人体工程学第二讲

第二讲人体工程学古代制作兵器时，要考虑大小合手、长短适中。——西汉《周礼·考工记》1.人体生理系统信息传递系统运动系统能量代谢系统2.人体测量方法生理学测量方法心理学测量评价法人体生理系统人机工程学研究的中心是人，因此在研究人体工程学时，必须了解人体自身的特性。人的机能可分为植物性机能和动物性机能。前者是生存所必须的营养吸收、排泄、生殖等相关的机能；后者则是动物所特有的感觉运动机能。植物性机能：消化系统、呼吸系统、循环系统、泌尿系统及生殖系统等。动物性机能：感觉系统、运动系统及进行两者之间情报交换的神经系统。产生感觉大脑向心神经舌皮肤鼻眼耳感觉觉器一、信息传递系统（一）感觉系统来自体内外的环境刺激通过眼、耳、皮肤等感觉器官产生信号脉冲通过神经系统传递到大脑中枢而产生感觉意识。感觉性质的识别称为知觉。识别出被知觉的事物称为认知。感觉具有以下主要性质：1、适宜刺激：感觉器官只对相应的刺激起反应。这样的刺激叫做该感觉器官的适宜刺激。2、适应：感觉器官接受刺激后，若刺激强度不变，则经过一段时间后，感觉逐渐变弱，这种现象叫适应。不同的感觉器官，其适应的速度和程度不同，触觉和压觉适应最快。对光的适应分明适应和暗适应，明适应是只从暗处进入明处的适应过程，暗适应则是相反，明适应要快于暗适应。3、特殊感觉和投射：各种感觉刺激所到达的感觉中枢部位都不同，因而能产生各种不同性质的感觉，这叫特殊感觉。但是被认知的感觉虽然是在感觉中枢部位产生，但是意识却是在被刺激的部位出现，这种现象叫感觉的投射。正是由于人类有这一感觉特性，上肢被截肢的人也具有上肢的特殊感觉（幻肢）。4、余觉：刺激取消后，感觉可存在一极短时间，这种现象叫余觉。例如：每秒１００次闪烁的荧光灯给人的感觉是连续的光源，还有电影等都是利用余觉这一生理现象实现的。5、错觉：与客观事物不相符的错误知觉。人的外感官一般都会出现错觉现象（例如，错视觉、错听觉、错嗅觉等）。在人的错觉现象中，错视觉最为明显。错视觉中，有图形错觉、透视错觉、光影错觉、空间错觉等。它们与各种设计（工业设计、室内与建筑设计、家具设计、广告设计等）关系非常密切。当我们把注意只集中于线条图形的某一因次时（例如，如它的长度、弯曲度、面积或方向），由于各种主客观因素的影响，有时感知到的结果与实际的刺激模式是不相符的。这些特殊的情况被称为“几何图形错觉”。多数情况下，错觉在有规则的图形中表现得最为明显。6、视觉：视觉是由眼睛、视神经及视觉中枢共同完成的。视野眼睛能看到的空间称为视野（1）视力:视力一般用能分辨的最小视角（分）的倒数表示，例如如果能分辨物体的最小视角为1分时，其视力为1，最小视角为0.5分时，其视力为2。（2）眼睛的聚焦能力：眼睛的晶状体的厚度能随视距而自我调节，事实上就是聚焦的能力。视点从无限远点（远点距离）到眼前的点（近点距离），晶状体能自动改变曲率而实现自动聚焦。随着年龄的增加或者视觉疲劳的出现，晶状体的屈曲能力下降，而使得近点距离增大，即所谓的远视。随着年龄的增加，眼球的调节能力将会降低，最明显的变化是最短聚焦距离（近点）变远了，同时眼睛调节所需的时间也延长了。（3）视野：注视一点，使视轴固定时所能看到的范围称为静视野。视野因视野区域的色彩不同而不同。以绿、红、蓝、黄、白的顺序依次变宽。（4）明适应和暗适应：明适应和暗适应是人对外界刺激的两种适应形式。明适应比暗适应的速度快，明适应一般1分钟左右即可完成，而暗适应可长达30分钟。在进行有关视觉环境设计时，要考虑视觉区光环镜的均一性，特别是对于视觉作业区要避免过度的明暗差，以减少视觉疲劳，保证作业安全。（5）色觉光是一种电磁波，不同波长的光波刺激视网膜可产生不同的色觉。关于色觉的机理有多种学说，但这些学说都不能完全解释色觉生理现象。色觉学说中，Young-Helmholtz的三色学说比较有名。三色学说假定人体有对红绿蓝三种刺激兴奋的锥体细胞，所有色彩感觉都由它们的不同兴奋程度而产生，科研人员也确实发现了对红绿蓝光刺激响应最强的三种锥体细胞。