工效学及人机工程教材(含大量案例分析)

工效学（人因工程）是什么？作业时是否有充分的空间以取得满意的操作姿势？控制器具是否设置的手容易到达的范围并能方便的操作？作业操作时是否得到充分的信息指示而不会误操作？双手作业时负荷是否平衡、动作数量是否过多、操作是否轻松？照明是否适宜、对可能的环境危害是否防护措施？一天的工作量安排是否恰当、下班后感到疲劳吗？作业内容是否单调、要求持续紧张的工作吗？对可能发生的故障或事故有足够的预防措施吗？工效学的概念（广义）研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素；研究人和机器及环境的相互作用条件下，在工作中、家庭生活中和休假时，怎样统一考虑工作效率，人的健康，安全和舒适等达到最优化的问题。工效学的概念（狭义）运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学等研究方法和手段，综合进行人体结构、功能、心理等问题的研究，用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置、并研究控制台上各个仪表的最适位置。工效学（人因工程）有何作用？①研究各种产品（包括各种工具、机器、交通工具、家庭用具、生活服务设施等）所应遵循的工效学标准。②研究人和机器的合理分工及相互适应的问题。③研究人与被控对象之间的信息交换过程，以及人如何进行信息加工直至采取决定的过程，探求人在各种工作环境中工作成效问题。④研究人对环境机制的生理心理反应，确定合理调节和控制物理环境的手段，为人创造舒适、安全、健康的劳动（生活）环境。工效学在制造业中的应用作业姿势与腰酸病的分析办公桌高度与疲劳传送带的作业面高度生产机械的操作器配置仪表的认读性能中央控制室的仪表盘设计自动化系统的作业负担工效学在制造业中的应用单调劳动与作业疲劳作业中人的差错与系统的安全压力机械的安全设计各种作业的劳动负荷测定工厂照明、噪声环境及改善使用方便的防护器具的研究交接班制与健康危害人机系统分析评价作业空间方面控制装置方面信息显示与传递传递方面作业方法方面作业组织方面作业负荷方面工效学的学科体系生理学心理学人体解剖学人体测量学工效学环境科学工程技术信息科学管理科学讲授内容专题一人的因素专题二工作空间及器具设计专题三作业能力与作业疲劳专题四综合案例分析专题五人机工程学作品欣赏专题一人的因素1工程人体测量2人的感官特性3反应时间4人体生物力学1工程人体测量一切操纵装置都应设在人的肢体活动所能及的范围之内，其高低位置必须与人体相应部位的高低位置相适应；操纵装置的布置应尽可能设在人操作方便、反应最灵活的范围之内。1工程人体测量1.1人体尺寸测量①测量方法人体尺寸测量国家标准，包括测量术语、测量方法、测量仪器。②测量要求基本姿势、测量基准面、被测者的衣着。③常用测量项目身高、眼高、肩高、坐高、肩宽、肘高、前臂长等。如图1工程人体测量1.2人体测量数据人体测量结束后，所得原始数据应进行统计处理，得到表征特定群体的统计量。①测量数据统计——均值、标准差和百分位数。95%——大身材，50%平均身材，5%——小身材②人体尺寸换算可用人体尺寸设计或推算机械设备及用具的尺寸。如图③影响人体尺寸的因素年龄、性别、年代、区域等。如图1工程人体测量1.3主要人体尺寸的应用身高——确定通道和门的最小高度；立姿眼高——确定在剧院、礼堂、会议室等处人的视线，用于布置广告、展品或屏风的高度；肘部高度——确定柜台、工作台及站着操作的工作表面的舒适高度；腿弯高度——确定座椅面高度的关键尺寸；如图立姿侧向手握距离——确定控制开关等装置的位置。1工程人体测量1.4人体尺寸在工程设计中的应用①应用人体尺寸百分位数通则满足适当比例的特定使用者，一般用百分率表示。综合考虑人体尺寸的变异性、产品生产技术上的可能性及经济上的合理性等因素。如汽车车厢高度、飞机坐舱高度设计等。如图②人体尺寸测量在产品尺寸设计中的应用根据人体尺寸上、下限值或均值设计产品尺寸。