第二章-自动化制造系统的人机一体化设计与评价

1、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 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； 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

2、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。,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 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 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：机主人辅；人主机辅；人机耦合 执行层面上人机交互协作、取长补短，充分发挥各自优势,三、自动化制造系统的人机一体

3、化的设计方法和主要步骤,主要步骤 定义系统目标和作业要求 系统作业要求包括的三个方面内容： 要自动化制造系统做什么？ 系统设计结果的评价标准是什么？ 如何进行度量？,主要步骤 定义系统目标和作业要求 逐步细化和完善人机一体化设计工作，应从以下方面考虑： 制造系统加工对象、未来的使用者和运行环境 目前同类制造系统的使用和操作方法 使用者的作业需求 确保制造系统目标实现时人对制造系统和环境的要求，及制造系统和环境对人的要求,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,系统设计 功能分配 作业要求研

4、究 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,人机界面设计 系统总体布置与人的作业空间设计 信息交互中的人机界面设计 物料流处理中人机界面设计 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,作业辅助设计 适合制造系统特定要求的人员选择 制造系统操作人员的技能培训 其他辅助作业设计 系统检验和评价,三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主要步骤,第二节 自动化制造系统的人机一体化总体设计,一、自动化制造系统中人机功能特征比较,人类感知与机器感知的比较 人类思维和机器思维的比较 人与机器执行能力的比较,二、自动化制造系统中人机功能分

5、配,人机功能分配作为人机一体化系统人机界面设计的第一步，其过程是先根据系统的使用对象和加工范围，定义系统的基本功能，并按主要功能和子功能两个层次进行分解，然后根据人和机器的功能特征进行分配，并使已分配给任何机器的功能关系协调。,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 原则和步骤： 1）确定对于设计至关重要的人体尺寸 2）确定设

6、计对象的使用者群体，以决定必须考虑的尺寸范围 3）确定数据运用准则 4）查找与定位群体特征相符合的人体测量数据表，选择有关的数据值 5）建议尽可能使用近期测得的数据 6）考虑人体测量数据的着装影响,三、自动化制造系统中作业空间设计,（三）操作空间设计 坐姿操作空间 站姿操作范围 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 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 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,五、自动化制造系统的人机界面设计,（一）信息流处理中的人

7、机界面设计 视觉显示装置的人机工程设计 语音显示装置设计 语音的清晰度 语音的强度 噪声环境中的语音通信 操纵控制台的人机工程设计 操纵装置的人机工程设计,五、自动化制造系统的人机界面设计,（二）物料流处理中的人机界面设计 （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： 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

8、算机厂家的 关注。并成为90年代计算机行业的又一竞争领域。从计算机技术的发展过程来看， 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,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： 系统管理软件中应有安全防护的控制部分 采用电子、电气和机械装置连锁防护 在机器人、自动装夹设

9、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 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 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 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： 使操作内容适当复杂化 定期变换工作内容或作业岗位 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),四、自动化制造系统中的事故预防,（一）事故的物理条件因素 作业者与机器功能分配不当 工具、作业场所等设计失误 缺少必要的安全装置与防护装置 物理环境对人造成的

10、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 训练与技能 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）,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,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？,一、自动化制造系统设计人机工程评价内容,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

11、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,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,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

12、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？ 操作装置的结构、布置、操作力大小、操作方式等是否与人的生物力学特征相匹配？ 自动化制造系统运行的安全防护措施是否充分？安全防护装置是否设计合理？可靠性高否？,一、自动化制造系统设计人机工程评价内容,自动化制造系统运行与维护评价 人的工作方便性和工效是否达到人机一体化设计的要求？ 运行状态下人的疲劳是否得到有效控制？作业与休息交替时间安排是否合理？ 系统检查与维修是否方便？ 紧急与意外事故处理的手段和措施是否易

13、于人察觉和掌握？ 运行控制能否与人形成良好的人机一体化效果？,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。,等级：对策优先度高 等级：要有对策 等级：没有问题,综合评价等级（阶段）,二、自动化制造系统设计人机工程评价方法,目的,主要使用范围,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）,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,评价的两个要素, 姿势评价

14、：使用每一天的累计时间对姿势的好 坏进行评价, 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,评价的方法（步骤）, 事前准备, 工程确认, 姿势评价, 负荷评价, 综合评价,对策,根据评价的实施日程，在事前填写对象生产线的前提条件,由班长在现场确认作业者的姿势与动作 （如有问题，就去）,通过兔子跳法测定作业姿势比率,详细请参考下页,调查重物的作业以及负荷大的动作的操作力与频度,填写人机工程评价表进行综合评价。,评价的方法（姿势评价详细）,何谓兔子跳法？,时间, 通过在相同间隔的时间内进行作业观察，记录作业内容，把握实际所需的时间和内容的IE手法的一种。,准备观测板和秒表、观察纸、笔记用具,为了能够把握调查对象工程，每秒观察作业姿势约次并进行记录。 （分连续观测）,根据姿势比率和负荷时间计算出作业姿势时间。,Rabbit jumping locus,人机工程：兔子跳观测 （姿势评价） 工程名：,填写的方法可以使用自己习惯的方法不一定是正规的字，用卌 也可以!,评价的方法（负荷评价详细）,有重量物的时候，需要确认该零件的重量以及操作的频度 （零件平均重量）（生产台数） 对于操作力