1、1 15.1 人机环境的系统观5.2 系统化设计5.3 产品规划5.4 功能原理方案5.5 结构方案5.6 评价与决策5.7 面向生态环境的绿色设计理论与方法思考题第5章 人机环境的系统观与系统化设计2 25.1 人机环境的系统观系统是由相互作用、相互依存的要素组成的、具有特定功能的有机整体。整体系统又可分为子系统，子系统是整体系统的组成部分，整体系统与子系统之间既有相对性也有统一性。3 3人机环境系统是由相互作用、相互依存的人和机器两个子系统在一定的环境条件下构成的，且能完成特定目标的一个整体系统，有时也简称为人机系统。其中，人是指机器的操作者或使用者；机器的含义是广义的，是人所操纵或使用的
2、各种机器、设备、工具等的总称。人机环境系统通过人的感觉器官和运动器官与机器的相互作用、相互依存来完成某一特定的生产过程，例如人骑自行车、人驾驶汽车、人操纵机器、人控制自动化生产、人使用计算机等。4 45.1.1 人机环境大系统的组成与运行在设计和分析人机环境系统的过程中，一般把操作者作为人机环境系统中的一个“环节”来研究。人与外界直接发生联系主要通过三个子系统，即感觉系统、神经系统、运动系统。人在人机系统中的作用如图5-1所示。人在操作过程中，机器通过显示器将信息传递给人的感觉器官(眼、耳等)，经中枢神经对信息进行处理后，再指挥运动系统(手、脚等)操纵机器的控制器，改变机器的状态。人机所处的外
3、部环境(温度、照明、噪音、振动等)将不断干扰系统的运行。5 5图5-1 人机环境大系统的组成与运行 6 65.1.2 功能分配1.人机功能分配所谓人机功能分配，是指在人机系统中，为了充分发挥人与机械各自的特长，互补所短，恰当地分配人机任务，以达到人机系统整体的最佳效能与总体功能。人机功能分配必须建立在对人和机器功能特性充分分析比较的基础上。随着科学技术的发展，使人逐渐从不利于发挥特长的工作岗位上得到解放。在现代人机系统设计中，对人和机器进行功能分配，主要考虑的是系统的效能、可靠性和成本。7 7(1)人机功能分配时应考虑的问题有：人与机械的性能、负荷能力、潜力及局限性。人进行规定操作所需的训练时
4、间和精力限度。对异常情况的适应性和反应能力的人机对比。人的个体差异的统计。机械代替人的效果和成本。8 8(2)通常由“人”承担的工作有：程序设计。意外事件处理。变化频繁的作业。“机”的维修。长时期大量存储信息。研究、决策、设计等。9 9(3)通常由“机”承担的工作有：枯燥、单调的作业和笨重的作业。危险性较大的作业，如救火、空间技术、放射环境及有毒作业等。粉尘作业。喷漆、涂料、电镀、焊接、铆接等作业。自动校正、自动检测、高精度装配等。特殊目的作业，如病房服务、为盲人引路、壁行机(用于船壳焊接)、象鼻机(仿象鼻运动搬运重物)等。高阶运算。快速操作。高可靠性、高精度的和程序固定的作业。10102.人
5、与机的功能匹配(1)人机应达到最佳匹配，才能使系统整体效能最优。由于人和机器各有特长和局限性，所以人机之间应彼此协调，相互补充。(2)人和机器相互配合。人和机器相互配合表现在两个方面：一是需要人监控机器，机器一旦出现异常，要由人来调控；二是需要机器监督人，以防止人产生失误而导致整个系统发生故障。(3)显示器与人的信息感觉通道特性相匹配。(4)控制器与人体运动反应特性匹配。(5)显示器与控制器之间相匹配。(6)环境条件与人的有关特性相匹配。(7)人、机、环境要素与作业之间相匹配等。11115.1.3 人的生理和心理因素在人和机器发生关系和相互作用的过程中，最本质的联系是信息交换。人在人机系统中的
6、活动过程可以类比为一种信息传递和处理过程。一个多世纪以前，心理学家们就已经发现了一些人的信息处理模型，如唐德斯的减法模型、斯特伯格的加法模型、威尔福德的单通道模型、布若苯特的过滤模型、克尼曼的单资源模型、维肯斯的多资源模型、斯克雷德和雪佛瑞的控制与自动过程模型。从这些模型中我们对人的信息处理系统有了初步的了解，可以将人的信息处理系统视为一个单通道的、有限输送容量的信息处理系统来研究。其基本组成如图5-2所示。1212图5-2 人的信息处理系统 1313人的信息处理的第一个阶段是感觉，即信息接收。在这一阶段，人通过各种感觉器官即感觉子系统接收外界的信息，然后把这些信息传递给中枢信息处理子系统。在