此外还应考虑产品功能尺寸的修正量。如图2人的感官特性2.1视觉机能理解性：双关如图视野与视距：自然视线低于水平线10（站）或15度（坐）。如图1，如图2中央视觉与周围视觉色觉与色视野：白黄蓝红绿明暗适应：工作面光亮度均匀且无阴影如图1、如图22人的感官特性2.2视觉特征①眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不容易疲劳；一般先看到水平方向的物体，后看到垂直方向的物体。大多仪表设计成横向长方形。如图②视线的变化习惯于从左到右，从上到下和顺时针方向运动。仪表的刻度方向应遵循这一规律。如图2人的感官特性③人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸和比例的估计要准确的多，因而水平式仪表的误读率（28%）比垂直式仪表的误读率（35%）低。④当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最优，依次为右上限，左下限，而右下限最差。2人的感官特性⑤两眼的运动总是协调的、同步的，通常都以双眼视野为设计依据。⑥人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受。⑦颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。红绿黄白，黄底黑字黑底白字蓝底白字白底黑字2人的感官特性2.3视觉编码编码方式的优劣与工作性质密切相关。辨认工作——数码、字母、斜线搜索定位工作——颜色标志，数码、形状次之计数工作——数码、颜色、形状比较和验证——几乎无差别如图2人的感官特性2.4感知特征的比较①一种感受器只能接受一种刺激，识别一种特征。②刺激本身必须达到一定的强度，才能对感受器官发生作用，超过一定强度，不但无效，反而引起不适的感觉。③感受器官经连续刺激一段时间后，产生适应现象，敏感性降低。④各感受器官同时接受信息时，产生相互影响。⑤各感受器官对信号变化的感觉取决于变化的相对量。3人对刺激信号的反应时间反应时间——由反应知觉时间和动作时间两部分组成。影响反应时间的因素有：人的主体因素，显示、操纵因素和环境方面的因素。在人机系统设计中，必须考虑人的反应能力的限度。3人对刺激信号的反应时间3.1简单反应时①简单感觉运动反应时的大小，首先依刺激信号作用的感觉器官而变。②简单感觉运动反应时，随信号的刺激强度增加而缩短。③简单感觉运动反应时，随反应运动器官而变。④反应时依赖于刺激作用于感受表面那一部分。⑤刺激物的出现与消失或改变都影响反应时间。3人对刺激信号的反应时间3.2选择反应时①选择反应时随用于选择信号的数目增多而延长。如图②需选择的信号之间的差异程度越大选择反应时间越短。如图③随选择信号难度增大，反应时间延长。3人对刺激信号的反应时间3.3提高反应速度的措施①必须合理选择感觉通道；②确定刺激信号的特点；③合理设计信号设备、操作器，使人容易辨别信号，以便操作；④进行职业选择和进行适应性训练。4人体生物力学4.1人体运动系统运动系统组成——骨、关节、肌肉，骨是运动的杠杆，关节是运动的枢纽，肌肉是运动的动力。骨杠杆的形式——平衡杠杆、省力杠杆、速度杠杆。如图人体各关节的活动有一定的限度，超过限度必然造成损伤，应使关节处在一定的舒适调节范围内。最大的力量和最大的运动范围两者是相矛盾的，在设计操纵动作时应考虑这一原理。4人体生物力学4.2肌肉的工作机理人体肌肉种类——平滑肌、心肌、横纹肌（骨骼肌），人体运动主要与横纹肌有关。肌肉运动的基本特征是收缩与放松，依靠肌原纤维中的肌球蛋白微丝和肌动蛋白微丝之间不断的结合或离解完成肌肉收缩或放松。等张收缩——肌肉长度缩短而张力不变的收缩，等长收缩——肌肉长度不变而张力增加的收缩。应尽量避免静态作用下的等长收缩。4人体生物力学4.3肢体的出力肌力大小的生理影响因素——单个肌纤维的收缩力，肌纤维的数量与体积，肌肉收缩前的初长度，中枢神经系统的机能状态等。