安全人機(jī)工程學(xué)-課件12

第11章安全人機(jī)工程學(xué)

基本理論的應(yīng)用

第11章安全人機(jī)工程學(xué)

基本理論的應(yīng)用

11.1視頻顯示裝置的安全

人機(jī)工程學(xué)

視頻顯示終端（VisualDisplayTerminals，簡(jiǎn)稱(chēng)VDT）包括計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、打印機(jī)、游戲機(jī)等顯示裝置。11.1視頻顯示裝置的安全

11.1.1VDT對(duì)人體健康的影響對(duì)眼睛的影響——長(zhǎng)期在視頻顯示終端屏幕前工作，感覺(jué)到視疲勞、視力模糊、調(diào)節(jié)功能出現(xiàn)障礙、眼角膜損失等癥狀。骨骼肌肉的反應(yīng)——長(zhǎng)期在屏前操作有頸酸、頸痛、肩痛、腰痛、背酸無(wú)力、手腕感到過(guò)度疲勞等癥狀。對(duì)神經(jīng)行為的影響——長(zhǎng)期從事VDT的作業(yè)者常感到處在“精神緊張”之中，常伴有頭痛、頭暈、記憶力減退等癥狀發(fā)生。11.1.1VDT對(duì)人體健康的影響11.1.2對(duì)操作者健康的

人機(jī)因素分析

視頻顯示器本身操作室的環(huán)境因素作業(yè)姿勢(shì)的影響

11.1.2對(duì)操作者健康的

人機(jī)因素分析

11.1.3對(duì)操作者健康的

防護(hù)措施

1.改善VDT操作室的環(huán)境2.減少VDT的電磁輻射3.從安全人機(jī)工程的角度對(duì)VDT操作室進(jìn)行設(shè)計(jì)與改造4.作業(yè)者應(yīng)保持合理的作業(yè)姿勢(shì)11.1.3對(duì)操作者健康的

防護(hù)措施

11.2汽車(chē)運(yùn)輸作業(yè)中的安全

人機(jī)工程學(xué)

人的方面：駕駛?cè)藛T和乘坐人員，尤其是主要駕駛?cè)藛T的心理、生理狀態(tài)對(duì)運(yùn)輸作業(yè)系統(tǒng)的影響。

11.2汽車(chē)運(yùn)輸作業(yè)中的安全

人機(jī)工程學(xué)

運(yùn)輸工具方面：操縱裝置、顯示裝置、駕駛空間、坐席、視界及作業(yè)環(huán)境的微氣候等。環(huán)境方面：天氣的影響、道路設(shè)施、交通標(biāo)志、交通噪聲、照明條件等。運(yùn)輸工具方面：操縱裝置、顯示裝置、駕駛空間、坐席、視界及作11.2.1汽車(chē)事故與人的作業(yè)研究

汽車(chē)交通事故是當(dāng)前世界各國(guó)所面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)：自1885年發(fā)明汽車(chē)以來(lái)，已有2000多萬(wàn)人死于車(chē)禍，全世界每年平均有30萬(wàn)人死于交通事故，傷殘者就更不計(jì)其數(shù)。11.2.1汽車(chē)事故與人的作業(yè)研究

影響駕駛疲勞的因素

1.駕駛?cè)藛T生活上的因素——如家庭生活環(huán)境、勞累程度、生活條件等。2.駕駛過(guò)程中的因素——如駕駛室內(nèi)的溫度以及濕度是否適宜、車(chē)內(nèi)噪聲情況、車(chē)內(nèi)振動(dòng)情況、坐席的舒適程度等。影響駕駛疲勞的因素影響駕駛疲勞的因素3.駕駛員的條件——如體力、視力、身體健康狀況、年齡、經(jīng)驗(yàn)以及性格等。4.駕駛的連續(xù)時(shí)間，它是造成司機(jī)疲勞的主要原因之一。

影響駕駛疲勞的因素11.2.2汽車(chē)的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．汽車(chē)坐椅設(shè)計(jì)2．汽車(chē)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3．駕駛室的空間設(shè)計(jì)4．汽車(chē)的視野設(shè)計(jì)11.2.2汽車(chē)的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

駕駛坐椅主要幾何參數(shù)

駕駛坐椅主要幾何參數(shù)方向盤(pán)與操縱器的綜合

設(shè)計(jì)布局

方向盤(pán)與操縱器的綜合

設(shè)計(jì)布局小汽車(chē)駕駛室腳踏板的空間布置

小汽車(chē)駕駛室腳踏板的空間布置11.2.3交通管理與設(shè)施系統(tǒng)的改善

①節(jié)約能源；②防止噪聲、振動(dòng)、廢氣等公害；③道路的專(zhuān)用化、現(xiàn)代化；④交通系統(tǒng)管理的自動(dòng)化；⑤汽車(chē)小型化、輕量化等等。11.2.3交通管理與設(shè)施系統(tǒng)的改善

