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安全人机工程学简介

		点击数：	更新时间： 2020年11月13日
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安全人机工程学简介
 制作：孟现柱
mengxz12@yahoo.com.cn 
备注：1
课程简介
安全人机工程学是从安全的角度和着眼点研究人与机的关系, 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。
本课程是安全工程专业的专业基础平台课程之一，是安全工程专业的一门专业核心课。
备注：2
课程内容
安全人机工程学概论
人体的人机学参数
人的生理、心理及生物力学特性
安全人机功能匹配                       
人机系统的安全设计
安全人机工程学的实践与运用
备注：3
课程要求
1、掌握安全人机工程学的基本概念、基本理论，领会“人机系统”与“人机结合面”的含义。
2、掌握人体特性参数、人的反应、人体疲劳的测量方法 。
3、掌握人、机的特性及人机功能分配原则。
4、掌握显示装置、操纵装置、作业空间与作业环境的设计要求与设计方法。
5、具备对人机系统进行安全设计的初步能力。
6、具备对一般人机系统进行安全检查与评价的能力。 
备注：4
参考书
欧阳文昭、廖可兵《安全人机工程学》煤炭工业出版社
李红杰、鲁顺清《安全人机工程学》中国地质大学生出版社
谢庆森、王秉权《安全人机工程学》（第1版）, 天津大学出版社，1999
丁玉兰《安全人机工程学》，北京理工大学出版社，2000 
刘东名、孙桂林《安全人机工程学》中国劳动出版社
臧吉昌《安全人机工程学》化学工业出版社
石金涛等《安全人机工程学》上海交通大学出版社
备注：5
第一章 绪论
教学要求
1、掌握人机工程学的定义、熟悉人机工程学的研究目的、内容和研究方法；
2、了解人机工程学的起源与发展史；
3、掌握安全人机工程学的定义、熟悉安全人机工程学的研究对象以及与其他各学科的关系；
4、知道安全人机工程学与工效人机工程学的关系以及其在安全工程学中的地位。 
备注：6
第一章 绪论
第一节 人机工程学
第二节 安全人机工程学
第三节 安全人机工程学与相关学科的关系
第四节 安全人机工程学的诞生与展望
备注：7
第一节 人机工程学
人机工程学是研究人、机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科。
学科名称
英国/欧洲
美国
日本
中国
英国莫瑞尔于1949年首次提出“Ergonomics”一词， 含义是“人出力正常化”或“人的工作规律”。
备注：8
第一节 人机工程学
人机工程学是研究人、机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科。
学科名称
英国/欧洲
美国
日本
中国
Human Engineering、Human Factors Engineering
备注：9
第一节 人机工程学
人机工程学是研究人、机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科。
学科名称
英国/欧洲
美国
日本
中国
人间工学
备注：10
第一节 人机工程学
人机工程学是研究人、机及其工作环境之间相互作用的交叉技术学科。
学科名称
英国/欧洲
美国
日本
中国
人体工程学、宜人学、人因工程学、人类工程学、工效学、人机工程学
备注：11
一、学科定义 
毕特生：
麦克考米克：
查里斯·C·伍德：
W·B·伍德森：
A·查帕尼斯：
国际人类工效学学会：
国内： 
人机工程学就是正确使用人的工程学。
备注：12
一、学科定义 
毕特生：
麦克考米克：
查里斯·C·伍德：
W·B·伍德森：
A·查帕尼斯：
国际人类工效学学会：
国内： 
人机工程学可以说是人类运用事物过程中的工程学。
备注：13
一、学科定义 
毕特生：
麦克考米克：
查里斯·C·伍德：
W·B·伍德森：
A·查帕尼斯：
国际人类工效学学会：
国内： 
设备设计必须适合人的各方面因素，以便在操作上付出最小的代价而求得最高效率。
备注：14
一、学科定义 
毕特生：
麦克考米克：
查里斯·C·伍德：
W·B·伍德森：
A·查帕尼斯：
国际人类工效学学会：
国内： 
人机工程学研究的是人与机器相互关系的合理方案，亦即对人的知觉显示、操作控制、人机系统的设计及其布置和作业系统的组合等进行有效的研究，其目的在于获得最高的效率及作业时感到安全和舒适。
备注：15
一、学科定义 
毕特生：
麦克考米克：
查里斯·C·伍德：
W·B·伍德森：
A·查帕尼斯：
国际人类工效学学会：
国内： 
人机工程学是在机械设计中，考虑如何使人获得简便而又准确的操作的一门科学。

