1、 12.2 2.2 人的生理特性人的生理特性第二章第二章 人机系统中人的基本特性人机系统中人的基本特性一、人的感觉一、人的感觉1、人机系统、人机系统（见图1）2、人在系统中的作用、人在系统中的作用 2第二章第二章 人机系统中人的基本特性人机系统中人的基本特性图图1 1 人机系统图人机系统图返返回回 3 把操作者作为人机系统中的一个“环节”来研究，人与外界发生联系的主要是三个子系统，即感觉系统、神经系统、运动系统，如右图所示。2、人在系统中的作用、人在系统中的作用 4第二章第二章 人机系统中人的基本特性人机系统中人的基本特性3 3、感觉的基本特征、感觉的基本特征u人的人的各种感觉器都有一定的感受
2、性和感觉阈限。各种感觉器都有一定的感受性和感觉阈限。u从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达到从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达到一定强度才能对感一定强度才能对感受器官发生作用。受器官发生作用。u一种感受器官只能接受一种刺激一种感受器官只能接受一种刺激和识别某一种特征，眼睛只和识别某一种特征，眼睛只接受光刺激，耳朵只接受声刺激。接受光刺激，耳朵只接受声刺激。u人的感觉印象人的感觉印象80%80%来自眼睛，来自眼睛，14%14%来自耳朵，来自耳朵，6%6%来自其他器官。来自其他器官。u同时有多种视觉信息或多种听觉信息，或视觉与听觉同时有多种视觉信息或多种听觉信息，或视觉与听觉信息同信息同时输入时，人
3、们往往倾向于注意一个而忽视其它时输入时，人们往往倾向于注意一个而忽视其它信息，如果信息，如果同时输入的是两个强度相同的听觉信息，则对要听的那个信同时输入的是两个强度相同的听觉信息，则对要听的那个信息的辨别能力将下降息的辨别能力将下降50%50%，并且只能辨别最先输入的或是强，并且只能辨别最先输入的或是强度较大的信息。度较大的信息。u感觉器官经过连续刺激一段时间后，敏感性会降低，产生感觉器官经过连续刺激一段时间后，敏感性会降低，产生适适应现象。应现象。5 人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道、听觉通道和触人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道、听觉通道和触觉通道。不同感觉通道的适用场合如下表所
4、示：觉通道。不同感觉通道的适用场合如下表所示：感觉感觉通道通道适用场合适用场合视视觉觉通通道道u传递比较复杂的或抽象的信息传递比较复杂的或抽象的信息u传递比较长的或需要延迟的信息传递比较长的或需要延迟的信息u传递信息以后还要引用传递信息以后还要引用u传递的信息与空间方位、空间位传递的信息与空间方位、空间位置有关置有关u传递不要求立即作出快速响应的信息传递不要求立即作出快速响应的信息u所处环境不适合使用听觉通道的场合所处环境不适合使用听觉通道的场合u虽适合听觉传递，但听觉通道已过载的虽适合听觉传递，但听觉通道已过载的场合场合u作业情况允许操作者固定保持在一个位作业情况允许操作者固定保持在一个位置
5、上置上听听觉觉通通道道u传递比较简单的信息传递比较简单的信息u传递比较短的或无需延迟的信传递比较短的或无需延迟的信息息u传递的信息以后不再需要引用传递的信息以后不再需要引用u传递的信息与时间有关传递的信息与时间有关u传递要求立即作出快速相应的信息传递要求立即作出快速相应的信息u所处环境不适合使用视觉通道的场合所处环境不适合使用视觉通道的场合u虽适合视觉传递，但视觉通道已经过虽适合视觉传递，但视觉通道已经过载的场合载的场合u作业情况要求操作者不断走动的场合作业情况要求操作者不断走动的场合触触觉觉通通道道u传递非常简明的、要求快速传传递非常简明的、要求快速传递的信息递的信息u经常要用手接触机器或其
