10人机系统总体设计
人机工程学培训教材
人机工程学的发展
人机工程学的发展大致经历了三个阶段： 一 经验人机工程学
1 时间：20世纪初 ~ 第二次世界大战爆发
2 特点：以机器设计为中心;通过对人的选拔和培训来适应机器; 由于机器进步很快，使人难以适应，所以大量存在着伤害人身心的问题
3 代表人： 美国学者泰勒
铁锹实验
时间研究
吉尔布雷斯
砌砖作业 动作研究
1设备 工具 2）劳动强度 3）生产过程
4 锻炼与熟练效应
合理安排作业休息制度
循环 呼吸
O2
劳动 匹配 （摄O2量 = 氧需）
t↓ 大 平衡 中、小 t↑
实验：RMR≤2.0 电话接线员、描图员 6 h 轻劳动、极轻劳动
RMR≤3.6 车工 铣工 80 min 中等强度劳动
RMR≤5.0 伐木工 土建工 20 min 重劳动
我国正常人基础代谢率的平均值如表所示 基础代谢量=基础代谢率×人体表面积×持续时间＝BSt 体表面积 Sm2＝ 0 0061×身高(cm)＋0.0128 ×体重(kg)－0.1529
2安静代谢量：机体保持某部位的平衡及某种姿势所需消耗的能量; 安静代谢率： 用R表示 R=1 2B
安静代谢量＝RS t＝1 2BS t
（3） I=20~25 三级劳动强度
（4） I>25
四级劳动强度
中 重 极重
作业能力及其影响因素
一 作业能力
1 概念：指完成某作业;作业者所表现的生理 心理、技能的综合性素质; 2 表达方式
生产成果产量 质量 = ƒ（作业能力;作业动机）
3 变化规律
①入门期 （Induction period）
劳动 生产率
③ 总体作业空间 不同个体作业场所的布置构成总体作业空间; 如：计算机房 车间、办公室。
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
教学课件 人机工程学(第三版)--丁玉兰
1.5 人机工程学与工业设计
1.5.1 为工业设计中考虑“人的因素”提供人体尺度 参数
1.5.2 为工业设计中考虑“物”的功能合理性提供科 学依据
1.5.3 为工业设计中考虑“环境因素”提供设计准则 1.5.4 为进行人－机－环境系统设计提供理论依据 1.5.5 为坚持以“人”为核心的设计思路提供工作程
2）工作场所和信息传递装置的设计：主要研究 如何设计合适的环境及信息传递装置，使人可以 舒适高效的工作。如本书5、6、7、8章的内容。
3）环境控制与安全保护：主要研究从长远利益出发， 如何设计环境及进行安全保护以保证人在长期工作下健 康不受影响，事故危险性最小。如本书9、10章的内容。
4）人机系统的总体设计：人机系统工作效能的高低 主要取决于它的总体设计，即在整体上使“机”与人体 相适应，解决好人与机器之间的分工和机器之间信息交 流的问题可，使二者取长补短，各尽所长。如本书第11 章的内容。
变量，因而可根据概率论与数理统计理论对测量 数据进行统计分析，从而获得所需群体尺寸的统 计规律和特征参数。
1. 均值
x
1 n
n i 1
xi
2.方差 3.标准差
s2
1n
n 1 i1
2
xi x
1 n 1
n i 1
xi 2
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人机工程学（第三版）
多媒体教学课件
课件目录
第1章 人机工程学概论 第2章 人体测量与数据应用 第3章 人体感知与运动系统 第4章 人的心理与行为特征 第5章 人机的信息界面设计 第6章 工作台椅与工具设计 第7章 作业姿势与动作设计 第8章 作业岗位与空间设计 第9章 人与环境的界面设计 第10章 事故控制与安全设计 第11章 人机系统总体设计 第12章 人机工程发展趋势
人机界面百度百科
人机界面百科名片人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。
凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。
