安全人机工程学

实 验 指 导 书

湖南工学院

20##年3月

目  录

实验一  视觉、听觉刺激反应实验（声光反应时测定）

实验二  注意分配实验

实验三  动作稳定性实验

序  言

安全人机工程学是利用人机工程学的原理和方法解决人机结合面的安全问题的一门学科，它既是安全工程学的一个分支，也是人机工程学的一个分支。人机工程学是从优化人机系统出发，研究人的特性及其应用的科学，它的科学方法已经成为研究安全工程理论的一种基础方法。实验与调查是研究、评价发展人机学的基本形式，其中实验系统是基础物质条件，实验对象是人，实验方法和方案是核心，是否严格、认真实验计划往往是实验成败的关键。

本基础实验，围绕部分典型安全人机工程学课题，介绍了有关的实验设备，突出指导性的说明。根据实验目的、实验条件，由实验组（学生）拟定实施细则，进行主试和被试的分工，协同完成课题实验。然后，各自对数据进行处理，阅读参考文献，写出报告。这些过程，突出一个工程训练，强调建立在科学实验基础上的启发思维和具体系统方案，意在培养安全工程专业学生能够应用安全人机工程的理论、思想、方法去寻找问题、分析问题、解决问题，使之逐步形成职业习惯，同时要求熟悉实验数据处理技术，学会实验报告的书写，培养良好的工作作风。

本实验指导书所含实验，实验次序不受书中实验编号的约束，为做好实验，每位参加实验的同学必须认真遵守下面的要求执行。

二、实验报告要求

    应培养实验一结束后，就立即整理数据，着手拟写实验报告的习惯，实验报告必须在规定的日期内完成。而且，应尽可能地查阅较多的参考文献，结合自己的考察及组内的记录来完成。实验报告应满足下列要求：

1、封面

    （1） 实验名称

    （2） 班级、姓名、同组实验者姓名

    （3） 实验开始时间、实验结束时间

    （4） 除绘图外，一律用钢笔或圆珠笔书写，字迹工整、清楚

2、内容

    （1） 实验目的：以指导书上所述为基础，通过自己的思考写出；

    （2） 使用仪器：写明所使用的仪器名称、制造厂家、生产年月等；

    （3） 实验方法：按实验指导书上的程序或自拟的实验计划进行的实验注明，并注明变动的理由与体会；

    （4） 实验结果：实验中得到的数据，填入表格中，并注意有效数字；

（5） 处理结果：实验所得数据一般都有误差，为了找出事物的规律，须对数据作处理。

实验一  视觉、听觉刺激反应实验

       （声光反应时测定）

一、实验目的

通过光对人眼的刺激，测试人的视觉通道受光刺激的反应快慢；通过声音对耳的刺激，测定听觉通道受声音刺激的反应快慢。在安全人机工程学中，反应时间参数可用于人机系统的设计，缩短反应时间，提高效率，避免失误。

二、概述

反应时间，又称反应潜伏期，它是指刺激和反应的时间间距，是人体完整的反应过程所需的时间，它从刺激使感官感受，经神经系统传输、加工和处理，传给肌肉而作用于外界，这些过程都需要进间，其总和就是反应时间，简称“反应时”。

反应时等于知觉时加上动作时。听觉和知觉时一般为0.115-0.185S；视觉时一般为0.188-0.206S。各运动器官的动作时也不同：左手0.144S、右手0.147S、右脚0.174S、左脚0.179S，手的反应比脚的反应快。经过一定练习后，光的简单反应时一般为0.2-0.25S，再后可能会降至0.2S以下，但无论如何练习不能减至0.15S以下。一般期待反应时比简单反应时要长2-3倍。选择时要比简单反应长0.0201-0.2S。

