注册安全工程师人机工程.ppt

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1、第七节 安全人机工程基本知识,一、定义与研究内容 （一）安全人机工程的定义 安全人机工程是运用人机工程学的理论和方法研究“人机环境”系统，并使三者在安全的基础上达到最佳匹配，以确保系统高效、经济地运行的一门综合性的科学。 （二）安全人机工程的主要研究内容 安全人机工程主要研究内容包括如下四个方面；,1、分析机械设备及设施在生产过程中存在的不安全因素，并由针对性地进行可靠性设计、维修性设计、安全装置设计、安全启动和安全操作设计及安全维修设计。 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，以构建不同类型的最佳人机系统。 3、研究人与机器互相接触、互相联系的人机界

2、面中信息传递的安全问题。 4、分析人机系统的可靠性，建立人机系统可靠性设计原则，据此设计出经济、合理以及可靠性高的人机系统。,（三）人机系统的类型 人机系统主要分两类，一类机械化、半机械化控制的人机系统；另一类为全自动化控制的人机系统。在机械化、半机械化控制的人机系统中，人机共体，人在控制系统中主要充当生产过程的操作者与控制者。图15系统的安全性主要取决于人机功能分配的合理性。,在全自动化控制的人机系统中，以机为主体，机器的正常运传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。,二、机械设计本质安全 （一）机械设计本质安全的定义 在设计阶段。 （二）机械失效安全 当发生故障时不

3、出现危险。 （三）机械部件的定位安全 （四）机器的布置安全,第八节 人的特性 一、人体测量 （一）人体尺寸测量基础 选择样本必须考虑代表性的群体，测量的结果要经过数理统计处理，以反映该群体的形态特征与差异程度。 1、被测者姿势 （1）直立姿势。 （2）坐姿,2、测量基准面 有五条 注意（1）、（3）矢状面和冠状面有N个。 3、测量方向 有五条 4、支撑面和衣着 5、人体测量的主要仪器 （3）人体测量用弯脚规。常常用于不能直接以直尺测量的两点间距离的测量，如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。,6、人体测量主要统计函数 注意（5）百分位数。即百分位，是人体测量常用概念。表示某一测量数值所标志的群体数量与

4、整个群体的百分比关系，最常用第5、第50、第95三种百分数位。,（二）静态测量 1、静态测量方法 制作衣服时人体尺寸的测量是常见的人体静态测量的方法。 2、影响人体测量数据的因素 （1）民族因素 每个民族都有自己的人体数据，一般不能套用其他民族的测量结果来设计本民族的设备。 （2）性别、年龄因素 （3）职业因素 体力劳动者和脑力劳动者在体形和身体的某些尺寸方面是有较大差别。,（三）动态测量 、活动空间 要完成一项非常简单的任务，人体也需要某些部位运动，这就要求有足够的空间，即活动空间。 动态测量就是测定人体动态变化时的数值。 、伸展域 人在各种状况下工作时都需要有足够的活动空间。 （）正常区域

5、。 （）最大区域。完全伸展整个上臂所能涉及的区域。,（四）人体测量数据的应用准则 、最大最小准则 如人体身高常用于通道和门的最小高度设计，为尽可能使所有人（99%以上）通过时不至于发生撞头事件。 、可调性准则 如汽车座椅应在高度、靠背倾角、前后距离等尺度方向上可调。,、平均准则 常用平均值进行设计更合理。 、使用最新人体数据准则 、地域性准则 、功能修正与最小心理空间相结合准则。 国家标准公布的有关人体数据是在裸体或穿单薄内衣的条件下测得的，测量时不穿鞋。而设计中所涉及的人体尺寸是在穿衣服、穿鞋甚至戴帽条件下的人体尺寸。因此，考虑有关人体尺寸时，必须给衣服、鞋、帽留下适当的余量。,功能修正量；

