第二章 自动化制造系统的人机一体化设计与评价
自动化制造系统
第一章1制造：人类按照市场的需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质和工具，采用有效的方法，将原材料转化为最终产品并投放市场的全过程。
2系统的性质：①目的性②整体性③集成性④层次性⑤相关性⑥环境适应性3自动化制造系统定义：由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性、一定自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体。
4自动化制造系统的五个典型组成部分：①具有一定技术水平和决策能力的人②一定范围的被加工对象③信息流及其控制系统④能量流及其控制系统⑤物料流及物料处理系统5自动化制造系统的功能组成：（毛坯制备，储运过程，机械加工，装配过程，辅助过程，质量控制，系统控制，热处理）自动化子系统6自动化制造系统的分类：刚性自动化系统及设备（刚性半自动化单机，刚性自动化单机，刚性自动线，刚性综合自动化系统），柔性自动化系统及设备（数控机床NC，加工中心MC，混合成组制造单元，分布式数控系统DNC，柔性制造单元FMC，柔性制造线FML，柔性制造系统FMS，计算机集成制造系统CIMS）7自动化制造系统的评价指标：①生产率②产品质量③经济性④寿命周期可靠性⑤柔性制造⑥可持续发展性第二章1 人机一体化的定义：就是人与具有适度自动化水平的制造装备和控制系统共同组成的一个完整系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器共同决策、共同作业，从而突破传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局，形成新一代人机有机结合的适度自动化制造系统。
2人机一体化的总体结构在人机一体化制造系统定义下的自动化制造系统应该在三个层面上实现一体化，即感知和信息交互层面、控制层面和执行层面，这三个层面的有机结合，就构成了人机一体化制造系统的总体结构3 人机一体化设计的主要步骤：①定义系统目标和作业要求②系统定义③系统设计④人机界面设计⑤作业辅助设计⑥系统检验和评估4人机功能分配：定义：人机功能分配确定了某些功能由人或机器还是由他们相互协作完成的，确定了人机界面的具体位置及人与机器各自的功能职责和配合协作要求。
人机系统设计与评价
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第三节
人机系统评价
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一、评价的概念
指按照明确目标测定对象的属性，并把该属性 变成主观效用的行为，也即明确价值的过程。
对人因工程设计进行评价，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。
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能同时完成多种操作，且可以保持较高 的效率和准确度 能在恶劣的环境条件下工作
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（三）人与机器的功能分配
1.含义
指在人机系统中，为了充分发挥人与 机器各自的特长，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。
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评价分为：
对现有的工业产品的人机系统进行评价
对人机系统规划和设计阶段的评价
方法：定性评价、定量评价
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二、评价目的与原则
（一）评价目的 根据评价结果，对系统进行调整，发 扬优点，改善不足，以达到系统的最优化。
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（二）评价原则
（1）评价方法的客观性
优化原则
1）操作人员与其操纵装置的连线尽可能不 交叉。
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A
2
D
G
D
F
A
1 3 E 4 1 B C F E a）
2
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C
B
4
G
b）
原来的位置安排
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自动化制造系统复习