影响反应时间的因素众多，主要有：适应水平、准备状态、练习数、动机、年龄因素和个体差异、酒精和药物作用等。

三、实验仪器简介：

该实验采用BD-II-501A型声光反应测定仪。

1、最小反应时间：0.01秒；

2、最大反应时间：99.99秒；

3、最大累计反应时间：显示99次，计算655.35秒；

4、最大反应次数：显示99，计算255次；

5、最大存储实验数据：声16次，光16次；

6、具有实验数据平均及打印输出功能；

7、最大平均反应时间：9.99秒；

8、配用耳机型号为：立体声耳机(EL-1)；

9、配有手反应键声、光各1个；

10、电源：交流220伏；

本仪器的功能指示由前后两个板组成（如图1所示）。前面板为主控制面板，后面板为被试观察面板。

 

图1   BD-II-501A型声光反应测定仪面板示意

四、实验步骤

（一）准备

1、主试将两个反应键分别插入后面板上的“声”和“光”插座之中，令被试左右手各持一个按键，并记住哪一只手持的是什么键。

2、若使用耳机，主试将耳机插头插入仪器的“耳机”插座之中，令被试戴上耳机，主试将前面板的左侧开关拨至“耳机”端；若不用耳机，可以不插，主试将前面板的左侧开关拨至“喇叭”端。

3、若选用打印机，主试将打印机联线接到仪器前面板“打印”接口上。

4、主试接通电源。

5、主试打开电源开关，提示被试准备实验。

（二）人工呈现

1、若主试按下前面板“声”键并松开，经过2秒钟预备后，仪器发出强有力的短促的声音。同时记时器开始走时，反应次数显示加“1”。当被试听到声响之后。选择“声”反应键的手作出反应，即按下“声”反应错误，记时停止走时，此进前面板上显示出该次的时间。若按下“光”反应键，反应错误，记时器继续走时，同进发出错误警告声，可听到一个较弱的长音，被试听到警告声，说明自己反应有错，立即改为按下“声”反应键，此进记进器停止走时，计一次错误次数。

2、若主试按下前面板“光”键松开，经过2秒钟预备后，仪器后面板中央红色发光管发出光信号，同进记时器开始走时，反应次数显示加“1”。被试按下“光”反应键，显示出该次的反应时间。若反应后，发出错误警告声，应立即改正，计一次错误次数。

3、经过一次声或光反应后，如果没有再按前面板的“声”或“光”键，实验会在同一个刺激下继续进行。主试如要改变刺激的类型，在2秒钟的预备时间内，主试必须再按下前面板的“声”或“光”键。

4、如果说要求实验结束，在2秒钟的预备时间内，按下前面板“打印”键，则实验结束。显示出光与声加和的累计反应时间、总实验次数、平均反应时。若选用打印机则进行打印输出，打印出实验数据。按下前面板“光”键，显示自动恢复光与声的加和值。同样按下前面板“声”键，显示声的相应数据，松开“声”键，显示恢复光与声加和值。

（三）随机呈现

1、若开始时主试同时按下前面板“声”与“光”键，则测试进入呈现刺激状态。“声”或“光”的刺激完全自动随机呈现出来，主试不必再按“声”与“光”键。被试根据呈现刺激内容，按照人工呈现第1或第2步进行“声”或“光”的反应时测定。每次刺激呈现开始前有2秒的预备时间。

2、在预备期间，按下前面板“打印”键则实验结束，可以进行打印输出显示出累计反应时间与平均反应时。方法同人工呈现的第4步。

（四）复位

每次实验如需要重新开始，则主试按前面板“复位”健，显示窗全部消零，回到开始状态。

（五）打印格式

由于最大储存实验数据，声、光各16次，因此如实验次数超过16次，则超出部分覆盖掉开始部分，即只能打印出最后16次值，但累计反应时间与平均反应时等仍为实际的全部次数值。如没有进行声或光的其中一项则不打印声光加和的实验数据。

五、实验数据表格

说明影响反应时的因素。

实验二  注意分配实验

一、实验目的

注意分配实验可测量被试者注意分配值的大小，通过测试可了解人同时进行两项工作的能力。

二、实验仪器简介

采用ZYFP-II型注意分配实验仪.

