达到相当于鼓膜面积1/20的卵圆窗，继而传给前庭阶的液。传到前庭的每一个振动，都使一定量的液体从前庭向耳蜗的前庭阶移动，并使听细胞受到刺激，转化成神经脉冲，经听神经传给大脑，这就是听觉过程。（2）听觉特征•可听范围（见图3-10）能感觉到的频率范围16-20000Hz，最佳20-20000Hz，但随着年龄的增长，频率感受的上限逐年连续降低。安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第29页2008.95、听觉特性（2）听觉特征•可听声音的强度（见图3-11）听阈指在某频率下，仍能够听到的该纯音的最小声级的分贝数，也称听力。图3-11表明：①在800-1500Hz这段频率范围内，听阈无明显变化；②低于800Hz，可听响度随着频率的降低而明显减小；③在3000-4000Hz之间达到最大的听觉灵敏度，在该频率范围内灵敏度高达标准指的10倍；④超过6000Hz灵敏度继续下降，大约在17000Hz，减至标准值得1/10；⑤除了200-5000Hz之间有一段谷值外，开始感觉疼痛的极限声强几乎与频率无关；⑥在1000Hz时平均听阈值为10-12（Wm-2）。安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第30页2008.95、听觉特性（2）听觉特征•方向敏感度根据声音到达两耳的时间先后和响度差别可判定声源的方向。频率越高，响应对于方向的依赖程度越大。•掩蔽效应一个声音被另一个声音所掩盖的现象称为掩蔽。一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应称为掩蔽效应。安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第31页2008.9图3－8人耳的构造安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第32页2008.9图3-9人耳的剖面图安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第33页2008.9图3－10年龄对听力敏感性的影响安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第34页2008.9图3-11人的听觉阈限安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第35页2008.96、人的嗅觉、味觉和肤觉特性（1）嗅觉（P59）（2）味觉（P59）（3）肤觉（P59）•触觉（触觉感受器见图10，触觉阈限）•温度觉•痛觉（见图11）安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第36页2008.9图10部分触觉感受器安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第37页2008.9图11人的痛、温度和粗略触觉传导通路安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第38页2008.9二、人的反应时间1、定义2、影响反应时间的影响因素•随感觉通道不同而不同（见表3-4）•与运动器官有关（见表3-5）•与刺激性质有关（见表3-6）•随执行器官不同而不同（见表3-7）•与刺激数目的关系（见表3-8）•与颜色的配合有关（见表3-9）•与年龄有关（见表3-10）•与训练有关安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第39页2008.9表3－4反应时间随感觉通道的变化T（秒）听觉触觉视觉嗅觉味觉咸味甜味酸味苦味0.115～0.1820.117～0.2010.188～0.2060.200～0.3700.3080.4460.5231.082动作部位动作特点最少平均时间（ms）手握取直线曲线70220旋转克服阻力不克服阻力720220脚直线的克服阻力的360720腿直线的脚向侧面360720～1460躯干弯曲倾斜720～16201260表3－5反应时间与运动器官的关系安全人机工程学︵第三章︶环境工程系第40页2008.9表3－7执行器官的反应时间动作部位动作特点最少平均时间（ms）手握取直线曲线70220旋转克服阻力不克服的720220脚直线的克服阻力的360720腿直线的脚向侧面360720～1460躯干弯曲倾斜720～16201260表3－6反应时间与刺激性质的关系执行器官反应时间（ms）右手左手右脚左脚147144174179安全人机工