编辑本段人机界面概念介绍人机界面（Human–Machine Interaction，简称HMI），是人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。
是指人和机器在信息交换和功能上接触或互相影响的领域或称界面所说人机结合面，信息交换，功能接触或互相影响，指人和机器的硬接触和软触，此结合面不仅包括点线面的直接接触，还包括远距离的信息传递与控制的作用空间。
人机结合面是人机系统中的中心一环节，主要由安全工程学的分支学科安全人机工程学去研究和提出解决的依据，并过安全工程设备工程学，安全管理工程学以及安全系统工程学去研究具体的解决方法手段措施安全人机学。
它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。
凡参与人机信息交流的领域都存在着人机界面。
现在大量运用在工业与商业上，简单的区分为“输入”（Input）与“输出”（Ouput）两种，输入指的是由人来进行机械或设备的操作，如把手、开关、门、指令(命令)的下达或保养维护等，而输出指的是由机械或设备发出来的通知，如故障、警告、操作说明提示等，好的人机接口会帮助使用者更简单、更正确、更迅速的操作机械，也能使机械发挥最大的效能并延长使用寿命，而目前市面上所指的人机接口则多界狭义的指在软件人性化的操作接口上。
特定行业的人机界面可能有特定的定义和分类，比如工业人机界面(Industrial Human-machine Interface 或简称Industrial HMI)，具体解释可查看“工业人机界面”词条。
编辑本段人机交互概念介绍人机交互、人机互动（Human-Computer Interface,简写HCI，又称用户界面或使用者界面）：是一门研究系统与用户之间的互动关系的学问。
人机系统设计与范例分析
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12.5人机系统设计的评价
• 12.5.1人机系统评价方法
• 人机系统的评价方法通常分为3类:实验法、模拟装置法和实际运行测 定法。它们各自的优缺点见表12-3。
• 12.5.2检查表法(检核表法)
• 用检查表进行评价是一种较为普遍的、初步定性的评价方法。该方法 既可用于系统评价，也可用于单元评价。
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12.1人机系统设计的目标
• 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
种方式: • (1)人机串联人机串联结合方式，如图12-3(a)所示。 • (2)人机并联人机并联结合方式，如图12-3(b)所示。 • (3)人与机串、并联混合人与机串、并联的示意图如图12-3(c)所示。
考。
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12.6控制中心设计要点分析
• 12.6.1以人为中心的设计方法
• 近年来，控制室或者控制中心在一些新领域得以应用。监控中心与安 全控制室是一个正迅速成长的应用实例。它们扮演的角色甚至要超过 在城市中商业区、居住区的保安。另一个应用领域是财政控制与贸易 中心，并正以超过前10年的整体速度迅猛发展。如今，大多数大公司 已拥有了属于自己的控制中心，以提高财务计划的质量和提供市场变 化的实时数据。
• 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。应该考虑到技能、准确性、速度和力的要求，特
人机工程学第八章 人机系统分析与评价
第八章 人机系统分析与评价
人机系统设计的 一般程序
❖人机系统的目标建立与作业要求
❖定义人机系统的输人/输出及其功能
❖初步设计
①制定对使用者的素质要求和选择 操作人员的标准。②设计操作手册；
