車輛人機(jī)工程學(xué)理論課件(第7章)

⑦第7章人機(jī)系統(tǒng)⑦第7章人機(jī)系統(tǒng)1人機(jī)系統(tǒng)的功能分配2人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4人機(jī)系統(tǒng)的功能和類型31機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配33人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型35返回總目錄第7章目錄人機(jī)系統(tǒng)的功能分配2人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4人機(jī)系統(tǒng)的功能和類型31機(jī)27.1人機(jī)系統(tǒng)的功能和類型

將人和機(jī)器聯(lián)系起來，視為一個(gè)整體或系統(tǒng)，稱為人機(jī)系統(tǒng)。人機(jī)系統(tǒng)處于一定的環(huán)境之中,并與周圍環(huán)境發(fā)生相互作用?；氐奖菊履夸?.1人機(jī)系統(tǒng)的功能和類型回到本章目錄3人機(jī)系統(tǒng)的功能：信息接受、儲(chǔ)存信息、處理信息、執(zhí)行功能。人機(jī)系統(tǒng)與周圍環(huán)境的相互作用，表現(xiàn)為人機(jī)系統(tǒng)的輸入和輸出。人機(jī)系統(tǒng)的功能：信息接受、儲(chǔ)存信息、4人機(jī)系統(tǒng)的類型

按有、無反饋控制環(huán)節(jié)分類，人機(jī)系統(tǒng)可分為閉環(huán)人機(jī)系統(tǒng)和開環(huán)人機(jī)系統(tǒng)兩大類。閉環(huán)人機(jī)系統(tǒng)的主要特征是系統(tǒng)的輸出對(duì)控制作用有直接的影響,駕駛員-車輛-道路系統(tǒng)的方向操縱運(yùn)動(dòng)是一個(gè)人工閉環(huán)人機(jī)系統(tǒng)的典型實(shí)例。開環(huán)人機(jī)系統(tǒng)的主要特征是系統(tǒng)的輸出對(duì)控制作用沒有影響?；氐奖菊履夸?.1人機(jī)系統(tǒng)的功能和類型人機(jī)系統(tǒng)的類型回到本章目錄7.1人機(jī)系統(tǒng)的功能和類型57.2人機(jī)系統(tǒng)的功能分配

人機(jī)系統(tǒng)中“人”與“機(jī)”的功能分配是否合理，對(duì)于提高人機(jī)系統(tǒng)的總效能,具有重要意義。這是人機(jī)工程學(xué)的核心問題之一，存在于機(jī)器發(fā)展的各個(gè)階段中。回到本章目錄7.2人機(jī)系統(tǒng)的功能分配人機(jī)系統(tǒng)中“人61.感受能力人可識(shí)別物體的大小、形狀、位置和顏色等特征，并對(duì)不同音色和某些化學(xué)物質(zhì)有一定的分辨能力;機(jī)可接受超聲、輻射、徽波、電磁波、磁場(chǎng)等信號(hào)，超過人的感受能力。2.控制能力人可進(jìn)行各種控制，且在自由度、調(diào)節(jié)和聯(lián)系能力等方面優(yōu)于機(jī)器。同時(shí)，其動(dòng)力源和響應(yīng)運(yùn)動(dòng)完全合為一體，能“獨(dú)立自足”；機(jī)在操縱力、速度、精確度、操作數(shù)量等方面都超過人的能力，但不能“獨(dú)立自足”，必須外加動(dòng)力源才能發(fā)揮作用。7.2人機(jī)系統(tǒng)的功能分配1.感受能力人可識(shí)別物體的大小、形狀、位置和顏色等特征，73.工作效能人可依次完成多種功能作業(yè)，但不能進(jìn)行高階運(yùn)算，不能同時(shí)完成多種操縱，不能在惡劣環(huán)境條件下作業(yè)；機(jī)能在惡劣環(huán)境條件下工作，可進(jìn)行高階運(yùn)算和同時(shí)完成多種操縱控制，執(zhí)行單調(diào)、重復(fù)的工作也不降低效率。4.信息處理人的信息傳遞率一般為6bit/s左右，接受信息的速度約每秒20個(gè)，短時(shí)內(nèi)能同時(shí)記住信息約10個(gè)，每次只能處理一個(gè)信息;機(jī)能儲(chǔ)存信息和迅速取出信息，能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，也能一次廢除，信息傳遞能力、記憶速度和保持能力都比人高得多，在作決策之前,能將所存儲(chǔ)的全部有關(guān)條件周密“考慮”一遍。7.2人機(jī)系統(tǒng)的功能分配3.工作效能人可依次完成多種功能作業(yè)，但不能進(jìn)行高階運(yùn)算85.可靠性就人腦而言,可靠性和自動(dòng)結(jié)合能力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機(jī)器,(但工作過程中,人的技術(shù)高低、生理和心理狀況等因素對(duì)可靠性都有影響），能處理意外的緊急事態(tài)；經(jīng)可靠性設(shè)計(jì)后，機(jī)的可靠性高，且質(zhì)量保持不變，但不能處理意外的緊急事態(tài)。6.耐久性

人容易產(chǎn)生疲勞，不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，且受年齡、性別與健康情況等因素的影響；機(jī)的耐久性高，能長(zhǎng)期連續(xù)工作，并大大超過人的能力。7.2人機(jī)系統(tǒng)的功能分配5.可靠性就人腦而言,可靠性和自動(dòng)結(jié)合能力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機(jī)97.適應(yīng)性人具有隨機(jī)應(yīng)變的能力，具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，對(duì)特定的環(huán)境能很快適應(yīng)；機(jī)沒有隨機(jī)應(yīng)變的能力，只有很低的學(xué)習(xí)能力，只能適應(yīng)事先設(shè)定的環(huán)境。8.創(chuàng)造性人具有創(chuàng)造性和能動(dòng)性，具有思維能力、預(yù)測(cè)能力和歸納總結(jié)能力，會(huì)自己總結(jié)經(jīng)驗(yàn)；機(jī)只能在人所設(shè)計(jì)的程序功能范圍內(nèi)進(jìn)行一定程度的創(chuàng)造性工作,達(dá)到一定程度的智能化。7.2人機(jī)系統(tǒng)的功能分配7.適應(yīng)性人具有隨機(jī)應(yīng)變的能力，具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，對(duì)特10機(jī)器優(yōu)于人的特點(diǎn):操作速度快,能量大,精確度高,能同時(shí)完成多項(xiàng)操作,能實(shí)現(xiàn)高階運(yùn)算和高倍放大,不會(huì)因單調(diào)重復(fù)和疲勞而降低工作效率,對(duì)不利環(huán)境條件的抵抗能力強(qiáng),信息傳遞能力高,記憶速度和保持能力高,能長(zhǎng)期儲(chǔ)存和一次廢除信息,感受和反應(yīng)能力強(qiáng),可靠性好,耐久性高。

人優(yōu)于機(jī)器的特點(diǎn):具有創(chuàng)造性和能動(dòng)性,能靈活處理意外的緊急事態(tài)，人腦的神經(jīng)聯(lián)系復(fù)雜、元件數(shù)量多、體積小、能量消耗少、記憶容量大、可靠度高、自維修功能強(qiáng),某些感覺器官的感受性為目前的機(jī)器傳感裝置所不及。

7.2人機(jī)系統(tǒng)的功能分配機(jī)器優(yōu)于人的特點(diǎn):操作速度快,能量大,精確度高,11

“人”、“機(jī)”功能分配的原則快速、精細(xì)、笨重、危險(xiǎn)、規(guī)律性、單調(diào)重復(fù)、高階運(yùn)算、操作復(fù)雜的工作，宜分配給機(jī)器去做；機(jī)器系統(tǒng)的監(jiān)督、維修、故障處理，指令和程序的安排，對(duì)意外事件的處理以及情況多變的工作，宜分配給人去做。人機(jī)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，要考慮總的效能，不能單純追求自動(dòng)化程度，必須講究系統(tǒng)的生產(chǎn)率、初置成本、使用經(jīng)濟(jì)性、可靠性四者之間的最優(yōu)協(xié)調(diào)。

7.2人機(jī)系統(tǒng)的功能分配“人”、“機(jī)”功能分配的原則7.2人機(jī)系統(tǒng)的功12據(jù)研究資料介紹，一種無人駕駛飛機(jī)的最初800次飛行，失事次數(shù)多達(dá)155次;而同類型的有人駕駛的飛機(jī)，最初800次飛行中，失事次數(shù)只有3次，前者是后者失事次數(shù)的52倍。即使不用人直接駕駛，而僅僅用人作監(jiān)管和后備的飛機(jī)，也比完全自動(dòng)化的無人駕駛飛機(jī)的可靠度高1倍以上。因此，可以認(rèn)為,有人參與的系統(tǒng)會(huì)比全自動(dòng)系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)而可靠。

