人机工程知识培训课件

• 二、机械设计本质平安 • 〔一〕机械设计本质平安的定义 • 设计本质平安是指机械的设计者，在设计阶段采取
措施来消除机械危险的一种机械平安方法。
• 〔二〕失效平安 • 是指设计者应当保证发生故障时不出危险。 • 〔三〕机械定位平安 • 把机械的部件安置到不可能触及的地点，通过定位
到达平安的目的。
• 3、 人的感觉反响
• 人们在操纵机械或观察识别事物时，从开始 操纵、观察、识别到采取动作，存在一个感知 时间过程，即存在一个反响时间问题．
• 1)反响时间
• 反响时间是指人从机器或外界获得信息，经 过大脑加工分析发出指令到运动器官开始执 行动作所需的时间．即反响时间包括感觉反响 时间(从信息开始刺激到感觉器官有感觉所用 时间)到开始动作所用时间(信息加工、决策、 发令开始执行所用时间)之和．
t t n
式中： t － 为总工作时间；
n－故障或失效次数或试验产品数
• 4、维修度：是指产品发生故障后，在规
定条件、维修工具、维修方法及维修技
术水平下，在规定时间内能修复的概率，
是维修时间的函数
M ( ) N
N
N－在某时刻处于故障状态需要维修的产 品数
N －经过一定时间修复的产品数
• 5、有效度：对维修产品，在规定的条件下使用， 在规定维修条件下修理，在规定时间内具有或 维持其特定功能处于正常状态的概率。其观测 值为：
完全丧失功能
• 〔3〕故障率：是指工作到t时刻尚未发生故障 的产品，在该时刻后单位时间发生故障的概率。
• 故障率的观测值等于等于N个产品在t时刻后单 位时间内的故障产品数与在t时刻还能正常工作 的产品数之比。
(t) N f (t)
N s (t) t
对于非维修产品，是指在一个规定时间内失效数与累积
• ②视觉疲劳．长期从事近距离工作和精细作业的工 作者，由于长时间看近物或细小物体， 睫状肌必须
持续地收缩以增加晶状体的白度。这将引起视觉疲 劳，甚至导致睫状肌萎缩，使其调节能力降低．
长期在劣质光照环境下工作，会引起眼睛局部疲劳和 全身性疲劳。
• 2、人的听觉特性
• 人耳的可听声取决于声音频率和强度。
• 正常人耳的可听声频率范围为：20～20000Hz。
• 对于1000Hz纯音来讲，人耳刚能感觉到的最小声压 为2×10－5Pa，称为闻阈声压。
• 对于1000Hz纯音来讲，刚刚使人耳感觉疼痛的声压 叫作痛阈声压，为20Pa。
• 掩蔽效应：一个声音被另一个声音所掩盖的现象称 为掩蔽。一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用 而提高的效应，称为掩蔽效应。
• 保系统高效、经济运行的一门应用科学。
• (二)平安人机工程的主要研究内容
• 1、分析机械设备及设施在生产过程中的不平安因素，并进行 针对性的可靠性设计和维修性设计、平安装置设计、平安启 动和平安操作设计及平安维修设计等。
• 2、研究人的生理和心理特性，分析研究人和机器各自的功能 特点，进行合理的功能分配以构成不同类型的最正确人机系 统。
• 1、机械设备先天性潜在危险。
• 2、使用过程中由于磨损、老化降低了 设备的可靠性而产生新的潜在危险因素， 如裂纹、
• 腐蚀等缺陷，但由于未被发现而“带病’ 运转。
• 3、人的不平安行为：有的是由于平安意 识差而做的有意的行为或错误的行为， 有的那么是由于人的大脑对信息处理不 当而所做的无意行为，如误操作或误动 作。
• 机械可能产生的危险：
• 机械危险：挤压危险、剪切危险、切割 危险、缠绕危险、吸入或卷入危险、冲 击或碰撞危险、刺伤或扎伤危险、摩擦 或磨损危险、高压流体喷射危险
• 非机械性危险：电气危险、热危险、噪 声、振动、材料或物质产生的危险未遵 循人类工效学原那么而产生的危险及综 合危险等
• (二)事故原因
• A＝U/(U+D) • 式中：A－有效度
U－可工作时间，包括任务时间、启动时间 和待机时间；
D－不可工作时间，包括停机维护时间、 修理时间、延误时间和改装时间。
二、系统或产品的可靠性设计
第四节机械的可靠性设计
• 一、可靠性及其度量指标 • 1、可靠性定义 • 可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间
