2014年安全工程師《生產(chǎn)技術(shù)》考點:機械行業(yè)安全概要(10)

　　第八節(jié) 人的特性

　　一、人體測量

　　為了使各種與人有關的機械、設備、產(chǎn)品等能夠在安全的前提下高效工作.就須實現(xiàn)人――機的最優(yōu)結(jié)合，井使人在使用時處于安全、舒適的狀態(tài)和無害、宜人的環(huán)境之中;現(xiàn)代設計就必須充分考慮人體的各種人機學參數(shù)。

　　(一)人體尺寸測量基礎

　　人體測量所涉及的是一個特定的群體而非個人。因而選擇樣本必須考慮代表性的群體，測量的結(jié)果要經(jīng)過數(shù)理統(tǒng)計處理，以反映陔群體的形態(tài)特征與差異程度。人體測量是通過測量人體各部位尺寸來確定個體之間和群體之間在人體尺寸上的差別，用必研究人的形態(tài)特征，從而為各種安全設計、工業(yè)設計和工程設計提供人體測量數(shù)據(jù)。

　　1.被測者姿勢

　　(1)直立姿勢。被測者挺胸直立，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向體側(cè)，手指輕貼大腿側(cè)面，膝部自然伸直，左、右足后跟并攏，前端分開，使兩足大致成45°夾角，體重均勻分布于兩足。

　　(2)坐姿。被測者挺胸坐在被調(diào)節(jié)至腓骨頭高度的平面上.頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，左右大腿大致平行，膝彎曲大致成直角，足平放在地面上，手放在大腿上。

　　2測量基準面

　　人體測量基準面的定位是由三個互相垂直的軸(鉛垂軸，縱軸和橫軸)來決定的。

　　(1)矢狀面。按前后方向?qū)⑷梭w縱切為左、右兩部分的所有斷面，都可稱為矢狀面。

　　(2)正中矢狀面。將人體分為左、右對等的兩半的斷面稱作正中矢狀面。

　　(3)冠狀面。通過鉛垂軸和橫軸的平面及與其平行的所有平面都稱為冠狀面。

　　(4)水平面。與矢狀面及冠狀面同時垂直的所有平面都稱為水平面。水平面將人體分成上、下兩部分。

　　(5)眼耳平面。通過左、右耳屏點及眼眶下點的水平面稱為眼耳平面或法蘭克福平面。

　　3測量方向

　　(1)在人體上、下方向上，將上方稱為頭側(cè)端。將下方稱為足側(cè)端。

　　(2)在人體左、右方向上，將靠近正中矢狀面的方向稱為內(nèi)側(cè)，將遠離正中矢狀面的方向稱為外側(cè)。

　　(3)在四肢上，將靠近四肢附著部位的稱為近位，將遠離四肢附著部位的稱為遠位。

　　(4)對于上肢，將撓骨側(cè)稱為撓側(cè)，將尺骨側(cè)稱為尺側(cè)。

　　(5)對于下肢，將脛骨側(cè)稱為脛側(cè)，將腓骨側(cè)稱為腓側(cè)。

　　4支承面和衣著

　　立姿時站立的地面或平臺以及坐姿時的椅平面應是水平的、穩(wěn)固的、不可壓縮的。要求被測量者裸體或穿著盡量少的內(nèi)衣(例如只穿內(nèi)褲和汗背心)測量.在后者情況下在測量胸圍時，男性應撩起汗背心，女性應松開胸罩后進行測量。

　　5人體測量的主要儀器

　　在人體尺寸參數(shù)的測量中，所采用的人體測量儀器有：人體測高儀、人體測量用直腳規(guī)、人體測量用彎腳規(guī)、人體測量用三腳平行規(guī)、坐高椅、量足儀、角度計、軟卷尺以及醫(yī)用磅秤等。我國對人體尺寸測量專用儀器已制定了標準，而通用的人體測量儀器可采用一般的人體生理測量的有關儀器。