7、这里，人对获得的信息进行编译、整理、选择。这期间，信息要不断地与人的记忆发生联系，从存储子系统中选取相关的信息，把有用的信息存储到大脑中，并向系统发出相关的命令。最后通过反应子系统中的手脚、控制器、语言器官等产生各种运动与语言反应。因此，人机环境大系统的运行是与人的生理因素和心理因素密切相关的。14141 人的生理因素)视觉的生理特征在认识物质世界的过程中，在日常工作和生活中，我们获得的信息大约有85%都是通过视觉系统获得的，因此了解人的视觉特征对于设计出适合人类视觉特征要求的各种产品与环境、提高人的工作效率是有帮助的。视觉的生理特征包括：(1)疲劳程度：水平优于垂直。(2)视线变化习惯：从左
8、到右，从上到下，顺时针。1515(3)准确性：水平尺寸和比例的估计比垂直方向上更准确。(4)观察情况的优先性：左上右上左下右下，进行视区内的仪表布置时必须考虑这一点。(5)双眼协调性：两眼的运动总是协调的、同步的，所以通常以双眼视野为设计依据。(6)接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓。(7)颜色的易辨认顺序：红、绿、黄、白；颜色相配时的易辨认顺序：黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑字。16162)听觉的生理特征听觉是人类获得外界信息的重要途径之一，仅次于视觉。听觉的适宜刺激是频率为2020 000 Hz的振动声波。听觉的生理特征包括：()辨别声音的高低、强弱。声波的三个物理特性(频率、振幅、波形
9、)通过听觉系统引起人对声音的不同主观感觉。()可辨别声音的方位和距离。1717()方向敏感性。()频率响应。人能够觉察到的频率范围是2020 000 Hz。()听觉的动态范围。听觉有听阈、痛域、听觉区域等动态范围。()掩蔽效应。18183)人的反应特性在人进行信息处理的过程中，在决策做出之后会做出相应的反应，即依据信息加工的结果对系统做出反应，这就是人的信息处理系统的输出。人的主要的信息执行器官有手、脚、口等，因此，人的信息输出有语言输出、运动输出等多种形式。随着对智能型人机系统的研究，人将可能会更多地使用语言输出的操作系统，但目前信息输出的重要方式还是运动输出。运动输出的质量评定指标是反应时
10、间、运动速度和运动准确性。1919(1)反应时间。任何反应都是由于人们受到某种刺激所产生的。刺激引起感觉器官的活动，并经由神经传至大脑中枢，经加工，再从大脑传递给肌肉，肌肉收缩力作用于外界的某种客体，即产生动作或某种活动。这一过程是在机体内部进行的，且每一步骤都需要时间，这些时间的总和称为反应时间(Reaction Time，RT)，也称为反应潜伏期。它表达了刺激与反应的时间间距。反应时间由反应知觉时间(tz,自出现刺激到开始执行操作的时间)和动作时间(td,执行操作的延续时间)两部分组成，即RT=tz+td2020反应时间的长短直接影响到人机系统的性能，它与反应的类型、不同的感觉通道、刺激信
11、号的数目与强弱、人的主体因素等主要因素有关。(2)运动速度。运动速度可用完成动作的时间表示，它与动作特点、目标距离、动作方向、动作轨迹特征、负荷重量等因素密切相关。(3)运动准确性。影响运动准确性的主要因素有：运动速度、运动类型、运动方向、操作方式等。21212 人的心理因素作为人机环境系统中的人，其心理活动可概括为心理过程和个性心理两大方面。人的心理过程一般可以分为三大类型：一是人的认知活动；二是人的情绪活动；三是人的意志活动。而影响人的行为的首要心理因素是认知心理。因此，我们主要探讨人的认知心理过程。22221)人的认知心理过程(1)感觉的基本特征。感觉是人脑对直接作用于感觉器官的事物的个
12、别属性的反映。人的感觉器官接受内、外环境的刺激，并将其转化为神经冲动，通过传入神经，将其传至大脑皮质感觉中枢，便产生了感觉。人的感觉包括视觉、听觉、本体感觉、肤觉等，是一种最简单、最基本的心理过程，是人们了解外部世界的渠道，也是一切高级、复杂的心理活动的基础和前提。适宜刺激：人体的某种感觉器官只对某种能量形式的刺激特别敏感。这种能引起感觉器官有效反应的刺激称为该器官的适宜刺激。表5-1列出了人体各主要感觉器官的适宜刺激及其识别特征。23232424 感觉阈限：刺激必须达到一定强度才能对感觉器官发生作用。能够引起感觉的最小刺激量称为感觉阈下限；能产生正常感觉的最大刺激量称为感觉阈上限。刺激强度超
13、过感觉阈上限，将使感觉消失而引起痛觉，甚至致使感觉器官损伤。能被感觉器官所感受的刺激强度范围，称为绝对感觉阈值。2525感觉器官不仅能感觉刺激的有无，而且能感觉到刺激强度的变化或差别。刚刚能引起差别感觉的刺激最小差别量称为差别感觉阈限。不同感觉器官的差别感觉阈限不是一个绝对数值，而是随最初刺激强度变化而变化的，且与最初刺激强度之比为常数。中等刺激强度下，其关系可用韦伯定律表示：其中：I为引起差别感觉的刺激增量;I为最初刺激强度;K为常数，称为韦伯分数。KII2626 适应：在刺激持续作用的情况下，感觉会逐渐减少以致消失的现象。相互作用：在一定的条件下，各种感觉器官对其适宜刺激的感受能力都将受到