❖人机界面设设计计作业辅助手段；设计培训方案。
❖作业辅助设计
❖系统的验证和发展
第八章 人机系统分析与评价
人机系统设计的 一般程序
指数 值
3 2 1 0
表8-18 密集指数 密集程度
典型事例
能舒服地进行作业 身体的一部分受到限制 身体的活动受到限制
操作受到显著限制，作业相当 困难
在宽敞的地方操作机床
在无容膝空间工作台上 工作 在高台上仰姿作业 维修化铁炉内部
第八章 人机系统分析与评价①对环境的第一印象；②照度；③眩
光感觉；④亮度分布；⑤光影；⑥颜
❖人机系统的目标建立与作业要求
❖定义人机系统的输人/输出及其功能
❖初步设计
❖人机界面设计 系统验证阶段的工作包括制定验证标
❖作业辅助设计准，实施验证和做出验证结论。 ❖系统的验证和发展
第八章 人机系统分析与评价
第三节 人机系统分析
一、连接分析 二、作业分析 三、操作顺序图分析
第八章 人机系统分析与评价
第八章 人机系统分析与评价
• （1）功能分配。功能分配是指为了使系 统达到最佳匹配，在研究分析人和机器 特性的基础上，充分发挥人和机器的潜 能，合理地将系统各项功能分配给人和 机器的过程。
– 功能分配的任务是决定系统的哪一部分功能 由人完成，哪一部分功能由机器完成。因此， 必须对人和机器的特性充分分析比较
第八章 人机系统分析与评价
连接分析
连接分析的目的
人机设计
人机界面设计思想计算机按照机器的特性去行为，人按照自己的方式去思维和行为。
要把人的思维和行为转换成机器可以接受的方式，把机器的行为方式转换成人可以接受的方式，这个转换就是人机界面。
使计算机在人机界面上适应人的思维特性和行动特性，这就是“以人为本”的人机界面设计思想。
一个友好美观的界面会给人带来舒适的视觉享受，拉近人与电脑的距离，为商家创造卖点。
界面设计不是单纯的美术绘画，他需要定位使用者、使用环境、使用方式并且为最终用户而设计，是纯粹的科学性的艺术设计。
检验一个界面的标准既不是某个项目开发组领导的意见也不是项目成员投票的结果，而是最终用户的感受。
所以界面设计要和用户研究紧密结合，是一个不断为最终用户设计满意视觉效果的过程。
人机工程设计是指人机系统，是把人作为系统设计的一部分，把人—机—环境三者作为一个系统进行总体设计。
人不再是被动地去适应机器，而是与机器共同完成一个系统目标，从而可以获得系统的最高综合效能。
人机工程设计的目的人机工程设计的目的是为减少使用中人的差错，发挥人和机器各自的特点以提高机械产品的可靠性。
当然，人为差错除了人自身的原因外，操纵台、控制及操纵环境等也与人的误操作有密切的关系。
因此，人机工程设计是要保证系统向人传达的住处的可靠性。
例如，指示系统不仅显示器靠，而且显示的方式、显示器的配置等都使人易于无误地接受；二是控制、操纵系统可靠，不仅仪器及机械有满意的精度，而且适于人的使用习惯，便于识别操作，不易出错，与安全有关的，更应有防误操作设计；三是设计的操作环境尽量适合于人的工作需要，减少引起疲劳、干扰操作的因素，如温度、湿度、气压、光线、色彩、噪声、振动、沙尘、空间等。
人机工程设计研究的内容以人—机—环境作为研究的基本对象，通过揭示人、机、环境之间的相互关系的规律，以达到确保人—机—环境系统总体性能的最优化。
“人”：是指作为主体工作的人;“机”：是指人所控制的一切对象的总称;“环境”：是指人、机器共处的特殊条件，它既包括物理、化学因素的效应，也包括社会因素的影响。
系统总体【结构设计】方案
一、系统设计的原则1、系统性从整个系统的角度进行考虑，系统的代码要统一，设计规范要标准，传递语言要尽可能一致，对系统的数据采集要做到数出一处、全局共享，使一次输入得到多次利用。
2、灵活性系统应具有较好的开放性和结构的可变性，采用模块化结构，提高各模块的独立性，尽可能减少模块间的数据偶合，使各子系统间的数据依赖减至最低限度。
3、可靠性可靠性是指系统抵御外界干扰的能力及受外界干扰时的恢复能力。
一个成功的管理信息系统必须具有较高的可靠性，如安全保密性、检错及纠错能力、抗病毒能力等。
