人机系统总体设计

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人机系统与人机界面的设计

人机系统与人机界面的设计1．人机系统人机系统是由人和机器构成的系统。

这里的“人〞是指机器的操作者和管理者，“机〞主要是指人使用的工具和器物。

人机系统是由互相作用、互相联络的人和机器两个子系统构成的，且能完成特定目的的一个整体系统。

由于人的工作才能和效率随周围环境因素而变化，任何人机系统又都处于特定环境之中，所以在研究人机系统时，应当把环境当成一个重要因素来考虑。

因此完好的人机系统皮包括人、机、人机之间的界面以及人机系统所处的环境。

2．显示器装置的设计(1)视觉显示器视觉显示器是指依靠光波作用于人眼rN人提供外界信息的装置。

视觉显示器的形式多种多样，TI代理商简单的如一束灯光、一张地图、一个路标等；复杂的如计算机荧屏显示器、汽车驾驶仪表等。

无论是何种形式的视觉显示器，都有一个共同点，即都必须通过可见光作用于人的眼睛才能到达信息传递的目的。

视觉显示器可以有不同的分类。

①按显示状态划分静态显示器。

该类显示器适用于显示长时间内稳定不变的信息，如传递人类的某种知识经历或显示机器物件的构造状态等信息。

我们常见的图表、指示牌、印刷品等就属于这类显示器，见图6—36(a)。

动态显示器。

该类显示器适用于显示信息的变化状态，如显示速度、高度、压力、时间等各种信息的动态参数，如钟表、荧屏、雷达等都属于这类显示器，见图6—36(b)。

②按显示信息酌量划分·定量显示器。

这类显示器显示信息之间的数量关系，如计数器、压力表、温度计等，见图6—37(a)。

·定性显示器。

这类显示器显示信息的变化趋势或者有关性质和状态，如交通信导、平安标志、开关状态等，见图6—37(b)。

③按显示信息的表征方式划分．形象显示器。

这类显示器一般采用图片、图形、实物等方式来显示信息，具有直观生动、易于理解、译码快捷等优点。

．抽象显示器。

这类显示器一般使用符号、代码、文字、数字等方式来显水信息有简洁明了、信息丰富、组合方便等优点。

(2)听觉显示器由于听觉获得的信息仅次于视觉，在以下情况下可选用听觉显示器：当操作人员经常走动而需要及时处理事件和告急信息时；视觉系统负担过重；设置视觉显示器的部位太亮或太暗不适应需求时；原始信号是声音及完全使用语言通道等。

安全可靠的人机系统设计

安全可靠的人机系统设计一、引言人机系统设计是指人与机器之间通过相应的硬件、软件、工艺流程等组合成一个具体的系统，来实现任务：使得人能够更加高效地完成任务，同时也能够确保机器对人体的安全与可靠性。