14、其他刺激的干扰影响而降低，由此使感受性发生变化的现象。对比：同一感觉器官接受两种完全不同但属于同一类刺激物的作用，而使感受性发生变化的现象。余觉：刺激取消后，感觉可存在一极短时间的现象。2727(2)知觉的基本特征。知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和主观状况整体的反映。它是在感觉的基础上对客观事物所产生的高一级的认识。感觉的性质较多地取决于刺激的性质，而知觉在很大程度上却受到人的知识、经验、情绪、态度等因素的制约和影响，因此，知觉不是各种感觉的堆积，而是人们借助已有的知识经验对感觉器官提供的信息进行选取、理解和解释的过程。在生活和生产活动中，人都是以知觉的形式直接反映事物的，在心理学中
15、把感觉和知觉统称为“感知觉”。2828知觉的基本特征包括：整体性。在知觉时，把由许多部分或多种属性组成的对象看做具有一定结构的统一整体的特性。例如人们在观察图5-3所示图形时，不是把它感知成四段线段、几个圆、虚线，而是把它看成正方形、三角形和圆。2929图5-3 知觉的整体性 3030 选择性。在知觉时，把某些对象从背景中优先区分出来，并予以清晰反映，这就是知觉的选择性，如图5-4所示。知觉对象与背景之间的差别越大，对象越容易从背景中区分出来，如万绿丛中一点红。在固定不变或相对静止的背景上，运动的对象最易感知，如闪烁的信号灯。人的主观因素对知觉对象的选择也有很大影响。理解性。在知觉时，用以往所
16、获得的知识经验来理解当前的知觉对象的特性，这就是知觉的理解性。与知觉对象有关的知识经验越丰富，对知觉对象的理解越深刻。语言的提示或思维的推论，可唤起过去的经验，帮助人们理解当前的知觉对象。此外，人的情绪状态、定势状态也影响人们对知觉对象的理解。3131图5-4 双关图知觉的选择性和理解性3232 恒常性。知觉的条件在一定范围内发生变化，而知觉的印象却保持相对不变的特性称为知觉的恒常性。它包括大小恒常、形状恒常、颜色恒常等。知觉的恒常性保证了人在变化的环境中仍然按事物的真实面貌去知觉，从而更好地适应环境。错觉。错觉是对外界事物不正确的知觉。错觉现象十分普遍，在各种知觉中都可能发生。图5-5列出了
17、常见的几种图形错觉。人的错觉在人机系统中可能造成监测、判断和操作的失误，应尽量避免；但在军事行动、体育比赛以及绘画、服装、建筑造型、产品设计等方面，利用错觉，可收到很好的效果。3333图5-5 常见的图形错觉3434(3)记忆的基本特征。记忆是一个复杂的心理过程，它可具体划分为识记、保持、再认、再现等阶段。其心理学和信息论的解释如表5-2所列。大量心理学研究的结果表明，人有三种不同的记忆：瞬时记忆、短时记忆和长时记忆。瞬时记忆。瞬时记忆是指各感觉器官存储人感觉到的信息，所以也被称为感觉记忆、感觉存储和感觉登记。瞬时记忆是最短暂的记忆，保持时间一般以毫秒计。它可以储存大量的潜在信息，但易于消失。
18、人有两个最重要的瞬时记忆，一个是视觉信息存储，保持时间不超过1 s；一个是听觉信息存储，也叫回声记忆，保持时间约在0.252 s之间。如果信息受到注意，则会转为短时记忆。35353636 短时记忆。短时记忆一般指保持1 min以内的记忆。短时记忆对内容已进行一定程度的编码，因而对内容能意识到，但在没有时间复述的情况下，那些看起来可以记住的东西会在1 min内消退。3737短时记忆的容量也是非常有限的。1955年，美国著名心理学家米勒写了一篇著名的文章奇妙的7，在文中，他提出人的短时记忆的容量大约是7个元素，现代研究指出人的短时记忆的容量可能是5个元素。短时记忆往往是人在即时活动中所要求的，是操
19、作性的，因而也被称为操作记忆或工作记忆。例如，在现代化的自动控制系统中，人所观察到的系统的状态指标等都存在于人的短时记忆中。在人机系统中，若过分要求短时记忆就会加重人的心理负荷，造成人为差错。因此设计人机系统时应对人的短时记忆的特点多加考虑。如果对短时记忆的内容加以复述或编码，就可以转为长时记忆。3838 长时记忆。长时记忆是保持1 min以上到几年甚至终生难忘的记忆。人的知识经验，就是保持在长时记忆中的信息。长时记忆的内容是对以往信息加工复述的结果，也可以由于印象深刻而一次形成，比较稳定，具有备用的作用，对人的活动不会增加过多的负担。人的长时记忆的容量很大，几乎是无限的。3939(4)注意的