4、经济性经济性指在满足系统需求的前提下，尽可能减小系统的开销。
一方面，在硬件投资上不能盲目追求技术上的先进，而应以满足应用需要为前提；另一方面，系统设计中应尽量避免不必要的复杂化，各模块应尽量简洁，以便缩短处理流程、减少处理费用。
二、系统设计的主要内容1、系统总体结构设计系统总体结构设计包括两方面的内容：系统网络结构设计；系统模块化结构设计。
2、代码设计代码设计就是通过设计合适的代码形式，使其作为数据的一个组成部分，用以代表客观存在的实体、实物和属性，以保证它的唯一性便于计算机处理。
3、数据库（文件）设计根据系统分析得到的数据关系集和数据字典，再结合系统处理流程图，就可以确定出数据文件的结构和进行数据库设计。
4、输入/输出设计输入/输出设计主要是对以纪录为单位的各种输入输出报表格式的描述，另外，对人机对话各式的设计和输入输出装置的考虑也在这一步完成。
5、处理流程设计处理流程设计是通过系统处理流程图的形式，将系统对数据处理过程和数据在系统存储介质间的转换情况详细地描述出来。
6、程序流程设计程序流程设计是根据模块的功能和系统处理流程的要求，设计出程序模框图，为程序员进行程序设计提供依据。
7、系统设计文档系统标准化设计是指各类数据编码要符合标准化要求，对数据库（文件）命名、功能模块命名也要标准化。
描述系统设计结果是指系统设计说明书，程序设计说明书，系统测试说明书以及各种图表等，要将他们汇集成册，交有关人员和部门审核批准；拟定系统实施方案设计是在系统设计结果得到有关人员和部门认可之后，拟定系统实施计划，详细地确定出实施阶段的工作内容、时间和具体要求。
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系 在人机之间存在着信息环路，人机相互
统 联系具有信息传递的性质，系统能否正
的 组 成
常工作，取决于信息传递过程是否能持 续有效地进行。环境将对人机工作及信 息的传递产生影响，排除环境的不利影 响是设计工作的主要任务之一，首先要
保障环境不影响人的作业。
7
人机系统
人 机 系 统 的 组 成
8
人机系统
各个部分组成的具有一定功能的整体。
系
统
系统具有整体性、关联性、有界性、
的 目的性、环境适应性、学科综合性。
概
系统的设计人员必须了解系统要实
念 现的目标、实现目标需具备的功能以及
这些功能之间的相互联系。
6
人机系统
人机系统包括人、机和环境三个组
人 成部分，它们相互联系构成一个整体。
机 人机系统的性质和特征可以用模型表示。
4
人机系统
人机系统作为一个完整的概念，表达 了人机系统设计的对象和范围。
人机工程学的主要研究对象是“系统 中的人”，人是属于特定系统的一个组成 部分。但人机工程学并非孤立地研究人， 它同时研究系统的其它组成部分，以便根 据人的特性和能力，来设计和改造系统。
5
人机系统
系统是指由相互联系和相互制约的
流的规律和特性。人机界面的设计依
据始终是系统中的人。
12
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。
人机系统设计并非是单一产品的设计， 而是适合于所有产品的一种设计方法。人 机系统设计需要具体分析和定义，才能确 定人际关系的性质和问题，并进行有效的 设计。人机系统设计总是多学科联合设计 的一部分，通常与其他设计者组合完成。
系
人机系统总体设计的目标是，使系统的每个成 分都为实现系统目标而能够协调一致地发挥各自的
统 总
功能。
体
良好的系统设计必须以两个主要原则为基础：
设
✓ 明确定义“问题”
计
✓ 制定和实施某种策略来寻找解决问题的满意方案
14
人机系统设计
为了有效地规定设计策略和实施设计， 需要研究一套专门的设计程序。
阶
阶段设计程序是TSD法的一种设计程序，
人机界面
输入
输出
人
信息接受
显示装置
机
系 环境 人的决策 人 统
机 机器本体 环境
模
型
控 制 输出
输入
控制器
人机界面 9
人
机非
系
工 作
统环
模境
型