6、装置经常要用手接触机器或其装置的场合的场合u其他感觉通道已过载的场合其他感觉通道已过载的场合u使用其他感觉通道有困难的场合使用其他感觉通道有困难的场合 6第二章第二章 人机系统中人的基本特性人机系统中人的基本特性4 4、人的视觉特性、人的视觉特性u（1 1）人眼的构造人眼的构造 眼球的基本结构（见图眼球的基本结构（见图3 3）眼球的水平解剖图眼球的水平解剖图 （见图（见图4 4）u（2 2）视觉的基本参数）视觉的基本参数 波长、视角、视力、视距、色觉、视野波长、视角、视力、视距、色觉、视野 7第二章第二章 人机系统中人的基本特性人机系统中人的基本特性图图 3 人眼球的基本结构 眼睛是视觉的感受
7、器官，人眼是直径为眼睛是视觉的感受器官，人眼是直径为2125mm的球体，的球体，其基本构造与照相机类似。其基本构造与照相机类似。视网膜最外层细胞包括视杆细胞和视锥细胞，它们是接受视网膜最外层细胞包括视杆细胞和视锥细胞，它们是接受信息的主要细胞。信息的主要细胞。8视觉视觉-成像成像返返回回 9第二章第二章 人机系统中人的基本特性人机系统中人的基本特性图图4 4 眼球的水平解剖图眼球的水平解剖图 返返回回 10u 视觉的适宜刺激是光。人的两眼可以感受到的光视觉的适宜刺激是光。人的两眼可以感受到的光波只占整个电磁光谱的一小部分，其波长为波只占整个电磁光谱的一小部分，其波长为380780nm。1）波长
8、）波长 11u视角：确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼视角：确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。球的相交角度。=2arctg(D/2L)式中：式中：视角；视角；D被看物体上两端点的直线距离；被看物体上两端点的直线距离；L眼睛到被看物体的距离；眼睛到被看物体的距离；2）视角视角 12视力：眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理视力：眼睛分辨物体细微结构能力的一个生理尺度，以临界视角的倒数来表示。尺度，以临界视角的倒数来表示。视力视力=1/能够分辨的最小物体的视角能够分辨的最小物体的视角3）视力视力 13小数：小数：0.1,0.12,0.15,0.2,0.25,0.3,0.4,0.5,
9、0.6,0.8,1.0,1.2,1.5,2.0 对数：对数：4.0,4.1,4.2,4.3,4.4 ,4.5,4.6,4.7,4.8,4.9,5.0,5.1,5.2,5.3换算公式：换算公式：L=5+lgV。L：对数视力；：对数视力；V：小数视力：小数视力 对数视力表是我国缪天荣教授创造的。比较合理的增加了对数视力表是我国缪天荣教授创造的。比较合理的增加了0.10.2之间的之间的视标，所以，视力检查的结果更加科学、准确。视标，所以，视力检查的结果更加科学、准确。小数（小数（1.0版）与对数（版）与对数（5.0版）视力表对照表：版）视力表对照表：视角与视力的关系视角与视力的关系 14u 视野：指
10、人的头部和眼球固定不动的情况下，视野：指人的头部和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，常以角度来表示。分水平视野（单视野常以角度来表示。分水平视野（单视野/双视野）双视野）和垂直视野，见图和垂直视野，见图6。u 视距：指人在操作系统中正常的观察距离。视距：指人在操作系统中正常的观察距离。4）视野、视距）视野、视距 15图图6人的水平视野和垂直视野人的水平视野和垂直视野 16 中央视觉：视维细胞（感色能力强、中央视觉：视维细胞（感色能力强、能清晰分辨物体）。能清晰分辨物体）。周围视觉：视杆细胞（观察空间范围周围视觉：视杆细胞（