内完成规定功能的能力。 • 2、可靠性的度量指标 • 〔1〕可靠度：系统或产品在规定时间和规定
条件下完成规定功能的概率，用R〔 t 〕表示。 • 〔2〕故障率或失效率： • 故障或失效：表示产品在低功能状态下工作或
• 为了保证平安作业，一方面在机器设计中， 应使操纵速度低于人的反响速度．另一方面 应设法提高人的反响速度．
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• 2)减少反响时间的途径
• (1)合理的选择感知类型．比较各类感觉的反响时 间，发现听觉的知觉反响时间最短，
• 其次是触觉和视觉．所以在设计各类机器时，应根 据操纵控制情况，合理选择感觉通道，尽量选用反 响时间短的通道去控制和调节机器．
• 视错觉：有形状错觉、色彩错觉及物体运动 错觉
• 暗适应和亮适应
当人从光亮处进入暗室时，视觉感受性 很低，然后才逐渐提高。这种在黑暗中 视觉感受性逐渐提高的过程叫暗适应。
当人从黑暗处到光亮处，也有一个对光 适应的过程，称为亮适应。
• (2)视觉损伤与视觉疲劳
• ①视觉损伤。在生产过程中，除切屑颗粒、火花、 飞沫、热气流、烟雾、化学物质等有形物质会造成 对眼的伤害之外，强光或有害光也会造成对眼的伤 害。300mm以下的短波紫外线可引起紫外线眼炎； 常受红外线照射可引起自内障。直视高亮度光源(如 搬光、太阳光等)，会引起黄斑烧伤。
• 3、研究人与机器相互接触、相互联系的人机界面中信息传递 的平安问题。
• 4、分析人机系统的可靠性，建立人机系统可靠性设计原那么， 据此设计出经济、合理以及可靠性高的人机系统。
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• 〔三〕人机系统的类型
• 人机系统主要有两类，一类为机械化、半机械化控制 的人机系统，一类为全自动化控制的人机系统。
• 机械化、半机械化控制的人机系统，人机共体，或 机为主体，系统的动力源由机器提供，人在系统中主 要充当生产过程的操作者与控制者，即控制器主要由 人来操作．系统的平安性主要取决于人机功能分配的 合理性，机器的本质平安性及人为失误。
• 在自动化控制的人机系统中，以机为主体，机器的正 常运转完全依赖于闭环系统的机器自身的控制，人只 是一个监视者和管理者，监视自动化机器的工作．只 有在自动控制系统出现过失时，人才进行干预，采取 相应的措施．系统的平安性主要取决于机器的本质平 安性、机器的冗余系统失灵以及人处于低负荷时应急 反响．
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• 2、产生疲劳的原因及消除途径
• (1)疲劳的原因
• 超过生理负荷的剧烈动作和持久的体力或 脑力劳动、作业环境不良、单调乏味的工作、 不良的精神因素、肌体状况不良以及长期劳 逸安排不当等人的生理、心里因素及管理方 面的因素，都是造成疲劳的原因。另外，机 器本身在设计制造时，没有按人机工程学理 论设计或设计不周，也是人体过早出现疲劳 的原因。
二、人的心理因素
• 〔一〕能力 • 〔二〕性格注意 • 〔三〕气质 • 〔四〕需要与动机 • 〔五〕情绪与情感 • 〔六〕意志
〔一〕能力
• 1、感觉、知觉和观察力 • 2、注意 • 3、记忆 • 4、思维 • 5、操作能力
第三节机械的平安特性及故障
诊断技术
• 〔一〕机械平安的定义
• 机械平安：是指机器在按使用说明书规定的预 定使用条件下，执行其功能和在对其进行运输、 安装、调试、运行、维修、拆卸和处理时对操 作者不发生损伤或危害其健康的能力。
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• (2)消除疲劳的途径
• 消除疲劳的途径归纳起来有以下几方 面：在进行显示器和控制器设计时应充 分考虑人的生理心理因素；通过改变操 作内容、播放音乐等手段克服单调乏味 的作业；改善工作环境，科学地安排环 境色彩、环境装饰及作业场所布局、合 理的温湿度、充足的光照等：防止超负
• 荷的体力或脑力劳动，合理安排作息时 间，注意劳逸结合等。
