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任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

模塊七人機工程學(xué)2一、人機工程學(xué)的定義任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

人機工程學(xué)起源于歐洲，形成和發(fā)展于美國。是研究人在生產(chǎn)或操作過程中合理地、適度地勞動和用力的規(guī)律問題。人機工程學(xué)的定義：把人—機—環(huán)境系統(tǒng)作為研究的基本對象，運用生理學(xué)、心理學(xué)和其它有關(guān)學(xué)科知識，根據(jù)人和機器的條件和特點，合理分配人和機器承擔(dān)的操作職能，并使之相互適應(yīng)，從而為人創(chuàng)造出舒適和安全的工作環(huán)境，使工效達到最優(yōu)的一門綜合性學(xué)科。3二、人機工程學(xué)的具體含義任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

1.人—機—環(huán)境的具體含義：人——指操作者或使用者；機——泛指人操作或使用的物，可以是機器，也可以是用具、工具或設(shè)施、設(shè)備等；環(huán)境——是指人、機所處的周圍環(huán)境，如作業(yè)場所和空間、物理化學(xué)環(huán)境和社會環(huán)境等；人—機—環(huán)境系統(tǒng)——是指由共處于同一時間和空間的人與其所使用的機以及它們所處的周圍環(huán)境所構(gòu)成的系統(tǒng)，簡稱人—機系統(tǒng)。4二、人機工程學(xué)的具體含義任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

2.人—機—環(huán)境之間的關(guān)系相互依存，相互作用，相互制約。3.人機工程學(xué)的任務(wù)使機器的設(shè)計和環(huán)境條件的設(shè)計適應(yīng)于人，以保證人的操作簡便省力、迅速準確、安全舒適，心情愉快，充分發(fā)揮人、機效能，使整個系統(tǒng)獲得最佳經(jīng)濟效益和社會效益。5三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

1.肌肉運動運動系統(tǒng)的運動都需要通過肌肉收縮而牽動骨骼繞關(guān)節(jié)運動，肌肉是人體運動能量的提供者，人的活動能力是靠肌肉決定的。6三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

2.肌肉的施力（1）肌肉的施力有兩種方式，這兩種方式以及不同點見表7-1。肌肉施力方式定義施力方式主要區(qū)別動態(tài)肌肉施力肌肉運動時收縮和舒張交替進行血液隨肌肉收縮和舒張進入和壓出肌肉，新陳代謝順暢，肌肉不容易疲勞靜態(tài)肌肉施力持續(xù)保持收縮狀態(tài)的肌肉運動收縮肌肉壓迫血管，阻止血液進入肌肉，新陳代謝不能順利進行，肌肉容易疲勞表7-1肌肉施力方式7三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

（2）肌肉靜態(tài)施力的人體生理變化，與動態(tài)施力相比，靜態(tài)施力會造成消耗加大，肌肉酸痛，心率加快和恢復(fù)期延長等現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的原因主要是肌肉缺氧，導(dǎo)致肌肉內(nèi)積累大量乳酸。研究發(fā)現(xiàn)，中學(xué)生單手提書包比雙肩背書包要消耗多一倍的能量，這主要由于手臂、肩、軀干部分靜態(tài)施力引起的，如圖7-1。8三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

圖7-1不同攜帶書包方式下，靜態(tài)施力對耗氧量的影響（正常情況為100%）9三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

（3）日常工作中，施力方式的識別見表7-2。表7-2施力方式的識別工作圖例施力方式識別普通銑床操作

腰部肌肉處于靜態(tài)施力，容易疲勞，甚至患腰椎病。普通鉆床操作

腰部、手臂、肩膀肌肉都處于靜態(tài)施力，手臂和肩膀施力大，容易疲勞和酸痛10三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

（4）減少靜態(tài)施力的方法①避免不自然的身體姿勢②避免長時間抬手作業(yè)③合理設(shè)計作業(yè)面高度，可減少手臂靜態(tài)施力。④盡可能雙手交替作業(yè)（5）事實上，日常作業(yè)都是既有靜態(tài)施力，也有動態(tài)施力，很難具體劃分彼此界限，也很難避免。但我們通過學(xué)習(xí)肌肉施力的概念，通過改進，可以減少靜態(tài)施力，降低肌肉疲勞。11三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

3.骨和關(guān)節(jié)運動（1）在肌肉收縮牽引力作用下，骨繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，使人體產(chǎn)生各種運動和操縱姿勢，這稱為人體運動，這也是人機工程學(xué)的主要內(nèi)容之一。12三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

（2）人體運動時間和精度手的運動速度與運動習(xí)慣有關(guān)，一般是與手的運動習(xí)慣一致的運動，其速度較快，準確較高。由于人體結(jié)構(gòu)的特點，人的運動在某些方向上速度更快，分析歸納如下：①在水平方向的前后運動比左右方向運動快；②手在垂直面的運動速度比在水平面的運動速度快，準確度也比水平面的高；13三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

