人机系统总体设计.ppt

人机系统总体设计 人机工程学 一、 系统设计的目标 五、 人机系统设计案例分析 二、系统设计的程序 三、系统设计的要点 四、 系统设计的评价 本讲内容 重点掌握 掌握 了解 一、系统设计的目标 1 人机系统组成 2 人机系统模型 1）按自动化程度分类 2）按人机结合方式分类 3 人机系统的目标 4 系统设计的原则 1)工作空间和工作设备的设计 2)工作环境设计 3) 工作过程设计 二、系统设计的程序 1 人机系统设计内容 2 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、系统设计的要点 1 人机功能分析 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） 操纵功能（操纵器）操纵功能（操纵器） 接受信息接受信息 储存信息储存信息 处理信息处理信息 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 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 3 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 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 机的设计 n详见各专业设计 四、 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 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 可靠性系统在规定的条件和规定的时间内完成规 定功能的能力。 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 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 n 优良、舒适、合理的环境条件 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 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rs rs = r人 r机 人机系统的可靠性 2 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 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 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 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 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 n 失效树分析(fault tree analysis,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 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 时间研究在方法研究的基础上，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 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 空间指数视觉环境综合评 价指数s 会话指数 密集指数(03) 可通行指数(03) s 等级 意义 0 1 毫无问题 0s10 2 稍有问题 10s50 3 问题较大 s50 4 问题很大 最大距离,m db 正常 大声 35 7.5 15 40 4.2 8.4 45 2.3 4.6 50 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 系统费用 设计、生产 费用 运行、管理和 维护费用 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 n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、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 人机学标准化始终围绕人体尺寸、生理机能、心理特 征等方面进行。 人机系统作业标准人的效果标准 如：产品质量、生 产率、设备利用率 、产品合格率等 主要包括人的生理 、心理反应、应激 、工作效率、适应 程度等 五、 人机系统设计案例分析 1 人自行车系统组成 1）人与支撑部件的关系； 2 ）人与动力接触部件关系 3 ）人与传动部件关系； 4 ）人与工作部件关系 2 影响自行车性能的人体因素 1 ）人的体格因素; 2 ）人的下肢肌力； 3 ）人的输出功率; 4 ）人的脚踏速度 5 ）人的平衡