安全人機工程學第1頁/共84頁認識人機工程學人機工程學是研究人、機及其工作環(huán)境之間相互作用的交叉技術學科。自從有人類以來，就開始存在著人機關系。人類的生產、生活、科研各行各業(yè)都離不開人機工程學，從筷子到航天飛機都涉及人機工程學。1、生活：衣、食、?。揖摺⒓译?、建筑）、行（交通）2、生產學習：辦公用品、手工工具、各種裝備3、科學研究及設備第2頁/共84頁課程簡介安全人機工程是從安全的角度和著眼點研究人與機的關系，運用人機工程學的原理和方法去解決人機結合面的安全問題的一門新興學科。第3頁/共84頁課程內容

安全人機工程學緒論人機工程學基礎（包括人機學參數、人的心理因素及運動輸出）作業(yè)及人體作業(yè)特征人機功能匹配（人機系統及安全）人機系統的安全設計（包括顯示器、控制器、作業(yè)姿勢設計、作業(yè)空間、作業(yè)環(huán)境設計）人機系統的安全分析與評價第4頁/共84頁課程要求1、掌握安全人機工程的基本概念、基本理論，領會“人機結合面”的含義。2、掌握人體參數、人的生理、心理及生物力學特性。3、掌握作業(yè)時的生理變化、疲勞的機理、測量及改善方法。4、掌握人機功能特性及人機功能分配原則。5、掌握顯示器、控制器、作業(yè)姿勢、作業(yè)空間和作業(yè)環(huán)境的設計要求與設計方法。6、具備對人機系統進行安全設計的初步能力。7、具備對一般人機系統進行安全檢查與評價的能力。第5頁/共84頁整個教學過程由課堂授課、自學二個環(huán)節(jié)組成。授課采用多媒體教學形式。課程教學時間1-9周，總時數34學時考試時間11周課程學時分配第6頁/共84頁參考書撒占友，程衛(wèi)民《安全人機工程學》（教材）中國礦業(yè)大學出版社歐陽文昭、廖可兵《安全人機工程學》煤炭工業(yè)出版社李紅杰、魯順清《安全人機工程學》中國地質大學出版社謝慶森、王秉權《安全人機工程學》,天津大學出版社丁玉蘭《人機工程學》，北京理工大學出版社劉東明、孫桂林《安全人機工程學》中國勞動出版社臧吉昌《安全人機工程學》化學工業(yè)出版社石金濤等《安全人機工程學》上海交通大學出版社第7頁/共84頁第一章緒論教學要求1、掌握安全人機工程學的定義；掌握安全人機工程學的研究內容；2、理解人機工程學的定義；理解安全人機工程學的研究目的和研究方法；3、了解人機工程學發(fā)展的三個階段及每一個階段學科發(fā)展的特點第8頁/共84頁第一章概述1.1人機工程學1.2安全人機工程學1.3安全人機工程學與相關學科的關系1.4安全人機工程學的學科應用第9頁/共84頁1.1人機工程學人機工程學是研究人、機及其工作環(huán)境之間相互作用的交叉技術學科。第10頁/共84頁二戰(zhàn)第11頁/共84頁人機工程學的起源與發(fā)展經驗人機工程學：科學人機工程學：現代人機工程學：自有人類以來，就開始存在著人機關系——人與工具之間的關系。古代沒有系統的人機學，但人類所創(chuàng)造的各種器具，從形狀的發(fā)展變化來看，是符合人機工程學原理的（圖1.1）；經過漫長的發(fā)展階段，工具由于人的使用和改進，由簡單到復雜逐步科學化（圖1.2、1.3）。這種實際存在的人與工具的關系問題及其發(fā)展，稱為經驗人機工程學。經驗人機工程學研究階段一直持續(xù)到二戰(zhàn)之前。第12頁/共84頁古代器物造型如舊石器時代，石錘、石砧大部分呈直線形狀，到了新石器時代石錘、石鐮的形狀已經更適合人的使用。舊石器新石器圖1.1第13頁/共84頁古代家具如古代家具就可以很明顯地看到人機的理念。而指南車的傳動機構，運用了力學知識和反饋原理，與現代人機工程學的原理相吻合。圖1.2紫檀雕四出頭官帽椅圖1.3我國古代的指南車第14頁/共84頁第15頁/共84頁經驗期中三大實驗從1884年起，在經歷工業(yè)革命之后，人們所從事的勞動在復雜程度和負荷量上都有了很大變化。改革工具以改善勞動條件和提高勞動效率已經成為一個迫切問題。因此人們開始了對經驗人機關系所提出問題的研究，如進行了肌肉疲勞試驗、鐵鍬作業(yè)試驗、砌磚作業(yè)試驗等。第16頁/共84頁經驗期中三大實驗1884年，德國莫索（A·Mosso）對人體勞動疲勞進行了試驗研究。對作業(yè)的人體通以微電流，隨著人體疲勞程度的變化，電流也隨之變化。這一實驗研究為后來的“勞動科學”打下了基礎。第17頁/共84頁經驗期中三大實驗1898年美國泰勒（F·W·Taylor）從人機學角度出發(fā)，對鐵鍬的使用效率進行了研究。他用形狀相同而鏟量分別為5kg、10kg、17kg、和30kg四種鐵鍬去鏟同一堆煤，雖然17kg和30kg的鐵鍬每次鏟量大，但實驗結果表明，鏟煤量為10kg的鐵鍬作業(yè)效率最高。這就是人機工程學過程中著名的“鐵鍬作業(yè)實驗”。該試驗是關于體能合理利用的最早科學試驗。第18頁/共84頁經驗期中三大實驗1911年吉爾伯勒斯（F·B·Gilreth）對美國建筑工人砌磚作業(yè)進行了試驗研究。他用快速攝影機把工人的砌磚動作拍攝下來，然后對動作進行分析，去掉多余無效動作，把砌磚的基本動作由原來的18個動作減少到4.5個動作（外層磚）或2個（內層磚）最終提高了工作效率，使工人砌磚速度由當時的每小時120塊提高到每小時350塊。第19頁/共84頁經驗人機工程學孕育期_小結

