安全人机工程学第2 人机系统

1、12.1 人机系统概述人机系统概述2.2 人机系统类型及功能人机系统类型及功能2.3 人机系统的基本模式人机系统的基本模式2.4 人机功能分配人机功能分配2.5 人机系统事故模式与应用人机系统事故模式与应用 学习目标：学习目标：了解人机系统的类型；掌握人的功能和机的功能及功能特性比较，能进行简单的人机功能分配设计；充分理解人机系统事故模式和安全人机系统事故模型的作用；理解人机关系和人机系统基本模式。2人机系统是由相互作用、相互联系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。32.2.12.2.1按按有无反馈控制有无反馈控制分类分类开环人机系统闭环人机系统2.2.22.2.2按系

2、统自动化程度分类按系统自动化程度分类人工操作系统4图图2-12-1人工操作系统人工操作系统半自动化系统5图图2-22-2半自动化人机系统半自动化人机系统自动化系统6图图2-32-3自动化人机系统自动化人机系统2.2.3 2.2.3 按人机结合方式分类按人机结合方式分类人机串联人机并联人与机串、并联混合7图2-4人与机的结合方式2.2.42.2.4人机系统的功能人机系统的功能信息接收信息加工信息贮存8执行功能信息反馈输入与输出图图2-52-5人机系统的功能人机系统的功能人的子系统可概括为s-o-r（感受刺激stimulus-大脑信息加工organism-做出反应response）；机器的子系统可

3、概括为c-m-d（控制装置controller-机器运转machine-显示装置display）。人的子系统( s-o/o-r )机的子系统(c-m/m-d)人机界面()9图2-6人机系统的基本模式2.4.1 2.4.1 人的主要功能人的主要功能10图2-7人在操作活动中的基本功能示意图人在人机系统中的三种功能人的第一种功能传感器人的第二种功能信息处理器人的第三种功能操纵器112.4.2 2.4.2 机的主要功能机的主要功能接受信息对机器来说，信息的接受是通过机器的感觉装置，如电子、光学或机械的传感装置来完成。储存信息机器一般要靠磁盘、磁带、磁鼓、打孔卡、凸轮、模板等储存系统来储存信息。处理信

4、息对接受的信息或储存信息，通过某种过程进行处理。执行功能一是机器本身产生控制作用，如车床自动加深或减少铣削深度；二是借助声、光等信号把指令从这个环节输送到另一个环节。122.4.3 2.4.3 人与机的功能分配人与机的功能分配1.人机特性比较1314表2-1 人机特性比较152.人机功能分配的含义对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当地分配给人或机，称为人机功能分配。从安全的角度出发，人机匹配主要解决的问题是：信息由机器的显示器传递到人，需要选择适宜的信息通道，避免信息通道过载而失误，以及显示器的设计如何符合安全人机工程学原则；信息从人的运动器官传递给机器，如何考虑人的极限能力和操作

5、范围，控制器如何设计得高效、安全、可靠、灵敏；如何充分运用人和机各自的优势；怎样使人机界面的通道数和传递频率不超过人的能力，以及机如何适合大多数人的应用。16采用机器时的有利点采用机器时的有利点采用人时的有利点采用人时的有利点重复性的操作、计算，大量的情报重复性的操作、计算，大量的情报资料存储资料存储由于各种干扰，需要判断信息时由于各种干扰，需要判断信息时迅速施加大的物理力时迅速施加大的物理力时在图形变化情况下，要求判断图形在图形变化情况下，要求判断图形时时大量的数据处理大量的数据处理要求判断各种各样的输入时要求判断各种各样的输入时根据某一特定范围，多次重复作出根据某一特定范围，多次重复作出判

6、断判断对发生频率非常低时的事态需要进对发生频率非常低时的事态需要进行判断时行判断时由于环境约束，对人有危险或操作由于环境约束，对人有危险或操作容易犯错误时容易犯错误时解决问题需要归纳、判断时解决问题需要归纳、判断时当调节、操作速度非常重要，具有当调节、操作速度非常重要，具有决定意义时决定意义时预测不测事件的发生时预测不测事件的发生时控制力的施加要求非常严格时控制力的施加要求非常严格时必须长时间地施加控制力时必须长时间地施加控制力时17表表2-2 2-2 采用人机时有利点采用人机时有利点174.人机功能匹配对人机系统的影响随着现代化的发展操作者的工作负荷已成为一个突出的问题。在工作负荷过高的情况

