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1、 密级：公开基于人因工程的汽车驾驶事故预防研究Research of Vehicle Driving Accident Prevetion BasedontheHuman Factor Engineering学 院： 机械工程学院专 业 班 级： 工业工程0902学 号： 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 2013年6月摘 要随着我国汽车保有量和汽车驾驶员的数量与日俱增，随之带来的是越来越多的交通安全问题，交通事故频发为许多家庭带来了极大的灾难与痛苦。由事故原因分析结果表明，由人的因素直接引起的交通事故约占事故总数的70%，综合考虑人与车辆和道路交通环境的两两作用或共同作用，90%-97%的
2、事故和人的因素有关。因此，本文试着从驾驶员本身以及能够影响驾驶员驾驶失误的环境因素方面来分析、预防交通事故的发生，主要内容如下：（1）本文在参阅有关人因工程学的研究和应用文献的基础上，阐述和归纳了人因工程学的基本概念及其研究的相关内容，如人机界面设计、工作环境改善等。（2）利用人因工程学的相关理论与知识，从人的生理、心理特以及人-车-道路交通环境系统方面对交通事故的原因进行了分析，提出了引发交通事故的影响因素。（3）从满足人的特性的角度出发，利用人因工程学的相关知识，对汽车的仪表盘、方向盘、座椅提出了人因设计，对汽车内的噪声、空气污染以及道路环境中的公路接入口、长陡下坡路段、公路隧道、路面损伤
3、、长直路段等不合理了地方提出了人因改善。另外还通过引入电子辅助设备对驾驶员的酒驾、超速驾驶 以及疲劳驾驶的行为进行提醒、约束，从而达到预防以及减少交通事故的发生。关键词：人因工程学；道路交通环境；驾驶失误；交通事故AbstractAlong With the increasing amount of car ownership and car driver in China, And brought a growing number of traffic safety issues, Frequent traffic accidents for many families brought gr
4、eat disaster and pain. Results show that from the analysis of the cause of the accident, Directly by the human factors accounted for about 70% of the total number of accidents caused by traffic accident, Comprehensive consideration of people and vehicles and road traffic environment or combination o
5、f the two function of 90% - 97% of the accidents Related to what human factors. Therefore, This article tried from the driver itself and environmental factors that can affect the driving errors to analysis and prevent the happening of the accident, The main contents are as follows:(1) In this paper
6、refer to the relevant people for engineering on the basis of the research and application of literature, Expounds and summarizes the basic concepts of human factors engineering and the research of the related content, Such as the man-machine interface design, working environment improvement, etc. (2
