1、 PAGE 228 安全工程基礎(chǔ)第七章 安全人機(jī)工程原理高效的勞動生產(chǎn)率與安全、衛(wèi)生和舒適的工作條件是人類所追求的。因?yàn)?，高效的勞動生產(chǎn)率可使人們獲得更多的生產(chǎn)成果以滿足人類的物質(zhì)及精神生活的需要，而安全、衛(wèi)生和舒適的工作條件不僅直接影響著勞動者的勞動效率，而且也直接關(guān)系到勞動者的身心健康與安全。隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，創(chuàng)造安全、衛(wèi)生和舒適的勞動條件的意義與作用將會愈來愈大。40多年前，人們?yōu)榱颂岣邉趧由a(chǎn)效率，則側(cè)重對在人體機(jī)能允許的條件下，以充分發(fā)揮設(shè)備效能為著眼點(diǎn)、提高工效為最終目的的研究，從而產(chǎn)生了人機(jī)工程學(xué)。而后，人們又開展了在保證生產(chǎn)效率的同時，以保障人的安全健康和舒適為目標(biāo)的、研究

2、人機(jī)關(guān)系的人機(jī)工程學(xué)，即發(fā)展成為當(dāng)今的安全人機(jī)工程學(xué)。第一節(jié) 安全人機(jī)工程學(xué)的研究任務(wù)、內(nèi)容、方法一、安全人機(jī)工程學(xué)的定義安全人機(jī)工程學(xué)是運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的原理、思想和方法及工程技術(shù)理論來研究和揭示人機(jī)系統(tǒng)中的安全問題，立足于對人在勞動過程中的保護(hù)、確保安全生產(chǎn)的一門學(xué)科。它是人機(jī)工程學(xué)的一個分支?！鞍踩藱C(jī)工程學(xué)”的命名不僅體現(xiàn)了該學(xué)科主要側(cè)重于研究和解決安全問題，也強(qiáng)調(diào)了學(xué)科研究的目的性。安全人機(jī)工程學(xué)，主要是從人的生理、心理、生物力學(xué)、人體測量及人接受信息和處理信息諸方面去研究機(jī)械化、電器化、自動化等生產(chǎn)過程中帶來高生產(chǎn)效率的同時所帶來的勞動傷亡、病害等危害因素的作用和機(jī)理及預(yù)防與消除的方

3、法等，著眼點(diǎn)是放在保護(hù)人的安全健康上面，在充分發(fā)揮機(jī)的效率的條件下，研究如何保護(hù)人的安全健康，使人的生活、生存和生產(chǎn)達(dá)到安全化的要求。二、安全人機(jī)工程學(xué)的任務(wù)安全人機(jī)工程學(xué)的主要任務(wù)是建立合理而又可行的人機(jī)系統(tǒng)，更好地實(shí)施人機(jī)的功能分配，使人和機(jī)有機(jī)的結(jié)合、相互協(xié)調(diào)，以更有效地發(fā)揮人的主體作用，并為操作者創(chuàng)造安全、舒適和衛(wèi)生的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人機(jī)系統(tǒng)“安全、高效、經(jīng)濟(jì)”的綜合效能。安全人機(jī)工程在實(shí)現(xiàn)上述目的的過程中，需為工程技術(shù)設(shè)計(jì)者提供諸如人體作業(yè)的舒適范圍(最佳狀態(tài)) ；人體的允許范圍(保證工作效率) ；人體的安全范圍(不致傷害的最低限度和環(huán)境要求) ；一切安全防護(hù)設(shè)施如何適應(yīng)人的各種使用要求等

4、人體的理論參數(shù)和要求，并以此為依據(jù)，充分考慮人體與機(jī)器的最佳匹配。在安全人機(jī)工程中，常需進(jìn)行以下三方面的設(shè)計(jì)。(1) 機(jī)器系統(tǒng)中直接由人操作或使用的部件的設(shè)計(jì)機(jī)器系統(tǒng)中直接由人操作或使用的部件，主要指的是各種顯示器、操縱器和照明器件等，它們都必須適合于人的使用。值得提出的是，安全人機(jī)工程所要解決的不是這些設(shè)備的工程技術(shù)的具體設(shè)計(jì)問題，而是從適合于人的角度出發(fā)，向設(shè)計(jì)人員提出具體的要求，如怎樣設(shè)計(jì)儀表才能保證操作人員看得清楚、讀數(shù)迅速；怎樣設(shè)計(jì)操縱器才能使人操作起來準(zhǔn)確、迅速、得心應(yīng)手、方便省力等。(2) 環(huán)境控制和安全裝置的設(shè)計(jì)生產(chǎn)現(xiàn)場有各種各樣的環(huán)境條件，例如冶煉爐的高溫、機(jī)器的振動和噪聲、

5、粉塵的污染，以及各種輻射等特殊條件。為了克服這些不利的環(huán)境因素，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，就需要設(shè)計(jì)一系列的環(huán)境控制設(shè)備和保障人身安全的裝置。(3) 人機(jī)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)為了提高整個人機(jī)系統(tǒng)的效能，除了必須使機(jī)器系統(tǒng)的各個部分(包括它的環(huán)境系統(tǒng)) 都適合人的要求外，還必須解決整個人機(jī)系統(tǒng)中人和機(jī)器的職能如何，合理分工和相互配合的問題。即，根據(jù)機(jī)器和人的各自特點(diǎn)，哪些操作適合于機(jī)器進(jìn)行，哪些操作適合于由人完成，兩者又如何相互配合，人和機(jī)器之間又如何交換信息等。三、安全人機(jī)工程學(xué)的研究內(nèi)容(1) 研究人的各種特性人是人機(jī)系統(tǒng)的主體，人機(jī)系統(tǒng)中人的特性指的是人的生理特性和心理特性兩大類。人的生理特性主要包括

6、：靜態(tài)及動態(tài)人體尺度；人體的形態(tài)機(jī)能；人體生物力學(xué)參數(shù)；人的信息輸入、處理、輸出的機(jī)制和能力；人的操作可靠性的生理因素；人的疲勞機(jī)理與減緩?fù)緩降?。人的心理特性主要包括：人的心理過程與個性心理特征；人在勞動時的心理狀態(tài)；安全生產(chǎn)的心理因素等。(2) 研究人機(jī)功能合理分配這方面的主要研究內(nèi)容有：人和機(jī)各自的功能特性參數(shù)、適應(yīng)能力和發(fā)揮其功能的條件、各種人機(jī)系統(tǒng)人機(jī)功能分配的方法等。(3) 各種人機(jī)界面的研究對控制類人機(jī)界面主要研究：機(jī)器顯示裝置與人的信息通道特性的匹配，機(jī)器操縱器與人體運(yùn)動特性的匹配，顯示器與操縱器性能的匹配等，從而針對不同的系統(tǒng)研究最優(yōu)的顯示控制方式。對生活和生產(chǎn)領(lǐng)域中數(shù)量最多的

7、工具類人機(jī)界面，主要研究其適用性和舒適性，即如何使其與人體的形態(tài)功能、尺寸范圍、手感和體感等相匹配。對環(huán)境，主要研究作業(yè)的物理環(huán)境、化學(xué)環(huán)境、生物環(huán)境和美學(xué)環(huán)境等對人的影響程度、閾值范圍和控制手段。對特殊的環(huán)境，還必須研究人的生命保障系統(tǒng)等。(4) 作業(yè)方法與作業(yè)負(fù)荷研究作業(yè)方法研究包括作業(yè)的姿勢、體位、用力、作業(yè)順序、合理的工位器具和工卡量具等的研究，目的是消除不必要的勞動消耗。作業(yè)負(fù)荷研究主要側(cè)重于體力負(fù)荷的測定、建模(用模擬技術(shù)建立各種作業(yè)時的生物力學(xué)模型)、分析，以確定合適的作業(yè)量、作業(yè)速率、作息安排，以及研究作業(yè)疲勞及其與安全生產(chǎn)的關(guān)系等。(5) 作業(yè)空間的分析研究主要研究為保證安全