回到本章目錄7.2人機(jī)系統(tǒng)的功能分配據(jù)研究資料介紹，一種無人駕駛飛機(jī)的最初800次飛行，137.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配人機(jī)界面問題的提出人機(jī)界面優(yōu)化匹配的目標(biāo)人機(jī)界面匹配合理程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)匹配優(yōu)度的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)的軟件系統(tǒng)回到本章目錄7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配人機(jī)界面問題的提出人機(jī)界面147.3.1人機(jī)界面問題的提出

機(jī)械系統(tǒng)的人機(jī)界面（Human-MachineInterface)指的是操作人員和機(jī)器之間相互作用的區(qū)域。人機(jī)界面的問題自20世紀(jì)初就引起了人們的重視，在軍事和大型工業(yè)領(lǐng)域，人們發(fā)現(xiàn)很多重大的事故均源于人機(jī)界面匹配不當(dāng),許多經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)都表明，人機(jī)界面設(shè)計(jì)得不合理將導(dǎo)致操作人員的操作失誤,降低系統(tǒng)運(yùn)行的安全性,甚至于造成重大事故,同時(shí)還會(huì)對(duì)操作人員造成生理或心理上的傷害，許多職業(yè)病也都源于不合理的操作環(huán)境或作業(yè)姿勢(shì)。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配回到本節(jié)目錄7.3.1人機(jī)界面問題的提出7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)15一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的人機(jī)界面是由許多不同類型、不同結(jié)構(gòu)型式的元件構(gòu)成的,通常將每一個(gè)不同的元件稱為一個(gè)因素，人機(jī)界面總體是由許多因素通過某種方式組合而成的。

單因素評(píng)價(jià)是對(duì)系統(tǒng)總體評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。在這方面的研究開展得很多，也很深入。這些單因素研究有手控操縱器、腳控操縱器、座椅、工作臺(tái)、視覺類元件、面板類元件、人體舒適姿勢(shì)、人體測(cè)量、人體動(dòng)作分析、人的失誤等方面。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的人機(jī)界面是由許多不同類型、不同結(jié)構(gòu)型式16當(dāng)前處理機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的幾何位置關(guān)系,主要依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn),或者參考類似機(jī)械系統(tǒng)的人機(jī)界面參數(shù),采用靜態(tài)匹配的方法,設(shè)計(jì)的目的以滿足系統(tǒng)功能為主,對(duì)機(jī)器的宜人性考慮較少。造成機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面只能采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原因在于對(duì)人機(jī)界面還沒有合適的、可操作的、定量的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。由于機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面牽涉的范圍很大，需要考慮的因素很多，有些因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響可能是相反的，致使設(shè)計(jì)人員難以權(quán)衡，同時(shí)，在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)過程中，需要查詢大量的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，繁瑣復(fù)雜，造成現(xiàn)有的一些理論工具很難在實(shí)踐中得到應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，靜態(tài)匹配的設(shè)計(jì)方法在某些設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)被打破，但是這些方法多局限于某一特殊的領(lǐng)域，評(píng)價(jià)手段和過程不具有通用性。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配當(dāng)前處理機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的幾何位置關(guān)系,主要依靠設(shè)17

開展“機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面動(dòng)態(tài)優(yōu)化匹配方法”的研究，其主要目的是要提出一個(gè)客觀的、科學(xué)的、可操作的評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，將機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的評(píng)價(jià)定量化，使不同的設(shè)計(jì)方案具有可比性，以指導(dǎo)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。保證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性，提高系統(tǒng)工效及操作人員的舒適性，使人與機(jī)器設(shè)備、工作環(huán)境更好地配合、協(xié)調(diào)一致，充分保障勞動(dòng)者的身心健康，最大程度地防止職業(yè)病的發(fā)生?；氐奖竟?jié)目錄7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配開展“機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面動(dòng)態(tài)優(yōu)化匹配方法”的研究，187.3.2人機(jī)界面優(yōu)化匹配的目標(biāo)保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性主要是指組成人機(jī)界面的各元件的布置位置，確保不存在引發(fā)事故的潛在危險(xiǎn)源。

(2)提高系統(tǒng)的工效主要是指組成人機(jī)界面的各元件的布置位置,總體布局合理,層次清楚,各元件相對(duì)于操作人員的位置,符合人機(jī)工程設(shè)計(jì)原理和原則,使操作人員能夠高效率地認(rèn)知、識(shí)別及響應(yīng)、操作。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配回到本節(jié)目錄7.3.2人機(jī)界面優(yōu)化匹配的目標(biāo)7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面19(3)改善操作人員的舒適性主要是指組成人機(jī)界面的各元件的布置位置,總體布局非常合理,層次非常清楚,各元件相對(duì)于操作人員的位置,很好地符合人機(jī)工程設(shè)計(jì)原理和原則，使操作人員能夠舒適而高效率地認(rèn)知、識(shí)別及響應(yīng)、操作。(4)保證操作人員的健康，最大程度地防止職業(yè)病的發(fā)生

主要是指組成人機(jī)界面的各元件的布置位置,確保不存在可能引發(fā)操作人員產(chǎn)生職業(yè)病的潛在危險(xiǎn)源。

回到本節(jié)目錄7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(3)改善操作人員的舒適性回到本節(jié)目錄7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)207.3.3人機(jī)界面匹配合理程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)

(1)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配優(yōu)度的概念機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的匹配優(yōu)度，簡(jiǎn)稱匹配優(yōu)度，指的是機(jī)械系統(tǒng)的顯示、操作界面與操作人員之間匹配的合理程度，它是0~1之間的一個(gè)數(shù)值，越接近于1，就表示人與機(jī)器的幾何界面匹配得越好。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配回到本節(jié)目錄7.3.3人機(jī)界面匹配合理程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)7.3機(jī)械系21(2)有關(guān)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配評(píng)價(jià)的基本術(shù)語

a.工況指在機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配評(píng)價(jià)仿真實(shí)驗(yàn)中組成人機(jī)界面的元件的某一種布置方式。

b.重要性表示待評(píng)價(jià)的元件的作用在人機(jī)系統(tǒng)中的地位，包括該元件所顯示的信息或被操作而產(chǎn)生的功能上的后果，以及該元件對(duì)其它元件的影響。c.使用頻率

指的是待評(píng)價(jià)的元件在工作過程中顯示信息或被操作的頻繁程度。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(2)有關(guān)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配評(píng)價(jià)的基本術(shù)語7.3機(jī)械系統(tǒng)22d.最優(yōu)區(qū)域指的是適合于某一百分位人體的幾何區(qū)域，在此區(qū)域中，人體感知信息或人體的操縱動(dòng)作最有效、最舒適、最不易產(chǎn)生疲勞。

e.一般區(qū)域指的是某一百分位的人體所能夠感知信息或操作操縱裝置的區(qū)域。f.功能限制區(qū)域

指的是因機(jī)械系統(tǒng)功能或結(jié)構(gòu)上的需要，使其人機(jī)界面中某一元件必須布置在某區(qū)域,此區(qū)域并非按人機(jī)工程設(shè)計(jì)原理或原則所確定。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配d.最優(yōu)區(qū)域7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配23g.顯示類元件

指的是與視覺有關(guān)的元件，包括各種指示燈和儀表。h.手控操縱器

指的是用手操作的操縱元件。i.腳控操縱器指的是用腳操作的操縱元件。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配g.顯示類元件7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配24(3)模糊綜合評(píng)判

a.模糊集合

Zadeh提出了模糊集合的概念，定義:所謂給定了論域

U上的一個(gè)模糊集合

A，是指對(duì)于任意u∈U，都指定了一個(gè)數(shù)μA(u)∈[0，1]，叫做u對(duì)A的隸屬度。映射μA:U[0,1]

uμA(u)

叫做A的隸屬函數(shù)。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(3)模糊綜合評(píng)判7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配25

簡(jiǎn)單地說，隸屬度指的是某因素屬于某一評(píng)價(jià)的程度。隸屬函數(shù)就是精確性與模糊性連接的紐帶。借助隸屬函數(shù)才有可能對(duì)模糊集合進(jìn)行量化，也才有可能利用精確的數(shù)學(xué)方法去分析和處理模糊信息。隸屬函數(shù)的構(gòu)造并沒有一個(gè)統(tǒng)一的、通用的定理或計(jì)算公式，通常是根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)決定。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配簡(jiǎn)單地說，隸屬度指的是某因素屬于某一評(píng)價(jià)的程度。隸屬26