7、) related to the use of human factors engineering theory and knowledge, from the physiological, psychological and special person-vehicle-road traffic accidents in terms of environmental systems analysis of the reasons for the proposed influencing factors lead to accidents.(3) From the perspective of
8、 satisfying feature and use for engineering related knowledge, for the car dashboard and the steering wheel and seat are proposed for design, for The automobile inside noise, air pollution and road environment in highway access, long and steep downhill section, tunnel, road damage, such as long stra
9、ight sections that unreasonable place for improvement were put forward. Also through introduction of electronic auxiliary equipment for the drivers drunk driving, speeding and fatigue driving behavior to remind, constraints, so as to prevent and reduce traffic accidents.Keywords: human factors engin
10、eering; road traffic environment; driving mistakes; accident目录摘 要IAbstractII目录III第1章 绪论11.1本课题的研究背景与意义11.1.1研究背景11.1.2研究意义11.2国内外相关研究现状11.2.1国外研究现状21.2.2 国内研究现状31.3本论文的研究内容4第2章 人因工程学的基本理论与方法52.1人因工程学的定义及应用领域52.1.1人因工程学的定义52.1.2人因工程学的应用领域62.2人因工程学研究的相关内容72.2.1人的心理特性分析72.2.2人的生理特性分析82.2.3疲劳及其改善102.2.4
11、人体测量与应用132.2.5人机界面设计152.2.6工作环境及其改善17第3章 驾驶失误的影响因素分析193.1 基于驾驶员生理、心理特性的驾驶失误分析193.1.1基于驾驶员生理特性的驾驶失误分析193.1.2基于驾驶员心理特性的驾驶失误分析223.2驾驶失误中基于车辆的人因分析243.3基于路况环境的驾驶失误分析263.4 本章小结29第4章 基于人因工程的汽车驾驶事故预防304.1汽车部分的人因设计304.1.1仪表盘的人因设计304.1.2方向盘的人因设计354.1.3汽车驾驶座椅的抗疲劳设计384.1.3车内空气、噪声污染的防治404.2道路交通环境的人因改善414.3 电子设备对
12、疲劳及超速驾驶的预防454.4 本章小结46第5章 结论47参考文献48致 谢5051沈阳工业大学本科生毕业设计第1章 绪论1.1本课题的研究背景与意义1.1.1研究背景经济的高速发展带动了我国汽车产业的飞速发展，汽车保有量和驾驶员的数量也与日俱增，随之而来的是越来越多的交通安全问题。虽然近年来我国的交通事故率与死伤率均呈现下降局势，但与发达国家相比我国的交通安全问题依然严峻，事故总量比较大，万车死亡率比较高。事故原因分析结果表明，由人的因素直接引起的交通事故约占事故总数的70%。综合考虑人与车辆和道路交通环境的两两作用或共同作用，90%-97%的事故和人的因素有关1。因此，深入分析和研究道路
