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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,*,人因工程教学服务资源,第一章 人因工程概述,本章学习目的,了解人因工程的定义及特征,了解人因工程的发展历史,了解人因工程的内容及应用,掌握人因工程的学习和研究方法,1.1 人因工程的定义及特征,经常使用的名称,Human Factors,Ergonomics,人类工效学,人因工程,人机工程,管理工效学,人机环工程,人因工程的定义,我国在中国企业管理百科全书中，对人类工效学(人因工程)所下的定义为：“研究人和机器、环境的相互作用及其结合，使设计的机器和环境系统适合人的生理、心理等特点，从而达到在生产中提高效率、安全、健康和舒适的目的”。,人因工程的定义(续),国际人因工程会给Ergonomics(人因工程)下的定义为：“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各种因素，研究人和机器及环境的相互作用条件下，在工作中、家庭中和休假时，怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等达到最优化的问题。”,人因工程的特征,人因工程的最大特征是它是一门跨学科的边缘学科。人因工程与心理学、生理学、工业工程等学科有着密切的关系。与人因工程相关的学科可以分为三大类：第一大类为与生理学相关的学科，第二大类为与心理学相关的学科，第三大类为与管理应用相关的学科。,与人因工程相关学科示意图,：与生理学相关的学科；,：与心理学相关的学科；,：与管理应用相关的学科.,图1-1 人因工程的相关学科,人因工程的目的,1)使人工作得更有效；,2)使人工作得更安全；,3)使人工作得更舒适。,西方人因教科书中的宗旨为,“使机器适合于人”,“Fitting the task to theman”,1.2 人因工程的发展历史,启蒙阶段,正式形成阶段,快速发展阶段,人因工程在中国的发展,人因工程的发展趋势,启蒙阶段,德国学者A.Mosso的微电流实验,美国人Taylor的铁锹实验,美国人Gilbrith砌砖实验,正式形成阶段,二战时飞机性能提高，人因事故的增加,对人因研究投入的增加,战后学科的发展和人因工程的诞生,快速发展阶段,三里岛核电站事件,计算机普及带来的使用问题,人类社会的进步要求更安全更舒适的工作条件,人因工程在中国的发展,心理学界对人因工程的贡献,中国人类工效学的成立,人因工程的现状,人因工程的发展趋势,人因工程将会越来越重要，原因,“机器”的技术性能会越来越高，而人的性能（能力和特点）不会有根本的改变，人将成为人机系统的瓶颈,人的“价值”将越来越大，在工作中人的安全和舒适将会越来越重要。,1.3 人因工程的内容及应用,人因工程的内容,人因工程的应用,本书的主要内容,人因工程的内容,人的生理和心理特征：人的基本尺寸；人的力量；人的心理能力,人机交往：机器与人的交往；人与机器的交往,人与环境：照明；噪声；颜色；空气等。,人因工程的应用,主要工作领域,百分比,计算机业,22,航空业,22,工业工程,17,健康安全,9,信息通讯,8,交通运输业,5,其他,17,本书中的主要内容,第1章 人因工程概述,第2章 人体的生理特征及应用,第3章 人的心理特征,第4章 工作地设计,第5章 信息显示设计,第6章 控制器设计,第7章 体力与脑力工作负荷,第8章 工作环境,第9章 人因误差与人因安全,1.4 人因工程的方法,人因工程的学习方法,人因工程的研究方法,人因工程的学习方法,知识面要广,要学会横向思维,要结合实际应用,要有系统的观点,要采用科学的研究方法,以人为本,补充读物,英文教材：MSSanders 和 E J McCormick 合著的教材工程和设计中的人因工程（,Human factors in engineering and design,）；K Kroemer 和 E Grandjean 合著的教材使任务适应于人（,Fitting the task to the man,）,中文教材：朱祖祥教授主编的人类工效学,英文期刊,：Human factors；Ergonomics,中文期刊：人类工效学,国际人因工程协会网站：http：/www.ergonomics.org.uk.,美国人因工程网站：http：/www.hfes.org,研究方法,调查法：到现场采集数据，了解工作现状或找出相关的原因和规律,测量法：利用标准的测量工具如米尺、秒表等，对人或系统的效率进行测量。