安全人机工程是运用人机工程学理论和方法研究“人-机-环境”系统，并使三者在安全的基础上达到最佳匹配。
人起到主导作用是核心，机器起着安全的保障作用。
安全人机工程的研究内容主要包括以下方面：
- 分析机械设备及设施在生产过程中的不安全因素。
- 研究人的生理和心理特征和机器功能。
- 研究人与机器界面中信息传递的安全问题。
- 建立人机系统可靠性设计原则。
人的特性
（一）人的生理特性
（1）人体特性参数
- 尺度参数：静态参数，人体高度及各部位长度尺寸等。
- 动态参数：运动状态下，人体的动作范围参数。
- 生理参数：耗氧量、心跳和呼吸频率、人体表面积和体积等。
- 生物力学参数：握力、推力、推举力、转动惯量等。
（2）人体能量代谢
- 能量代谢分为：基础代谢、安静代谢和活动代谢。
- 影响人体作业时能量代谢的因素包括：作业类型、作业方法、作业姿势、作业速度等。
（3）劳动强度分级
劳动强度是以作业过程中人体的能耗量、氧耗、心率、排汗率等指标为根据，其从轻到重分为：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。
| 体力劳动强度级别 | 体力劳动强度指数 | 劳动强度 |
| I级 | I≤15 | 轻 |
| II级 | 15<I≤20 | 中 |
| III级 | 20<I≤25 | 重 |
| IV级 | I>25 | 过重 |
- 常见职业体力劳动强度分级的描述：
① I 级（轻劳动）
坐姿：手工作业或腿的轻度活动（正常情况下，如打字、缝纫、脚踏开关等）。
立姿：操作仪器，控制、查看设备，上臂用力的装配。
② II 级（中等劳动）
手和臂持续动作：锯木头等。
臂和腿的工作：卡车、拖拉机或建筑设备等运输操作。
臂和躯干的工作：锻造、风动工具操作、粉刷、间断搬运中等重物、除草、锄田、摘水果和蔬菜等。
③ III 级（重劳动）
臂和躯干负荷工作：搬重物、铲、锤锻、凿硬木、割草、挖掘等。
④ IV 级（极重劳动）
大强度的挖掘、搬运，快到极限节律的极强活动。
- 工作场所不同体力劳动强度WBGT限值
- 接触时间率越高，体力劳动强度越大，WBGT限值越低。
- 接触时间率是指劳动者在一个工作日内接触高温作业的累计时间与8h的比率。
- WBGT指数又称湿球黑球温度，是综合评价人体接触作业环境热负荷的基本参量。
（4）疲劳
疲劳是人生理特性的一种表现形式，分为肌肉疲劳和精神疲劳两种。劳动者在劳动过程中，因工作因素产生的精神压力和身体负担，不断积累可能导致精神疲劳和肌肉疲劳。
- 肌肉疲劳：过度紧张的肌肉局部出现酸痛的现象。
【注】肌肉疲劳一般只涉及大脑皮层的局部区域。
- 精神疲劳：一种弥散的、不愿意再作任何活动的懒惰感觉。
【注】精神疲劳主要与中枢神经活动有关。
- 疲劳产生的原因
- 工作条件因素
- 劳动制度和生产组织不合理：作业强度过大、体位欠佳等。
- 机器设备和工具条件差，设计不良。
- 工作环境很差：照明欠佳，噪声振动，高温高湿、空气污染等。
- 作业者本身的因素
- 作业者的熟练程度、操作技巧、身体素质、工作适应性、休息、生活条件以及劳动情绪等。
【注】肌体疲劳与主观疲劳感未必同时发生。例如，劳动效果不佳、内容单调、环境缺乏安全感、技能不熟练等原因会诱发心理疲劳。
- 消除疲劳的途径
- 显示器和控制器的设计应充分考虑人的生理、心理因素。
- 通过改变操作内容、播放音乐来克服单调乏味的作业。
- 改善工作环境条件，科学安排环境色彩及作业场所布局。
- 避免超负荷的体力或脑力劳动，合理安排作息时间。
（5）单调作业
单调作业是指内容单一、节奏较快、高度重复作业。
单调作业产生的枯燥、乏味和不愉快状态称为单调感。
单调作业只有少量单项动作，周期短，频率高，易引起身体局部出现疲劳乃至心理厌烦。