20、基本特征。注意是人的心理活动对一定对象的指向和集中。人处理信息的一般模式为：外界刺激感知选择判断决策执行。“注意”被认为是其中的“选择”，它也被认为是人的信息处理的一个瓶颈。在人机系统中，许多事故的发生都可以从注意上找原因。例如，飞行员在追击敌机时可能由于没有注意到高度表指示的变化而发生毁机事故；一个打字员会由于与人谈话而打错了字，等等。心理学家通过研究证实，人的注意是有一定极限的：人在瞬间的注意广度(即被注意事物的范围)一般为7个单位；如果是数字或没有联系的外文字母的话，可以注意到6个；如果是黑色圆点，可以注意到89个。40402)人的个性心理特征由于先天素质、后天环境和实践活动的不同，人会
21、表现出不同的心理面貌，这种人与人之间在心理面貌上的差异，称为个性心理。个性心理是以心理过程为基础形成和发展起来的，而已形成的个性心理反过来又影响和制约心理过程的进行。(1)能力。能力是指一个人顺利完成一定活动所表现出的稳定的心理特征。一般能力：主要是认识活动能力，也称智力，包括观察力、记忆力、注意力、思维力、想象力等，是人们从事各种活动都需要的能力。特殊能力：是从事某种专业活动所需要的能力，如写作能力、管理能力、机械操作能力等。4141人的能力是有个体差异的，这种差异可以表现在能力发展水平上，也可以表现在能力的类型上或者年龄的差异上。研究这种差异，有助于科学地选择和分配职业，在人机环境系统中做
22、到人尽其能。(2)气质。气质是指主要由生物遗传因素决定的、相当稳定的心理过程的动力特征。这些动力特征主要表现在心理过程的强度、速度、稳定性、灵活性以及指向上，使其带有个人独特的色彩。通常把气质分为四种基本类型：胆汁质、多血质、粘液质、抑郁质。各个类型的气质都有各自的特点，如表5-3所列。42424343气质类型并无优劣之分，但每种气质类型都有自己的影响优势，而不同的职业又要求操作者具有不同的心理品质。因此，在职业选择和分配时，要考虑人的气质，尽可能使操作者的气质与其从事的工作相适应，以便扬长避短，提高工作效率。()性格。性格一般指个体对现实的稳定的态度以及与之相适应的习惯性的行为方式。它是一个
23、人有别于他人的最重要、最鲜明的个体心理特征，是在长期的社会生活实践中逐渐形成的。人的性格特征主要表现在以下四个方面。4444 对现实态度的特征：表现为对社会、对工作、对他人、对自己的态度，如正直、诚实、积极、勤劳、谦虚等，与其相反的为圆滑、虚伪、消极、懒惰、骄傲等。意志特征：独立性、自制性、坚持性、果断性等，与其相反的为易受暗示性、冲动性、动摇性、优柔寡断等。情绪特征：热情、乐观、幽默等，与其相反的为冷漠、悲观、忧郁等。理智特征：深思熟虑、善于分析与善于综合等，与其相反的为轻率、武断、主观自以为是等。4545(4)动机。动机是驱使个体去进行活动的心理动力。它是个体在物质需要和精神需要的基础上产
24、生、而又不为他人所能直接观察到的内在心理倾向，是目的的出发点。动机作为个体活动的动力，在人的活动中具有三种作用：动机的引发作用：引起和发动个体活动。动机的激励作用：维持、增强或制止、减弱个体活动的力量。动机的指引作用：引导个体活动朝向一定目标进行。46465.1.4 环境因素和可持续发展环境因素是人机环境系统的重要组成部分。它主要包括微气候环境、照明环境、色彩环境、噪声及振动环境、空气环境等。适宜的环境对保障操作者的安全与健康、提高生产效率及可持续发展都有重要的意义。47471.微气候对人的影响1)高温作业环境对人的影响 一般将热源散热量大于84 kJ/(m2h)的环境叫高温作业环境。高温作业
25、环境有三种基本类型：一是高温、强热辐射作业，其特点为气温高，热辐射强度大，相对湿度较低；二是高温、高湿作业，其特点为气温高、湿度大，如果通风不良就会形成湿热环境；三是夏季露天作业，如农民劳动、建筑工地等露天作业。4848(1)高温作业环境对人的生理影响表现在以下几个方面：对消化系统具有抑制作用。人在高温下，体内血液重新分配，引起消化道相对贫血，由于出汗排出大量氯化物以及大量饮水，致使胃液酸度下降，会引起食欲不振、消化不良和胃肠疾病。对中枢神经系统具有抑制作用。高温热环境下大脑皮层兴奋过程减弱，条件反射的潜伏期延长，注意力不易集中。严重时，会出现头晕、头痛、恶心、疲劳乃至虚脱等症状。4949 导