8、高效作業(yè)所需的空間范圍，包括人的最佳視區(qū)、最佳作業(yè)域、最小的裝配作業(yè)空間以及最低限度的安全防護(hù)范圍等。(6) 人為失誤的研究據(jù)國內(nèi)外大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，近80%的事故是由于人為失誤而引起的。因而，研究產(chǎn)生事故的各種人為因素、人的操作失誤分析與預(yù)防措施等也屬安全人機(jī)工程學(xué)研究的一個范疇。四、安全人機(jī)工程學(xué)的特點(diǎn)安全人機(jī)工程學(xué)是一門綜合性學(xué)科，它處于許多學(xué)科的邊緣交叉部上，既有人體科學(xué)與工程技術(shù)，又有社會科學(xué)與自然科學(xué)等學(xué)科的交叉和滲透，如它需涉及到的學(xué)科有生理學(xué)、心理學(xué)、人體解剖學(xué)、人體測量學(xué)、人類學(xué)、環(huán)境保護(hù)學(xué)、色彩學(xué)、信息學(xué)、安全管理工程學(xué)、安全工程學(xué)等學(xué)科。心理學(xué)中的工程心理學(xué)，是當(dāng)今安全

9、人機(jī)工程學(xué)的主要基礎(chǔ)學(xué)科之一。它所研究的對象雖然都是人機(jī)系統(tǒng)中人這一環(huán)節(jié)，但工程心理學(xué)側(cè)重于對人的心理活動的研究，即研究人對信息的接受、儲存、加工(這些與人的生理也有關(guān)系)，以及在此基礎(chǔ)上如何作出決定和執(zhí)行決定等問題。安全人機(jī)工程學(xué)則是在綜合各門學(xué)科的基礎(chǔ)上，全面考慮“人的因素”，從而對人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用提供更全面的依據(jù)。因此，工程心理學(xué)依據(jù)的所有內(nèi)容，都屬于安全人機(jī)工程學(xué)的一部分，安全人機(jī)工程學(xué)可以說是工程心理學(xué)的發(fā)展和擴(kuò)大，兩者有著不可分離的“親緣”關(guān)系。人體解剖學(xué)提供了人的肢體所能發(fā)揮的力量及肌肉關(guān)節(jié)等的動作限度的資料，這將有助于人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。人體測量學(xué)對人體靜態(tài)和動態(tài)尺寸(如人體身

10、高，上、下肢的長度，人坐著或站著時肢體運(yùn)動的角度與尺寸等)的測量資料，為人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)計(jì)和工作空間布置提供了科學(xué)依據(jù)。生理學(xué)及環(huán)境保護(hù)學(xué)研究人機(jī)各方面的機(jī)能和效率，以及各種環(huán)境對人體的影響。安全人機(jī)工程學(xué)常常應(yīng)用它們的研究成果來提高人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境和保證人體正常的生理活動，從而達(dá)到提高人機(jī)系統(tǒng)的工作效率的目的。安全人機(jī)工程學(xué)與人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)有著密切關(guān)的系。構(gòu)成系統(tǒng)的要素是機(jī)械、設(shè)備、環(huán)境、信息和人等。系統(tǒng)工程學(xué)是研究復(fù)雜系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)和最佳運(yùn)用的科學(xué)。而系統(tǒng)論則是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的科學(xué)方法論。色彩學(xué)研究色彩配置的色調(diào)、對比與調(diào)會以及由此而產(chǎn)生的色彩功能對人的生理與心理所

11、產(chǎn)生的影響。研究、掌握色彩運(yùn)用的規(guī)律，利用色彩的功能表現(xiàn)機(jī)器造型的完美，使之與機(jī)器外型、結(jié)構(gòu)、功能和諧地統(tǒng)一起來，對美化生產(chǎn)環(huán)境，發(fā)揮產(chǎn)品的“精神功能”，調(diào)節(jié)與調(diào)動作業(yè)者的積極性都有著重要的作用。管理科學(xué)中的安全管理工程學(xué)，是研究實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的組織手段的科學(xué)，它包涵著社會科學(xué)的內(nèi)容，例如安全政策、安全法規(guī)、安全教育、安全管理等理論，這些都將直接應(yīng)用安全人機(jī)工程學(xué)的研究成果。而且它們之間，存在著互相聯(lián)系、互相促進(jìn)的關(guān)系。安全工程學(xué)是研究事故發(fā)生的主要原因和過程、安全技術(shù)和安全管理的系統(tǒng)科學(xué)。而安全人機(jī)工程學(xué)是實(shí)現(xiàn)安全工程學(xué)的基礎(chǔ)理論和科學(xué)依據(jù)，兩者之間的關(guān)系更加密切。為了更好地理解和掌握系統(tǒng)和人

12、的特性，還需要將生物力學(xué)、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)、信息論、協(xié)同論、突變論、控制論等學(xué)科知識，靈活運(yùn)用于安全人機(jī)工程學(xué)的研究。綜上所述，安全人機(jī)工程學(xué)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在，它所要解決的不是工程設(shè)計(jì)中的具體技術(shù)問題，而是工程設(shè)計(jì)如何才能適合于人的使用的問題，并從這個角度出發(fā)，向設(shè)計(jì)人員提供必要的參數(shù)和要求，使設(shè)計(jì)更加合理，更適合于人的生理和心理要求，所以，安全人機(jī)工程學(xué)作為一門新興學(xué)科，與許多鄰近學(xué)科既有密切的相互聯(lián)系，又有它獨(dú)特的理論體系和研究方法。它是通過不同專業(yè)工作者應(yīng)用各種學(xué)科共同研究而發(fā)展起來的新興學(xué)科，它保留著多學(xué)科的特點(diǎn)，它跨越了不同學(xué)科領(lǐng)域。不言而喻，安全人機(jī)工程學(xué)必將隨著生產(chǎn)和科技的發(fā)展，伴隨相鄰

13、學(xué)科橫向和縱向的拓寬和深化而不斷地得到發(fā)展。五、安全人機(jī)工程學(xué)的研究方法安全人機(jī)工程學(xué)的研究方法主要有如下幾種：1. 一般方法(1) 實(shí)測法借助器具、設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測量的方法。如對人體生理特征方面(人體尺度與體型、人體活動范圍、作業(yè)空間等) 的測量；也可進(jìn)行人體知覺反應(yīng)、疲勞程度、出力大小等的測量。(2) 實(shí)驗(yàn)法在一定的實(shí)驗(yàn)條件和設(shè)備上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以獲得比較真實(shí)的，全面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如人對數(shù)字的記憶參數(shù)就可以通過試驗(yàn)獲得。(3) 分析法在實(shí)測法和實(shí)驗(yàn)法的基礎(chǔ)上對某些參數(shù)進(jìn)行分析，或者對某些動作進(jìn)行分解分析，糾正不良動作，從而提高工作效率。(4) 觀察分析法觀察分析法是通過觀察、記錄被觀察者的行為表現(xiàn)

14、、活動規(guī)律等，然后進(jìn)行分析的方法。觀察可以采用多種形式，它取決于調(diào)查的內(nèi)容和目的，如可用公開或秘密的方式。(但不應(yīng)干擾被調(diào)查人的行為)，也可借助攝影或錄像等手段。2. 享利威爾法美國人機(jī)工程學(xué)專家享利威爾對人機(jī)系統(tǒng)的測定提出了下述方法。(1) 瞬時操作分析一般的生產(chǎn)過程是連續(xù)的，人機(jī)信息的傳遞也是連續(xù)的，分析這種連續(xù)傳遞信息是困難的。為此，可采用間歇性分析測定法。對操作過程某一瞬間的隨機(jī)參數(shù)進(jìn)行測定，然后用統(tǒng)計(jì)分析的方法得到連續(xù)傳遞的信息。(2) 知覺與運(yùn)動信息分析外界傳遞給人的信息，首先由感知器官傳到中樞神經(jīng)，由大腦處理后，指揮肢體操作機(jī)器，機(jī)器工作狀態(tài)的信息又回送到人體。這種人機(jī)信息關(guān)系，