11、观察空间范围和正在运动的物体）。和正在运动的物体）。双眼视觉和立体视觉：双眼视物时，双眼视觉和立体视觉：双眼视物时，具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力，形成立体视觉。力，形成立体视觉。5）视觉视觉 17 色觉和色视野色觉和色视野,如下图所示。如下图所示。6）色觉和色视野色觉和色视野 18第二章第二章 人机系统中人的基本特性人机系统中人的基本特性（3 3）常见的几种视觉现象）常见的几种视觉现象 u暗适应与明适应暗适应与明适应u眩光眩光 u视错觉视错觉 19u定义：定义：人眼对光亮度变化的顺应性。人眼对光亮度变化的顺应性。u特点：特点：n明适应明适应约需要约
12、需要1min就能完全适应就能完全适应;n暗适应暗适应约需要约需要30min才能完全适应才能完全适应;n人在明暗急剧变化的环境中，视力会出现人在明暗急剧变化的环境中，视力会出现短暂的下降，频繁出现则易导致视觉疲劳。短暂的下降，频繁出现则易导致视觉疲劳。1)明适应与暗适应明适应与暗适应 20暗适应与明适应曲线暗适应与明适应曲线u 6.暗适应和明适应。暗适应和明适应。暗适应与明适应曲线如下图所示。暗适应与明适应曲线如下图所示。21u定义定义n视野中有极强的亮度对比时，由光源视野中有极强的亮度对比时，由光源直射或由光滑表面反射出的刺激或耀直射或由光滑表面反射出的刺激或耀眼的强烈光线。眼的强烈光线。u主
13、要有害影响：主要有害影响：n破坏暗适应，产生视觉后像；破坏暗适应，产生视觉后像；n降低视网膜的照度；降低视网膜的照度；n减弱被观察物体与背景的对比度；减弱被观察物体与背景的对比度；n观察物体时出现模糊感觉。观察物体时出现模糊感觉。眩光眩光 22u定义定义 视觉印象与实际物体存在差异的现象。视觉印象与实际物体存在差异的现象。u视错觉的类型视错觉的类型n形状错觉形状错觉长短、方向、对比、大小、远近和透视等错觉；长短、方向、对比、大小、远近和透视等错觉；n色彩错觉色彩错觉对比、大小、温度、距离和疲劳等错觉；对比、大小、温度、距离和疲劳等错觉；n物体运动错觉物体运动错觉视错觉视错觉 23常见的图形错觉
14、常见的图形错觉有有几几个个黑黑点？点？24柱柱子子是是圆圆的的还还是是方方的？的？25那个女那个女人是真人是真实的还实的还是拼图是拼图里的？里的？26是是静静的的还还是是动动的？的？27看看着着黑黑点点身身体体前前后后移移动动 28这是静止的图片，这是静止的图片，图片与心理压力有关，图片与心理压力有关，你的心理压力越大，图片转动越快。你的心理压力越大，图片转动越快。美国美国曾经以此作为犯罪嫌疑人的心理测试，曾经以此作为犯罪嫌疑人的心理测试，他看到的图片是高速旋转的，而大部分的他看到的图片是高速旋转的，而大部分的 儿儿童看这幅图片是静止的。童看这幅图片是静止的。测试测试一下一下你的你的心理心理压
15、力压力 29几种常见视觉错误几种常见视觉错误 30u 疲劳程度：疲劳程度：水平优于垂直水平优于垂直。u 视线变化习惯：视线变化习惯：左左右，上右，上下，顺时针下，顺时针。u 准确性：准确性：水平尺寸和比例的估计更准确水平尺寸和比例的估计更准确。u 观察情况的优先性：观察情况的优先性：左上左上右上右上左下左下右下右下。视区内的仪表布置必须考虑这一点。视区内的仪表布置必须考虑这一点。（4 4）视觉运动规律）视觉运动规律 31u 设计依据：设计依据：以双眼视野为设计依据以双眼视野为设计依据。u 接受程度：接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓直线轮廓优于曲线轮廓。u 颜色的易辨认顺序：颜色的易辨认顺序：红、
