4人机功能匹配.ppt

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1、人机功能匹配本 章 目 录 第一节 人机功能特性 第二节 人机功能分配 第三节 人机系统的可靠性第一节 人机功能特性 在一定的环境条件下，由人和机两个基本 部分组成，相互联系构成的一个整体叫人 机系统。一、人的主要功能传感器作 用：感受 信息，感 知工作和 机器情况信息处理 器作用： 对信息处 理分析、 判断操纵器作 用：通过 动作进行 操纵二、机的主要功能机（自动化机器、智能机器）的主要功能接受信息: 通过传感器接受信息储存信息: 通过储存装置储存信息处理信息: 对信息加工处理执行功能:1机器本身产生控制功能， 2借助信号把指令从这个环节传递到下个环节三、人机特性比较 在人机系统设计中，首先

2、要按照科学的 观点分析人和机器各自的不同特点，以 便研究人与机器的功能分配，从而扬长 避短，各尽所长，充分发挥人与机器的 各自优点；以防止产生人的不安全行动 和机器的不安全状态，做到安全生产。三、人机特性比较项目人机器 感受能力能够识别物体的大小、形状、位 置和颜色等特征，能够分辨不 同音色和某些化学物质气味能够接受超声、辐射、微波、磁 场等人不能感知的信号，且在 感觉速度方面优于人 操纵能力能够进行各种控制，在自由度、 调节和联系能力等方面优于机 器，能“独立运行”操纵力、速度、精密度、操作数 量和范围等方面优于人，但不 能“独立运行” 处理能力有智力和主观能动性，有创造、 辨别、归纳、演绎

3、、综合、分 析、记忆、联想、判断、抽象 思维等能力，能发现事物运动 规律，对问题提出见解和决策 措施无智力（智能机例外）和主观能 动性，没有创造能力，只能按 照程序设计机械地辨别、归纳 、演绎、综合、分析、记忆、 判断，不能对问题提出见解三、人机特性比较项目人机器 学习能力具有很强的学习能力，能阅读、 归纳和判断，形成概念和方法无学习能力计算能力计算慢且容易产生误差，不能进 行高阶运算，但善于修正误差计算快而精确，可进行高阶运算 ，但不善于修正误差 记忆能力能够记忆大量信息，并进行多途 径存取，擅长对原则和策略的 记忆能够迅速存取信息，信息传递能 力、记忆速度和保持能力都比 人高很多 工作效能

4、能够依次完成多种功能作业，但 不能同时完成多种操纵和在恶 劣条件下作业能够在恶劣环境下工作，可同时 完成多种操纵控制，单调、重 复的工作也不降低效率三、人机特性比较项目人机器 可靠性就人脑而言，可靠性高于机器。 但在疲劳与紧急事态下，可能 极不可靠，人的技术高低，生 理及心理状况等对可靠性都有 影响，能够处理意外的紧急事 件按照恰当设计制造的机器，能保 持高可靠性，但在超负荷情况 下可靠性可能突降，其本身的 检查和维修能力非常薄弱，不 能处理意外的紧急事件连续性容易产生疲劳，不能长时间的连 续工作，且受年龄，性别与健 康状况等因素的影响耐久性高，能长期连续工作，但 需要适当维护灵活性通过教育训

5、练，能够具有多方面 的应变能力，适应和应付突发 事件能力强如果是专用机械，不调整则不能 改变其作业用途三、人机特性比较 可见，人在复杂感受能力、信息处理能力、智力 、综合判断能力、对情况的决策处理能力、灵活 应变能力等方面优于机器；但在准确度、体力、 速度和知觉能力方面有限。 机器在操纵力、速度、精确度、高阶运算能力、 存储能力、连续作业能力和耐久性等方面优于人 ；但在性能维持能力、正常动作、判断能力、造 价、运营费用方面受限。 四、人机功能匹配人与机的几种结合形式劳动者-工具操作者-机器监控者-自动化机器监督者-智能机器1、人机功能匹配的含义 1)人机功能分配 2)人机相互配合对人和机的特性

