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1、 人机系统总体设计人机系统总体设计人机工程学人机工程学一、一、 系统设计的目标系统设计的目标五、五、 人机系统设计案例分析人机系统设计案例分析二、系统设计的程序二、系统设计的程序三、系统设计的要点三、系统设计的要点四、四、 系统设计的评价系统设计的评价本讲内容本讲内容重点掌握重点掌握掌握掌握了解了解一、一、系统系统设计的目标设计的目标1 人机系统组成人机系统组成2 人机系统模型人机系统模型 1）按自动化程度分类）按自动化程度分类2）按人机结合方式分类）按人机结合方式分类3 人机系统的目标人机系统的目标4 系统设计的原则系统设计的原则1)工作空间和工作设备的设计工作空间和工作设备的设计2)工作环
2、境设计工作环境设计3) 工作过程设计工作过程设计二、二、系统系统设计的程序设计的程序1 人机系统设计内容人机系统设计内容2 人机系统设计的一般程序人机系统设计的一般程序人机系统目标的建立功能分析机的设计人机界面设计系统综合、评价作业规范工作描述人员设计功能分配正式投产试制评价三、三、系统系统设计的要点设计的要点1 人机功能分析人机功能分析 感觉功能（传感器）感觉功能（传感器）感觉功能（传感器）感觉功能（传感器）信息处理功能（信息处理器）信息处理功能（信息处理器）信息处理功能（信息处理器）信息处理功能（信息处理器）操纵功能（操纵器）操纵功能（操纵器）操纵功能（操纵器）操纵功能（操纵器）接受信息接
3、受信息接受信息接受信息储存信息储存信息储存信息储存信息处理信息处理信息处理信息处理信息执行功能执行功能执行功能执行功能人、机的主要功能人与机器的特性比较项 目 机人速度占优延时1s逻辑推理 擅长演绎擅长归纳计算快，精确；不会修正慢，易错，善于修正可靠性较高；变化高；变化；应变强连续性长期易疲劳灵活性取决于设计高检测物理量的检测范围广而准；能检测到人不能检测的电磁波 具有同认识直接联系的高度检测能力；没有固定的标准值，易产生飘移；具有味觉、嗅觉和触觉 接下表项 目机人输入灵敏度某些感觉超人（如电离辐射）受某些因素影响智力无操作处理能力操作力、速度、范围等及处理固、液、气方面强自由度大，灵巧功率输
4、出恒定，可极大、极小大小与时间有关记忆适于文字再现、长期储存擅长原则、策略的记忆视觉能感受和利用红外线等电磁波有限成本购置、运转、保养费工资、福利、照顾、保险等，生命续上表2 人机功能分配原则人机功能分配原则 通过人与机器的特性比较，进行客观的和符合逻辑的分配。比较分配原则剩余分配原则经济分配原则弹性分配原则宜人分配原则在功能分配时，首先考虑机器所能承担的系统功能，然后将剩余部分功能分配给人。 以经济效益为原则，合理恰当地进行人机功能分配。 系统的功能分配要适合于人的生理和心理的多种需求，有意识地发挥人的技能。 即系统的某些功能可以同时分配给人或机器，人可以自由选择参与系统行为的程度。适宜人承
5、担的工作适宜人承担的工作适宜机器承担的工作适宜机器承担的工作n由于各种干扰需要判断信息时n要求判断变化的图形时n要求判断各种各样的输入n对发生频率非常低的事态进行判断n解决问题需要归纳、判断n预测不测事件的发生时n重复性操作、计算；大量资料储存n迅速施加大力或长时间施力或须严格控制施力大小n大量数据处理n根据某特定范围多次重复作出判断n对人有危险或容易误操作人机功能分配人机功能分配 3 人员设计人员设计n 包括作业描述和作业规范，为人机系统的运行提供合适的操作人员。n 通过作业描述可提出功能要求、考察功能分配是否合理。n 编制作业规范的目的是进行人力资源分析，决定该系统的某项功能需要多少操作人