7、下，人往往出现应激反应，导致重大事故的发生。进行合理的人机功能分配，也就是使人机结合面布置恰当，就需要从安全人机工程学的观点出发分析人机结合面失调导致工伤事故的原因，进而采取改进对策。1819 5.人机分工不合理的表现可由人很好执行的功能分配给机器，而把设备能更有效地执行的功能分配给人；让人所承担的负荷或速度超过其能力极限；不能根据人执行功能的特点，而找出人机之间最适宜的相互联系的途径和手段。 196.人机功能分配应注意问题信息由机器的显示器传递到人，选择适宜的信息通道，避免信息通道过载而失误。同时，显示器的设计应符合安全人机工程的原则。信息从人的运动器官传递给机器，应考虑人的权限能力和操作范

8、围，控制器设计要安全、高效、可靠、灵敏。充分考虑人和机的各自优势。使人机结合面的信息通道数和传递频率不超过人的能力，以及机适合大多数人的应用。一定要考虑到机器发生故障的可能性，以及简单排除故障的方法和使用的工具。要考虑到小概率事件的处理，有些偶发性事件如果对系统无明显影响，可以不必考虑，但有的事件一旦发生就会造成功能的破坏，对这种事件就要事先安排监督和控制方法。201.1.人机能力比较法（人机能力比较法（fitts listsfitts lists分配方法分配方法）212.price2.price决策图法决策图法决策图由6个区域组成，每个区域对应于不同的人机绩效和分配方案：表示将功能分配给机器

9、；表示将功能分配给机器；表示既可分配给人也可分配给机器，存在一个最佳分配点；将功能分配给人；将功能分配给人；采用其他的方法重新设计。223. sheffield3. sheffield法法在分配过程中共需要考虑100多项决策准则，将其分为8 组。优点是考虑的因素比较全面，而且包含了系统的静态和动态功能分配过程。234.4.自动化分类与等级设计法自动化分类与等级设计法该方法由英国科学家parasuraman和sheridan提出，主要应用于工业自动化系统工业自动化系统如核电站监控中。该方法认为任何人机自动化系统的工作过程类似于人类的信息处理，可分为四个步骤即：获取、分析、决策、行动获取、分析、决

10、策、行动。24251. 1. 以人的行动为主体的（单人以人的行动为主体的（单人机系统）事故模型机系统）事故模型在环境不被有害气体污染的情况下，人机系统的事故模式多以人的行为为主体，即以人为本。这种事故模型中，伤亡事故多次发生在人、机两个子系统相交的斜线区内。 262.5.12.5.1人机系统事故模式人机系统事故模式2. 2. 机械机械多人系统事故模型多人系统事故模型在现代化大生产的集体劳动中，单人机系统的应用范围不是非常广泛，常见到的是机械多人系统，即在操作过程中，在同一时间内为完成同一目的，由多人操纵一台机器或一个大型设备。273. 3. 具有运动形态的人具有运动形态的人机系统事故模型机系统

11、事故模型这种操作系统中用到的运输工具不同于厂内加工生产用的机械，而是通过“厂外交通”工具来移动物质。为完成运输任务，当然是速度越快，运输效率越高。但是，这自然会因高速而带来事故频率的显著增加。在图2-15中，用虚线表示平面空间环境条件，今有a、b、c、d四组人机系统，都按各自的箭头方向运动，能形成事故的危险点是a车和c车为e；a车和b车为a；b、c两车的危险点为d；c、d两车的危险点为c。284. 4. 人、环境物事故模型人、环境物事故模型生产现场作业环境中，流动着的能量大致有两种: 为了生产而供给的能量。生产设备逸散的能量。与人机系统的不同点。295. 5. 化学能传达于人体的事故模型化学能

12、传达于人体的事故模型这种危害来源于生产现场的人工环境污染人工环境污染。它既和机械伤人的条件不同；也和自然环境的条件不同。化学成套设备中有毒有害物质的跑、冒、滴、漏，当然与操作人员失误有密切联系；但它却不取决车间直接受害的个人行为。为确知此类危害的存在，除了使用超越人体机能的探测仪探测仪器器，别无它法。因为人的各种器官未必查知其存在，更不知其危险程度。所以，这种事故的发生是不以人的行动为主体的。306.6.人人机系列外的事故模型机系列外的事故模型 因为风力、水力等自然现象，对生产设备或房屋外加了较大的能量，致使发生倒塌、坠落、飞入等现象，因而使人伤亡。 作业环境中原材物料、半成品及其他物质乱堆乱放，使施害物体处于不安全状态，如遇振动、与外部力接触等原因，则容易使潜能突然转变为动能，发生了与人有关的飞、落下现象，造成了事故。 在车间中，与单元作业的人机系统无关的其他作业系统突然飞来有动能的物体打击，如图2-19所示。31安全人机系统事故模型的重要意义在于：（1）从个别抽象到一般，把同类事故抽象为模型，可以深入研究导致伤亡事故的原因和机理。（2）事故模型化可以查明以