,实验法：在实验（控制）条件下观察事物变化，获得事实材料的方法。,本章作业,到中国期刊网上阅读一期人类工效学杂志。,到国际或美国人因工程协会网站上游览。,谈一谈使用一个新的计算机软件(也可是一个新的手机)中的困惑。,分析一下计算机桌面的高度，不同餐具，乒乓球横直拍,炎热的天气等对工作和生活效率的影响。,设计一项实验，调查三星和诺基亚手机介面的使用效率。,第二章,人体的生理特征及应用,本章学习目的,认识人体尺寸的重要性,了解我国成年人的基本人体尺寸,掌握人体尺寸在系统设计中可采用的方案,掌握人体尺寸在系统设计中应该遵循的程序,了解人体的动态生理特征,应用人体尺寸解决简单的人因工程问题,为后面章节的学习打下基础,2.1 人体尺寸,我国成年人的基本尺寸,人体尺寸的影响因素,人体尺寸的统计指标,设计中可采取的方案,设计程序,我国成年人的基本尺寸,中国成年男子的人体尺寸,中国成年女子的人体尺寸,设计高度与人体高度之比,中国成年男子的人体尺寸,百分位数,1,5,10,50,90,95,99,身,高,1543,1583,1604,1678,1754,1775,1814,体重（,kg,）,44,48,50,59,71,75,83,眼,高,1436,1474,1495,1568,1643,1664,1705,肘,高,925,954,968,1024,1079,1096,1128,坐,高,836,856,870,908,947,958,979,坐姿眼高,729,749,761,798,836,847,868,坐姿肘高,214,228,235,263,291,298,312,坐姿大腿厚,103,112,116,130,146,151,160,坐姿膝高,441,456,464,493,523,532,549,坐,深,407,421,429,457,486,494,510,臀膝距,499,515,524,554,585,595,613,胸,宽,242,253,259,280,307,315,331,最大肩宽,383,398,405,431,460,469,486,坐姿臀宽,284,295,300,321,347,355,369,坐姿两肘间宽,353,371,381,422,473,489,518,中国成年女子的人体尺寸,百分位数,1,5,10,50,90,95,99,身,高,1449,1484,1503,1570,1640,1659,1697,体重（,kg,）,39,42,44,52,63,66,74,眼,高,1337,1371,1388,1454,1522,1541,1579,肘,高,873,899,913,960,1009,1023,1050,坐,高,789,809,819,855,891,901,920,坐姿眼高,678,695,704,739,773,783,803,坐姿肘高,201,215,223,251,277,284,299,坐姿大腿厚,107,113,117,130,146,151,160,坐姿膝高,410,424,431,458,485,493,507,坐,深,388,401,408,433,461,469,495,臀膝距,481,495,502,529,561,570,587,胸,宽,219,233,239,260,289,299,319,最大肩宽,347,363,371,397,428,438,458,坐姿臀宽,295,310,318,344,374,382,400,坐姿两肘间宽,326,348,360,404,460,478,509,人体尺寸与设备高度,编号,定义,设备与身高之比,1,与人同高的设备,1/1,2,设备与眼睛同高,11/12,3,设备与人体竿重心同高,5/9,4,设备与坐高相同,6/11,5,眼睛能够望进设备的高度,10/11,6,能挡住视线的设备高度,33/34,7,站着用手能放进和取出物体的高度,7/6,8,站着手向上伸所能达到的高度,4/3,9,站姿使用方便的台面高度,(,上限,),6/7,10,站姿使用方便的台面高度,(,下限,),3/8,11,站姿最适宜的工作点高度,6/11,12,站姿用工作台高度,10/19,13,便于用最大力牵拉的高度,3/5,14,坐姿控制台高度,7/17,15,台面下的空间高度,(,下限,),1/3,16,操纵用座椅的高度,3/13,17,休息用座椅的高度,1/6,18,座椅到操纵台面的高度,3/17,人体尺寸的影响因素,性别,年龄,国家,地区,时间,性别,性别对群体尺寸差别的影响也许是最大的。