15、稱為反饋系統(tǒng)。對反饋系統(tǒng)進(jìn)行測定和分析。(3) 連續(xù)操作的負(fù)荷分析這種方法是采用強(qiáng)制抽樣，由計(jì)算機(jī)技術(shù)來分析操作人員連續(xù)操作的情況。用這種方法時應(yīng)規(guī)定操作所必需的最短時間，以計(jì)算工作的負(fù)荷程度。(4) 全工作負(fù)荷分析。此法是對操作者在單位時間內(nèi)工作負(fù)荷的分析，一般用單位時間的負(fù)荷率(%)表示。(5) 使用頻率分析這一方法是對人機(jī)系統(tǒng)中的裝置、設(shè)備等機(jī)械系統(tǒng)的使用頻率進(jìn)行測定和分析。(6) 設(shè)備互相關(guān)連分析這種方法是對機(jī)器的使用方法和人機(jī)狀態(tài)變化等進(jìn)行觀測分析。如同時操作數(shù)臺機(jī)器的操縱者，以一臺轉(zhuǎn)向另一臺時，眼睛移動的次數(shù)以及操作頻數(shù)等。通過分析可以獲得機(jī)器和控制裝置的適應(yīng)比例及人機(jī)適當(dāng)比例關(guān)系

16、。第二節(jié) 人機(jī)關(guān)系與人機(jī)系統(tǒng) 一、人機(jī)關(guān)系所謂人機(jī)關(guān)系，是指人在勞動中與勞動工具和勞動對象所發(fā)生的聯(lián)系。在遠(yuǎn)古時代，人類使用石器從事狩獵及耕作。那時的勞動工具十分簡單，只要人能控制它完成最基本的功能就可以了。人類為了求生存，不斷地改進(jìn)生產(chǎn)工具，發(fā)展生產(chǎn)力，從而提高了人類適應(yīng)自然和改造自然的能力。勞動工具由石器、青銅、鐵器直到復(fù)雜的現(xiàn)代機(jī)器。人類社會進(jìn)入機(jī)器時代之后，原來必須由人執(zhí)行的許多操作逐步為機(jī)器所代替，構(gòu)成了更為復(fù)雜的人機(jī)關(guān)系。影響人機(jī)關(guān)系的因素是多方面的，它是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，勞動條件、形式和內(nèi)容等的變化而變化的。如以手動為主的勞動形式，這種人機(jī)關(guān)系要求工具得心應(yīng)手，要求操作者有一定

17、的體力和較高的技能，以達(dá)到機(jī)宜人和人適機(jī)；而對于機(jī)械化形式的勞動，它要求人機(jī)共動，密切協(xié)調(diào)，共同完成勞動任務(wù)，則對機(jī)宜人和人適機(jī)的要求更加苛刻。從手工勞動到自動化生產(chǎn)，可把人機(jī)關(guān)系的變化概括如下：(1) 人的體力消耗減輕，心理負(fù)擔(dān)加重；(2) 人將遠(yuǎn)離機(jī)器，管理方式多為間接管理；(3) 信息時空的密集化，要求人的作業(yè)速度更快，作業(yè)準(zhǔn)確性更高；(4) 系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對人的要求越來越高，小的失誤能造成嚴(yán)重的后果。1. 人機(jī)關(guān)系中人是主體人類在生產(chǎn)活動中，始終追求高的勞動生產(chǎn)率和自身健康與安全。為此，人類不斷地創(chuàng)造各種各樣的機(jī)械來替代人的勞動，這是必然的趨勢。但是嚴(yán)格地說，不管機(jī)器生產(chǎn)如何代替人的

18、體力勞動，電子計(jì)算機(jī)如何代替人的部分腦力勞動，任何機(jī)器的設(shè)計(jì)、制造、使用、控制、維修和管理最終還是要靠人。離開了人的主體作用。再先進(jìn)的機(jī)器最終只能是一堆廢鐵。即使是簡單的自動化，再靈敏、再高級的智能機(jī)器人，它們始終是客體，都是作為主體的人所創(chuàng)造的，要人編制程序，要人去監(jiān)控。實(shí)踐證明，無論效率多么高的機(jī)器裝備，如果不能適應(yīng)人的生理和心理特性，也不能達(dá)到應(yīng)有的效果。特別是在感知方面，機(jī)器完全代替人的功能還是較困難的。即使將來機(jī)器發(fā)展到能夠完全代替人的肌肉、感知和智能三方面的工作，還存在著人把人的各種心理特點(diǎn)轉(zhuǎn)移給智能機(jī)器的問題。因此不論在任何系統(tǒng)中，人始終發(fā)揮著主體作用。事實(shí)表明，任何一個系統(tǒng)，如

19、果沒有人這樣的主體因素，這個系統(tǒng)便不會成立，也不能正常運(yùn)行，當(dāng)然也就不可能完成預(yù)定的任務(wù)；即使有了人的因素，但如果不把他當(dāng)成主體環(huán)節(jié)，這種系統(tǒng)仍然不能達(dá)到總體目標(biāo)。因此，在人機(jī)系統(tǒng)中，人是系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)。如何發(fā)揮人的最大功能和挖掘人的最大潛力，是人機(jī)工程的總體目標(biāo)之一。對于系統(tǒng)中凡是影響和阻礙人的功能發(fā)揮的不利因素，都要設(shè)法控制與防止；凡是有利于發(fā)揮人的作用的因素都應(yīng)鞏固與加強(qiáng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)行的全過程中，都要盡量使機(jī)的因素和環(huán)境因素滿足人的需要，最大限度地適應(yīng)于人的生理特征和心理狀況，以充分發(fā)揮人的主導(dǎo)作用。為充分發(fā)揮人的主導(dǎo)作用。在以人為主體和以機(jī)械為勞動工具的人機(jī)關(guān)系中，主要體現(xiàn)

20、在“機(jī)宜人”和“人適機(jī)”的關(guān)系上，即體現(xiàn)在人機(jī)關(guān)系的最佳匹配上。2. 人機(jī)關(guān)系的最佳匹配(1) 機(jī)宜人供人使用的機(jī)械，應(yīng)盡量滿足人的生理、心理特征，符合人的審美觀和價(jià)值觀，尤其要滿足人的安全需要，讓人能最大限度地發(fā)揮其功能。機(jī)械的發(fā)展日新月異，而人的生理特性卻變化不大，如人的身材尺寸、姿勢動作、作業(yè)范圍、施力大小以及信息處理能力等，有些甚至出現(xiàn)退化現(xiàn)象。而現(xiàn)代化的機(jī)械趨向于高速化、精密化和復(fù)雜化，對人的注意力、判斷力和技術(shù)水平提出更高的要求。這就是人機(jī)關(guān)系矛盾的焦點(diǎn)。因此設(shè)計(jì)機(jī)械者，必須明確操縱機(jī)械的人是人機(jī)關(guān)系的主體，而不是機(jī)械的奴隸。總之，機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)，必須考慮人的身心特性，并盡量使操作

21、者的作業(yè)條件和環(huán)境對人無害且安全舒適。(2) 人宜機(jī)機(jī)械的功能、結(jié)構(gòu)和對作業(yè)環(huán)境的影響等受眾多因素的制約，如經(jīng)濟(jì)條件、技術(shù)水平以及國家的有關(guān)政策等，不可能也不應(yīng)該要求機(jī)械設(shè)備完全適宜人的所有特性，如某些飛機(jī)駕駛艙的空間設(shè)計(jì)就不直高大體型的人；作業(yè)線上的單調(diào)操作，就不太宜于性格外向的人；復(fù)雜機(jī)械的操縱，就不宜于文化水平低的人為了安全和高效的作業(yè)，就必須對作業(yè)者進(jìn)行人適機(jī)的選拔和培養(yǎng)。(3) 人機(jī)關(guān)系的最佳匹配機(jī)宜人是有條件限制的、不能盲目、不顧條件、不切實(shí)際地去追求。因?yàn)槿说囊蠖喾N多樣而且變化很大，機(jī)械只能滿足人的某些主要特性要求。人適機(jī)是有條件制約的，因?yàn)槿说哪芰?、精力等都有一定的限度，而?/p>

