1、安全人机工程学,安徽理工大学,安 全 人 机 工 程 学,周亮,安全人机工程学,安徽理工大学,第一章 概 论,1.为什么要学安全人机工程学 1.什么是安全人机工程学 3.这门课研究些什么 4.要求：同学们要学会什么,安全人机工程学,安徽理工大学,问题:,1.为什么要学安全人机工程学,安全人机工程学,安徽理工大学,笔的发展,笔的祖先毛笔,安全人机工程学,安徽理工大学,鹅 毛 笔,安全人机工程学,安徽理工大学,1829年 詹姆士倍利成功地研制出钢笔尖,1884年华特曼发明了比较实用的自来水笔,布拉马用银制成笔杆,安全人机工程学,安徽理工大学,1943年，匈牙利的比克发明的圆珠笔,圆珠笔并不是完美的
2、，你能找出它的不足吗？,安全人机工程学,安徽理工大学,安全人机工程学的发展 经验期 - 创建期 -成熟期 经验期：1884年起，三大实验（肌肉疲劳试验 、铁秋作业试验 、砌砖作业试验 ） 创建期：第二次世界大战期间起，新式武器和装备的功能研究 成熟期：20世纪60年代起，宇航技术的研究,安全人机工程学,安徽理工大学,1、经验期在古埃及的石碑雕刻里就有一些器皿的造型（如图1-5），从它们的造型可以很清楚地看出古埃及人在日常生活、工作中已经开始考虑人机关系了。,安全人机工程学,安徽理工大学,图4 古埃及石刻,安全人机工程学,安徽理工大学,经验人机工程学：在我国的古典家具中，如太师椅、茶几等可以很明
3、显地看到人机理念的影子（如图1-5）。又如我国指南车（如图1-6），它的传动机构，运用了力学知识和反馈原理，与现代人机工程学的原理相吻合。,安全人机工程学,安徽理工大学,图5 紫檀雕四出头官帽椅,安全人机工程学,安徽理工大学,图6 我国古代的指南车,安全人机工程学,安徽理工大学,三大实验 1肌肉疲劳试验1884年，德国学者莫索（AMosso）对人体劳动疲劳进行了试验研究。对作业的人体通以微电流，随着人体疲劳程度的变化，电流也随之变化，这样用不同的电信号来反映人的疲劳程度。这一试验研究为以后的“劳动科学”打下了基础。 2铁秋作业试验1898年美国学者泰勒（FWTaylor）从人机学角度出发，对铁
4、锹的使用效率进行了研究。他用形状相同而铲量分别为5kg、10kg、17kg、和30kg四种铁锹去铲同一堆煤，虽然17kg和30kg的铁锹每次铲量大，但实验结果表明，铲煤量为10kg的铁锹作业效率最高。他做了许多实验，终于找出了铁锹的最佳设计和搬运煤屑、铁屑、砂子和铁矿石等松散粒状材料时每一铲的最适当的重量。这就是人机工程学过程中著名的“铁锹作业实验”。 3砌砖作业试验1911年吉尔伯勒斯（FBGilreth）对美国建筑工人砌砖作业进行了试验研究。他用快速摄影机把工人的砌砖动作拍摄下来，然后对动作进行分析，去掉多余无效动作，最终提高了工作效率，使工人砌砖速度由当时的每小时120块提高到每小时35
5、0块。,安全人机工程学,安徽理工大学,2、创建期第二次世界大战期间。例如，由于战斗机中座舱及仪表位置设计不当，造成飞行员误读仪表和误用操纵器而导致意外事故，或由于操作复杂、不灵活和不符合人的生理尺寸而造成战斗命中串低等现象经常发生。,安全人机工程学,安徽理工大学,3、成熟期 到了20世纪60年代至今例如，在宇航技术的研究中，提出了人在失重情况下如何操作，在超重情况下人的感觉如何等新问题。图1-7所示即为在这个时期美国亨利德累夫斯（Henry Deryfuss）事务所的人机学实验。,安全人机工程学,安徽理工大学,图1-4 美国亨利德累夫斯（Henry Deryfuss）事务所的人机学实验,安全人
6、机工程学,安徽理工大学,安全人机工程学,安徽理工大学,本学科的重要性：1.工业发展的需要。 2.产品设计的需要。 3.安全的需要。,安全人机工程学,安徽理工大学,问题:,2.什么是安全人机工程学,安全人机工程学,安徽理工大学,定义1：安全人机工程学是从安全角度和着眼点，运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面的安全问题的一门新兴学科。 定义2:它是从安全目标出发，应用人机学的基本理论，观点和方法，对安全事故、设备、环境进行分析以及对人的心理与行为进行分析研究，从人机关系中找到预防事故的方法。 定义3:安全人机工程学以系统论、控制论和信息论为理论基础，从人的生理、心理、生物力学等方面去研究在发