在實(shí)際應(yīng)用中，隸屬函數(shù)是通過不斷“學(xué)習(xí)”逐步修改完善的。由有限個(gè)元素構(gòu)成的論域稱為有限論域，有限論域上的模糊子集可以用向量來表示。對(duì)人機(jī)界面的評(píng)價(jià)是對(duì)有限個(gè)因素進(jìn)行的，評(píng)價(jià)的結(jié)果就是這有限個(gè)向量構(gòu)成的評(píng)價(jià)矩陣。例如，選評(píng)價(jià)集為｛好，壞｝時(shí)，對(duì)某一系統(tǒng)的評(píng)價(jià)結(jié)果為矩陣（0.8，0.2），那么，按隸屬度解釋，系統(tǒng)評(píng)價(jià)屬于“好”的隸屬度為0.8，屬于“壞”的隸屬度為0.2。從概率角度來說,80%的人認(rèn)為該系統(tǒng)是“好”，20%的人認(rèn)為是“壞”。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配在實(shí)際應(yīng)用中，隸屬函數(shù)是通過不斷“學(xué)習(xí)”逐步修改27b.模糊綜合評(píng)判對(duì)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的匹配優(yōu)度進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，所考慮的因素涉及人體、座椅、工作臺(tái)、顯示器、開關(guān)、腳踏板、操縱桿、指示燈等，每個(gè)因素對(duì)系統(tǒng)的影響都是復(fù)雜的，對(duì)其中任一因素都不能簡(jiǎn)單地以好或壞進(jìn)行評(píng)價(jià)，如何用集合來體現(xiàn)人的評(píng)價(jià)結(jié)果？這實(shí)際上是模糊綜合評(píng)判的問題。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配b.模糊綜合評(píng)判7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配28c.模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算方法的選取在實(shí)際評(píng)價(jià)中，模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算方法的選取是很重要的，不同的運(yùn)算方法將得到不同的結(jié)果，對(duì)應(yīng)不同的問題應(yīng)該選擇不同的運(yùn)算方法。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配c.模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算方法的選取7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)29d.模糊綜合評(píng)判的逆問題模糊綜合評(píng)判實(shí)際上是已知原像（權(quán)重分配行矩陣）和映射（單因素評(píng)判矩陣）求像（模糊綜合評(píng)判的結(jié)果）的問題。實(shí)際工作中常遇到的問題是求原像，即確定權(quán)重分配，這是模糊綜合評(píng)判的逆問題，是進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的主要目的。解這種問題要依靠求解模糊關(guān)系方程。在機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配的仿真實(shí)驗(yàn)研究中，就是已知被試人員的評(píng)判結(jié)果和模糊關(guān)系，求被試人員頭腦中對(duì)各因素的權(quán)重分配。這些權(quán)重的分配在人們?cè)u(píng)價(jià)系統(tǒng)總體特性時(shí)起重要的作用，但是，人們卻很難明確地將它們表達(dá)出來。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配d.模糊綜合評(píng)判的逆問題7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配30e.貼近度貼近度的計(jì)算是試探法求解模糊關(guān)系方程的基礎(chǔ)，貼近度是模糊向量作內(nèi)積和外積運(yùn)算的結(jié)果。不少文獻(xiàn)提出了各種不同的貼近度定義及算法，對(duì)于貼近度的各種不同定義，不能籠統(tǒng)地比較優(yōu)劣，應(yīng)根據(jù)具體問題作具體選擇。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配e.貼近度7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配31(4)匹配優(yōu)度的表達(dá)與計(jì)算

a.匹配優(yōu)度的計(jì)算采用模糊綜合評(píng)判的方法進(jìn)行計(jì)算。

匹配優(yōu)度的計(jì)算過程類似于一個(gè)模糊專家系統(tǒng)的決策判斷過程，它利用已有的知識(shí)對(duì)同一類問題進(jìn)行判斷和分析，評(píng)價(jià)結(jié)果體現(xiàn)了專家的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和決策。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(4)匹配優(yōu)度的表達(dá)與計(jì)算7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配32

人們對(duì)事物進(jìn)行評(píng)價(jià)是一個(gè)很復(fù)雜的過程，它包括了兩個(gè)部分，即客觀評(píng)價(jià)部分和主觀評(píng)價(jià)部分，客觀評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)是評(píng)價(jià)人所掌握的準(zhǔn)則、客觀標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)律，而主觀評(píng)價(jià)則與評(píng)價(jià)人的感覺、習(xí)慣、所處環(huán)境和審美觀等因素相關(guān)。這兩個(gè)部分相互作用、互相影響，給人們對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的分析造成困難。人們無法從評(píng)價(jià)結(jié)果中看出客觀評(píng)價(jià)和主觀評(píng)價(jià)各占有多大的比例。因此，在構(gòu)造評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)將它的權(quán)重因子分成兩個(gè)部分，分別表示主觀因素和客觀因素。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配人們對(duì)事物進(jìn)行評(píng)價(jià)是一個(gè)很復(fù)雜的過程，它包括了兩個(gè)部33

客觀權(quán)重的構(gòu)成是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)指定的重要性和使用頻率。

人的主觀評(píng)價(jià)，尤其是專家的評(píng)價(jià)，是經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的體現(xiàn)，這是有價(jià)值的部分。因此，作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的一個(gè)部分，將人的主觀評(píng)價(jià)規(guī)律作為主觀權(quán)重引入評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以使評(píng)價(jià)結(jié)果更符合人的思維。由于人體尺寸的差異，不同百分位的人體對(duì)同一個(gè)人機(jī)界面的評(píng)價(jià)是不同的。另外，不同用途的系統(tǒng)對(duì)各種顯示元件或操縱元件的要求也不相同，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)所決定的，是客觀因素。因此，我們將它們納入客觀評(píng)價(jià)部分。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配客觀權(quán)重的構(gòu)成是系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)指定的重要性和使用頻率。734對(duì)于某一個(gè)給定的人體（按照性別、年齡段和人體尺寸百分位三個(gè)特征的不同組合選定）Humank

，對(duì)系統(tǒng)中的任意一個(gè)元件

Itemi的評(píng)價(jià)必然與下列因素有關(guān)：重要性

Importancei

使用頻率

Frequencyi

最優(yōu)區(qū)域

AreaBesti

一般區(qū)域

AreaGenerali

功能限制區(qū)域

FuncAreaLimiti

布置位置

Positioni7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配對(duì)于某一個(gè)給定的人體（按照性別、年齡段和人735對(duì)元件Itemi的評(píng)價(jià)結(jié)果可以表示為：

ItemEvaluationi=Φi(AreaBesti

，

AreaGenerali

，F(xiàn)uncAreaLimiti

，Positioni，

Humank

)

式中:Φi

為對(duì)元件Itemi的客觀評(píng)價(jià)函數(shù)。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配對(duì)元件Itemi的評(píng)價(jià)結(jié)果可以表示為：36客觀評(píng)價(jià)與元件Itemi在系統(tǒng)中占有的地位,也就是重要性和使用頻率有關(guān)。這兩個(gè)因素可以表示為該元件在系統(tǒng)中的客觀評(píng)價(jià)權(quán)重系數(shù)，即：

Ωi=ωi(Importancei

,Frequencyi

)

而主觀評(píng)價(jià)規(guī)律的構(gòu)成成分很復(fù)雜，根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果還無法一一將所有的影響因素羅列出來，也不能定量地指出各因素之間的相互關(guān)系，因此將主觀評(píng)價(jià)規(guī)律以權(quán)重系數(shù)

Ψ的形式引入，與客觀評(píng)價(jià)權(quán)重系數(shù)Ω組合成一個(gè)總的權(quán)重系數(shù)W

:

W=f(Ω,Ψ)7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配客觀評(píng)價(jià)與元件Itemi在系統(tǒng)中占有37于是，對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)就可以表示為:

式中:k表示給定的人體,Wi表示總的權(quán)重系數(shù),上角標(biāo)*表示評(píng)價(jià)采用的是廣義的求和、求積運(yùn)算。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配于是，對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)就可以表示為:7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)38b.評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)單一因素評(píng)價(jià)的結(jié)果是一個(gè)向量，所有的向量按照下式構(gòu)成對(duì)系統(tǒng)的單因素評(píng)價(jià)矩陣：

R=(r1

r2…

rn)T因此，對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)為：Es=A○R

式中○表示模糊運(yùn)算子，A表示待評(píng)價(jià)因素的重要性權(quán)重系數(shù)。最后，對(duì)Es進(jìn)行歸一化處理,即得:

這就是對(duì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的結(jié)果，即匹配優(yōu)度的表達(dá)式。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配b.評(píng)價(jià)結(jié)果因此，對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)為：7.3機(jī)械系39(5)隸屬度運(yùn)用隸屬函數(shù)將已有的研究結(jié)論和數(shù)據(jù)統(tǒng)一起來是本項(xiàng)研究的一個(gè)重要特點(diǎn)，是評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算的基礎(chǔ)。

梯形函數(shù)7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(5)隸屬度梯形函數(shù)7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配40

上圖中的d為評(píng)價(jià)函數(shù)中“穩(wěn)定評(píng)價(jià)區(qū)域”的中心，“穩(wěn)定評(píng)價(jià)區(qū)域”表示在這一區(qū)域內(nèi)對(duì)該因素的評(píng)價(jià)是一致的，即在d的f鄰域內(nèi)的評(píng)價(jià)都是一樣的；d-f的左邊，對(duì)該因素的評(píng)價(jià)是線性下降的，下降的速度由g的大小決定；在d+f的右邊，對(duì)該因素的評(píng)價(jià)也是線性下降的，下降速度由h的大小決定。梯形函數(shù)的表達(dá)式示如下：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配上圖中的d為評(píng)價(jià)函數(shù)中“穩(wěn)定評(píng)價(jià)區(qū)域”41(6)主觀評(píng)價(jià)規(guī)律a.主觀評(píng)價(jià)規(guī)律權(quán)重系數(shù)人對(duì)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，通常是從現(xiàn)實(shí)的人機(jī)界面中逐一提取組成元件的特征參數(shù)與人腦中的已有知識(shí)比較，經(jīng)過綜合后作出的決策。知識(shí)的范圍很廣，最主要的是那些可稱為“公理”的知識(shí)，即被絕大多數(shù)人認(rèn)同的知識(shí)。在引入主觀評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)“公理”性的知識(shí)，仍然采用客觀評(píng)價(jià)的結(jié)果，對(duì)難以準(zhǔn)確描述的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，則采用“主觀評(píng)價(jià)規(guī)律權(quán)重系數(shù)”的方式體現(xiàn)，系數(shù)通過人機(jī)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法確定。

7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(6)主觀評(píng)價(jià)規(guī)律7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配42“主觀評(píng)價(jià)規(guī)律權(quán)重系數(shù)”表示人在作主觀評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)不同類型的元件所分配的權(quán)重。它與人的主觀感受有關(guān)，反映了人在作主觀評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)各類元件的評(píng)價(jià)在系統(tǒng)總體評(píng)價(jià)中的比例。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配“主觀評(píng)價(jià)規(guī)律權(quán)重系數(shù)”表示人在作主觀評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)不43b.機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面多參數(shù)調(diào)節(jié)式仿真試驗(yàn)臺(tái)

7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配44機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面多參數(shù)調(diào)節(jié)式仿真試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面多參數(shù)調(diào)節(jié)式仿真試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖7.3機(jī)械45該試驗(yàn)臺(tái)能夠模擬多數(shù)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的匹配關(guān)系；試驗(yàn)臺(tái)各部件的幾何位置是可以調(diào)節(jié)的，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)多種實(shí)驗(yàn)工況，并且能夠使用攝像系統(tǒng)記錄實(shí)驗(yàn)過程，供后續(xù)分析使用。該仿真試驗(yàn)系統(tǒng)還可以作為研究人機(jī)界面的一種試驗(yàn)設(shè)備，通過試驗(yàn)的方法來評(píng)價(jià)人機(jī)界面匹配的合理程度，進(jìn)而指導(dǎo)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。該試驗(yàn)臺(tái)是根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理和人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則，依據(jù)有關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。試驗(yàn)臺(tái)主要部件的安裝位置都是可調(diào)節(jié)的,其調(diào)節(jié)范圍可以覆蓋不同百分位成年人的人體尺寸范圍。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配該試驗(yàn)臺(tái)能夠模擬多數(shù)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的匹配關(guān)系；試驗(yàn)46部件可調(diào)節(jié)的因素配備的附件座椅座椅的安裝位置、座面高度、靠背傾斜角度、腰靠位置手控操縱器安裝位置根據(jù)不同需要選擇一種或多種元件（旋鈕、開關(guān)等）腳控操縱器腳踏板的安裝位置不同形式的踏板儀表板傾斜角度，安裝位置儀表安裝位置根據(jù)不同需要選擇不同尺寸的指針式或數(shù)字式儀表指示燈安裝位置根據(jù)不同需要選擇不同類型、顏色、大小的指示燈工作臺(tái)臺(tái)面高度，臺(tái)面相對(duì)于水平面的傾角7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配部件可調(diào)節(jié)的因素配備的附件座椅座椅的安裝47

表7-2中各部件安裝位置的調(diào)節(jié)均在一定范圍內(nèi)進(jìn)行。所謂“一定范圍”，是指無論視覺顯示區(qū)域、手控操縱區(qū)域、腳控操縱區(qū)域、座椅、還是輔助裝置的安裝區(qū)域，都是以前研究中已經(jīng)提出的、覆蓋我國(guó)成年人人體尺寸范圍的控制區(qū)域，包括最優(yōu)區(qū)域、一般區(qū)域和最大區(qū)域。也就是說，“一定范圍”是以人機(jī)界面合理匹配關(guān)系研究中所提出的有關(guān)數(shù)據(jù)為依據(jù)的，各種操縱動(dòng)作在該區(qū)域內(nèi)均視為有效，符合人機(jī)界面合理匹配的原則，也符合操縱裝置的布置原則。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配表7-2中各部件安裝位置的調(diào)節(jié)均在一定范圍內(nèi)進(jìn)行48c.實(shí)驗(yàn)工況設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)人員選擇所有實(shí)驗(yàn)工況都是由以下幾大類元件組合而成：視覺類元件、手控操縱器、腳控操縱器、儀表板和座椅。其中，視覺類元件包括指示燈、指針式儀表1、指針式儀表2及儀表板；手控操縱器包括按鍵、旋鈕、開關(guān)、操縱桿及方向盤；腳控操縱器是不同形式的腳踏板。每個(gè)元件可調(diào)節(jié)的范圍是不一樣的，一般都含有最優(yōu)區(qū)域、最大區(qū)域、一般區(qū)域?？紤]到人對(duì)事物評(píng)價(jià)的模糊性，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的原理，制定實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配c.實(shí)驗(yàn)工況設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)人員選擇7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)49一級(jí)（很舒適）操作完成后，被試感覺各元件位置布置得當(dāng)，無勞累感覺，操作無障礙，視覺舒適，操作力度合適。二級(jí)（舒適）操作完成后，被試感覺各元件位置布置基本得當(dāng)，身體局部有輕度勞累感，操作無很大障礙，視覺較舒適，操作力度較合適。三級(jí)（一般）被試操作幅度較大，存在操作障礙并出現(xiàn)交叉操作現(xiàn)象，視覺不舒適，操作力度不夠，有輕度勞累感。四級(jí)（不舒適）操作完成后，被試明顯感到各元件位置布置不合理，視覺勞累，身體各部位移動(dòng)幅度較大，操作力度明顯不夠，身體感覺勞累。五級(jí)（很不舒適）操作時(shí)，被試對(duì)各操縱器的操作費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，視覺很勞累，一段時(shí)間之后，全身勞累，從心理上不想再繼續(xù)操作。一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)分別記為5、4、3、2、1分。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配一級(jí)（很舒適）操作完成后，被試感覺各元件位置布置得當(dāng)，無50被試是指在試驗(yàn)臺(tái)上操作的人，我們挑選了身高符合GB10000-88《中國(guó)成年人人體尺寸》第5、第50、第95三個(gè)典型百分位尺寸的成年男子和成年女子共27名參與試驗(yàn)。他們是具有大學(xué)本科以上學(xué)歷的在校本科生、研究生或教師，對(duì)人機(jī)工程學(xué)的基本知識(shí)都有一定程度的了解，有的還是這方面的研究人員或?qū)＜?，因此，他們的評(píng)價(jià)結(jié)果具有一定的代表性。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配被試是指在試驗(yàn)臺(tái)上操作的人，我們挑選了身高符合GB51d.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)模糊綜合評(píng)判中，A和R為已知，由此而求出B:B=A○R這類問題,稱為綜合評(píng)判的正問題。如果已知的是B和R，A為未知，要根據(jù)B和R求A，即:X○R=B或者A，B為已知，R為未知，要根據(jù)A、B求R，即:

A○X=B這兩類問題，稱為綜合評(píng)判的逆問題。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配d.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配52

權(quán)重分配A的確定并無通用的計(jì)算公式，正確與否往往取決于專家的判斷或有經(jīng)驗(yàn)者長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)很難用數(shù)學(xué)公式表達(dá)。但B往往可以通過實(shí)踐檢驗(yàn)建立起來，因此，由B和R反過來求A，有利于總結(jié)專家的經(jīng)驗(yàn)，使它得到量化。同樣道理，由A、B求R，可以幫助我們檢驗(yàn)建立起來的數(shù)學(xué)模型是否合適。從模糊數(shù)學(xué)的角度看，模糊綜合評(píng)判的逆問題，實(shí)質(zhì)就是求解模糊關(guān)系方程的問題。而一個(gè)模糊關(guān)系方程可能有解，也可能無解。當(dāng)模糊關(guān)系方程有解時(shí)，解往往不止一個(gè)，而是一個(gè)或多個(gè)解區(qū)間，這時(shí)，是取方程的最大解，極小解還是取它們的中間值，在處理綜合評(píng)判的逆問題時(shí)，只有根據(jù)實(shí)際情況才能作出恰當(dāng)?shù)木駬瘛?.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配53當(dāng)用試探法求解模糊關(guān)系方程（7-21）時(shí)（式中X即為我們要求的A），可事先人為地給出k個(gè)權(quán)重分配：A1,A2,A3,…，Ak然后分別代入方程（7-20）求出B：

Bj=Aj○R(j=1,2,…,k)再根據(jù)擇近原則求出與已知的B最貼近的模糊集，即若:

則Bj0所對(duì)應(yīng)的Aj0即是所求的近似權(quán)重分配。在實(shí)驗(yàn)中代表了人在對(duì)人機(jī)界面進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)各因素分配的權(quán)重，體現(xiàn)了人的主觀評(píng)價(jià)規(guī)律。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配當(dāng)用試探法求解模糊關(guān)系方程（7-21）時(shí)（式中X即為我們54e.數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果①視覺類元件和座椅在整個(gè)系統(tǒng)中所占的權(quán)重比較大。②相對(duì)于視覺類元件和座椅，操作類元件（操縱器）在整個(gè)系統(tǒng)中所占的權(quán)重較??；其中，手控操縱器占有比腳控操縱器稍大的權(quán)重。③被試對(duì)人機(jī)界面的綜合評(píng)價(jià)具有一定的可靠性和實(shí)用性。④試驗(yàn)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)成績(jī)與試驗(yàn)系統(tǒng)中大多數(shù)元件的評(píng)價(jià)成績(jī)間存在著顯著的相關(guān)性。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配e.數(shù)據(jù)處理7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配55主觀評(píng)價(jià)規(guī)律的計(jì)算采用非線性規(guī)劃與試探法相結(jié)合的方法，求解模糊方程，對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將貼近度作為迭代計(jì)算的核心問題，在整個(gè)可能解空間內(nèi)反復(fù)搜索，直到尋找到一個(gè)貼近度最大的解作為權(quán)重分配方案。對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)工況和算子選擇方案下的10個(gè)因素：指示燈、儀表1、儀表2、儀表板、按鍵、旋鈕、開關(guān)、操縱桿、腳踏板和座椅，分別編寫優(yōu)化計(jì)算程序共60個(gè)，每個(gè)程序都在可行的范圍內(nèi)逐一測(cè)試，反復(fù)計(jì)算和比較貼近度，計(jì)算時(shí)，對(duì)于相近的貼近度，經(jīng)過近350小時(shí)的反復(fù)計(jì)算，得出了多組不同的權(quán)重分配方案進(jìn)行比較。對(duì)于這些不同權(quán)重分配方案，選擇其中貼近度最大的一個(gè)作為優(yōu)選方案。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配主觀評(píng)價(jià)規(guī)律的計(jì)算7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配56

不同算子下計(jì)算結(jié)果的綜合比較（節(jié)選部分工況）7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配不同算子下計(jì)算結(jié)果的綜合比較（節(jié)選部分工況）7.3機(jī)械系統(tǒng)57不同算子的比較7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配不同算子的比較7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配58決定選用有界和與積算子下的計(jì)算結(jié)果作為主觀評(píng)價(jià)規(guī)律權(quán)系數(shù)的實(shí)用值，如表所示。

元件視覺類元件儀表板手操縱元件腳操縱元件座椅Ψ0.200.220.320.090.177.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配決定選用有界和與積算子下的計(jì)算結(jié)果作為主觀評(píng)價(jià)規(guī)律權(quán)系數(shù)的實(shí)59(7)將主觀評(píng)價(jià)規(guī)律引入評(píng)價(jià)體系的方法在式(7-14)中,Ω

表示客觀因素權(quán)系數(shù),Ψ表示主觀評(píng)價(jià)規(guī)律權(quán)系數(shù),f

表示它們的一種組合方式,f

的選擇必須使構(gòu)造出來的權(quán)重

W滿足歸一化的要求。

建立方程組:在此f采用的是直接迭加的方式，即:(7-25)

7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(7)將主觀評(píng)價(jià)規(guī)律引入評(píng)價(jià)體系的方法建立方程組60對(duì)于任意給定的實(shí)數(shù)t∈R，由于所以

W滿足歸一化要求。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配對(duì)于任意給定的實(shí)數(shù)t∈R，7.3機(jī)61雖然式(7-25)中t的選取從函數(shù)的構(gòu)造上沒有特別的限制，可以取任意的實(shí)數(shù)，但是，為了使評(píng)價(jià)有意義，研究中規(guī)定t的取值范圍為t∈[0,1]。

當(dāng)t=0時(shí)，權(quán)重W中僅含有主觀評(píng)價(jià)成分，因此，可以將評(píng)價(jià)結(jié)果作為主觀評(píng)價(jià)使用。

當(dāng)t=1時(shí)，權(quán)重W中僅含有客觀評(píng)價(jià)成分，即不考慮主觀評(píng)價(jià)規(guī)律的影響。

當(dāng)t∈(0,1)時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果中就結(jié)合了主觀和客觀規(guī)律在內(nèi)，t越大，客觀評(píng)價(jià)的成分就越大，t越小，主觀評(píng)價(jià)的成分就越大。如果實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)樣本選擇較好，那么主觀評(píng)價(jià)規(guī)律能夠較好地反映人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配雖然式(7-25)中t的選取從函數(shù)的構(gòu)造上沒有62(8)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的評(píng)價(jià)指標(biāo)

a.分層次模糊綜合評(píng)判運(yùn)用分層次模糊綜合評(píng)判的方法對(duì)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程可以概括為四個(gè)步驟：①系統(tǒng)層次劃分;②各層次權(quán)重系數(shù)的確定;③從低層次開始逐層進(jìn)行評(píng)價(jià);④對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理。

7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(8)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的評(píng)價(jià)指標(biāo)7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)63待評(píng)價(jià)因素的層次結(jié)構(gòu)圖7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配待評(píng)價(jià)因素的層次結(jié)構(gòu)圖7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配64

b.具體表達(dá)式的推導(dǎo)

組成機(jī)械系統(tǒng)的元件十分復(fù)雜，不能分得太具體，研究中將人機(jī)界面的組成元素按照操作方式分為六大類：視覺類（V），手操作類（H），腳操作類（F），工作臺(tái)類（T），面板類（P）和座椅類（S），以此為基礎(chǔ)構(gòu)造實(shí)際的評(píng)價(jià)模型。評(píng)價(jià)模型中采用的數(shù)據(jù)是人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)中已有的研究結(jié)論，具有完整性和權(quán)威性。評(píng)價(jià)采用五級(jí)評(píng)分制，即選評(píng)價(jià)集為:

B=(b1,b2,b3,b4,b5)=(優(yōu)秀，良好，中等，較差，極差)。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配b.具體表達(dá)式的推導(dǎo)7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配65

視覺類元件：對(duì)視覺類元件（V），考慮它的三個(gè)因素：

①該元件的位置與操作者的距離v1；②該元件在垂直面所處的區(qū)域v2；③該元件在水平面所處的區(qū)域v3。以元件在垂直面所處的區(qū)域v2為例，根據(jù)已有的研究數(shù)據(jù)，在垂直面內(nèi)，根據(jù)辨別能力，其視角可以分為下圖表示的幾個(gè)區(qū)域，即辯色范圍（BOG），眼睛最大活動(dòng)角（COF），眼睛最容易活動(dòng)角（DOE），視線極限角（AOH）等。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配視覺類元件：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配66