6、对姿势修正量的常用数据是；立姿时的身高、眼高减10mm；坐姿时 的坐高、眼高减44mm。,二、人的心理特性 （一）人的感觉与感官 、视觉 （）几种常见的视觉现象 ）暗适应与明适应能力。人眼对光亮度变化的顺应性，称为适应，适应有明适应和暗适应两种。暗适应是指人从光亮处进入黑暗处。 暗适应的过渡时间较长，约需要30min才能完全适应。明适应是指人从暗处进入亮处时能够看清视物的适应过程，这个过渡时间很短，约需1min。,人在明暗急剧变化的环境中工作，视力出现短暂的下降，若频繁出现这种情况，会产生视觉疲劳，容易发生事故。 ）眩光。当人的视野中有极强的亮度对比时，光源直射或光滑表面反射出的刺激或耀眼的强

7、烈光线，称为眩光。 眩光使人眼感到不舒服，可见度下降，并引起视力明显下降。,眩光造成的危害有；1、破坏暗适应，产生视觉后像。2、降低视网膜上的照度。3、减弱被观察物体与背景的对比度。4、观察物体时产生模糊感觉。,）视错觉 人在观察物体时，光线不仅使神经系统产生反应，而且由于视网膜受到光线的刺激，会在横截面上产生扩大范围的影响，使得视觉印象与物体的实际大小、形状存在差异，这种现象称为视错觉。 类型有形状错觉、色彩错觉、物体运动错觉。,（）视觉损伤与视觉疲劳 ）视觉损伤 在生产过程中，除切铁屑颗粒、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外，强光或有害光也会对眼睛伤害。眼睛能承

8、受的可见光的最大亮度值约为106cd/m,如超过此值，人眼视网膜就会受到损伤。300mm以下的短波紫外线可引起紫外线眼炎。 受红外线照射可引起白内障。,）视觉疲劳 人们长期从事近距离工作和精细作业，会引起眼睛局部疲劳和全身性疲劳。 （）视觉的运动规律 ）眼睛的水平运动比垂直运动快 ）视线运动的顺序习惯于从左到右，从上到下，顺时针进行。 ）对物体尺寸和比例的估计，水平方向比垂直方向正确、迅速，且不易疲劳。 ）当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相同的情况下，观察优先的顺序是左上、右下、左下、右下。,）在视线突然转移的过程中，约有的视线能看清目标，其余的视觉都是不真实的，所以在工作时，不应有突然转移视线

9、的要求 ）对于运动的目标，只有当角速度大于时，且双眼是焦点同时集中在同一个目标上时，才能鉴别出其运动状态。 ）人眼看一个目标要得到视觉印象，最短的注视时间为.，这与照明的亮度有关。人眼视觉的暂停时间平均需要.。,、听觉 听觉的功能主要在于分辨声音的高低和强弱，还可判断环境中声源的方向和远近等。 （）听觉特征 1）听觉绝对阈限 与频率和声压有关。 ）听觉绝对阈限；一般识别声音所需要的最短持续时间为2050ms。,）听觉的辨别阈限 人耳具有区分频率和不同强度声音的能量。 人耳对频率的感觉最灵敏，对强度的感觉次之。 ）辨别声音的方向和距离的能力。 能识别出声源的方向，往往会避免事故的发生。 距离每增

10、加一倍，声压级将减少6dB（A）。,（）听觉的掩蔽效应 当几种声强不同的声音传到人耳时只能听到最强的声音。较弱的声音听不到，即弱声被掩盖了。 一个声音由于其它声音的干扰而使人的听觉发生困难，只有提高该声音的强度才能使人产生听觉，这种现象称为听觉的掩蔽。,、人的感觉与反应 人们在操纵机械或观察识别事物时，从观察、识别、开始操纵到采取行动，存在一个感知和执行的时间过程，即存在一段反应时间。 （）反应时间（一般条件下反应时间约为0.10.5s） （）减少反应时间的途径 ）合理地选择感知类型（比较各类感觉的反应时间发现，听觉反应时间最短，约为0.10.2s，其次是触觉和视觉。,）适应人的生理、心理要求

