人机工程学

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第六章　作业环境设计

第六章　作业环境设计大纲 本章大纲光环境声环境热环境振动环境中国地质大学安全工程系

第六章　作业环境设计重难点分析 本章重点主要目的在于使大家了解几种主要的作业环境，以及作业环境设计的基本方法和原则。其中，光环境的内容是必须要掌握的重点所在，要求掌握光环境基本概念以及照明类型选择、光源选择以及照明设计要求等知识点。声环境基本概念术语要掌握，但是A声级等概念高起专只需要了解，噪声的危害要求掌握，控制方法了解。热环境高起专制要求了解即可，振动环境基本内容要求掌握。中国地质大学安全工程系

第一节　光环境主要内容 主要内容光环境的一般概念照明对工效的影响（高起专了解）光环境设计的一般原则工作场所照明设计 (高起专了解) 照明标淮中国地质大学安全工程系

1.1　光环境基本概念 　　合适的光环境是保持人们正常、稳定的生理、心理和精神状态，提高工作效率，减少差错和事故的必要条件。　　早期人机学的光环境研究主要是生产劳动作业场所的光环境，后来则关注到了各种工作和生活的室内空间光环境。　　室内光环境由天然采光和人工照明两部分组成，分别简称为采光和照明。中国地质大学安全工程系

1.2　光环境术语 　　光环境的基本概念、基本术语有以下几个：　　　　　　光通量、发光强度　　　　　　亮度、照度　　　　　　灯的(或光源的)光效系数　　　　　　照明类型　　　　　　采光系数眩光中国地质大学安全工程系

1.2.1　光通量发光强度 　　光通量(1uminous flux) 从光源辐射出来、能引起人眼视觉的光能量辐射速率(单位时间内从光源辐射出来，能引起人眼视觉的光辐射能)。　　发光强度(1uminous intensity)光源在给定方向的发光强度，用在该方向的单位立体角。发光强度的单位是坎德拉(cd，candela)，简称坎。中国地质大学安全工程系

1.2.2　亮度　照度 　　亮度(1uminance) 单位面积光源表面上(在给定方向上)的发光强度。亮度的单位是坎[德拉]每平方米，cd／m2。　　照度(illuminance，illumination) (在被光源照射的面上)投射在单位面积上的光通量。照度的单位是勒克斯(1x，lux)，简称勒。中国地质大学安全工程系

1.2.3　光效系数 　　灯的(或光源的)光效系数(1amp／light source efficacy) (该灯或光源) 消耗1W(瓦)功率所能产生的光通量的流明(lm)数。　　灯(光源)的光效系数用1m／W(流明／瓦)表示。中国地质大学安全工程系

1.2.3.1　灯具的光效系数范围 　　各种不同类型的灯(光源)的光效系数差别甚大；同一种类型的灯，因质量等方面的不同，光效系数也会颇有出入。几种类型灯具光效系数范围的参考数据：中国地质大学安全工程系

1.2.4　照明类型 　　一般照明(general lighting) 不考虑特殊局部的需要，为照亮整个场地而设置的照明。　　局部照明(10cal lighting) 为满足某些部位(通常限定在很小范围，如工作台面)的特殊需要而设置的照明。　　混合照明(mixed lighting) 一般照明与局部照明组成的照明。中国地质大学安全工程系

1.2.5　采光系数眩光 　　采光系数(昼光因数，daylight factor) 在室内给定平面上的一点，由于(直接或间接地)接收来自(假定或已知亮度分布的)天空光而产生的天然光照度与此刻该天空半球在室外无遮挡水平面上产生的扩散光照度之比。　　眩光(glare) 在视野中由于光亮度的分布或范围不适宜，或在空间、时间上存在着极端的亮度对比，以致引起不舒适或降低物体可见度的视觉条件。中国地质大学安全工程系

1.3　照明对工效的影响 照明对工效的影响有以下几个方面：照明与情绪照明与疲劳照明与工作效率事故与照明照明与情绪中国地质大学安全工程系

1.3.1　照明与疲劳 因为亮光下瞳孔缩小，视网膜上成象更为清晰，视物清楚。当照明不良时，因反复努力辨认，易使视觉疲劳，工作不能持久。中国地质大学安全工程系

1.3.2　视觉疲劳的症状 　　眼睛疲劳的视觉症状有：眼睛乏累、怕光刺眼、眼痛、视力模糊、眼充血、出眼屎以及流泪等。　　眼睛疲劳还会引起视力下降、眼球发胀、头痛以及其它疾病而影响健康，工作失误甚至造成工伤。中国地质大学安全工程系

1.3.3　照明与工作效率（1） 增加照明并非总是与劳动生产率的增长相联系。照度提高到一定限度，可能引起目眩，从而对工作效率产生消极影响。中国地质大学安全工程系

1.3.3.1　照明与工作效率（2） 研究表明，随着照度增加到临界水平，工作效率便迅速得到提高；在临界水平上，工作效率平稳，超过这个水平，增加照明度对工作效率变化很小，甚至会加重视疲劳，使工作效率下滑。中国地质大学安全工程系

