人机工程学培训教材

人机工程学的发展
人机工程学的发展大致经历了三个阶段： 一 经验人机工程学
1 时间：20世纪初 ~ 第二次世界大战爆发
2 特点：以机器设计为中心;通过对人的选拔和培训来适应机器; 由于机器进步很快，使人难以适应，所以大量存在着伤害人身心的问题
3 代表人： 美国学者泰勒
铁锹实验
时间研究
吉尔布雷斯
砌砖作业 动作研究
1设备 工具 2）劳动强度 3）生产过程
4 锻炼与熟练效应
合理安排作业休息制度
循环 呼吸
O2
劳动 匹配 （摄O2量 = 氧需）
t↓ 大 平衡 中、小 t↑
实验：RMR≤2.0 电话接线员、描图员 6 h 轻劳动、极轻劳动
RMR≤3.6 车工 铣工 80 min 中等强度劳动
RMR≤5.0 伐木工 土建工 20 min 重劳动
我国正常人基础代谢率的平均值如表所示 基础代谢量=基础代谢率×人体表面积×持续时间＝BSt 体表面积 Sm2＝ 0 0061×身高(cm)＋0.0128 ×体重(kg)－0.1529
2安静代谢量：机体保持某部位的平衡及某种姿势所需消耗的能量; 安静代谢率： 用R表示 R=1 2B
安静代谢量＝RS t＝1 2BS t
（3） I=20~25 三级劳动强度
（4） I>25
四级劳动强度
中 重 极重
作业能力及其影响因素
一 作业能力
1 概念：指完成某作业;作业者所表现的生理 心理、技能的综合性素质; 2 表达方式
生产成果产量 质量 = ƒ（作业能力;作业动机）
3 变化规律
①入门期 （Induction period）
劳动 生产率
③ 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; 如：计算机房 车间、办公室。
终末激发
②稳定期
作业能
（steady period）
力均值
午
③疲劳期
休
（Fatigue period）
① ②③
时间
终末激发Terminal Totivation： 快完成任务时;主观上为了赶任务或超额完成任务所激发的一种现象;
4 意义
1合理安排休息;不要在没进入疲劳期就安排休息；
2）据作业能力变化规律 作业速率变 以延缓疲劳
人机工程学的研究内容
一为什么要实施人机工程学
健康问题 工伤事故 提高生产率
二 人机工程学的研究内容
1 人体特性的研究：研究人的生理 心理特性和能力限度 2 人机系统的总体设计：研究人机功能的合理分配 3 工作场所和信息传递装置的设计：研究人机相互作用及人机界面的设计 4 作业及其改善 5 环境控制与安全保护设计：研究作业环境和人的可靠性与安全
n i1
xi2
1/2 2
nx
4 百分位数PK
百分位数将群体或样本的全部测量值分成两部分;有K%的测量值 等于和小于它，有100K%的测量值大于它;
例如：第95百分位数为身高180cm; 含义：有95％的人的身高低于180cm；有5％的人的身高高于180cm。
常用的百分位数有：第5％ 50％ 、95％百分位数; 即：P5 P50 P95
2作业者体内的标准能量储备为24 kcal100 47KJ）;
二 制度作业时间
设：作业时单位时间增加的能量消耗量为M’；制度劳动时间为T; 其中T劳为实际劳动时间，T休为休息时间，
则：T＝T劳＋T休
休息率：Tr ＝T休/T劳
实际劳动率： Tw ＝T劳/T
实际劳动时间是100 47kJ 能量贮备的耗尽时间;所以： T劳＝100.47/M’－16.75
例如：
V
稳定期
入门期
η
疲劳期
t
安排工作V：V>工作能力时;会加速作业者的疲劳，甚至影响身体健康; V< 工作能力时，达不到兴奋点，工作效率低，易出错。
• 脑力劳动
二 影响作业能力的主要因素
1 生理因素：年龄 性别、身才、健康状况等；
2 环境因素：空气 噪声、照明、温度、湿度等； 3 工作条件和性质：
各类人体测量尺寸的数值参阅表2-2至2-7。
二 我国成年人人体功能动态尺寸 1. 人在工作位置上的活动空间尺度 人体立姿图211 坐姿图2-12 、跪姿图2-13 、卧姿图 2-14的活动空间;
2 常用的功能尺寸
GB/T1354792国家标准提供的立 坐、跪、卧、爬等 常取姿势的主要功能尺寸;参阅表2-8;
人体测量数据的应用
一 主要人体尺寸的应用原则
设计中常用测量尺寸见图215;有关这些数据的定义 应用条件、选 择依据等参阅表2-9;
