人与环境的界面设计

人机工程学航空学院栾义春2012年11月13日篇章总汇总论第1章人机工程学概论应用篇第5章人机系统第6章工作研究（肌肉骨骼失调及预防）第7章作业空间设计第8章人与环境的界面设计基础篇第2章人体生理特征第3章人体测量与数据应用第4章人的心理认知特征扩展篇第9章人因安全第10章可用性第11章脑力负荷8.1人体对环境的适应程度8.2人与热环境8.3人与光环境8.4人与声环境8.5人与运动环境8.6人与毒物环境根据作业环境对人体的影响和人体对环境的适应程度，分为：最舒适区：各项指标最佳，使人在劳动过程中感到满意；舒适区：在正常情况下这种环境使人能够接受，而且不会感到刺激和疲劳。不舒适区：作业环境的某种条件偏离了舒适指标的正常值，较长时间处于此种环境下，会使人疲劳或影响工效，因此，需采取一定的保护措施，以保证正常工作。不能忍受区：若无相应的保护措施，在该环境下人将难以生存，为了能在该环境下工作，必须采取现代化技术手段（如密封），使人与有害的环境隔离开来。见图9-1。第8章人与环境的界面设计8.1人体对环境的适应程度图9-1决定舒适程度的环境因素范围第8章人与环境的界面设计创造良好作业环境的途径：1）对现有的作业环境进行评价，针对存在问题采取改善措施。2）在设计阶段就充分运用一切技术资料，对作业环境予以充分论证和考虑，提出妥善解决不良环境因素的方法。第8章人与环境的界面设计1.气温：热源通过传导、对流使作业环境的空气加热，并通过辐射加热四周物体，形成第二热源，扩大直接加热空气的面积，使气温升高。2.气湿：相对湿度在80%以上称为高气湿，在30%以下为低气湿。3.气流：主要受外界风力和热源影响。温差愈大，产生的气流愈大。4.热辐射：正辐射（使人体受热），负辐射（使人体散热）。8.2人与热环境影响热环境的要素第8章人与环境的界面设计人体所受热源：1）机体代谢产热；2）外界作用的环境热量，见图9-2。3）机体通过对流、传导、辐射、蒸发等途径与外界环境进行热交换，以保持机体的热平衡。人体的热平衡第8章人与环境的界面设计机体热平衡方程：M±C±R-E-W=S人体蓄热状态S=0人体处于动态热平衡状态S0产热多于散热，人体体温升高S0散热多于产热，人体体温下降人体对外做功所消耗的热量人体通过皮肤表面汗液的蒸发散热量人体与周围环境通过辐射交换的热量，人体吸热为正，散热为负人体与周围环境通过对流交换的热量，人体吸热为正，散热为负代谢产热量第8章人与环境的界面设计热环境对人体的影响1.热舒适环境：人在心理状态上感到满意的环境。环境因素：气温（空气的干球温度）、气湿（空气中的水蒸气分压力）、气流速度（空气流速）、辐射热（室内物体和壁面辐射温度）最适合的湿度Ø%与气温t℃之间的关系Ø(%)=188-7.2t(℃)t26℃人的因素：新陈代谢、服装，见图9-3次要因素：大气压力、人的肥胖程度、人的汗腺功能等。第8章人与环境的界面设计2.过冷、过热环境对人体的影响低温冻伤与暴露时间有关。低温的全身性影响，人体深部体温34℃，30℃，27℃.高温烫伤，41-44℃灼痛，升高皮肤基础组织受到伤害。全身性高温反应，人体深部体温耐受为38.5-38.8℃，极端不舒适为39.1-39.4℃。42℃引起死亡。人体耐低温能力比耐高温能力强。当深部体温降至27℃时，经过抢救还可存活；而当深部体温高到42℃时，则往往引起死亡。第8章人与环境的界面设计热环境对工作的影响1.热环境对脑力劳动的影响表现在工作效率和相对差错次数两方面，见图9-4。2.热环境对体力劳动的影响表现在操作效率和事故发生率两方面。工作时的温度最好在15.5℃~27℃，见图9-5。对危及健康的工作热环境，应采取缩短工作时间和相应的防护措施；对暂无条件改善的工作热环境，只能牺牲工作效率和增加人体不舒适感。对于最佳热舒适温度有3℃的偏离不影响工作能力。从对人体最佳激励和经济性考虑，可根据不同工作性能使温度向最佳温度的某一方向有一定偏离。