安全人机工程学(3.1)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 人的生理和心理及人体 生物力学特性,1.人,的生理特性,在现代化的人机系统中，人是主要因素，起着主导作用，应当首先加以研究。因此本章主要介绍三个方面的内容，即人的生理特性、心理特性和人的生物力学特性。研究人的目的，在于说明如何建立人与机器、环境之间的最相适应关系，为安全人机工程设计提供人体生理学和心理学等方面的依据。,人体是由各种器官组成的有机整体，各种器官具有各自的功能。从形态和功能上将机体划分为运动系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、循环系统、内分泌系统、感觉系统和神经系统共九个子系统。在人机系统中，人与机的沟通主要是通过神经系统、感觉系统和运动系统其它的六个系统起到辅助和支持作用。,一、神经系统,1.神经系统组成及其功能,神经系统由中枢神经和周围神经组成。,神经系统是整个机体的主导系统，全身各器官系统均在神经系统的统一控制和协调下，互相影响，互相协调，保证机体的整体统一及其与外界环境的相互平衡。在此过程中，首先借助感觉器官接受体内外的各种信息，经中枢神经系统整合，再经周围神经系统控制调节各系统的活动，从而使机体得以适应多变的外部环境，同时也调节内部环境相对平衡。,2.中枢神经系统,1）,脊髓：,是中枢神经系统的最低级部位，位于脊椎管内，其上端进入颅脑扩展成为脑的一部分延髓。其功能有二：其一是传导功能，将来自于躯干、四肢和大部分内脏信息传递给脑；其二是反射功能，完成一些简单的躯体反射和内脏反射。,2）脑：,是中枢神经系统的高级部位，由六部分组成：,延髓：,脊髓的延续，是食物反射（唾液分泌、咀嚼、吞咽等）和某些防御反射（咳、喷、呕等）的中枢，而且是呼吸和循环系统反射性自动调节中枢；故有“生命中枢”之称。,脑桥：,位于延髓上方，小脑腹侧，是联系小脑两半球上、下神经纤维的桥梁；脑桥参与或完成头面部肌肉的运动以及某些感觉的形成。,中脑：,位于脑桥上方，是视听运动的反射中枢。位于三者中央部位的一个广泛区域称为脑干网状结构，该结构存在着两个相互对立的调节系统激活系统和抑制系统。,间脑：,位于脑干上方，由丘脑和下丘脑组成。丘脑是大脑皮质下的低级感觉中枢，除嗅觉外，身体各部分的感觉冲动均传至丘脑，经丘脑更换神经元后传向大脑各高级感觉中枢；下丘脑是调节内脏活动和内分泌活动的较高级中枢，同时也参与某些情绪反映活动及昼夜周期性变化活动等。,小脑：维持身体平衡，调节与校正肌肉的紧张度和协调肌肉的运动。小脑受伤将造成肌肉动作抖动。,大脑：,表面覆盖灰质细胞层大脑皮质，神经细胞集团，是大脑皮质下的运动中枢。,3.周围神经系统,由脑和脊髓发出，其末梢分布于各器官和组织的神经系统。包括脊神经、脑神经和植物性神经。其功能有二：一是接受来自体内外的各种刺激并将其传导至中枢神经；其二是传递由中枢神经发出的指令并完成运动反应。,外界对人的各种刺激的反映表现为感知。,二、感觉和知觉,1.感觉,：,感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物的个别属性的反映；并不能反映客观事物的全貌。如颜色、气味、触觉等。,人的感觉器官接受内外环境的刺激，并将其转化为神经冲动，通过传入神经，将其传至大脑皮质感觉中枢，便产生了感觉。一切较高级的、复杂的心理活动如思维、情绪、意志等都是在感觉的基础上产生的。,“感觉是人类了解自身状态和认识客观世界的开端”。,感觉的基本特征,1）适宜刺激：,人体的各种感觉器官都有各自最敏感的刺激形式；这种刺激形式称为相应感觉器官的适宜刺激。,2）感觉阈限：,人的各种感觉器官感受能力的发展是不平衡的，而不同的职业又有各自不同方面的感受能力要求，且要产生感觉需要一定强度的刺激，低于此强度则不会产生感觉。刚刚能引起感觉的刺激量，称为绝对感觉阈限的下限；感觉出最小刺激量的能力称为绝对感受性；引起感觉所需要的刺激量越小，即绝对感觉阈限的下限越低，绝对感受性就越高，感觉就越敏锐，反之亦然。