男女之间的平均身高相差为10厘米以上。按95%男性设计的达到高度将有50%以上的女性达不到。,年龄:,身高随年龄的变化(cm),年龄,(,岁,),女性,男性,1-5,+36,+36,5-10,+28,+27,10-15,+22,+30,15-20,+1,+6,20-35,0,0,35-40,-1,0,40-50,-1,-1,50-60,-1,-1,60-70,-1,-1,70-80,-1,-1,80-90,-1,-1,国家:,几个国家的男子平均身高(mm),国别,美国,原苏联,西德,英国,瑞典,法国,意大利,中国,日本,身高,1772,1767,1755,1753,1741,1711,1710,1680,1667,地区:,我国六大区域人体身高(单位:mm),东北、华北,西北,东南,华中,华南,西南,男子,1693,1684,1686,1669,1650,1647,女子,1586,1575,1575,1560,1549,1546,时间,随着生活水平的提高，人体的平均高度也在增长。我们都感到现在的年轻人比过去的人要高。,据统计，过去三十年，日本人的平均身高增加了8厘米之多。,我国国家技术监督局的统计结果表明，我国青少年的身高也有一定的增长。,人体尺寸的统计指标,概率分布,平均值,均方差,百分位数,平均值与均方差的关系,方差,概率,1,0.6826,1.65,0.9000,2,0.9544,3,0.9987,百分位数,百分位数是指一个随机变量(某一人体测量尺寸指标)低于某一给定概率处的值。,在人因工程设计中常用到的百分位数是5%、10%、50%、90%和95%。按5%设计，表示有5%的人的尺寸低于设计尺寸，按95%设计，表示95%的人的尺寸低于设计尺寸。,注意是单侧百位数还是双侧百位数,设计中可采取的方案,按人体尺寸的分布,按人体平均尺寸设计,按某一百分比设计,按某部分人设计，为另一部分人提供调整,为某些特定的人设计,设计程序,确定设计对象和目标,确定使用对象,确定相关的人体尺寸,决定极限百分比,根据查表或测量确定所需要的数据,向有关设计人员提供数据,2.2 人体的动态生理特征,人的神经系统,人体的肌肉系统,人的能量供应系统,脉搏与体力劳动,2.2.1 人的神经系统,神经系统的结构,神经的功能,肌肉的神经分布,神经系统的结构,人的神经系统可分为中枢神经系统和末梢神经系统两大部分。中枢神经系统包括大脑和脊髓。末梢神经系统包括传入神经（感觉神经）、传出神经（运动神经）。神经系统通过感觉器官（眼、耳、鼻、皮肤等）获得外界信息，再由传入神经传递给中枢神经系统，中枢神经系统做出决定后，由传出神经给肢体肌肉下达指令，使其做出相应的运动。,神经的功能,神经系统本质上是一个控制系统，它控制着外部的和内部的运动，并监视着各种感觉器官。一个神经细胞的工作取决于它对刺激物的敏感性和它把一个刺激物沿着神经纤维传递的能力，当一个神经细胞受到刺激时，产生的脉冲沿着神经纤维送到工作中的器官。,肌肉的神经分布,每一块肌肉都是通过运动神经和感觉神经与大脑这一控制中心连在一起的。运动神经把神经脉冲（在这种情况下是运动命令）从大脑带到骨胳肌肉，在这里它们带来收缩或其他运动指令。在一块肌肉内，这个神经被分成几个纤维，每一个纤维与几个肌肉纤维连在一起。每一个运动神经细胞与它们所在的肌肉纤维一起组成一个运动单位，在做比较精密的技术性工作时，每个运动单位只有3-6个肌肉纤维，而在做重体力工作的肌肉中，一个神经元也许会分布在100个肌肉纤维上。,2.2.2 人体的肌肉系统,人的肌肉结构,能源的来源,肌肉运动中的电现象,人的肌肉结构,人能够运动是因为有分布在全身的肌肉，它差不多占人身体总重量的40%。,肌肉的一个最重要的特点是它可以缩短到正常尺寸的一半左右，这种现象我们称之为肌肉收缩。,每个肌肉纤维收缩时都有一定的力量，一块肌肉的力量是这些肌肉纤维力量的总和。人的肌肉的最大力量介于0.3-0.4N/mm2之间。,能源的来源,在肌肉的收缩过程中，机械能的产生是由消耗肌肉中贮存的化学能转化来的，肌肉工作实际上是一个化学能向机械能转化的过程。能量的释放是由于肌动朊纤维和肌浆球蛋白中的蛋白质分子发生的化学反应而引起它们位置的变化，产生收缩。收缩的直接能源是在化学反应中含有丰富的磷酸脂由高能状态变为低能状态。