第七节  安全人机工程基本知识

一、定义与研究内容

(一)安全人机工程的定义

安全人机工程是运用人机工程学的理论和方法研究“人—机—环境”系统，并使三者从安全的角度上达到最佳匹配，以确保系统高效、经济运行的一门综合性的边缘科学。

(二)安全人机工程的主要研究内容

安全人机工程在所研究的诸多因素中，主要是研究人与机器的关系，主要内容包括如下4个方面：

(1)分析机械设备及设施在生产过程中存在的不安全因素，并有针对性地进行可靠性设计、维修性设计、安全装置设计、安全启动和安全操作设计及安全维修设计等。

(2)研究人的生理和心理特性，分析研究人和机器各自的功能特点，进行合理的功能分配，以构成不同类型的最佳人机系统。

(3)研究人与机器相互接触、相互联系的人机界面中信息传递的安全问题。

(4)分析人机系统的可靠性，建立人机系统可靠性设计原则，据此设计出经济、合理以及可靠性高的人机系统。

在人机系统中人始终起着核心和主导作用，机器起着安全可靠的保证作用。解决安全问题的根本是实现生产过程的机械化和自动化，让工业机器人代替人的部分危险操作，从根本上将人从危险作业环境中彻底解脱出来，实现安全生产。

(三)人机系统的类型

人机系统主要有两类，一类为机械化、半机械化控制的人机系统；一类为全自动化控制的人机系统。

机械化、半机械化控制的人机系统，人机共体，或机为主体，系统的动力源由机器提供，人在系统中主要充当生产过程的操作者与控制者，即控制器主要由人来操作。在控制系统中设置监控装置，如果人操作失误，机器会拒绝执行或提出警告，其结构如图4一l所示，这是现代生产中应用最多的人机系统。系统的安全性主要取决于人机功能分配的合理性，机器的本质安全性及人为失误。

在全自动化控制的人机系统中，以机为主体，机器的正常运转完全依赖于闭环系统的机器自身的控制，人只是一个监视者和管理者，监视自动化机器的工作。只有在自动控制系统出现差错时，人才进行干预，采取相应的措施。其结构框图如图4—2所示。系统的安全性主要取决于机器的本质安全性、机器的冗余系统失灵以及人处于低负荷时应急反应变差等。

二、机械设计本质安全

(一)机械设计本质安全的定义

机械设计本质安全是指机械的设计者，在设计阶段采取措施来消除安全隐患的一种机械安全方法。包括在设计中排除危险部件，减少或避免在危险区处理工作需求，提供自动反馈设备并使运动的部件处于密封状态之中等。

(二)机械失效安全

机械设计者应该在设计中考虑到当发生故障时不出危险。

这一类装置包括操作限制开关，限制不应该发生的冲击及运动的预设制动装置，设置把手和预防下落的装置，失效安全的限电开关等。

(三)机械部件的定位安全

把机械的部件安置到不可能触及的地点，通过定位达到安全的目的。设计者必须考虑到人在正常情况下不会触及到部件，而在某些情况下可能会接触到，例如登着梯子对机械进行维修等情况。

(四)机器的安全布置

在车间内对机器进行合理的安全布局，可以使事故明显减少，布局时要考虑如下因素：

(1)空间：便于操作、管理、维护、调试和清洁。

(2)照明：包括工作场所的通用照明（自然光及人工照明，但要防止炫目)和为操作机器而需的照明。

(3)管、线布置：不要妨碍在机器附近的安全出入，避免磕绊，有足够的上部空间。保证维修时人员的出入安全。

第八节  人  的  特  性

一、人体测量

为了使各种与人有关的机械、设备、产品等能够在安全的前提下高效工作．就须实现人——机的最优结合，井使人在使用时处于安全、舒适的状态和无害、宜人的环境之中；现代设计就必须充分考虑人体的各种人机学参数。

(一)人体尺寸测量基础

人体测量所涉及的是一个特定的群体而非个人。因而选择样本必须考虑代表性的群体，测量的结果要经过数理统计处理，以反映陔群体的形态特征与差异程度。人体测量是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别，用必研究人的形态特征，从而为各种安全设计、工业设计和工程设计提供人体测量数据。

1．被测者姿势

(1)直立姿势。被测者挺胸直立，头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向体侧，手指轻贴大腿侧面，膝部自然伸直，左、右足后跟并拢，前端分开，使两足大致成45°夹角，体重均匀分布于两足。