7、挥机器、设备高效率的同时，如何使其与人达到和谐匹配，确保人的安全和健康的问题。,关于安全人机工程学的几个定义,安全人机工程学,安徽理工大学,安全人机工程学的内涵,角度和着眼点:安全 研究对象:人机系统。 目的:活动过程中对人实行保护。 主要阐述:人与机保持什么样的关系，才能保证人的安全，也就是说，在实现一定的生产效率的同时，如何最大限度地保障人的安全健康与舒适愉快。,安全人机工程学,安徽理工大学,问题:,2.安全人机工程学要研究什么？,安全人机工程学,安徽理工大学,安全人机工程学要研究什么？,人机结合面的安全标准依据 人机系统的安全设计,安全人机工程学,安徽理工大学,【例1】,日常生活中人机学
8、问题,安全人机工程学,安徽理工大学,【例2】,日常生活中人机学问题,安全人机工程学,安徽理工大学,【例3】,日常生活中人机学问题,安全人机工程学,安徽理工大学,【例4】,日常生活中人机学问题,安全人机工程学,安徽理工大学,【例5】,日常生活中人机学问题,安全人机工程学,安徽理工大学,【例6】,日常生活中人机学问题,安全人机工程学,安徽理工大学,【例7】,日常生活中人机学问题,安全人机工程学,安徽理工大学,安全人机工程学,安徽理工大学,【例8】,日常生活中人机学问题,安全人机工程学,安徽理工大学,【例9】,日常生活中人机学问题,安全人机工程学,安徽理工大学,【例10】,日常生活中人机学问题,安全
9、人机工程学,安徽理工大学,3.1安全人机工程的研究对象,人机系统 人机学所说的人的因素，包括人的生理和心理机能。 人机系统与系统工程既有联系又有区别：系统是由相互作用和相互依赖的若干部分组合而成的具有特定功能的有机整体。系统工程是把系统的设计与运行实现最优化的工程。人机工程是包括人在内的特殊系统工程。,安全人机工程学,安徽理工大学,人机系统基本模式由下列子系统组成 ： 人的子系统 机器的子系统 人机界面人机系统基本模式,人机系统是什么样的,安全人机工程学,安徽理工大学,人机系统是什么样的,人机系统的构成 人和机器虽然特征机能不同，但归结起来都是：信息输入、信息储存、信息处理和执行功能四部分。
10、人机三要素：人是中枢神经系统、感觉器官和行动器官(手、脚、口等)；机器则是机器本体、显示部分和操作部分。,安全人机工程学,安徽理工大学,人 机 三 要素 模 型,司机与汽车之间的三要素分析,安全人机工程学,安徽理工大学,人机系统有哪几种类型?,按自动化程度分为人工、半自动化及自动化系统。 人工系统是完全由人控制和提供动力的系统。整个操作过程中人是主宰者。 在半自动化系统中，人是主要控制者。人操纵设备、感知信息、处理信息，然后由人的行动器官控制手柄、按钮等操纵机器。 自动化系统中，机器完全取代人的工作，过程中的信息接受、处理、执行等完全由机器完成，人只起监督和调整作用。,安全人机工程学,安徽理工
11、大学,按信息反馈与否分为开环和闭环系统。 闭环系统是系统的输出又反馈回来控制系统本身； 开环系统是系统的输出不反馈回来，不影响系统的未来输出。,人机系统有哪几种类型?,安全人机工程学,安徽理工大学,开环系统和闭环人机系统,输出,输入,安全人机工程学,安徽理工大学,人机系统中，人是决定因素。人的特征功能表现在：监视、判断、行动。机器：快速、大容量、简单重复。,人的功能和机的功能有哪些?,安全人机工程学,安徽理工大学,3.2学科的研究方法,安全人机工程学的研究方法与人机工程学基本相同，只是各自的侧重点不同，前者侧重安全，后者侧重工效。 目前常用的研究方法有：,安全人机工程学,安徽理工大学,1观察法