辯色范圍（BOG）眼睛最大活動(dòng)角（COF）眼睛最容易活動(dòng)角（DOE）視線極限角（AOH）等人眼的視覺特征7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配辯色范圍（BOG）人眼的視覺特征7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)67

根據(jù)梯形函數(shù)的表達(dá)式(7–21)，可以構(gòu)造隸屬函數(shù)。例如，隸屬于評(píng)價(jià)“極差”(b5)的隸屬函數(shù)為：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配根據(jù)梯形函數(shù)的表達(dá)式(7–21)，可以構(gòu)造隸屬函數(shù)。68

隸屬于評(píng)價(jià)“較差”(b4)的隸屬函數(shù)為：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配隸屬于評(píng)價(jià)“較差”(b4)的隸屬函數(shù)為：7.3機(jī)械系統(tǒng)人69

隸屬于評(píng)價(jià)“中等”(b3)的隸屬函數(shù)為：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配隸屬于評(píng)價(jià)“中等”(b3)的隸屬函數(shù)為：7.3機(jī)械系統(tǒng)人70

隸屬于評(píng)價(jià)“良好”(b2)的隸屬函數(shù)為：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配隸屬于評(píng)價(jià)“良好”(b2)的隸屬函數(shù)為：7.3機(jī)械系統(tǒng)人71

隸屬于評(píng)價(jià)“優(yōu)秀”(b1)的隸屬函數(shù)為：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配隸屬于評(píng)價(jià)“優(yōu)秀”(b1)的隸屬函數(shù)為：7.3機(jī)械系統(tǒng)人72

利用這5個(gè)隸屬函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺類元件垂直面布置位置的模糊評(píng)價(jià)，即得：

對(duì)該視覺類元件的其余兩個(gè)因素v1和v3評(píng)價(jià)的方法是類似的。都必須先構(gòu)造隸屬函數(shù)（每個(gè)因素各5個(gè)），再計(jì)算待評(píng)價(jià)因素對(duì)各隸屬函數(shù)的隸屬度，這樣就分別計(jì)算出和：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配利用這5個(gè)隸屬函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)視覺類元件垂直面布73

因此，對(duì)該視覺類元件的單因素評(píng)價(jià)矩陣Rv就是由這三個(gè)因素組成：

7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配因此，對(duì)該視覺類元件的單因素評(píng)價(jià)矩陣Rv就是由74

Rv

中的元素表示評(píng)價(jià)因素對(duì)評(píng)價(jià)集的隸屬度，由于各評(píng)價(jià)因素一般是相互獨(dú)立的，相關(guān)性很小。從Rv

中還不能明確地體現(xiàn)對(duì)該元件的評(píng)價(jià)結(jié)果。為此，根據(jù)該元件各因素的重要性，構(gòu)造權(quán)重矩陣:并且，令

定義評(píng)判結(jié)果為:

○7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配Rv中的元素表示評(píng)價(jià)因素對(duì)評(píng)價(jià)集的隸屬度，由于各評(píng)75

這里的○表示模糊運(yùn)算子，可以根據(jù)實(shí)際評(píng)判的需要選擇不同的類型。模糊矩陣和的廣義乘積為模糊矩陣，它就是對(duì)視覺類元件的評(píng)價(jià)結(jié)果。中的各元素為：

手操作類元件（H），腳操作類元件（F），工作臺(tái)類元件（T），面板類元件（P）和座椅類元件（S），均可用類似方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配這里的○表示模糊運(yùn)算子，可以根據(jù)實(shí)際評(píng)判的需要選76系統(tǒng)總體評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)矩陣：

7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配系統(tǒng)總體評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)矩陣：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配77并且，令

○7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配并且，令○7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配78計(jì)算出的系統(tǒng)評(píng)價(jià)是一個(gè)模糊集合，集合中的元素表示隸屬于評(píng)價(jià)集的隸屬度，要判斷對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，采用“最大隸屬原則”，其定義為：

對(duì)于Zadeh算子，B中各元素計(jì)算得：7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配計(jì)算出的系統(tǒng)評(píng)價(jià)是一個(gè)模糊集合，集合中的元素表示隸屬79設(shè)A1，A2，…，An

∈F（U），u0∈U，若有i∈{1，2，…，n}，使：

則認(rèn)為u0相對(duì)隸屬于Ai。

根據(jù)該原則，取B中最大值對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)作為對(duì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。回到本節(jié)目錄7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配設(shè)A1，A2，…，An∈F（U），u0∈U，若有i807.3.4機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配評(píng)價(jià)的軟件系統(tǒng)

用于機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面評(píng)價(jià)及匹配優(yōu)度計(jì)算的軟件系統(tǒng)—HMIE（Human-MachineInterfaceEvaluation)。(1)軟件系統(tǒng)的功能軟件主要含有建模、評(píng)價(jià)、人體數(shù)據(jù)和人體模型等模塊。HMIE軟件系統(tǒng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，將評(píng)價(jià)模型及評(píng)價(jià)過程由數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)程序，它含有GB10000-88《中國(guó)成年人人體尺寸》的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和人機(jī)工程學(xué)、人體生物力學(xué)等學(xué)科的基本規(guī)則及人機(jī)界面評(píng)價(jià)的相關(guān)參數(shù)，其中包括通過實(shí)驗(yàn)得出的主觀評(píng)價(jià)規(guī)律權(quán)重系數(shù)。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配回到本節(jié)目錄7.3.4機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配評(píng)價(jià)的軟件系統(tǒng)7.3機(jī)81運(yùn)用該評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠在計(jì)算機(jī)上隨意地構(gòu)造機(jī)械系統(tǒng)的虛擬人機(jī)界面，對(duì)其中任意一個(gè)元件的重要性、使用頻率等客觀權(quán)重可以根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要進(jìn)行調(diào)整，對(duì)元件的幾何尺寸、安裝位置和角度等因素均可任意改動(dòng)，同時(shí)，能夠反復(fù)對(duì)單一元件或整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果以對(duì)話框和文件的形式輸出，用于分析評(píng)價(jià)的詳細(xì)過程。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配運(yùn)用該評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠在計(jì)算機(jī)上隨意地構(gòu)造機(jī)械系統(tǒng)的82在計(jì)算機(jī)上構(gòu)造的機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面是三維的實(shí)體，可以從空間的任意角度查看人機(jī)界面，以直觀地檢驗(yàn)?zāi)承┰O(shè)計(jì)時(shí)存在的干涉問題，同時(shí)，系統(tǒng)還提供了三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的視圖—主視圖、俯視圖和側(cè)視圖，通過坐標(biāo)鎖定功能，能夠方便地用鼠標(biāo)器在屏幕上準(zhǔn)確地選擇、移動(dòng)和修改元件。通過內(nèi)嵌的人體模型，可以選擇不同百分位、不同性別、不同年齡的中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸對(duì)虛擬的人機(jī)界面進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出匹配優(yōu)度。整個(gè)評(píng)價(jià)過程可以在瞬間完成，界面標(biāo)準(zhǔn)，易學(xué)易用。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配在計(jì)算機(jī)上構(gòu)造的機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面是三維的實(shí)體，可以從83(2)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)HMIE完全具備了JensenHolland指出的6條基本要求：a.采用面向?qū)ο蟮姆椒?；b.采用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)；c.實(shí)現(xiàn)基本的圖形編輯手段；d.菜單驅(qū)動(dòng)；e.動(dòng)態(tài)屬性修改；f.全屏幕編輯。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(2)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配84機(jī)械系統(tǒng)的虛擬人機(jī)界面7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配機(jī)械系統(tǒng)的虛擬人機(jī)界面7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配85軟件評(píng)價(jià)流程圖7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配軟件評(píng)價(jià)流程圖7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配86a.根據(jù)待評(píng)價(jià)人機(jī)系統(tǒng)的幾何構(gòu)造草圖，初步確定其人機(jī)界面各組成元件的重要性、使用頻率、元件形式、元件數(shù)量等等。這些特性在系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)確定了。b.確定人機(jī)系統(tǒng)中“人”的特性。不同的系統(tǒng)對(duì)操作人員的要求不同，因此要確定合適的操作人員。c.調(diào)整各個(gè)元件的位置使之與設(shè)計(jì)草圖一致。d.選取一個(gè)百分位、性別、年齡的人體對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。(3)軟件評(píng)價(jià)的實(shí)施步驟7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配a.根據(jù)待評(píng)價(jià)人機(jī)系統(tǒng)的幾何構(gòu)造草圖，初步確定其人機(jī)87e.如果對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果滿意，則終止評(píng)價(jià)過程，根據(jù)需要保存或打印所設(shè)計(jì)的人機(jī)界面及評(píng)價(jià)結(jié)果，否則繼續(xù)調(diào)整各元件的相對(duì)位置，再重新評(píng)價(jià)，直到滿意為止。f.根據(jù)需要調(diào)整元件的權(quán)重系數(shù)，或選用不同的人體對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。g.更換不同的元件反復(fù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。h.如果有不同的設(shè)計(jì)方案，則對(duì)別的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配e.如果對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果滿意，則終止評(píng)價(jià)過程，根據(jù)需要保存88軟件運(yùn)行界面7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配軟件運(yùn)行界面7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配89評(píng)價(jià)人體數(shù)據(jù)輸入7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配評(píng)價(jià)人體數(shù)據(jù)輸入7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配90添加評(píng)價(jià)人體圖7-15c17.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配添加評(píng)價(jià)人體圖7-15c17.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹91添加工作臺(tái)、儀表板、座椅7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配添加工作臺(tái)、儀表板、座椅7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配92添加方向盤、布置操縱桿、布置腳控元件7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配添加方向盤、布置操縱桿、布置腳控元件7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面93布置儀表板元件7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配布置儀表板元件7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配94評(píng)價(jià)結(jié)果7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配評(píng)價(jià)結(jié)果7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配95直觀評(píng)價(jià)——拉變速桿、撥旋鈕，踩腳踏板回到本節(jié)目錄7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配直觀評(píng)價(jià)——拉變速桿、撥旋鈕，踩腳踏板回到本節(jié)目錄7.3機(jī)967.3.5機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配優(yōu)度的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