刚刚使感觉消失的最大刺激量称为绝对感觉阈限的上限。,3）对比：,同一感受器官接受两种完全不同但属于同一类刺激物的作用，而使感受性发生变化的现象。,4）适应：,感觉器官经连续刺激一段时间后，在刺激不变的情况下，感觉就会逐渐减少以至消失，产生适应现象，即敏感性降低；如嗅觉经连续刺激后不在发生兴奋作用，香而不香。“久而不分其臭”就是这种情况。,2.知觉,知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。也就是说，客观事物的各种属性分别作用于人的不同感觉器官，引起人的各种不同感觉，经大脑皮质联合区对来自不同感官的各种信息进行综合加工，于是就在人的大脑中产生了对客观事物的各种属性、各个部分及其相互关系的综合的、整体的映象，这就是知觉。,知觉的基本特征,1）知觉的整体性：,2）知觉的理解性：,3）知觉的恒常性：,4）知觉的选择性：,错觉：,在特定的条件下，人们对作用于感官的外界事物所产生的不正确的知觉。在人机系统中，错觉可能造成监测、判断和操作上的失误，甚至可能酿成事故。错觉产生的原因目前还不很清楚，但已被大量地利用来为工业设计服务。如颜色不同而造成同一物品轻重有别的错觉等。,3.感觉与知觉之间的关系,感觉和知觉是人对客观事物的两种不同水平的反映；,感觉是知觉的前提、基础和有机组成部分，知觉是在感觉的基础上产生的，对客观事物更高一级的认识；,感觉的性质较多地取决于刺激的性质；而知觉在很大程度上受到人的知识、经验、情绪、态度的因素的制约和影响。,因此，知觉不是对当前客观事物各种感觉的堆积，而是人们借助于已有的知识、经验对当前事物所提供的信息进行选取，理解和解释的过程，不同的人对同一事物产生不同的知觉就是这个缘故。,二、人的视觉及其特性,在人们认知世界的过程中，大约有80%90%的信息是通过视觉系统获得的，因此，视觉系统是人与外界相联系的最主要途径。,2.视觉器官与视觉过程,1）视觉器官,眼球是视觉器官的主要部分，谈包括眼球壁（感光装置）和析光装置（角膜、房水、晶状体和玻璃体）,1.视觉三要素：,可见光、视觉对象（反射物）、视觉器官（眼睛）。,人们得到视觉信息有两种途径：,直接获得信息：,间接获得信息：借助于各种视觉显示装置，如CRT屏幕、雷达、显微镜等。,2）视觉过程,视觉是由眼、视神经和视觉中枢共同完成，眼是视觉感受器官。来自物体的反射光首先经过瞳孔进入眼球，经析光装置到达视网膜，在视网膜上形成清晰的物像，由于视网膜中的视杆细胞和视锥细胞含有感光物质，在光刺激下，可发生光学变化，从而使光能转化为生物电能，引起神经细胞产生神经冲动，经由神经传导到视觉中枢，经大脑皮质的加工处理，便形成视觉映像。,眼睛可以见到的光称为可见光；其波长范围38078010,-9,m，小于38010,-9,m的光称为紫外光；大于78010,-9,m的光称为红外光。,3.视功能,视功能是视觉器官对客观事物识别能力的总称。,1）视角：,是被看目标物的两端点光线投入眼球时的交角。,眼睛能分辨被看目标物最近两点的视角称,临界视角,。视力下降，临界视角增大。,2）视力：,是眼睛分辨物体细节能力的一个生理尺度，用临界视角的倒数表示；即,用来评价眼睛分辨细小物体（清晰度）的标准。它随着照度、背景亮度以及对象与背景对比度（反差）的增加而增大；对产品尺寸大小和仪表刻度盘精度高低进行设计时，视力是必需要考虑的因素。为了提高视力，必须提高背景亮度或照度，或提高零部件与背景亮度的对比。,3）视野,：,（1）,一般视野：,是当人的头部和眼球固定不动时，人眼能察觉到的空间范围。,人眼的视野范围，在垂直面内，,最大固定视野,大约120，即视水平线上方50，下方70；,扩大视野,150。在水平面内，,最大固定视野,180，,扩大视野,190。,在垂直面内水平视线以下30和水平面内零线左右两侧各15的范围内获得的图象最清晰，为,最佳视野范围,。,在垂直面内水平视线以上25，以下35；在水平面内零线左右各35的视野范围为,有效视野范围,。