13、交通中的人因因素，探讨驾驶人的行为机制，寻求相应的改进措施，已成为减少汽车驾驶事故，改善交通安全严重状况的当务之急。这也正是本次课题的研究所在。1.1.2研究意义本课题研究的目的是通过应用人因工程学的相关理论与方法，分析影响驾驶员安全驾驶的内因与外因，从人、车、环境方面探讨交通事故的预防对策，为尽可能地减少交通事故数量提供一种科学的依据；同时为道路安全的研究提供一种新的视角和方法，为降低事故频数提供一些理论基础，其是主动预防交通事故的重要途径。1.2国内外相关研究现状人因工程学是一门交叉性应用学科，主要研究的是设计和改进人-机-环境系统，使系统获得较高的效率和效益，同时保证人的安全、健康和舒适
14、，注重整个系统的最优性。人作为人机系统中最活跃的因素，在人机系统的设计和改善中发挥重要的作用。1.2.1国外研究现状国外的人因工程学发展比较早，最初由1898年泰勒的铁铲实验中提出类似思想，直到吉尔布雷斯夫妇真正利用人因工程学理论进行动作研究，经历了很长的发展时间，人因工程学的研究与应用，直到1942年第二次世界大战结束时才逐渐从军事领域向工业等领域发展。1945年，在国家医药研究委员会和科学与工业研究部的支持下，英国诞生了人因工程职业。很多高校也开设了相关课程，建立相关的研究部门开展对人因工程的大力研究。随着人因工程学的不断发展和完善，研究领域不断的扩大，应用的范围也越来越广，而且向高科技领
15、域发展。 在国外，人因工程学的相关知识也广泛应用于汽车驾驶事故预防研究当中，其主要从汽车主被动安全、人的驾驶可靠性和环境对人作业可靠性的影响三个方面进行分析。早在1949年，英国伦敦大学的Smeed R.J.教授根据欧洲20个国家10余年的交通事故数据，对事故频数与汽车及人口数量进行了回归分析，并建立了斯密德模型2。1976年，Naatamn和Summala提出了风险阈模型，人为驾驶员存在一种控制机制，驾驶员依靠其机制使主观风险度、知觉风险度与实际风险度之间保持稳定的平衡。同年，他们依据驾驶员生理机能的测试，意识到驾驶疲劳与睡眠也有关系3。1994年，Ranney发表的有关驾驶行为与失误的综述
16、性论文中，对该领域近20年的成果进行了评述，指出应研究包括人、车、路三者在内的驾驶员行为模式，以便对驾驶失误进行深入研究4。2005年，台湾大学的Liang S.F根据模拟试验时驾驶员的EEG的能量谱变化情况，监测驾驶员的驾驶行为(包括车道保持、跟车等)，运用三种数学方法(相关性分析方法、主成分分析方法以及线性回归分析方法)建立了评估驾驶员疲劳状态的模型5。2006年，Stephen H. Fairclough等对考试焦虑对驾驶性能的影响进行了研究，通过生理心理学(心率)和主观的自我测量(总结自己的焦虑状态这一特质)来进行焦虑测量6。2008年，M. Sommer等测量驾驶相关能力特性，反应速
17、度、感知速度、选择注意、分散注意、注意力恢复和反应速度、流动智力和驾驶相关的个性特征，如主观承受风险水平、刺激寻求、社会责任感、自我控制能力和情绪稳定性，并指出心理计量测验和标准驾驶测试之间有更复杂的关系7。1.2.2 国内研究现状人因工程学在我国的起步较晚，早期研究主题包括人体计测、工作环境测定、中文计算机键盘设计、讯息显示设计、运动鞋生物力学、控制面盘等。人因工程在国内之发展趋势经国科会工业工程学门规划，拟出研究重点为人体测计、生物力学、工作生理、人机系统、人员绩效与可靠度、人类讯息处理与决策行为安全与卫生、产品与环境设计、视觉与色彩等九项。目前国内人因工程的研究主要由国科会、劳委会劳研所
18、赞助，其它相关政府机构如原能会、核研所、台电、交通部运研所等亦相当支持人因工程的研究；产业在这方面的需求也日渐增多，因此人因工程未来发展趋势，除理论研究外，也应着重配合产业之应用研究。在交通领域，我国学者从 1990 年左右开始探讨驾驶员的生理和心理特征与交通事故的关系，比较了事故和非事故驾驶员在信息处理能力，反应能力，视觉以及注意力方面的差别8。1995年，王生昌对驾驶员动作反映特性与交通事故的相关性关系予以了研究，结果表明事故组与非事故组驾驶员的反应时间与运动时间的平均参数有显著差异，且反应时间和运动时间与交通事故倾向性成正相关9。1996年，刘浩学、李春明从人的基本可靠性理论出发，应用信