16、绿、黄、白红、绿、黄、白；u 颜色相配时的易辨认顺序：颜色相配时的易辨认顺序：（4 4）视觉运动规律）视觉运动规律黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑字黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑字 32人机工程人机工程人机工程人机工程人机工程人机工程人机工程人机工程 33第二章第二章 人机系统中人的基本特性人机系统中人的基本特性5 5、人的听觉特性、人的听觉特性 （1 1）人耳构造和听觉过程）人耳构造和听觉过程 （前进）（前进）（2 2）听觉特征）听觉特征 u1 1）可听范围）可听范围n人耳能听到的声音频率是人耳能听到的声音频率是202020000Hz 20000Hz；u2 2）可听声音的强度）可听
17、声音的强度u3 3）听觉的动态范围）听觉的动态范围u4 4）听觉的频率响应）听觉的频率响应u5 5）方向敏感度）方向敏感度u6 6）掩蔽效应）掩蔽效应前进前进 34（1 1）人耳构造和听觉过程）人耳构造和听觉过程 起主要作用的部位：内耳耳蜗；起主要作用的部位：内耳耳蜗；起辅助作用的部位：外耳、中耳、内耳的其它部分，见下图。起辅助作用的部位：外耳、中耳、内耳的其它部分，见下图。返返回回 35 声强的单位是声强的单位是 W/m2，即声波的能流密度，即声波的能流密度，即在单位时间内，通过与传播方向相垂直的单即在单位时间内，通过与传播方向相垂直的单位面积上的声波能量。位面积上的声波能量。人可听见的最小
18、声音强度（人可听见的最小声音强度（1000HZ）约为：）约为：Imin10-12 W/m2人可忍受的最大声音强度（人可忍受的最大声音强度（1000HZ）约为：）约为：Imin1 W/m2 因此人们耳朵可听得到的最大声音与最小声因此人们耳朵可听得到的最大声音与最小声音的强度比约音的强度比约1012的范围。的范围。声强级的单位：分贝声强级的单位：分贝 (dB)10lg(I/Imin)声强测量：声强测量：不同分贝水准声音示例不同分贝水准声音示例2 2）可听声音的强度）可听声音的强度返返回回 36 听觉声强的动态范围听觉声强的动态范围=正好可正好可忍受的声强忍受的声强/正好能听见的声正好能听见的声强。
19、强。听阈：在最佳的听闻频听阈：在最佳的听闻频率范围内，一个听力正常的率范围内，一个听力正常的人刚刚能听到给定各频率的人刚刚能听到给定各频率的正弦式纯音的最低声强正弦式纯音的最低声强Imin。如右图。如右图。痛阈：对于感受给定各痛阈：对于感受给定各频率的正弦式纯音，开始产频率的正弦式纯音，开始产生疼痛感的极限声强生疼痛感的极限声强Imax。与与 都与频率有关系，都与频率有关系，是在某一频率下的听阈值或是在某一频率下的听阈值或痛阈值。痛阈值。听觉范围：由听阈和痛阈听觉范围：由听阈和痛阈两曲线所包围的听觉区，如右两曲线所包围的听觉区，如右图所示。图所示。3 3）听觉的动态范围）听觉的动态范围返返回回
20、 37人耳能听闻的频率比为：人耳能听闻的频率比为：fmin/fmax=1:1000；频率感受的上限随着年龄频率感受的上限随着年龄的增长而逐年连续下降，的增长而逐年连续下降，如右图所示；如右图所示；听觉的频率响应特性对听听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重觉传示装置的设计是很重要的。要的。4 4）听觉的频率响应（感受性）听觉的频率响应（感受性）38老年人听老年人听阈曲线阈曲线正常人听正常人听阈曲线阈曲线返返回回 395 5）方向敏感度（双耳效应）方向敏感度（双耳效应）（2）由于头部的阻挡）由于头部的阻挡效应，造成声音频谱的效应，造成声音频谱的改变。改变。（1）时差：）时差：t=声源到声源
