人因工程学 教学课件 ppt 作者 郭伏 钱省三_ 第13章 人机系统(新书)

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1、第十三章 人机系统,第一节 人机系统概述 第二节 人机系统设计思想与程序 第三节 人机系统评价概述 第四节 人机系统分析评价方法,第一节 人机系统概述,内容： 一、人机系统的含义 二、人机系统基本模式 三、人机系统的类型,一、人机系统含义,人机系统-系统是由相互作用、相互依存的要素（部分）组成的、具有特定功能的有机整体。 组成-是由相互作用、相互依存的人和机器两个子系统构成的，且能完成特定目标的一个整体系统。 人-是指机器的操作者或使用者； 机器-含义是广义的，是指人所操纵或使用的各种机器、设备、工具等的总称。,例如: 人骑自行车 人驾驶汽车 人操纵机器 人控制自动化生产 人使用计算机 都属于

2、人机系统,一、人机系统含义,二、人机系统基本模式,人机系统基本模式由下列子系统组成 ： 人的子系统、 机器的子系统 人机界面,人的子系统可概括为 感受刺激大脑信息加工做出反应 机器的子系统可概括为 控制装置机器运转显示装置 在人机系统中，人与机器之间存在着信息环路，人机相互具有信息传递的性质。系统能否正常工作，取决于信息传递过程能否持续有效地进行。,二、人机系统基本模式,三、人机系统的类型,1.按有无反馈控制分类 （1）闭环人机系统 （2）开环人机系统 2.按系统自动化程度分类 （1）人工操作系统 （2）半自动化系统 （3）自动化系统 3.按人机结合方式分类 （1）人机串联 （2）人机并联 （

3、3）人机串、并联混合,1.按有无反馈控制分类,反馈是指系统的输出量与系统输入量结合后重新对系统发生作用。 (1)闭环人机系统 也叫反馈控制人机系统，其特点是：系统的输出直接作用于系统的控制。 (2)开环人机系统 特征是：系统中没有反馈回路，系统输出不对系统的控制发生作用，所提供的反馈信息不能控制下一步的操作。即系统的输出对系统的控制作用没有直接影响。,2.按系统自动化程度分类,(1)手工操作系统 人使用机械与工具工作，但机械与工具不具备动力，能源是体力，控制凭技能。 例如，钳工锉削、刮研、木工作业、手工造型等,2.按系统自动化程度分类,（2）半自动化系统 这种系统中，人操纵具有动力的设备工作。

4、 如，操纵机床加工零件，驾驶汽车、火车等。,2.按系统自动化程度分类,（3）自动化系统 这种系统中，机器完全代替了人的工作，生产过程的信息接受、信息处理和执行等均由机器来完成，人只起启动、停止、编程、监控、修理、调试的作用。 但是，这种系统的投资大，非大量生产采用它是不经济的。,3.按人机结合方式分类,可分为人机串联，人机并联和人机串、并联混合三种方式。如图所示:,（1）人机串联 人与机任何一方停止活动或发生故障，都会使整个系统中断工作。人和机的特性相互 增强、相互干扰。,（2）人机并联 人、机两者可以相互取代，具有较高的可靠性。作业时人间接介入工作系统，人的作用以监视、管理为主，手工作业为辅

5、。这种结合方式，人与机的功能互相补充，自动化系统中多采用这种人机结合方式。,（3）人机串、并联混合 这种结合方式多种多样，实际上都是人机串联和人机并联的两种方式的综合，往往同时兼有这两种方式的基本特性,第二节 人机系统设计思想与程序,一、人机系统设计思想的发展 二、人机系统设计程序 三、人机系统设计步骤,一、人机系统设计思想的发展,让人来适应机器的设计思想 先设计好机器，再根据机器的运行要求来选拔和培训人员。 让机器适应人的设计思想 即根据人的特性，设计出最符合人操作的机器设备、器具，最醒目的显示器，最方便使用的控制器，如何使设计的机器尽可能地代替人的工作等。 人与机器相互适应的系统设计思想

