人机工程设计在石油化工装备上的应用

作者:安全管理网 来源:安全管理网 点击:  评论: 更新日期:2009年06月19日

 1  人机工程设计概述

  1)人机工程设计研究的内容

  以人—机—环境作为研究的基本对象,通过揭示人、机、环境之间的相互关系的规律,以达到确保人—机—环境系统总体性能的最优化。

  “人”:是指作为主体工作的人;

  “机”:是指人所控制的一切对象的总称;

  “环境”:是指人、机器共处的特殊条件,它既包括物理、化学因素的效应,也包括社会因素的影响。

  一方面既要研究人、机、环境各要素本身的性能,另一方面又要研究这三大要素之间的相互关系、相互作用、相互影响以及它们之间的协调方式,运用系统工程的方法找出最优组合方案,使人—机—环境系统的总体性能达到最佳状态,即满足舒适、宜人、安全、高效、经济等指标。归纳起来有以下几个方面。

  (1)人体特性的研究

  (2)人机系统的整体设计

  (3)研究人与机器间信息传递装置和工作场所的设计

  (4)环境控制和人身安全装置的设计

  安全保障技术包括机器的安全本质化、防护装置、保险装置、冗余性设计、防止人为失误装置、事故控制方法、救援方法、安全保护措施等。

  2)人机工程设计与工业设计的关系

  人机工程设计对工业设计的作用可概括为以下几个方面:

  (1)为工业设计中考虑“人的因素”提供人体静、动态尺度参数

  (2)为工业设计中“物”的功能合理性提供科学依据

  (3)为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则

  (4)为进行人—机—环境系统设计提供理论依据

  3)人机特性比较与功能分配

  见人和机器要素的特性比较表。

  归纳:

  人在检测、图像识别、灵活性、预测、归纳推理和判断能力等方同优于机器。

  机器在速度、出力、反应的精确性、重复性、短期记忆、演绎推理、多通道性能和在环境恶劣的作业等方面优于人。

  但是人有一种特殊而极为重要的能力,即与其灵活性和多面性有联系的是本身具有修正错误、改正错误和创造的能力。值得注意的是,利用和发展人的技能的必要性,而不是仅仅分配人去做剩下的无法实现自动化的“零活”。

  2  人机系统中人的因素

  在人—机系统中,人是主要因素。产品是为人所用的,人的大脑、视觉、听觉、肤觉、肌肉、神经都参与工作,那么,当设计产品并建立适宜的工作环境时,就应充分考虑这些方面,并力图使产品使用者从不必要的疲劳中解脱出来。

  1)人体静态测量参数

  2)人体动态测量参数

  3)人的感知特性

  4)人体接受信息的途径及能力

  影响人体接受信息,处理信息的主要因素:

  ①无关信息的干扰;

  ②信号维量数的影响;

  信号维量数是指各个信号中包含的信号特性个数的量度,各种信号的每一特性为一个维量。

  ③分时的影响;

  分时在人机工程学中表示一个人同时做或迅速交替地做两个以上工作的现象。

  ④刺激—反应之间的一致性影响

  刺激—反应之间的一致性可以提高信息的传递率及其可靠性。

  三方面:空间位置上的一致性,即显示单元与控制单元在空间位置排列上一一对应;运动方向上的一致性,即如仪表运动方向与人的观念上的适应性;概念上的一致性,如交通信号灯以绿色代表通行,红色代表停止;绿色代表安全,红色代表危险等与人的概念或习惯的适应。

  ⑤大脑意识状态

  5)疲劳

  三种类型:

  (1)肌肉疲劳:

  (2)精神疲劳(刺激疲劳):

  (3)生物疲劳(周期性疲劳)

  减轻作业疲劳的措施:

  ①提高作业自动化水平;

  ②正确选择作业姿势和体位;

  ③合理设计作业中的用力方法;

  ④改善作业内容,避免单调重复性作业;

  ⑤合理设计作业空间,优化作业环境。

  6)人为差错

  人为差错主要是由于意觉认识上的错误,判断过程中的错误,行为过程中的错误或者在异常状态下的错误行为造成的。为防止人为差错,从人的因素角度考虑,主要应避免疲劳、集中注意力、遵守操作规程,还应努力消除和减轻心理和生理上的压力。

  3 显示装置的设计

  显示装置的形状、大小、分度、标记、空间布局、颜色、照明等因素,都必须使人能很好地接受信息并进行处理。

  显示装置分为:视觉显示、听觉传示和触觉传递装置。

  常用的显示装置有仪表、荧屏、信号灯、听觉报警器以及各种图形符号等。

  1)仪表显示设计的基本原则:

  2)荧屏显示器具有独特的优点:

  3)信号灯和听觉报警器

  4)图形符号的应用

  4  操作装置的设计

  操作装置,按动力分,可分为手控、脚控、声控和光控等几类;

  按运动特性分,可分为转动、平动、摆动和牵拉等几类;

  按动能分,可分为开关控制、转换控制、调节控制和制动控制等几类。

  操作装置的设计与选择,应遵循动作节约原则。

  动作节约原则,一般认为由身体使用原则,工作面安排原则和设备与工具设计原则等三个方面组成。

  1)关于身体使用原则

  2)关于工作面安排原则

  3)关于设备、工具的设计原则

  5  作业空间与用具设计

  作业空间的设计一般包括空间布置、座椅设计、工作台设计以及环境设计。

  设计中应遵循以下原则:

  1) 作业空间设计必须从人的要求出发,保证人的安全与舒适方便。

  2) 根据人的作业要求,首先考虑总体布置,再考虑局部设计。

  3) 要处理好安全、经济、高效三者之间的关系,但应最大限度地减少操作者的不便和不适。

  4) 要把重要的设备、显示装置和操作装置布置在最佳的作业范围内。

  5) 设备布置要考虑到安全及人流、物流的合理组织。

  6) 要根据人的生理、心理特点来布置设备、工具等,尽量减少人的疲劳,提高效率。

  7) 作业面的布置,要考虑人的最佳作业姿势、操作动作及动作范围。

  8) 作业空间的布置,即作业面、显示装置、操作装置的布置应注意以下几点:

  ①按操作重要性原则布置

  ②按使用顺序原则布置

  ③按使用频率原则布置

  ④按使用功能原则布置

  6  作业环境

  环境可分为直接环境和一般环境。

  直接环境包括显示、操纵部分的形式、布局、局部照明和空间布置等,主要指人机界面上的一些情况。

  一般环境因素主要指物理、化学等因素。

  环境对机器的影响是多因素:如温度、湿度、腐蚀性气体和液体、易燃易爆物质、粉尘、振动和噪声等。为使机器能适应环境并可靠地工作,必须根据不同情况采取相应的防护措施。

  环境对人的影响因素就更多,从性质上可分为:

  1)物理因素

  2)化学因素

  3)生理因素

  4)心理因素

  5)生物因素

  6)其它还有社会心理因素。

  根据作业环境对人体的影响和人体对环境适应程度,可分为四个区域。

  1)最舒适区

  2)舒适区

  3)不舒适区

  4)不能忍受区

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