6、员及应达到的技能标准、如何通过选拔、教育、培训，使人适应机的特性。4 人机界面设计人机界面设计n人机界面是人和机在信息交换和功能上接触或相互影响的领域。n主要是显示器和控制器，包括作业空间设计n解决好人控制机器、人接受信息的问题n显示器、控制器的布置 5 5 机的设计机的设计n详见各专业设计四、四、 系统设计的评价系统设计的评价n系统设计是n 设计 评价 不断循环发展的过程 1 人机系统的可靠性人机系统的可靠性1）人的可靠性2）机器的可靠性3）环境因素4）人机系统的可靠性可靠性可靠性系统在规定的条件和规定的时间内完成规系统在规定的条件和规定的时间内完成规 定功能的能力。定功能的能力。人的可靠性
7、人的可靠性n 影响人的可靠性的因素:n 生理：体力、疾病、耐力等n 心理：情绪、注意、错觉等n 管理：工作安排不合理、误指挥等n 环境：高低温、照明等n 社会：家庭关系、人际关系紧张等n 作业：连续作业、单调重复操作等n 个体：经验、训练培训、技术水平、文化水平、感觉阈限等机器的可靠性机器的可靠性n如何提高机械设备可靠性？n 减少机器本身故障，延长使用寿命n利用可靠性高的元件n利用备用系统n采用平行的并联配置系统n对处于恶劣环境下的运行设备采取一定的保护措施n降低系统的复杂程度n加强预防性维修n 提高使用安全性n加强安全装置的设计 环境因素环境因素n 优良、舒适、合理的环境条件优良、舒适、合理
8、的环境条件n可使作业人员减轻疲劳、心情舒畅、减少失误n可以提高机器设备、元器件的使用寿命，降低故障率。n 反之，恶劣的环境条件反之，恶劣的环境条件n给人和机器设备带来不利影响，n降低系统的可靠性。 人机系统的可靠度人机系统的可靠度RS RS = R人人 R机机人机系统的可靠性人机系统的可靠性2 提高人机系统安全可靠性的途径提高人机系统安全可靠性的途径n 合理进行人机系统功能分配，建立高效可靠的人机系统n 减少人为失误n 对机械产品进行可靠性设计n 加强机械设备维修保养 3 3 人机系统的评价人机系统的评价n1）人机系统评价的分类n2）连接分析法n3）失效树（故障树）分析法n4）作业分析n5）检
9、查表法n6）环境指数评价法n7）系统经济性分析（ 1）人机系统评价的分类）人机系统评价的分类按量化程度分定性评价定量评价按阶段分预评价验收评价现状评价人失误分析法操作顺序图法时间线图法连接分析法功能流程图法功能分析法人机可靠性分析环境指数评价法人机系统信息传递法人机安全性分析法n 评价人机系统，需要注意以下几项要求：n1、明确评价目的，正确规定评价的内容；n2、确定评价标准；n3、选择评价方法。人机系统评价要点人机系统评价要点n1、人、机系统功能分配是否合理n2、手、脚负荷是否合理n3、手操纵时的动作距离、顺序是否合理n4、操作范围的尺度按第几百分位数设计n5、人的作业舒适性n6、是否采取了防
10、止误操作的措施n7、系统安全性、可靠性分析评价n8、环境条件是否利于作业顺利进行（ 2）连接分析法）连接分析法n 连接分析法是综合应用感知类型、使用频率、作业负荷和适应性，分析评价信息传递的方法。是一种对已设计好的人、机、过程和系统进行评价的简便方法。n表达人-机、人-人、机-机间的操作、视觉、听觉、行走等关系n目的：根据视看频率、重要程度，合理配置各子系统的相对位置及其信息传递方式，减少传递环节，使信息传递简洁畅通，操作便利，提高系统可靠性和工作效率n步骤：n 绘制连接关系图调整连接关系（ 3）失效树（故障树）分析法）失效树（故障树）分析法n 失效树分析(Fault Tree Analysi
11、s,简称FTA)是对既定的系统可能出现的故障条件及可能导致的后果，按作业流程、先后次序和因果关系绘制程序图，以表示导致故障的各因素间的逻辑关系。n 是提高系统可靠行、对系统进行安全评价的一种方法。n 设计阶段帮助寻找潜在故障n 使用阶段帮助进行事故分析（ 4）作业分析）作业分析n 是以作业系统为对象，对现行各项作业、工艺和工作方法进行系统分析，找出不合理因素，以达到有效利用现有资源、增进系统功效的目的。n 包括方法研究和时间研究n 方法研究方法研究对现行的或拟议的工作方法进行系统记录、严格考查，从而提出改进技术。目的在于改进工艺和程序、改进设计、改进功能分配。n 时间研究时间研究在方法研究的基