备注：16
一、学科定义 
毕特生：
麦克考米克：
查里斯·C·伍德：
W·B·伍德森：
A·查帕尼斯：
国际人类工效学学会：
国内： 
研究各种工作环境中人的因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作中、家庭生活中和度假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的科学。
备注：17
一、学科定义 
毕特生：
麦克考米克：
查里斯·C·伍德：
W·B·伍德森：
A·查帕尼斯：
国际人类工效学学会：
国内： 
人机工程学是运用生理学、心理学、生物力学和其它有关学科知识，使机器和人相互适应，创造舒适和安全的环境条件，从而提高工效的一门科学。
备注：18
二、人机工程学研究目的
1、设计
2、工效
3、安全
4、最终目标
为设计机器设备、工艺流程、工具、信息传递和控制装备时，考虑人的因素提供依据。
备注：19
二、人机工程学研究目的
1、设计
2、工效
3、安全
4、最终目标
保障设计的机械使人的操作简便、省力、快速而准确。
备注：20
二、人机工程学研究目的
1、设计
2、工效
3、安全
4、最终目标
保障人的工作条件和工作环境安全、卫生和舒适。
备注：21
二、人机工程学研究目的
1、设计
2、工效
3、安全
4、最终目标
最终目标是为了使人机系统协调，保障安全健康和提高工作效率。
备注：22
三、人机工程学研究内容
1、人的因素方面
2、机的因素方面
3、环境因素方面
4、人机系统的综合研究
人的生理、心理、人体测量和生物力学等内容 。
备注：23
例如
备注：24
三、人机工程学研究内容
1、人的因素方面
2、机的因素方面
3、环境因素方面
4、人机系统的综合研究
显示器、控制器等设计等内容。
备注：25
例如
备注：26
三、人机工程学研究内容
1、人的因素方面
2、机的因素方面
3、环境因素方面
4、人机系统的综合研究
温度、湿度、噪声、尘毒、 采光、照明、色彩、辐射对人身心的影响等内容。
备注：27
三、人机工程学研究内容
1、人的因素方面
2、机的因素方面
3、环境因素方面
4、人机系统的综合研究
人机系统的整体设计、岗位设计、显示控制设计、环境设计、作业方法、人机的组织管理等内容。
备注：28
例如
波士顿爱迪生公司（Boston Edison Company）的”神秘6号”（Mystic #6）
备注：29
四、人机工程学研究方法
1、测量法
2、测试法
3、实验法
4、观察分析法
5、感觉评价法
此外还包括：调查研究法、计算机仿真法、图示模拟和模拟试验法等 。
借助器具、设备而进行实际测量的人机学研究方法。
1、人体尺寸实测法；
2、心理实测法。
备注：30
四、人机工程学研究方法
1、测量法
2、测试法
3、实验法
4、观察分析法
5、感觉评价法
此外还包括：调查研究法、计算机仿真法、图示模拟和模拟试验法等。
依据特定的研究内容，设计好调查表，对典型生产环境中的作业者个体或小组进行书面或问询调查，以及必要的客观测试，收集作业者的反应和表现。常用的是抽样测试法。
备注：31
四、人机工程学研究方法
1、测量法
2、测试法
3、实验法
4、观察分析法
5、感觉评价法
此外还包括：调查研究法、计算机仿真法、图示模拟和模拟试验法等。
在人为设计的环境中，测试实验对象的行为或反应。各种实验数据要经数学手段或计算机处理。
备注：32
四、人机工程学研究方法
1、测量法
2、测试法
3、实验法
4、观察分析法
5、感觉评价法
此外还包括：调查研究法、计算机仿真法、图示模拟和模拟试验法等。
通过观察、记录被观察者的行为表现、活动规律等，然后进行分析的方法。观察的形式取决于调查的内容和目的，可用公开或秘密的方式进行，也可借助摄影或录相等手段。
备注：33
四、人机工程学研究方法
1、测量法
2、测试法
3、实验法
4、观察分析法
5、感觉评价法
此外还包括：调查研究法、计算机仿真法、图示模拟和模拟试验法等。
运用人体的主观感受对系统的性质、质量、特征等进行判断和评价的一种方法。
备注：34
五、 人机工程学的起源与发展
经验期：
创建期：
成熟期：
自有人类以来，就开始存在着人机关系——人与工具之间的关系。 古代没有系统的人机学，但人类所创造的各种器具，从形状的发展变化来看，是符合人机工程学原理的（图1）；经过漫长的发展阶段,工具由于人的使用和改进，由简单到复杂逐步科学化（图2）。这种实际存在的人机关系，称为经验人机关系或自发人机关系。
备注：35
五、 人机工程学的起源与发展
经验期：
创建期：
成熟期：
从1884年起，在经历工业革命之后，人们所从事的劳动在复杂程度和负荷量上都有了很大变化。改革工具以改善劳动条件和提高劳动效率已经成为一个迫切问题。因此人们开始了对经验人机关系所提出问题的研究，如进行了肌肉疲劳试验 、铁锹作业试验 、砌砖作业试验等。
备注：36
经验期中三大实验
经验期中三大实验
肌肉疲劳试验
铁锹作业试验 
砌砖作业试验
1884年，德国莫索（A·Mosso）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。这一实验研究为后来的“劳动科学”打下了基础。
备注：37
经验期中三大实验
经验期中三大实验
肌肉疲劳试验
铁锹作业试验 
砌砖作业试验
1898年美国泰勒（F·W·Taylor）从人机学角度出发，对铁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。这就是人机工程学过程中著名的“铁锹作业实验”。
备注：38
经验期中三大实验
经验期中三大实验
肌肉疲劳试验
铁锹作业试验 
砌砖作业试验
1911年吉尔伯勒斯（F·B·Gilreth）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350块。
备注：39
五、 人机工程学的起源与发展
经验期：
创建期：
成熟期：
二战期间，许多国家大力发展效能高、威力大的新式武器。但由于忽视了 “人的因素”而导致误操作而失败的教训屡见不鲜（图3）。失败的教训使人们逐步认识到 “人的因素”在设计中是不能忽视的一个重要条件，要设计好一个高效能的装备，不仅要有工程技术知识，还必须有生理学、心理学、人体测量学、生物力学等学科方面的知识。这种情况下，人机学诞生。1949 年莫瑞尔提出了“Ergonomics”一词。
备注：40
五、 人机工程学的起源与发展
经验期：
创建期：
成熟期：
到了20世纪60年代，欧美和日本进入了大规模的经济发展时期，这一时期，由于科学技术的进步，使人机工程学获得了更大的发展（图4）；同时，由于控制论、信息论、系统论和人体科学等理论的建立，应用新理论进行人机系统的研究便应运而生，从而使人际工程学日趋成熟。
备注：41
第二节 安全人机工程学
一、安全人机工程学的定义
安全人机学（Safety Ergonomics）是从安全的角度和着眼点研究人和机的关系，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新兴学科。
备注：42
二、安全人机工程学的研究对象
 
