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安全生产技术精讲班第37讲讲义第一节 安全人机工程基本知识安全人机工程基本知识【考试大纲要求】
1.了解安全人机学及主要内容、人机系统的类型;
2.熟悉机械设计本质安全要求;
3.了解人的感官与器官、视觉损伤、疲劳、听觉特性;
4.熟悉人的感觉反应,【教材内容】第四章安全人机工程第一节安全人机工程基本知识
一、安全人机工程的概念、主要研究内容及其分类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 第二节人的特性第二节人的特性
一、人的生理因素与安全的关系一人的感觉与感觉器官l,视觉1常见的几种视觉现象
①暗适应与明适应能力人眼对光亮度变化的顺应性,称为适应,适应有明适应和暗适应两种暗适应是指人从光亮处进入黑暗处,开始时一切都看不见,需要经过一定时间以后才能逐渐看清被视物的轮廓暗适应的过渡时间较长,约需要30min才能完全适应明适应是指人从暗处进入亮处时,能够看清视物的适应过程,这个过渡时间很短,约需1min,明适应过程即趋于完成人在明暗急剧变化的环境中工作,会因受适应性的限制,使视力出现短暂的下降,若频繁地出现这种情况,会产生视觉疲劳,并容易引起事故发生为此,在需要频繁改变光亮度的场所,应采用缓和照明,避免光亮度的急剧变化
①眩光当人的视野中有极强的亮度对比时,由光源直射或由光滑表面的反射出的刺激或耀眼的强烈光线,称为眩光眩光可使人眼感到不舒服,使可见度下降,并引起视力的明显下降眩光造成的有害影响主要有,使暗适应破坏,产生视觉后像;降低视网膜上的照度;减弱观察物体与背景的对比度;观察物体时产生模糊感觉等,这些都将影响操作者的正常作业3)视错觉人在观察物体时,由于视网膜受到光线的刺激,光线不仅使神经系统产生反应,而且会在横向产生扩大范围的影响,使得视觉印象与物体的实际大小、形状存在差异,这种现象称为视错觉视错觉是普遍存在的现象,其主要类型有形状错觉、色彩错觉及物体运动错觉等其中常见的形状错觉有长短错觉、方向错觉、对比错觉、大小错觉、远近错觉及透视错觉等色彩错觉有对比错觉、大小错觉、温度错觉、距离错觉及疲劳错觉等在工程设计时,为使设计达到预期的效果,应考虑视错觉的影响
(2)视觉损伤与视觉疲劳
①视觉损伤在生产过程中,除切屑颗粒、火花、飞沫、热气流、烟雾、化学物质等有形物质会造成对眼的伤害之外,强光或有害光也会造成对眼的伤害眼睛能承受的可见光的最大亮度值约为106cd/m2如越过此值,人眼视网膜就会受到损伤300m以下的短波紫外线可引起紫外线眼炎紫外线照射4~5h后眼睛便会充血,l0~12h后会使眼睛剧痛而不能睁眼,这一般是暂时性症状,大多可以治愈常受红外线照射可引起白内障直视高亮度光源如激光、太阳光等,会引起黄斑烧伤,有可能造成无法恢复的视力减退低照度或低质量的光环境,会引起各种眼的折光缺陷或提早形成老花眩光或照度剧烈而频繁变化的光可引起视觉机能的降低
②视觉疲劳长期从事近距离工作和精细作业的工作者,由于长时间看近物或细小物体,睫状肌必须持续地收缩以增加晶状体的白度这将引起视觉疲劳,甚至导致睫状肌萎缩,使其调节能力降低长期在劣质光照环境下工作,会引起眼睛局部疲劳和全身性疲劳全身性疲劳表现为疲倦、食欲下降、肩上肌肉僵硬发麻等自律神经失调症状;眼部疲劳表现为眼痛、头痛、视力下降等症状此外,作为眼睛调节筋的睫状肌的疲劳,还可能形成近视3视觉的运动规律人们在观察物体时,视线的移动对看清和看准物体有一定规律掌握这些规律,有利于在工程设计中满足人机工程学的设计要求
①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所以,一般机器的外形常设计成横向长方形
②视线运动的顺序习惯于从左到右,从上到下,顺时针进行
③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
④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
⑤在视线突然转移的过程中,约有3%的视觉能看清目标,其余97%的视觉都是不真实的,所以在工作时,不应有突然转移视线的要求,否则会降低视觉的准确性如需要人的视线突然转动时,也应要求慢一些才能引起视觉注意为此,应给出一定标志,如利用箭头或颜色预先引起人的注意,以便把视线转移放慢或者采用有节奏的结构
