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1、第二章第二章 自动化制造系统的自动化制造系统的人机一体化设计与评价人机一体化设计与评价人和机器的关系?现代科学的发展给人类带来巨大进步的同时,也带来了一定程度的恐慌。克隆人克隆人智能机器人智能机器人转基因转基因人应当控制机器,人机和谐,人机一体化第一节第一节 AMS的人机一体化的人机一体化基本概念基本概念1、人机一体化制造系统的定义、人机一体化制造系统的定义2、AMS的人机一体化总体结构的人机一体化总体结构3、AMS的人机一体化设计方法和主要步骤的人机一体化设计方法和主要步骤人机一体化制造系统定义人机一体化制造系统定义: 就是人与具有就是人与具有适度适度自动化水平的制造设备和控制系统共同组成一
2、个自动化水平的制造设备和控制系统共同组成一个系统，各自执行自己系统，各自执行自己最擅长最擅长的工作，人与机器的工作，人与机器(制造设备制造设备)共同感知、共同感知、共同决策、共同工作，从而突破传统自动化制造系统将人排除在外共同决策、共同工作，从而突破传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局，形成新一代的旧格局，形成新一代人机有机结合人机有机结合的适度自动化制造系统的适度自动化制造系统.(1)人在制造系统在的重要作用;(2)人机功能的最优匹配;(3)系统可靠运行,达到最佳效益.人机联合感知人机联合感知:人的视觉、听觉、嗅觉、运动觉、触觉等感知系统和机器的感知系统对输入系统的加工信息、环境信息联合进
3、行多维综合信息感知。分工：分工：机器系统机器系统可精确感知系统输入信息，环境信息，人及机器本身的定量信息，并可通过拓宽感知范围感知人类不能感知的信息；而人类人类则利用自身创造性思维与模糊综合判断决策能力的优势，对机器感知和决策出来的信息作一次综合感知，正确识别、判断自动化制造系统所需的正确输入信息与反馈信息。作用：作用：优势互补，为系统智能定量控制提供支持，从而提高整个系统的可控性，改善系统的综合性能。人机共同决策人机共同决策:人人主要从事形象思维，灵感思维等创造性思维，向运动系统下达执行指令或向机器智能决策系统提供必要信息；机器机器的智能决策系统根据机器对人、机、环境感知的综合信息进行复杂数
4、据的快速计算和严密的逻辑推理，向人提供必要信息，并在特殊情况下自动作出必要决策，驱动控制系统或执行系统执行必要的操作任务。三种控制策略：三种控制策略：第一种为“机主人辅”控制策略；（切削机械切削机械等）第二种为“人主机辅”控制策略；（分子动力学模拟分子动力学模拟等）第三种为“人机耦合”控制策略；(有人驾驶与无人机无人机结合)人机相互协作人机相互协作: 人人在制造系统中主要从事灵巧性、协调性、创造性强的操作活动； 而机器机器则主要完成功率大、定位精度高、动作频率高或一些超出入能力范围的操作活动。 应当充分发挥人人在系统中的主导主导作用。二、自动化制造系统的人机一体化总体结构人机一体化设计的目的目
5、的： 人机一体化设计是为了解决自动化制造系统中人和机器作业效能、匹配关系、系统安全性、作业人员劳动保护等问题。 人机一体化设计属于多学科多学科联合设计。因此，只有采用系统工程系统工程的方法才能综合各学科的观点，实现设计的优化。人机一体化设汁方法在解决自动化制造系统设计问题时，多运用系统化系统化的设计策略。三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主要步骤定义系统目标和作业要求定义系统目标和作业要求系统定义系统定义系统设计系统设计人机界面设计人机界面设计作业辅助设计作业辅助设计系统检验和评价系统检验和评价从内容内容上讲,系统作业要求的定义应包括:1)系统做什么?2)评价标推是什么?3)如何进行度