19、息加工理论的观点，分析了在汽车运行的动态环境中影响驾驶员安全可靠性的有关因素：（1）驾驶员生理、心理素质；（2）驾驶员操作技能水平；（3）车辆运行时间；（4）环境因素；（5）干扰因素。并指出了提高汽车职业驾驶员安全可靠性的途径10。1999-2000年，文献11-13分别对驾驶员的暗适应、动视力和动视野进行了测试分析，论证了非事故组及事故组在以上所述因素方面的区别，而且得出了反应时间与动视力负相关的关系。在21世纪早期，研究者开始关注驾驶员的心理特性（psychological traits），探讨了个性（personality traits），性格类型（temperament types），
20、心理压力（psychological stress）以及情绪（mood）等因素对驾驶员行为的影响14。在2002年，国内学者开始从驾驶员失误和道路设计两个方面研究交通事故的特点和成因，并有大量研究分析了疲劳驾驶的成因以及对交通事故的影响。2005年，刘西刚等则从影响驾驶员可靠性的生理、心理、环境、驾驶技术因素方面提取了 11个因子，将驾驶员的可靠性分为极不可靠到极可靠五个等级，利用专家主观打分法对11个因子进行权重分配，从而建立基于混合动力越野车的驾驶员可靠性评价模型15。2007年，沈阳师范大学的侯雪艳采用调查问卷法，通过对驾驶员个性特质、态度和驾驶行为之间关系的探讨，揭示出个性特质、态度对
21、驾驶行为直接和间接的预测作用 16。2009年，西南交通大学的路勇从系统论、心理学、交通工程学、行为组织学、安全工程学等多种学科和技术角度对攻击性驾驶行为进行了深入研究，建立了攻击性驾驶行为的基本理论框架17。2009年，杨德明等通过介绍并分析影响司机职乘驾驶安全可靠性的动视野、动视力、暗适应、听觉以及手足操作可靠度等驾驶员生理指标因素，在感知-判断-操作驾驶行为链的基础上，提出利用MAS模型对单司机职乘的安全可靠性进行分析18。1.3本论文的研究内容本论文将在国内外以往研究的基础之上，以人因工程学19, 20为基础，结合系统工程等学科的相关知识，分析行车过程中人的因素对汽车驾驶安全的影响，然
22、后对交通事故的发生及其预防进行研究。研究内容如下：（1）查阅国内外相关文献，了解国内外人因工程学的应用与发展概况，掌握人因工程学的相关理论与方法。学习人因工程学知识，并在实际问题的解决过程中，综合其他学科知识，建立完善的知识体系。了解人因工程学的发展趋势，关注相关方面的知识理论。（2）应用人因工程学的理论与方法，以实现人、车、环境之间的最佳匹配为目的，从人、车以及道路交通环境方面去分析行车过程中影响驾驶员安全驾驶的各种因素及其存在的问题。（3）针对存在的各种问题，应用人因工程学方面的方法：如作业空间设计，人机界面设计和人体测量等，结合相关学科知识提出基于工效学的改善方案与优化方案，对改善方案进
23、行评价。（4）通过实例分析，说明人因工程学在汽车驾驶事故预防研究中的实用性以及重要性。第2章 人因工程学的基本理论与方法2.1人因工程学的定义及应用领域2.1.1人因工程学的定义人因工程学是研究人-机-环境三者之间的相互关系的学科，是近几十年发展起来的一门边缘性应用学科。它在发展过程中有机地融合了心理学、生理学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和成果，形成自身的理论体系、研究方法、标准和规范并应用于设计和改进人-机-环境系统，使系统获得较高的效率和效益，同时保证人的安全、健康和舒适。目前，该学科在国内外还没有统一的名称，除人因工程学外，还称之为人类工程学、人
24、因工程学、人体工程学、人类工效学等。由于该学科在各国的发展过程不同，实际应用的侧重点不同，所以各国学者所概括的定义也不尽相同。国际人类工效学学会将其定义为：研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究在工作中、生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题。中国企业管理百科全书将其定义为：研究人、机器、环境的相互作用及其合理结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等待征，达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的。总之，人因工程学就是按照人的特性设计和改进人-机-环境系统的科学。为了实现人、机、环境之间的最佳匹配，人因工