6、在机器和人中间进行合理的功能分配，从而达到系统的最佳匹配,二、人机系统设计程序,（一）人-机系统的目标 （二）人与机器的功能分析 （三）功能分配 （四）设计与评价,二、人机系统设计程序,（一）人-机系统的目标 在设计一个系统时，首先必须确定它作为一个整体所体现的目标，然后再讨论为达到该目标，系统应该只备什么样的功能。 （二）人与机器的功能分析 1人机特性比较 详细比较见下表,2.人优于机器的功能,（）在感知觉方面，人的某些感宫的感受能力比机器优越 例如，人的听觉器官对音色的分辨力以及嗅觉器官对某些化学物质的感受性等，都优于机器。 （）人能运用多种通道接受信息 当一种信息通道有障碍时可用其他通道

7、补偿。而机器只能按设计的固定结构和方法输入信息。 （）人具有高度的灵活性和可塑性，能随机应变，采用灵活的程序。 人能根据情境改变工作方法，能学习和适应环境，能应付意外事件和排除故障。而机器应付偶然事件的程序是非常复杂的。 因此，任何高度复杂的自动系统都离不开人的参与。,2.人优于机器的功能（续）,（）人能长期大量储存信息并能综合利用记忆信息进行分析和判断。 （）人具有总结和利用经验，除旧创新，改进工作的能力。 而机器无论多么复杂，只能按照人预先编排好的程序工作。 （）人能进行归纳推理 在获得实际观察资料的基础上，归纳出一般结论，形成概念，并能创造发明。 （）人的最重要特点是有感情、意识和个性，

8、具有能动性，能继承人类历史、文化和精神遗产。人在社会生活中，接受社会的影响，有明显的社会性。,3机器优于人的功能,（）机器能平稳而准确地运用巨大动力 而人受身体结构和生理特性的限制，可使用的力量较小。 （）机器动作速度快、信息传递、加工和反应的速度快 （）机器的精度高，产生的误差可随机器精度提高而减小 而人的操作精度不如机器，对刺激的感受也有限。 （4）机器的稳定性好，做重复性工作，不存在疲劳和单调问题 人的工作易受身心因素和环境条件等影响，因此在感受外界作用和操作的稳定性方面不如机器。,3机器优于人的功能（续）,（5）机器的感受和反应能力一般比人高 如机器可以接受超声、辐射、微波、电磁波和磁

9、场等信号； 还可以做出人做不到的反应；如发射电讯信号、发出激光等。 （6）机器能同时完成多种操作，而且可以保持较高的效率和准确度 人一般只能同时完成12项操作，而且两项操作容易相互干扰，难以持久地进行。 （7）机器能在恶劣的环境条件下工作 如在高压、低压、高温、低温、超重、缺氧、辐射、振动等条件下，机器可以很好地工作，而人则无法耐受。,（三）功能分配,1.人机功能分配 所谓人机功能分配，是指在人机系统中，为了充分发挥人与机械各自的特长，互补所短，恰当地分配人机任务，以达到人机系统整体的最佳效能与总体功能。 （1）人机功能分配应考虑的问题 1) 人与机械的性能、负荷能力、潜力及局限性。 2) 人

10、进行规定操作所需的训练时间和精力限度。 3) 对异常情况的适应性和反应能力的人机对比。 4) 人的个体差异的统计。 5) 机械代替人的效果和成本。,（2）通常由“人”承担的工作,（）程序设计 （）意外事件处理 （）变化频繁的作业 （4）“机”的维修 （）长时期大量贮存信息 （）研究、决策、设计等,（3）通常由“机”承担的工作：,（）枯燥、单调的作业和笨重的作业 （）险性较大的作业。如救火、空间技术、放射环境及有毒作业等。 （）粉尘作业 （）喷漆、涂料、电镀、焊接、铆接等作业。 （）自动校正、自动检测、高精度装配等。 （）特殊目的作业。如病房服务、为盲人引路、壁行机(用于船壳焊接)、象鼻机(仿象

11、鼻运动搬运重物)等。 （）高阶运算 （）快速操作 （）可靠性的、高精度的和程序固定的作业。,2.人与机的功能匹配,1）人机应达到最佳匹配，使系统整体效能最优 2）人和机器的相互配合 人监控机器 机器监督人。以防止人产生失误时导致整个系统发生故障。 3）显示器与人的信息感觉通道特性的匹配 4）控制器与人体运动反应特性的匹配； 5）显示器与控制器之间的匹配； 6）环境条件与人的有关特性的匹配； 7）人、机、环境要素与作业之间的匹配等。,（四）设计与评价,1、人机系统设计在工程设计中的地位 几乎所有的工程设计，大都可分为六个设计阶段： (1)原理设计，主要解决功能问题； (2)初步设计，具有总体设计