,（2）色觉视野,由于不同的颜色对人眼的刺激不同，所以视野也不同。白色最大（130，180），黄色（95，120），兰色（80，100），红色（45，60），绿色（40，60）依次渐小。色觉视野和被看对象的颜色与背景衬色的对比有关。,4）视距,眼睛到被看对象的距离。视距是人在操作系统中正常的观察距离，观察各种显示装置时，视距过远或过近，都会影响认读速度和准确性。一般应根据观察目标的大小和形状以及工作要求确定距离。通常视距为5.6m时最为适宜。低于3.8m会引起目眩，超过7.6m细节看不清。同时观察时头部转动角度左、右45，上、下30。当视线转移时，约97%时间的视觉是不真实的，所以应避免在转移视线中进行观察。,5）对比感度,物体与背景有一定的对比度时，人眼才能看清其形状。人眼刚刚能辨别到物体时，背景（L,p,）与物体（L,0,）之间的最小亮度差称之为临界亮度差L,p,，临界亮度差与背景亮度之比叫做临界对比C,p,，临界对比的倒数称对比感度S,c,。,对比感度与照度、物体尺寸、视距和眼的适应情,况等有关。在理想条件下，视力好的人，其临界,对比约为0.01，也就是S,c,=100。,6）视觉适应,就是对光亮程度变化的适应性。它是人眼随视觉环境中光量的变化而使感受性发生变化的过程。有,暗适应,和,明适应,两种。,暗适应：,人由明亮的环境转入暗环境的过程。完全适应约需30min。,明适应：,人由暗的环境转入明亮环境的过程。完全适应约需1min左右。,视觉的明、暗适应特征，要求工作台面的亮度要均匀，避免阴影；否则眼睛需要频繁调节，不仅增加了眼睛的疲劳，而且易导致事故。,7）视错觉,人们观察外界物体形象和图形所得的印象与实际形状和图形不一致的现象。,8）视觉的运动规律,眼睛的水平运动比垂直运动快且不易疲劳；对水平方向尺寸和比例的估计比垂直方向准确；,视线习惯于从左到右、从上到下的顺时针方向运动；,当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的条件下，人眼的观察率依次为,左上限右上限左下限右下限,4.炫光,是指物体表面产生刺眼或耀眼的强烈光线。它使人视力下降，头晕目眩，造成不舒适的视觉条件，因此应尽量加以避免或限制。,两眼的运动总是协调的、同步的；对直线轮廓比对曲线轮廓更容易接受；,颜色对比与人眼辨色能力有一定的关系，从远处辨认前方多种不同颜色时，易于辨认的顺序依次为：,红绿黄白,；当两种颜色配在一起时，易于辨认的顺序依次为：,黄底黑字黑底白字蓝底白字白底黑字,等。,三、听觉,听觉是人类获得外界信息的重要途径之一，仅次于视觉而处于第二位。听觉在许多方面不同于视觉，听觉以在时间上连续为特征的，它趋于一种慢速的信息传递，没有视觉产生的那么直接，也不向视觉那样容易疲劳。因此一般做警告显示，通常与视觉信号连用，以提高显示装置的功能。,1,.,听觉器官和听觉过程,1）听觉器官：,耳（外耳、中耳和内耳三部分）,2）听觉过程：,听觉系统一般包括耳、传导神经和大脑听觉中枢。人的听觉过程在正常情况下，可认为有三个阶段：,将空气中的声波转变为机械震动；,将机械震动转变为液体波动；,将液体波动转变为神经冲动，经传导神经传递给大脑，这就是听觉过程。,如果听觉过程的某一个环节发生障碍，就会影响听力，造成不同程度的耳聋。一般双耳听阈高于,25dB(聋）,，超过,92dB,失听。,2）人耳可听声音的强度,听觉的灵敏程度可用听阈来衡量。听阈指在某频率下，仍能听到该纯音的最小声级的分贝数，也称听力。,人耳刚刚能能感觉到的最小声压，当频率为1000Hz时，大约是210,-5,Pa，这也是我们定义该声压所代表的声级为0dB，刚刚使人耳感到疼痛的声压叫做痛阈，20Pa，相当于120dB的声级。,3）方向敏感度,根据声音到达两耳的时间先后和响度差别可判断声源的方向。由于头部的掩蔽效应结果造成声音频谱的改变，靠近声源的那只耳朵听到完整声音的各频率部分，而到达较远的那只耳朵的声音则发生了“畸变”。,4）掩蔽效应,一个声音被另一个声音所掩盖的现象，称为掩蔽。一个声音的