本实验仪器由单片机及有关控制电路、主试面板、被试面板等部分组成。主试面板设有功能选择拨码开关，三位数码显示器，音量调节旋钮等；被试面板设有低音、中音、高音三个反应键，八个发光二极管和与其对应的八个光反应键。

电源电压：~220V±10%，50HZ，9W。

主式面板：（1）电源线插头接~220V电源

         （2）电源保险管座内装0.5A或1A保险管

         （3）电源开关（上开/下关）

         （4）电源指示灯（红色）

         （5）工作指示灯（绿色）

         （6）启动键——由主试启动仪器工作时用

         （7）复位键——开机或换新被试时用，一组实验没完成时不得按此键。

         （8）三位数码显示器——显示状态由拨码开关D值决定。

         （9）音量控制旋钮——实验前由主试调整合适音量。

         （10）三位拨码开关T，W，D——供主试选择时间，实验方式，显示方式。

被试操作面板：

         （1）低音操作键——听到低音按下此键。        

         （2）中音操作键——听到中音按下此键。         

         （3）高音操作键——听到高音按下此键。        

         （4）光信号灯——红灯亮为有关刺激。        

         （5）光信号操作键——依据红灯亮位置按下对应操作键。        

         （6）工作指示灯——绿色。

               灯不亮——开机复位状态

               灯亮——开始工作

               灯闪烁——为规定时间内完成一项操作

               灯灭——表示一组实验完

         （7）启动键

三、实验步骤

（一）功能：声音刺激分高音、中音、低音三种，要求被试对仪器连续或随机发出不同声音刺激作出判断和反应，用左手按下不同音调相应的按键，按此方法反复地操作一个单位时间，由仪器记录下正确的反应次数。光刺激由八个发光二极管形成环状分布，要求被试对仪器连续或随机发出的不同位置的光刺激作出判断和反应，然后用右手按下发光二极管相对应位置的按键，连续发光二级管灭掉，依此方法快速反复操作一个单位时间，由仪器记录下正确的反应次数。

以上两种刺激可分别出现，也可同时出现，用功能选择拨码开关选测试状态。

“T”设置测试时间：

        T=0：不限测试时间，255分钟为循环计时周期

        T=1~7：1~7表示1~7分钟七档规定工作时间

“W”选择工作方式：W=6为检测方式，此方试可试音、试光，既检查仪器好坏，也可让被试熟悉低、中、高三种声调

        W=1为低、中、高三声反应方式

        W=3为光反应方式

        W=5为三声+光反应方式

        W=2为中、高二声反应方式

        W=4为二声+光反应方式

测定注意分配值“Q”的实验分两组：

        一组：W=1  W=3  W=5

        二组：W=2  W=3  W=4

不允许组间混合，当一组实验结束，仪器自动计算注意分配值（Q）

“D”选择显示方式：

D=0  计时显示

D=1  显示三声正确反应次数

D=1  显示二声正确反应次数

D=3  显示光正确反应次数，低位小数点亮与声反应次数加以区别

D=4  交替显示二声+光正确反应次数，低位无小数点亮为声反应次数，有小数点亮为光反应次数

D=5  交替显示三声+光正确反应次数

D=6  显示注意分配值：当Q=0.00~1.00，均为注意分配值，当Q=X..XX，只有高位小数点亮，说明一组实验没有做够，不足以计算Q值；当Q=1.11，应重新测试(说明被试者对仪器不够熟悉或操作不当)

D=7  仪器按顺序反复显示D0~D6的数据，先显示序号，每一个序号后面显示的是数据内容

D=8  显示方式与D=7相同，但序号1~5所显示的数据为错误反应次数。

(二) 实验方法

   1 插好~220电源插头，开“电源”开关，电源指示灯亮

   2 检测：（试音，试光）

     主试设工作方式W=6，按复位键后，让被试者分别按压三个声音按键，细心辨别三种音调并记牢：分别按压8个光按键，对应发光二级管亮：按启动键，操作指示灯亮，则表示仪器正常，方可进行测试实验。

3 注意分配实验过程：

以T=2   W=1  D=1；T=1   W=3  D=3 ；T=1   W=5  D=5 这一组为例进行实验：

    主试用拨码开关设置T=1，W=1，D=1，按复位键，仪器为初始状态，被试者按启动键，工作指示灯亮，测试开始，被试用左手无明指、食指和中指分别对高、中、低三音尽快正确反应。当工作指示灯闪烁，无声音，表示规定时间到，说明第一种操作完成，接下来做第二种操作。