自动化制造系统复习自动化制造系统复习第一章1、制造（p1）2、制造业（p1）3、系统（p2）4、系统具有的6个性质（p2）5、制造系统（p2）6、制造自动化（p3）7、自动化制造系统的定义（p5）8、自动化制造系统的5个典型的组成部分（p5）9、自动化制造系统的寿命周期（p7）10、自动化制造的意义（p9）11、自动化制造系统的评价指标（18）第二章1、人机一体化制造系统的定义（24）2、人机一体化制造系统定义下的自动化制造系统应在哪3个层面上实现（24）3、自动化制造系统的人机一体化设计方法和主要步骤（26）4、自动化制造系统的人机界面设计有哪些内容（37）5、自动化制造系统的运行机制（42）6、自动化制造系统设计中的人机工程评价的内容（46）第三章1、自动化制造系统的常见类型（49）2、刚性自动线的组成（49）3、柔性制造系统的组成（53）4、自动导向小车的工作原理，调度与控制方法（66）5、对FMS中的数控机床、加工中心和车削中心有哪些要求（59）第四章1、可行性论证的意义（99）2、建设自动化制造系统的目标主要考虑那些因素（100）3、制定自动化制造系统的技术方案主要有那些内容（101）4、自动化制造系统的效益分析主要包括那些内容（102）5、自动化制造系统的可行性分析主要包括那些内容（103）6、确定自动化制造系统类型时应遵循哪些原则（106）7、总体设计有哪些内容（107）8、成组技术（109）9、影响零件族确定的因素（111）１0、选择设备的基本原则有哪些（116）第五章1、自动化制造系统对加工设备的要求有哪些（147）2、加工设备的精度包括哪些内容（149）3、加工设备的规格包括哪些内容（148）4、选择数控系统应遵循什么原则（150）5、检测与监控有哪些内容（169）6、一般数控机床的特点第六章1、仿真:通过对系统模型的实验去研究一个存在或设计中的系统。
2、仿真的意义：可以替代许多难以开展或无法实现的实验。
第二讲-自动化制造系统人机一体化设计与评价(共55张PPT)全
自动化制造系统，特别是柔性自动化制造系统得出现和大量使用，导致使用者与制造ห้องสมุดไป่ตู้ 统间的关系发生了根本的变化，人们需要重新认识人在自动化制造系统中的重要地位和作用 ，由此提出了开展适度自动化的制造系统----人机一体化制造系统的概念：
欧洲：Ergonomics 人类工程学或工效学。
美国：Human Factors ; Human Factors Engineering人类因 素学或人类因素工程学。
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5、根本测点及测量工程
〔GB3975—83〕
测量工程
测点
〔GB3975—85测量方法〕
头部测点
头部测量工程
〔16个〕
〔12项〕
躯干和四肢部 位测点
〔22个〕
躯干和四肢 部位测量工 程〔69项〕
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6、人体测量的主要仪器
(1) 人体测高仪:
主要用来测量身高、坐高、 立姿和坐姿的眼高以及伸手向 上所及的高度等立姿和坐姿的 人体各部位高度尺寸。
仪表刻度盘的大小对仪表的认读速度和
精度有很大影响。
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三、刻度设计
1、量表的划分
量表的划分指的是仪表刻度所指示的具体数值的划分，
6
〔2〕人—机—环境之间的关系：相互依存；相 互作用；相互制约。 〔3〕人机一体化工程的特点：学科边界模糊；学 科内容综合性强；涉及面广。 〔4〕人机一体化工程的研究对象：人—机—环境 系统的整体状态和过程。 〔5〕人机一体化工程的任务：使机器的设计和 环境条件的设计适应于人，以保证人的操作简 便省力、迅速准确、平安舒适，心情愉快，充 分发挥人、机效能，使整个系统获得最正确经 济效益和社会效益。
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知觉
知觉的定义：知觉是在人脑对直接作用于感觉器
《智能制造技术导论》2.2 智能制造系统系统的自动化
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智能制造技术导论
第二章 智能制造系统
四、自动化制造系统总体设计
制造系统设计过程的输入为用户提出的对未来新系统的 要求，输出为提交给用户使用的新系统和相关文档。为 保证系统设计与实施工作有条不紊地进行，一般需设立 统管全局的机构，如总体组。这样，系统的设计与实施 可在总体组的领导和协调下进行。在进行系统设计与实 施的过程中，每一阶段均需按总体组下达的任务书启动 和进行，该阶段完成后需通过总体组组织的评审，通过 评审后，总体组才能下达下一阶段的任务书。
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智能制造技术导论
（1）CIMS的功能构成 CIMS的功能构成包括下列内容。
①管理功能 ②设计功能 ③制造功能 ④质量控制功能 ⑤集成控制与网络功能
第二章 智能制造系统
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智能制造技术导论
第二章 智能制造系统
CIMS关键技术
信息 集成
过程 集成
企业 集成
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智能制造技术导论
ห้องสมุดไป่ตู้
第二章 智能制造系统
五、自动化制造系统分系统设计
1. 加工设备选择
（1）自动化制造系统对加工设备的要求
一般来说，对自动化制造系统的加工设备应在以下几个方面提出基本要求。
①工序集中 ②质量 ③生产率
④柔性
⑤成本
⑥易控制性
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第二章 智能制造系统