随着人类科技不断发展，人机系统的应用范围也日益扩大、普及，但随之而来的安全隐患也必然增加。

所以，在人机系统的设计过程中，安全可靠性也成为了重要的设计需求，本文将从嵌入式系统、设计原则和系统测试三个方面来介绍安全可靠的人机系统设计。

二、嵌入式系统嵌入式系统是指在各种应用中，以特定形式，嵌入到设备中的微型计算机系统。

由于嵌入式系统不同于以PC为代表的通用计算机，在设计过程中需要考虑硬件电路、固件等诸多因素。

嵌入式系统具有小巧、节能、高效等特点，因此在人机系统的设计中，嵌入式技术的运用越来越广泛。

但同时，也对应了一系列的问题，如系统可靠性、安全性、可维护性等。

由于嵌入式系统只会呈现出有限的状态，因此在生命周期内，出现故障的可能性就比较大。

为此，在安全可靠的人机系统设计过程中，应当注重以下几点：1. 系统开发工具的选择在嵌入式系统设计中，系统开发工具的选择特别重要。

不同的嵌入式系统设计所对应的开发工具会有很大的不同，因此需要根据所需系统的特点来选择相应的工具。

如有的系统需要高效处理大量数据，则需要选择较高级别的处理器，选择充分的嵌入式开发工具可以有效地提高人员的开发效率，加快产品的推广速度。

2. 对系统进行清晰的架构设计在进行系统设计时，需要尽可能地避免紧密耦合的组件结构，以防遇到相关的bug时，恢复过程的难度，进一步加大了交付时间的风险。

这其中，关键在于清晰的架构设计、模块化的设计原则是可以有效地消除各个组件之间的紧密耦合、减少错误传播等问题，从而为确保人机系统的可靠性和长久运行做出准备。

3. 引入合适的测试策略嵌入式系统设计时需要碰到很多大量、复杂的情况，处理这些复杂情况的最好方法是引入合适的测试策略。

测试策略的设计应当充分考虑到安全可靠性标签，并保证针对每一种问题，其相应的测试程度与加强力度是逐步增强的。

第7章-人机系统设计

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人机
工程学
HUMAN
ENGINEERING
第7章人机系统设计
7.2 人机系统设计的基本原则
GB/T 16251—1996《工作系统设计的人类工效学原则》中规定了与人的生活质量、安全和健康有关的工作系统设计的一般指导原则。（详见该标准）
人机
工程学
HUMAN
ENGINEERING第7章人机系统设计7.1 人机系统设计概述 7.2 人机系统设计的基本原则 7.3 人机系统设计的程序与方法 7.4 人机系统设计实例
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7.2.1 工作空间和工作设备的设计
1.与身体尺寸有关的设计 2.有关身体姿势、肌力和身体动作的设计 3.有关信号、显示器和操纵器设计
7.2.2 工作环境设计 7.2.3 工作过程设计
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事项分析系统的
功能
系统构思
选择最佳设想和必要的
设计条件人因分析
设计细则
具体设计
设计评价缺陷诊断修改意见
生产使用、保养
人机系统设计中应注意的事项系统对安全、舒适、经济和效率的要求明确系统的重要事项与设计有关的人员、设备、材料准备详细划分系统的主要事项及其性能对各项设想进行比较系统的功能分配系统的人机匹配人机交互方式

10人机系统总体设计

征以外，还必须解决人与机器间的合理分工和相互配合的问题，因此需要了解人机关系。
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人机系统类型
人的劳动状态从手工业生产，发展到机械化、自动化生产，与此同时人机关系的状态也发生了相应变化。
人机关系变迁过程可以分为4个阶段：
阶段状态 I 手工劳动 II 机械化 III 半自动化 IV 自动化
本
语言进行输出的技能（Output）
机
能
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人机系统类型
按
以人的信息处
自理机构为基础，按
动系统自动化程度分
化类可分为以下三种程人机系统：
度 ✓ 手工操作人机系统
分 ✓ 半自动化人机系统
类 ✓ 自动化人机系统
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人机系统类型
以人的信息处理机构为基础，按系统自动化程度分类可分为以下三种人机系统：
手工操作人机输出系统
反馈信息（闭环最新版系整理统ppt ）
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半自动化人机输入系统
人机系统类型
人（控制者）
感觉
信息贮存
信息处理和决策
控制
过程
动作
机器
输出
反馈信息（闭环系统）
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输入
人机系统类型
机
感觉
信息贮存
信息处理和决策
控制
过程
动作
机器
人（监视者）
流的规律和特性。人机界面的设计依
据始终是系统中的人。
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人机系统设计
人机系统设计是为了解决系统中人的效能、安全和身心健康的问题。

1第十一章人机系统总体设计

三、人机系统的总体设计方法
• 划定人机界面，需要考虑的因素 • 人与机械的性能、负荷能力、潜力及局限性 • 人完成规定操作所需要的培训时间和精力 • 对异常情况的适应性和反应能力 • 人的个体差异 • 机械代替人的效果和成本
三、人机系统的总体设计方法
• 4、功能流程图
三、人机系统的总体设计方法
关于游梁式抽油机
• 有抽油机、抽油杆、抽油泵组成的三抽系统是机械采油的主要设备应用领域在 • 在我国，三抽设备井占机械采油井的80%以上，不断扩展产量占70%以上，而且有增加的趋势，应用范围在扩大 • 三抽设备的适应能力在不断的增加，产量从几方—几百方，下泵深度从几百米到数千米，冲次从每分钟小于1次到数十次，使用寿命在不断的延长。(如果按照4冲，寿命7—8年，则换向次数在107以上） • 年维护费用很低，主要易损件为皮带，需要经
二、人机系统总体设计程序
• 开发步骤： •
二、人机系统总体设计程序
• 抽油机的系统设计 • 对抽油机的了解
进行支架、驴头、减速箱高底座等结构件的优化设关于游梁式抽油机计和主参数优化设计，性能和重量下降。
金属制造，冲程、平衡可调
• 游梁式抽油机的发展过程：发明初期，木
制造、小冲程、平衡、冲程不可调
一、人机系统设计的概念
• 一组问题的描述，将有不同的解决方法 • 》》》解决交通拥挤的设计 • >系统的不同的描述，将得到不同的解决方法 • 》提高车速 • 》减少车辆 • 》提升单车的搭载人数-等等 • 》》建设大型车辆
•
一、人机系统设计的概念
• 》》》解决老师上课时喝水的设计 • 给出新的认识 • 》》》解决同学喝水和供应矿泉水的设计 • 学生的自助意识等等