26、致水分和盐分大量丧失。在高温下进行重体力劳动时，平均每小时出汗量为0.752.0 L，一个工作日可达510 L。人体长时间持续受热，可使下丘脑体温调节功能发生障碍。由于出汗，大量水分丢失，以至水盐代谢失衡，血容量减少，肌体热负荷过大，加重了心血管负荷，引起心肌疲劳，数年后可出现高血压、心肌受损及其他方面的慢性疾患。高温及噪声联合作用损伤人的听力。有文献对此进行专门研究，高温对人体语言听阈和高频听阈没有影响，但高温与噪声的联合作用不仅能加重噪声对人耳高频听阈的损害，也能提高人耳语频听阈。因此，降低高温环境温度可减轻噪声对工人听力的危害。5050(2)高温作业环境对工作效率、事故的影响：高温环境影
27、响效率，人在2732下工作，其肌肉用力的工作效率下降，并且促使用力工作的疲劳加速。当温度高达32以上时，需要较大注意力的工作及精密工作的效率也开始受影响。高温作业环境条件下不仅引起人体不适，影响身体健康，而且还使生产效率降低。随着温度提高和气流速度降低，作业效率明显降低。5151 脑力劳动对温度的反应更敏感，当有效温度达到29.5时，脑力劳动的效率就开始降低，许多学者的实验都表明，有效温度越高，持续作业的时间越短。事故发生率与温度有关，据研究，意外事故率最低的温度为20左右；温度高于28或降到10以下时，意外事故增加30。52522)低温作业环境对人的影响低温环境对人体的影响不仅取决于温度，还
28、取决于湿度、气流速度。在低温高湿条件下，由于湿度的增加，衣服的热阻降低，使衣服起不到御寒作用，会引起人体肌肉疼痛、发炎，神经痛、神经炎，腰痛、风湿痛等各种疾患；而随着气流速度增加，人体通过空气对流散发的热量增加，而且温度越低，气流速度影响越大，有效温度降低量越大。5353低温环境条件下，首先影响人体四肢的灵活性，最常见的是肢体麻木，特别是影响手的精细运动灵巧度和双手的协调动作。手的操作效率和手部皮肤温度及手温有密切关系。手的触觉敏感性的临界皮肤温度是10左右，操作灵巧度的临界皮肤温度是1216，长时间暴露于10以下，手的操作效率会明显降低。54543)微气候环境的改善 人居的微气候环境的改善：
29、微气候对建筑的影响是较大的。目前已经有采用先进的结构(如大跨度巨型结构)、先进的设备(如PVC光电板)、先进的材料(如透明热阻材料)和智能控制系统(如生物光全光谱系统和照明节能系统)等高技术来设计和建造具有生态温控、湿控和通风调空的健康、舒适的室内微气候的生态建筑。高温作业环境的改善：应从生产工艺和技术、保健措施、生产组织措施等方面加以改善。低温作业环境的改善：应从做好采暖和保暖工作、提高作业负荷、加强个体保护、采用热辐射取暖等方面加以改善。55552.照明对作业的影响1)照明与疲劳 不同照度下看书后眼睛的疲劳程度可以通过眨眼次数的变化来说明，如图5-6所示。2)照明与工作效率 改善照明条件不
30、仅可以减少视觉疲劳，而且也能提高工作效率。图5-7所示为良好光环境的作用。图5-8为生产率、视觉疲劳与照度的关系，图中为一精密加工车间，随着照度值由370 lx逐渐增加，劳动生产率随之增长，视觉疲劳逐渐下降，这种趋势在1200 lx以下很明显。5656图5-6 视觉疲劳与照度的关系5757图5-7 良好光环境的作用 5858图5-8 生产率、视觉疲劳与照度的关系 59593)照明与事故 事故的数量与工作环境的照明条件有关。图5-9中所示为事故次数和季节的关系。由于11月、12月、1月的白天很短，工作场所人工照明时间增加，和天然光相比，人工照明的照度值较低，故在冬季事故数最高。6060图5-9
31、事故数量与室内照度的关系 61614)照明与情绪 根据生理和心理方面的研究表明，照明会影响人的情绪，影响人的一般兴奋性和积极性，从而也影响工作效率。总之，改善工作环境的照明，可以改善视觉条件，节省工作时间；提高工作质量，减少废品；保护视力，减轻疲劳，提高工作效率；减少差错，避免或减少事故，有助于提高工作兴趣，改善工作环境。62623.色彩对人的影响1)色彩对人的影响色彩对人的影响是客观存在的。色彩的辨别力、视认性、明视性，色彩的象征和情感等都是色彩心理学研究的重要问题。人们对色彩的感觉是一种复杂的现象，人们之所以会对色彩产生感觉，是由于可见光波段的电磁波作用于视觉器官的视网膜从而产生特有的响应
32、，当这些响应投射到大脑枕叶横纹区后，就在那里形成色彩感觉。同样的一个色彩，会因为受到人的性别、年龄、个性、生理状况、心情、生活环境、风俗习惯的不同而产生不同的个别或群体的差异，如温度感、轻重感、硬度感、胀缩感、远近感、情绪感等。63632)色彩调节的应用(1)安全色。安全色是传递安全信息含义的颜色。我国于2002年6月开始施行安全色国家标准GB 500342004，其中对安全色的颜色表征规定包括红、蓝、黄、绿四种颜色。具体规定如下：红色表示禁止、停止、危险以及消防设备的意思。凡是禁止、停止、消防和有危险的器件或环境均应涂以红色的标记作为警示的信号，如机器设备上转动的轮子、消防设施、报警器、应急