人
机
人机结合面
人(Man)，是指活动过程中的人体，即安全主体。
备注：43
二、安全人机工程学的研究对象
 
人
机
人机结合面
机(Machine)，是广义的，它包括劳动工具、机器（设备）、劳动手段和环境条件、原材料、工艺流程等所有与人相关的物质因素。
备注：44
二、安全人机工程学的研究对象
 
人
机
人机结合面
人机结合面（Man-Machine Interface）,就是人和机在信息交换和功能上接触或互相影响的领域（或称“界面”）。
备注：45
三、?安全人机学的研究范围和内容
  
研究人机系统中人的各种特性
研究人机功能合理分配 
各种人机界面的研究 
作业方法与作业负荷研究 
作业空间的分析研究
事故及其预防的研究  
人机系统中人的特性是指人的生理特性和心理特性。这些特性是安全人机工程学的基础理论部分，是解决安全工程技术问题的主要依据。
 生理特性有：人体的形态机能，静态及动态人体尺度，人体生物力学参数，人的信息输入、处理、输出的机制和能力，人的操作可靠性的生理因素等。 
 心理特性有：人的心理过程与个性心理特征，人在劳动时的心理状态，安全生产的心理因素和事故的心理因素分析等。
备注：46
三、?安全人机学的研究范围和内容
  
研究人机系统中人的各种特性
研究人机功能合理分配 
各种人机界面的研究 
作业方法与作业负荷研究 
作业空间的分析研究
事故及其预防的研究  
主要研究内容有：人和机各自的功能特性参数，适应能力和发挥其功能的条件，人机系统人机功能分配的方法等。

备注：47
三、?安全人机学的研究范围和内容
  
研究人机系统中人的各种特性
研究人机功能合理分配 
各种人机界面的研究 
作业方法与作业负荷研究 
作业空间的分析研究
事故及其预防的研究  
人机界面就是人机在信息交换或功能上接触或互相影响的领域。
对控制类界面主要研究：机器显示装置与人的信息通道特性的匹配，机器操纵器与人体运动特性的匹配和显示器与操纵器性能的匹配等，从而针对不同的系统研究最优的显示—控制方式。
对工具类界面主要研究其适用性和舒适性，即如何使其与人体的形态功能、尺寸范围、手感和体感等匹配。
对环境类界面主要研究：作业的物理、化学、生物和美学等环境对人的影响程度、阈值范围和控制手段。对特殊环境，还须研究人的生命保障系统等。
备注：48
三、?安全人机学的研究范围和内容
  