- 改进单调作业措施
- 培养多面手：基础作业工人兼做辅助、维修或基层管理工作。
- 工作延伸：按进程扩展内容，例如，参与研究、开发等。
- 操作再设计（重组工序）
- 显示作业终极目标
- 动态信息报告
- 推行消遣工作法
- 改善工作环境
（6）轮班作业
轮班制分为单班制、两班制、三班制或四班制等。
对于日夜轮班制度必须考虑工作效率和劳动者的身心健康。
- 人生理环境不易逆转，夜班破坏劳动者的生物节律。
- 夜班作业者在白天难以得到休息，会对作业者带来不利影响。
- 改进轮班作业的措施
为使生物节律与休息时间相一致，可通过环境的明暗、喧闹与安静的交替来得以实现。
（二）人的心理特性
人的心理特性是决定人的安全性的一个重要因素。
（1）能力
能力是人们顺利完成某种任务的心理特征，影响能力的因素主要有感觉、知觉、观察力、注意力、记忆力、思维想象力和操作能力等。
（2）性格
性格是人们对待客观事物的态度和社会行为方式中区别于他人所表现出来的稳定的心理特征的总和。
- 道德品质和意志特点是构成性格的基础。
- 性格主要包括冷静型、活泼型、急躁型、轻浮型和迟钝型。
（3）需要与动机
动机是由需要产生的，合理的需要能推动人以一定的方式，在一定的方面去进行积极的活动，达到有益的效果。
（4）情绪与情感
情绪是由肌体生理需要是否得到满足而产生的体验。
- 急躁情绪：干活利索但毛躁、求成心切欠谨慎、有章不循。
- 烦躁情绪：沉闷、不愉快、精神不集中。
（5）意志
自觉地确定目标并调节自己的行动，克服困难、实现目标的过程。
机械的特性
（1）信息接收
对于信息接收，机器在接受物理因素时，检测度量的范围非常广。
（2）信息处理
- 记忆正确并能长时间储存，调出速度快。
- 能连续进行超精密的重复操作和按程序的大量常规操作。
- 处理液、气和粉体比人优越，处理柔软物体不如人。
- 能够正确地进行计算，但难以修正错误。
- 图形识别能力弱，能进行多通道的复杂动作。
（3）信息的交流与输出
- 只能通过特定的方式进行，能够输出极大和极小的功率。
- 精细调整方面多数情况下不如人手，难做精细的调整。
（4）学习与归纳能力
机器的学习能力较差，灵活性较差，只能理解特定的事物，决策方式只能通过预先编程来确定。
（5）可靠性和适应性
- 可连续、稳定、长期地运转，但需要适当的维修和保养。
- 机器可进行单调的重复性作业而不会疲劳和厌烦。
- 机器的特性固定不变，不易出错，一旦出错不易修正。
（6）环境适应性：机器能非常好的适应不良的环境条件。
（7）成本
- 在成本方面，机器设备一次性投资可能过高。
- 寿命期限内的运行成本较人工成本较低。
人与机器特性的比较
根据人与机器各方面特性的差别，可以有效地进行人机功能的分配，进而高效的实现系统效能。
传统人机工程中“机”一般是指不具有人工智能的机器。人机功能分配指根据人和机器各自的长处和局限性，把人机系统中任务分解，合理分配给人和机器去承担，使人与机器能够取长补短，相互匹配和协调，使系统安全、经济、高效地完成。
（一）人优于机器的功能
- 感知方面，人的感官感受能力比机器要优越。
- 人能运用多种通道接收信息。
- 人具有高度的灵活性和可塑性，能随机应变。
- 人能应付意外事件和排除故障，有良好的决策能力。
- 任何高度复杂的自动系统都离不开人的参与。
- 人能长期大量储存信息并能综合利用信息判断分析。
- 人具有总结和利用经验，改进工作的能力。
- 人能进行归纳、推理，并进行创造、发明。
- 人最重要的特点是有感情、意识和个性。
（二）机器优于人的功能
- 机器能平稳而准确的输出巨大动力，输出值域宽。
- 机器运动速度极快、信息传递、加工和反应速度也极快。
- 机器运行精度高，现代机器能做极高精度的精细工作。