　　(1)人體測高儀。主要是用來測量身高、坐高、立姿和坐姿的眼高以及伸手向上所及的高度等立姿和坐姿的人體各部位高度尺寸。

　　(2)人體測量用直腳規(guī)。主要是用來測量兩點間的直線距離，特別適宜測量距離較短的不規(guī)則部位的寬度或直徑，如測量耳、臉、手、足等部位的尺寸。

　　(3)人體測量用彎腳規(guī)。常常用于不能直接以直尺測量的兩點間距離的測量，如測量肩寬、胸厚等部位的尺寸。

　　(二)靜態(tài)測量

　　1.靜態(tài)測量方法

　　人體尺寸的靜態(tài)測量屬于傳統(tǒng)的測量方法，用途根廣。靜態(tài)人體測量可采取不同的姿勢，主要有立姿、坐姿、跪姿和臥姿等幾種。制作衣服時人體尺寸的測量是常見的人體靜態(tài)測量的方法，這種測量是在被測量者靜態(tài)地站著或坐著的姿勢下進行的。靜態(tài)測量數(shù)據(jù)是動態(tài)測量的基礎，是設計人機系統(tǒng)不可缺少的參數(shù)。

　　人體測量的數(shù)據(jù)是指人體不同部位的尺寸，在設計不同的設備或產(chǎn)品時，會涉及到人體不同部位的尺寸。不同的人給出的人體測量的定義可能略有出人。

　　2.影響人體測量數(shù)據(jù)的因素

　　(1)民族因素。

　　(2)性別、年齡因素。統(tǒng)計資料顯示，男性的平均身高比女性高lOOmm。同時.人的體形也隨著年齡的增長而變化，最為顯著的是兒童期和青年期。一般而言.在22歲以前身高呈上升趨勢，30歲以后呈下降趨勢。男性在其20歲左右身體尺寸發(fā)展到最高點，女性這一點大約在17歲。隨著年齡的增長，人的身高在 40歲時開始縮減，并且隨年齡的增加這一過程也在加速(主要發(fā)生在脊柱)。而人的體重和某些寬度和周長尺寸卻隨著年齡的增長而增加。因此，在設計工作裝置時，須了解所設計的工作裴置是否適合于特定的年齡組使用。在使用人體尺寸數(shù)據(jù)時。也應明確作為這些數(shù)據(jù)來源的年齡組。

　　(3)職業(yè)因素。從大量的勞動科學和醫(yī)學調(diào)查中可知，不同職業(yè)的人在體型和人體尺寸上存在著較大的差異。由于長期的職業(yè)活動，使他們身體的某些部分得到了特別鍛煉及適應而改變了體型。體力勞動者和腦力勞動者在體型和身體的某些恩寸方面就有較大的差別。除了在身高和軀干與腿的比例上有差別外.在頭部、腹部、身體各部分的周長以及全身脂肪的分布上也有差別。如運動員在身體尺寸和形態(tài)上都較一般人有不同。另外，一些職業(yè)對于雇員的體型會有一些特定的要求：例如飛行員、消防隊員、模特、警察等。

　　(三)動態(tài)測量

　　1.活動空間

　　要完成一項非常簡單的任務，人體也需要某些部位運動，這就要求有足夠的空間.即活動空間。人在勞動或運動時，人體空間位置與尺寸時刻在變化，這種變化是動態(tài)變化。動態(tài)測量就是測定人體動態(tài)變化時的數(shù)值。靜態(tài)測量的數(shù)據(jù).雖可解決許多產(chǎn)品設計問題，但人在勞動時，姿勢和體位會頻繁變化，就需用動態(tài)數(shù)據(jù)進行衡量。

　　活動空間的分配依賴于許多因素：使用的人群，任務，衣物，設備爰作業(yè)性質(zhì)等。所以一般沒有固定的規(guī)則或模式。例如，一名消防隊員在特定寬度的通道攀梯時，就要考慮他的衣服的不同、攜帶設備的不同，以及通道內(nèi)是否還有另外的物體.如燈、其他儀器。在不同的情境要求下，需要不同尺寸的活動空間。