22、人在作業(yè)中還要留有余地，不能過度疲勞，否則，就會發(fā)生事故。機(jī)宜人和人宜機(jī)的關(guān)系，是相互影響、相互促進(jìn)、相互制約的，只有做到人機(jī)關(guān)系的最佳匹配，才能最大限度地發(fā)揮人的潛能和機(jī)的功能。人機(jī)關(guān)系的最佳匹配與否很大程度上取決于人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法狹義地把系統(tǒng)設(shè)計(jì)看作是解決顯示器、控制器等的設(shè)計(jì)問題。現(xiàn)代的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，則著重于系統(tǒng)分析與功能分配，注重系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律，并找出解決問題的措施，深入研究人機(jī)分配、人機(jī)界面、人機(jī)通訊、人機(jī)控制以及人機(jī)最佳配合等等，力圖從根本上改變?nèi)伺c機(jī)之間的配合關(guān)系，并使人與機(jī)雙方都能發(fā)揮自己的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，以補(bǔ)償對方的不足之處。人機(jī)系統(tǒng)中，人與機(jī)二大要素之間的

23、交接面稱為“人機(jī)界面”。人機(jī)界面包括：測量系統(tǒng)的終端，如顯示器、顯示屏等；機(jī)械設(shè)備的操縱控制器，如操縱桿、開關(guān)、按鈕、閥門、鍵盤等；通訊裝置的終端，如擴(kuò)音器、聲光信號等等。這些界面環(huán)節(jié)加上作為主體工作的人的能動作用，就構(gòu)成了人機(jī)界面，就可以實(shí)現(xiàn)界面上的人機(jī)“對話”。人監(jiān)控機(jī)器的過程，實(shí)質(zhì)上是人機(jī)界面上信息的交換與處理過程。機(jī)的信息由測量系統(tǒng)提取和傳輸，通過顯示器傳送給人；人接受機(jī)器輸出的信息，疊加上由環(huán)境因素輸入的信息，經(jīng)過人對信息的領(lǐng)悟、分析和處理過程，形成操作意志，通過神經(jīng)系統(tǒng)傳到運(yùn)動器官，驅(qū)動控制器，實(shí)施操作動作，經(jīng)過一套控制機(jī)構(gòu)，從而改變機(jī)器的狀態(tài)。如果把感受器、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和運(yùn)動器作

24、為人的三個要素，把機(jī)器的顯示器、機(jī)體和控制器作為機(jī)器的三個要素，兩者就構(gòu)成了人機(jī)系統(tǒng)的“三要素基本模型”。從系統(tǒng)的工作過程而言，當(dāng)兩個“三要素”之間的信息交換、處理以及反饋控制形成一次，就是完成了一次操作；而從系統(tǒng)的信息傳遞來說，就是完成了一次“對話”。因此，人機(jī)匹配的重要問題，就是人與機(jī)之間界面的研究。而人機(jī)界面中的重要問題，就是信息的顯示、信息的容量、驅(qū)動機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)、控制室的合理布局、人和機(jī)器的動態(tài)特性、人的生理與心理要求、人的工作負(fù)荷、人的工作阻力限度、疲勞程度的標(biāo)準(zhǔn)以及克服應(yīng)激的措施等等。設(shè)計(jì)人機(jī)界面的指導(dǎo)思想，就是提高人們使用和操作機(jī)器的有效性。因此必須根據(jù)人的生理特點(diǎn)、監(jiān)控能力

25、、操作要求，設(shè)計(jì)出最符合人操作的機(jī)器，最適合手動的工具，最方便靈活的操縱器，最醒目的控制盤，最舒適的座椅，最適宜的工作環(huán)境等等，從而保證整個系統(tǒng)的工作效率最高，人的工作負(fù)荷最小。為了給設(shè)計(jì)的系統(tǒng)建立合理而又可行的方案，使人獲得舒適、安全、高效地監(jiān)控系統(tǒng)的條件，我們必須研究解決好如下問題；1) 首先要研究系統(tǒng)以及各種產(chǎn)品(包括各種工具、機(jī)器、家庭用具、生活服務(wù)設(shè)施等) 的設(shè)計(jì)所應(yīng)遵循的工效學(xué)原則與標(biāo)準(zhǔn)問題。2) 要研究人和機(jī)器的合理分工及其相互適應(yīng)的問題。在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，通過人和機(jī)器潛力的分析對比，確定哪些功能應(yīng)由人完成，哪些功能應(yīng)由機(jī)器完成。明確在哪些方面人的能力超過了機(jī)器，又在那些方面機(jī)

26、器勝過了人的能力。3) 研究人與被控對象之間的信息交換過程，人如何進(jìn)行信息加工直至采取決定的過程，探求人在各種操作環(huán)境中的工作效率問題。例如人的彩色視覺、信號覺察、字形辨認(rèn)、圖形識別、時間知覺等人的感知能力與人所使用的操縱控制與顯示裝置的配合，如何滿足工效學(xué)原則，保證既有利于完成監(jiān)控任務(wù)，又能減輕人的工作負(fù)荷，發(fā)揮人的操作功能。通過系統(tǒng)優(yōu)化，找到人與機(jī)的最佳工作組合，使人與機(jī)在整個運(yùn)動過程中收到盡善盡美的效果。4) 根據(jù)人的生理心理特征，闡明對機(jī)器、技術(shù)、作業(yè)環(huán)境和作息制度的要求。在各類的人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)中，如何進(jìn)行作業(yè)的空間布置與時間安排，才能使操作者感到舒適，減少疲勞的積累。以及提高工效和實(shí)現(xiàn)

27、安全生產(chǎn)等等。二、人機(jī)系統(tǒng)及其分類1. 人機(jī)系統(tǒng)的定義及功能(1) 人機(jī)系統(tǒng)的定義由人和機(jī)兩部分結(jié)合形成的集合體稱為人機(jī)系統(tǒng)。由于生產(chǎn)和工作的方式、條件以及人在其中的作用不同，人機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)也就有所區(qū)別。如飛機(jī)的飛行、汽車的駕駛等人機(jī)系統(tǒng)中，人自始至終扮演著操縱、調(diào)節(jié)的主要角色；又如城市交通要道上指揮車輛行駛的信號燈，以前主要由交通警察直接操縱，而現(xiàn)在采用了自動調(diào)節(jié)裝置控制，信號燈能自動轉(zhuǎn)換明滅，人只是起著監(jiān)督和維護(hù)的作用。可見，在人機(jī)系統(tǒng)中，人同機(jī)器的關(guān)系總是相互作用、相互配合與相互制約和發(fā)展的，但起主導(dǎo)作用的始終是人。(2) 人機(jī)系統(tǒng)的功能人和機(jī)器雖然各有不同的特性，但在人機(jī)系統(tǒng)工作中所表

28、現(xiàn)的功能是類似的。這些功能概括起來可分四大部分：接受信息、信息儲存、信息處理和決策、執(zhí)行功能(如圖71示) 。圖71 人機(jī)系統(tǒng)功能圖1) 信息接受信息是由人或機(jī)器的感覺功能接受的。就人而言，信息的接受是通過人的感覺器官，如視覺、聽覺和觸覺來完成的；對機(jī)器來說，信息的接受則是通過機(jī)器的感覺裝置，如電子、光子或機(jī)械的裝置等來完成的。信息可能來自系統(tǒng)外，也可能是系統(tǒng)內(nèi)部的反饋信息，或可能是儲存在系統(tǒng)中的信息。2) 信息儲存對人來說，信息儲存是靠人的記憶能力或借助于照相、錄像、文字記錄等方式來完成的。而機(jī)器一般要靠磁帶、磁鼓、打孔卡、凸輪、模板等儲存系統(tǒng)來儲存信息。3) 信息處理信息處理和決策是對已接

29、受的信息或儲存的信息進(jìn)行某種分析、比較、演繹、推理或運(yùn)算來完成的。在人機(jī)系統(tǒng)中，人具有處理已知情況信息的能力。信息處理的整個過程往往是不可分割的，前一過程是后一過程的基礎(chǔ)，后一過程是前一過程的繼續(xù)，是連鎖反應(yīng)。信息處理的結(jié)果，是決定下一步是否行動(執(zhí)行) 的問題，所以，它是人機(jī)系統(tǒng)的重要功能之一。4) 執(zhí)行功能執(zhí)行信息處理所形成的決定的能力，稱為執(zhí)行功能。這種功能一般有兩種；一種是有直接操縱控制器或機(jī)器本身產(chǎn)生控制作用，如操作者轉(zhuǎn)動手輪，車床自動加深或減少銑削深度等等；另一種是傳送決定，即借助于聲、光等信號把決定(指令)從某個環(huán)節(jié)輸送到另一個環(huán)節(jié)。5) 輸入、輸出被加工的信息、物體或其它形式的

