人机工程学(也称为人体工程学),起源于20世纪40年代,是一门跨越不同学科领域、应用多种学科的原理、方法和数据发展起来的新兴边缘学科。该学科是“人体科学”与“工程技术”的有机结合,它运用人体测量学、生理学、心理学等科学的研究手段和成果,将人体特性、能力和活动限度等方面的数据用于系统及其所处环境的设计中去,使操作者能安全、舒适和高效率地工作。人机工程学研究的就是“人-机-环境”系统中三个要素之间的相互作用关系,它决定着系统总的性能,也就是常说的“人性化设计”。
随着工程技术水平的不断发展,人性化设计(humanization design)理念、内涵开始越来越多地运用到配管设计中。有的工程公司形成了详细系统的配管人性化设计规程,作为施工图纸文件的强制性审查内容。配管人性化设计是在满足配管基本技术要求的基础上,使设计与人体相适应,减少人的不适应性和负担,使人与工厂配管系统结合更加优化,使配管更加适合施工人员、运行人员及检修人员的要求。人性化设计重视作业人员的生理、心理特性,为作业人员构建安全、舒适和高效的操作环境,使作业人员的操作简便省力、迅速准确、安全舒适,充分发挥效能,提高整个系统的效益和质量。配管人性化设计一般包含:作业空间可操作性设计;作业强度人性化设计;作业安全人性化设计。
人性化设计还有:作业人员有可能接触位置的防烫伤(防冻伤)设计,噪声消声器远离作业人员的设计,排放废气远离作业人员的设计,需人工清扫的大口径不锈钢管上每隔一定距离设置人孔的设计等。本章节主要介绍人员可操作性设计。
在设计过程中,通常用5%、50%、95%三种百分数来确定设计尺寸范围。5%是指有5%的人体测量尺寸小于此值,而95%的人大于此值;50%则表示50%的人体测量尺寸大于此值,而50%的人则小于此值,按这种尺寸进行设计,只能满足50%的人的使用要求;95%是指有95%的人体测量尺寸均小于此值,而有5%的人体测量尺寸大于此值。
在设计中不能一律以平均值作为依据,而应就具体情况而定,为了确保至少适合95%使用者的使用要求,应采用5%和95%的数据。以下数据建立在典型的欧美数据基础上,比我国的人体尺寸略大一些。通常装置的设计寿命为15~20年,有的装置甚至操作更长的时间,考虑到年轻一代身高迅速增高的事实,在设计中采用这些数据基本是可行的。成年男子的人体测量数据见图2.74和表2.14。
在确定设备周围环境和空间距离时,要用95%的人体测量数据作为确定依据。例如,对于平台净空高度设计,要考虑95%的操作员在平台上通过时不会撞到头。95%的人身高为1855mm,再加上鞋底和安全帽的高度,要求平台高度不得小于2100mm(国内有的规范规定为2200mm。笔者在参与设计规范最严格的沙特阿美公司不锈钢配管设计时,其规范要求最小净空高度为2030mm)。