⑥对于运动的目标,只有当角速度大于l’/s~2’/s时,且双眼的焦点同时集中在同一个目标上,才能鉴别出其运动状态
⑦人眼看一个目标要得到视觉印象,最短的注视时间为
0.07~
0.3s,这里与照明的亮度有关人眼视觉的暂停时间平均需要0.17s
2.听觉
2.听觉听觉的功能有分辨声音的高低和强弱,还可以判断环境中声源的方向和远近1听觉特性1听觉绝对阈限听觉的绝对阈限是人的听觉系统感受到最弱声音和痛觉声音的强度它与频率和声压有关在阈限以外的声音,人耳感受性降低,以至不能产生听觉声波刺激作用的时间对听觉阈值有重要的影响,一般识别声音所需要的最短持续时间为20~50ms听觉的绝对阈限包括频率阈限、声压阈限和声强阈限声强是指在垂直于声波传播方向上,单位时间内通过单位面积的平均声能,单位为W/m2频率为20Hz、声压为2×10-5Pa、声强为10-12w/m2的为听阈低于这些值的声音不能产生听觉2听觉的辨别阈限人耳具有区分不同频率和不同强度声音的能力辨别阈限是指听觉系统能分辨出两个声音的最小差异辨别阈限与声音的频率和强度都有关系入耳对频率的感觉最灵敏,常常能感觉出频率微小的变化,而对强度的感觉次之,不如对频率的感觉灵敏不过二者都是在低频、低强度时,辨别阈值较高3辨别声音的方向和距离在正常情况下,人的两耳的听力是一致的因此,根据声音到达两耳的强度和时间先后之差可以判断声源的方向例如,声源在右侧时,距左耳稍远,声波到达左耳所需时间就稍长声源与两耳间的距离每相差1cm,传播时间就相差0.029ms这个时间差足以给判断声源的方位提供有效的信息另外,由于头部的屏蔽作用及距离之差会使两耳感受到声强的差别,因此,同样可以判断声源的方位以上这两种判断方法,只有声源恰好在听者的左方或右方时,才能确切判断声源的方位如果声源在听者的上、下方或前、后方,就较难确定其方位这时通过转达头部,以获得较明显的时差及声强差,加之头部转过的角度可判断其方位,在危险情况下,除了听到警戒声之外,如能识别出声源的方向,往往会避免事故的发生判断声源的距离主要依靠声压和主观经验一般在自由空间,距离每增加一倍,声压级将减少6DbA2听觉的掩蔽当几种声强不同的声音传到入耳时,只能听到最强的声音,而较弱的声音就听不到了,即弱声被掩盖了一个声音被其他声音的干扰而听觉发生困难,只有提高该声音的强度才能产生听觉,这种现象称为听觉的掩蔽被掩蔽声音的听阈提高的现象,称为掩蔽效应人的感觉反应人们在操纵机械或观察识别事物时,从开始操纵、观察、识别到采取动作,存在一个感知时间过程,即存在一段反应时间1反应时间反应时间是指人从机器或外界获得信息,经过大脑加工分析发出指令到运动器官开始执行动作所需的时间反应时间是从包括感觉反应时间从信息开始刺激到感觉器官有感觉所用时间到开始动作所用时间信息加工、决策、发令开始执行所用时间的总和由于人的生理心理因素的限制,人对刺激的反应速度是有限的一般条件下,反应时间约为0.1~0.5s对于复杂的选择性反应时间达l~3s,要进行复杂判断和认识的反应时间平均达3~5s,具体的带有判别的反应时间t可用下式求得t=klog2n+14—1式中,k为常数;n为等概率出现的选择对象数;n十1是考虑判明是否出现刺激为了保证安全作业,一方面在机器设计中,应使操纵速度低于人的反应速度另一方面应设法提高人的反应速度2减少反应时间的途径—般来说,机器设备的情况、信息的强弱和信息状况等外界条件是影响反映时间的重要因素;而机器的外观造型和操纵机构是否适宜于人的操作要求,以及操作者的生物力学特性等,则是直接影响动作时间的重要因素1合理地选择感知类型比较各类感觉的反应时间,发现听觉和知觉反应时间最短,约0.1~0.2s,其次是触觉和视觉所以在设计各类机器时,应根据操纵控制情况,合理选择感觉通道,尽量选用反应时间短的通道去控制和调节机器2适应人的生理心理要求,按人机工程学原则设计机器3操作者操作技术的熟练程度直接影响反应速度,应通过训练来提高入的反应速度诚邀您加盟学慧教育,来学慧做授课老师、来学慧做论坛版主、来学慧做辅导老师(在线考场)、来学慧做谦职资料编辑服务教育、共创双赢!有意者请把简历发到xuehuiedu@
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