這一時期研究的核心是最大限度地挖掘人的操作效率。從對待人機關系這個基本方面考察，總體來看是要求人適應于機械設備，即以機械設備為中心進行設計；研究的主要目的是選拔與培訓操作人員。這在基本學術理論上與現代人機學是南轅北轍，存在對立的。因此，應該把這段時期看作人機學的孕育期。第20頁/共84頁經驗人機工程學：科學人機工程學：現代人機工程學：二戰(zhàn)時期是人機工程學發(fā)展的第二階段，即人與機械的關系問題，也是人機工程學的創(chuàng)建期。這個時期一直持續(xù)到20世紀50年代末。二戰(zhàn)期間，許多國家大力發(fā)展效能高、威力大的新式武器。但由于忽視了設計中“人的因素”而導致誤操作而失敗的教訓屢見不鮮（圖1.4）。失敗的教訓使人們逐步認識到“人的因素”在設計中是不能忽視的一個重要條件，要設計好一個高效能的裝備，不僅要有工程技術知識，還必須有生理學、心理學、人體測量學、生物力學等學科方面的知識。這種情況下，人機學誕生。人機工程學的起源與發(fā)展第21頁/共84頁第22頁/共84頁第23頁/共84頁飛機座艙和儀表位置圖1.4設備設計中人的因素工程由于戰(zhàn)斗機中座艙及儀表位置設計不當，造成飛行員誤讀儀表和誤用操縱器而導致意外事故，或由于操作復雜、不靈活和不符合人的生理尺寸而造成戰(zhàn)斗命中率低等現象經常發(fā)生。為了使所設計的武器能夠符合戰(zhàn)士的生理特點，武器設計工程師不得不把解剖學家、生理學家和心理學家請去為設計操縱合理的武器而出謀獻策，結果收到了良好的效果。軍事領域中對“人的因素”的研究和應用，使人機工程學應運而生。P-51野馬戰(zhàn)斗機機艙內部第24頁/共84頁