6、进行权衡分 析，将系统的不同功能分配 给人或机，叫人机功能分配 。根据人机各自的能力，使人 机相互配合、协调、适应， 实现人监控机器和机器监督 人。1、人机功能匹配的含义人机功能匹配的内容显示器与人的信息感觉通道特性匹配控制器与人体运动特性的匹配显示器与控制器的匹配环境条件与人心理生理及生物力学特性的匹配 人机结合的原则改变了传统的只考虑 机器设计的思想，提出了同时考虑人 与机器两方面因素，即在机器设计的 同时把人看成是有知觉有技术的控制 机、能量转换机、信息处理机。 凡需要由感官指导的间歇操作，要留 出足够间歇时间；机器设计中，要使 操纵要求低于人的反应速度，这便是 获得最佳效果的设计思想。

7、 15 笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调 的、高阶运算的、支付大功率的、操作复杂 的、环境条件恶劣的作业以及需要检测人不 能识别的物理信号的作业，分配给机器承担 指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息 输入时，机器系统的监控、维修、设计、创 造、故障处理及应付突然事件等工作，由人 承担 2、人机功能分配的一般原则3、人机功能匹配及影响 根据人机各自的能力，使人机相互配合、协调、 适应，实现人监控机器和机器监控人。 如果不考虑人和机的适应，那么人既不会舒适， 也不会高效安全地工作。 首先，人机不协调或协调性差是违章操作的主要 原因，而违章操作可能会导致人为失误甚至安全 事故； 其次，操纵器

8、、显示器、报警器设计上的缺陷， 未能达到最佳匹配也会造成违章操作，造成事故 。4、人机功能匹配中不合理的表 现 1）把适合人的功能分配给机器，把适合机 器的功能分配给人，如汽车驾驶员驾驶同 时判断行驶里数； 2）人承担的负荷或速度超过人能力极限， 如缝纫机操作速度太快； 3）不能根据人执行功能的特点找出人机之 间最适宜相互联系的途径和手段，如设计 中没有考虑人的反应时间；5、人机功能匹配应该注意问题 1）信息由机器显示器传递给人时，应该选 择适宜的信息通道，避免信息过载，同时 设计符合人机学原则； 2）信息从人的运动器官传递到机器时，应 该考虑人的能力极限和操作范围，控制器 应该高效、安全、灵

9、活、可靠； 3）设计时，应该充分利用人和机的各自优 势；5、人机功能匹配应该注意问题 4）使用人机结合面的信息通道和传递频率 不能超过人的能力极限，并使机器适合大 多数人； 5）要考虑机器发生故障的可能性，以及简 单排除故障的方法和工具； 6）要考虑小概率事件的处，对可能造成破 坏的小概率事件事先安排监督和控制方法 。人机关系 机宜人：使机器系统尽量满足使用者的体质心理 人适机：对人的因素予以限制和训练，尽量发挥人的 因素有一定可塑性这一特点，让人去适应机器的要求 ，以保证人机系统具有最优效能 机宜人是有条件的，人适机也是有限度的 机宜人与人适机是相对的，任何一个人机系统既要尽 量做到机宜人，

10、也要设法做到人适机 调整人机相互匹配关系最根本的制约条件：人的可能 性与人的可靠性。 重点：人机关系的制约条件第三节 人机系统的可靠性 可靠性是指研究对象在规定条件下和规定 时间内完成规定功能的能力。 规定条件包括使用条件、维护条件、环境条件、 贮存条件和工作方式等。 某些电子元器件在实验室中使用和在火箭上使用 ，其可靠性就可以相差几个数量级。机器在超负 荷下使用和连续不断工作都会使可靠性降低。相 反，产品在减负荷（低于使用负荷）下使用，可 靠性提高。第三节 人机系统的可靠性 可靠性是指研究对象在规定条件下和规定 时间内完成规定功能的能力。 规定时间依据不同对象和工作目的而异，如火箭 要求几秒

11、或几分钟内工作可靠，而一台机床要求 的可靠使用时间则长得多。 一般地说，机器设备的可靠性随使用时间的增加 而逐渐降低，使用时间越长，可靠性越低。使用 时间不同，可靠性也不同。第三节 人机系统的可靠性 可靠性是指研究对象在规定条件下和规定 时间内完成规定功能的能力。 规定功能是指机器设备本身的性能指标和包括人 方便、安全、舒适地操纵机器的使用功能。 当机器和设备达到规定功能，则可靠；当产品丧 失规定功能，则称其发生故障、失效或不可靠。第三节 人机系统的可靠性 可靠性是指研究对象在规定条件下和规定 时间内完成规定功能的能力。 能力是指可靠性的高低，如“平均无故障时间” 长，度量可靠性能力的指标很多