人机系统
思维
感知 决策 控制活动 工
人机界面
作 环
境
显示
操作装置
机器运行
由人机系统模型可见，操作过程的情况由显示器显示出来， 作业者首先要感知显示器上指示信号的变化，然后分析，解释 显示的意义并作出相应决策，再通过必要的控制方式实现对操 作过程的调整。这是一个封闭的人机系统，即闭环人机系统。10
人机系统
人机系统设计主要是处理系统中的人和
人 的
人机界面等关系，而不是系统的全部硬件。 强调人的特性和限度，为人设计，让人的因 素贯穿设计的全过程，是人机工程学的重要
主 实践原则。
导 作
在人机系统中，人的主导作用主要反映 在人的决策功能上。对于设计者而言，重要
用 的是通过设计使系统利于发挥人的决策功能，
2
现代设计基本内容
规范性研究：
➢ 研究“应该怎样”进行设计 ➢ 基本出发点是要探讨应当怎样做才能达到
目的，应当如何做才能更有效
描述性研究：
➢ 研究专业设计人员“究竟是怎样”设计的 ➢ 要了解人的设计技能的本质，描述一般的
设计过程，提出普遍适用的设计过程模式
3
设计的三维解空间
➢ 问题的“真实性”考是查对问题求解的一 ➢➢确 动 设 策系 按 确 解试 循问问定 ， 计 略统 定照 活探，题题求 还 者 ，的 求一 动求而的的解 是 应 进、 解定 ，解是过试有行求“有过的还活一程探意创定解组程步是动种是求识造织是骤试的多策义系解地性的系，探求次略”统活掌的求统进求解尝的动握设解的行解过试、。和计活、设活程的确真条范方访种问难问解计觉有运工动有计动并过定实件围法谈者规题和题的注组用作，组思。无程所存如大：法必划 求 关 定 导 意织不。要织维一。解 在 何 小 需 调须和 解 键 义 向 的的 同求 的。定问 ， ， 。 求 查明期 过 的 对 作 要求 的设 求步题 其 问 调 等白望 程 一 问 用 点解 求计骤是 存 题 查 。和， 最 步 题 是 。活 解者可否 在 的 、自是 困 。 求 设
为正确决策提供各种作业辅助手段，如操作
程序表等。同时，还要通过设计尽可能减少
人为错误的可能性。 11
人机系统
在人机系统中，人与机之间存在
人 机 界 面
一个相互作用的作用“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。人机界面的设计 主要是指显示、控制以及它们之间的 关系，或步骤， 每一个阶段是由相互联系的一系列设计活动
设 组成，各阶段之间具有时间形式上的顺序性，
计 即只有上一阶段的设计活动完成后，才能进 程 行下一阶段的设计活动。
序
阶段设计程序是以TSD法的设计思想为
指导，对设计过程中各种分析和设计活动的
“价值”以及它们的相互联系，作了规律性
第10章 人机系统总体设计
第9章链接
第11章链接
10.1 人机系统设计的概念
人机系统设计的重要性
➢ 工业设计和人机工程学的共同点：研究人
✓ 工业设计的设计观——以人为本 ✓ 人机工程学的研究对象——系统中的人
➢ 产品设计的新观念、新发展：高情感特性
✓ 人的生理和信息需要——宜人、舒适、安全 ✓ 产品的使用和操作需要——方便、可靠、亲近
13
人机系统设计
人机系统总体设计又称为TSD设计法，其中心
设计思想是：系统设计必须分一系列具有明确意义
的设计阶段，而每个阶段的设计活动和任务必须是
明确的。这是典型的系统化解决问题的策略。
人
“总体”的意义是强调人机系统的各个成分，
机
如人、硬件、软件，都要给予全面的考虑，以克服 长期以来工程设计忽视人和人的效能问题。
总结后逐步形成的。
15
人机系统设计
设计过程可以分为以下几个阶段：
阶
✓ 定义系统目标和参数阶段• 定义功能要求
段 设 计 程
✓ 系统定义阶段 ✓ 初步设计阶段
• •
确确定定•••••••使使功作作制设设定用用能业业••定计计义人 作者者分流反使操作操机业的的配程馈用作业作界空需特设机者手辅要面间求性计制素册助求设设设质手计计计要段求
✓ 人机界面设计阶段 • 确定•群设体计的培组训织方特案性