    主试用拨码开关设置T=1（不动），W=3，D=3，被试按启动键，工作指示灯亮，测试开始，被试用右手食指尽快按压与所亮发光二极管相对应的按键，无发光二极管亮，且工作指示灯闪烁，表示测试时间到，接着做第三种操作。

主试用拨码开关设置T=1（不动），W=5，D=5，被试按启动键，工作指示灯亮，测试开始。被试应用左、右手分别对声光两种刺激尽快作出反应。声光全无，工作指示灯灭表示测试时间到，一组实验结束。

4、记录被试测成绩。

主试可将拨码开关分别拨到D=6，7，8三个位置，记录注意分配值Q，各种操作的正确反应次数，错误反应次数，分析比较决定被试是否需要重新测试。

5、对新被试测试时，主试应按下复位键，重复上述实验过程。

四、实验数据及分析

1 数据记录

2、记录注意分配值（Q）

3、Q判定：

Q＜0.5  没有注意分配值          0.5≤Q＜1.0  有注意分配值

Q=1.0  注意分配值最大           Q＞1.0 注意分配值无效

实验三  动作稳定性实验

一、实验目的：

动作稳定性是多项动作技能的重要指标。对动作稳定性的测定和训练，是许多工种特别是特殊工种的任务。本实验能测量简单动作的稳定性及手和手臂的协调性，并能检验情感对动作稳定性的影响。

二、实验仪器简介：

本系统包括二部分，EP704A型凹槽平衡实验仪（图6）和EP704型九孔实验仪（图7），配EP001型计时计数器。

EP704A型凹槽平衡实验仪结构图如下：

图6    EP704A型凹槽平衡实验仪的结构

   

图7  EP704型九孔实验仪的结构

三、实验方法

1、凹槽平衡实验仪使用方法：

（1）将连接插头插入计时计数器，将试棒的插头插入仪器的输入插口，打开计时计数器的电源开关，计时计数器显示000.00。

（2）被试拿试棒，接触一下仪器的启动点，计时计数器开始计时，试棒在凹槽从宽口处向窄口处移动，试棒不能离开镜面，如试棒碰到凹槽的边，计时计数器就计出错一次，当试棒移出凹槽的窄口碰到终点后，计时计数器停止工作，蜂鸣器鸣响，实验结束，按动计时计数器上的N/T按钮，获得实验的时间和出错次数。

2、  九孔实验仪使用方法：

       （1）将连接插头插入计时计数器，将试棒的插头插入仪器的输入插口，打开计时计数器的电源开关，计时计数器显示000.00。

       （2）被试拿黑色试棒，碰一下除最小孔以外的孔底（一般最大的孔），计时计数器计数开始，从大孔到小孔依次往下做，每次试棒深入时，必须碰到底部，碰底指示灯亮。计时计数器出错一次，同时蜂鸣器鸣响，碰壁指示灯亮。当做到小孔时碰到孔底计数停止，结束指示灯点亮，同时蜂鸣器鸣响，实验结束，按动计时计数器上的N/T按钮，获得实验的时间和出错次数。

四、实验数据及分析

1、  数据记录

（1）       凹槽平衡实验

（2）九孔实验：

2、比较左、右手的动作稳定性，通过训练动作稳定性是否提高。

 

第二篇：人机工程学课程设计指导书任务书-安全12级

安全工程专业

《人机工程学》

课程设计指导书

题目名称：                             

编写教师：                             

专    业：                             

班    级：                             

设计日期：                             

安全工程教研室

《人机工程学》课程设计指导书

一、课程设计教学目的与意义

人机工程学是一门综合性的应用型学科，是实现人性化设计的重要理论指导和设计方法。在《人机工程学》理论教学完成后，通过完成一次具体课题的设计，使同学真正触摸实际设计中的人机工程学问题，真正体验所学知识与实际设计的联系，引导同学体验设计、发现问题、分析问题，探索可能的设计改进，以及寻求更佳的设计方案，以提高同学们运用人机工程学理论知识解决实际设计问题的能力。同时，完成课程设计需要作两方面的调研：现实情况的调研和文献资料查询，这部分工作超越课堂，超越教材，需要到图书馆、资料室、因特网以及设计的种种现场去进行调研，对激发同学的学习主动性，培养自我钻研、开拓进取的精神起着积极的促进作用。