科學人機工程學創(chuàng)建期_小結與人機學的孕育期對比，學科思想至此完成了一次重大的轉變：從以機器為中心轉變?yōu)橐匀藶橹行?，強調機器的設計應適合人的因素。第25頁/共84頁1.2人機工程學的起源與發(fā)展經驗人機工程學：科學人機工程學：現代人機工程學：到了20世紀60年代，歐美各國進入了大規(guī)模的經濟發(fā)展時期，這一時期，由于科學技術的進步，使人機工程學獲得了更多的應用和發(fā)展機會（圖1.5）；同時，由于控制論、信息論、系統論和人體科學等理論的建立，應用新理論進行人機系統的研究便應運而生，從而使人際工程學日趨成熟?？梢哉f：人機工程學起源于歐洲，發(fā)展于美國，成熟于日本。第26頁/共84頁第27頁/共84頁現代人機工程學成熟期與人機學建立之初強調“機器設計必須適合人的因素”不同，IEA的定義闡明的觀念是人機(以及環(huán)境)系統的優(yōu)化，人與機器應該互相適應、人機之間應該合理分工。達到“機宜人”和“人適機”，人機相互適應。人機學的理論至此趨于成熟。第28頁/共84頁1995年9月創(chuàng)建學會會刊《人類工效學》

90年代北京航空航天大學首先成立人機工程博士點，多所高校先后成立人機工程專業(yè)第29頁/共84頁學科名稱英國:莫瑞爾于1949年提出“Ergonomics”詞，由希臘詞根“ergon”（工作、勞動）和“nomos”（規(guī)律、規(guī)則）復合而成，含義是“人出力正常化”或“人的工作規(guī)律”。美國:HumanEngineering、HumanFactorsEngineering（人因工程學）日本:人間工學

中國:人機工程學在1970年代末才在我國興起，采用“人類工效學”對外交流。由于該學科主要被用于協調產品與人的關系，因而，普遍采用人機工程學這一名稱。常見的名稱還有：人類工程學、工程心理學、宜人學等。人機工程學的命名及定義第30頁/共84頁本書作為安全工程專業(yè)的本科教材，突出基礎性和實踐性，從該學科的研究目的出發(fā)，以“機宜人，人適機”的設計原則為著眼點，關注的是工作、生產等物理系統中人機安全匹配問題，采用“人機工程學”的名稱。英文名為“man-machine-engineering”。第31頁/共84頁2000年國際人類工效學學會(IEA)定義：人機工程學是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學、生理學和心理學等方面的因素，研究人和機器及環(huán)境相互作用，研究在工作中、家庭生活中和休假時怎樣統一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學科。2008年IEA理事會修改定義為：研究系統中人和系統其他元素之間的相互作用的一門學科，其目的是使人在系統中工作、生活的舒適性與系統總的績效達到最優(yōu)。人機工程學的命名及定義第32頁/共84頁中國學者一般認為：人機工程學是在以人為本的思想指導下，綜合考慮人的心理、生理及能力和需求等因素，研究系統中人、機械、環(huán)境相互間的合理關系，依據設備或工具的功能和要求進行人機系統的設計和研究，以保證人們安全、健康、舒適地工作，并取得滿意的工作效果的一門科學。人機工程學的命名及定義“以人為本”是指以人的生活條件來分析和解決與人相關的一切問題，其核心內容就是尊重人，尊重人的特性和人的本質，把人作為手段與目的的統一第33頁/共84頁人機工程學的研究內容人機工程學的研究對象是人機系統，即人機各自的特性、功能和其相互作用及總體功能。研究任務是：解決人與機的關系，改善機械設備發(fā)出的信號信息，使人易于辨識，改善機械設備的控制裝置，使人易于控制，排除不良環(huán)境對人機系統的影響，從而建立一個合理可行的方案使人-機-環(huán)境系統達到最優(yōu)化的配合，充分發(fā)揮人與機的作用，做到人盡其力，機盡其用，環(huán)境盡其效，使整個系統安全、可靠、高效，以保證操作者在健康、舒適的環(huán)境中工作和生活。第34頁/共84頁人機工程學研究內容包括人的人機學參數、生理因素、作業(yè)特征第35頁/共84頁例如第36頁/共84頁人機工程學研究內容包括顯示裝置、控制裝置等機械設備的設計、安全防護裝置第37頁/共84頁例如第38頁/共84頁人機工程學研究內容包括光環(huán)境、噪聲環(huán)境、振動環(huán)境、微氣候等作業(yè)環(huán)境第39頁/共84頁人機工程學研究內容包括人機匹配、人機界面設計、作業(yè)空間設計第40頁/共84頁例如第41頁/共84頁1.2安全人機工程學1.安全人機工程學的定義安全人機工程學（SafetyErgonomics）是從安全的角度，運用人機工程學的原理和方法去解決人機結合面的安全問題的一門新興學科。第42頁/共84頁安全人機工程的誕生現代化生產中“機”向著高速化、精密化、復雜化發(fā)展，對人的判斷力、注意力和熟練程度提出了更高的要求。例如，自動化生產線，雖降低了人的體力勞動強度，但加重了儀表監(jiān)控者的視力及注意力、判斷能力的強度，以及對人的軀體和頸部活動的限制。其結果是：一方面是人始終影響和決定著“機”的性能發(fā)揮；另一方面“機”給人類的負擔增加了，甚至給人造成危害。因此“機”若是忽略了活動者的身心特性、生物力學特征，則“機”的功能既不可能充分發(fā)揮，而且還會損害人的健康甚至誘發(fā)事故。為了安全生產、生活，就要把人與“機”結合起來考慮，要求在“機”的設計、制造、安裝、運行、管理等環(huán)節(jié)中充分考慮人的生理、心理及生物力學特性，把人機作為一個整體、一個系統加以考慮，不僅要高效地工作，還應要求機保證人處在安全、衛(wèi)生、舒適的狀態(tài)。這就促使安全人機工程的誕生。第43頁/共84頁安全人機工程的研究對象人(Man)，是指操作者或使用者，即活動過程中的人體，是安全主體。第44頁/共84頁機(Machine)，是廣義的，泛指人可操作與可使用的物，包括勞動工具、機器（設備）、生活用品、設施、勞動手段、原材料、工藝流程、計算機軟件和環(huán)境條件等所有與人相關的物質因素。安全人機工程的研究對象第45頁/共84頁人機結合面就是人和機在信息交換和功能上接觸或互相影響的領域。安全人機工程的研究對象第46頁/共84頁安全人機工程學的研究目的研究目的：對人機系統建立合理可行的方案，根據人和機的功能特點和需求，合理分配，使兩者有機結合，發(fā)揮各自的最大功效，創(chuàng)造安全、高效、舒適、健康的工作和生產環(huán)境。第47頁/共84頁研究任務：