25、程学把人的工作优化问题作为追求的重要目标。其标志是位处于不同条件下的人能高效、安全、健康、舒适地工作和生活。高效，是指工作高效率与高质量的统一，对企业而言，高效的生产或作业，产出多、质量好、成本低，在市场中有更大的竞争力；安全，是指减少或消除差错和事故，在高效的同时确保安全可靠；健康，是指限制或消除有害于人健康的环境因素，改进工作条件和方法；舒适，是指作业者对工作有满意感或舒适感，它也关系到工作效率和安全，是对工作优化的更高要求。但实际上同时实现这四方面的要求是很困难的，在实际工作中、应根据不同情况，在首先执行好有关人因工程学标准前提下，允许有轻重之别。随着社会的进步，人的价值日益受到尊重，安
26、全、健康、舒适这些有关“以人为本”的因素必将在工作系统设计和评价中具有更重要的意义。2.1.2人因工程学的应用领域人因工程学的应用领域非常广泛的，用表2-1为人因工程学在各个应用领域里的示例。表2-1 人因工程应用领域表应用领域对象示例机具机械机床、汽车、火车、飞机、宇宙飞船、船舶、起重机、农用机械、家用电器、摩托车、自行车、检票机、售货机、仪器仪表、医疗器械器具电话、电传、办公软件、家具、清扫工具、卫生用具、厨房用具、防护用具、文具、玩具、书刊、广告媒体、标志、标牌、包装用品、说明书等。设备与设施工厂、车间、成套设备、监控中心、军事系统、机场、码头、车站、铁路系统、城市设施、住宅设施、场馆等
27、。被服服装、鞋、帽、被物、工作服、安全帽、工作靴等。作业作业条件作业方法作业量作业姿势工具选择与放置生产作业、服务作业、驾驶作业、检验作业、监视作业、维修作业、计算机操作、办公室作业、体力作业、技能作业、脑力作业、危险作业、女工作业等。环境照明温度湿度噪声颜色空气污染物等工厂、车间、监控中心、计算室、操纵室、驾驶室、办公室、船舱、机舱、医院、学校、商店等公共场所。管理人与组织设备信息技术职能模式等经营流程再造、生产与服务过程优化、管理运作模式、决策行为模式、管理信息系统、人事制度、激励机制、人员选拔与培训、安全管理、技术创新等。2.2人因工程学研究的相关内容人因工程学研究的内容非常广泛，根本方
28、向都是通过揭示人-机-环境之间相互关系的规律，以达到确保人-机-环境系统总体的最优化。人的生理、心理特性和能力限度，是人-机-环境系统优化的基础。人因工程学从学科研究对象和追求的目标出发，系统地研究人体特性，为制定有关标准提供科学依据，使设计的工作系统及机器、作业、环境都更好地适应于人，创造高效、安全、健康和舒适的工作条件。由于本论文所涉及的研究方向主要是交通事故预防方面，因此本部分只介绍与所研究问题相关的内容。如人的生理与心理特性，人体测量与应用、人机界面设计以及工作环境极其改善等。2.2.1人的心理特性分析从事同一项工作的人，由于心理因素不同，工作效率就会有明显的差异，精神状态好的人工作效
29、率就会高，反之则效率低，并且会出现差错和事故。从安全人因工程的视角出发，人的心理因素包括以下五个方面。（1）性格。是指一个人生活过程中所形成的对现实比较稳定的态度和与之相适应的习惯行为方式。性格是一个人个性中最重要最显著的心理特征，也是一个人区别于他人的主要差异标志。（2）能力。是指那些直接影响活动效率，使活动顺利完成的个性心理特征。可分为一般能力和特殊能力。一般能力包括观察力、记忆力、注意力、思维能力、感觉能力和想象力等。一般能力和认知活动密切联系就形成了通常所说的智力。特殊能力是指在特殊活动范围内发生作用的能力，如操作能力、节奏感、对颜色的鉴别力等。一般能力中的记忆力、注意力以及思维能力是
30、对人的行为可靠性影响最为重要的部分；而特殊能力如操作能力、节奏感则是人的专业能力，对提高生产效率和减少操作的失误率有着重要的作用。（3）动机。动机是一种内部的心理过程，也是一种心理状态。这种心理状态称为激励，即指由于需要、愿望、兴趣和情感等内外刺激的作用，而引起的一种持续的兴奋状态，可以利用它作为促进行为的一种手段。人们对工作所持的动机是多种多样的，它会影响工作效率和态度。（4）情绪。情绪是人对客观现实的一种特殊反应形式，是人对客观事物是否符合人的需要而产生的态度。按情绪的体验可分为心境、激情和应激三种。应激是人与外界进行信息交互的过程。（5）意志。是人自觉地确定目的，并支配和调节行为，克服困