采用這種方法進(jìn)行評(píng)價(jià)的基本步驟是：首先根據(jù)實(shí)際問題初步設(shè)計(jì)出若干種可供選擇的人機(jī)界面配置方案；由此確定需要進(jìn)一步通過仿真試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)的典型試驗(yàn)工況；按照所選擇的試驗(yàn)工況，在試驗(yàn)臺(tái)上布置人機(jī)界面中各元件的位置；根據(jù)系統(tǒng)的使用條件及其適用的人群范圍選擇典型的被試；對(duì)各試驗(yàn)工況進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)；根據(jù)試驗(yàn)得出的評(píng)價(jià)成績(jī)，對(duì)所研究的人機(jī)界面進(jìn)行匹配評(píng)價(jià)，從中選出優(yōu)化匹配方案。

7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配回到本節(jié)目錄7.3.5機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配優(yōu)度的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

97(1)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配評(píng)價(jià)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)a.試驗(yàn)工況的選擇b.試驗(yàn)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)c.試驗(yàn)指導(dǎo)語d.試驗(yàn)評(píng)價(jià)的評(píng)分e.被試的選擇7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(1)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配評(píng)價(jià)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)98(2)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配合理程度的評(píng)價(jià)試驗(yàn)評(píng)價(jià)試驗(yàn)在“機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面優(yōu)化匹配多參數(shù)調(diào)節(jié)式仿真試驗(yàn)臺(tái)”上進(jìn)行。按照所選擇的試驗(yàn)工況，由主試在試驗(yàn)臺(tái)上布置人機(jī)界面中各元件的位置；被試在指導(dǎo)語的提示下對(duì)當(dāng)前試驗(yàn)工況進(jìn)行規(guī)范操作；根據(jù)自身的真實(shí)感受給當(dāng)前試驗(yàn)工況綜合評(píng)價(jià)評(píng)分。所有被試對(duì)每一種試驗(yàn)工況都完成試驗(yàn)和評(píng)分后，收集和保存好試驗(yàn)評(píng)價(jià)評(píng)分統(tǒng)計(jì)表，查看是否有遺漏。全部試驗(yàn)完成后,在主試的指導(dǎo)下,被試可按自己的感受布置一種自己認(rèn)為最佳的工況,用攝像系統(tǒng)攝下這一工況的圖像,輸入圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，得出該工況的布置尺寸。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(2)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配合理程度的評(píng)價(jià)試驗(yàn)評(píng)價(jià)試驗(yàn)7.399(3)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配合理程度的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

完成評(píng)價(jià)試驗(yàn)后，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，求出不同性別、不同身高的被試對(duì)各試驗(yàn)工況評(píng)分成績(jī)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差并且比較其差異大小。然后，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(平均成績(jī)或平均秩越高，舒適的程度就越高)，選取評(píng)價(jià)成績(jī)好的若干個(gè)試驗(yàn)工況作為機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)優(yōu)化匹配工況。如有必要，還可對(duì)所選取的準(zhǔn)優(yōu)化匹配界面進(jìn)行進(jìn)一步的專家級(jí)試驗(yàn)評(píng)價(jià)，并從中選取最優(yōu)匹配的人機(jī)界面。7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(3)機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面匹配合理程度的試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法

100(4)評(píng)價(jià)示例以一種通用機(jī)械系統(tǒng)的人機(jī)界面為例,人機(jī)界面由三個(gè)視覺類元件（指示燈、儀表1、儀表2），三個(gè)手操作類元件（按鍵、旋鈕、開關(guān)），一個(gè)腳操作類元件（腳踏板）和一個(gè)座椅類部件（座椅）組成。通過初始設(shè)計(jì)，共確定了20種典型試驗(yàn)工況。

回到本節(jié)目錄7.3機(jī)械系統(tǒng)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配(4)評(píng)價(jià)示例以一種通用機(jī)械系統(tǒng)的人機(jī)界面為例,人1017.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在機(jī)器設(shè)計(jì)中的地位和作用人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念對(duì)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序

人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)

人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法

回到本章目錄7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在機(jī)器設(shè)計(jì)中的地位和作用人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的1027.4.1人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在機(jī)器設(shè)計(jì)中的地位和作用

機(jī)器設(shè)計(jì)過程的六個(gè)階段:原理設(shè)計(jì)；概略設(shè)計(jì)或初步設(shè)計(jì)；人機(jī)工程設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；造型設(shè)計(jì)；完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在完成機(jī)器設(shè)計(jì)的總?cè)蝿?wù)中,人機(jī)工程設(shè)計(jì)的作用主要是使“人”與“機(jī)”高度協(xié)調(diào)地統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)之中,實(shí)現(xiàn)人機(jī)系統(tǒng)綜合性能的優(yōu)化?；氐奖竟?jié)目錄7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.4.1人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在機(jī)器設(shè)計(jì)中的地位和作用回到本節(jié)目1037.4.2人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念(1)設(shè)計(jì)是人們對(duì)特定問題的主動(dòng)求解活動(dòng)a.問題的“真實(shí)性”考查b.問題的“定義”c.問題的“求解策略”7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)回到本節(jié)目錄7.4.2人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)回到本節(jié)104(2)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特定問題是謀求整個(gè)人機(jī)系統(tǒng)的綜合優(yōu)化。著重掌握以下幾點(diǎn)要領(lǐng):系統(tǒng)的觀念：“系統(tǒng)”是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合成的、具有特定功能的有機(jī)整體。b.

人機(jī)系統(tǒng)的性質(zhì):在于“人”、“機(jī)”之間存在著信息、能量、物質(zhì)的傳遞和交換。c.人的主導(dǎo)作用：肯定人機(jī)系統(tǒng)中人的主導(dǎo)地位和作用，是人機(jī)工程學(xué)的一個(gè)基本思想。d.人機(jī)功能的合理分配e.人機(jī)界面的優(yōu)化匹配:人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須在產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)的初期就介入進(jìn)去，以利于充分考慮人的因素，反映人的需要。7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(2)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)105(3)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)