11.2.4駕駛可靠性的定量分析方法

在駕駛中，對(duì)人的可靠性分析多引進(jìn)PS主因子（KeyPerformanceShapingFactor，簡(jiǎn)稱(chēng)PS主因子）。11.2.4駕駛可靠性的定量分析方法

基本失誤率與差錯(cuò)狀態(tài)恢復(fù)度

FS、FO、FR分別代表感知基本失誤率、判斷基本失誤率以及動(dòng)作基本失誤率RS、RO與RR分別代表理論上感知、判斷決策和動(dòng)作的基本可靠度基本失誤率與差錯(cuò)狀態(tài)恢復(fù)度

引進(jìn)駕駛差錯(cuò)狀態(tài)恢復(fù)度C，對(duì)于感知、判斷決策與動(dòng)作階段其相應(yīng)的CS,CO,CR表達(dá)式為：

式中KS，KO與KR分別表示感知、判斷決策與動(dòng)作階段駕駛差錯(cuò)狀態(tài)恢復(fù)能力的權(quán)重系數(shù)。引進(jìn)駕駛差錯(cuò)狀態(tài)恢復(fù)度C，對(duì)于感知、判斷決策與動(dòng)作階段其相駕駛可靠性模型I

理論上駕駛可靠度R可表示為三個(gè)行為階段的可靠度乘積，即：R＝RS·RO·RR＝(1－FS)·(1－FO)·(1－FR)（11-5）式中RS、RO與RR分別為理論上感知、判斷決策與動(dòng)作的基本可靠度，而FS、FO與FR分別為理論上感知、判斷決策與動(dòng)作的基本失誤率。駕駛可靠性模型I理論上駕駛可靠度R可表示為三個(gè)行為階段的可

駕駛員在行車(chē)時(shí)，由于PS主因子的制約導(dǎo)致理論上駕駛可靠度與實(shí)際的駕駛可靠度有了偏差，因此（11－5）式便修改為：

駕駛員在行車(chē)時(shí)，由于PS主因子的制約導(dǎo)致理論上駕駛可靠度與考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II

即考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II

考慮自適應(yīng)性的駕駛可靠性模型II

針對(duì)上圖所示的駕駛可靠性模型II，這時(shí)實(shí)際駕駛的可靠度R*為針對(duì)上圖所示的駕駛可靠性模型II，這時(shí)實(shí)際駕駛的可靠度R*

11.3航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中的

安全人機(jī)工程學(xué)問(wèn)題

11.3.1航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)的研究對(duì)象與任務(wù)

11.3航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中的

安人的特點(diǎn)航天員除了合適的身高和體重、良好的心理素質(zhì)和綜合素質(zhì)之外，還要求具有良好的抗超重耐力、有較好的缺氧耐力、有良好的心血管功能和前庭功能等。人的特點(diǎn)航天員除了合適的身高和體重、良好的心理素質(zhì)和綜合素質(zhì)機(jī)的特點(diǎn)機(jī)為載人航天器，尤其是再入大氣層時(shí)氣動(dòng)熱十分嚴(yán)重、環(huán)境十分惡劣，因此對(duì)飛行器的安全行、可靠性以及可維修性有很高的要求。機(jī)的特點(diǎn)機(jī)為載人航天器，尤其是再入大氣層時(shí)氣動(dòng)熱十分嚴(yán)重、環(huán)基本任務(wù)美國(guó)將人在航天中工作能力的增長(zhǎng)大致劃分為三個(gè)階段：第一階段（1990年前），主要實(shí)現(xiàn)人安全容易地進(jìn)入空間并返回地面；在這個(gè)階段中，航天員的作用是乘客、操作者、觀察者及實(shí)驗(yàn)者；第二階段（1990～2000年），主要實(shí)現(xiàn)人在近地球軌道空間永久性居住，航天員的作用主要是科學(xué)家、維修者、探索者；第三階段（2000年以后），實(shí)現(xiàn)人在空間中有限的自給自足，人的作用是服務(wù)人員、工人、建造者、生產(chǎn)者及月球居民。基本任務(wù)美國(guó)將人在航天中工作能力的增長(zhǎng)大致劃分為三個(gè)階段：

如何在航天特殊環(huán)境下將航天員、航天飛行器以及航天環(huán)境有機(jī)結(jié)合起來(lái)以確保載人航天工程的順利進(jìn)行，這正是航天人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)的工作者所肩負(fù)的任務(wù)。如何在航天特殊環(huán)境下將航天員、航天飛行器以及航天環(huán)境有機(jī)結(jié)11.3.2航天特殊環(huán)境下所面臨的