二 人体尺寸的应用方法
1 确定所设计产品的类型 2 选择人体尺寸的百分位数 3 确定功能修正量 4 确定心理修正量 5 产品功能尺寸的确定
最小功能尺寸＝人体尺寸的分位数＋功能修正量 最佳功能尺寸＝人体尺寸的分位数＋功能修正量＋心理修正量
为了保证人体健康和保证产品质量 应合理安排作业休息制度 例: 德国二战
实验证明：作业时间成等差级数增加时;恢复劳动所需的休息时间成等比 级数增加;
一 作业休息制度两个基本假设德国学者E A. 米勒：
1作业者可以连续工作 480分钟;中间不休息的最大能量消耗界 限是4 kcal/min16 75KJ/min），又称耐力水平；
2劳动强度指数 I 绝对指标
I = 3T + 7M
3：实际劳动率系数
7：能量代谢率系数
T净作业时间比率：工作日内净作业时间/工作日总工时
M（能量代谢率）：8小时工作日的平均能量代谢率（KJ/min•m2）
3 等级划分 1以RMR指标分级
见表
2以I指标分级
1 I≤15 一级劳动强度 轻
（2） I=15~20 二级劳动强度
二 科学人机工程学
1 时间：第二次世界大战 ~ 50年代末 2 特点：重视工业与工程设计中人的因素;力求使机器适应人;
即机器的设计符合人的习惯。
三 现代人机工程学
1 时间：60年代 ~ 至今 2 特点：一切都以人为中心
四 在我国的发展
1989年正式成立了本学科与IEA相应的国家一级学术组织—— 中国人类工效学学会Chinese Ergonomics Society, 简称CES;
人机工程学
一 什么是人机工程学 二、人机系统中人的特性
1人的生理、心理特性 2人的作业特性 三、人体测量与作业空间 四、人与作业环境 五、人机信息界面与人机系统
一 定义
人机工程学
1 中国企业管理百科全书定义为：研究人和机器 环境的相互作用及 其合理性;使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特征，达到在 生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的;
常用的人体测量数据
一 我国成年人人体结构静态尺寸
参阅GB10000－88我国成年人人体尺寸国家标准;主要包括：
1 人体主要尺寸; 见图28a 2 立姿人体尺寸;见图28b 3 坐姿人体尺寸;见图29 4 人体水平尺寸;见图210 5. 各大区域人体尺寸的均值和标准差 见表2－6 6. 我国香港地区成年人人体尺寸
在强制节拍的流水线上;设置一定的工间暂歇和工间休息时间; ◆工间暂歇是指作业者的动作与动作间 作业与作业间的暂时停顿。 ◆工间休息是指作业一段时间后停下来休息的时间。
2 轮班制度
最好取消不必要的轮班;对不得不采取昼夜轮班的应采用四班三轮转
3 休息日制度
连续工作56天后;休息1-2天;
其它措施：
在高温 强热辐射条件下;安排多次长时间休息； 劳动强度不大却精神紧张的作业，为防止精神疲劳，应安排多次短暂休息； 对于单调作业也应适当增加休息时间;
分不清为止 分清为止
〕 融合度
闪变度
均值
频闪融合阈限
一般以频闪融合阈限的日间变化率和周间变化率指标表示：
日 间 ＝ 第一天作业后的频闪融合阈限－作业前的频闪融合阈限
变化率
作业前的频闪融合阈限
④连续色名呼叫检查法 ⑤反应时间检查法
⑥脑电肌电检查法 ⑦心率血压检查法
遥控心率仪
3 他觉观察和主诉症状法
其中⑦法最好, 因为可以在工作的同时测量;数据客观，又不对被 测者有伤害;
4 技术性疲劳：指脑力劳动与体力劳动并重;且神经相当紧张的作业;
三 疲劳的测定方法
1 生化法
2 生理、心理测试法 ① 膝腱反射机能检查法
作业前后反射角变化： 5～10o 10～15o 15～30o
② 两点刺激敏感阈限检查法
s
s
轻度疲劳 中度疲劳 重度疲劳
查表对照
③ 频闪融合阈限检查法
一盏灯闪变 一盏灯闪变
例如：见图21;
人体测量中的主要统计函数
在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量;因而可根据 概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析，从而获得所需群 体尺寸的统计规律和特征参数;
1 均值 2 方差
x
1 n