二、课程设计内容、任务描述与要求：

在认真研读教材，理解教材内容的基础上，选择一个适宜的设计题目（见后面的参考选题），通过实际调研和信息查询及其信息资料的分析，提出需要解决的人机学问题，本着建立良好的人——机——环境关系的思想，应用人机工程学的理论和知识提出解决方案，完成课题中的人机学问题的研究与设计，使设计适合人的生理（人体尺寸、解剖学特征）、心理、感知、认知、行为习惯和情感等因素，具有使用上的舒适性、健康性、安全性、方便性、高效率等人机学特征。

四、课程设计过程中的各环节要求：

（一）选题要求：

课题选择一定切合实际，确实是可能接触到的事物，而且在规定的时间内可以完成。可以在下面提供的设计题目中选取，也可以自行拟订题目，自行拟订题目必须和老师进行沟通后方可以进行。

课程设计选题：

1)     城建学院校园内分类垃圾箱人性化设计

2)     城建学院学生宿舍公共洗漱间设计

3)     长春市公交车站候车座椅人因设计

4)     153路公交车上的座位人因设计

5)     城建学院食堂餐桌椅人因分析与设计

6)     城建学院综合楼内部标识导向系统设计

7)     城建学院大学生宿舍家具设计

8)     城建学院综合楼多媒体教室空间设计

9)     老年人手机设计

10) 老年人躺椅设计

11) 老年人登山拐杖设计

12) 牙刷的人因设计

13) 家用拖把的人因分析与设计

14) 手机用户界面设计的人因分析

15) 城建学院校园网络主页的人因分析与改善

（二）调研要求：

解决所选课题所涉及的人机问题，仅仅依靠教材上的数据资料是远远不够的，作为设计或立论的依据，不能凭个人主观感受或推测来判断人机关系的优劣，闭门造车是完成不了设计的，所以每个同学必须针对设计选题，走出校门进行较广泛的设计调研，设计体验，收集设计现状的有关资料，更重要的是明确设计的使用者，收集有关用户（消费者）方面的信息（人体尺寸、使用方式、使用过程感受等），以便使设计更具有针对性。

收集资料要全面、真实、可靠，在对设计现状进行调研时，需要认真测量，细致观察，认真记录，要注意图片的收集和记录，对有些设计题目同时需要查阅相关文献去获取必要的信息。

（三）资料综合分析

人机学实践，评析和设计并重。通过对收集信息资料的分析与评论，明确其中蕴涵的人机学问题，总结好人机设计的相关因素，再从宜人性设计的角度，对其进行设计宜人性的评价，此学习过程，本身就是对人机学知识的应用。通过资料综合分析，能查找出要改进的问题，是完成设计的关键环节。因此，资料综合分析是本次实践学习过程的关键性工作。要求：查找与分析的人机学问题要全面、深刻，不可遗漏。分析要有依据，避免用“很好、较好、一般、不好”等概念化的词语进行描述，尤其是尺寸分析要说明合理与不合理的依据，对于公用设计不能用个人的人体尺寸来衡量和确定设计功能尺寸。

（四）初步提出人机学问题的解决方案

提出需要解决的人机学问题很重要，但构思出巧妙的人机学问题的解决方案才是完成作业的最终目标。构思设计方案的过程中，要用设计语言——草图来进行和表达，并做简要的文字说明。要进行多种方案的构思，以便能有对比分析，有选择、有取舍，避免习惯性思维的先入为主，阻碍设计思路的开拓与创新。另外，需要大家理解的是，本次设计作业是应用人机学的理论知识和成熟的人机学研究成果来完成设计，而不是单纯的产品人机工程学设计，需要平衡各种设计因素来完成设计，不能顾此失彼。注意解决好设计中人机关系，还要使设计有较好的形式美感。

