第二章 人机环境系统1

物 化 环
有毒性 气体
对人体有害的气体在空气中的浓度超过一定 限度，便会影响人体的正常机能使人中毒或 危机生命。
境 因
蒸气
是在降低压力或加温的条件下，由固体或液 体的气化而形成的，弥漫于空气中的物质。
素
由气体或蒸气凝聚而成的微粒、固体微粒和
薰烟
气体形成薰烟，悬浮于空气中，某些金属氧
化物具有高度毒性，会导致金属热症。
对人正常生活和工作的影响
听觉适应：在噪声作用下，听觉的敏感性下降，但离开噪 声环境几分钟后即可恢复，这种现象称为听觉适应。
听觉适应有一定的限度。
听觉疲劳：在强噪声的长期作用下，听阀提高15dB以上， 离开噪声需要较长时间才能恢复，这种现象称为听觉疲劳。
听觉疲劳初期尚可恢复，但再经强烈噪声的反复作用，则 难以完全恢复，是耳聋的一种早期信号。
响度S
听觉判断声音强弱的主观量。 （单位：宋）
响度级Ls
响度的相对值。（单位：方）
响度级与响度的关系： Ls＝40+10log2S
一般声压越大，声强越响，但不成正比例。
对听力的影响
听觉疲劳 噪声性耳聋 爆发性耳聋
噪
对人生理的影响
对中枢神经、心血管、 消化、呼吸、视觉都
声
有影响
危 害 对人心理的影响
过程 过程
信息接受 信息处理 行动 控制
输出
信息反馈（闭环系统）
半自动化系统由人和半自动化机械设备构成，系统中 人主要充当控制者和操作者，动力来源于机械设备。 人通过感知信息，实施操作，完成对机械的控制。
人工与自动化人机系统－自动化系统
输入
机（动力＋控制者）
信息储存
过程 过程
信息接受 信息处理 执行 控制
输入 输出
人机系统 人机系统
人机系统 人机系统
该类人机系统由多个组成单元构成的，其中每个单元 独自构成人机系统，即整体满足人机系统条件，局部 也符合人机系统特点。
环境信息
道路、障碍物
感觉器官
信号、标志
四
眼 耳
警报
人
中 枢
体
显示部分
噪音 仪表
机
神 经
振动 执行器官
灯光
汽
系
系
右手
操纵部分 车
统
左手 右脚 左脚
输出
人工与自动化人机系统 －人工操作系统
人（动力＋控制者）
输入
信息储存 信息接受 信息处理 行动
输出
信息反馈（闭环系统）
人机操作系统由人和手工操作器具构成，系统中人自 始至终在起主要作用，人既是动力源，也是控制者， 系统的效率主要取决于人。
人工与自动化人机系统 －半自动化系统
输入
人（控制者）
信息储存
当前较成熟的建模方法分为传递函数模型和模糊控制 模型。
第二节 人机与环境因素的关系
最舒适的作业环境
作
业
舒适的作业环境
环
境
类
不舒适的作业环境
型
不能忍受的作业环境
一、人机的环境因素
社
物 化 环 境 因 素
物生 理物 环环 境境 因因 素素
生 理 环 境 因 素
会 、 心 理 环 境 因
素
粉尘
在机械加工过程中形成的固体微粒，随风飘 扬于空气中。危害：会引起肺疾病、眼睛及 皮肤发炎，严重的会导致全身中毒及致癌。
38 37.8 37.6 37.4 37.2
0
10
20
30
40
社会、心理环境因素
社会心理环境因素包括管理机制和激励方式（职 务晋升机会、职责、工资、奖金、生活福利）、人际 关系（上下级关系与沟通、群体气氛、正式组织与非 正式组织）等；心理环境因素指色彩、音乐、语言、 符号等。不论是社会环境因素还是心理环境因素，都 是针对人而言的，实际工作中影响人的社会、心理因 素还很多，但对人的心理产生最经常最直接影响的因 素是色彩。
声压是反应声音强弱的物理量，声波的起伏 越大则声强越大。声压值需在一定范围内的 声波才能为人听到，通常将人能听到的最小 声压称为听阀，其值为0.00002Pa，使人 耳疼痛的声压值称为痛阀，即可听高限，其 值约为20Pa。
声压级Lp
声压的相对值。