n i1
xi
s2
1
n
n 1i1
xi
2
x
1 n1
n
xi2
i1
2
nx
3 标准差
sD
1 n1
3能量代谢量：人体进行作业或运动时所需消耗的总能量; 能量代谢率：用M表示
能量代谢量＝MS t
基础代谢量
维持体位所应 增加的代谢量
作业所增加 的代谢量
安静代谢量 能量代谢量
三种代谢量的关系
3 相对代谢率Relative Metabolic Rate
劳动强度不同;所消耗的能量不同，由于劳动者的体质差异，即使 同样的劳动强度，不同劳动者的能量代谢也不同，为了消除个体差异 ，常用相对代谢率来衡量劳动强度; 用RMR表示。
2 人机工程学就是运用生理学 心理学、管理学的有关理论和知识;利用系 统分析的观点，处理人—机—环境所组成的系统；使三者组成的系统达 到最佳状态; 也就是说既能保证提高人的工作效率，同时又能使人在心理 和生理感到舒适，并保证人的健康和安全。
• 人机工程学的研究对象：人—机—环境的相互作用关系;
• 人机工程学的研究目标：通过揭示人 机、环境之间的相互关系规律; 从而确保人—机—环境系统总体性能的最优化;
• 概念 肌肉等长收缩来保持一定姿势或本位的作业; • 特点 能耗水平不高;但易引起人的疲劳;
三 人体的能量代谢
1 定义 能量代谢就是人体有关能量的产生 转移和消耗;
2 种类 按机体所处的状态分为三种： 1基础代谢量：人在基础条件下;维持人最基本生理活动，所需 消耗的能量;
基础代谢率：单位时间内;单位体表面积所消耗的基础代谢量; 用B表示，单位：KJ/m2 h
RMR＝ 能量代谢率－安静代谢率/ 基础代谢率＝(M－1 2B)/B
由上式得： M＝BRMR＋1 2
总能耗＝ BRMR＋1 2×体表面积×活动时间 ＝（RMR＋1.2）×基础代谢量
4 能量代谢率的测定
四 劳动强度等级的划分
1 劳动强度 是指作业者在生产过程中体力消耗及紧张程度;
2 指标 1相对代谢率 RMR 相对指标
人
机
工
程
学
Manufacturing
的
应
用
Service
Home & Leisure
Office 返回
人机系统中人的作业特性
体力劳动时的能量消耗 人体作业过程的调节与适应 作业能力及其影响因素 合理安排作业休息制度 作业疲劳及其测定
体力劳动时的能量消耗
一 动态作业
2 静态作业
所有的肌肉运动都会导致疲劳;但程度取决于很多事情：如舒适程 度 年龄和经验; 静态的肌肉运动，其疲劳的恢复时间是动态运动的10 倍。
由于总的能量消耗满足平均能量消耗量不超过16 75kJ/min, 所以：T劳×M’＝T劳＋T休×16.75
T休＝T劳×M’/16 75－T劳＝M’/16.75－1×T劳
Tr＝T休/T劳＝M’/16 75－1
Tw＝T劳/T＝T劳/T劳＋T休＝1/(1＋Tr)
三 合理安排劳动时间
1 合理确定实际劳动率
作业疲劳及其测定
一 作业疲劳的概念
作业者在作业过程中，产生作业机能衰退，作业能力明显下降，并伴
分类
1 个别器官疲劳：发生在仅需个别器官或肢体参与的紧张作业; 2 全身性疲劳：主要是全身参与较为繁重的体力劳动所致; 3 智力疲劳：主要是长时间从事紧张的脑力劳动所致;
作业空间设计
一 作业空间设计的有关概念
1 作业空间：人 机器设备、工装以及被加工物所占的空间;称作业空间; 作业空间按所包含的范围;可分为
① 近身作业空间 指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
状态下所能完成作业的空间范围; 如：坐姿打字
② 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：计算机操作台;汽车驾驶室 。
四 提高作业能力;降低作业疲劳的措施 1. 合理安排劳动时间
2 改善工作内容;克服单调感 3. 合理调节作业速率
V>工作能力时;会加速作业者的疲劳，甚至影响身体健康; V< 工作能力时，达不到兴奋点，工作效率低，易出错。
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人体测量与作业空间
人体测量学：
通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差 别;用以研究人的形态特征，使设计更适于人;