6、量?从人机工程学人机工程学的角度看:1)系统未来的使用者；2)目前同类系统的使用和操作方法；3)使用者的作业需求；4)确保系统目标实现时人对系统的要求和系统对人的要求。定义系统目标定义系统目标就是用规范性术语描述自动化制造系统加工的对象和采用的制造设备;作业要求作业要求是说明为了实现系统目标，系统必须干什么.1. 定义系统目标和作业要求定义系统目标和作业要求第一是定义目标方案；第二是定义系统的输入、功能和输出 。避免功能分配，只定义功能是什么。怎么实现及由谁实现不涉及。2. 系统定义系统定义功能分配功能分配作业要求研究作业要求研究作业分析作业分析功能分配功能分配是指把已定义的系统功能，按照一定
7、的分配原则，“分配”给人、机器或软件，设计者根据已经掌握的资料和人机特性制定分配原则。针对人的功能分配，需考虑：1）人是否有“能力”实现该功能；2）预测人是否乐意长时间从事这一功能。每一项分配给人的功能都对人的作业提出作业品质的要求，设计者必须弄清与作业要求相关的人体特征。作业分析作业分析是按照作业对人的能力、技能、知识和态度的要求，对分配给人的功能作进一步的分解和研究。作业分析包括两方面内容：1）子功能的分解与再分解；2）每一层次的子功能的输入和输出的确定。3. 系统设计系统设计人机界面设计是指作业空间、信息提示、控制操作、运行维护以及它们之间联系的设计。系统总体布置与人的作业空间设计；信息
8、流处理中的人机关系设计；物料流处理中的人机关系设计；系统运行维护中的人机关系设计。4. 人机界面设计人机界面设计1)适合制造系统特定要求的人员选择。2)系统作业人员技能培训。3)其它辅助作业设计。5. 作业辅助设计作业辅助设计系统检验系统检验是要验证系统是否达到系统定义和设计的各种目标。人机系统的验证在制造系统开发的各个时期均应进行。 自动化制造系统的验证是以人的作业效能，以及人通过计算机实现系统的作业效能为主要验证标准的，人机系统必须保证人的作业符合整个系统的作业要求。6. 系统检验和评价系统检验和评价第二节第二节 AMS的人机一体化的人机一体化总体设计总体设计1、AMS中人机功能特征比较中
9、人机功能特征比较2、AMS的人机功能分配的人机功能分配3、AMS中作业空间设计中作业空间设计4、AMS的人机界面设计的人机界面设计5、AMS中的作业人员岗位设置与技术培训中的作业人员岗位设置与技术培训人和机器各自能做什么？结论结论人主要从事思维、感知、决策、创造等方面的工作;制造系统则主要在切削加工、运动和动力方面发挥作用或从事人由于存在生理或心理因素所无法实现的工作。进行人机功能分配的目的目的，就是根据系统的功能需求和特定的社会技术经济环境，合理分配人机功能，以保证系统具有最优的人机界面和最佳的综合效益。功能分配人机界面人与机器、人与系统发生交互作用的物理或非物理接合部。（1）一是系统本身的
10、功能特征;（2）系统所处的社会技术经济环境。二、二、AMS中的人机功能分配中的人机功能分配功能分配定义系统的基本功能功能分解功能分配功能协调按主要功能和子功能两个层次进行自动化制造系统的人机功能分配物理模型 自动化制造系统的作业空间作业空间是指制造系统中各种物理设备本身及各种操作人员所占据的空间，包括加工设备、运输设备、工件及刀具存贮、工具箱等所占空间以及作业人员操作空间、行走空间、检修空间、体息空间等的总和。(1)考虑机器设备本身的静态、动态作业范围；(2)还必须顾及系统中操作人员的作业方便性、舒适性、安全性及劳动保护，使人在系统中的动、静态作业都能得到有效的保证。基本概念基本概念三、三、A
11、MS作业空间设计作业空间设计人体测量数据及其取用原则人体测量数据及其取用原则以人为本的设计理念使设计必须满足人机工程学和人体工学的要求、使人在工作时达到一定的舒适度。在设计作业空间时，需要具备人体数据，可以按GB10000-88选取。（1）确定对于设计至关重要的人体尺寸。（2）确定设计对象的使用者群体，以决定必须考虑的尺寸范围。（3）确定数据运用准则。（1）个体设计准则；（2）可调设计准则；（3）平均设计准则；（4）查找数据标准，选择有关的数据值。注意注意（1）尽可能使用近期测量的数据；（2）考虑人体测量数据的着装影响。步骤步骤操作空间设计操作空间设计（1）坐姿操作空间设计。（2）站姿操作范围