声压级与声压的关系：Lp=20lgP/P0
国际上统一把人耳刚能听到的声压称为听阀 （0.00002Pa）定为0dB，把人耳的可听高限 痛阀（ 20Pa ）定为120dB，则可听声压级范 围为0－120dB，其中，平时说话的范围为2060dB（0.002-0.003Pa）。
开关 本 方向盘 系
模
油门 制动器
型
离合器
重要作用 经常作用
间断作用
图示模型－动态模型
动脉 静脉
底部
指尖
径向
手套 皮肤 脂肪 肌肉
核
轴向
手指热调节模型结构式意图
数Leabharlann Baidu模型
描述人机系统动态特性的数学表达式，称为人机系统数 学模型。人机系统的数学模型由人的动态特性模型和机的 动态特性模型两部分组成。由于人体本身是一个极其复杂 而又高度完美的自适应反馈系统，当把人放入人机系统中 后，该人机系统的关系不能简单的描述成纯线性的、非线 性的、时变的、随机的或离散的模型，而实际上应该是所 有这些特性的组合。人机系统数学模型是实际系统的近似。
人机系统的构成，可以分为人、机、环 境三个子系统。
人
人－机－环境
机 机－环境 环境
人机关系：机宜人，人适机。
二、人机系统功能
过程：人感受到机器及环境作用于人的感受器官上的信 息 ，由体内传入神经到大脑皮层，经过分析、判断做出 决策，再由传出神经将信息传送到骨骼肌，使人体的执行 器官向机器发出人的指挥信息或伴随操作的能量。
对人心理的影响主要表现为引起人的烦恼。
噪声引起的烦恼与噪声级的关系：噪声强度越大，引起的 烦恼越大。
I=0.1058LA-4.789
响度相同而频率高的噪声比频率低的噪声容易引起烦恼； 噪声强度或频率不断变化比稳定的噪声容易引起烦恼； 住宅区比工业区的噪声容易引起烦恼； 相同噪声环境下，脑力劳动比体力劳动容易引起烦恼。
对心血管系统功能的影响：（80－90dB）表现为心跳过速、心率不 齐、心电图改变、血压增高以及末梢血管收缩、供血减少等。
对消化系统的影响：降低胃的收缩机能和分泌机能。
对呼吸系统的影响：90dB时，呼吸频率加快，呼吸加深。
对视觉功能的影响：115dB、800－2000Hz时，可明显降低眼对光 的敏感性。 130dB以上，可引起眼振颤和眩晕。
信息储存
输入 接受信息 信息处理 执行功能 输出
信息反馈回路
三、人机系统类型
闭 环 和 开 环 人 机 系 统
人
单
工 和 自 动 化 人 机
方人 式机 人不 机同 系结 统合
元 组 合 类 型 人 机
系
系
统
统
闭环人机系统
输入 指示器
控制器
机器或过程 输出
测量手段回路
开环人机系统
输入
控制器
机器或过程
第一节 人机系统涵义
一、 人机系统定义：
人—机—环境系统—是指由共处于同一时间和空间 的人与其所使用的机器以及它们所处的周围环境所 构成的系统，简称人机系统。 人—指操作者或使用者。 机—泛指人操作或使用的物，可以是机器。也可以 是用具、工具或设施、设备等。 环境—是指人、机所处的周围环境，如作业场所和 空间、物理化学环境和社会环境等。
生物环境因素
各种微生物（病毒或细菌、霉菌）侵蚀的环境。微生物能 繁殖的温度范围很宽，但威胁身体的病菌绝大多数在与人 的体温相同的温度。危害：会形成和产生各种疾病，轻则 感冒发烧，重则危机生命，阻碍了人体的正常机能调节机 制。
发抖
正 常
参考
肌肉
人
体 热
综合
调
节
系
出汗
汗腺
汗蒸发散热
身体 热容量
体温
血管舒缩 血管
统
热感受器
图
调节器
被调节系统
生理环境因素
生理环境因素是指对人的生理特征（如心率、出汗、血流量、温 度变化）产生影响的环境因素，生理环境因素的合理协调程度， 将会直接影响人的安全、舒适性，从而影响工作效率。图示表明： 工作时间越长，劳动强度越高，人的体温越高，舒适性越差。