11、 ）操作者操作技术的熟练程度直接影响反应速度，应通过训练来提高人的反应速度。,（二）人体的特征参数 、人体特性参数 （）静态参数 也称人体基本尺度 （）动态参数 （）生理学参数 包括人体耗氧量、心脏跳动频率、呼吸频率及人体表面积和体积等。 （）生物力学参数,、人体劳动强度参数 （）人体的能量代谢 ）人体能量代谢的测定方法 人体能量的产生和消耗称为能量代谢，测定方法有直接法和间接法两种。 目前一般采用间接法，基本原理是，能量代谢可通过人体的氧耗量反映出来， 能耗量通常以千卡（kcal）表示。氧耗量有两种表示方法，一种以每分钟所消耗的氧气的容积表示，即每分钟耗氧多少升（L/min）；另一种以人体千

12、克体重每分钟耗氧的氧气量表示cm3/ (kg.min,）能量代谢与能量代谢率 人体代谢所产生的能量等于消耗于体外做功的能量和在体内直接、间接转化为热的能量之和。 基础代谢；人体在基础条件下的能量代谢称为基础代谢。 安静代谢；是指作业或劳动开始之前，仅为保持身体各部位的平衡或某姿势条件下的能量代谢。安静代谢量应包括基础代谢量。 活动代谢；称为劳动代谢、作业代谢或工作代谢。 相对能量代谢率,）影响能量代谢的因素 影响人体作业的能量代谢因素很多，如作业类型、作业方法、作业姿势、作业速度等。 （）耗氧量 （）心率 （）人的劳动强度 ）国外的劳动强度分级 ）我国的劳动强度分级,）劳动强度指数 劳动强度指

13、数是区分体力劳动强度等级的指标，指数大反映劳动强度大，指数小反映劳动强度小。体力劳动强度按大小分为4级。,（三）疲劳 、疲劳的定义 疲劳分为肌肉疲劳和精神疲劳两种。 、疲劳产生的原因及消除途径 ）工作条件因素 劳动制度和生产组织不合理 机器设备和工具条件差，设计不良。 工作环境差。,）作业者本身的因素。 劳动效果不佳。 劳动内容单调。 劳动环境缺少安全感。 劳动技能不熟练。 劳动者本人的思维方式及行为方式导致的精神状态欠佳、人际关系不好，上下级关系紧张，以及家庭生活的不顺等都可以引起心理疲劳。,（）消除疲劳途径 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

14、手段克服单调乏味的作业；改变工作环境，科学地安排环境色彩、环境装饰及作业场所布局，保证合理的温度、充足的光照等。避免超负荷的体力或脑力劳动，合理安排时间，注意劳逸结合。,、疲劳的测定 （1）主观感觉调查表法 （2）分析电脑图 （3）测定频闪值 （4）智能测验 （5）精神测验 （6）连续拍摄人体动作的变化,4、单调作业与轮班作业 （1）单调作业 指内容单一、节奏较快、高度重复的作业。 1)单调作业的分类 z型作业(监视仪器仪表） y型作业（铆钉机打铆钉和锤煅铁） x型作业（流水线）,2）单调作业的特点 1、作业简单、变化少、刺激少、引不起兴趣； 2、受制约多，缺乏自主性，容易丧失工作热情； 3、

15、对作业者技能、学识等要求不高，易造成作业者情绪消极； 4、只有少量单项动作，周期短、频率高，易引起身体局部出现疲劳乃至心理厌烦。,3）单调作业引起疲劳的原因 单调作业千篇一律重复出现着刺激，使人的兴奋始终集中于局部区域，而其周围很快会产生拟制状态，并在大脑皮质中扩散，经过一段时间，便会出现疲劳现象。 4）避免作业单调的措施 培训多面手 工作延伸 操作再设计,显示作业终极目标 动态信息报告 推行消遣工作法 改善工作环境 （2）轮班作业 研究表明，夜班工作效率比白班约降低8%，夜班作业者的生理机能水平只有白班的70%，表现为体温、血压、脉搏降低，反应机能亦降低，从而使工作效率下降。凌晨34时工作错