30、東西從輸入端輸入，經(jīng)過系統(tǒng)過程改變了輸入時的狀態(tài)，形成系統(tǒng)的成果而輸出。(3) 人機(jī)系統(tǒng)的綜合效能任何一個人機(jī)系統(tǒng)，所追求和應(yīng)該滿足的是“安全、高效、經(jīng)濟(jì)”的綜合效能。2. 人機(jī)系統(tǒng)的類型在人機(jī)系統(tǒng)的工作過程中，人和機(jī)器的作用是相似的，但他們的能力在各自能勝任的工作性質(zhì)上，表現(xiàn)出明顯的差別。由于人和機(jī)器所處的地位、作用和出發(fā)點(diǎn)不同，人機(jī)系統(tǒng)的類型也就不同，現(xiàn)分述如下。(1) 按有無反饋控制作用分類1) 閉環(huán)人機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)人機(jī)系統(tǒng)也就是反饋控制人機(jī)系統(tǒng)。它有一個封閉的回路結(jié)構(gòu)(圖72)，其主要特征是：系統(tǒng)的輸出對控制作用有直接的影響，即系統(tǒng)過去行動的結(jié)果回過來控制未來的行動。比如，為了使水箱的水溫

31、達(dá)到給定的要求，可采用通火熱蒸汽(輸入) 的方法加溫，并在水箱出水口處安設(shè)溫度計(jì)，以檢查水溫是否達(dá)到要求。此時，人始終在觀察著溫度計(jì)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度高于所要求的溫度時，就調(diào)節(jié)輸入的蒸汽量，使蒸汽量減少以降低水溫；當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度低于所要求的溫度時，則增加蒸汽量以提高水溫，這種往返連續(xù)控制，就是反饋控制。這個例子是由人去觀察和控制輸入和輸出的，所以，此系統(tǒng)稱為人工閉環(huán)人機(jī)系統(tǒng)。若用自動控制裝置代替人的工作，人只是起監(jiān)督作用時，則該系統(tǒng)就稱為自動閉環(huán)人機(jī)系統(tǒng)。圖72 閉環(huán)人機(jī)系統(tǒng)示意圖2) 開環(huán)人機(jī)系統(tǒng)開環(huán)人機(jī)系統(tǒng)就是沒有為保證系統(tǒng)輸出達(dá)到所需的標(biāo)準(zhǔn)而采取直接自動化手段的系統(tǒng)。它的特征是系統(tǒng)的輸出對系統(tǒng)的控

32、制作用沒有影響(圖73) 。雖然它也能提供反饋信息，但此信息無法用于進(jìn)一步的控制操作。圖73 開環(huán)人機(jī)系統(tǒng)示意圖(2) 按人機(jī)系統(tǒng)自動化程度分類技系統(tǒng)的自動控制程度分類，一般可分成三種類型。1) 人工操作系統(tǒng)人提供系統(tǒng)所需要的動力，控制著整個生產(chǎn)過程。此系統(tǒng)自始至終都是人在起作用，至于人所使用的工具或輔助器械都不具有動力的作用，而只增加人的力量。2) 半自動化系統(tǒng)人控制有動力的機(jī)械設(shè)備、也可能為系統(tǒng)提供少量的動力并對系統(tǒng)做某些調(diào)整的系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，人主要是充當(dāng)生產(chǎn)過程的控制者，他操作具有動力的設(shè)備，并在生產(chǎn)設(shè)備中感知信息、處理信息，然后借助于手柄、按鈕等控制器來啟動或停止機(jī)器。此外，人可能給

33、系統(tǒng)提供少量動力，也可能對系統(tǒng)作某些調(diào)整。在閉環(huán)系統(tǒng)中，反饋信息，經(jīng)過人的處理，又成為人們作進(jìn)一步操縱的依據(jù)，這樣才能完成系統(tǒng)的工作過程。根據(jù)我國情況，半自動化系統(tǒng)是使用較多較為普遍的一種類型，特別在機(jī)械工業(yè)中使用半自動化機(jī)床是很普遍的。3) 自動化系統(tǒng)生產(chǎn)過程中的信息接受、存儲、處理和執(zhí)行等工作全部由機(jī)器來完成，人只是通過顯示裝置對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)督的系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，機(jī)器完全取代了人的工作，但為了安全，系統(tǒng)必須對可能產(chǎn)生的意外事件有預(yù)報(bào)和應(yīng)急處置功能。這種完全自動化系統(tǒng)需要較高的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件，一次投資費(fèi)用大，在一般生產(chǎn)過程中使用是不合算的。以上三種類型，從需要與可能來看都是可行的。人工操作

34、系統(tǒng)偏重于解決操作人員作業(yè)上的問題；自動化或半自動化系統(tǒng)則偏重于解決機(jī)器上的問題。3. 人與機(jī)的聯(lián)系形式主要有以下三種形式：(1) 人機(jī)直接聯(lián)系(即人機(jī)械一人的人機(jī)系統(tǒng)) = 1 * GB3 一人一機(jī)：一個操作者直接操縱一臺機(jī)器。 = 2 * GB3 一人多機(jī)：一個操作者可控制多臺機(jī)器。 = 3 * GB3 一機(jī)多人：由二人以上操縱一臺機(jī)器。(2) 人機(jī)間接聯(lián)系 = 1 * GB3 人通過控制臺聯(lián)系機(jī)械(即人控制臺機(jī)械人的人機(jī)系統(tǒng))。 = 2 * GB3 人通過指示器與機(jī)械聯(lián)系(即人機(jī)械指示器人的人機(jī)系統(tǒng))。 = 3 * GB3 人通過控制臺、指示器與機(jī)械聯(lián)系(即人控制臺機(jī)械指示器人的人機(jī)系統(tǒng)

35、)。(3) 單元組合型一般而言，對于大、中等規(guī)模的生產(chǎn)過程，除少數(shù)自動化系統(tǒng)外，往往都是由幾個甚至十幾個相對獨(dú)立的人機(jī)系統(tǒng)(每一人機(jī)系統(tǒng)為一單元) 組成一個流水線，從輸入原料或粗胚開始，。按輸送路線要經(jīng)過若干個人機(jī)系統(tǒng)單元，才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。在這種系統(tǒng)中，各個相互關(guān)聯(lián)又相對獨(dú)立的人機(jī)系統(tǒng)的效能好壞，將直接影響到整個生產(chǎn)過程，而其效能取決于人機(jī)系統(tǒng)中人和機(jī)功能的合理分配。(圖74) 。圖74第三節(jié) 人機(jī)功能分配人機(jī)系統(tǒng)中，人與機(jī)是一個有機(jī)的、相互之間呈緊密聯(lián)系的整體。所以，在人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，切勿把它們分割開來考慮。因此，了解掌握人體的各種特性和機(jī)的特性及其相互間的差別，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)匹配的必要基

36、礎(chǔ)。否則，人機(jī)作為一個整體(系統(tǒng))就不可能安全、高效、持續(xù)而又協(xié)調(diào)地進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。一、人與機(jī)的主要功能1. 人的主要功能人在人機(jī)系統(tǒng)中主要有三種功能。(1) 感覺功能人具有通過感覺器官(視覺、觸覺、聽覺) 接受信息的能力，這種接受信息的能力稱為感覺功能，或叫信息發(fā)現(xiàn)器。在人機(jī)系統(tǒng)中，人用感覺器官作為聯(lián)系渠道來感知工作情況和機(jī)的使用情況，這時感覺器官便成了聯(lián)系人機(jī)之間的樞紐和信息接受者。(2) 信息處理功能人具有信息處理功能。在人機(jī)系統(tǒng)中，人把接受到的信息和已儲存在人腦中的經(jīng)驗(yàn)信息進(jìn)行比較判斷后作出判斷決定，如作出繼續(xù)、改變或停止操縱的決定。這種判斷可分為相對判斷和絕對判斷。相對判斷即有條件的判斷，