肌肉内的大部分能源来自于三磷酸腺苷(ATP)，当它转化成二磷酸腺苷时释放出大量的能量。肌肉纤维中的另一个化学能源是磷肌酸，它分解成磷酸和肌酸时能释放同样重要的能量。,肌肉运动中的电现象,静止时肌肉纤维有一个90微伏的电位，被称为静止膜电位。,肌肉开始收缩时，静止电位迅速消失。肌肉纤维的内部开始带正电，这个电位被称为行动电位。,行动电位的产生包括肌肉纤维膜的去极和重新极化两个过程。在这期间，肌肉不可以被新的神经命令所刺激起来，所以这段时间又被称作绝对不应期，这段时间持续大约1-3微秒。,肌肉的电现象可以通过放大器，以皮电图的方式记录下来。,2.2.3 人的能量供应系统,人体的新陈代谢,能量消耗的分类,各种情况下的能量消耗,能量消耗与健康,人体的新陈代谢,人体的一个基本生物过程是新陈代谢，在这个过程中人体从食物中吸收营养，把化学能转换成机械能和热。,原来人体的能量消耗是用千卡(kcal)来测量的，现在更常用千焦(KJ)来计量。两者之间的换算为：1 kcal=4.187 KJ。,人体能量的消耗可以间接地通过人体氧的消耗来进行，因为两者是直接相关的。当一升的氧在人体内被消耗时，平均有20千焦的能量产生，这被称为氧的热当量。,能量消耗的分类,基础代谢：通常将环境温度为18-25，人处于清醒、静卧、空腹和排除肌肉活动与精神紧张时的状态称为基础状态。基础状态下人的的能耗被称为基础代谢量。对于一个体重为70公斤的男性，基础代谢在24小时内大约是7000千焦。对于一个体重为60公斤的女性，一天的新陈代谢大约是5900千焦。,能量消耗的分类（续）,生活能耗：人的日常生活，如起床、吃饭、走动等也要消耗一定的能量，我们把这些日常活动消耗的能量称为生活能耗。一个普通男性一天的生活能耗大约是2400千焦，而女性则为2000-2200千焦。,能量消耗的分类（续）,工作能耗：体力劳动一开始，人体内的能量消耗就迅速地增加。工作使人能耗的增加量称为工作能耗。工作能耗反映了涉及到重体力劳动时身体的压力水平，它可以用来评估工作的负荷水平、确定需要的休息时间、比较各种不同工具的效率或不同工作安排的效率。,不同职业的能量消耗,工作种类,职业例,每天的能量消耗,(,千焦,),男人,女人,坐着的轻度工作,记账员,9600,8400,重手工劳动,拖拉机驾驶员,12500,9800,中等身体运动,屠夫,15000,12000,重体力劳动,扳道员,16500,13500,极重的体力劳动,煤矿工,19000,不同活动的能量消耗,活动种类,活动条件,能量消耗,(,千焦,/,分钟,),走路,平地表面光滑，,4,公里,/,小时,8.8,负荷走路,30,公斤负荷，,4,公里,/,小时,22.3,上楼梯,坡度为,30,度，,17.2,米,/,分钟,57.5,骑自行车,16,公里,/,小时,22.0,锯木,60,来回,/,分钟,38.0,家务劳动,打扫清洁,8-20,能量消耗与健康,能量消耗的上限：今天大多数生理学家都把每天的平均总能量消耗20000千焦作作为体力劳动的合理上限，这对应于平均每个工作日10500千焦的工作能耗。如果把它平均地分到8小时，对应于每小时1300千焦的工作能耗.。,能量消耗与健康,研究结果表明，一个健康的男性职员每天应有12000-15000千焦的能量消耗，对女性职员这个值为10000-12000千焦。邮递员、机床的操作人员、制鞋和修鞋者一天的能量消耗属于这个范围，成天坐着工作的人可以通过在业余时间进行锻炼来达到这个值。,几种体育活动对应的能量消耗,活动,能耗,(,焦耳,/,分钟,),快走,(5,公里,/,小时,),17,跑步,(10,公里,/,小时,),40-48,骑自行车,(20,公里,/,小时,),40,登山,32-40,游泳,20-40,跳舞,16-32,2.2.4 脉搏与体力劳动,研究表明，随着工作强度的增加，心跳的增加将更快。如果：,环境中的温度更高,静负荷的比例更大,包括的肌肉的数目更少,心跳的标准,Muller考虑用总恢复脉搏作为测量疲劳和恢复的方法，他提出了这样的工作负荷标准：当工作停止后，应能在15分钟恢复到休息时水平。这个极限可以保证在工作时能量的使用的速度与能量提供的速度是一样的，可以保持一个稳定状态。在这些条件下最大的能量输出就是在一个八小时工作日连续工作的极限。,当工作脉搏比休息时高30次时就达到了一个男性连续工作的极限。Rohmert等人用自行车测功计发现人的工作脉搏达到稳定状态时为40次/分钟，即极限为工作脉搏等于40次/分钟，但他们的休息脉搏是在工人躺下时测的。