人机系统的总体设计

人机系统的总体设计
人机系统的总体设计是室内布局设计的主要依据，只有灵活的运用它，才能使室内布局完美并且让人感到舒适。

与此同时人机系统的总体设计也可以运用到室内物品的摆放上，可以让空间得到合理的应用，同时也让人耳目一新。

经过调查研究，在室内布局的方面社会上还存在很大的问题，这些问题是室内让人感到不舒服的主要原因，往往在美观和实用方面都有很大的问题。

有时候只是一点小小的问题，但造成的影响十分巨大，只要我们解决了这些问题，在有限的空间里可以带给我们无限的幸福。

以下是室内平面图的展示（图1),这是某楼房的室内平面图，这个室内的布局有一些地方存在问题，而这些问题会使入住者给到不方便。

在分析了存在的问题之后，我给出了改进方案，会使住房环境得到改善。

而改进的平面图如图2所示。

图1。

认知自动化的人机系统设计

认知自动化的人机系统设计随着人工智能技术的不断发展，认知自动化的人机系统设计已经成为了一个备受关注的领域。

认知自动化的人机系统设计是指利用人工智能技术和认知科学的原理，设计出能够自动完成认知任务的人机系统。

这种系统能够模拟人类的认知过程，实现智能化的决策和行为。

在认知自动化的人机系统设计中，需要考虑以下几个方面：首先是感知和理解能力。

人机系统需要具备感知和理解外部环境的能力，包括视觉、听觉、触觉等多种感知方式。

通过传感器获取外部信息，然后通过算法进行处理和分析，最终实现对环境的理解。

其次是学习和推理能力。

人机系统需要具备学习和推理的能力，能够根据不断积累的数据和经验，不断优化自身的决策和行为。

通过机器学习和深度学习的技术，系统可以不断提升自身的能力。

再者是决策和执行能力。

人机系统需要能够根据感知和理解的结果，做出相应的决策，并将决策结果转化为行为。

通过智能算法和控制系统，系统可以自动执行决策，实现自主的行为。

最后是人机协同能力。

认知自动化的人机系统设计不是取代人类，而是与人类进行协同工作，共同完成任务。

系统需要能够与人类进行有效的交互，理解人类的意图和需求，实现良好的人机合作。

在实际的应用中，认知自动化的人机系统设计可以应用于各个领域，如智能交通系统、智能家居系统、智能医疗系统等。

通过不断的研究和创新，人机系统设计可以更好地服务人类，提高生活质量，推动社会的进步和发展。

总的来说，认知自动化的人机系统设计是人工智能领域的一个重要方向，具有广阔的应用前景和深远的影响。

通过不断的研究和实践，我们相信认知自动化的人机系统设计将会为人类带来更多的便利和福祉。

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• ②调查系统的外部环境，如构成系统执行上障碍的外部大气环境，外部环境的检验或监测装置等。
• ③了解系统内部环境的设计要求，如采光、照明、噪声、振动、温度、湿度、粉尘、气体、辐射等作业环境以及操作空间等的要求，并从中分析构成执行上障碍的内部环境。
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１１.３总体设计的程序
• ④进行系统分析，即利用人机工程学知识对系统的组成、人机联系、作业活动方式等内容进行方案分析。
• 由此可见，从机器传来的信息，通过人这个“环节”又返回到机器，从而形成一个闭环系统。人机所处的外部环境因素（如温度、照明、噪声和振动等）也将不断影响和干扰此系统的效率。因此，从广义来讲，人机系统又称人-机-环境系统。
• １１.１.２人机系统的类型
• １.按系统自动化程度分类 • （１）人工操作系统 • 这类系统包括人和一些辅助机械及手工工具。由人提供作业动力，并
• 在人机系统设计中，对人和机械进行功能分配，主要考虑的是系统的效能、可靠性和成本。例如，在宇宙航行中，绕月球飞行的成功率，全自动飞行为２２％，有人参与的为７０％，人承担维修任务的为９３％，这就是功能分配的效果。
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１１.４总体设计的要点
• 功能分配也称为划定人机界限，通常应考虑以下各点： • 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等。
• ④信号显示的变化速率和方向应与主信息源变化的速率和方向相一致。
• ⑤在以观察和监视为主的长时间工作中，应通过信号和显示器的设计与布置来避免过载及负载不足的影响。
• （２）控制器 • 控制器的选择、设计和配置应与人体操作部分的特性（特别是动作）
相适应。