12、为了研究系统中人和机的工作状态，常采用各种各样的观察方法工人操作动作的分析、功能分析和工艺流程分析等大都采用观察法。 2实测法是一种借助于仪器设备进行实际测量的方法。 3实验法它是当实测法受到限制时采用的一种研究方法，一般是在实验室进行，但也可以在作业现场进行 4.模拟和模型试验法模拟方法包括各种技术和装置的模拟。如操作训练模拟器、机械的模型以及各种人体模型等。,3.2学科的研究方法,安全人机工程学,安徽理工大学,5计算机数值仿真法数值仿真是在计算机上利用系统的数学模型进行仿真性实验研究。 6.分析法瞬间操作分析法 知觉与运动信息分析法 动作负荷分析法频率分析法 危象分析法 相关分析法 7调查
13、研究法,安全人机工程学,安徽理工大学,图1 研究车辆碰撞的人机系统的模拟与模型,安全人机工程学,安徽理工大学,图2 控制面板模拟器,安全人机工程学,安徽理工大学,图3 虚拟合作者的运动计算与仿真1,安全人机工程学,安徽理工大学,图3 虚拟合作者的运动计算与仿真2,安全人机工程学,安徽理工大学,近期国内外人因工程学研究的方向归纳如下： 1、工作负荷研究，包括体力活动、智力活动、工作紧张等因素引起的生理负荷和心理负荷。 2、 工作环境的研究，包括各种工作环境条件下的生理效应，以及一般工作与生活环境中振动、噪音、空气、照明等因素的人因工程学的研究。 3 、工作场地、工作空间、工具装备的人因工程学的研
14、究。 4 、信息显示的人因工程学问题，特别是计算机终端显示中人的因素研究。 5 、计算机设计与人因工程学研究。 6 、工作成效的测量与评定。 7 、机器人设计的智能模拟等。8、人机环境系统中心理学的研究。,安全人机工程学,安徽理工大学,图4 美研发出能自学飞行无人直升机,无人驾驶直升机便可通过“偷师”其它直升机，上演同样的机动飞行动作。如果有机会参加航空展，这种无人驾驶直升机可通过观察学会并表演所有高难度特技飞行。,斯坦福大学的计算机科学家研制,安全人机工程学,安徽理工大学,3.3研究目的：,主要研究目的是：对人类活动的场所，即包含人和机以及围绕着和机器的关系及其环境条件这样的综合体，建立合理
15、的方案，更好地在人机之间合理的分配功能，使人和机有机结合，有效地发挥人的作用，最大限度地为人提供安全卫生和舒适的环境，达到保障人的健康、舒适、愉快地活动的目的，同时提高活动效率。,安全人机工程学,安徽理工大学,3.4相关学科的关系,安全人机工程学,安徽理工大学,一、与工效人机工程学的关系 区别：安全人机工程学是从安全的角度和以人机学为着眼点，注重的是安全，而工效人机工程学注重的是最大限度发挥设备效应。 二、与安全心理学的关系 本书便提到人的心理特征，安全心理学是安全人机学的主要理论基础之一，其许多研究成果都可以用在安全人机学上。许多安全人机学的设计必须参考或使用心理学知识。 三、与人体测量学及
16、生物力学的关系 人体的静态尺寸与动态尺寸是安全人机工程学的依据，座位的设计，工作台的设计都需要这些尺寸。,安全人机工程学,安徽理工大学,四、与安全工程学关系 是安全工程学学科体系的一部分。安全科学体系有四部分组成：安全设备工程学、安全人机工程学、安全系统工程学、安全管理工程学；安全人机工程学是实现安全工程学的科学依据和最活跃的人的作用因素，它与其他三个字系统相互交叉、渗透、影响、制约、互为补充，从而构成了安全工程学这一整体。 五、与人体生理学及环境科学的关系 眼睛的最佳视觉区域，听觉的阈值等等生理学的数据都直接关系着显示器与控制器的安全人机工程学设计，安全人机工程学经常应用生理学与环境科学的研究成果提高人机结合面的质量。 六、与其他工程技术学科的关系 作为交叉学科，安全人机工程学与其他学科体系都有一定的关系，比如，它可以向各类设计人员提供参数，以避免设计出不符合安全人机工程学的设备。,安全人机工程学,安徽理工大学,4.对大家的要求,完成学习后，能进行简单的安全人机工程学设计 完成学习后，能进行安全人机工程学评价,