第8章人与环境的界面设计热环境的主观评价标准1.主观评价依据：热环境对人体影响的主观感觉包括6个方面的因素：空气温度、热辐射温度、空气相对湿度、气流速度、人体温度、皮肤温度。参阅表9-1，表9-2。2.耐受标准，以人不能耐受的温度作为限度，低于或高于该限度的温度称为可耐温度。见图9-6。3.安全标准，见图9-7，高温条件下，湿度越大，温度越低。4.工作效率不受影响的温度范围，见图9-8。5.工业生产热环境标准，根据作业特征和劳动强度，规定不同热环境，参阅表9-3，GB935-89，见表9-4。第8章人与环境的界面设计人机工程学设计案例——USB供电的防寒手套IT人士和经常与电脑打交道的人看到这个肯定会一下子叫出来，好主意啊！要知道在冬天敲键盘是多么痛苦的事，有了这个USB加热手套，再配上两种温度调节，让你在冬天里也能够轻松应付繁重工作。第8章人与环境的界面设计图9-2人体热平衡状态图返回第8章人与环境的界面设计图9-3常用的温湿图和舒适区返回第8章人与环境的界面设计返回图9-4气温对效率和相对差错的影响第8章人与环境的界面设计返回图9-5温度对生产率和事故发生率的影响第8章人与环境的界面设计返回图9-6人对高温和低温的主诉可耐时间图9-7温度的安全限度第8章人与环境的界面设计返回图9-8工作效率不受影响的允许温度和温度范围（a）允许温度（b）温度范围第8章人与环境的界面设计天然采光：利用自然界的天然光源形成作业场所的光环境。人工照明：利用人工制造的光源构成作业场所的光环境。1.光环境对生产率的影响通过改善人的视觉条件（照明生理因素）和改善人的视觉环境（照明心理因素）来提高劳动生产率。见图9-9。2.光环境对安全的影响良好光环境使事故次数、出错件数和缺勤人数都明显减少，见图9-10。8.3人与光环境良好光环境的作用第8章人与环境的界面设计功能为主的明视照明，与视觉工作对象相关舒适感为主的气氛照明，与环境舒适性相关1.设计的基本原则，见图9-111)合理的照度平均水平2)光线的方向和扩散要合理3)不让光线直接照射眼睛4)光源光色要合理5)让照明和色相协调6)不能忽视经济条件的制约对光环境的要求第8章人与环境的界面设计2.天然光照度和采光系数室内某一点的采光系数C：C=En/Ew×100%En－室内某一点的照度;Ew－与En同一时刻的室外照度在满足视机能基本要求的条件下，采光系数是比较全面的指标，常以采光系数的最低值作为设计标准值。我国的采光与照明标准中规定，生产车间工作面上的采光系数最低值不应低于表9-5的规定。通常采用出现的低天空照度值作为设计依据，见表9-6。天空照度值乘以选用的采光系数，即为室内某点的天然光照度。第8章人与环境的界面设计3.照明的照度与照度分布照度表明被照面上光的强弱，以被照场所光通的面积密度来表示。取微小面积，入射的光通为，照度E为照度分级：2500、1500、1000、750、500、300、200、150、100、75、50、30、20、10、5、3、2、1、0.5、0.2lx。我国的照度标准以最低照度值作为设计的标准值。标准规定生产车间工作面上的最低照度值，不得低于表9-7的规定。局部工作面的照度值最好不大于照度平均值的25%；一般照明，最小照度与平均照度之比规定为0.8以上。idEdAiddA第8章人与环境的界面设计4.亮度分布通过规定室内各表面的适宜的反射系数范围，以组成适当的照度分布来实现。亮度分布、室内各表面的反射系数以及各表面照度分布同各表面反射系数配合的推荐值如下：室内各部分的亮度分布的限度，见表9-8；室内各表面反射系数的推荐值，见表9-9；照度分布和室内各表面的反射系数推荐值，见图9-12.第8章人与环境的界面设计5.光的方向性和扩散性满意的状态：明暗比3：1，立体感最佳的照明条件不满意的状态：手或身体的阴影投放在工作面上，人脸逆光等。眩光：在视野内因看见亮度过高的点和面所引起的障碍。