12、的性质； (3)人机系统的设计，主要是解决人机关系的一些问题； (4)结构设计，解决结构形状、尺寸和工艺问题； (5)造型设计，主要是整体外观造型的美观设计问题； (6)完成阶段，包括施工图设计和试制问题。,人机系统中，人与机器之间存在一个相互作用的“界面”，所有的人与机器的交流都发生在这个界面上，一般称为人机界面，是人机关系的非常重要环节。 3.人因工程学设计 对机具进行人因工程学设计，使机具适应人的特性、保证人使用时得心应手。 主要包括显示器和控制器的选择与设计、作业空间设计、作业辅助设计等 4.系统评价 就是试验该系统是否具备完成既定目标的功能，并进行安全性、舒适性及社会性因素的分析、评

13、价。,2.人机界面设计,三、人机系统设计步骤,（1）明确系统的目的和条件； （2）进行人和机械的功能分配； （3）进行人和机械的相互配合； （4）对系统或机械的设计； （5）对系统进行分析评价。,第三节 人机系统评价概述,一、评价的概念 二、评价目的、内容与原则 三、评价目标体系的建立 四、评价目标体系 五、评价目标体系的处理,一、评价的概念,评价-是指按照明确目标测定对象的属性，并把该属性变成主观效用的行为，也即明确价值的过程。 对人因工程设计进行评价，就是查明设计方案对于预定目标的“价值”及“效用”。 评价不能以单个因素作为目标来进行，必须考虑多个因素即多个目标。 评价方法： 定性评价 定

14、量评价。,二、评价目的与原则,（一）评价目的 评价分为： 对现有的工业产品的人机系统进行评价 主要是使有关人员了解现有产品的优缺点和存在的问题，为今后改进产品设计提供依据和积累资料； 对人机系统规划和设计阶段的评价 主要是在规划和设计阶段预测到系统可能占有的优势和存在不足，并及时改进。 评价目的 根据评价结果，对系统进行调整，发扬优点，改善薄弱环节，消除不良因素或潜在危险，以达到系统的最优化。,（二）评价原则,（1）评价方法的客观性 评价时应防止评价者的主观因素的影响，为此应提供可靠的数据，其数据取值范围不宜过大，否则将使评价人员无所依从，同时对评价结果应进行检查。 （2）评价方法的通用性 评

15、价方法应适应评价同一级的各种系统。 （3）评价方法的综合性 能反映评价对象各个方面的最重要的功能和因素，这佯才能真实地反映被评对象的实际情况。,（三）评价内容,（1）确定适用的评价方法、评价目标(指标)和评价标准； （2）依据既定的评价程序和方法、对系统进行客观的、定性或定量的评价，结合整体性、技术性、宜人性、安全性、经济性等目标及经验数据，找出系统的最优方案和最佳工作条件； （3）在技术和经济条件上难以或不可能达到预期目标时，应对规划或设计方案进行可行性研究，反复评价，以达到符合最优化为目的。,三、评价目标的建立,(1)技术评价目标 工作性能、整体性、宜人性、安全性和使用维护等。 （2）经济

16、评价目标 成本、利润、实施方案的措施费用和市场情况等。 （3）社会评价目标 是否有益于改善环境，是否有利于人的文化技术水平的提高，是否改变人的道德标准和生活习惯，是否有利于人的审美观点提高等。,四、评价目标体系,五、评价目标体系的处理,（一）目标体系的简化 目标之间有相互联系，一项目标的变化，常会影响到另一些目标随之变化。 例如，提高劳动生产率或改善劳动环境条件，可能需增加投资。 在拟定评价目标时，目标数量不宜过多，否则，就难以突出主要因素，反而不易分清主次。,（二）权系数的确定,求权数的方法数很多，如 专家评议法 层次分析法 模糊数学法等 也可由经验或用判别表法等多种方法求出。,各评价目标的权系数为 式中，为评价目标的权系数；为各评价目标的总分；为评价目标数,比较者,被比者,第四节 人机系统分析评价方法,一、连接分析法 二、操作顺序图分析法 三、校核表评价法 四、工作环境指数评价法 (一) 空间指数法 (二) 可视性指数 (三) 会话指数 (四)步行指数