③“從上往下”比“從下往上”的運動速度快；④手朝向身體的運動比離開身體方向運動快，但后者準確度高；⑤順時針方向的操作動作比逆時針方向的快；⑥單手在外側(cè)60°角左右的直線動作和雙手在外側(cè)30°角左右同時的直線動作速度都最快，效果最好，如圖7－2所示；⑦從精度和速度來看，單手操作較雙手操作為佳；這樣的研究發(fā)現(xiàn)，對于工作區(qū)域的設(shè)計有很大意義，比如設(shè)計裝配線上物品的放置等。14三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

（3）手的力量人的大部分工作都是由手來完成的，因此手的力量在工作中起著更為重要的作用，與手的力量和運動方向、肘關(guān)節(jié)的角度等密切相關(guān)。研究表明，當(dāng)肘關(guān)節(jié)為60°-120°時，手臂產(chǎn)生的內(nèi)收力最大，如圖7-3所示。15三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

16三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

（4）人的作業(yè)和動作效率從能量的角度分析，肌肉收縮產(chǎn)生的能量分為兩部分：熱能和機械能。機械能占有的比例越大，作業(yè)效能越高。為了提高作業(yè)效率，研究總結(jié)出“動作經(jīng)濟性原則”。這些原則簡單可以歸納成4個方面：①同時使用兩只手，避免一手操作一手空閑；②力求減少動作數(shù)量，避免一切不必要的動作；③盡可減少動作距離，避免出現(xiàn)全身性動作；④尋求舒適的工作環(huán)境，減少動作難度，避免不合理的工作姿勢。17三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

（5）重體力作業(yè)的合理操作對于重體力作業(yè)的改進，一方面要努力提高作業(yè)效率，另一方面要減輕人的實際作業(yè)強度,設(shè)計一些節(jié)省體力的工具和設(shè)備，可以減少操作者的工作量，如圖7-4所示。18三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

搬運重物過程中，提起重物時，腰部椎間盤會承受一定壓力，用不同方法提起重物時，對腰部椎間盤的影響是不同的。

如圖7-5所示，直腰提起重物，椎間盤壓力變化比較小。彎腰提起重物,椎間盤壓力會突然增大，這是因為彎腰提起重物，椎間盤壓力分布不均引起的。

為了避免腰椎損傷和疲勞，在提起重物的時候要直腰，上身盡量伸直，彎曲膝蓋，如圖7-6所示。19三、人體運動學(xué)基礎(chǔ)知識任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

搬運重物過程中，提起重物時，腰部椎間盤會承受一定壓力，用不同方法提起重物時，對腰部椎間盤的影響是不同的。

如圖7-5所示，直腰提起重物，椎間盤壓力變化比較小。彎腰提起重物,椎間盤壓力會突然增大，這是因為彎腰提起重物，椎間盤壓力分布不均引起的。

為了避免腰椎損傷和疲勞，在提起重物的時候要直腰，上身盡量伸直，彎曲膝蓋，如圖7-6所示。20任務(wù)一人機工程學(xué)基礎(chǔ)知識

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任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

模塊七人機工程學(xué)22一、作業(yè)空間的設(shè)計任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

作業(yè)空間定義：在工作系統(tǒng)中，人、機、環(huán)境三個基本要素是相互關(guān)聯(lián)而存在的，每一個要素都根據(jù)需要占用一定的空間，并按優(yōu)化系統(tǒng)功能的原則，使這些空間有機地結(jié)合在一起，這些空間的總和，就叫做作業(yè)空間。作業(yè)空間的范圍：作業(yè)空間包含作業(yè)范圍、作業(yè)活動空間和安全防護空間三種空間范圍。23一、作業(yè)空間的設(shè)計（1）作業(yè)范圍人體在規(guī)定的位置上進行作業(yè)時（如操縱機器、維修設(shè)備等）,必須觸及的空間，也稱為作業(yè)接觸空間。人們?yōu)橥瓿蓜趧尤蝿?wù)的大部分工時主要在這個范圍內(nèi)度過。（2）作業(yè)活動空間人體在作業(yè)時或進行其他活動時，如進出工作崗位、在工作崗位進行短暫的放松與休息等人體自由活動所需要的范圍。（3）安全防護空間是為了保障人體安全，避免人體與危險源（如機械轉(zhuǎn)動部位等）直接接觸所需要的空間。在進行工作場地和機器設(shè)備的設(shè)計與布局時，必須充分考慮作業(yè)空間的安全人機工程學(xué)設(shè)計問題。任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

24一、作業(yè)空間的設(shè)計（一）作業(yè)空間設(shè)計的意義從大的范圍來講，就是組織生產(chǎn)現(xiàn)場，把所需要的機器、設(shè)備和工具，按照生產(chǎn)任務(wù)、工藝流程的特點和人的操作要求進行合理的空間布置，給物質(zhì)和人員確定一個最佳的流通路線和占有區(qū)域，避免沖突，提高工作系統(tǒng)總體上的可靠性和經(jīng)濟性。從小的范圍來講，就是合理設(shè)計工作崗位。以保證作業(yè)者在工作位置上便于工作，保證操作活動的準確高效，并以最低的體力強度和心理強度獲得最高的勞動生產(chǎn)率，同時，又能確保勞動者的安全和健康。任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