21、到两耳的时间差。人耳可两耳的时间差。人耳可觉察到的声信号入射的觉察到的声信号入射的最小偏角为最小偏角为3。原因？原因？人右耳对各种不同频率人右耳对各种不同频率纯音进行单耳听闻的方纯音进行单耳听闻的方向敏感度如右图所示。向敏感度如右图所示。人耳对不同频率、不人耳对不同频率、不同方向的声音的感受同方向的声音的感受能力是不一样的能力是不一样的返返回回 40u 掩蔽：掩蔽：一个声音被另一个声音所掩盖的现象。一个声音被另一个声音所掩盖的现象。u 掩蔽效应：掩蔽效应：一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应。作用而提高的效应。（换句话说：就是指环境中的一种声音使得耳
22、（换句话说：就是指环境中的一种声音使得耳朵对另一种声音的敏感度降低的现象。）朵对另一种声音的敏感度降低的现象。）u 残余掩蔽（听觉残留）：残余掩蔽（听觉残留）：掩蔽声去掉以后，掩蔽掩蔽声去掉以后，掩蔽效应并不立即消除的现象。效应并不立即消除的现象。6 6）掩蔽效应）掩蔽效应返返回回 41u听觉是仅次于视觉的重要感觉。听觉是仅次于视觉的重要感觉。听觉的适宜刺激是声音，声音的声源是振动的物体。听觉的适宜刺激是声音，声音的声源是振动的物体。人的听感范围：人的听感范围：2020000HZ。听觉通道适用的场合：听觉通道适用的场合：w传递比较简单简短的信息传递比较简单简短的信息w传递要求立即作出快速响应的
23、信息传递要求立即作出快速响应的信息w作业情况要求操作者不断走动的场合作业情况要求操作者不断走动的场合w所处环境不适合使用视觉通道的场合所处环境不适合使用视觉通道的场合w虽适合视觉传递，但视觉通道已过载的场合虽适合视觉传递，但视觉通道已过载的场合w（3）听觉刺激及其适用场合）听觉刺激及其适用场合 42（1 1）嗅）嗅 觉觉（2 2）味）味 觉觉（3 3）肤）肤 觉觉u触觉（触觉感受器见图触觉（触觉感受器见图5 5，触觉阈限），触觉阈限）u温度觉温度觉n分为冷觉和热觉，以分为冷觉和热觉，以30C为界。为界。u痛觉（见图痛觉（见图6 6）6 6、人的嗅觉、味觉和肤觉特性、人的嗅觉、味觉和肤觉特性 4
24、3嗅觉嗅觉u嗅觉的感受性较强，环境条件嗅觉的感受性较强，环境条件（适宜的温度，清洁的空气）（适宜的温度，清洁的空气）和生理条件（伤风）影响嗅觉和生理条件（伤风）影响嗅觉的感受性。的感受性。u嗅觉的适应性较快，有一定的嗅觉的适应性较快，有一定的选择性。选择性。“入芝兰之室入芝兰之室,久而不久而不闻其香；入鱼市，久而不闻其闻其香；入鱼市，久而不闻其臭臭 u人类能辨别的四味为：甜人类能辨别的四味为：甜酸苦咸酸苦咸嗅觉嗅觉味觉味觉 44第二章第二章 人机系统中人的基本特性人机系统中人的基本特性图图 5 部分触觉感受器返返回回触觉触觉:指尖和舌尖能非常准确的定位。指尖和舌尖能非常准确的定位。45图图 6
25、 人的痛、温度和粗略触觉传导通路 痛觉痛觉:具有很大的生物学具有很大的生物学意义，可导致肌体产生意义，可导致肌体产生一系列保护性反应来回一系列保护性反应来回避刺激物，动员人的肌避刺激物，动员人的肌体进行防卫或改变本身体进行防卫或改变本身的活动来适应新的情况。的活动来适应新的情况。46 477、本体感觉、本体感觉u本体感觉本体感觉:人在进行各种操作活动时能同时给出身体人在进行各种操作活动时能同时给出身体及四肢所在位置的信息。感觉躯体的位置、运动及作及四肢所在位置的信息。感觉躯体的位置、运动及作用力，能告知操作者躯体正在进行的动作及其相对于用力，能告知操作者躯体正在进行的动作及其相对于环境和机器的