避免直接眩光：减少引起眩光的高亮度面积；增加视线和眩光源间的角度；提高选光源周围地区的亮度。避免反射眩光：减低光源亮度、改变光源位置或改变作业对象的位置，使眩光避开人眼；变更反射物体表面的性质，不产生或少产生反射；提高周围环境亮度，减少反射物与周围环境之间的亮度对比。第8章人与环境的界面设计人机工程学案例——“除眩车灯”的发明分析汽车的发明为经济的发展作出了重大的贡献，同时也给人类带来了巨大的灾难。沿袭了一百多年的汽车远光灯，射出的圆锥形雪亮的直光束，射到对而驾驶员和行人的眼睛里，顿时，灯光之外的一切景物就处在一片黑暗之中，什么也看不清，这就是眩光现象。人一旦进入眩目状态，他就感觉到对而那车是直冲着自己开来的，此时他如果向左拐，就可能直撞那车;如果朝右拐，就可能撞上右边的同向车、树木和行人，或翻入右边沟中。关于车辆外部除眩照明系统的发明—车用前灯装置和车体轮廓照明灯(发明专利申请号分别为200410055576.4和200410055575.X),解决了车辆防眩难题。按照反向思维的原理，发明人把车廓灯传统的“向外照射改为“向里照射”，发明了车体轮廓照明灯，使汽车在夜间没有路灯照射的情况下，也能显示如同白昼一样的面貌。第8章人与环境的界面设计6.光源色和显色性，参阅表9-10，表9-111）色温，当热辐射光源的光谱与加热到温度为Tc的黑体发出的光谱分布相似时，将该温度Tc称为该光源的色温，见图9-13。2）显色性，参阅表9-12，表9-13由光源所表现的物体色的性质称为光源的显色性。通常，光源的显色性用显色指数来表示，平均显色指数Ra是从光的光谱分布计算求出的。日光或接近日光的人工光源作为标准光源，Ra=100，其他光源的显色指数均小于100。第8章人与环境的界面设计色彩调节1.色彩的感情效果色彩引起人们心理上、情绪上、情感上及认知上的变化，作为调节现有环境条件、提高工作效率的手段。色彩的感情效果，暖寒感、轻重感、硬软感、强弱感、明快阴晦感、兴奋沉静感、漂亮朴实感等，见表9-14。意义微分法，SD法，把色彩三属性作为三个横坐标，把心理影响的程度大小作为纵坐标，对室内环境的色彩气氛影响程度进行测评，见图9-14.第8章人与环境的界面设计2.环境色彩的选择狭小的空间，需采用“后退”的活动心理因子（使四壁“向后”），用绿蓝色、低饱和度、稍低明度。空旷的空间，需采用“前进”的活动心理因子，用黄色、高明度、稍高饱和度。车间地面，为防止“打瞌睡”、增加活力，用红色、稍高饱和度。但考虑到避免疲劳，以低明度安定情绪。车间天花板，为避免“压抑感”，采用青蓝色。如用天顶内藏式照明光，由于明度增大，可增加青蓝色饱和度来进行调节。第8章人与环境的界面设计光环境的综合评价1.评价方法考虑光环境中多项影响人的工作效率与心理舒适的因素，通过问卷法获得主观判断所确定的各评价项目所处的条件状态，利用评价系统计算各项评分及总的光环境指数，以确定光环境所属的质量等级。评价方法的问卷形式如表9-16所示。2.评分系统对评价项目的各种可能状态，按照它们对人的工作效率与心理舒适影响的严重程度赋予逐级增大的分值，用以计算各个项目评分。对问卷的各个评价项目，根据它们在决定光环境质量上具有的相对重要性赋予相应的权值，用以计算总的光环境指数。第8章人与环境的界面设计m1SnS(n)n0S(n)mP(m)mV(n,m)nmmm（）项目评分计算式（其结果四舍五入取整数）（）=P(m)V(n,m)/V(n,m)式中，为第个评价项目的评分，100；对个状态求和；为第个状态的分值，依状态编号1、2、3、4为序，分别为0、10、50、100；为第个评价项目的第个状态所得票数。nnn2SS(n)W(n)/W(n)S0S100nS(n)nW(n)n1101.0（）总的光环境计算式（其结果四舍五入取整数）＝式中，为光环境指数，；为个项目求和，为第个评价项目的评分；为第个评价项目的权值，项目编号