12、设计。（3）下肢及脚的操作范围设计。加工设备的布置与作业空间的设计加工设备的布置与作业空间的设计1. 机器设备的平面排列布置（1）纵向排列布置；（2）横向排列布置；（3）斜向排列布置；2. 机器设备的高度布置四、四、AMS作业空间设计的仿真评价作业空间设计的仿真评价Computer Simulation（一）信息流处理中的人机界面设计（一）信息流处理中的人机界面设计1.视觉显示装置的人机工程设计。2.语音显示装置设计。3.操纵控制台的人机工程设计。4.操纵装置的人机工程设计。五、五、AMS的人机界面设计的人机界面设计（二）物料流处理中的人机界面设计。（三）系统运行维护中的人机界面设计。1.系统
13、管理人员2.电子硬、软件技术人员3.机械和液压技术人员4.刀具调整人员5.夹具装调工6.工件装卸工7.巡视人员8.其它人员六、六、AMS作业人员岗位设置与技能培训作业人员岗位设置与技能培训第三节第三节 AMS的人机一体化的人机一体化运行与维护运行与维护1、AMS的人机一体化运行机制的人机一体化运行机制2、AMS中的作业安全要求中的作业安全要求3、AMS监控作业中的疲劳预防监控作业中的疲劳预防4、AMS中事故的预防中事故的预防人在自动化制造系统中的主导作用是通过监控能力监控能力来体现的。所谓人的监控能力监控能力是指“个人通过计算机能监控多少台加工中心和物流设备。如何在监控活动中避免人的操作错误，
14、是人机一体化制造系统设计的另一个重要问题。既要自动化的设备来替代人易犯错误的工作，又要不使系统设计过于复杂和昂贵，如何优化解决这个矛盾，就是合理划分人机功能的关键，也是系统设计是否良好的评价要素。工业机器人等自动化设备的引入，对系统中的工作人员和其它设备都带来了安全作业方面的潜在威胁。因此，在AMS中建立一个完整的安安全系统全系统是非常必要的。系统管理软件中应有安全防护的控制软件;采用电子、电气和机械装置防护;设置安全防护围栏、钢丝网罩等；设计有安全互锁装置，防止停机检修时的意外启动和运转；设置安全标志，以提醒操作人员注意；安全培训。安全安全人的生命永远是最重要的！人的生命永远是最重要的！AM
15、S中人的劳动变得简单和单调，容易产生疲劳，可以采取以下措施避免。1.使操作内容适当复杂化;2.定期变换工作内容或作业岗位;3.良好的作业环境;4.人机工程学原理设计。事故原因：事故原因：（一）事故的物理条件因素（二）事故的人为因素（三）导致事故的人的行为因素（四）导致事故的人的生理与心理因素（1）作业者与机器功能分配不当;（2）工具、作业场所等设计失误;（3）缺少必要的安全装置与防护措施;（4）物理环境对人造成生理、心理压力。（1）人的主观行为因素（2）人的生理与心理的客观因素（1）训练与技能（2）记忆疏漏1)训练依赖的标准是不安全的，训练结果可靠性不高，不能应付紧急情况。2)不安全的行为常比
16、安全的行为更方便、节省时间，乐于为人接受，因而受过训练的人中，还是有人不愿按安全的方式操作，这样的训练实际上是无效的。（1）人的性格（2）生理和生物节律（3）作业疲劳第四节第四节 AMS设计的人机工程评价设计的人机工程评价一个AMS是否满足人机工程学的要求，需要全面地进行分析与评价。一、自动化制造系统设计人机工程评价内容1.对自动化制造系统设计目标设计目标定义的评价对自动化制造系统未来使用者群体特征的要求是什么？使用者对自动化制造系统的要求是什么？人机一体化制造系统自动化程度定位是否合适？自动化制造系统设计的期望目标与人机一体化原则的相符程度如何？一、自动化制造系统设计人机工程评价内容2.人机功能分配功能分配的评价人机功能分配前，是否充分比较和分析了人机各自功能特征？自动化制造系统的系统功能分解是否充分考虑了人的能力特征？人机功能分配是否合理？自动化制造系统运行中的人机功能能否实现最佳协调配合？一、自动化制造系统设计人机工程评价内容3.自动化制造人的作业要求作业要求评价自动化制造系统对人的作业要求是否与人的作业能力相匹配？作业内容是否超过人的生理、心理负荷极限？长时间静态或动态作业对人