（五）修正、推敲并完善设计方案

优秀的设计方案产生，不可能一步到位，需要认真仔细推敲并加以修正，直至达到更佳（设计没有最好，只有更好），此环节在本次设计实践活动中很重要。确定最终设计方案以后，需要用设计图来表达设计成果。一是工程图，设计成果表达不同于方案构思，工程图要按照制图规范标注必要的三度空间尺寸，以表达量化的人体工学设计成果，基本图样要附必要的、简略的文字说明，以便阅读者能理解设计；二是效果图，要形象逼真，达到模拟现实的程度。

（六）课程设计报告书内容与格式要求

前言：

选题的目的、意义（学习意义、实际设计意义），设计程序

设计调研与人机问题分析（评析）（设计现状调研：要求图文并茂，从设计的功能尺寸合理性角度、符合人的认知、行为习惯角度、符合人的解剖生理学角度……做分析，注意合理的要给以肯定，并从人机学角度提出合理的依据、不合理的问题要明确提出，并说明理由。

课题设计的一般性人机学原则（尺寸上、形态上、造型上…..）

设计方案的草图构思与分析（草图表达并结合文字进行设计分析，做多方案的对比分析）

设计方案的最终表达与设计说明（尺寸图、效果图，整体图、局部图）

结束语：陈述此次人机学课程设计的学习收获和设计中还存在的不足。

报告书应纲目清楚、文字简练、表意准确，并注意版式，报告书规格为A4。

五、说明书撰写规范

设计说明书采用统一制作的《城建学院课程设计（论文）说明书》；

中文摘要字数不少于200字，英文摘要不少于150字，关键词3-8个；

说明书目录清晰明确；

设计说明书内容主要包括：设计任务概述（包括任务内容、设计原则及标准）、市场调研情况、具体设计（主要包括功能定义与分配、强度设计、人机界面设计）、作业环境分析、作业辅助设计、简要的技术经济分析、设计结论、总结和自我评价；

设计说明书字数不少于5000字。

安全工程专业

《人机工程学》

课程设计任务书

题目名称：                             

编写教师：                              

专    业：                             

班    级：                             

设计日期：                             

安全工程教研室

《人机工程学》课程设计任务书

一、课程设计的目的和要求

《安全人机工程学》课程设计的目的是更深入了解《安全人机工程学》学习内容，加深对“人-机-环境”的理解。

通过具体的设计实践掌握产品设计的基本程序和方法，为今后的毕业设计和工作打下扎实的基础。

本课程设计的要求是通过对现有产品的介绍，说明其不足之处，然后根据人机工程的基本原则进行改进设计。同时本课程设计更鼓励对某产品或设备的全新设计，不过要注意把握时间，按时完成课程设计。

二、课程设计的基本程序

1、确定设计任务，提出基本原则和要求；

2、查阅文献资料，标准法规，开展调研；

3、提出设计方案（至少两种方案）；

4、修改或确定设计方案（确定方案设计书）；

5、功能定义与分配；

6、结构设计、强度设计、人机界面设计（主要内容包括：材料选择，结构设计，强度核算，颜色搭配，键盘按钮或操纵器的排列布置等）；

7、作业环境因素分析；

8、作业辅助设计（作业基本要求，人员素质要求，说明书，帮助等）；

9、简单的技术经济分析；

10、设计结论、总结和自我评价。

三、课程设计的基本要求

对现有的设备或产品进行改进设计，要求基本掌握其工作原理，特别是针对显示和控制装置进行一定程度的增强和提高；同时还要充分考虑作业环境的影响；最后从技术经济的角度考虑改进或提高产品所带来的结果。

对全新的设计题目，要求结合已经学习的各门课程，根据国家有关标准进行规划设计。

课程设计需要完成课程设计说明书一份，手工绘制装配图一张（A3），手工或计算机绘制图若干（A3）。要求按国标要求画图。

每个题目原则上限报3人。

四、成绩评定：

本课程成绩考核包括过程的考核和成果考核二部分，作业完成过程中的独立设计能力和工作表现成绩占20%；最终提交成果质量占80%，核定成绩后，最终按照优、良、中、及格、不及格评定出课程成绩。

五、设计进度安排（共2周）