37、是在已有的兩種或兩種以上事物中進(jìn)行的比較后作出的。絕對判斷是在沒有任何標(biāo)準(zhǔn)或比較對象的情況下作出的。據(jù)估計(jì)，在相對判斷的基礎(chǔ)上，大多數(shù)人可以分辨出1萬30萬種不同的顏色，而絕對判斷，僅能有11種至15種，因此，人在人機(jī)系統(tǒng)工作中總是利用相對判斷。(3) 操作功能在人機(jī)系統(tǒng)中，人根據(jù)對信息處理后所作出的決定采取相應(yīng)的操作(如開關(guān)電源，加減速度，改變方向等等) 。操作通常是通過機(jī)器的控制器進(jìn)行操縱。2. 機(jī)的主要功能機(jī)器的設(shè)計(jì)是按人的某種目的和要求設(shè)計(jì)的，從而取代人的一部分能力。自動化的機(jī)器在接受信息，貯存信息，處理信息等與人的作用相似，在某些技能上是人所不及的(如記憶和廢除信息) ，但機(jī)畢竟還是

38、要人去監(jiān)督控制的。機(jī)的工作類型與人相比要狹窄得多，特別是對心理和社會環(huán)境的影響還遠(yuǎn)不如人靈活。3. 人與機(jī)器功能特征的比較人具有一定生理、心理和社會等特征，并由此影響其從事工作的能力和形成一定的局限性。因此，在作人與機(jī)器的特征相比較時，就應(yīng)研究人的能力和局限性的差別，從而找出大多數(shù)人所共有的特征，以求得具有普遍指導(dǎo)意義和使用價(jià)值的依據(jù)。例如，年輕人瞬時操縱的最大平均拉力可達(dá)113公斤，而大多數(shù)男子的平均拉力只有70公斤左右，如果設(shè)計(jì)的操縱桿，要求操縱人員用113公斤的拉力才能操縱，就會造成大多數(shù)人不能對它進(jìn)行操縱，若操縱桿按70公斤以下的拉力設(shè)計(jì)，則大多數(shù)人不僅可以操縱，而且操縱起來感到輕松舒

39、適。機(jī)器設(shè)備是按人的某種目的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，它取代了人的一部分能力。但畢竟還要人去監(jiān)督控制。它比人所能完成的工作的種類和范圍都要狹窄得多；在對自然條件，特別對心理和社會環(huán)境的反應(yīng)，更遠(yuǎn)不及人靈活。所以，人和機(jī)器各具特點(diǎn)，各有長短的。因此，如何使人與機(jī)器得到合理分工，取長補(bǔ)短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，相互配合，建立完善的人機(jī)系統(tǒng)來共同完成許多人和機(jī)器都不能獨(dú)立完成的工作，就需要對人和機(jī)器的功能特征進(jìn)行比較。人與機(jī)器有著本質(zhì)的區(qū)別。這里僅從兩者的功能特征方面作一比較：(1) 感覺能力人是感覺器官與運(yùn)動能力多目標(biāo)的集合物。人的感覺作用的基本狀況與機(jī)器的工作狀況有相似之處，但是人在感覺與運(yùn)動的行為程序與行動的

40、并存方面遠(yuǎn)比一般機(jī)器復(fù)雜得多。人能感覺到的不僅限于一種刺激，而能同時感覺到多種信息的作用，并能從各種可用反應(yīng)中選擇出最適合某一情況的反應(yīng)。尤其在視覺和聽覺方面，人要比機(jī)器優(yōu)越，能感到微小的刺激，敏感性高，絕對閾低，對物體的大小、形狀、位置、顏色、音質(zhì)等有很高的識別與分辨能力。但是，對于某些特定的信息，如超聲波、電磁波、磁場、輻射以及空氣中的某些有毒物等，機(jī)器的感受能力要超過人。對某些物理量值，機(jī)器要比人的檢出范圍廣，準(zhǔn)確度高，反應(yīng)時間也比人高得多，可以達(dá)到微秒級。(2) 信息處理能力人具有高度的分析、判斷、推理和歸納能力，對圖像、曲線的認(rèn)識、聯(lián)想和發(fā)明、創(chuàng)造，機(jī)器是無法代替的。人接受和傳遞信息

41、的能力為6比特秒(比特為信息量單位) ，處理信息的能力為25比特秒。人的計(jì)算速度慢，且常出差錯，但能巧妙地修正錯誤。機(jī)器能準(zhǔn)確無誤地儲存信息和迅速取出信息，并能長期儲存，也能一次廢除，還能反復(fù)地對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。機(jī)器計(jì)算速度非常高，也非常準(zhǔn)確，信息傳遞、記憶速度、保持能力都比人高得多，但修正錯誤較為困難。(3) 操作能力人對于來自于視覺、聽覺、重量、位移等方面的信息反應(yīng)時間為外2秒，人能巧妙地把信息反饋給操作器官進(jìn)行控制，從而進(jìn)行高度準(zhǔn)確的運(yùn)動，特別是手具有很大的自由度，能在各自由度上非常協(xié)調(diào)、非常巧妙地進(jìn)行調(diào)控，并能在三維坐標(biāo)上進(jìn)行多種多樣的運(yùn)動，能隨機(jī)應(yīng)變地利用不同方法達(dá)到不同方向的。但是在

42、操作力、速度、精度、穩(wěn)定性、操作數(shù)量等方面卻趕不上機(jī)器。機(jī)器的操作范圍遠(yuǎn)比人廣泛，能在各種環(huán)境下完成多通道的復(fù)雜動作，對某些特殊作業(yè)，如搬運(yùn)液體、氣體、粉狀固體也比人優(yōu)越得多。(4) 耐久能力機(jī)器能長期、連續(xù)地工作，對單調(diào)、反復(fù)作業(yè)的耐久能力大大超過人。機(jī)器不會感到厭煩和疲勞，也不會鬧情緒和疏忽大意。而人不能長期連續(xù)地工作，很容易疲勞，需要適當(dāng)?shù)匦菹?。很難在長時間內(nèi)維持一定的緊張水平；對刺激量少、乏味單調(diào)作業(yè)不能耐久；尤其是在惡劣的環(huán)境下，人的承受能力差，表現(xiàn)很脆弱和敏感，且受年齡、性別、健康狀況與心理、社會因素的影響較大。(5) 可靠性人腦的可靠程度與自動結(jié)合的能力超過機(jī)器，但工作過程受人的

43、技術(shù)水平、生理、心理狀況的影響較大，容易出差錯，有時甚至因某種原因故意做無用的事和不負(fù)責(zé)任的事。如果遇到意外的緊急情況，人可能較好地處理，但在慌亂中，也可能不知所措，或者做出失常的動作。機(jī)器經(jīng)過可靠性設(shè)計(jì)后，其常規(guī)重復(fù)機(jī)能有很高的可靠性，并且能夠保持不變，但對機(jī)器自身的檢查與維修能力差，不能自動處理意外緊急事態(tài)。(6) 功率人能輸出的功率有限，輸出1471瓦(2馬力) 只能維持10秒鐘，輸出367 75瓦(0.5馬力) ，能維持5分鐘。一天連續(xù)工作時，只能輸出1471瓦(0.2馬力) 。人對自己輸出的功率，能夠根據(jù)需要進(jìn)行隨心所欲的精細(xì)調(diào)整。機(jī)器能夠在長時期內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定地輸出極大和極小的功率，但

44、不能像人那樣精細(xì)地調(diào)整。(7) 工作效率人作為一個有機(jī)整體來說是萬能的，人有相當(dāng)大的潛能，經(jīng)過教育和專門訓(xùn)練后，能夠具有多方面的功能，從而顯著地提高工作效率。人需要消費(fèi)，具有獨(dú)特的欲望，個體之間的能力差別很大。人對惡劣環(huán)境的承受力低，損傷后的修復(fù)較為困難，萬一發(fā)生危險(xiǎn)，可能整個生命便失去了。機(jī)器能夠平穩(wěn)而精確地發(fā)揮它所具有的功能，只需消耗固定的能源，一般沒有浪費(fèi)；能在危險(xiǎn)的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，損壞后容易維修和恢復(fù)功能，即使萬一損壞報(bào)廢，失去的也只是機(jī)器本身的價(jià)值。(8) 環(huán)境適應(yīng)能力人要求環(huán)境舒適，對環(huán)境變化較敏感，承受力較脆弱；但對不超出人的承受限度的某些特定環(huán)境也能很快適應(yīng)，尤其是經(jīng)過專門訓(xùn)練