1.3.3.2　照明对工效的影响图 视疲劳和生产率随照度变化的曲线如图中国地质大学安全工程系

1.3.3.3　照明对工作效率的影响规律 由于眼睛的调节能力随年龄的增加而下降。　　因此，年龄增加将导致眼睛调节时间延长，如果所从事的是视觉特别紧张的工作，则高龄人的工作效率比青年人更加依赖于照明。中国地质大学安全工程系

1.3.4　事故与照明 　　事故的数量与工作环境的照明条件有密切的关系。　　事故统计资料表明，事故产生的原因虽然是多方面的，但照度不足则是重要的影响因素。中国地质大学安全工程系

1.3.4.1　事故与照明例子 　　如我国大部份地区，在11月、12月、1月这三个月里白天很短，工作场所人工照明时间增加，和天然光照明相比，人工照明的照度值较低，因此事故发生的次数在冬季最多。中国地质大学安全工程系

1.3.4.2　事故与照明规律（1） 　　人眼在亮度对比过大或物体及其周围背景发出刺目和耀眼光线时，即在眩光状况下，会缩瞳而降低视网膜上的照度，并在大脑皮层细胞间产生相互作用，使视觉模糊。　　眩光在眼球介内质内散射，也会减弱物体与背景间的对比，造成不舒适的视觉条件，进而导致视觉疲劳。中国地质大学安全工程系

1.3.4.3　事故与照明规律(2) 夜间运行的汽车，当驾驶员为交会来车而将本车前照灯变换到近光时，由于50米距离以外的路面照明急剧降低而导致形成“黑洞”效应，因而在5～10秒的时间内将丧失识别障碍物的能力，在随后的一段时间里实际上是盲目行车，极易造成事故。中国地质大学安全工程系

1.3.5　照明与情绪 　　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。　　一般认为，明亮的房间是令人愉快的，如果让被试者在不同照度的房间中选择工作场所的话，一般都选择比较明亮的地方。中国地质大学安全工程系

1.3.5.1　照明与情绪 　　眩目的光线使人感到不愉快，被试者都尽量避免眩光和反射光。许多人还喜欢光从左侧投射。　　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，改进工作环境。中国地质大学安全工程系

1.4　光环境设计的一般原则（1） 1.依据具体情况设定适宜的平均照度水平和照度均匀度，不宜过高或过低，基本要求是给空间以适当的明亮感，利于安全，便于活动，但不造成过强光刺激。 2.有利于将注意力集中在工作区上，即工作区的照度应比非工作区照度高，以形成适当的差别和对比。中国地质大学安全工程系

1.4.1　光环境设计的一般原则（2） 3.光线的照射方向和扩散要合理，既避免产生干扰阴影，又顾及形成必要的柔和的阴影，以增强设施、器物的立体感。 4.避免光线直接照射人眼，以防眩光晃眼。 5.光源应具有适宜的“显色性”。一般的生活与工作环境下，要求能显示各种设施、器物的颜色特性，有利于保护眼睛的视觉和人们的心理健康；显色性差的光源。中国地质大学安全工程系

1.4.2　光环境设计的一般原则（3） 6.根据环境要求，选择适宜的地面、墙面和器物的颜色，以增强清洁明快感。还可通过光色、亮度、照度、投射方向、透光遮光、折射漫射等因素，设计适当的环境氛围，有利于身心健康和愉悦的工作情绪。 7.重视节约能源，减少消耗，降低成本。推广使用节能灯具在这方面具有更现实的意义。例如较新型的“三基色高效荧光灯”光效高，寿命长，性能稳定，光色对眼睛保健有利。中国地质大学安全工程系

1.5　工作场所照明设计内容 照明形式的选择人工照明方式的选择光源选择眩光作业场所的光照要求中国地质大学安全工程系

1.5.1　照明形式的选择（1） 　　作业环境中的照明一般有三种形式，即天然采光、人工照明、混合采光。　　利用自然界的天然光源，解决作业场所照明的叫天然采光；　　利用人工制造的光源来解决作业场所照明的叫人工照明；中国地质大学安全工程系

1.5.1.1　照明形式的选择 　　当天然光源和人工光源合用时则谓之混合采光。考虑到节省能源以及人们习惯太阳光谱，所以应考虑最大限度地使用天然采光。　　将工作场所布置成一个合理的照明场地后，将会提高工作的速度和精确度，增加产量，保证质量，保障安全。中国地质大学安全工程系

1.5.2　人工照明方式的选择 人工照明方式的选择 1）一般照明 2）局部照明 3）综合照明 4）特殊照明中国地质大学安全工程系

1.5.2.1　人工照明方式的选择__一般照明 　　它是指不考虑特殊的局部需要为照亮整个被照面积而设置的照明。　　采用这种照明方式，可使作业者的视野亮度一致，视力条件好，工作时感到愉快；一次投资费用较少但耗电较多。　　它适用于对光线投射方向没有特殊要求，工作点较密集或者作业时工作点不固定的场所。中国地质大学安全工程系

1.5.2.2　人工照明方式的选择---局部照明 　　局部照明是指增加某一指定地点的照度而设置的照明。　　由于它靠近工作面，故耗电少而照度高，但要注意直接眩光和使周围变暗的影响。　　一般来讲，对工作面照度要求不超过30～40勒克司时，可不必采用局部照明。中国地质大学安全工程系