• (2)适合人的生理心理要求，按人机工程学原那么 设计机器．
• (3)熟练的操作技术操作者操作技术的熟练程度直 接影响反响速度，应通过训练来提高人的反响速度
〔二〕人体的特性参数
• 1、静态参数 • 2、动态参数 • 3、生理学参数 • 4、生物力学参数
• 〔三〕疲劳
• 1、疲劳的定义
• 疲劳分为肌肉疲劳(或称体力疲劳)和精神疲 劳(或称脑力疲劳)两种．肌肉疲劳是指过度紧 张的肌肉局部出现酸痛现象，一般只涉及大脑 皮层的局部区域．而精神疲劳那么与中枢神经 活动有关，它是一种弥散的，不愿意再作任何 活动和懒惰的感觉，意味着肌体迫切需要休息。
工作时间之比。对于维修产品，是指在它的使用寿命的
某个观测期间一个或多个产品的故障发生次数与累积工 作时间之比。
(t)
r
t
• 产品在其整个生命周期内各个时期的故障率不同，其故 障率随时间变化的曲线称为寿命曲线，也称浴盆曲线。
• 产品的失效过程可分为三个阶段：早期故障期、偶发故 障期和磨损故障期。
• 早期故障期：产品在使用之初，由于材质的缺陷，设计、 制造、安装、调整等环节造成的缺陷或检验疏忽等原因 存在的固有缺陷陆续暴露出来，此期间故障率较高，但 经过调试、排除故障，使故障率很快降下来并逐渐趋于 稳定。
故障诊断技术
• 故障诊断是研究机械设备运行状态变化的信息，进 而识别、预测和监视机械运行状态的技术方法。
• 按状态监测信号的物理特征可分为：
• 〔1〕振动诊断：以稳态振动、瞬态振动、及模态检 测等；
• 〔2〕声学诊断技术：以噪声、声阻、声发射为检测 目标；
• 〔3〕温度诊断：以温度、温差、温度场、热像为检 测目标；
• 偶发故障期：这个期间故障率最低，表示产品处于正常 工作状态，这时发生故障是随机的，是偶然原因引起应 力增加，超过设计规定额定值时，就可能发生故障。
• 磨损故障期：由于产品长期使用后，由于磨损、老化， 大局部零件接近固有寿命，使这个时期的故障率上升。
• 3、平均寿命(平均无故障工作时间〕： 是指产品正常工作时间。
• 包括两个方面：〔1〕在机械产品预定使用期 间执行预定功能和在可预见的误用时，不会给 人身带来伤害；〔2〕机械产品在整个寿命周 期内，发生可预见的非正常情况下任何风险事 故时机器是平安的。
• 〔二〕机械平安的特性 • 系统性 • 平安性 • 友善性 • 科学性
二、人机系统常见的事故及其原因
• (一)常见的事故
• 1、咬入和挤压
• 这种伤害主要来自旋转机械的旋转零部件，即两 旋转件之间，旋转件与固定件之间将人体某一局部 咬入或挤压．这种伤害是造成机械事故的主要原因， 其发生的频率最高，约占机械伤害事故的47.7％
• 2、碰撞和撞击
• 这种伤害主要来自直线运动的零部件和飞来物或 坠落物。
• 3、接触伤害
• 接触伤害主要是指人体某一局部接触到运动或静 止机械的尖角、棱角、锐边、粗糙外表等发生的划 伤或割伤的机械伤害和接触到过冷过热及绝缘不良
• 〔4〕强度诊断：以力、应力、应变或扭矩为检测目 标
• 〔5〕污染物诊断：以泄露、残留物、气 液或固体成分变化为检测目标；
• 〔6〕压力诊断：以压差、压力及压力脉 动为检测目标；
• 〔7〕电参数诊断：以功率、电信号及磁 特性等为目标；
• 〔8〕光学诊断：以亮度、光谱及各种射 线效应为检测目标；
• 〔9〕外表形貌诊断：以裂纹、变形、斑 点、凹坑、色泽等检测为目标。
• (四)机器平安布置 • 车间合理的机虑如下因素：空间照明管、线布置
第二节 人的特性
• 一、人的生理因素 • 〔一〕人的感觉和感觉器官 • 1、视觉 • 〔1〕几种常见的视觉现象 • 暗适应与明适应能力 • 眩光〔使暗适应破坏，产生视觉后象；降低
视网膜上的照度；减弱观察物体与背景的比照 度：观察物体时产生模糊感觉等，影响操作者 的正常作业〕
人机工程
• 第一节人机工程专业知识 • 第二节 人的特性 • 第三节 机械的平安特性及故障诊断技术 • 第四节 机械的可靠性设计与维修性设计 • 第五节 人机系统
第一节人机工程专业知识
• 根底知识 • 机械设计本质平安要求
• 一、平安人机工程的概念、内容及分类
• (一)平安人机工程的定义
• 平安人机工程是研究人机环境系统的平安本质，并使三者 在平安上到达量佳匹配，以确