(2)坐姿。被测者挺胸坐在被调节至腓骨头高度的平面上．头部以眼耳平面定位，眼睛平视前方，左右大腿大致平行，膝弯曲大致成直角，足平放在地面上，手放在大腿上。

2测量基准面

人体测量基准面的定位是由三个互相垂直的轴(铅垂轴，纵轴和横轴)来决定的。

(1)矢状面。按前后方向将人体纵切为左、右两部分的所有断面，都可称为矢状面。

(2)正中矢状面。将人体分为左、右对等的两半的断面称作正中矢状面。

(3)冠状面。通过铅垂轴和横轴的平面及与其平行的所有平面都称为冠状面。

(4)水平面。与矢状面及冠状面同时垂直的所有平面都称为水平面。水平面将人体分成上、下两部分。

(5)眼耳平面。通过左、右耳屏点及眼眶下点的水平面称为眼耳平面或法兰克福平面。

3测量方向

(1)在人体上、下方向上，将上方称为头侧端。将下方称为足侧端。

(2)在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向称为内侧，将远离正中矢状面的方向称为外侧。

(3)在四肢上，将靠近四肢附着部位的称为近位，将远离四肢附着部位的称为远位。

(4)对于上肢，将挠骨侧称为挠侧，将尺骨侧称为尺侧。

(5)对于下肢，将胫骨侧称为胫侧，将腓骨侧称为腓侧。

4支承面和衣着

立姿时站立的地面或平台以及坐姿时的椅平面应是水平的、稳固的、不可压缩的。要求被测量者裸体或穿着尽量少的内衣(例如只穿内裤和汗背心)测量．在后者情况下在测量胸围时，男性应撩起汗背心，女性应松开胸罩后进行测量。

5人体测量的主要仪器

在人体尺寸参数的测量中，所采用的人体测量仪器有：人体测高仪、人体测量用直脚规、人体测量用弯脚规、人体测量用三脚平行规、坐高椅、量足仪、角度计、软卷尺以及医用磅秤等。我国对人体尺寸测量专用仪器已制定了标准，而通用的人体测量仪器可采用一般的人体生理测量的有关仪器。

(1)人体测高仪。主要是用来测量身高、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体各部位高度尺寸。

(2)人体测量用直脚规。主要是用来测量两点间的直线距离，特别适宜测量距离较短的不规则部位的宽度或直径，如测量耳、脸、手、足等部位的尺寸。

(3)人体测量用弯脚规。常常用于不能直接以直尺测量的两点间距离的测量，如测量肩宽、胸厚等部位的尺寸。

6人体测量主要统计函数

(1)平均数。常用统计指标平均数亦称均值，可用X表示，对于n个样本的测量值X1，X2……Xn。，其平均值X如式l一1所示：

       (1--1)

(2)方差。方差又叫均方差，一般用S2表示，是描述测量数据在平均值上下波动程度大小的值。方差表明样本的测量值是变量，既趋向均值而又在一定范围内波动。对于n个样本的测量值X1，X2……Xn，方差的计算式为：

            (1--2)

常用s。=：}(乏x；一nx’)来简化计算。

(3)标准差。为统一量纲，人们常用标准差S来表示样本相对平均值的波动情况，即测量值集中与离散的程度。对于n个样本的测量值X1，X2……Xn，标准差的计算式为：

     (1--3)

(4)标准误差。标准误差又称抽样误差。由抽样的统计值来推测总体的统计值，而一般情况下，抽样与总体的统计值不可能完全相同，这种差别就是由抽样引起的，被称为标准误差或抽样误差。标准误差5，的一般计算式为：

                (1--4)

(5)百分位数。即百分位，是人体测量常用概念。表示某一测量数值所标志的群体数量与整个群体的百分比关系，最常用第5、第50、第95三种百分散位。以人的身高尺寸为例，第5百分位数是指有5％的人群身材尺寸小于此值，而有95％的人群身材大于此值；第50百分位数是指大于或小于此人群身材尺寸的各为50％；第95百分位数是指有95％的人群身材尺寸小于此值，而有5％的人群身材大于此值。一般认为，人体尺寸统计数据基本符合正态分布规律，因此可用平均值i和标准差s来计算某一百分位所对应的人体尺寸数值几。

p_v  =  x±(S x K)    (1—5)

式中K为变换系数。在求第1百分位数一第50百分位数据时，取负号；求第50百分位数一第99百分位数据时，取正号。常用的百分位和变换系数的关系见表l—2。第50百分位数即中位数。

表l—2    百分位和变换系数

利用正态分布理论，还可以求出某一测量数据所属的百分位数P，即：

P=0.5 + p       (1—6)

根据在正态分布概率数值表上的z值可查得对应概率数值P，其中

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