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智能制造技术导论
3. 柔性制造系统
第二章 智能制造系统
柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）是由两台或两台以上加工中心 或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化，其基本组
第二章 自动化制造系统的人机一体化设计与评价
第二章自动化制造系统的人机一体化设计与评价第一节自动化制造系统的人机一体化基本概念自动化制造系统的实质是现代制造技术、计算机信息技术、自动化技术、电子、通信及人工智能等高新技术有机结合的产物。
因此，制造系统的高度自动化曾一度成为人们研究的核心，并期望建立一种全盘自动化的无人工厂。
所谓人机一体化制造系统，就是人与具有适度自动化水平的制造装备和控制系统共同组成的一个完整系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器共同决策、共同作业，从而突破传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局，形成新一代人机有机结合的适度自动化制造系统。
该定义的核心内容是强调人在制造系统中的重要作用，人机功能的最优匹配，以实现制造系统经济高效、安全可靠地运行，使整个制作系统取得最佳的社会经济效益。
自动化制造系统的人机一体化总体结构在人机一体化制造系统定义下的自动化制造系统应该在三个层面上实现一体化，即感知和信息交互层面、控制层面（对输入制造系统的加工信息进行识别、判断、推理、决策和维护）和执行层面。
1.感知层面上的人机联合作用2.控制层面上的人机共同决策3.执行层面上人机交互协作、取长补短，充分发挥各自优势第二节自动化制造系统的人机一体化总体设计为了更好地设计出人机一体化的自动化制造系统，有必要对人和机器系统在感知、控制和执行方面的特征进行对比分析。
人机一体化制造系统的目的，就是在总体上、系统级的最高层次上正确解决好人机功能分配、人机关系协调、人机界面匹配三个基本问题，以求得令人满意的人机系统方案，获得安全、舒适、高效的综合效益。
人机系统设计要求人机系统设计的内容1.确定人机系统的功能及其在人、机间的合理分配2.信息显示器的选型、设计和布置3.操纵器的选型、设计和布置4.机器的危区分析和安全防护设计5.人机界面的优化匹配6.人机系统的可靠性设计7.作业空间设计8.作业环境设计和控制第三节人机一体化运行与维护1、人机系统中的失误分析人的失误可以定义为：人没有完成人机系统分配给他的功能。
自动化制造系统
第一章一．制造的定义？制造是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借用手工或可以利用的客观物质和工具，采用有效地方法，将原材料转化为最终物质产品并投向市场的全过程。
二．系统的性质？1.目的性2.整体性3集成性4.层次性5.相关性6环境适应性三．自动化制造系统的定义？自动化制造系统(AMS)是由一定范围的被加工对象、一定的制造柔性、一定自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体。
四．自动化制造系统的组成部分？1、具有一定技术水平和决策能力的人2、一定范围的被加工对象3、信息流及其控制系统4、能量流及其控制系统5物料流级物料处理系统五．自动化制造系统的功能组成（P6）六．自动化制造系统的分类？刚性自动化设备及系统：1刚性半自动化单机2刚性自动化单机3刚性自动线4刚性综合自动化系统柔性自动化设备及系统：5一般数控机床6加工中心7混合成组制造单元8分布式数控系统9柔性制造单元10柔性制造系统11柔性制造线12计算机集成制造系统七．加工中心（填空）加工中心是在一般数控机床的基础上增加刀库、自动换刀装置甚至零件更换装置而形成的一类更复杂、但用途更广、效率更高的数控机床。
由于具有刀库和自动换刀装置，就可以在一台机床上完成车、铣、镗、钻、铰、攻螺纹、轮廓加工等多个工序的加工。
因此，加工中心具有工序集中、可以有效缩短调整时间和搬运时间，减少在制品库存，加工质量高等优点。
加工中心常用于零件比较复杂，需要多工序加工，且生产批量中等的场合。
根据所处理的对象不同，加工中心又可分为铣削加工中心和车削加工中心。
八．柔性制造系统的组成部分（填空）两台以上的数控加工设备、一个自动化的物流及刀具储运系统、若干台辅助设备和一个由多级计算机组成的控制和管理系统九．自动化制造系统的评价指标？1生产率2产品质量3经济性4寿命周期可靠性5柔性制造6可持续发展性第二章一．人机一体化制造系统的定义？所谓人机一体化制造系统，就是人与具有适度自动化水平的制造装备和控制系统共同组成一个完整系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器共同决策共同作业，从而突破传统自动化制造系统将人排除在外的旧格局，形成新一代人机有机组合的自动化制造系统。
第二章 人机一体化
第一节 自动化制造系统的人机一体化基本概念
一、人机一体化制造系统的定义