25一、作業(yè)空間的設(shè)計（二）作業(yè)空間設(shè)計的原則（1）根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)和人的作業(yè)要求，首先應(yīng)總體考慮生產(chǎn)現(xiàn)場的適當(dāng)布局，避免在某個局部的空間范圍內(nèi)，把機器、設(shè)備、工具和人員等安排得過于密集，造成空間勞動負荷過大。然后再進行各局部之間的協(xié)調(diào)。（2）在作業(yè)空間設(shè)計時，總體與局部的關(guān)系是相互依存和相互制約的。若總體布局不好，就不能保證每個局部都有適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)空間。而只保證個別局部有適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)空間，也不能保證整個工作系統(tǒng)的安全、高效、舒適與方便的人機工程學(xué)要求。因此，必須正確協(xié)調(diào)總體設(shè)計與局部設(shè)計相互之間的關(guān)系。任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

26一、作業(yè)空間的設(shè)計（3）作業(yè)空間設(shè)計要著眼于人，落實于設(shè)備。即結(jié)合操作任務(wù)要求，以人員為主體進行作業(yè)空間的設(shè)計。也就是首先要考慮人的需要，為操作者創(chuàng)造舒適的作業(yè)條件，再把有關(guān)的作業(yè)對象（機器、設(shè)備和工具等）進行合理的排列布置。否則往往會使操作者承受額外的心理上的和體力上的負擔(dān)，其結(jié)果不僅降低工作效率，而且往往不經(jīng)濟、也不安全。（4）考慮人的活動特性時，必須考慮人的認知特點和人體動作的自然性、同時性、對稱性、節(jié)奏性、規(guī)律性、經(jīng)濟性和安全性。在應(yīng)用有關(guān)人體測量數(shù)據(jù)設(shè)計作業(yè)空間時，必須保證至少在90%的操作者中具有適應(yīng)性、兼容性、操縱性和可達性。任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

27一、作業(yè)空間的設(shè)計（三）立姿作業(yè)工作高度的安排布置立姿作業(yè)在我們崗位作業(yè)中占有很大比例，立姿作業(yè)的優(yōu)點是作業(yè)區(qū)域大，便于肌肉施力，作業(yè)者的體位容易改變。立姿作業(yè)手臂活動及手操作的適宜范圍如圖7-7所示。任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

28一、作業(yè)空間的設(shè)計人在站立狀態(tài)下對不同高度的工作安排如表7-3所示任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

29一、作業(yè)空間的設(shè)計（四）水平工作面設(shè)計在水平工作面上操作時，人的左右手一般活動范圍和最大活動范圍如圖7-8所示。手的一般活動范圍是以肘關(guān)節(jié)為中心所圍成的半圓區(qū)域，手的最大活動范圍是以肩關(guān)節(jié)為中心所圍成的半圓區(qū)域。任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

30一、作業(yè)空間的設(shè)計（五）工作崗位設(shè)計不同的作業(yè)類型，人體操作有不同的要求，精細作業(yè)的工作對象離頭部要近，以便能看得仔細；重作業(yè)操作中要揮動手臂，甚至借助腰的力量，工作對象位置宜低于肘高(注意，肘部與腰部的高度大體相當(dāng))；一般較輕作業(yè)的工作高度則介于兩者之間。所以立姿下工作臺面的高度因作業(yè)類型不同而與立姿肘高有不同的相對關(guān)系，具體尺寸可參照圖7-9。任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

31一、作業(yè)空間的設(shè)計任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

32二、手握式工具的設(shè)計人類使用手握式工具的歷史很久遠，從早期人類使用的石器，到現(xiàn)代社會的電鉆,人的生活和工作都離不開手握式工具，正確設(shè)計手握式工具成為人機工程學(xué)十分重要的內(nèi)容。任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

33二、手握式工具的設(shè)計1.手握式工具設(shè)計的一般要求（1）手握式工具的大小、形狀、表面狀況應(yīng)與人手的尺寸和解剖條件適應(yīng)。（2）握持部分不應(yīng)出現(xiàn)尖角和邊棱；手柄的表面質(zhì)地應(yīng)能增強表面摩擦力，避免手持部位的拋光處理。（3）使用時能保持手腕順直；避免掌心受壓過大；盡量由手部的虎口等部位分擔(dān)壓力。任務(wù)二人機工程學(xué)的簡單應(yīng)用

34二、手握式工具的設(shè)計1.手握式工具設(shè)計的一般要求（4）避免手指反復(fù)的彎曲扳動操作；避免或減少肌肉的“靜態(tài)施力”。使用手握式工具時的姿勢、體位應(yīng)自然、舒適，符合手和手臂的施力特征。（5）工具使用中不能讓同一束肌肉既進行精確控制，又出很大的力量；即負擔(dān)準確控制的肌肉和負擔(dān)出力較大的肌肉應(yīng)該分開。（6）當(dāng)有外力作用于產(chǎn)品手柄時，應(yīng)同時考慮推力、拉力和扭矩的同時作用；根據(jù)外力作用要求，確定手柄直徑。（7）注意照顧女性、左手優(yōu)勢者等群體的特性和需要。