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１１.２总体设计的原则
第11章人机系统总体设计
则 • １１.３总体设计的程序 • １１.４总体设计的要点 • １１.５人机系统设计示例
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１１.１总体设计的目标
• 人机工程学的最大特点是，把人、机、环境看作是一个系统的三大要素，在深入研究三要素各自性能和特征的基础上，着重强调从全系统的总体性能出发，并运用系统论、控制论和优化论三大基础理论，使系统三要素形成最佳组合的优化系统。
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１１.１总体设计的目标
• 为了安全运行，系统必须对可能产生的意外情况设有预报及应急处理的功能。值得注意的是，不应脱离现实的技术、经济条件过分追求自动化，把本来一些适合于人操作的功能也自动化了，其结果将会引起系统可靠性和安全性的下降，人与机器不相协调。
• ２.按人机结合方式分类 • 按人机结合方式可分为人机串联、人机并联和人与机串、并联混合三
行配置。其配置方法与信号的配置相同，可以根据控制器在过程中的功能和使用顺序等，把它们分成若干部分。
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１１.２总体设计的原则
• ⑥关键的控制器应有防止误动作的保护装置。
• １１.２.２工作环境设计
• 工作环境的设计应保证工作环境中的物理、化学和生物学条件对人们不产生有害的影响，而且要保证人们的健康及工作能力和便于工作，也应以客观可测的现象和主观评价作为依据。
速地获得可靠的方位来配置它们。对它们的排列可以根据工艺流程或使用特定信息的重要性和频率来确定。这种排列还可依据过程的机能、测定种类等划分为若干部分。
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１１.２总体设计的原则
• ③信号和显示器的种类和设计应保证清晰易辨。这一点对危险信号尤其重要，应考虑到如强度、形状、大小、对比度、显著性和信噪比等各个方面。
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１１.２总体设计的原则
• ———湿度； • ———热辐射； • ———衣服、工作设备和专用保护设备的性质。 • ④照明应为所需的活动提供最佳的视觉感受： • ———亮度； • ———光分布； • ———亮度和颜色的对比度； • ———颜色； • ———无眩光及不合需要的反射； • ———操作者的年龄。
• ⑤分析构成系统的各要素的机能特性及其约束条件，如人的最小作业空间，人的最大操作力，人的作业效率，人的可靠性和人体疲劳、能量消耗，以及系统费用、输入输出功率等。
• ⑥人与机的整体配合关系的优化，如分析人与机之间作业的合理分工，人机共同作业时关系的适应程度等配合关系。
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１１.３总体设计的程序
• １１.２.１工作空间和工作设备的设计
• １.与身体尺寸有关的设计 • 对工作空间和工作设备的设计应考虑到工作过程中对人身体尺寸所产
生的约束条件。 • 工作空间应适合于操作者，在设计时要特别注意下列各点： • ①工作高度应适合于操作者的身体尺寸及所要完成的工作类型。
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１１.２总体设计的原则
• ⑦人、机、环境各要素的确定。 • ⑧利用人机工程学标准对系统的方案进行评价，如选定合适的评价方
法，对系统的可靠性、安全性、高效性、完整性以及经济性等方面做出综合评价，以确定方案是否可行。
• １１.３.２人机系统开发的步骤
• 按人机工程学要求，在人机系统开发的全过程中，均应有人机工程学专家参与，而且在不同的开发阶段，所参与的工作是不同的。人机系统综合开发的步骤及应考虑的人机工程学问题可参见表１１-１。
的和过度的应变，力的要求应在生理上所期望的范围内，身体动作应遵循自然节奏。身体姿势、力的使用以及身体的动作应互相协调。
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１１.２总体设计的原则
• ３.有关信号、显示器和控制器设计 • （１）信号与显示器 • 信号和显示器应以适合人的感受特性的方式选择、设计和配置。尤其
