人因工程 第13章 人机系统

系统分析和 系统规划
选择最佳设想和必 要设计条件
人机系统的试验评价设想 与其他专家组进行权衡
设计时应考虑与人有关的因 预备设计（大纲的设计） 素
准备适用的人因工程数据 提出人因工程设计标准 关于信息与控制必要性的研究与实现方法 的选择和开发 作业性能的研究 居住性的研究 参与系统设计最终方案的确定 最后决定人机之间的功能分配 使人在作业过程中，信息、联络、行动能 够迅速、准确地进行 对安全性的考虑 防止作业者工作热情下降的措施 控制面板的配置 空间设计、人员和机器的配置 决定照明、温度、噪声等环境条件和保护 措施 决定使用说明书的内容和式样 决定系统的运行和保养所需的人员的数 量和质量、训练计划和器材的开展 设计图纸阶段的评价 模型或操纵训练用模拟装置的人机关系评 价 确定评价标准（试验法、数据种类、分析 法等） 对安全性、舒适性、工作热情的影响评价 机械设计的变动、使用程序的变动、人的 作业内容的变动、人员素质的提高、训练 方法的改善、对系统规划的反馈
（三）功能分配
3.人机功能分配的原则
（1）通常由“人”承担的工作 １）程序设计； ２）意外事件处理； ３）变化频繁的作业； ４）“机”的维修； ５）长时期大量贮存信息； ６）研究、决策、设计等。
（三）功能分配
（2）通常由“机”承担的工作 １）枯燥、单调的作业和笨重的作业； ２）危险性较大的作业。如救火、空间技术、放射环境 及有毒作业等； ３）粉尘作业； ４）喷漆、涂料、电镀、焊接、铆接等作业； ５）自动校正、自动检测、高精度装配等； ６）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(仿象鼻运动搬运重物)等； ７）高阶运算； ８）快速操作； ９）可靠性的、高精度的和程序固定的作业。
性能要求
结构设计 总体设计 施工设计
图13-4 人机系统设计分析过程
（一）人-机系统的目标
在设计一个人机系 统时，首先必须确 定它作为一个整体 应体现的目标，然 后再讨论为达到该 目标，系统应具备 的功能。
（二）人与机器的功能分析
1.人优于机器的功能 （１）在感知觉方面，人的某些感官的感受能力比机器优 越。 （２）人能运用多种通道接受信息。 （３）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。 （４）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。 （５）人具有总结和利用经验，除旧创新，改进工作的能 力。 （６）人能进行归纳推理。 （７）人的最重要特点是有感情、意识和个性，具有能动 性，能继承人类历史、文化和精神遗产。
第十三章
人机系统
主要内容

人机系统基本模式、分类； 人机系统设计程序； 人机系统评价指标及评价方法。
第一节
一、人机系统含义
人机系统概述
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。 人机系统是由相互作用、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。
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。
确定系统目标 人机功能分析 人机功能分配 人员开发 人 因 工 程 专 家 功能要求 人力资源分析 人员选择 人员训练 系统分析评价 优 试制评价 正式投产 劣 人机界面设计 作业辅助设计 机器设计 工 程 设 计 师


二、评价目的与原则
（一）评价目的—— 改善、优化 1.对现有的工业产品的人机系统的评价 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。 2.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。 （二）评价原则：客观性、通用性 、综合性
三、评价指标的建立

（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、评价指标体系的建立



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）人机串、并联混合
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


连接分析法的应用程序

（1）绘制连接分析图 （2）确定各连接的重要度和频率 （3）计算综合评价值（连接值） （4）优化
（1）绘制连接分析图


第三节 人机系统评价概述
一、评价的概念 二、评价目的与原则 三、评价指标的建立 四、评价指标体系的建立 五、评价指标体系的处理
一、评价的概念

对人机系统设计进行评价，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 因素即多个目标来评价，即多目标评价问题。 评价方法：定性评价与定量评价同时并用。
（三）功能分配
（3）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。
一、人机系统设计思想的发展

让人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
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。
（7）机器能在恶劣的环境条件下工作。
（二）人与机器的功能分析
（三）功能分配
1.定义
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。
2.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。
（二）人与机器的功能分析
2.机器优于人的功能
（１）机器能平稳而准确地运用巨大动力。 （２）机器动作速度快、信息传递、加工和反应的速度快。
（３）机器精度高，产生的误差可随机器精度提高而减小。
（4）机器的稳定性好，做重复性工作，不存在疲劳和单调 问题。
（5）机器的感受和反应能力一般比人高。
（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。
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 五、海洛德分析评价法
一、连接分析法

连接分析评价法(链式分析法)是一种对人、机械、过程 和系统进行评价的简便方法，它用“连接”来表示人、 机之间的关系。 连接指人机系统中，人与机、机与机、人与人之间的相 互作用关系，包括人—机连接，机—机连接，人一人连 接。 连接按人的感觉特性可分为视觉连接、听觉连接、控制 （触觉）连接；按人、机的各种关联特征可分为操作连 接、语言连接和行走连接。
五、评价目标体系的处理
（一）目标体系的简化
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。应选择一些足 以影响方案成败和反映方案主要特征的目标作为评价目 标。常用的方法有优化法和统计方法。
（二）权系数的确定
各项评价目标对一个方案的总价值的重要性，一般 通过“权系数”来表示。求权系数的方法数很多，如专 家评议法、层次分析法、模糊数学法、也可由经验或用 判别表法等多种例
人机系统设计案例
人机系统设计案例


好的设计是由三个要素组成：
第一要素是用途。 产品用来做什么？它是否如预期般发挥效用？ 第二个要素是外观。 产品外观决定它给人的感受，必须拥有它的原因、 以及它的价格。 第三个也是最重要的要素，则是它的诉求。 产品的特色是什么？您对它的感觉如何？您可以试 想一下关车门的声音和感觉，有些车子就是会让人 感到比较放心和可靠，但这一点不一定与车辆的基 本工程结构有关。
二、人机系统基本模式
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图13-1 人机系统的基本模式
二、人机系统基本模式

人机系统基本模式由人的子系统、机器的子系统、人 机界面组成。 人的子系统可概括为 S O R 感受刺激—大脑信息加工—做出反应 机器的子系统可概括为 C M D 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一个相互作用的 “面”，所有的人机信息交流都发生在这个作用面上， 通常称为人机界面。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。
确定设计细则
设计细则与人的作业的关系
系统设计
具体设计
在系统的最终构成阶段，协 调人机系统 操作和保养的详细分析研究 （提高可靠性和维修性） 设计适应性高的机器 人所处空间的安排