他们还发现4千焦的工作对应于10个工作脉搏。,热环境与心跳,在热环境中工作时，心脏和血液循环系统有两项功能:第一，把能量输送给肌肉；第二，把热从人的体内输送到皮肤。心脏和循环系统的这种双重负担在工农业中是很常见的。当在25度以上做重体力劳动时，排除多余的热给心脏增加了一个额外负担。,本章作业和思考题,列出至少五项在自行车设计中应该考虑到人体尺寸的内容，并对其中的一项内容（如车把柄的直径）按本章给出的设计原则进行设计。人体尺寸可采用书中的数据，或上网查阅相关的数据，或通过测量同学的相关尺寸获得。,测量自己的正常脉搏，然后在分钟之内走完学校田径场（米）一圈，测量走完后的脉搏，计算这项运动带来的脉搏增量。,第三章,人的心理特征,本章学习目的,了解人的信息处理系统的基本构造,了解人的信息处理系统的基本特征和局限性,能够分析和解决简单的脑力劳动工作效率问题,学会更好地分析人机系统中的使用效率问题,为后面章节的学习打下基础,3.1 人的信息处理模型,Donders的减法模型,Welford的单通道模型,Broadbent的过滤模型,Kahneman的单资源模型,Wickens的多资源模型,控制与自动过程理论,人的信息处理系统的基本结构,Donders的减法模型,一个多世纪以前，心理学家Donders通过实验发现人的选择反应时间大于简单反应时间。他认为选择反应时间大于简单反应时间是因为在选择反应实验中人的大脑增加了一道程序，即对信号进行判断和决策，因此他提议通过用选择反应时间减去简单反应时间就可能得到人的信息处理过程做出一个选择所耗费的时间。,由于这种方法的核心是用一项较复杂工作需要的时间减去较简单工作需要的时间，由此来判断增加的工作内容需要的时间，这种方法被称为Donders的减法模型。,Donders的减法模型示意图,反 应,选择反应时间,简单反应时间,感 觉,选 择,反 应,感觉,感觉,Welford的单通道模型,英国学者Welford教授根据心理不应期试验的结果,提出关于人的信息加工系统单通道的假设。Welford教授在心理不应期试验中发现，在一定的时间内连续地向被试显示两个刺激信号，当两个刺激信号的时间间隔非常短时，被试对第二个信号的反应时间比对第一个信号的反应时间长，好像是人对第一个信号做出反应之后才来处理第二个信号。,Welford的单通道模型,Welford认为被试对第二个信号的反应时间可以用下面的公式来预测:,RT2=RT1+DT2-ISI,式中:ISI是两个刺激信号之间的时间间隔，DT2是处理第二个刺激需要的时间，RT1和RT2是分别是被试者对第一个和第二个刺激信号的实际反应时间。,Broadbent的过滤模型,1958年，英国著名心理学家Broadbent教授根据自己多年从事双耳听力实验的结果提出了一种新的关于人的信息处理系统的模型。这种模型认为，信息在到达人的工作记忆之前，是被平行处理的，即人可以同时处理一个以上的信息。在通过了工作记忆之后，在某一时刻人就只能处理一个信息。这就是说，人的信息处理过程就像是一个过滤器，随着信息处理过程的延续，不重要的信息都被过滤掉了，只有最重要的信息才进入到人的大脑被继续处理。由于Broadbent教授把人的信息处理系统比作一个过滤器，所以他的理论又被称为过滤模型。,Broadbent的过滤模型,感,觉,过,滤,器,信,息,处,理,中,心,Kahneman的单资源模型,Kahneman教授认为人的信息处理系统比Broadbent教授的过滤模型更灵活，因此他提出了一个单资源模型作为Broadbent教授过滤模型的补充。单资源模型假定人的信息处理系统的能力是一种资源，有一定的限度。在这个限度之内，人可以相当自由地分配自己的注意力，也可以同时干一件以上的事情。不同的脑力活动要求不同程度的注意力，容易的工作只占用很少的注意力，难的工作占用更多的注意力。当注意力不能满足工作的需要时，人的行为结果就受到影响或根本无法完成。,Wickens的多资源模型,根据双重任务试验的结果，美国学者Wickens教授提出了多资源模型。Wickens教授认为人的信息处理系统是一个多资源的系统，这些资源可以按两两对应的关系分为三组。第一组是阶段资源，对应于早期阶段（如感觉）和晚期阶段（如反应）；第二组为两个通道资源，对应于视觉和听觉资源；第三组是过程编译资源，对应于图像和文字资源。多资源理论认为，人有多个不同的资源，而不是一个中心资源，每一种资源有它自己的一些特性。