作业空间设计.doc

第八章 作业空间设计
第一节 作业空间设计的基本原则
作业空间设计时，一般应遵守以下原则：
1．根据生产任务和人的作业要求，首先应总体考虑生产现场的适当布局，避免在某个局部
的空间范围内，把机器、设备、工具和人员等安排得过于密集，造成空间劳动负荷过大。然后再进行各局部之间的协调。在作业空间设计时，总体与局部的关系是相互依存和相互制约的。若总体布局不好，就不能保证每个局部都有适当的作业空间。而只保证个别局部有适当的作业空间，也不能保证整个工作系统的安全、高效、舒适与方便的人机工程学要求。因此，必须正确协调总体设计与局部设计相互之间的关系。
2．作业空间设计要着眼于人，落实于设备。即结合操作任务要求，以人员为主体进行作业
空间的设计。也就是首先要考虑人的需要，为操作者创造舒适的作业条件，再把有关的作业对象（机器、设备和工具等）进行合理的排列布置。否则往往会使操作者承受额外的心理上的和体力上的负担，其结果不仅降低工作效率，而且往往不经济、也不安全。考虑人的活动特性时，必须考虑人的认知特点和人体动作的自然性、同时性、对称性、节奏性、规律性、经济性和安全性。在应用有关人体测量数据设计作业空间时，必须合格证至少在 90%的操作者中具有适应性、兼容性、操纵性和可达性。

第二节 工作空间人体尺寸及应用原则
1． 工作空间立姿人体尺寸（6 项）
2．工作空间坐姿人体尺寸（5 项）
2． 工作空间跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸（6 项）
第三节 工作空间设计
一、工作空间设计的一般原则
在 GB／T 16251--1996《工作系统设计的人类工效学原则》 中，给出了工作空间设计的以
下一般性原则：
1）操作高度应适合于操作者的身体尺寸及工作类型，座位、工作面（工作台）应保证适宜
的身体姿势，即身体躯干自然直立，身体重量能得到适当支撑，两肘置于身体两侧，前臂呈水平状。2）座位调节到适合于人的解剖、生理特点。
3）为身体的活动，特别是头、手臂、手、腿、脚的活动提供足够的空间。
4）操纵装置设置在肌体功能易达或可及的空间范围内，显示装置按功能重要性和使用频度
依次布置在最佳或有效视区内。5）把手和手柄适合于手功能的解剖学特性。
第四节 工作岗位设计
一、工作岗位的类型与选择
根据人体的工作姿势，工作岗位分为三种类型：坐姿工作岗位、立姿工作岗位和坐立姿交替
工作岗位。现对三种工作岗位的特点和适用范围说明如下。
1．坐姿工作岗位
（1）特点 全身较为放松，不易疲劳，身体稳定性好，易于集中精力进行思考和精细的操
作。手和脚可同时参与工作。但活动范围小，手和手臂的操纵力也小。
（2）适用范围 操纵范围和操纵力不大，精细的或需稳定连续进行的工作。
2．立姿工作岗位
（1）特点 能进行较大范围的活动和较大力量的操作。只有单脚可能与手同时操作。长时
间站立使人感到疲劳，而这在生理和心理上都对精细工作有不利影响。
（2）适用范围 操纵范围和操纵力大，且一般不是长时问连续进行的工作。
3．坐立姿交替工作岗位
（1）特点 能够交替发挥坐姿工作岗位和立姿工作岗位的优点。与单一的工作姿势对比，
交替变换工作姿势对身体和精神一般是有益的。
（2）适用范围 操作动作、操纵力等工作形式较为多样的工作。
课后强化训练
1、 作业空间包含了哪三种不同的空间范围？
2、工作空间设计的一般原则？
3、为给出工作岗位的尺寸，可以把作业分为哪三种类型？
参考答案
1、在工作系统中，人、机、环境三个基本要素是相互关联而存在的。每一个要素都根据需要占用一定的空间，并按优化系统功能的原则，使这些空间有机地结合在一起。这些空间的总和，就叫做作业空间。
第一种是人体在规定的位置上进行作业时（如操纵机器、维修设备等）, 必须触及的空间，即作业范围，或称为作业接触空间。
第二种是人体在作业时或进行其他活动时（如进出工作岗位、在工作岗位进行短暂的放松与休息等），人体自由活动所需要的范围，即作业活动空间。
第三种是为了保障人体安全，避免人体与危险源（如机械转动部位等）直接触所需要的安全防护空间。
2、1）操作高度应适合于操作者的身体尺寸及工作类型，座位、工作面（工作台）应保证
适宜的身体姿势，即身体躯干自然直立，身体重量能得到适当支撑，两肘置于身体两侧，前臂呈水平状。2）座位调节到适合于人的解剖、生理特点。3）为身体的活动，特别是头、手臂、手、腿、脚的活动提供足够的空间。4）操纵装置设置在肌体功能易达或可及的空间范围内，显示装置按功能重要性和使用频度依次布置在最佳或有效视区内。 5）把手和手柄适合于手功能的解剖学特性。
3、Ⅰ类：使用视力为主的手工精细作业；Ⅱ类：使用臂力为主，对视力也有一般要求的作业；Ⅲ类：兼顾视力和臂力的作业
3.2.1
2、感觉的基本特征
（1）人的各种感受器都有一定的感受性和感觉阈限。
（2）从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达到一定强度才能对感受器官发生作用。
（3）一种感受器官只能接受一种刺激和识别某一种特征，眼睛只接受光刺激，耳朵只接受声刺激。人的感觉印象80%来自眼睛，14%来自耳朵，6%来自其他器官。
（4）同时有多种视觉信息或多种听觉信息，或视觉与听觉信息同时输入时，人们往往倾向于注意一个而忽视其它信息，如果同时输入的是两个强度相同的听觉信息，则对要听的那个信息的辨别能力将下降50%，并且只能辨别最先输入的或是强度较大的信息。
感觉器官经过连续刺激一段时间后，敏感性会降低，产生适应现象。