33、停止按钮等。6464蓝色表示指令，要求人们必须遵守的规定。黄色表示提醒人们注意。凡是警告人们注意的器件、设备及环境都应以黄色表示。橙色表示直接的危险物，如移动的防护罩，机器上切、压、冲等危险行程部件。绿色表示给人们提供允许、安全的信息。凡属有特殊要求的零部件，机械、设备等的直接活动部分与管线的接头、栓等部件以及需要特别引起警惕的重要开关，特别的操纵手轮、把手，机床附设的起重装置，需要告诫人们不能随便靠近的危险装置都必须施以安全色。对于调节部件，一般也应施以纯度高、明度大、对比强烈的色彩加以识别。6565车间、工作场所色彩调节中的安全色施色必须做到：标识出直接的危险物；标识出可用于应急措施的对象
34、；标识出安全救助设施；标识出可能出现危险的区域或可能受害的对象；标识出必须禁止操作或必须提醒注意的操作。此外，在野外操作的工程机械，常常在没有任何特殊防护设施的环境下工作，为了防止行人靠近而造成伤害，必须采用橙色、朱红、明黄等色彩，以与环境中绿色的树木、棕褐色的土地或灰色的水泥地形成鲜明的对比。6666(2)对比色。对比色是使安全色更加醒目的反衬色，包括黑、白两种颜色。安全色与对比色同时使用时，应按表5-4规定搭配使用(黑色与白色互为对比色)。67676868(3)环境色。车间、厂房的空间构件包括地面、墙壁、天花板以及机械设备中除了直接活动的部件与各种管线的接头、栓等部件外，都必须施以环境色。
35、车间、厂房色彩调节中的环境色应满足以下要求：应使环境色形成的反射光配合采光照明形成足够的明视性；应像避免直接眩光一样，尽量避免施色涂层形成的高光对视觉的刺激；应形成适合作业的中高明度的环境色背景；应避免配色的对比度过强或过弱，保证适当的对比度；6969应避免大面积纯度过高的环境色，以防视觉受到过度刺激而过早产生视觉疲劳；应避免如视觉残像之类的虚幻形象出现，确保生产安全。如在需要提高视认度的作业面内，尽可能在作业面的光照条件下增大直接工作面与工作对象间的明度对比。经有关专家实验统计，人们在黑色底上寻找黑线比在白色底上寻找同样的黑线所消耗的能量要多2100倍。为了减少视觉疲劳，必须降低与所处环境的
36、明度对比。同样，在控制器中也应注意控制器色彩与控制面板间以及控制面板与周围环境之间色彩的对比，以改进视认性，提高作业的持久性。70704.噪声对人的影响1)噪声对人的影响(1)噪声对听力的影响：持续性的强烈噪声会使人的听力受到损害。根据国际标准化组织的规定：强噪声环境对200 Hz、1000 Hz和2000 Hz三个频率的平均听力损失超过25 dB，称为噪声性耳聋。7171(2)噪声对其他生理机能的影响:噪声对神经系统的危害会造成大脑皮层的兴奋，抑制平衡失调，导致条件反射异常，引起各种神经系统疾病，如头痛、失眠、记忆力衰退等；在噪声刺激下，会导致人体甲状腺机能亢进，肾上腺皮质功能增强等症状；两
37、耳长时间受到不平衡的噪声刺激时，会引起前庭反应、呕吐等现象发生；噪声对心血管系统功能的影响表现为心跳过速、心律不齐、心电图改变、高血压以及末梢血管收缩、供血减少等；噪声作用于人的中枢神经系统时，会影响人的消化系统，导致肠胃机能阻滞、消化液分泌异常等，造成消化不良等胃功能紊乱症状，从而导致肾病及胃溃疡的发病率增高。7272(3)噪声对心理的影响：主要是使人产生烦恼、焦急、讨厌、生气等不愉快的情绪。脉冲噪声比连续噪声的影响更甚，响度越大影响也越大。(4)噪声对语言交流的影响：由于声音的掩蔽效应，噪声对语言信息的传递危害很大。目前国际上用语言干扰级(SIL)作为评价噪声对语言通信干扰程度的参量。(5
38、)噪声对作业能力和工效的影响：在嘈杂的环境中，人们心情烦躁，容易疲劳，反应迟钝，注意力不易集中，所以噪声直接或间接地影响工作效率。73732)噪声控制2002年经国家卫生部正式颁布工业企业设计卫生标准GBZ12002中规定：具有生产性噪声的车间应尽量远离其他非噪声作业车间、行政区和生活区；噪声较大的设备应尽量将噪声源与操作人员隔开；工艺允许远距离控制的，可设置隔声操作(控制)室。工作场所操作人员每天连续接触噪声8小时，噪声声级卫生限值为85 dB(A)。7474噪声控制的途径有三种：(1)声源控制，包括：降低机械噪声,如选择发声小的材料、改变机械传动方式、改进设备机械结构等;降低空气动力性噪声