16、误率最高。,三、人的心理特征 事故统计资料表明，由人的心理因素而引发的事故约占70%75%，或者更多。安全心理学的主要研究内容和范畴包括如下几个方面。 （一）能力 能力作为一种心理特征不是先天具有的，而是在一定素质基础上经过教育和实践锻炼逐步形成的。 影响能力的因素很多，主要有感觉、知觉、观察力、注意力、记忆力、思维现象力和操作能力等。,1、感觉、自觉和观察力 2、注意 3、记忆；特征有持久性、敏捷性、精确性、准确性。 4、思维；思维的基本形式是概括、判断和推理。思维的主要特征有广阔性、批判性、深刻性、灵活性、逻辑性和敏捷性等。 5、操作能力,（二）性格 性格是稳定的又有一定的可塑性，性格有优

17、劣好坏之分。 性格有千差万别，但就其主要形式，可归纳为冷静型、活泼型、急躁型、轻浮型和迟钝型等5种。 （三）气质 气质是一个人生来就有的心理活动的动力特征，气质类型没有好坏之分，气质对个人的成就不起决定作用。,（四）需要与动机 （动机是由需要产生的） （五）情绪与情感 情绪带有情景性，有一定情景引起，并随着情景改变而消失；情感具有稳定性和长期性。 在生产实践中常会出现2种不安全情绪； 1、急躁情绪 2、烦躁情绪,（六）意志 意志品质有积极的也有消极的，积极的品质表现为自觉性，果断性，自制性和坚韧性，消极的品质表现为盲目性，冲动性，脆弱性。,第九章 机械的特性,一、机械安全的定义及特性 （一）机

18、械安全定义 从安全人机学的角度考虑，机械安全是指机器在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，不致对操作者造成损伤或危害其健康的能力。,（二）机械安全特性 1、系统性 2、防护性 3、友善性（在设计中通过减少操作者的紧张和体力来提高安全性） 4、整体性 二、机械故障诊断技术 （一）机械设备状态监测及故障诊断模型 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。,（二）故障诊断的基本流程及实施步骤 包括诊断文档建立和诊断实施两大部分。 诊断实施过程是故障诊断的中心工作，它可以分为4个基本步骤； 1、信号检测 按不同的诊

19、断目的选择最能表征设备状态的信号，对该类信号进行全面检测，并将其汇集在一起，形成一个设备工作状态信号子集。,2、特征提取 将初始模式向量进行维数变化、形式变化，去掉冗余信息，提取故障特征，形成待检模式。（特征提取是检测正常数据去掉，提取不正常数据） 3、状态识别 将待检模式与样板（故障档案）对比，进行状态分类。 4、诊断决策 根据判别结果采取相应的对策。,（三）故障诊断技术 1、振动信号的监测与分析 振动信号一般用位移、速度或加速度传感器等来测量。 2、液压分析技术 目前应用较多的有光谱油液分析和铁谱油液分析两种。,3、温度监测及红外线监测技术 红外线测温的原理即利用红外线探测器将设备的红外辐

20、射转换成人们能识别的信号。 常用的探测仪器有红外测温仪、红外成像仪和红外摄影机等。 4、超声探伤技术 它常用来检查内部结构的裂纹、搭接、夹杂物、焊接不良的焊缝、锻造裂纹、腐蚀坑以及加工不适当的塑料压层等。,5、表面缺陷探伤技术 常见材料缺陷检测方法有磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等几种， 磁粉探伤可以探测工件表面缺陷或近表面缺陷。 渗透探伤在工件表面涂上显像剂可以显现出缺陷的形状和位置的鲜明图案。 涡流探伤可以检测表面缺陷。,三、机械的可靠性设计及维修性设计 （一）可靠性的定义及度量指标 1、可靠性的定义 指系统或产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。 注意；这里所规定的时间是广义