所谓人机一体化制造系统，就是人与具有适 度自动化水平的制造设备和控制系统共同组成一 个系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器 (制造设备)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的旧格局， 形成新一代人机有机结合的适度自动化制造系统。
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
第二章－人机一体化分析与设计
(四)加工设备的布置与作业空间设计 制造系统中的机器设备体积大，工作时常伴有噪声、
切屑和油污产生，为使操作安全、舒适和维护管 理方便，井保证整个作业区顺利取送工件，自动 化制造系统中的机器设备需要进行作业空间设计。
第二章－人机一体化分析与设计
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
第二章－人机一体化分析与设计
(三)初步设计
进入初步设计阶段，系统的各个硬件，各个专 业的设计活动都全面展开，这时应始终注意 人机一体化要求与各个硬件、软件设计与设 计决策的协调一致性，保证系统设计的全过 程都有人机工程专业设计人员的参与，都应 考虑到人的影响因素。 人机一体化制造系统的初步设计是指围绕系 统设计所进行的功能分配、作业要求研究和 作业分析。
第二章－人机一体化分析与设计
二、自动化制造系统的人机一体化总体结构
在人机一体化制造系统定义下的自动化制造系统在三 个层面上实现一体化，即感知层面、控制层面(对输入 系统的信息判断、识别推理、决策和创造)和执行层面， 三个层面的有机结合，就构成了人机一体化制造系统 的总体结构。
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第一节：自动化制造系统的人机一体化基本概念 第二节：自动化制造系统人机一体化总体设计 第三节：自动化制造系统人机一体化运行与维护 第四节：自动化制造系统设计的人机工程评价
第一节 自动化制造系统的人机 一体化基本概念
一、人机一体化制造系统的定义
20世纪80年代以来，AMS成为投资热点； 早期，无人工厂；
四、自动化制造系统中的事故预防
（一）事故的物理条件因素
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装置 4. 物理环境对人造成的生理和心理压力
（二）事故的人为因素 （三）导致事故的人的行为因素
1. 训练与技能 2. 记忆疏漏
（四）导致事故的人的生理与心理因素（性格/生理和生物节律/作业 疲 劳）
三、自动化制造系统中作业空间设计
（一）基本概念 自动化制造系统的作业空间是指制造系 统中各种制造设备本身及各种操作人员所 占用的空间，包括加工设备、运输设备、 工件及刀具存储、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、 休息空间的总和。
三、自动化制造系统中作业空间设计
（二）人体测量数据及取用原则
3. 自动化制造人的作业要求评价
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的生理、心理影响程度有多大？ 作业顺序安排是否与人的生理习惯相匹配？
小组化团队工作方式中，作业分配与动态调节是否在团队内能够
达到平衡？团队成员的主观能动性和创造性能否得到充分发挥？
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
重量物的处理
2-2用不良的姿势进行搬 10㎏未满 运、拿起
一体化运行与维护
一、自动化制造系统中的人机一体化运 行机制
人机交互界面作为一个独立的、重要的研究领域受到了世界各
计算机厂家的 关注。并程来看， 人机交互界面技术还引导了相关 软硬件技术的发展，是新一代计算机系统取得成 功的保证。 80 年代已来，计算机的软件和硬件技术取得了较大的发展，同时， 计算机的 使用者也从计算机专家迅速扩大到了广大未受过专门训 练的普通用户，由此极大 地提高了用户界面在系统设计和软件开 发中的重要性，强烈地刺激了人机交互界 面的进步。 人－计算机 的交互作用是通过用户界面来实现的
4+
5-
5-
5+
负荷评价基准
项 目 负荷评价基准
1、单班处理的总量 2、单品处理重量 2-1一般搬运、拿起的时 候
适用基准 ～3 6吨以下 12㎏未满 4 6～9.9吨 12～12.9㎏ 5 10吨以上 20㎏以上
※1重量超过2.5㎏的物体都要 进行考虑 ※ 2适用于用双手抱的零件作 业※具有助力装置的时候不适
一、自动化制造系统设计人机工程评价内容
4. 人机界面设计评价
作业空间布置是否与人体测量数据相匹配？ 作业姿势设计是否合理？工作中是否可改变作业姿势？是否有工 间休息场地和足够的过道空间？
座椅及工具等辅助装置的设计是否充分考虑了人的生理和心理特
点？ 显示装置的设计是否与人的感官能力特征相匹配？
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方 法和主要步骤
2.系统定义
设计者与决策层人员一起做出重要决策（目标 概念方案） 定义系统的输入、处理功能和输出
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方 法和主要步骤 3.系统设计
①功能分配 ②作业要求研究 ③作业分析与设计