不过三色学说解释不了全色盲现象，按照三色学说，全色盲也应当能知觉至少一种色彩。（6）向光性向光性也是人类视觉的一种特性。对于光亮不同的出入口，陌生人总是趋于选择光亮的出入口。这种向光性在建筑与室内设计中非常重要。例如在室内设计时，利用向光性，进行局部照明提高局部商品或空间的亮度，可改变人的注意力，起到诱导、展示或掩盖的作用。提高室内墙面和家具的照度还可减少棚顶较低的压抑感。7、听觉（1）听觉系统：严格地说人耳中只有内耳的耳蜗起司听作用，外耳、中耳及内耳的其它部分都是听觉的辅助部分。人耳的基本构造见图。外界的声波通过外耳传至鼓膜引起鼓膜振动，然后通过杠杆系统（锤骨，砧骨，听小骨，听小肌）引起耳涡中淋巴液及其底膜的振动，使基底膜中的毛细胞发生兴奋。在这里声波的机械能被转变为神经纤维的脉冲，然后再传至大脑皮层听觉中枢产生听觉。（２）听力：声音的强弱常用声压级表示，单位是分贝，声压级由下式计算得出：S＝20lgP／P0式中：Ｓ－声压级（ｄＢ，分贝）Ｐ－声音的压力N/m2Ｐ0-基准声压，2×10-5N/m2Ｐ0是年轻的成年人（２０岁左右）对１０００Ｈｚ单频音的平均最小可听阈音压。人的听力随年龄的增加而逐渐降低。（３）方向敏感度及掩蔽效应：人耳具有立体声效应，或称双耳效应，在５０～７０dB时这种效应取决于下列条件：a.时差△ｔ＝ｔ2－ｔ1：ｔ2、ｔ1分别为声源声音传至两耳所需的时间，根据△ｔ和响度差，人耳能正确的判断声源方向。b.头部掩蔽和反射效应：由于头部的阻挡和衰减，造成两耳声音频谱的差异。声音的掩蔽是指一个声音被另一个声音所掩盖的现象。一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的现象成为掩蔽效应。8、味觉、嗅觉味觉器官主要是舌头上的味蕾，被唾液溶解的物质刺激味蕾而产生味觉。味觉有甜、酸、苦、咸，其余都是这四种混和而成。这是Henning.H（1916）提出的学说。虽然很简单，但除了辛味和涩味外，其余味道用该学说基本可得到解释。嗅觉器官是鼻内的嗅觉细胞。人能分辨的气味达几千种，因为数量太多，一直没有一种理想的分类方法。长时间连续嗅一种气味，人会逐渐闻不到该中气味，这是感觉器官适应的现象，这叫嗅觉中枢“疲劳”。因此要使人能长时间闻到香气，必须间断性的提示香气或改变浓度。9、肤觉肤觉也是人体很重要的一种感觉。人体有触觉、温度觉和痛觉三种肤觉。触觉：是由微弱的机械刺激触及皮肤浅层的触觉感受器而引起的。而压觉则是较强的机械刺激引起皮肤深层组织变形而导致的感觉，它们总称为触压觉。人能利用触觉来判断物体的形状、大小及硬度等。人的触觉敏感度因部位而异。温度觉：分为冷觉和热觉两种，这两种温度觉是由不同的温度感受器引起的。热感受器在皮肤温度高于３０℃时，开始发生兴奋冲动，４７℃为最高。温度感受器分布在皮肤的不同部位，形成热点和冷点，冷点多于热点。每平方厘米内的冷点和热点数量因部位不同而异，一般约为热点０～３个/平方厘米，冷点６～２３个/平方厘米。在连续的温冷刺激下，温度觉会出现适应现象。在选择设计与人体接触的家具和室内装饰材料时，要考虑人体温度觉生理现象，选择导热系数小的材料，这样能提高接触时的舒适感。痛觉：也是皮肤感觉的一种。各组织器官内都有一些特殊的游离神经末梢，在一定刺激下产生痛觉。这样的神经末梢在皮肤中的分布部位叫做痛点。每平方厘米内约有１００～２００个痛点，整个人体皮肤表面可达100万个痛点。痛觉具有非常重要的生物学意义，因为它可以提示人避开刺激物，是人体防卫本能的体现。10、本体感觉人在进行各种操作活动时，不依靠视觉和触觉能同时获得四肢所处位置的信息，这种特性叫本体感觉。本体感觉系统主要分两方面，一是前庭系统，其作用是保持身体姿势平衡；另一个是运动感觉系统，通过该系统得到四肢及身体不同部位的相对位置。运动感受器有三类，一类是肌肉内的纺锤体；二类是腱纺锤体；三类是对压力很敏感的关节层板小体。