1、為人機系統設計者提供系統安全性設計，包括人體參數與安全性設計、人的生理和心理因素與安全生產、作業(yè)疲勞與安全生產、安全標志和安全色在人機界面中的應用、作業(yè)空間安全布局、安全防護裝置設計、作業(yè)環(huán)境優(yōu)化等。2、對已有系統進行安全人機分析和評價，查找系統中不符合安全人機設計原則和思想的地方，以提出設計改進意見。安全人機工程學的研究任務第48頁/共84頁3.

安全人機工程學的研究內容和方法研究內容

人的因素機的因素環(huán)境因素人機系統綜合研究主要包括人體的人機學參數、人的生理、心理因素與安全生產、作業(yè)疲勞以及安全生產、人的可靠性第49頁/共84頁研究內容

人的因素機的因素環(huán)境因素人機系統綜合研究主要包括顯示裝置、控制裝置等機械設備的安全設計、安全防護裝置、機械設備的可靠性3.

安全人機工程學的研究內容和方法第50頁/共84頁研究內容

人的因素機的因素環(huán)境因素人機系統綜合研究主要包括光環(huán)境、噪聲環(huán)境、振動環(huán)境、微氣候等作業(yè)環(huán)境安全設計3.

安全人機工程學的研究內容和方法第51頁/共84頁研究內容

人的因素機的因素環(huán)境因素人機系統綜合研究主要包括人機分工匹配、人機界面安全設計、作業(yè)空間安全布局、環(huán)境因素對人機系統可靠性的影響等3.