应注意下列各点： • ①信号和显示器的种类和数量应符合信息的特性。 • ②当显示器数量很多时，为了能清楚地识别信息，应以能够清晰、迅
• 应该考虑到技能、准确性、速度和力的要求，特别应注意下列各点： • ①控制器的类型、设计和配置应适合于控制的任务。应考虑到人的各
项特性，包括学会的和本能的动作。 • ②控制器的行程和操作阻力应根据控制任务和生物力学及人体测量数
据来选择。 • ③控制动作、设备的应答和显示信息应相互适应和协调。 • ④各种控制器的功能应易于辨认，避免混淆。 • ⑤在控制器数量很多的地方，应以能确保安全、明确、迅速地操作进
• 工作过程设计特别应避免工人劳动超载和负载不足，以保护工人的健康和安全，增进福利和便于完成工作。超越操作者的生理或心理功能范围的上限或下限，都会形成超载或负载不足，产生不良后果：
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１１.２总体设计的原则
• ———肉体或感觉的过载使人产生疲劳； • ———负载不足或使人感到单调的工作会降低警惕性。 • 生理上和心理上所施加的压力不仅有赖于１１.２.１和１１.２.２中考
虑的因素，而且也有赖于操作的内容和重复程度，以及操作者对整个工作过程的控制。
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１１.３总体设计的程序
• １１.３.１人机系统设计的程序
• 一般来说，人机系统设计具有如图１１-５所示的程序，该程序包括以下几个方面：
• ①了解整个系统的必要条件，如系统的任务、目标，系统使用的一般环境条件，以及对系统的机动性要求等。
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１１.２总体设计的原则
• ⑤在为房间和工作设备选择颜色时，应该考虑到它们对亮度的分布，对视野的结构和质量及对安全色感受的影响。
• ⑥声学工作环境应避免有害或扰人噪声的影响，包括外部噪声的影响，还应注意下列因素：
• ———声压级； • ———时间分布； • ———频谱； • ———对声响信号的感知； • ———通话清晰度。
• １１.１.１人机系统的组成
• 人机系统中，一般的工作循环过程可由图１１-１来加以说明，人在操作过程中，机器通过显示器将信息传递给人的感觉器官（如眼睛、耳朵等），中枢神经系统对信息进行处理后，指挥运动系统（如手、脚等）操纵机器的控制器，改变机器所处的状态。
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１１.１总体设计的目标
• 对于工作环境应特别注意以下各点： • ①工作场所的大小（总体布置、工作空间和通行有关的工作空间）应
适当。 • ②通风应按下列因素进行调节： • ———室内的人数；
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１１.２总体设计的原则
• ———工作场所的大小； • ———消耗氧气的设备； • ———所涉及的体力劳动强度； • ———室内的污染物质的产生情况； • ———热条件。 • ③应按当地的气候条件来调节工作场所的热条件： • ———气温； • ———风速； • ———所涉及的体力劳动强度；
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１１.２总体设计的原则
• ⑦传递给人的振动和冲击不应引起肉体损伤，以及生理和病理反应或感觉、运动神经系统失调。
• ⑧应避免工人暴露于危险物质及有害辐射的环境中。 • ⑨在室外工作时，存在不利的气候影响（如热、冷、风、雨、雪、冰
）时，应为操作者提供适当的遮掩物。
• １１.２.３工作过程设计
种方式。
• １１.１.３人机系统的目标
• 由于人机系统构成复杂、形式繁多、功能各异，无法一一列举具体人机系统的设计方法，但是，结构、形式、功能均不相同的各种各样的人机系统设计，其总体目标都是一致的。
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１１.１总体设计的目标
• 因此，研究人机系统的总体设计就具有重要的意义。 • 在人机系统设计时，必须考虑系统的目标，也就是系统设计的目的所
作为生产过程的控制者。如图１１-２（ａ）所示，人直接把输入转变为输出。
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１１.１总体设计的目标
• （２）半自动化系统 • 这类系统由人来控制具有动力的机器设备，人也可能为系统提供少量