垂直最佳视区：上、下15度
最佳视野范围：水平视线以下30度。
有效视野范围：水平视线以上25度、以下35度。
最大固定视野：115度。
扩大的视野：150度。
在垂直面内，实际上人的自然视线低于标准视线，直立时低15度，放松站立时低30度，放松坐姿时低40度。因此，视野范围在垂直面内的下界限也应该随着放松立姿、放松坐姿而改变。
4）视觉运动规律
眼睛的水平运动比垂直运动快，即先看到水平方向的东西，后看到垂直方向的东西。
视线运动的顺序习惯于从左到右，从上至下，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准确、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，观察率优先的顺序是左上、右上、左下、右下。
两眼的运动总是协调的、同步的，在正常情况下不可能一只眼睛转动而另一只眼睛不动；在操作中一般不需要一只眼睛视物，而另一只眼睛不视物。
人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接受。
颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。当人们从远处辨认前方的多种不同颜色时，其易于辨认的顺序是红、绿、黄、白。当两种颜色相配在一起时，易于辨认的顺序是：黄底黑字，黑底白字，蓝底白字，白底黑字等。

方向敏感度（双耳效应）
双耳效应产生的原因：声音到达两耳的微小时间差、强度差和由于头部对声音阻挡而使声音频谱发生改变。
声音的频率越高，辨别声音方向越容易，即：听觉的方向敏感性随频率增大而增大。
右耳的方向敏感性与声音频率的关系
掩蔽效应
掩蔽：一个声音（主体声）被另一个声音（掩蔽声）所掩盖的现象。
掩蔽效应：主体声的听阈因掩蔽声的掩蔽作用而提高的效应。
听觉残留：掩蔽声去掉后，掩蔽效应并不立即消除的现象。
1、人体活动时机体的调节与适应
神经系统
血管系统（心率、血压、血液再分配 、 血液成分 ）
呼吸系统
体温调节
2、脑力劳动时机体的调节与适应
3、人体信息处理系统
4、人体节律周期和昼夜周期(P54)
第九章
人机系统
安全人机系统主要由人、机、环境这三部分组成。
人－机－环境系统工程的设计，重点是解决系统中人的效能、安全、身心健康以及人机匹配最优化的问题 。
必须做到机宜人，人适机，使人机之间达到最佳匹配，这是一条基本的原则。
处理好人-机关系，才可能确保人机环系统总体性能的实现。
 1.在一定的环境条件下，人机系统包括人和机两个基本组成部分，它们互相联系构成一个整体。
对于一个复杂的人-机-环境系统，一方面对人的功能进行适当开发和利用，对操作人员进行必要的系统训练；另一方面在机、环技术上采取措施，保证人员能力的发挥。
更重要的是采用系统分析方法对人机环系统的研究与设计，合理的进行人与机之间任务的科学分配。
举一个宇宙航行中飞船的例子，对于绕月球飞船飞行的成功率来讲，国外文献分析显示：如果采用全自动化飞行时成功率仅为22%；如果采用有人参与时则为70%；如果在飞行中航天员还能承担维修任务时则为93%；对于登月飞行的成功率来讲，这时后者为前者的4.2倍，充分说明了合理的功能分配对完成人机系统的成功设计非常重要。
下图给出了人在操作活动中的基本功能示意图，它集中体现在信息输入（即感受刺激（S））、信息处理（即意识或称大脑信息加工（O））以及行为输出（即作出反应（R））

这三个过程中。上述过程，心理学家称之为行为反应的S－O－R模式
2.机的子系统分为C－M和M－D系统。
C－M系统由控制器和机器的转换机构（或计算机主板）组成。这个系统的任务是使机器接受操作者的指令，实现机器的运转与调控，把输入转换为输出。
M－D系统由机器的转换机构和显示器组成。

三、人机特性比较
在人机系统设计中，首先要按照科学的观点分析人和机器各自的不同特点，以便研究人与机器的功能分配，从而扬长避短，各尽所长，充分发挥人与机器的各自优点；从设计开始就尽量防止产生人的不安全行动和机器的不安全状态，做到安全生产。
人具有智能、复杂感觉能力、综合判断能力、随机应变能力，对各种情况的决策和处理能力等。而人的功能限度是准确性、体力、速度和知觉能力；
机的优点是作用力大、速度快、高阶运算能力和存储能力强、连续作业能力和耐久性能好。机的功能限度是性能维持能力、正常动作、判断能力、造价及运营费用。
人机功能匹配：对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能以固定的方式恰当地分配给人或机，而且系统在运行中不随时加以调整，叫静态人机功能分配。
静态的功能匹配：对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能以固定的方式恰当地分配给人或机，而且系统在运行中不随时加以调整，叫静态人机功能分配。
动态人机功能匹配：考虑作业时变性及人的响应可变性的条件。系统功能的分配依据作业定义、工作环境和当前系统组成要素的能力等条件，随时作出相应的分配。
人机功能分配的原则
1）比较分配原则 
2）剩余分配原则
3）经济分配原则
4）宜人分配原则
5）弹性分配原则
通过人与机器的特性比较，进行客观的和符合逻辑的分配。如笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算的、支持大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以及需要检测人不能识别的物理信号的作业，分配给机器承担。指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息输入时，机器系统的监控、维修、设计、创造、故障处理及应付突然事件等工作，由人承担。