12、础上，确定操作者按规定的作业标准完成作业所需的时间。目的在于消除无效时间，制定合理的作业时间标准。（ 5）检查表法）检查表法n 利用人机工程学原理检查构成人机系统各因素及作业过程中操作人员的能力、心理和生理反应状况的评价方法。n 国际人机工程学会“人机工程学系统分析检查表”的主要内容：n 作业空间分析n 作业方法分析n 环境分析n 作业组织分析n 负荷分析n 信息输入、输出分析（ 6）环境指数评价法）环境指数评价法空间指数空间指数视觉环境综合评视觉环境综合评价指数价指数S会话指数会话指数密密集集指指数数(03)可可通通行行指指数数(03) S 等级等级 意义意义 0 1 毫无问题毫无问题 0S
13、10 2 稍有问题稍有问题10S50 3 问题较大问题较大 S50 4 问题很大问题很大 最大距离最大距离,mdB 正常正常 大声大声35 7.5 1540 4.2 8.445 2.3 4.650 1.3 2.4 70 0.13 0.26语言干扰极满意进行语言交流的最大距离（7）系统经济性分析）系统经济性分析系统费用系统费用设计、生产设计、生产费用费用运行、管理和运行、管理和维护费用维护费用培训费用培训费用 经济分析的目的是实现人、机、环境三者的最佳效益。系统合理费用的确定系统合理费用的确定n制约因素制约因素n 经济发展水平n 科学技术水平n 生产技术水平等n以实现人、机、环境三者的最佳组合、
14、实现系统功能目标、使系统经济效益与功能实现相统一为依据。n保证人、机、环境系统所确定的功能目标实现的费用就是合理投入量。4 人机系统标准人机系统标准 人机学标准化始终围绕人体尺寸、生理机能、心理特人体尺寸、生理机能、心理特征征等方面进行。人机系统作业标准人机系统作业标准人的效果标准人的效果标准如：产品质量、生如：产品质量、生产率、设备利用率、产率、设备利用率、产品合格率等产品合格率等主要包括人的生理、主要包括人的生理、心理反应、应激、心理反应、应激、工作效率、适应程工作效率、适应程度等度等五、五、 人机系统设计案例分析人机系统设计案例分析1 人人自行车系统组成自行车系统组成 1）人与支撑部件的
15、关系；）人与支撑部件的关系； 2 ）人与动力接触部件关系）人与动力接触部件关系 3 ）人与传动部件关系；）人与传动部件关系； 4 ）人与工作部件关系）人与工作部件关系2 影响自行车性能的人体因素影响自行车性能的人体因素1 ）人的体格因素）人的体格因素; 2 ）人的下肢肌力；）人的下肢肌力； 3 ）人的输出功率）人的输出功率; 4 ）人的脚踏速度）人的脚踏速度5 ）人的平衡机能）人的平衡机能; 6 ）人的手和握力；）人的手和握力； 7 ）人的疲劳）人的疲劳3 自行车设计结构要素分析自行车设计结构要素分析 必须把人的因素与机械因素有机的结合起来，以使人必须把人的因素与机械因素有机的结合起来，以使人机协调。机协调。 1 ）速比；）速比；2 ）曲柄长度；）曲柄长度；3 ）三接点位置；）三接点位置； 4 ）鞍座位置；）鞍座位置；5 ）车闸）车闸4 人人车动态特性分析车动态特性分析 1 ）动态稳定性）动态稳定性 2 ）力学特性）力学特性 3 ）转向特性）转向特性 在了解系统设计的目标的基础上，掌握在了解系统设计的目标的基础上，掌握系统设计的程序，重点把握系统设计的要点系统设计的程序，重点把握系统设计的要点掌握系统设计的评价方法，从而指导人机系掌握系统设计的评价方法，从而指导人机系统设计统设计小小 结结