45、以后，適應(yīng)性可大大提高，機(jī)器對惡劣環(huán)境不敏感，可按其設(shè)計(jì)特性在缺氧、高溫、高壓、高濕、低溫、低壓、放射性、有害氣體、強(qiáng)噪聲以及高空、水下、地下等惡劣條件下照常工作；但不能隨意改變機(jī)器設(shè)計(jì)所規(guī)定的工作條件。二、人機(jī)功能分配1. 人機(jī)功能分配應(yīng)考慮的幾個因素人機(jī)的功能分配，應(yīng)全面考慮下列因素：(1) 人和機(jī)器的性能、特點(diǎn)、負(fù)荷能力、潛在能力以及各種限度；(2) 人適應(yīng)機(jī)器所需的選拔條件、培訓(xùn)時間和體力限度；(3) 人的個體差異和群體差異；(4) 人和機(jī)器對突然事件適應(yīng)和反應(yīng)能力的差異和對比；(5) 機(jī)器代替人的效果，以及可行性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等分析對比。2. 人機(jī)功能分配的一般原則下列幾種情況宜分

46、配給機(jī)器承擔(dān)：(1) 重復(fù)性的操作、計(jì)算，大量的情報(bào)資料存儲。(2) 迅速施加大的物理力時。(3) 大量的數(shù)據(jù)處理。(4) 根據(jù)某一特定范圍多次重復(fù)作出判斷。(5) 由于環(huán)境約束，對人有危險(xiǎn)或操作容易犯錯誤時。(6) 當(dāng)調(diào)節(jié)操作速度非常重要，具有決定意義時。(7) 控制力的施加要求非常嚴(yán)格時。(8) 必須長時間地施加控制力時。下列幾種情況宜分配給人承擔(dān)：(1) 由于各種干擾，需要判斷信息時。(2) 在圖形變化情況下，要求判斷圖形時。(3) 要求判斷各種各樣的輸入時。(4) 對發(fā)生頻率非常低的事態(tài)需要進(jìn)行判斷時。(5) 解決問題需要?dú)w納、判斷時。(6) 預(yù)測不測事件的發(fā)生時。根據(jù)以上對人機(jī)特征的

47、比較分析，人機(jī)系統(tǒng)中人機(jī)應(yīng)當(dāng)合理地分工：凡笨重的、快速的、精細(xì)的、規(guī)律的、危險(xiǎn)的、單調(diào)重復(fù)的、高階運(yùn)算的、操作復(fù)雜的工作，適于由機(jī)器承擔(dān)；凡是對機(jī)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維修、監(jiān)控、應(yīng)急處理，以及程序和指令的編寫等，宜分配給人去完成較為合適。第四節(jié) 安全人機(jī)工程原理的工業(yè)應(yīng)用一、汽車的安全人機(jī)工程設(shè)計(jì)運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn)進(jìn)行汽車的設(shè)計(jì)，主要是要滿足人駕駛汽車和乘坐汽車的安全性和舒適性。表71為進(jìn)行汽車車內(nèi)設(shè)計(jì)當(dāng)中，滿足安全性和舒適性的各項(xiàng)條件。表71 汽車內(nèi)滿足安全性的舒適性的各項(xiàng)條件項(xiàng)目安全及舒適條件項(xiàng)目安全及舒適條件與視覺有關(guān)的儀表(1) 確認(rèn)方便(與重要性有關(guān)) (2) 不晃眼(3) 不需頭部運(yùn)動

48、(4) 不閃爍(5) 不太暗(6) 對比不太強(qiáng)烈(7) 不刺眼(8) 可進(jìn)行調(diào)節(jié)(9) 能迅速地定量或定性地認(rèn)讀車內(nèi)空間(1) 不碰其他物體(2) 不太狹小(3) 有活動余地(4) 不浪費(fèi)時間(5) 不超出范圍(6) 不扭動身體(7) 不過分離開坐位(8) 頂面不太低(9) 不太高(10) 不太近(離儀表及操縱器) 與聽覺有關(guān)的儀表(1) 容易聽到(2) 不混入雜音(3) 無噪聲(4) 人的感覺良好(5) 能形成調(diào)和音車內(nèi)氣候(1) 能調(diào)節(jié)溫度(2) 能調(diào)度濕度(3) 能調(diào)節(jié)空氣對流的速度(4) 能改變空氣的流向(5) 能換氣操縱器(1) 握持方便(2) 無“咯嗒”聲(3) 觸感良好(4) 不

49、傷皮膚(5) 動作平衡(6) 能快速操縱(7) 負(fù)擔(dān)分配適當(dāng)乘坐舒適性(1) 座面較寬(2) 座面彈性和感覺要適當(dāng)(3) 座面材質(zhì)的傳熱性和通氣性良好(4) 便于保持正面的姿勢(5) 背部彎曲的大小、位置和角度都能適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)(6) 座面能前后調(diào)節(jié)(7) 不引起人體共振控制器(1) 操作時用力不大(2) 不過分量(3) 不太緊(4) 容易進(jìn)行正確的控制汽車司機(jī)駕駛室是人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。駕駛室內(nèi)的座椅、方向盤、操縱機(jī)構(gòu)、顯示儀器及駕駛空間等各種相關(guān)尺寸，都由人體尺寸及操作姿勢或舒適程度來確定的。但是，由于相關(guān)尺寸非常復(fù)雜，人與“機(jī)”的相對位置要求又十分嚴(yán)格，所以，為了使這種人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能更

50、好地符合人的生理要求，在設(shè)計(jì)中，可采用人體模板來校核有關(guān)駕駛空間尺寸、方向盤等操縱機(jī)構(gòu)的位置，顯示儀表的布置等，是否符合人體尺寸與舒適駕駛姿勢的要求。圖7一5是用人模板校核小型汽車駕駛室設(shè)計(jì)的實(shí)例。圖75 利用人體模板進(jìn)行小轎車駕駛設(shè)計(jì)1. 汽車座椅設(shè)計(jì)汽車中的座椅是影響駕駛與乘坐舒適程度的重要設(shè)施，而司機(jī)的座椅就更為重要。舒適而操作方便的駕駛座椅，可以減少司機(jī)疲勞程度，降低故障的發(fā)生率。駕駛座椅的靠背與座面的夾角及座面與水平面的夾角是影響司機(jī)駕駛作業(yè)的關(guān)鍵。駕駛員在行駛中的視線垂直于視覺目標(biāo)，觀察效果最好，如果靠背傾角太大，就不得不使頸部向前彎曲，這樣會造成頸部疲勞。因此，靠背傾角的大小應(yīng)同

51、時考慮到作業(yè)特點(diǎn)和作業(yè)的舒適性。通常，司機(jī)在駕駛作業(yè)中，上身近于直立而稍后傾，保持胸部挺起，兩肩微垂，肌肉放松，有利于操縱方向盤。圖76和表72列出了駕駛坐席基本參數(shù)，供設(shè)計(jì)參考。圖76 駕駛坐席表72 駕駛坐席基本參數(shù)類型 () () ()H (mm)D (mm)小轎車10012300340輕型截重車20309810340380300350中型載重車(長頭)1015969400470400530重型截重車(平頭)6085927430500400530對于乘客座椅的設(shè)計(jì)，由于不強(qiáng)調(diào)視覺效應(yīng)而側(cè)重于乘坐的舒適性，所以其設(shè)計(jì)的基本參數(shù)略有不同，而且旅途的長短要求也不同。圖77和表73，列出了乘客坐

52、席的設(shè)計(jì)參數(shù)。圖77 乘客坐席表73 乘客座椅基本參數(shù)代號項(xiàng)目短途車中程車長途車靠背與坐墊之間的夾角 ()105110115坐墊與水平面夾角 ()676767D坐墊有效深度 (mm)420450420450420450H座椅高度 (mm)480450440E靠背高度 (mm)坐墊寬度 (單座) (mm)靠背寬度 (mm)530560440450440450530560470480470480530560490550490550F扶手高度 (mm)230240230240230240K前后座椅間距 (mm)650700720760750800L后椅坐墊前緣至前椅北后面的最小距離 (mm)2602