- 机器稳定性好，做重复工作不存在疲劳和单调的问题。
- 对特定信息的感受和反应能力一般比人高。
- 能同时完成多种操作，且保持高效率和准确度。
- 机器能在恶劣的环境条件下工作。
人机系统
（一）人机系统构成
人机系统是由相互作用、相互依存的人和机器两个子系统构成的，能够完成特定目标的一个整体系统。
| 人的子系统功能 | 机器的子系统功能 | |
| ->做出反应 | -> | 控制装置-> |
| ->大脑信息加工 | 机器运转-> | |
| 感受刺激 | <- | 显示装置 |
（二）人机系统的类型
（1）按系统的自动化程度分类
| 系统类型 | 人的作用 | 系统的安全性主要取决要素 |
| 人工操作系统、半自动化系统 | ① 在人工操作系统、半自动化系统中，人机共体或机为主体。 ② 人在系统中主要充当生产过程的操作者与控制者。 | ① 人机功能分配的合理性 ② 机器的本质安全性 ③ 人为失误状况 |
| 自动化系统 | ① 在自动化系统中，应以机为主体。 ② 人在系统中只是一个监视者和管理者。 | ① 机器的本质安全性 ② 机器的冗余系统是否失灵 ③ 人处于低负荷时的应急反应变差 |
（2）按有无反馈控制分类
- 闭环人机系统：有反馈回路，系统输出直接作用于系统的控制。
- 开环人机系统：无反馈回路，系统输出不对系统控制发生作用。
（3）按系统中人机结合方式分类
- 人机串联系统
- 人机并联系统
- 人机串并联混合系统
（三）人机系统的可靠度计算
（1）人机系统组成的串联系统的可靠度：RS = RH · RM
- RS：人机系统可靠度
- RH：人的操作可靠度
- RM：机器设备可靠度
一般可以通过并联的形式来提高人机系统的可靠度。
（2）两人监控人机系统的可靠度
- 两人串联，可靠度比一人控制的系统减小，即产生误操作的概率增大，操作者不切断电源的可靠度为：RHc = R1·R2
- 两人并联，可靠度比一人控制的系统增大了，此时操作者切断电源的可靠度为（正确操作的概率）：RHb = 1-（1 – R1）（1 – R2）
（3）多人表决的冗余人机系统可靠度
（4）控制器监控的冗余人机系统可靠度
（5）自动控制冗余人机系统可靠度
人机作业环境
影响人机作业环境的因素很多，如照明、声音、色彩、温度、湿度等。
（一）照明环境
不良的照明条件是发生事故的重要影响因素之一，事故发生的频率与工作环境照明条件存在着密切的关系。
（1）照明环境特性
- 光照条件中来自光源的光通量是最基本的光度量。
- 适当的照明条件能提高近视力和远视力。
- 在亮光下，瞳孔缩小，视网膜上成像清晰，视物清楚。
- 视觉疲劳可以通过闪光融合频率和反应时间等方法测定。
- 眩光会导致瞳孔缩小而影响视网膜的视物，导致模糊。
（2）光环境控制应注意的问题
- 应满足正常状态和紧急情况下的需要，一般应设应急照明。
- 避免有光泽的或反射性的涂料（包括地板在内）。
- 各种视觉显示器之间的亮度差应避免大于10:1。
- 出于减少反射光引起视物不清及安全保密等理由，应不设或少设窗户。
（二）色彩环境
（1）色彩对人的影响
- 色彩可以引起人的情绪反应，也会影响人的行为。
- 色彩对人的生理和心理均会场所一定程度的影响。
- 红色会使人的各种器官机能兴奋和不稳定。
- 蓝色、绿色会抑制各种器官的兴奋并使机能稳定。
- 色彩的生理作用主要表现在对视觉疲劳的影响。
- 蓝、紫色最易引起眼睛疲劳，其次是红色、橙色。
- 黄绿、绿、绿蓝不易引起疲劳且认读快，准确度高。
（2）色彩控制应注意的问题
- 面对作业人员的墙壁，避免采用强烈的颜色对比。
- 避免过多地使用黑色、暗色或深色。
- 避免过度使用反射性强的颜色，如白色。
- 控制台或工作台应为低的颜色对比。
- 避免环境中有高饱和色。