安全工程师《生产技术》第一章讲师讲解：第8节

　　二、人的生理特性
　　(一)人的感觉与感觉器官
　　1．视觉
　　(1)几种常见的视觉现象
　　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，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，并容易引发事故。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。
　　2)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，并引起视力明显下降。眩光造成的有害影响主要有：破坏暗适应，产生视觉后像；降低视网膜上的照度；减弱被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，光线不仅使神经系统产生反应，而且由于视网膜受到光线的刺激，会在横截面上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；色彩错觉又有对比错觉、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/㎡，如超过此值，人眼视网膜就会受到损伤。300mm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，10～12h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。人们长期从事近距离工作和精细作业，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，作为眼睛调节肌肉的虹膜睫状肌的疲劳还可能导致近视。
　　(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，即最容易看到水平方向的东西，对垂直方向的东西感受慢。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等。
　　6)对于运动的目标，只有当角速度大于1’/s—2’/s，且双眼的焦点同时集中在同一个目标上时，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
　　听觉的功能主要在于分辨声音的高低和强弱，还可判断环境中声源的方向和远近等。
　　(1)听觉特性
　　1)听觉绝对阈限。听觉的绝对阈限是指人的听觉系统感受到的最弱声音和痛觉声音强度值，且与频率和声压有关。阈限以外，人耳感受性降低以致不能产生听觉。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/㎡。当声音频率为20Hz，其声压为2×10^-5Pa、声强为10^-12W/㎡的值为听阈；低于听阈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。人耳对频率的感觉最灵敏，常常能感觉出频率的微小变化，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的能力。在正常情况下，人们双耳的听力是一致的。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。这时通过转动头部，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。在自由空间，距离每增加一倍，声压级将减少6dB(A)。
　　(2)听觉的掩蔽效应
　　当几种声强不同的声音传到人耳时只能听到最强的声音，较弱的声音则听不到，即弱声被掩盖了。一个声音由于其他声音的干扰而使人的听觉发生困难，只有提高该声音的强度才能使人产生听觉，这种现象称为听觉的掩蔽。被掩蔽声音阈值强度提高的现象即掩蔽效应。
　　3．人的感觉与反应
　　人们在操纵机械或观察识别事物时，从观察、识别、开始操纵到采取行动，存在一个感知和执行的时间过程，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，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1～3S，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可用式1—10求得：
　　t＝klog₂（n＋1）　　　　　　　（1—10）
　　式中，k为常数；n为等概率出现的选择对象数；(n＋1)是考虑判明是否出现刺激。
　　在机器设计中为了保证安全作业，一方面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。一般来说，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应时间的重要因素；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，尽量利用反应时间短的器官通道进行控制。
　　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，应通过训练来提高人的反应速度。