12、，如：可靠度、 平均寿命等。可靠性度量指标 可靠性度量指标是指对系统或产品的可靠程 度作出定量表示。常用的基本度量指标有可 靠度、不可靠度（或累积故障概率）、故障 率（或失效率）、平均无故障工作时间（或 平均寿命）、维修度、有效度等。 二、可靠性的度量（1）可靠度 可靠度是可靠性的量化指标，即系统或产品在规定条件和规 定时间内完成规定功能的概率。可靠度是时间的函数，常用 以R(t)表示，称为可靠度函数。 产品出故障的概率是通过多次试验中该产品发生故障的频率 来估计的。例如，取N个产品进行试验，若在规定时间t内共 有Nf(t)个产品出故障，则该产品可靠度的观测值可用式（4- 11）近似表示：R(

13、t) N Nf (t) / N (411) 当t=0，Nf（t） 0，则R（t）l。 随着t的增加，出故障的产品数Nf（t）也随之增加，则可靠 度 R(t)下降。当 t， Nf(t)N ，则 R(t)0。 可靠度的变化范围约为0R(t)1。 与可靠度相反的一个参数叫不可靠度。它是指系统或产品在规定条件和规定时间内未完成规定功能的概率，即发生故障的概率，所以也称累积故障概率。 不可靠度也是时间的函数，常用F(t)表示。同样对N个产品进行寿命试验，试验到 t 瞬间的故障数为Nf(t)，则当N足够大时，产品工作到 t 瞬间的不可靠度的观测值（即累积故障概率）可近似表示，见式（4-12）：F(t) N

14、f(t) / N (412) F(t) 随Nf（t）的增加而增加 F(t)的变化范围约为0F(t)1。（2）故障率（或失效率） 故障和失效这两个概念，其基本含义是一致的，都表示产 品在低功能状态下工作或完全丧失功能，只是前者一般用 于维修产品，可以修复，后者用于非维修产品，表示不可 修复。 产品在工作过程中，由于某种原因使一些零部件发生故障 或失效，为反映产品发生故障的快慢，引出故障率参数。 故障率是指工作到 t 时刻尚未发生故障的产品，在该时刻 后单位时间内发生故障的概率，故障率也是时间的函数， 记为则(t)，称为故障率函数。产品的故障率是一个条件概 率，它表示产品在工作到 t 时刻的条件下

15、，单位时间内的 故障概率。它反映 t 时刻产品发生故障的速率，称为产品 在该时刻的瞬时故障率以(t)，习惯称故障率。 故障率的观测值等于N个产品在t时刻后单位时间内的故障 产品数Nf(t)/t与在t时刻还能正常工作的产品数Ns(t)之比 ，见式（4-13） (t) = Nf(t) / Ns(t) t （413） 平均故障率(t) 是指在某一规定的时间内故障率的平均值。 其观测值，对于非维修产品是指在一个规定的时间内失效 数 r 与累积工作时间t之比；对于维修产品是指它的使用 寿命内的某个观测期间一个或多个产品的故障发生次数 r 与累积工作时间之比，即两种情况均可用式（4-14）表示 ： （41

16、4）图4-6 产品寿命曲线1、早期故障期 2、偶发故障期 3、磨损故障期产品在其整个寿命期间内各个时期的故 障率是不同的，其故障率随时间变化的 曲线称为寿命曲线，也称浴盆曲线，如 图46所示。产品的失效过程可分为三个阶段1）早期故障期，发生于机器试制或投产早期的试运转期间 。产品在使用初期，由于材质的缺陷，设计、制造、安装 、调整等环节造成的缺陷，或检验疏忽等原因存在的固有 缺陷陆续暴露出来，此期间故障率较高。如螺钉、螺栓有 次品，焊接有可能假焊等。2）偶发故障期，是在机器处于正常工作状态下的偶发故障， 这个时期的故障率降到最低。这段时间较长，是产品的最 佳工作期。这时发生的故障是随机的，是偶然原因(如突然 过载、碰