当不同的工作用需要不同的资源时，它们之间的干扰就小些，如果它们所需要的资源相同或相近，它们之间的干扰就大些。,控制与自动过程理论,Schneider 和 Shiffrin教授根据他们自己所做的一系列的实验结果提出人的信息处理系统实际上有两种基本的处理过程，一种是控制过程，一种是自动过程。自动过程是一种快速的，平等的信息处理过程，不受人的工作记忆能力的限制，只需要很少的或根本不需要直接控制。这种信息处理过程需要大量的训练才能获得。相反，控制过程则是一种较慢的信息处理过程，受人的工作记忆能力的限制，它需要人的大量的，直接的控制行为，因而施加给人的脑力负荷较重。,人的信息处理系统的基本结构,决策和反应选择,反应,执行,长时记忆,工作记忆,接收器,短时记忆储存,刺激,反应,注意资源,感觉储存,记忆,感知,3.2 人的信息输入-感知,感觉阈限,视觉,听觉,触觉,味觉和嗅觉,3.2.1 感觉阈限,感觉器官可接受外界刺激的范围被称为感觉阈限，感觉阈限有绝对阈限和相对阈限两个概念。,绝对阈限,外界刺激必须达到一定强度才能引起人的感觉。刚刚能引起感觉的最小刺激量，叫绝对感觉阈限的下限，强度低于下限的刺激不能引起人的感觉。能产生正常感觉的最大刺激量，叫绝对感觉阈限的上限。作用于感觉器官的刺激强度若超过上限，就会引起痛觉，严重时甚至于造成感觉器官的损伤。,绝对阈限,感觉,绝对阈限,(,最低限至最高限,),举例,视觉,2.25.710,-17,J,至,2.25.710,-8,J,30,英里以外的烛光,听觉,110,-12,J/m,2,至,110,2,J/m,2,安静环境中,20,英尺以外的手表滴答声,味觉,410,-7,(,硫酸试剂摩尔浓度,),两加仑水中的一匙白糖,嗅觉,210,-7,kg/m,3,弥散于,6,个房间中的一滴香水,触觉,2.610,-9,J,从一厘米距离落到你脸上一个苍蝇的翅膀,相对阈限,人的感觉器官不仅能够确定刺激的有无，而且能觉察刺激的变化或差别。刚刚能引起差别感觉的最小刺激量，叫差别感觉阈限。每一种感觉器官的差别感觉阈限不是一个绝对数值，它随最初的刺激强度而变化，并且两者之比是一个常数。这一关系被称为韦伯定律，可用下面的公式表示:I/I=K式中I是初始刺激强度，I为引起差别感觉的刺激强度的增量，K为常数。,最优条件下各种感觉的韦伯比例,感觉,韦伯比例,音高（,2000,赫）,0.0003,重压（,400,克）,0.013,明度（,1000,光量子）,0.016,举重（,300,克）,0.019,响度（,1000,赫、,100,分贝）,0.088,橡皮气味（,200,嗅单位）,0.104,皮肤压觉（,5,克,/,毫米）,0.136,咸味（,3,克分子,/,公升）,0.200,3.2.2 视觉,视觉的形成机制,明适应和暗适应,视野和视距,视觉运动规律,视觉的形成规律,瞳孔的主要功能是调节进入眼内的光量,瞳孔后面是晶状体。晶状体起着另外一个调节功能，对远近不同物体聚焦的功能。,视网膜把外部的光刺激转换成神经冲动。视网膜主要有两种感光细胞，即视杆细胞和视锥细胞。研究发现，这两类细胞的功能有明显的差别。,视网膜上产生的视觉神经冲动，经过视觉传入神经传入大脑。一般认为从视网膜到大脑皮层的整个传导系统内保持着点对点的对应关系。,明适应和暗适应,当外界光线亮度发生变化时，人的眼睛感受能力也随之发生变化。这种对刺激变化而产生的顺应变化叫适应。,当人从明亮环境进入黑暗环境时，人的视觉还停留在明环境中，它看不见物体，随着时间的推移，人眼睛慢慢地看清物体了，这个过程就叫人眼睛的暗适应过程。在黑暗中停留10分钟之后，人眼睛的适应能力达到一个稳定的水平，停留25分钟之后，能达到完全适应的80%，完全适应大约需要经过3550分钟。当完全适应后，人的视觉敏锐度有极大的增强。,明适应发生在人由黑暗环境进入明亮环境的时候。刚开始时人眼睛不能辨别物体，要几十秒的时间才能看清物体。明适应比暗适应要快得多，完全适应大约需经过1分钟。,视野,视野指头部和眼球不动时，眼睛观看正前方所能看到的空间范围。视野常以视角来表示。双眼视野最大视角从水平注视点向上约55度，向下约65度，向左向右各约90度。由眼睛的视网膜上的视锥细胞和视杆细胞分布的影响，视觉只有在离注意点2度的范围内最敏锐。中心视角60度 范围为最合适宜视野，作业时主要视觉显示安置在这个区域内最为恰当。头部不动，眼球转动，视角可达到120度。头部和眼球都转动时，视觉可扩大到220度。