21、的，可以是时间，也可以用距离或循环次数等表示。,2、可靠性度量指标 （1）可靠度 可靠度是可靠性的量化指标，即系统或产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。 （2）故障率 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内发生故障的概率。 故障率（失效率）的常用单位为（1/106h),（3）平均寿命 观察值等于在使用寿命周期内的某段观察期间积累工作时间与发生故障次数之比。 （4）维修度 指维修产品发生故障后，在规定条件和规定时间内能修复的概率。 （5）有效度 狭义可靠度与维修度的综合称为有效度，也称为广义可靠度。 定义；对维修产品，在规定条件下使用，在规定维修条件下修理，在规

22、定时间内具有或维持其规定功能处于正常状态的概率为有有效度。,（二）维修性设计 1、维修及维修性 维修排除故障或缺陷所采取的一切措施。 维修性在规定条件和规定时间内，完成某种产品维修任务的难易程度。 2、产品结构的维修性设计 应考虑以下主要问题； （1）可达性 （2）零组部件的标准化与互换性 （3）维修人员的安全 3、可靠性设计与维修性设计的关系,第十章 人机作业环境,一、光环境 （一）光的度量 1、光通量(定义为单位时间内通过的光量）单位为流明（lm） 2、发光强度简称光强（单位坎徳拉，cd） 3、亮度（单位坎德拉每平方米cd/) 4、照明 (单位勒克司lx) （二）照明对作业的影响,1、照明

23、与疲劳 眼睛疲劳的自觉症状有眼球干涩、怕光、眼病视力模糊、眼充血等。 2、照明与事故 视觉疲劳是产生事故和影响工效的主要原因。,二、色彩环境 颜色的特性具有色调、明度、彩度三个基本特性。 （二）色彩对人的影响 色彩可以引起人的情绪性反应，也影响人的行为。 1、色彩对生理的影响 对引起眼睛疲劳而言，蓝、紫色最甚,红、櫈色次之，黄绿、绿、绿蓝等色调不易引起视觉疲劳且认读速度快、准确度高。,色彩对人体其它机能和生理过程也有影响。如；红色色调会使人的各种器官机能兴奋和不稳定，有促使血压升高及脉搏加快的作用；蓝色色调会拟制各种器官的兴奋使机能稳定 2、色彩对心理的影响,（1）色彩的冷暖感 （2）色彩的轻

24、重感 （3）色彩的尺度感 （4）色彩的距离感 （5）色彩的软硬感 （6）色彩的情绪感,三、微气候环境 （一）构成微气候的要素及相互联系 1、空气温度 人所感到的舒适温度应在（213）范围内。 允许温度通常是指基本上不影响人的工作效率、身心健康和安全的温度范围。其温度范围一般是舒适温度（35） 2、空气湿度 高温高湿时，人体散热更加困难；低温低湿下人会感到更加阴冷。一般情况下，相对湿度在30%70%时感到舒适。,3、气流速度 气流主要是在温度差形成的热压力作用下产生的。气流速度通常以米每秒表示。据测定，在室外的舒适温度范围内，一般气流速度为0.15m/s时，人即感到空气新鲜。在室内，即使温度适宜

25、，由于空气流动速度小，也会有沉闷感。,4、热辐射 有正辐射和负辐射之分； 热量从物体向人体辐射而使人体受热，称为正辐射。 热量从人体向物体辐射时，称为负辐射。,（二）人体对微气候环境的感受与评价 1、人体的热交换与平衡 （1）人体单位时间辐射热交换量，取决于热辐射强度、面积、服装热阻值、反射率、平均环境温度和皮肤温度等。 （2）人体单位时间对流热交换量，取决于气流速度、皮肤表面积、对流传热系数、服装热阻值、气温及皮肤温度等。 （3）人体单位时间蒸发热交换量，取决于皮肤表面积、服装热阻值、蒸发散热系数及相对湿度等。 （4）人体单位时间导热交换量取决于皮肤与物体温差和接触面积的大小及传导系数。,2