　　2.伸展域

　　人在各種狀況下工作時都需要有足夠的活動空間。在工作中人常取站、坐、跪等作業(yè)姿勢;立姿時人的活動空間不僅取決于身體的尺寸，而且也取決于保持身體平衡的微小平衡動作和肌肉。人在站立并保持腳的站立面不變時，手臂的活動空間用舒適伸展域來表示。伸展域可從立視圖和平面圖兩個方面來看;主要有：通過肩部關節(jié)的正中矢狀面的垂直部分;通過關節(jié)的橫斷面的水平部分;通過肩關節(jié)的沿著冠狀縫平面的垂直部分。

　　設計人員更為關心的是人在工作時所涉及的區(qū)域;1963年Barnes提出了此種情況的正常區(qū)域和最大區(qū)域的概念。下面以前臂伸展域為例進行說明。

　　(1)正常區(qū)域。將上肢輕松地垂直于體側(cè)，曲肘，以肘關節(jié)為中心，前臂和手能自由到達的區(qū)域，在該范圍內(nèi)，人操作時能舒適、輕快地工作，即前臂活動正常范圍。正常作業(yè)范圍的大小、舒適度與工作臺的高度、操作者的性別、民族因素、手的活動特征和運動方向等因素有關。

　　(2)最大區(qū)域。例如完全伸展整個上臂所能涉及的區(qū)域。手臂向外伸直，以肩關節(jié)為中心，臂的長度(半徑不包括手長)所劃過的弧形軌跡在水平面上的投影。在最大作業(yè)范圍內(nèi)操作時，靜力負荷較大，長時間處于這種狀態(tài)下操作.最容易引起疲勞。

　　除了手的水平作業(yè)范圍之外，還有腳的偉業(yè)范圈。由于腳的生理特征.其作業(yè)范圍不可能很大，其作業(yè)范圍是以水平方向可能移動的尺寸來確定的。腳的舒適作業(yè)范圍.要根據(jù)腳的出力、動作頻率、操作姿勢、機械作業(yè)的形式、柞業(yè)內(nèi)容等綜哈分析的結(jié)果來確定。

　　(四)人體測量數(shù)據(jù)的運用準則

　　在運用人體測量數(shù)據(jù)進行設計時，應遵循以下幾個準則：

　　1.最大最小準則。該準則要求根據(jù)具體設計目的選用最小或最大人體參數(shù)。如人體身高常用于通道和門的最小高度設計，為盡可能使所有人(99%以上)通過時不致發(fā)生撞頭事件，通道和門的最小高度設計應使用高百分位身高數(shù)據(jù);而操作力設計則應按最小操縱力準則設計。

　　2可調(diào)性準則。對與健康安全關系密切或減輕作業(yè)疲勞的設計應遵循可調(diào)性準則，在使用對象群體的5%一95%可調(diào)。如汽車座椅應在高度、靠背傾角、前后距離等尺度方向上可調(diào)。

　　3.平均準則。雖然平均這個概念在有關人使用的產(chǎn)品、用具設計中不太合理，但諸如門拉手高、錘子和刀的手柄等，常用平均值進行設計更合理。同理，對于肘部平放高度設計數(shù)而言，由于主要是能使手臂得到舒適的休息，故選用第50百分位數(shù)據(jù)較合理，對于中國人而育，這個高度在14―27.9cm之間。

　　4.使用最新人體數(shù)據(jù)準則。所有國家的人體尺度都會隨著年代、社會經(jīng)濟的變化而不同。因此，應使用最新的人體數(shù)據(jù)進行設計。

　　5.地域性準則。一個國家的人體參數(shù)與地理區(qū)域分布、民族等因索有關，設計時必須考慮實際服務的區(qū)域和民族分布等因素。

　　6.功能修正與最小心理空間相結(jié)合準則。國家標準公布的有關人體數(shù)據(jù)是在裸體或穿單薄內(nèi)衣的條件下測得的，測量時不穿鞋。而設計中所涉及的人體尺度是在穿衣服、穿鞋甚至戴帽條件下的人體尺寸。因此，考慮有關人體尺寸時，必須給衣服、鞋、帽留下適當?shù)挠嗔浚簿褪菓谌梭w尺寸上增加適當?shù)闹b修正量。所有這些修正量總計為功能修正量。于是，產(chǎn)品的最小功能尺寸可由式1―8確定：