当然，视觉与照明强度密切相关，由于视网膜上在中央凹20度之后视杆细胞越来越少，其视力也将越来越低，所以当照明不足时，人的视野将变得很狭小。,视距,视距是指人在操作系统中正常的观察距离。一般操作的视距范围在3876cm之间。视距过远或过近都会影响认读的速度和准确性，而且观察距离与工作的精确程度密切相关，因而应根据具体任务的要求来选择最佳的视距。,推荐采用的几种工作任务的视距,任务要求,举例,视距离（眼至视觉对象）/,cm,固定视野直径/,cm,备注,最精细的工作,安装最小部件（表、电子元件）,12-25,20-40,完全坐着，部分依靠（小型放大镜、显微镜）,精细工作,安装收音机、电视机,25-35,（多为30-32）,40-60,坐着或站着,中等粗活,在印刷机、钻井机、机床旁工作,50以下,至80,坐着或站着,粗活,包装、粗磨,50-150,30-250,多数站立,远看,远眺、开汽车,150以上,大于250,坐着或站着,视觉运动规律,眼睛的水平运动比垂直运动快,眼睛习惯于从左到右，从上到下地运动,人对水平方向尺寸的估计比对垂直方向尺寸的估计要准确,当眼睛偏离视中心时，对左上象限的观察优于右上象限，对右上象限的观察优于左下象限，对右下象限的观察最差,两眼运动是协调同步的，不可能一只眼睛转动，另一只眼睛不转；也不可能一只眼睛看，另一只眼睛不看，除非采用外部措施，如把一个眼睛遮起来,视觉运动规律(续),直线轮廓比曲线轮廓更易于被视觉接受,目标连续转换时，人的视觉有时会出现失真现象,识别信息的细节，要靠视力中心,对于运动目标，只有当运动的角速度大于12分/秒时，才能鉴别出它的运动状态,要看清物体，必须注视。眼睛要看清一个目标，需要0.070.3秒，平均0.17秒。若光线昏暗，注视的时间要加长,3.2.3 听觉,听觉的形成机制,听觉的主要特征,可听范围,辨别频率和声强的能力,辨别声音的方向和距离,听觉的适应和疲劳,听觉的形成机制,振动的物体是声音的声源，振动在弹性介质(气体、液体、固体)中以波的方式进行传播，所产生的弹性波称为声波，一定频率范围的声波作用于耳就产生了声音的感觉。,人的听觉系统主要包括耳、神经传入系统和大脑皮层听区三个部分，其中最主要是耳。耳是听觉的外部感受器，结构上由外耳、中耳和内耳三部分组成。外耳包括耳廓和外耳道组成，它的主要功能是像一根一端封闭的管子传递声波。中耳由鼓膜和听小骨组成，它的功能主要是充当了声波从一种介质转入另一种介质的中间变换器。内耳包括耳蜗和前庭器官，它的功能是对传入的声波进行初级分析，并将声能转化成神经冲动。,外界的声波通过外耳道传到鼓膜，引起鼓膜的振动，然后经杠杆系统的传递，引起耳蜗中淋巴液及其底膜的振动，使基底膜表面的科蒂氏器中的毛细胞产生兴奋。科蒂氏器和其中所含的毛细胞是真正的声音感受装置，听神经纤维就分布在毛细胞下方的基底膜中，机械能形式的声波就在此处转变为听神经纤维上的神经冲动，并以神经冲动的不同频率和组合形式对声音信息进行编码，然后被传送到大脑皮层听觉中枢，从而产生听觉。,可听范围,人的听觉的刺激物是声波，声波有频率和振幅两个基本特性，因此人耳的可听范围也与这两个因素有关。人耳能感受到的频率在1620000Hz之间，并且需要达到足够的声压和声强。声强是声波在传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的声波能量。声压是声音振动所产生的压力。低于16Hz的次声波和高于20000Hz的超声波，人耳都听不到。每一振动频率，都有一个刚好引起听觉的最小振动声强，叫做听阈。当振动强度提高时，听觉的感受也相应加强，当增至某一限度时，鼓膜便产生疼痛感，这个限度叫做痛阈。人最敏感的频率为10003000Hz，日常语言交流的频率较此略低。,辨别声频和声强的能力,人耳对频率的辨别能力较强，大于4000Hz的频率，相差1%就能加以区别。这是由于不同的声波使内耳基底膜的不同纤维产生共振的原因，低音使长纤维产生共振，高音使短纤维产生共振，传到大脑皮质不同部位，得出不同的音调感觉。人耳对声强的辨别力不太敏感，声强与人的主观感觉不呈比例关系，而是对数关系。当声强增加10倍时，主观感觉的响度只增加1倍；声强增加100倍时，响度只增加2倍，依此类推。噪声的分级就是根据人耳感觉的这个特性决定的。,辨别声音的方向和距离,人可以根据声音到达两耳的强度和时间顺序来判断声源的方向，对高音时根据声强差，对低音是根据时刻差来判断声音的方向。判断声音的距离，主要靠人的主观经验。