31、难以实现目的的心理过程。意志在一个人的性格特征中有十分重要的地位，性格的坚强与懦弱等常以意志特征为转移。良好的意志特征包括坚定的目的性、自觉性、果断性、坚韧性和自制性。2.2.2人的生理特性分析（1）人的视觉特性分析1）视觉。视觉是通过视觉系统的外周感觉器官（眼）接受外界环境中一定波长范围内的电磁波刺激，经中枢有关部分进行编码加工和分析后获得的主观感觉。视觉是所有感觉中神经数量最多的感觉器，其优点是：可在短时间内获取大量信息；可利用颜色和形状传递性质不同的信息；对信息敏感，反应速度快；感觉范围广，分辨率高；不容易残留以前刺激的影响。但也存在容易发生错视、错觉和容易疲劳等缺点。人所感知的外界信息
32、有95%来自视觉。2）人眼的构造。人眼的构造相当于一架摄像机或照相机。前面，是由角膜、晶状体、前房后房、玻璃体所共同组成的具备镜头功能的组合，把物体发出的光线聚焦到后面的相当于胶卷的用于检测光线的视网膜上。视网膜上有两种感光细胞，一种叫做视锥细胞，另一种叫做视杆细胞，均以它们外表的形状命名。一只眼睛里面大约分别有7百万视锥细胞和1亿两千万视杆细胞21。视锥细胞是像一个玉米的锥形，尖向外，只对较强的光敏感，至少有分别感觉红、绿、蓝三种颜色的视锥细胞存在，因此能够感知颜色；视杆细胞只有一种，因此没有颜色感觉，但灵敏度非常高，可以看到非常暗的物体。视锥细胞在黄斑里面非常集中，尤其是在中央凹里面最为密
33、集，是产生最清晰视觉的地方。视杆细胞恰好在黄斑里面最少，除此之外分布的比较均匀，距离中心1020度的范围内相对集中些。3）眼睛的运动特性。眼睛上下、左右方向的运动是三对肌肉共同作用的结果，这样使两个眼球的运动非常协调，他们总是向同一方向转动。眼球转动超过一定范围时，需要靠头部的转动来扩大视野。根据人机工程学研究资料，头部转动时，其转动中心在左右眼连线中垂线的后方 98.6mm 处。左右两眼有效瞳孔距为 65mm。对于眼睛和头部的转动范围，按舒适与否可分为两种：自然转动范围和勉强转动范围。在自然转动范围内，转动眼睛或头部时，无勉强或不适感；而在勉强转动范围内则感到不适或疲劳，眼睛和头部的转动范围
34、如表2-2，眼睛和头部的垂直转动具体位置见图 2-1。表2-2 眼睛和头部的转动范围表转动方向眼睛转动范围头部转动范围自然勉强自然勉强水平方向（左右）各15各30各45各60垂直方向（上下）各15向上45向下65各30各50图 2-1 眼睛和头部垂直转动示意图4）视错觉。是指观察注意对象所得到的印象与实际注意对象之间出现差异的现象。视错觉由人的生理心理特征决定。 如长短错觉、距离错觉、速度错觉、横竖错觉、方位错觉、对比错觉。（2）人的听觉特性分析听觉是仅次于视觉的能影响到人的最重要的感知觉，其适宜的刺激是声音，声波使空气振动产生的疏密波会对人耳形成适宜的刺激，进而产生听觉。人耳能感受到在 20
35、Hz-20KHz 之间的声波振动，这是人耳所能感知的一般范围，其间的每一个频率都会存在一个最小振动强度，恰好能够产生听觉效应。图2-2描述了人耳在接受不同振动频率和强度声音时的听觉感受范围，其中最下方曲线表示不同频率振动的闻（听）阈曲线，即人耳所能听到的最低声音。当振动强度在闻阈曲线以上不断增加时，听觉的感知程度也会随之增强；但当振动强度增大至一定限度时，它不仅产生了听觉，同时使鼓膜产生刺痛感，这个限度被称为痛阈，即图中最上方的曲线，而闻阈和痛阈这两条曲线所包含的面积称为听域22。人耳所能接收到的一切声音，其频率及强度坐标须在听域范围内体现出来。由人的听力范围图可以看出，人耳最敏感的频率是在1
36、000Hz-3000Hz 之间；而日常语言的频率较此略低，语音的强度则在闻阈和痛阈之间的中等强度处。图2-2 听觉范围2.2.3疲劳及其改善（1）疲劳的定义疲劳是指在劳动过程中，劳动者由于生理和心理状态的变化，产生某一个或某些器官及至整个机体力量自然衰竭的现象。它是一种主观不适感觉，但客观上会在同等条件下，失去其完成原来所从事的正常活动或工作能力。疲劳分为体力疲劳（或称肌肉疲劳）和脑力疲劳（或称精神疲劳）两种23。1）体力疲劳。体力疲劳是指劳动者在劳动过程中，出现的劳动机能衰退，作业能力下降，有时伴有疲倦感等自觉症状的现象。体力疲劳根据身体使用部位可分为局部疲劳和全身疲劳。根据活动时间长短和活