安全人機(jī)工程學(xué)問(wèn)題

壓力制度超重與失重低壓與缺氧問(wèn)題空間孤獨(dú)以及相容性問(wèn)題11.3.2航天特殊環(huán)境下所面臨的

壓力制度壓力制度是指飛行員與航天員居住的增壓密閉艙和穿著的防護(hù)服的內(nèi)環(huán)境所采用的何種氣體和多高的工作壓力。壓力制度壓力制度基本要求1確保航天員的安全與健康，即防低壓、又防缺氧對(duì)人體的傷害；2艙壓和航天服壓力的合理匹配，既能減少座艙意外減壓對(duì)人體的影響，又便于出艙活動(dòng)；3要有利于座艙環(huán)境的控制系統(tǒng)和航天服系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)，并且具有高度的可靠性；4環(huán)境控制系統(tǒng)的諸參數(shù)應(yīng)該匹配合理，有利于實(shí)現(xiàn)“安全、高效、經(jīng)濟(jì)”的總體目標(biāo)。壓力制度基本要求超重與失重令為地球?qū)ξ矬w的引力，為物體運(yùn)動(dòng)的加速度，因此有超重與失重令為地球?qū)ξ矬w的引力，為物體運(yùn)動(dòng)的加速度，因此有

早期飛船發(fā)射時(shí)，超重曲線峰值時(shí)的G值為6～8，作用時(shí)間每級(jí)100～200S左右；返回時(shí)峰值的G值為8～10，持續(xù)時(shí)間200S左右。隨著火箭技術(shù)和再入大氣層技術(shù)的不斷完善與改進(jìn)，飛船起飛時(shí)的G值大約在4～5左右，返回時(shí)大約為5～7；對(duì)于航天飛機(jī)已實(shí)現(xiàn)了滑翔回收，減速過(guò)載的G值已降到2以下。早期飛船發(fā)射時(shí)，超重曲線峰值時(shí)的G值為6～8，作用時(shí)間每級(jí)常用加速度術(shù)語(yǔ)及矢量符號(hào)

常用加速度術(shù)語(yǔ)及矢量符號(hào)失重環(huán)境下人體的主要生理反應(yīng)神經(jīng)前庭系統(tǒng)——主要癥狀是眩暈、惡心，有時(shí)發(fā)生嘔吐和產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，全身感到不舒服，無(wú)法工作，影響了航天員的效率。心血管系統(tǒng)——航天員處于失重環(huán)境后數(shù)天便可出現(xiàn)心血管功能下降，主要表現(xiàn)在有的航天員心電圖心律不齊等現(xiàn)象。血液和電解質(zhì)——航天飛行后，許多航天員都出現(xiàn)了紅細(xì)胞容積減少，骨骼與肌肉系統(tǒng)——航天員在太空停留會(huì)發(fā)生骨質(zhì)喪失、骨質(zhì)疏松和骨骼肌萎縮的現(xiàn)象。失重環(huán)境下人體的主要生理反應(yīng)空間孤獨(dú)以及相容性問(wèn)題思鄉(xiāng)病與恐懼癥——在狹小的艙室中居住的航天員會(huì)產(chǎn)生抑制不住的孤獨(dú)感、煩悶感和恐懼感。人際關(guān)系——長(zhǎng)期的太空飛行還會(huì)造成航天員的一些心理障礙，例如乘員之間相互不協(xié)調(diào)、不滿(mǎn)意對(duì)方，甚至與地面工作人員產(chǎn)生對(duì)抗情緒。空間孤獨(dú)以及相容性問(wèn)題11.4車(chē)輛人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中

乘員熱舒適性的數(shù)值計(jì)算11.4.1人體皮膚溫度的確定11.4.2人體熱舒適性的計(jì)算11.4.3典型算例與分析11.4車(chē)輛人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)中

乘員熱舒車(chē)室內(nèi)人體熱舒適性計(jì)算的總框圖車(chē)室內(nèi)人體熱舒適性計(jì)算的總框圖車(chē)室內(nèi)三維流場(chǎng)和溫度的計(jì)算三維、湍流、雷諾平均Navier-Stokes方程瞬態(tài)時(shí)方程組的形式為連續(xù)方程：（11－15）

動(dòng)力學(xué)方程：（11－16）

或者

（11－17）

車(chē)室內(nèi)三維流場(chǎng)和溫度的計(jì)算三維、湍流、雷諾平均Navier-

能量方程：（11－18）或者（11－19）式中，，，，，e與分別表示瞬態(tài)時(shí)的密度、壓強(qiáng)、速度、粘性應(yīng)力張量、應(yīng)力張量、單位體積所具有的廣義內(nèi)能與由于傳熱而導(dǎo)致的熱流矢；為熱傳導(dǎo)系數(shù)。能量方程：