,听觉的适应和疲劳,在声音连续作用的过程中，听觉敏感度会随时间的延长而降低，这叫听觉适应，是人保护听觉的一种方法。若声强不大，作用时间又不太久，一般在声刺激停止后的1020秒中，听觉敏感度就会恢复到原来的水平。若声强很大，作用的时间很长，就不仅是听觉适应的问题，而会引起听觉疲劳。听觉疲劳后，要经过几小时，直到几天才能恢复听觉敏感度。严重的听觉疲劳会引起听力减退或听力丧失。,3.2.4 触觉,触觉的形成机制,触觉的主要特征,触觉阈限,触觉适应,主动与被动触觉,触觉能力的提高,触觉的形成机制,触觉是微弱的机械刺激触及了皮肤浅层的触觉感受器而引起的。触觉的生理意义是能辨别物体的大小、形状、硬度、光滑程度以及表面机理等机械性质的触感。,在人机系统的操纵装置设计中，就是利用人的触觉特性，设计具有各种不同触感的操纵装置，以使操作者能够靠触觉准确地控制各种不同功能的操纵装置。,根据对触觉信息的性质和敏感程度的不同，分布在皮肤和皮下组织中的触觉感受器有游离神经末梢、触觉小体、触盘、毛发神经末梢、棱状小体、环层小体等。不同的触觉感受器决定了对触觉的敏感性和适应出现的速度。,触觉阈限,皮肤的不同部位，触点数量是不同的，触压觉的阈限在不同部位也不相同。触压觉的刺激阈限是：舌尖、指尖为2g/mm,2,，指臂为5g/mm,2,，前臂腹侧为8 g/mm,2,，手臂为12g/mm,2,，小腿为16g/mm,2,，腹部为26g/mm,2,，前臂臂侧为33g/mm,2,，腰部为48g/mm,2,，足掌后部为250g/mm,2,。,触觉适应,当某种刺激长时间作用于人体某部位时，皮肤感受性会很快地降低，这种现象称触觉适应。例如戴眼睛、穿衣服，人们都完全适应了，似乎不感到他们的存在。适应所需要的时间称为适应时间，物体重量的增加将使适应时间变长。,触觉的合理利用,主动触觉优于被动触觉：我们要辨别某一物质时，如果让该物质被动地压在手指上，由于适应很快，即使有差别也几乎立即消失；但如果让手指在该物上移动，主动地去感触，则可以察觉出其细微的差别。,训练可以提高触觉能力：触觉是人们获得空间信息的重要感觉通道，通过触觉可以辨别物体的大小、形状等特征。不用眼看，仅用手模，可以精确地反映平面和立体的客观形状，触觉信息可转化为较鲜明的视觉形象。,3.2.5 味觉和嗅觉,味觉的形成机制和特征,嗅觉的形成机制和特征,味觉的形成机制和特征,味觉的感受器是分布于舌的表面、咽的后部、腭及舌头上的味蕾，其中以舌上分布得最多。一个味蕾有几十个味细胞，它们与有味物质进行直接反应。凡能溶于水的物质都能向人提供味觉刺激。脑神经将味觉细胞的兴奋传递给神经中枢。用于传递味觉的脑神经很少，味觉信息由这些神经传送到延髓，再转到间脑，最后进入大脑皮层的味觉区。味觉有甜、酸、苦、咸四种，称为四原味。它和三原色的原理一样可以组合出一切味道。味觉的感受性用不同浓度溶液的阈值加以表示。当一种有味物质进入口腔后，需要1s才能有感觉，而恢复原状则需要10s至1min以上。甚至更长。这一特征给品尝工作造成很大困难。味觉灵敏度受刺激物温度的影响，在20一30时味觉最灵敏。,嗅觉的形成机制和特征,鼻腔上端的嗅黏膜是嗅觉感受器，其上分布着嗅觉细胞。嗅觉细胞受到刺激时，产生神经冲动，上传到嗅觉中枢而引起嗅觉。人的嗅觉灵敏度用嗅觉阈表示。正常人的嗅觉很灵敏，因此嗅觉有时用于传递告警信息。但是嗅觉很容易产生适应，并且个体差异较大，因此利用嗅觉感知信息要特别谨慎。,人的嗅觉感受性是很强的。1L空气中只要有0.00004mg的人造麝香，人就可以嗅到香味。影响嗅觉感受性的因素有环境条件和机体条件两方面。温度有助于嗅觉感受，最适宜的温度是37-38。清洁空气中嗅觉感受性也提高。伤风时，由于鼻咽粘膜发炎，感受性显著降低。,嗅觉的适应比较快但有选择性。对于某种气味，经过一段时间后感受性就下降。发现异常气味应立即寻找原因，利用嗅觉可以早期发现泄露、火灾等事故的发生。,3.3 中枢信息处理,知觉,记忆,思维与决策,注意,3.3.1 知觉,知觉与感觉,图像识辨理论模型,知觉系统的特征,知觉与感觉,外界刺激直接作用于人时，它的各种物理属性刺激人的相应感觉器官中的神经末梢，引起神经冲动。神经冲动传至大脑皮层，人意识到物质属性的刺激时，就引起感觉。知觉是在感觉的基础上产生的。感觉与知觉的最大特征是感觉主要涉及到外界刺激的物理特性，而知觉涉及到人的认知特性。,知觉与感觉示意,图像识辨理论模型,模式（板）匹配理论：模式匹配理论认为，识别某个图像，必须在过去的经验中有这个图形或东西的“记忆痕迹”或基本模