肢体所能发挥的力量还与施力方式、施力姿势、施力部位、施力方向与速度、训练程度等有关。如图1，如图2，如图3，如图4一般左手弱于右手，向上用力大于向下用力，向内用力大于向外用力。肢体所有力量的大小，都与持续时间有关。如拉力由最大值衰减到1/4时，只需4min，任何人劳动到力量衰减到一半时的持续时间差不多。如图4人体生物力学4.4肢体的动作速度和频率肢体的动作速度大小在很大程度上取决于肢体肌肉收缩的速度。慢肌纤维收缩慢，快肌纤维收缩快。收缩速度还决定于肌肉收缩时所发挥的力量和阻力的大小。操作运动速度还取决于动作方向和动作轨迹。同理，肢体的动作频率也取决于动作部位和动作方式。在操作系统设计时，对操作速度和频率的要求不得超过肢体运动的能力限度。如图4人体生物力学4.5手工操作劳动分析①手工操作与事故许多事故是由于工人的生理能力与实际工作要求不匹配造成的。采用合理的姿势和工作频率有利于操作效果的改善。②重物提放、推拉及搬运当提放频率在5-6次/分时，提举效率最好。重物或容器形状也有一定的影响。随着搬运频率的提高和搬运路线的延长，操作者选择的最大可接受重量显著下降。如图1，如图2，如图3专题二工作空间及器具设计1工作空间设计2工位布置设计3坐姿与座位设计4视觉显示装置设计的工效学要求5控制器设计的工效学要求6动作经济原则1工作空间设计1.1工作空间设计的一般要求及考虑因素元件布置的造型与样式操作者的舒适性与安全性便于使用、避免差错，提高效率控制与显示的安排要作到既紧凑又可区分四肢分担的作业要均衡，避免身体局部的超负荷作业作业者身材的大小等一个理想的设计只能权衡各种因素1工作空间设计1.2工作空间的种类近身作业空间——作业者在某一位置时，考虑身体的静态和动态尺寸，在坐姿或站姿状态下，其所能完成作业的空间范围。个体作业场所——指操作者周围与作业有关的、包含设备因素在内的作业区域，如汽车驾驶室、计算机操作台。如图总体作业空间——不同个体作业场所的布置构成总体作业空间。1工作空间设计1.3工作空间与作业场所设计时人体测量学数据运用的原则确定对于设计至关重要的人体尺度；确定设计对象的使用者群体；确定数据运用准则：个体设计准则——按群体某特征的最大值或最小值设计，可调设计准则——使作业者群体的大多数能舒适的操作，平均设计准则——考虑群体特征的平均值。选择合适的设计定位群体的百分位；1工作空间设计查找与定位群体特征相符合的人体测量数据表，选择有关的数据值；如有必要，对数据做适当的修正；考虑测量的衣着情况；考虑人体测量学数据的静态和动态性质。如图如图1作业空间设计1.4近身作业空间①坐姿近身作业空间随作业面高度、手偏离身体中线的距离及手举高度的不同，其舒适的作业范围发生相应的变化。以肩关节为圆心的直臂抓握空间半径：男性为65cm，女性为58cm。②站姿近身作业空间应避免伸臂过长的抓握、蹲身或屈曲、身体扭转及头部处于不自然的位置。双手操作的伸展空间为：距身体中线左右各15cm的区域内，最大操作弧半径为51cm。如图1作业空间设计③脚作业空间与手操作相比，脚操作力较大，但精确度差，且活动范围较小，一般脚操作限于脚踏板类装置。正常的脚作业空间位于身体前侧，座高以下的区域，其舒适的作业空间区域于身体尺寸与动作的性质。如图④功能臂长测量近身作业空间主要由功能臂长决定，其测量以座椅面最低点和肩关节转动轴为两参考点。1作业空间设计1.5作业空间的调节作业空间设计不能仅仅套用座椅、工作台尺寸，还应该考虑影响作业者舒适的因素，在实践中不断作出修正，以减少疲劳，提高工作效率。某小零件装配线采用坐姿工作，为了使作业者能方便的拿取前方的零件，工作台设计成凹进去一块，两肘部伸出可以放置零件，而且还可以使肘部得到支撑，这是一个考虑周密的设计方案。1作业空间设计1.6个人的社会心理空间①个人心理空间②个人领域公共距离社交距离近身距离紧身距离1作业空间设计1.7工作面设计①工作面高度最好能使上臂自然的下垂，前臂接近水平或稍微下倾放在工作面上，