37、动强度的高低，可分为短时间剧烈活动后产生的疲劳和长时间中等强度作业后产生的疲劳，后一种疲劳在人机系统中比较普遍。体力疲劳是随工作过程的推进逐渐产生和发展的。2）脑力疲劳。即用脑过度，大脑神经活动处于抑制状态的现象。脑力疲劳与中枢神经活动有关，它是一种懒惰的、不想再做任何动作的感觉，意味着身体迫切需要休息。如单调作业虽，然不需要消耗大量的体力，但千篇一律重复出现的刺激，使人的兴奋始终集中于局部区域，而其周围很快会产生抑制状态，并在大脑皮质中扩散，经过一段时间就会出现疲劳现象。按照疲劳的积累状况，工作过程一般分为四个阶段：工作适应期、最佳工作期、疲劳期、 疲劳过度积累期22。疲劳的积累过程可用“容
38、器”模型来说明，图2-3为“容器”模型示意图。生理心理工作强度、工作持续时间等身体素质：耐力、力量、健康等环境条件：照明、气候、温度等工作节奏：单调、重复、枯燥等营养、睡眠等疲劳恢复图2-3 “容器”模型示意图从图中可以看到，操作者的疲劳受很多因素影响，最典型的是以下五个方面：劳动强度与工作持续时间。劳动强度是决定疲劳出现时间以及疲劳积累程度的主要因素。作业环境条件。环境条件包括许多方面，如照明，噪声、振动、微气候、空气污染、色彩布置等。 劳动制度和生产组织方式。不合理的劳动制度和生产组织方式不利于人体保持最佳工作能力。身体素质。不同的作业者身体素质不同 。营养、睡眠等。营养和睡眠是影响操作者
39、疲劳状况的另一类因素，生活条件差，营养不良，长期睡眠不足的个体，其工作能力受到明显的影响，容易产生疲劳。其他作业者本身的因素，如熟练程度、操作技巧、对工作的适应性、年龄以及劳动情绪等影响因素也都会带来生理疲劳。（2）疲劳的一般规律 疲劳可以通过休息恢复、疲劳有累积效应、疲劳程度与生理周期有关、人对疲劳有一定的适应能力。（3）疲劳对人的影响 劳动者在连续工作一段时间后，由于长时期的紧张的脑力或体力活动导致整个身体的机能降低，从而导致思维的判断力和动作的灵敏性降低，使作业效率下降。长期疲劳还容易引发事故，造成身体和精神健康问题24。（4）降低疲劳的途径1）合理设计工作环境。工作环境包括：照明、色彩
40、、噪声、振动、微气候条件、粉尘及有害气体等。2） 改进设备和工具。采用先进的生产技术和工艺，提高设备的机械化、自动化水平，是提高劳动生产率，减轻劳动强度，彻底改善劳动条件的根本措施。 工具和辅助设备的改进，可以减少静态作业，减轻劳动强度，提高工作效率。3）改进工作方法：采用合适的工作姿势。需要设计合理的工作场地和工作位置，研究合理的工作姿势。设备、工具的安置要合理；采用经济作业速度。经济速度，就是进行某项作业时消耗最小能量的作业速度。在这个速度下，作业者不易疲劳，持续工作时间最长；选择最佳的作业方法。操作者作业过程中的用力原则是：将力作用到完成某种动作的有用功上去。这样可以延缓疲劳的到来或者在
41、某种程度上减少疲劳。4）合理确定休息时间和休息方式，以便减少疲劳和加快疲劳后的身体恢复。2.2.4人体测量与应用人体测量是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用以研究人的形态特征，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。人因工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类，即人体构造尺寸和功能尺寸的测量数据。人体构造尺寸是指静态尺寸；人体功能上的尺寸是指动态尺寸，包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量的尺寸25。（1）我国成年人人体结构尺寸 我国1989年7月1日实施的GBl0000-88，中国成年人人体尺寸，适用于工业产品、建筑设计、军事工业以及工业的技术改