　　Smin =Ra+Δf(1―8)

　　式中Smin――最小功能尺寸;

　　Ra――第a百分位人體尺寸數(shù)據(jù);

　　Δf――功能修正量。

　　功能修正量隨產(chǎn)品不同而異，通常為正值，但有時也可能為負值。通常用實驗方法求得功能修正量，但也可以通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲得。對于著裝和穿鞋修正量可參照表 1―4中的數(shù)據(jù)確定。對姿勢修正量的常用數(shù)據(jù)是：立姿時的身高、眼高減10 mm;坐姿時的坐高、眼高減44 mm?？紤]操作功能修正量時，應以上肢前展長為依據(jù)，而上肢前屜長是后背至中指尖點的距離，因而對操作不同功能的控制器應作不同的修正。如對按鈕開關可減 12 mm;對推滑板推鈕、扳動扳鈕開關則減25 mm。

　　二、人的生理特性

　　(一)人的感覺與感覺器官

　　1，視覺

　　1)常見的幾種視覺現(xiàn)象

　　①暗適應與明適應能力。人眼對光亮度變化的順應性，稱為適應，適應有明適應和暗適應兩種。暗適應是指人從光亮處進入黑暗處，開始時一切都看不見，需要經(jīng)過一定時間以后才能逐漸看清被視物的輪廓。暗適應的過渡時間較長，約需要30min才能完全適應。

　　明適應是指人從暗處進入亮處時，能夠看清視物的適應過程，這個過渡時間很短，約需1min，明適應過程即趨于完成。

　　人在明暗急劇變化的環(huán)境中工作，會因受適應性的限制，使視力出現(xiàn)短暫的下降，若頻繁地出現(xiàn)這種情況，會產(chǎn)生視覺疲勞，并容易引起事故發(fā)生。為此，在需要頻繁改變光亮度的場所，應采用緩和照明，避免光亮度的急劇變化。

　?、傺９?。當人的視野中有極強的亮度對比時，由光源直射或由光滑表面的反射出的刺激或耀眼的強烈光線，稱為眩光。眩光可使人眼感到不舒服，使可見度下降，并引起視力的明顯下降。

　　眩光造成的有害影響主要有，使暗適應破壞，產(chǎn)生視覺后像;降低視網(wǎng)膜上的照度;減弱觀察物體與背景的對比度;觀察物體時產(chǎn)生模糊感覺等，這些都將影響操作者的正常作業(yè)。

　　3)視錯覺。人在觀察物體時，由于視網(wǎng)膜受到光線的刺激，光線不僅使神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生反應，而且會在橫向產(chǎn)生擴大范圍的影響，使得視覺印象與物體的實際大小、形狀存在差異，這種現(xiàn)象稱為視錯覺。視錯覺是普遍存在的現(xiàn)象，其主要類型有形狀錯覺、色彩錯覺及物體運動錯覺等。其中常見的形狀錯覺有長短錯覺、方向錯覺、對比錯覺、大小錯覺、遠近錯覺及透視錯覺等。色彩錯覺有對比錯覺、大小錯覺、溫度錯覺、距離錯覺及疲勞錯覺等。

　　在工程設計時，為使設計達到預期的效果，應考慮視錯覺的影響。

　　(二)視覺損傷與視覺疲勞

　　①視覺損傷。在生產(chǎn)過程中，除切屑顆粒、火花、飛沫、熱氣流、煙霧、化學物質(zhì)等有形物質(zhì)會造成對眼的傷害之外，強光或有害光也會造成對眼的傷害。