38.6 38.4 38.2
噪声性耳聋：长期在噪声环境中工作产生的听觉疲劳，若 不能及时恢复，将产生永久性听阀位移。
轻度耳聋：听阀位移为25－40dB。 中度耳聋：听阀位移为40－60dB。 重度耳聋：听阀位移为60－80dB。 噪声性耳聋随工龄的增长而加重。
对中枢神经系统的影响：超过85dB时，会出现中枢神经系统功能障 碍，表现为头疼、头晕、失眠、多汗、恶心、乏力、心悸、注意力 不集中、记忆力减退、神经过敏、惊慌以及反应迟缓等。还会引起 多梦，熟睡时间缩短。
输出
人（监督者） 信息储存 信息接受 信息处理 行动
信息反馈（闭环系统）
自动化系统由人和自动化机械设备构成，系统机器完 全取代人的工作，生产过程中的全部工作由机器完成， 人仅起监督作用，只对意外紧急情况进行处理。
人机串联模式系统
人
机
人 机
人机并联模式系统
人机串并联 模式系统
人 机机
单元组合人机系统
噪 控制噪声传播 部分噪声向接受者传播
声
利用声源的指向性控制噪声
方 法
声源周围用消声,隔声,吸声, 隔振,阻尼等局部措施
个人防护
使用个人防护用具
从劳动组织上采取措施
作业
1、简述人机系统的类型？ 2、人机的环境因素有哪些？ 3、简述噪声的危害？ 4、简述噪声的控制方法？
波长λ
物体每完成一次往复运动或疏密相间的 运动所经过的距离。（单位：m）
波长是由频率决定的：频率高，波长短； 频率低，波长长。
声速C 声波每秒钟传播的距离.（单位：秒/次）
不同介质中的声速不同，固体中声速最快，液体中 次之，空气里声速最慢（340m/s）。
声速与频率和波长的关系：C= λ f
声压P 声波作用于物体上的压力.（单位：Pa）
噪声对人正常生活和工作的影响表现在妨碍人的休息和睡 眠，干扰谈话、学习和工作；容易使人心情烦躁，精神疲 劳和反应迟钝，结果导致工作效率降低和差错率上升。
噪声对工作效率影响的调查结果
噪声影响
各声级下的平均反应等级 50 55 60 65 70 75 80 >=90
精神集中程度影响
2.3
2.7-2.8
周期T
物体每振动一次，即完成一次往复运 动所需要的时间。（单位：秒/次）
频率与周期的关系：F=1/T
并非所有频率的声波都能被人耳听到。一般，频
率范围在20-20000Hz的声波为可听声，称为听觉范围。 频率超过20000Hz的叫超声波，低于20Hz的叫次声波， 都不能被人听到。在听觉范围中，声波频率低于 300Hz的叫低频，300-1000Hz的叫中频，1000Hz以上 的高频。
雾滴
是在降低压力或加温的条件下，由固体或液 体的气化而形成的，弥漫于空气中的物质。
物理环境因素
一般指异常气象条件（温度、湿度、气 流）、异常气压（高气压、低气压）、噪 声（超声、音频、次声）、振动、非电离 辐射（高频电磁场、微波、紫外线、红外 线、激光）、电离辐射（X射线、α射线、β 射线、γ射线）、照明、起重、失重等。
二、噪声环境
噪声是一种令人烦恼、影响工作的、有害于人的 健康的声音。它是不同频率和声强的声波的无规律组 合，具有声音的一切物理性质。
声
噪
的
噪
噪
声
基
声
声
控
础
危
标
制
知
害
准
方
识
法
声的基础知识（几个概念）
频率 周期 波长 声速
概念
声压 声压强 响度 响度强
频率f
发声体（固体和空气质量）每秒钟振动 的次数。（单位：Hz）
3.1
动作准确性影响
1.8-1.9 2.1
2.8
工作速度影响
2.0
2.3
2.8
噪声标准
目前国内外广泛使用A声级作为评价噪声的标 准。根据标准的出发点和使用范围不同，可将 噪声标准分为两大类：听力保护噪声标准和环 境噪声标准。
更换装置
控制噪声源 改造噪声源
控
总体设计的布局要合理
制
利用天然地形阻断或屏蔽一