1.5.2.3　人工照明方式的选择---综合照明 　　它是指由一般照明和局部照明共同构成的照明。　　其比例似1:5为好。若对比过强则将使人感到不舒适，对作业效率有影响。　　对于较小的工作场所，一般照明的比例可适当提高。综合照明是一种最经济的照明方式，常用于要求照度高，或有一定的投光方向，或固定工作点分布较稀疏的场所。中国地质大学安全工程系

1.5.2.4　人工照明方式的选择---特殊照明 　　它是指应用于特殊用途，有特殊效果的各种照明。　　如透过照明、不可见光照明、色彩检查照明、彩色照明等。中国地质大学安全工程系

1.5.3　光源选择 　　室内天然采光是通过天窗和侧窗接受户外的光线。　　作为光源，自然光（阳光及天空光）是最理想的。　　但是天然采光会受到时间、季节和条件的影响，因此在作业环境内常常要用人工照明作为补充光源。中国地质大学安全工程系

1.5.3.1　光源选择---白炽灯 　　人工照明可使工作场所保持稳定光量。常用的人工光源可分为两大类，即： 1）白炽灯　　白炽灯发出的光以红黄两色光为主，因其可改变物体自然色，故不适合颜色分辨要求很高的场合。中国地质大学安全工程系

1.5.3.2　光源选择---荧光灯（1） 　　它是较为接近自然光的一种人工光源，其光谱近似阳光。发热量小，发光面大，可使视野的照度均匀，采光效果较白炽灯高3～4倍，因而经济性好。　　但是，荧光灯发光时会产生导交流电频率相同的闪烁。由于闪光频率高于眼睛的闪光融合频率，故人并不都能知觉到闪光。中国地质大学安全工程系

1.5.3.3　光源选择----荧光灯（2） 　　旧的或者质量不好的荧光灯还会产生可见的闪光，在灯管两端尤为严重。　　当安装辅助元件或者同时使用两个以上的荧光灯，则可减弱闪光现象，使光强变化减小。　　任何作业只要时间较长，就不宜使用单根荧光灯进行照明。中国地质大学安全工程系

1.5.3.4　均匀值 光源不可见闪烁时，从最大亮度到最小亮度的变化程度（指在一个周期内），叫均匀值。　　完全不闪光的光源，均匀值为1，荧光灯的均匀值在0.2～0.6之间，白炽灯则在0.9以上。中国地质大学安全工程系

1.5.3.5　有色光线 　　照明不宜使用有色光线。在有色光照明下视力效能降低。　　如白光下视力效能为100%，则在红光下视力效能仅达90%。　　按光线与被照物的关系，光源可分为直射光源、反射光源及透射光源三种。中国地质大学安全工程系

1.5.3.6　三种光源 　　直射光源的光线直射在加工物件上，因向光部分明亮，背光部分黑暗，故照度分布不均。　　反射光源光线的90%至更多的光都照在天花板和墙面上，通过反射来照明，故不会产生阴影。　　透射光源的光线经散光的透明材料使光线转为漫射，以减轻阴影和眩光，使照度分布均匀。中国地质大学安全工程系

1.5.4　眩光 　　物体表面产生刺眼和耀眼的强烈光线叫眩光。　　眩光多来源于外界物体表面过于光亮、亮度对比过大或直接强光照射。　　工作面上的直射太阳光常常产生使眼睛无法适应的眩光。中国地质大学安全工程系

1.5.4.1　眩光---眩光的影响 　　使眼睛的瞳孔直径减小，在视野内亮度不变的条件下降低了视网膜上的照度。　　眩光在眼球媒质内散射，减弱了被看对象与背景间的对比；　　视觉细胞受高亮度光源的刺激，使大脑皮层细胞阔产生相互作用，因而使对对象的观察模糊。中国地质大学安全工程系

1.5.4.2　眩光---防眩光措施 　　有研究表明，做精细工作时，眩光在20分钟之内就会使差错明显增加，工效显著降低。　　为了防止和减轻眩光对作业的不利影响，应采取的主要措施有：中国地质大学安全工程系

1.5.4.3　眩光---防眩光措施1 1）限制光源亮度。当光源亮度大于16×104坎德拉/米2时，无论亮度对比如何，都会产生严重眩光现象。对眩光光源应考虑用半透明或不透明材料减少其亮度或遮住直射光线；中国地质大学安全工程系

1.5.4.4　眩光---防眩光措施2 2）合理分布光源。应尽可能将眩光光源布置在视线外微弱刺激区，采用适当的悬挂高度和必要的保护角； 3）光线转为反射。光线经灯罩或天花板及墙壁漫射到工作场所；中国地质大学安全工程系

1.5.4.5　眩光---防眩光措施3 4）对于反射眩光，则通过变换光源的位置或工作面位置，使反射光不处于视线内。此外还可以通过选择材质或涂色来降低反射系数，避免反射眩光； 5）适当提高环境亮度以减少亮度对比。中国地质大学安全工程系

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