39、，如降低气流速度、减少压力脉冲、减少涡流等。(2)控制噪声的传播，包括：对工厂各区域合理布局；调整声源的指向；充分利用天然地形；采用吸声、隔声、消声等措施；采用隔振与减振措施。(3)操作者的听力保护。75755.几种现代空气污染的来源及其危害1)建筑物室内空气污染来源及其危害中国室内环境中心2002年4月公布一项统计显示，中国每年因建筑涂料引起的急性中毒事件约400起，中毒人数达1.5万余人，建筑物室内空气污染来源主要包括：放射性物质、化学物质、电磁场等。(1)放射性物质:专家研究发现，放射性物质及一次大剂量或多次小剂量的放射线照射都有致白血病的作用。特别是一些高放射性的建筑材料，会对人体造成
40、体内和体外伤害。7676(2)化学物质：建筑装修用的人造板材、木家具及其它各类装饰材料(如贴壁布、墙纸、化纤地毯、泡沫塑料、油漆、涂料等)中含有苯和甲醛等有害物质。研究证明，慢性苯中毒主要使骨髓造血机能发生障碍，引起再生障碍性贫血。甲醛对人体健康的影响主要表现为嗅觉异常、刺激、过敏、肝功能异常及免疫功能异常等。长期接触低度甲醛可以引起慢性呼吸道疾病，甚至引起鼻咽癌、妊娠综合症、新生儿染色体异常、白血病、青少年记忆力和智力下降。(3)电磁场：家用电器、电线等产生的电磁场正在威胁人们的健康。意大利医学专家统计，全国每年有400多名儿童患白血病，其中2至7岁儿童的发病原因主要是受到过强的电磁辐射。7
41、7772)车内空气污染主要来源及危害新车内装饰材料中含有的有毒气体主要包括苯、甲醛、丙酮、二甲苯等。这些有害物质在不知不觉中使人中毒，渐渐出现头痛、乏力等症状。汽车发动机产生的一氧化碳、汽油挥发成分等会使车厢内的空气质量下降。车用空调蒸发器若长时间不进行清洗护理，就会在其内部附着大量污垢，所产生的胺、烟碱、细菌等有害物质弥漫在车内狭小的空间里，导致车内空气质量差甚至缺氧。人体自身的污染。由于车内开窗不多，当空气中二氧化碳浓度达到0.5%时，人就会出现头痛、头晕等不适感。乘客较多时就更容易造成污染。78783)铅污染的危害铅是一种对神经系统有害的重金属元素，会对人的大脑神经系统带来严重危害，导致
42、智力下降，免疫力降低，生长发育迟缓。儿童对铅尤为敏感，吸收率高达50。国际上公认，当儿童体内铅含量超过每升100微克时，儿童的脑发育就会受到不良影响，称之为铅中毒。铅中毒对儿童的危害主要体现在智力发育、学习能力、心理行为、生长发育等方面。儿童铅含量过高的反应是面色发黄、生长迟缓、便秘、腹泻、恶心、呕吐、注意力不集中。7979 5.2 系 统 化 设 计设计是革新，是创造。人类社会文明发展史中，充满了一次又一次的革新和发明创造。在各种情况下，人类总是创造出某些前所未有的东西。他们总是先有某种需要，而后产生一种怎样才能满足这种需要的思想，最后经过百折不回的努力将其变成现实。我们把这样的过程称之为设
43、计。设计所要追求的目标是在给定的条件下实现最优的设计。系统设计就是设计师在给定的条件(称为约束条件)下设计出满足需要的最佳系统。80805.2.1 系统化设计的概念系统化设计就是将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间又存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计强调用系统工程处理技术系统问题。设计时不仅要分析各部分的有机关系，力求系统整体最优；而且要考虑技术系统与外界的联系，即人-机-环境的大系统关系。81815.2.2 系统化设计的方法和步骤比较有代表性的系统化设计方法包括以下五种。(1)设计元素法:用
44、五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。(2)图形建模法:用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现系统结构、功能关系的图形化建模。这种方法可以采用图形符号，具有内容丰富的语义模型结构，可以描述集成条件，可以划分约束类型，可以实现关系间的任意结合，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。8282(3)构思设计法：将产品的方案设计分成构思和设计两个阶段。构思阶段的任务是寻求、选择和组合满足