这些感受器给出肌肉、肌腱的伸张程度，从而无需用眼就能感觉到身体四肢的相对位置。在研究操作系统是，这种本体感觉是非常重要的，位置编码就是利用了人体的这一特性。如汽车的换档、刹车都与之有密切关系。（二）神经系统1、末梢神经系统（1）末梢神经系统和脊髓中枢神经和身体各部位之间的信息传递系统是末梢神经系统。从形态上分类有脑神经和脊神经；从功能上分类有动物性神经系统和自律神经系统。脊髓是存在于脊柱内的柱状物，脊柱由３２～３５块脊锥骨构成。从脊髓两侧共分支出３１对脊神经，头颈部８对，胸１２对，腰５对，骶５对，尾骨１对。脑神经共有１２对，主要分布于脸部和头部。支配器官交感神经系统副交感神经系统心脏心跳加快心跳减慢血管血管收缩血管扩张血压上升下降体温上升下降肠运动抑制亢进腺分泌降低增加胰分泌降低增加甲状腺分泌亢进抑制总体活动休息自律神经的支配和作用2、中枢神经系统中枢神经系统由脑神经和脊髓神经组成。在形态上，人脑由大脑、间脑、延髓、中脑、脑桥和小脑组成。脑是整个人体神经系统的中枢，大脑皮层则是最高级的司令部。大脑皮层对各种感受器官所接受的信息有专用的加工区。在这个区内进行综合、分析，做出决策控制调节人的机体。人的中枢神经系统由以下三个调节系统组成：①进行维持生命所必需的反射、机能调节的脑干－脊髓系统。②进行本能、情感行为的大脑边缘系统。③进行高级思维判断活动的大脑新皮层。1）脑干－脊髓系统脑干－脊髓系统的功能是动物神经的反射活动和自律神经的调节作用。反射活动大分为姿势反射和防御反射，前者起主要作用的是深部组织（肌、腱等）和伸展肌；而后者的防御反射则是痛觉和屈肌。例如，当手触着很烫的东西时，自然往回缩这就是痛觉和屈肌起作用的防御反射。还有气管有异物时，会引起咳嗽运动，这也是防御反射的一种。（2）大脑边缘系统大脑边缘系统从形态上说包括古皮层（边缘叶），而包括机能上相关密切的下丘脑称为大脑边缘系统。大脑边缘系统与本能性的冲动、欲求有密切的关系，如食欲、性欲、群体欲等都由该系统控制。这些欲求在下丘脑被感知后传递到大脑边缘系统，判断并决定冲动的开始和结束。冲动性的大怒，一般是在下丘脑中产生的，但更高一层次的攻击和逃避行动则是边缘系统全体综合作用的结果。(3)大脑新皮层大脑半球的表面，由中央沟和外侧裂把大脑分为顶叶、额叶、颞叶和枕叶四部分。中央沟和外侧裂的前方部分是思维、判断和决策区，它属于输出部分；后方部分是信息输入部分。按功能，大脑半球分为感觉区、运动区和联合区。一般感觉区位于中央沟后方的顶叶；听觉区和视觉区分别位于颞叶和枕叶。额叶是高度思维和判断机能的联合区。记忆区位于颞叶。注：人脑的左右半球有差异，语言区多数人在左半球。左半球具有优秀的分析思维能力，而右半球对视觉、听觉等类型的刺激的识别能力优于左半球。右半球对音乐、绘画等艺术性的东西比较敏感。二、运动系统运动系统是人体完成各种动作的器官系统。由骨、关节和肌肉组成。全身的骨头通过关节相连构成骨骼系统。骨头在肌肉收缩或舒张力的作用下，绕关节作旋转运动而完成各种动作。因此在运动过程中，骨是运动杠杆，关节是枢纽，而肌肉则是动力。（一）骨骼系统全身的骨头通过关节构成骨骼系统。每块骨头形状各异，且有自己的神经和血管。全身共有骨２０６块。分为躯干骨、上肢骨、下肢骨和颅骨４部分。骨骼系统除具有完成动作的功能外，还有支持身体，保护内脏、脑及骨髓造血的机能。人体表面能触摸到骨的突起点，在人体工程学计测中，这些点常被利用作为测量基准点。脊柱在骨骼系统中非常重要，它由３２～３９个脊椎骨构成，其中颈椎骨７块，胸椎７块，腰椎５块，骶椎５块及尾椎３～６块。在人体工程学领域内，作业姿势与脊柱运动的关系直接影响生理负荷和作业效率，家具的设计与脊柱的姿势有非常密切的关系，因此得到了详细的研究。例如：从地面举起重物时，膝伸前屈姿势膝屈屈中腰姿势相比，前者对脊柱的负担大，再有，前倾坐姿与倚靠坐姿相比，前者脊柱椎间内压要大，因而不正常的姿势常导致腰痛。骨杠杆在肌肉和关节的相互作用下而产生。它与机械杠杆具有相同的参数和原理。主