42、造、设备更新和劳动安全保护。该标准提供了7类共47项人体尺寸基础数据，标准中所列出的数据是代表从事工业生产的法定中国成年人（男1860岁，女1855岁）的人体尺寸，并按男、女分开列表。1）人体主要尺寸。国标GBl0000-88给出身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长共6项人体主要尺寸数据，表2-2为我国成年人人体主要尺寸。2）立姿人体尺寸。该标准中提供的成年人立姿人体尺寸有：眼高、肩高、肘高、手功能高、胫骨点高。3）坐姿人体尺寸。标准中成年人坐姿人体尺寸包括：坐高、坐姿颈椎点高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢长共11项。4）人体水平
43、尺寸。标准中提供的人体水平尺寸是指：胸宽、胸厚、肩宽、最大肩宽、臀宽、坐姿臀宽、坐姿两肘间宽、胸围、腰围、臀围共10项。5）选用GBl0000-88中所列人体尺寸数据时，应注意以下两点：表列数值均为裸体测量的结果，在用于设计时，应根据各地区不同的着衣量而增加余量。立姿时要求自然挺胸直立，坐姿时要求端坐。如果用于其他立、坐姿的设计(例如放松的坐姿)，要进行适当的修正。表2-2我国成年人人体主要尺寸男(1860岁)女(1855岁)百分位数5509555095（续表2-2）身高158316781775148415701659体重485975425266上臂长289313338262284302前臂长
44、216237258193213234大腿长428465505402438476小腿长338369403313344375（2）人体测量数据的应用1）人体测量中的主要统计指标在人体测量中所得到的测量值都是离散的随机变量，因而可根据概率论与数理统计理论对测量数据进行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统计规律和特征参数。2）百分位数在设计中，当需要得到任一百分位的数值时 ，则可按下式进行计算：（2-1）K为百分比变换系数，见表2-3：表2-3百分比与变换系数K百分比（%）K百分比（%）K百分比（%）K0.52.5762.50.674901.2821.02.326300.524951.9602.51.9
45、60500.00097.52.32651.654700.52499.02.576101.282750.674151.036800.842200.842851.036（3）人体测量数据的运用准则 最大最小准则 可调性准则 平均性准则 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 姿势与身材相关联准则 合理选择百分位和适用度准则2.2.5人机界面设计在人机系统中，存在着一个人与机相互作用的“面”，所有的人机信息交流都发生在这个界面上，通常称为人机界面26。人机界面的设计主要是指显示器、控制器以及它们之间的关系的设计，应使人机界面符合人机信息交流的规律和特性。由于机器的物理要素
46、具有行为意义上的刺激性质，必然存在最有利于人的反应刺激形式，所以，人机界面设计的依据始终都是系统中的人。（1）显示界面设计机器和设备中，专门用来向人表达机器和设备的性能参数、运转状态、工作指令以及其他信息的界面，称为显示界面。根据人接受信息的感觉通道不同，可以将显示界面分为视觉显示界面、听觉显示界面和触觉显示界面。其中视觉和听觉显示界面应用最为广泛。由于人对突然发生的声音具有特殊的反映能力，所以听觉显示器作为紧急情况下的报警装置，比视觉显示器更具有优越性。触觉显示是利用人的皮肤受到触压或运动刺激后产生感觉向人传递信息的一种方式。视觉显示界面可以分为数量型、性状型、再显型、警报与信号等几种。（2）控制界面设计控制界面主要指各种操纵装置，包括手动操纵装置和脚动操纵装置。手动操纵装置中，按照运动方式又可分为旋转式操纵器，如旋钮、摇柄等；移动式操纵器，如按钮、操纵杆、手柄等。按压式操纵器，如各种按钮、按键等。在设计控制界面前必须分析：控制界面的功能；控制操作的要求；控制过程中的人机交互；作业者的负荷（脑力、体力）。（3）显控协调设计显控协调性是指控制和协调的关系与人的期望的一致性27。显控协调设计应根据人机工程学原理和人的习惯定式等心理、生理特点，并遵循以下原则28：1）空间协调性 空间协调性是指显示与控制在空间位置上