45、设计任务要求的原理解，设计阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。方案的构思具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解，即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理连接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的设计是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和连接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。8383(4)矩阵设计法:在方案设计过程中采用“要求功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同
46、的设计方案。再根据“要求功能”逻辑树建立“要求功能”关联矩阵，描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。(5)键合图法:将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。8484系统化设计的步骤一般包括：(1)确定求解的问题。系统设计的第一步是明确求解的问题和范围，即明确设计目的和要求。(2)因素分析。对与被描述问题有关的因素进行分析，确定因素的类型：可控的、不可控的、质的属性。系统的
47、最优化就是对量的可控因素优化确定的过程。(3)模型的建立。建立模型就是用适当的(一般是数学的)方式来描述问题与因素之间的关系。建立模型时一般应忽略次要因素，突出主要因素。8585(4)决策过程。决策就是运用适当的手段求解模型，确定实现系统目标的系统结构及其运用方法。当所建的是数学模型时，可用运筹学中的数学规划法求解。求解数学模型时，恰当地选择优化准则是很重要的，优化准则不同，所确定的系统的结构和对外表现会大不相同。(5)运用与管理。86865.2.3 系统化设计的展望系统化设计思想于20世纪70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作
48、应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制定出VDI2221标准技术系统和产品的开发设计方法。我国制定的机械产品方案设计进程模式基本上沿用了德国VDI2221标准的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：8787(1)将产品看做有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分为功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次；同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。(2)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处
49、理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。系统化设计将“产品人环境社会”视为一个完整的系统，设计时必须从系统的角度来全面考虑各方面的问题。88885.2.4 系统化设计的内容和关键技术系统设计一般包括计划、外部系统设计、内部系统设计和制造销售四个阶段。传统的设计方法只注重内部系统的设计，且以改善零部件的特性为重点，至于各零部件之间、外部系统与内部系统之间的相互作用和影响则考虑得较少。因此，虽然对零部件的设计考虑得很仔细，但设计的系统仍然不够理想。零部件的设计固然应该给予足够的重视，但全部
50、用好的零部件未必能组成好的系统，其技术和经济未必能实现良好的统一。8989系统一般来说是比较复杂的，为便于分析和设计，常采用系统分解法这种常用的设计方法，把复杂的系统分解为若干个互相联系的且相对比较简单的子系统，这样可以使系统的分析和设计比较简单。根据需要，各子系统还可进一步分解为更小的子系统，依次逐级分解，直到能进行适宜的设计和分析为止。9090对于大规模系统的设计是不允许失败的，由于其模型复杂，约束条件众多，要想求得总体最优解难度很大，可以采用下述方法求得近似最优解：(1)采用模块方式。采用这种方式时，首先将大系统分割成为几个独立性很强的子系统，力求使各子系统局部最优化。然后对整体进行协调