　　眼睛能承受的可見光的最大亮度值約為106cd/m2。如越過此值，人眼視網(wǎng)膜就會受到損傷。300m以下的短波紫外線可引起紫外線眼炎。紫外線照射 4～5h后眼睛便會充血，l0～12h后會使眼睛劇痛而不能睜眼，這一般是暫時性癥狀，大多可以治愈。常受紅外線照射可引起白內(nèi)障。直視高亮度光源<如激光、太陽光等，會引起黃斑燒傷，有可能造成無法恢復的視力減退。低照度或低質(zhì)量的光環(huán)境，會引起各種眼的折光缺陷或提早形成老花。眩光或照度劇烈而頻繁變化的光可引起視覺機能的降低。

　?、谝曈X疲勞。長期從事近距離工作和精細作業(yè)的工作者，由于長時間看近物或細小物體，睫狀肌必須持續(xù)地收縮以增加晶狀體的白度。這將引起視覺疲勞，甚至導致睫狀肌萎縮，使其調(diào)節(jié)能力降低。

　　長期在劣質(zhì)光照環(huán)境下工作，會引起眼睛局部疲勞和全身性疲勞。全身性疲勞表現(xiàn)為疲倦、食欲下降、肩上肌肉僵硬發(fā)麻等自律神經(jīng)失調(diào)癥狀;眼部疲勞表現(xiàn)為眼痛、頭痛、視力下降等癥狀。此外，作為眼睛調(diào)節(jié)筋的睫狀肌的疲勞，還可能形成近視。

　　3)視覺的運動規(guī)律

　　人們在觀察物體時，視線的移動對看清和看準物體有一定規(guī)律。掌握這些規(guī)律，有利于在工程設計中滿足人機工程學的設計要求。

　?、傺劬Φ乃竭\動比垂直運動快，即先看到水平方向的東西，后看到垂直方向的東西。所以，一般機器的外形常設計成橫向長方形。

　?、谝暰€運動的順序習慣于從左到右，從上到下，順時針進行。

　?、蹖ξ矬w尺寸和比例的估計，水平方向比垂直方向準確、迅速，且不易疲勞。

　?、墚斞劬ζx視中心時，在偏離距離相同的情況下，觀察率優(yōu)先的順序是左上、右上、左下、右下。

　?、菰谝暰€突然轉(zhuǎn)移的過程中，約有3%的視覺能看清目標，其余97%的視覺都是不真實的，所以在工作時，不應有突然轉(zhuǎn)移視線的要求，否則會降低視覺的準確性。如需要人的視線突然轉(zhuǎn)動時，也應要求慢一些才能引起視覺注意。為此，應給出一定標志，如利用箭頭或顏色預先引起人的注意，以便把視線轉(zhuǎn)移放慢?；蛘卟捎糜泄?jié)奏的結(jié)構(gòu)。

　?、迣τ谶\動的目標，只有當角速度大于l’/s～2’/s時，且雙眼的焦點同時集中在同一個目標上，才能鑒別出其運動狀態(tài)。

　　⑦人眼看一個目標要得到視覺印象，最短的注視時間為0.07～0.3s，這里與照明的亮度有關。人眼視覺的暫停時間平均需要0.17s。

　　2.聽覺

　　聽覺的功能有分辨聲音的高低和強弱，還可以判斷環(huán)境中聲源的方向和遠近。

　　1)聽覺特性

　　(1)聽覺絕對閾限。聽覺的絕對閾限是人的聽覺系統(tǒng)感受到最弱聲音和痛覺聲音的強度。它與頻率和聲壓有關。在閾限以外的聲音，人耳感受性降低，以至不能產(chǎn)生聽覺。聲波刺激作用的時間對聽覺閾值有重要的影響，一般識別聲音所需要的最短持續(xù)時間為20～50 ms。

　　聽覺的絕對閾限包括頻率閾限、聲壓閾限和聲強閾限。聲強是指在垂直于聲波傳播方向上，單位時間內(nèi)通過單位面積的平均聲能，單位為W/m2。頻率為20Hz、聲壓為2×10-5Pa、聲強為10-12w/m2的為聽閾。低于這些值的聲音不能產(chǎn)生聽覺。