研究人机系统中人的各种特性
研究人机功能合理分配 
各种人机界面的研究 
作业方法与作业负荷研究 
作业空间的分析研究
事故及其预防的研究  
作业方法研究包括作业的姿势、体位、用力、作业顺序、合理的工作器具和工卡量具等的研究，目的是消除不必要的劳动消耗。作业负荷研究主要侧重于体力负荷的测定、建模(用模拟技术建立各种作业时的生物力学模型)分析，以确定合适的作业量、作业速率、作息安排以及研究作业疲劳及其与安全生产的关系等。

备注：49
三、?安全人机学的研究范围和内容
  
研究人机系统中人的各种特性
研究人机功能合理分配 
各种人机界面的研究 
作业方法与作业负荷研究 
作业空间的分析研究
事故及其预防的研究  
主要研究为保证安全高效作业所需的空间范围。包括人的最佳视区、最佳作业域、最小的装配作业空间以及最低限度的安全防护范围等。
备注：50
三、?安全人机学的研究范围和内容
  
研究人机系统中人的各种特性
研究人机功能合理分配 
各种人机界面的研究 
作业方法与作业负荷研究 
作业空间的分析研究
事故及其预防的研究  
国内外大量的统计表明，有近80％的事故是由于人为失误发生的。因此，应研究产生事故的各种人的因素、人的操作失误分析与预防措施等。
备注：51
四、安全人机工程学的研究目的
  对人机系统建立合理的方案，更好地在人机之间合理地分配功能，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，达到保障人的健康、舒适、愉快地活动，同时带来活动效率的提高。
备注：52
第三节安全人机学与其他科学的关系
可见，安全人机工程学是一门综合性学科，它处于许多学科的边缘接合部上，既有人体科学与工程技术的交叉和渗透，又有社会科学与自然科学等学科的交叉和渗透。 
备注：53
安全人机学与其他科学的关系
与工效人机工程学的关系
与安全心理学的关系
与人体测量学、生物力学的关系
与人体生理学、环境科学的关系
与安全工程学的关系
与工程技术科学的关系
安全人机工程学和工效人机工程学都是人机工程学的重要分支。
安全人机工程学以安全为目标、以工效为条件；
工效人机工程学以安全为前提、以工效为目标的。
备注：54
安全人机学与其他科学的关系
与工效人机工程学的关系
与安全心理学的关系
与人体测量学、生物力学的关系
与人体生理学、环境科学的关系
与安全工程学的关系
与工程技术科学的关系
安全心理学是心理学的应用学科之一，是安全人际工程学的主要理论基础之一。
备注：55
安全人机学与其他科学的关系
与工效人机工程学的关系
与安全心理学的关系
与人体测量学、生物力学的关系
与人体生理学、环境科学的关系
与安全工程学的关系
与工程技术科学的关系
人体测量学、生物力学为人机设计提供科学依据 。
备注：56
安全人机学与其他科学的关系
与工效人机工程学的关系
与安全心理学的关系
与人体测量学、生物力学的关系
与人体生理学、环境科学的关系
与安全工程学的关系
与工程技术科学的关系
均是安全人机工程学的基础依据。
备注：57
安全人机学与其他科学的关系
与工效人机工程学的关系
与安全心理学的关系
与人体测量学、生物力学的关系
与人体生理学、环境科学的关系
与安全工程学的关系
与工程技术科学的关系
安全工程学可以分为：安全管理工程学，安全设备工程学，安全人机工程学和安全系统工程学。

备注：58
安全人机学与其他科学的关系
与工效人机工程学的关系
与安全心理学的关系
与人体测量学、生物力学的关系
与人体生理学、环境科学的关系
与安全工程学的关系
与工程技术科学的关系
工程技术科学是研究工程技术设计的具体内容和方法，安全人机工程学不是研究这些具体内容和方法，而是如何让这些设计适合于人的使用和避免危害。

备注：59
第四节 安全人机工程学的诞生与展望
一、阅读课本，简述安全人机工程学的诞生历程(自学内容)
二、阅读课本，简述我国安全人机工程学的诞生和发展历程(自学内容)
三、阅读课本，简述安全人机工程学的展望(自学内容)
备注：60
古代器物造型
如旧石器时代，石锤、石砧大部分呈直线形状，到了新石器时代石镰的形状已经更适合人的使用。
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备注：61
古代家具
如古代家具就可以很明显地看到人机的理念。而指南车的传动机构，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。
返回
备注：62
飞机座舱和仪表位置
返回
备注：63
科学技术的进步

返回
备注：64
备注：65

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