在直角坐標(biāo)系下（11－15）、（11－17）與（11－19）式可寫(xiě)為：

在直角坐標(biāo)系下（11－15）、（11－17）與（11邊界條件（以定常流動(dòng)為例）進(jìn)口邊界條件（即車(chē)的進(jìn)風(fēng)口）：給進(jìn)口的總壓、總溫、進(jìn)口馬赫數(shù)等；出口邊界條件（即車(chē)的出風(fēng)口）：認(rèn)為沿z向出氣時(shí)邊界條件（以定常流動(dòng)為例）

車(chē)室的內(nèi)壁面邊界條件：速度給無(wú)滑移條件；壁面溫度給出溫度的分布；認(rèn)為物面滿(mǎn)足非穿透邊界條件，物面的壓強(qiáng)值由法向動(dòng)量方程決定。人體表面的邊界條件：速度給無(wú)滑移條件；給定人體表面皮膚溫度的分布；人體表面的壓強(qiáng)值也由法向動(dòng)量方程決定。車(chē)室的內(nèi)壁面邊界條件：速度給無(wú)滑移條件；壁面溫度給出溫度的車(chē)室的簡(jiǎn)化幾何形狀

車(chē)室的簡(jiǎn)化幾何形狀有駕駛員與乘員的車(chē)室圖

有駕駛員與乘員的車(chē)室圖人體生物熱方程的計(jì)算

將人體劃分為15個(gè)不同的節(jié)段，即頭、頸、軀干、上臂、前臂、手、大腿、小腿和腳，如圖11.9所示。在人體節(jié)段的模型中又將每一個(gè)節(jié)段進(jìn)一步分為四個(gè)不同的層即核心層、肌肉層、脂肪層和皮膚層如圖11.10所示。人體生物熱方程的計(jì)算將人體劃分為15個(gè)不同的節(jié)段，即頭、頸圖11.9人體節(jié)段劃分示意圖

圖11.9人體節(jié)段劃分示意圖圖11.10節(jié)段分層示意圖

圖11.10節(jié)段分層示意圖

對(duì)于人體的某個(gè)節(jié)段而言，一般的熱平衡方程為：

（11－19）對(duì)于人體的某個(gè)節(jié)段而言，一般的熱平衡方程為：邊界條件

徑向滿(mǎn)足：周向滿(mǎn)足：在不同層的界面處：邊界條件徑向滿(mǎn)足：

式中R0為所考慮的人體節(jié)段的半徑，qc為體表與環(huán)境間的對(duì)流換熱，qr為體表與環(huán)境間的輻射換熱，qe為人體蒸發(fā)散熱，qs為太陽(yáng)對(duì)人體的輻射換熱。應(yīng)指出的是，這里qe應(yīng)該包括皮膚有感蒸發(fā)、無(wú)感蒸發(fā)與呼吸換熱三部分。很顯然，有感蒸發(fā)項(xiàng)可以通過(guò)人體熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的控制分系統(tǒng)得到。式中R0為所考慮的人體節(jié)段的半徑，qc為體表與環(huán)境間的對(duì)流

生物熱方程（11－19）式的求解可采用有限差分法進(jìn)行離散，用時(shí)間推進(jìn)法進(jìn)行求解以獲得皮膚溫度與核心溫度。生物熱方程（11－19）式的求解可采用有限差分法進(jìn)行離散，11.4.2人體熱舒適性的計(jì)算

采用EQT指標(biāo)評(píng)定，其表達(dá)式為：11.4.2人體熱舒適性的計(jì)算

采用EQT指標(biāo)評(píng)定，其表達(dá)

式中(Teq)i為第i節(jié)段的當(dāng)量溫度；(Ts)i為第i節(jié)段的表面溫度；(vair)i為第i節(jié)段周?chē)目諝馑俣?，Si為第i節(jié)段的表面積，(hcal)i為在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下感受器標(biāo)定時(shí)的對(duì)流換熱系數(shù)，σ為斯蒂芬－波爾茲曼常數(shù)；εi為第i節(jié)段的發(fā)射率，（fi，n）為第i節(jié)段對(duì)座艙的n表面而言的角系數(shù)；(TS)i為第i節(jié)段的皮膚溫度，Tn為座艙n表面處的溫度，Qsol為人體得到的太陽(yáng)輻射。式中(Teq)i為第i節(jié)段的當(dāng)量溫度；(Ts)i為第i節(jié)段冬季情況下人體的熱舒