53、70280M后椅坐墊前緣至前椅后腳下端的距離 (mm)550560580N后椅前腳至前椅后腳的水平距離 (mm)大于300大于300大于300P坐墊上平面至車頂內(nèi)臂壁間的距離 (mm)130015001300150095010002. 汽車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)汽車的控制系統(tǒng)主要包括：手操縱的方向盤、制動器及各種開關(guān)；腳操縱的剎車裝置、加速裝置等；各種顯示儀表盤。這些控制裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)劣、可靠性程度的高低直接影響汽車的運(yùn)行安全。手操縱的方向盤以及行駛中需經(jīng)常操作的一些控制裝置，要以人操縱方便的位置來進(jìn)行合理布局。為了減少手的運(yùn)動、節(jié)省空間和減少操作的復(fù)雜性，宜采用復(fù)合多功能的控制裝置。圖78為現(xiàn)代汽車中

54、方向盤及各種操縱器的綜合設(shè)計(jì)形式。圖78 方向盤與操縱器的綜合設(shè)計(jì)汽車中剎車裝置、加速器等腳操縱器，在空間的位置直接影響腳的施力和操縱效率。合理的空間布局會給操作帶來極大的方便性。圖79為小汽車腳控制器的空間布置。圖79 小汽車駕駛室腳踏板的空間布置近年來，有人將腳控制器做如下試驗(yàn)：即將汽車的剎車制動器和加速器合并成一個腳控制踏板，并與分為兩個腳控制踏板在反應(yīng)時間上進(jìn)行比較。用5種不同類型的汽車從20 kmh到60 kmh在一般公路上行駛。試驗(yàn)測定的結(jié)果，用一個腳控制踏板操作的反應(yīng)時間短，并隨著車速的增加而更加明顯，見圖710。操作反應(yīng)時間快，就提高了汽車行駛的安全性，也增加司機(jī)心理的安全感。

55、這也是汽車設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮的問題?？刂骑@示的儀表和燈光信號要布置在司機(jī)的最佳視覺區(qū)域內(nèi)，利于迅速認(rèn)讀。儀表盤面的總體色調(diào)應(yīng)用中性的發(fā)暗色調(diào)，避免采用亮色。3. 駕駛室的空間設(shè)計(jì)駕駛室空間是保證駕駛員舒適駕駛汽車的重要條件之一。舒適的駕駛空間可以減輕司機(jī)的緊張和疲勞，有利于汽車的安全行駛?？臻g的大小要適應(yīng)駕駛員的作業(yè)活動區(qū)域，過于狹小，會碰撞其他物體；過于寬松，會造成司機(jī)移動身體進(jìn)行操作。因此，要根據(jù)駕駛?cè)藛T的生理特點(diǎn)和作業(yè)要求，合理地設(shè)計(jì)駕駛室的空間大小，才會更經(jīng)濟(jì)和更實(shí)用。圖710 雙踏板與單踏板的反應(yīng)試驗(yàn)測定(a) 兩路板式(加速器制動器) (b) 單踏板式(制動器制動器) 空間的溫度和濕度

56、要根據(jù)季節(jié)和需要進(jìn)行方便地調(diào)節(jié)。既要有保溫裝置，還要有通風(fēng)裝置。駕駛室內(nèi)的環(huán)境色彩要根據(jù)汽車作業(yè)的特點(diǎn)來進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。汽車在行駛中，汽車司機(jī)的眼睛要注視窗外的交通路面。因此，室內(nèi)的色彩不宜過于明亮和刺激，否則駕駛室內(nèi)的色調(diào)過于明亮，長時間地刺激駕駛員的眼睛，會造成視覺的疲勞，從而使人反應(yīng)遲鈍，在緊急關(guān)頭發(fā)生失誤。所以，駕駛室內(nèi)的設(shè)施和裝置必須避免使用反光強(qiáng)烈的部件及裝飾鮮艷的色彩。二、控制室的安全人機(jī)工程設(shè)計(jì)控制室在自動化程度相當(dāng)高的生產(chǎn)線中成為控制系統(tǒng)的核心部分，敵對控制室的設(shè)計(jì)與布置應(yīng)有嚴(yán)格的要求。首先，控制室的設(shè)計(jì)必須做到內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能分區(qū)明確，內(nèi)外聯(lián)系方便，并盡量減少操縱時的走動，其次

57、是控制室空間的合理布置和利用。1. 控制室的平面布置控制室一般有控制臺、儀表盤、顯示屏及其他為控制室服務(wù)的通訊系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、繼電器箱等設(shè)備，大中型的控制室還有電子計(jì)算機(jī)及外部設(shè)備系統(tǒng)，控制室的平面組成一般包括下列幾項(xiàng)(見圖7l1)。(1) 控制中心室這里布置控制臺、儀表盤、顯示屏等主要監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，人員的操縱控制活動大都在這里進(jìn)行，它是控制室的核心部分。(2) 控制室輔助用房包括辦公室、值班室、分析室等。圖7l1 控制室平面布置，mm(3) 計(jì)算機(jī)室主要布置計(jì)算機(jī)的主機(jī)及外部設(shè)備。由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的驅(qū)動帶、磁盤，行式打印和空調(diào)設(shè)備等的噪音大，故此，應(yīng)將計(jì)算機(jī)室與控制中心室隔開布置，并且它們之間

58、還應(yīng)裝隔音設(shè)備，但它們之間的聯(lián)系則要求方便。(4) 更衣室供控制中心室或計(jì)算機(jī)室的工作人員進(jìn)行更衣?lián)Q鞋的房間。(5) 生活室供工作人員工間休息、吸煙、吃便餐等用的房間。(6) 參觀廊為了不致因參觀者的來訪而干擾室內(nèi)的工作，可在控制室的外側(cè)設(shè)置長廊或觀察區(qū)，裝上透明玻璃，以滿足參觀要求。此外，也有一些控制室的組成比較簡單，操作方便，同時還可以直接觀察和監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場。2. 控制中心室的設(shè)計(jì)控制中心室的大小是由設(shè)備數(shù)量及其布置形式和操作要求等因素決定的。(1) 作業(yè)活動范圍所要求的尺寸作業(yè)時，一般有三個觀察視點(diǎn)，這些觀察視點(diǎn)作業(yè)情況和尺寸要求是：觀點(diǎn)1，為工作人員在儀表上操縱控制儀表的部位，人的作業(yè)

59、部位主要在儀表中上部，人與儀表板的距離一般為500700mm。視點(diǎn)2，為工作人員巡檢信息的部位，在這里操縱者要觀察所有儀表盤及模擬盤，人的水平視距以1500mm左右為宜。視點(diǎn)3，為工作人員坐在控制臺前進(jìn)行作業(yè)的部位，在這里，人的作用主要是把儀表盤出現(xiàn)的信息與控制臺的作業(yè)貫通起來，以達(dá)到控制的目的，故此，人與儀表盤的距離為30005000mm較好?？刂浦行氖业某叽鐓⒄諗?shù)據(jù)如圖712所示。圖712 控制中心室的尺寸確定，mm(2) 設(shè)備及其他活動空間所要求的尺寸從圖712控制中心室的尺寸示意圖可以看出，儀表盤的厚度為800mm(其厚度一般為600900mm)，儀表板后面供檢修和行人之用的走廊，一般

60、不小于2000mm，控制臺后面的活動寬度為15002000mm，控制室的高度主要以視角要求(如視點(diǎn)2的較佳垂直視角為40左右)和照明設(shè)備及空調(diào)設(shè)備安裝等因素而決定。一般室內(nèi)凈高要求在32003500mm，大約為進(jìn)深尺寸的2512。3. 控制室的其他要求(1) 采光與照明要求控制室應(yīng)盡量采用自然采光，其自然采光標(biāo)準(zhǔn)一般為3%(采光系數(shù)最低值)。為此，控制室的窗口面積與其他面積之比維持在1 : 2.5左右，同時為避免陽光直射入室，則要求控制室的建筑南北朝向?yàn)楹?。人工照明，特別是中心室部分，要求光源穩(wěn)定、光色好，故采用熒光燈，以方向照明的形式，這樣既容易又能經(jīng)濟(jì)地獲得質(zhì)量高的照明效果，對控制室及計(jì)算