　　(2)聽覺的辨別閾限。人耳具有區(qū)分不同頻率和不同強度聲音的能力。辨別閾限是指聽覺系統(tǒng)能分辨出兩個聲音的最小差異。辨別閾限與聲音的頻率和強度都有關系。入耳對頻率的感覺最靈敏，常常能感覺出頻率微小的變化，而對強度的感覺次之，不如對頻率的感覺靈敏。不過二者都是在低頻、低強度時，辨別閾值較高。

　　(3)辨別聲音的方向和距離。在正常情況下，人的兩耳的聽力是一致的。因此，根據(jù)聲音到達兩耳的強度和時間先后之差可以判斷聲源的方向。例如，聲源在右側(cè)時，距左耳稍遠，聲波到達左耳所需時間就稍長。聲源與兩耳間的距離每相差1cm，傳播時間就相差0.029ms。這個時間差足以給判斷聲源的方位提供有效的信息。另外，由于頭部的屏蔽作用及距離之差會使兩耳感受到聲強的差別，因此，同樣可以判斷聲源的方位。以上這兩種判斷方法，只有聲源恰好在聽者的左方或右方時，才能確切判斷聲源的方位。如果聲源在聽者的上、下方或前、后方，就較難確定其方位。這時通過轉(zhuǎn)達頭部，以獲得較明顯的時差及聲強差，加之頭部轉(zhuǎn)過的角度可判斷其方位，在危險情況下，除了聽到警戒聲之外，如能識別出聲源的方向，往往會避免事故的發(fā)生。判斷聲源的距離主要依靠聲壓和主觀經(jīng)驗。一般在自由空間，距離每增加一倍，聲壓級將減少6dB(A)。

　　2)聽覺的掩蔽

　　當幾種聲強不同的聲音傳到人耳時，只能聽到最強的聲音，而較弱的聲音就聽不到了，即弱聲被掩蓋了。一個聲音被其他聲音的干擾而聽覺發(fā)生困難，只有提高該聲音的強度才能產(chǎn)生聽覺，這種現(xiàn)象稱為聽覺的掩蔽。被掩蔽聲音的聽閾提高的現(xiàn)象，稱為掩蔽效應。

　　人的感覺反應人們在操縱機械或觀察識別事物時，從開始操縱、觀察、識別到采取動作，存在一個感知時間過程，即存在一段反應時間。

　　1)反應時間

　　反應時間是指人從機器或外界獲得信息，經(jīng)過大腦加工分析發(fā)出指令到運動器官開始執(zhí)行動作所需的時間。反應時間是從包括感覺反應時間(從信息開始刺激到感覺器官有感覺所用時間)到開始動作所用時間(信息加工、決策、發(fā)令開始執(zhí)行所用時間)的總和。

　　由于人的生理心理因素的限制，人對刺激的反應速度是有限的。一般條件下，反應時間約為0.1～0.5s。對于復雜的選擇性反應時間達l～3s，要進行復雜判斷和認識的反應時間平均達3～5s，具體的帶有判別的反應時間t可用下式求得：

　　t=klog2(n+1) (1―10)

　　式中，k為常數(shù);n為等概率出現(xiàn)的選擇對象數(shù);(n十1)是考慮判明是否出現(xiàn)刺激。為了保證安全作業(yè)，一方面在機器設計中，應使操縱速度低于人的反應速度。另一方面應設法提高人的反應速度。

　　2)減少反應時間的途徑

　　―般來說，機器設備的情況、信息的強弱和信息狀況等外界條件是影響反映時間的重要因素;而機器的外觀造型和操縱機構(gòu)是否適宜于人的操作要求，以及操作者的生物力學特性等，則是直接影響動作時間的重要因素。

　　(1)合理地選擇感知類型。比較各類感覺的反應時間，發(fā)現(xiàn)聽覺和知覺反應時間最短，約0.1～0.2s，其次是觸覺和視覺。所以在設計各類機器時，應根據(jù)操縱控制情況，合理選擇感覺通道，盡量選用反應時間短的通道去控制和調(diào)節(jié)機器。

　　(2)適應人的生理心理要求，按人機工程學原則設計機器。

　　(3)操作者操作技術(shù)的熟練程度直接影響反應速度，應通過訓練來提高入的反應速度。