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主 要步骤
1.坐姿操作空间 2.站姿操作范围 3.下肢及脚的操作范围
三、自动化制造系统中作业空间设计
（四）加工设备的布置于作业空间设计
1.机器设备的平面排列布置
纵向排列布置 横向排列布置 斜向排列布置
2.机器设备的高度布置
四、自动化制造系统中作业空间设计的 仿真评价
四、自动化制造系统中作业空间设计的 仿真评价
5
目的
对作业负担进行客观的评价
实现无论任何人都能够稳定的进行生产的作业环境
（高龄者、女子、外部要员也能够持续的工作的工程创建） （疾病的低減）
主要使用范围
在生产现场中从事重复作业的作业者
（线外的改善业务、项目业务和间接业务是属于对象外的）
（像不足一天的产量的非良产的生产线也是对象外的）
评价的思路
二、自动化制造系统的人机一体化总体结构
• 三个层面上实现一体化
1.感知层面上的人机联合
• 感知层面=人的五官+机器的信息显示系统
2.控制层面上采用人机共同决策
• 人+机器智能决策系统=人机联合决策控制 • 三种策略：①机主人辅；②人主机辅；③人机耦合
3.执行层面上人机交互协作、取长补短，充分发 挥各自优势
评价的两个要素 １． 姿势评价：使用每一天的累计时间对姿势的 好 坏进行评价 ２． 负荷评价：使用单独以及每一天所处理的总 重量对其进行评价
姿势评价基准
姿势动 作评价 点 姿势动作 例外的评价基准 （独立评价）
每班累计 时间上限
修正时间：2009.3.31
作业工程（作业编成）的评价点
3H未满 4H未满 0.5H未满 2H未满（5 4H以上（50 （20%≤X＜ （30%≤X＜ （X＜5%） ≤X＜20%） ≤X） 30%） 50%）
第四节 自动化制造系统的人机 工程评价
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？
二、自动化制造系统设计人机工程评价方法 何谓人机工程评价？
☆根据作业时的姿势和负荷的大小，对作业工程的肉 体上的负担进行评价。
姿势
良
恶
综合评价等级（３阶段）
1-3
良 负 荷 恶
4
+ -
5
+
ａ等级：对策优先度高 ｂ等级：要有对策 ｃ等级：没有问题
1-3 4
c
b
女 子 x 高 龄 者 x
b a
高龄者x
二、自动化制造系统中的作业安全要求
自动化制造系统安全性保障措施： 1. 系统管理软件中应有安全防护的控制部分 2. 采用电子、电气和机械装置连锁防护 3. 在机器人、自动装夹设备、自动更换工件和刀具设备的工作区外，
设置安全防护围栏，钢丝网罩等
4. 机器人和其他自动运送设备的控制系统中，应设置有安全互锁装置， 防止停机检修时的意外启动和运转
4.人机界面设计
①系统总体布置与人的作业空间设计 ②信息交互中的人机界面设计 ③物料流处理中人机界面设计 ④系统运行维护中的人机界面设计
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主 要步骤
5.作业辅助设计
①适合制造系统特定要求的人员选择 ②制造系统操作人员的技能培训 ③其他辅助作业设计
6.系统检验和评价
（三）系统运行维护中的人机界面设计
六、自动化制造系统的作业人员岗位设 置与技能培训
自动化制造系统工作岗位人员：
1.
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
系统管理人员
信息系统硬、软件技术人员 机械和液压技术人员 刀具调整人员 夹具装调工 工件装卸工 巡视人员 其他人员
第三节 自动化制造系统的人机
～3
～3
～3
～3
～3
4
通常：如果没有水平5的情况，就使用右边 的 基准对水平4进行评价 例外：如果是｛*｝的话，拿出｛*｝+4的 合 计，使用右边的基准进行评价 例外：虽然没有（5）但有些工程是有 （5`）的话， 就用右边的（）的基准评价（5`）
3
3
3
4-
4+
(*)
4
+
5
-
5
+
5
通常：把（5）+（5`）的合计作为水平5， 用右边的基准进行评价 （侧外的评价｛单班的时间上限｝独立评 价） 左侧的姿势连续30秒以上——水平5+
– 德国工程师协会，1990年，CIMS调查：30%来自“企业文化”
– 美国AMRC和Yankee，1990年4月，CIMS调查：CIMS障碍70%来自人 – 日本，1991年，丰田汽车公司，高度自动化装配厂
20世纪90年代中期，提出并形成人机一体化，发展适度自动化制造系统的新思 想。
定义：所谓人机一体化制造系统 ，就是人与具有适度自动化 水 平 的 制 造 装 备 和 控 制 系 统 共 同 组 成 的 一 个 完 整 系 统 ， 各 自 执 行 自 己 最 擅 长 的 工 作 ， 人 与 机 器 共 同 决 策 、 共 同 作 业 ， 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 人 机 有 机 结 合 的 适 度 自 动 化 制 造 系 统 。
5. 在有危险的设备和运动部件上设置安全标志，以提醒操作人员注意
6. 安全培训
三、自动化制造系统监控作业中的疲劳 预防
对于脑力疲劳，可采取如下措施来避免：
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(照明环境、噪声环境、振动、 热辐射、有害物质及粉尘、气味等环境因素)