26、位置。环境和机器的位置。n平衡觉平衡觉是人对自己头部位置的各种变化及身体平是人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉。衡状态的感觉。n影响平衡觉的因素：酒、年龄、恐惧、突然的影响平衡觉的因素：酒、年龄、恐惧、突然的运动、紧迫感、不常有的姿势。运动、紧迫感、不常有的姿势。了解某些现场事故的原因有助于作出全面了解某些现场事故的原因有助于作出全面的合理分析。的合理分析。n运动觉运动觉是人对自己身体各部位的位置及其运动状是人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种内部感觉。感受四肢和身体不同部分的态的一种内部感觉。感受四肢和身体不同部分的相对位置。相对位置。48人的神经系统结构人的神经系统结构神
27、经系统神经系统中枢神经中枢神经周围神经周围神经脊髓脊髓按解剖分按解剖分脑神经；脊神经脑神经；脊神经按功能分按功能分感觉（传入）神经感觉（传入）神经运动神经运动神经（传出）（传出）脑：脑：延髓；脑髓；中脑；间延髓；脑髓；中脑；间脑；小脑；大脑脑；小脑；大脑躯体运动神经躯体运动神经（支配骨骼肌（支配骨骼肌)植物性神经植物性神经（支配内脏器官）（支配内脏器官）二、人体的神经系统二、人体的神经系统前进前进 49返返回回 50大脑皮质功能定位大脑皮质功能定位 1.1.躯体感觉区，见下图躯体感觉区，见下图(a)(a)；2.2.躯体运动区，见下躯体运动区，见下图图(b)(b)；3.3.其他功能区。其他功能区
28、。51q 骨骨运动的杠杆运动的杠杆q 关节关节运动的枢纽运动的枢纽q 肌肉肌肉运动的动力运动的动力骨的功能和骨杠杆骨的功能和骨杠杆u 1.1.骨的功能；骨的功能；u 2.2.骨杠杆，见骨杠杆，见图图1 1。u 三、运动系统的机能及其特征三、运动系统的机能及其特征 52 根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的位根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的位置分布，分为：置分布，分为：1 1）平衡杠杆；）平衡杠杆；2 2）省力杠杆；）省力杠杆；3 3）速度杠杆：用力大，但运动速度快）速度杠杆：用力大，但运动速度快 由等功原理，得之于力则失之于速度，反之亦然。因此，最由等功原理，得
29、之于力则失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。图1 53u2、主要关节的活动范围主要关节的活动范围 关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节必然处在一定的舒适调节范围内。关节必然处在一定的舒适调节范围内。u3、肌体的出力范围肌体的出力范围 肌体所能发挥的力量大小取决于：肌体所能发挥的力量大小取决于：1 1）人体肌肉的生理特征）人体肌肉的生理特征 2 2）施力的姿势、部位、方式和方向，分别见图）施力的姿势、部位、方式和方向，分别见图2 2，图图3 3和图和图4 4。54图图
30、2 2立立姿姿弯弯臂臂时时的的力力量量分分布布 55图图3 3 立姿直臂时的拉力与推力分布立姿直臂时的拉力与推力分布 56图图4 4不不同同体体力力下下的的蹬蹬力力 57第二章第二章 人机系统中人的基本特性人机系统中人的基本特性4 4、人的力学特性人的力学特性人在日常作业时，最常用的力量是握力、推拉力、人在日常作业时，最常用的力量是握力、推拉力、蹬力和提拉力。蹬力和提拉力。一般男子的握力相当于自身重力的一般男子的握力相当于自身重力的47%-58%，女，女子为子为40%-48%；手做左右运动时，推力大于拉力，最大推力约为手做左右运动时，推力大于拉力，最大推力约为392N；手做前后运动时，拉力明显大于推力，瞬时动作的手做前后运动时，拉力明显大于推力，瞬时动作的最大拉力可达最大拉力可达1078N，连续操作拉力约为，连续操作拉力约为294N；在垂直方向，手臂的向下拉力明显大于向上拉力。在垂直方向，手臂的向下拉力明显大于向上拉力。右腿的最大蹬力平均可达右腿的最大蹬力平均可达2568N，左腿可达，左腿可达2362N。