26、、人体对微气候环境的主观感觉 （1）舒适的温度 湿度越大，风速越小，舒适温度偏低；反之则偏高。 （2）舒适的湿度 舒适的湿度一般为40%60%。湿度在70%以上为高气湿，在30%以下为低气湿。 （3）舒适的风速 在工作人数不多的房间里，空气的最佳速度为0.3m/s；而在拥挤的房间里为0.4m/s。室内温度和湿度很高时，空气流速最好是12m/s。,3、微气候环境的综合评价 （1）有效温度（感觉温度） （2）不适指数 （3）三球温度指数 （4）卡他度 卡他温度计是一种测定气温、湿度和风速三者综合作用的仪器。卡他度一般用来评价劳动条件舒适程度。 卡他度分为干卡他度和湿卡他度两种。干卡他度包括对流和辐

27、射的散热效应。湿卡他度则包括对流、辐射和蒸发三者综合的散热效果。一般H值越大，散热条件越好。,（三）微气候环境对人体的影响 1、高温作业环境对人体的影响 （1）高温环境使人心 率和呼吸加快 （2）湿热环境对中枢神经系统具有抑制作用 （3）高温环境下，人的水分和盐分大量丧失 2、低温环境对人体的影响,第十一章 人机系统,一、人机信息及能量交换系统模型 二、人机功能分配 （一）人在人机系统中的主要功能 人在人机系统中主要有3种功能； 1、传感功能 2、信息处理功能 3、操纵功能,（二）人机特性比较 人优于机器的能力主要有；信号检测、图像识别、灵活性、随机应变、归纳、推理、判断、创造性等；机器优于人

28、的能力主要有反应和操作速度快、精度性高、输出功率大、耐久性强、重复性好、短期记忆、能同时完成多种操作、进行演绎推理以及能在恶劣环境下工作等。,（三）人机功能分配原则 人机功能合理分配的原则是；笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、规律性的、单调的、高价运算的、操作复杂的、环境条件差的工作、适合于机器来做。 研究、创造、决策、指令和程序的编排、检查、维修、故障处理及应付不测等工作，适合于人来承担。,三、人机系统可靠性计算 （一）系统中人的可靠度计算 1、人的基本可靠度 人在进行作业操作时的基本可靠度与 输入可靠度、判断可靠度、输出可靠度有关。 （1）连续作业 （2）间歇作业 2、人的作业

29、可靠度,（二）人机系统的可靠度计算 人机系统可靠度采用并联方法来提高。 1、两人监控人机系统的可靠度 （1）异常状况 相当于两人并联，可靠度比一人控制系统增大了。 （2）正常状况 相当于两人串联可靠度比一人控制的系统减少。,2、多人表决的 冗 余人机系统可靠度 3、控制器监控的 冗余人机系统可靠度 4、自动控制冗 余人机系统可靠度 四、人机系统可靠性设计基本原则 1、系统的整体可靠性原则 一般情况下，机器的可靠性高于人的可靠性，实现生产的机械化和自动化，就可将人从机器的危险环境中解脱出来，从根本上提高了人机系统可靠性。 2、高可靠性组成单元要素原则 3、具有安全系数的设计原则 设计的可靠性和有

30、关参数应具有一定的安全参数。,4、高可靠性方式原则 （1）系统“自动保险”装置 （2）系统“故障安全”结构 从系统控制的功能方面来看，故障安全结构有以下几种； 消极被动式。组成单元发生故障时，机器变为停止状态。 积极主动式。即使单元发生故障，机器也能运行到下次的定期检查。通常在产业系统中，大多为消极被动式结构。,5、标准化原则 6、高维修度原则 为便于检修故障，在发生故障时易于快速修复，同时考虑经济性和备用方便，应采用零件标准化、部件通用化、设备系列化的产品。 7、事先进行试验和进行评价的原则 8、预测和预防的原则 要事先对系统及其组成要素的可靠性和安全性进行预测。,9、人机工程学原理 10、技术经济性原则 11、审查原则 12、整理准备资料和交流信息原则 13、信息反馈原则 14、设立相应的组织机构。,