安全人機工程學的研究內容和方法第52頁/共84頁4

安全人機工程學的研究內容和方法研究方法

（1）調查法（2）實驗法第53頁/共84頁4

安全人機工程學的研究內容和方法研究方法

（1）調查法調查法是指為了達到設想的目的而制訂某一計劃，全面或比較全面地收集研究對象的某一方面的各種材料，并做出分析、綜合，得到某一結論的研究方法。常用調查法有訪談法、電話調查法和問卷調查法。第54頁/共84頁①訪談法研究人員通過與被調查者直接交談，來探索被調查者的心理狀態(tài)的研究方法。②電話調查法研究人員通過電話向被調查者進行問詢，了解所需情況的一種調查方法。③問卷調查法問卷即采用書面提問的方式，通過收集資料，做定量和定性的研究分析，歸納調查結論。第55頁/共84頁安全生產培訓調查問卷第56頁/共84頁4

安全人機工程學的研究內容和方法研究方法

（2）實驗法實驗法指人們根據一定的科學研究目的，利用科學儀器設備，在人為控制或模擬的特定條件下排除各種干擾，對研究對象進行觀察和測試的方法。實驗法可分為實驗室實驗法和自然實驗法第57頁/共84頁實驗室實驗法指在實驗室內利用一定的設施，控制一定的條件，并借助專門的實驗儀器進行研究的一種方法。自然實驗法在日常生活等自然條件下，有目的、有計劃地創(chuàng)設和控制一定的條件來進行研究的一種方法。第58頁/共84頁③模擬實驗法在實驗室或電腦中先設計出與被研究現象或過程（原型）相似的模型，然后通過模型間接地研究原型規(guī)律性的實驗方法。模擬實驗法可分為物理模擬和數學模擬兩種。第59頁/共84頁研究心理、生理能力測量裝置實測法第60頁/共84頁駕駛員眼動規(guī)律實驗裝置實驗法第61頁/共84頁研究車輛碰撞的人機系統的模型和模擬模擬和模型試驗法第62頁/共84頁第63頁/共84頁人體動作分析仿真計算機數值仿真法第64頁/共84頁1.3安全人機工程學與相關學科的關系

安全人機工程學是作為人機工程學的應用學科和安全工程學的重要分支，是一個跨門類、多學科的交叉科學，與生理學、心理學、人體測量學、勞動學、管理學、組織行為學、數學、色彩學、信息論、控制論、系統論等學科都有密切關系，是一門屬于自然科學與社會科學共同研究的綜合學科。第65頁/共84頁安全人機工程學是人機工程學在安全領域的應用和發(fā)展，是人機工程學和安全工程學相互交叉而產生的。1.3安全人機工程學與相關學科的關系人機工程學第66頁/共84頁安全心理學是心理學在安全領域的應用，是安全人機工程學的主要理論基礎之一。它研究人在活動過程中的生理心理和社會心理活動，以及信息的接受、儲存、加工、傳遞、處理，以及決策和執(zhí)行等問題。安全人機工程則是考慮“人的因素”，為人機系統的安全設計、使用、監(jiān)督、分析、評定和提供宜人依據。因此，安全心理學研究的所有內容，均對安全人機工程產生影響。1.3安全人機工程學與相關學科的關系人機工程學第67頁/共84頁人體測量學所測得的數據經過統計分析為人機系統設計提供數據資料，是安全人機系統設計的重要依據。人體生物力學研究人體這個生物系統運動規(guī)律，保持設計產品在人的承受范圍之內，既不超出安全閾值，又盡量避免做無用功，提高工作效率，較少疲勞，保障安全作業(yè)。1.3安全人機工程學與相關學科的關系人機工程學第68頁/共84頁人體生理學是安全人機工程學的研究基礎和依據，很多安全人機工程學方面的問題常需要從人體生理過程、職業(yè)病起因和人體解剖學等方面進行分析。1.3安全人機工程學與相關學科的關系人機工程學第69頁/共84頁安全工程學可以分為：安全管理工程學，安全設備工程學，安全人機工程學和安全系統工程學。1.3安全人機工程學與相關學科的關系人機工程學第70頁/共84頁均是安全人機工程學的基礎依據。1.3安全人機工程學與相關學科的關系人機工程學第71頁/共84頁1.4安全人機工程學的學科應用第72頁/共84頁1.4安全人機工程學的學科應用第73頁/共84頁安全人機工程的展望（1）安全人機工程的研究領域將不斷擴大。隨著技術、社會、經濟的發(fā)展，人們對保護自身的安全健康要求日益強烈，促使安全人機工程研究廣泛的應用領域，如人與生產工藝、人與操作技能、人與工