人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在總體上、系統(tǒng)級(jí)的最高層次上正確解決好人機(jī)功能分配、人機(jī)關(guān)系協(xié)調(diào)、人機(jī)界面匹配三個(gè)基本問題,以求得令人滿意的人機(jī)系統(tǒng)方案,獲得安全、健康、舒適、高效的綜合效益?；氐奖竟?jié)目錄7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(3)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)回到本節(jié)目錄7.4人機(jī)系1067.4.3對(duì)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求(1)系統(tǒng)功能達(dá)到預(yù)定的目標(biāo),完成預(yù)定的任務(wù)。(2)系統(tǒng)中人與機(jī)器都能充分發(fā)揮各自的作用,彼此協(xié)調(diào)地工作,既要使機(jī)器發(fā)揮最高的效能，又要使操作者付出盡量少的勞動(dòng)。使得人機(jī)系統(tǒng)的總體效率盡量提高而能耗盡量降低。(3)人機(jī)系統(tǒng)必須安全可靠。(4)人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)使操作者在操作時(shí)感到舒適和方便。(5)人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須充分考慮其社會(huì)效益。(6)系統(tǒng)的輸入和輸出功能符合設(shè)計(jì)能力,其調(diào)整環(huán)節(jié)應(yīng)力求完善?；氐奖竟?jié)目錄7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.4.3對(duì)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求回到本節(jié)目錄7.4人機(jī)系1077.4.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容(1)確定人機(jī)系統(tǒng)的功能及其在人、機(jī)間的合理分配。(2)信息顯示器的選型、設(shè)計(jì)和布置。(3)操縱器的選型、設(shè)計(jì)和布置。(4)機(jī)器的危區(qū)分析和安全防護(hù)設(shè)計(jì)。(5)人機(jī)界面的優(yōu)化匹配。(6)人機(jī)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)。(7)作業(yè)空間設(shè)計(jì)。(8)作業(yè)環(huán)境的設(shè)計(jì)和控制。

回到本節(jié)目錄7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.4.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容回到本節(jié)目錄7.4人機(jī)系統(tǒng)1087.4.5人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序定義系統(tǒng)目標(biāo)和作業(yè)要求系統(tǒng)作業(yè)要求應(yīng)定義三方面的內(nèi)容：a.系統(tǒng)做什么？b.做的標(biāo)準(zhǔn)是什么？c.如何進(jìn)行測(cè)量？(2)定義系統(tǒng)的輸入/輸出及其功能(3)初步設(shè)計(jì)：功能分配、作業(yè)要求研究及作業(yè)分析。(4)人機(jī)界面設(shè)計(jì)(5)作業(yè)輔助設(shè)計(jì)：制定對(duì)使用者的素質(zhì)要求和選擇操作人員的標(biāo)準(zhǔn)；設(shè)計(jì)操作手冊(cè)、作業(yè)輔助手段、培訓(xùn)方案。(6)系統(tǒng)驗(yàn)證：以人的作業(yè)效能為主要驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)?；氐奖竟?jié)目錄7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.4.5人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序回到本節(jié)目錄7.4人機(jī)系統(tǒng)1097.4.6人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法(1)功能分析與功能分配a.功能化的設(shè)計(jì)思維：要求以最抽象的方式描述設(shè)計(jì)問題，為設(shè)計(jì)者創(chuàng)造性的發(fā)揮提供更多的機(jī)會(huì)。b.功能分析與功能分配：包括描述、確定、分解和分配系統(tǒng)功能的全過程。c.功能分配的原則：比較分配原則、剩余分配原則、經(jīng)濟(jì)分配原則、宜人分配原則、彈性分配原則。7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)回到本節(jié)目錄7.4.6人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)回到本節(jié)110(2)作業(yè)分析作業(yè)分析是指對(duì)分配給人的功能進(jìn)行分析，其目的是使作業(yè)與作業(yè)者之間建立協(xié)調(diào)一致的關(guān)系。

確定系統(tǒng)作業(yè)結(jié)構(gòu)b．確定作業(yè)c.描述作業(yè)：作業(yè)流程圖、作業(yè)分析表d.建立作業(yè)序

系統(tǒng)作業(yè)結(jié)構(gòu)的三種基本形式7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(2)作業(yè)分析系統(tǒng)作業(yè)結(jié)構(gòu)的三種基本形式7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)111(3)作業(yè)輔助（PerformanceAids）是指一種“信息裝置”或文件，其中包含作業(yè)者作業(yè)時(shí)需要使用的信息。a.作業(yè)輔助的種類:記憶輔助類、作業(yè)步驟類。b.作業(yè)輔助信息：提示信息、關(guān)系信息、模擬信息、舉例信息。c.作業(yè)輔助設(shè)計(jì)：作業(yè)輔助設(shè)計(jì)須滿足準(zhǔn)確性、可靠性、完整性、簡(jiǎn)明性的要求?；氐奖竟?jié)目錄7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(3)作業(yè)輔助（PerformanceAids）回到本1127.4.7人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)

對(duì)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià),目的在于全面了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),分析存在的問題,找出其中的薄弱環(huán)節(jié)、不良因素或潛在危險(xiǎn),為改進(jìn)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)回到本節(jié)目錄7.4.7人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)回到本節(jié)113(1)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包含兩方面：系統(tǒng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、人的效果標(biāo)準(zhǔn)從人機(jī)工程學(xué)的綜合效果考慮，對(duì)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)可提出下列幾項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn):a.安全標(biāo)準(zhǔn)b.經(jīng)濟(jì)效益標(biāo)準(zhǔn)c.宜人化標(biāo)準(zhǔn)d.社會(huì)效益標(biāo)準(zhǔn)7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)114(2)評(píng)價(jià)方法a.定性評(píng)價(jià)的量化處理方法：以對(duì)車輛駕駛座椅的靜態(tài)乘坐舒適性這一單項(xiàng)要素的評(píng)價(jià)為例,我們可以按五級(jí)評(píng)分制規(guī)定評(píng)分的尺度。分值定性評(píng)價(jià)的基本描述5很舒適,很好,很滿意,優(yōu)4舒適,良好,滿意,良3基本可用,中等,一般2不舒適,差,不滿意,不及格1很不舒適,很差,很不滿意,不能用7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(2)評(píng)價(jià)方法分值定性評(píng)價(jià)的基本描述5很舒115定性評(píng)價(jià)的當(dāng)量分值:式中:E—評(píng)價(jià)的當(dāng)量分值;Pk—第k位評(píng)價(jià)人員給出的評(píng)分;n—參予評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)人員的人數(shù)。對(duì)于包含有m項(xiàng)評(píng)價(jià)要素的人機(jī)系統(tǒng),其總分值Q的計(jì)算方法,可根據(jù)具體評(píng)價(jià)對(duì)象的情況和評(píng)價(jià)要求,選取下列五種方法之一。7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)定性評(píng)價(jià)的當(dāng)量分值:7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)116①聯(lián)系鏈的概念:人體器官與機(jī)器之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。視覺鏈；聽覺鏈；操作鏈；行走鏈。根據(jù)人的基本動(dòng)作，聯(lián)系鏈分為三類:相應(yīng)聯(lián)系鏈、對(duì)應(yīng)聯(lián)系鏈、逐次聯(lián)系鏈②聯(lián)系鏈值計(jì)算分析評(píng)價(jià)法：這個(gè)方法主要適用于只有一個(gè)操作者的人機(jī)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。b.定性評(píng)價(jià)的提問式列表檢查法：這是人機(jī)系統(tǒng)評(píng)價(jià)中使用較為普遍的一種定性評(píng)價(jià)方法,既可用于系統(tǒng)評(píng)價(jià),也可用于單元評(píng)價(jià)。c.人機(jī)系統(tǒng)聯(lián)系鏈分析評(píng)價(jià)法7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)①聯(lián)系鏈的概念:人體器官與機(jī)器之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。b.定性評(píng)1171）繪制人機(jī)系統(tǒng)聯(lián)系鏈分析圖圓形符號(hào)表示操作者；矩形符號(hào)表示機(jī)器設(shè)備；三角形符號(hào)表示聯(lián)系鏈的使用頻率,內(nèi)中的數(shù)字1～5是描述使用頻率的分值；棱形符號(hào)表示聯(lián)系鏈的重要性,內(nèi)中的數(shù)字1～5是描述重要性的分值。不同的線型表示不同類型的聯(lián)系鏈:細(xì)實(shí)線表示操作鏈；虛線表示視覺鏈；點(diǎn)劃線表示行走鏈；雙點(diǎn)劃線表示聽覺鏈。7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1）繪制人機(jī)系統(tǒng)聯(lián)系鏈分析圖7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)118③聯(lián)系鏈作圖分析評(píng)價(jià)法

人機(jī)系統(tǒng)聯(lián)系鏈作圖分析法回到本節(jié)目錄2)確定各聯(lián)系鏈的重要性與使用頻率的分值3)計(jì)算各聯(lián)系鏈的鏈值7.4人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)③聯(lián)系鏈作圖分析評(píng)價(jià)法人機(jī)系統(tǒng)聯(lián)系鏈作圖1197.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型人機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念人機(jī)系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)

人機(jī)系統(tǒng)模型的特性人機(jī)系統(tǒng)的模糊控制模型人機(jī)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型回到本章目錄7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型人機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念人機(jī)系統(tǒng)模1207.5.1人機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念

描述人機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為人機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。方法上較為成熟的是傳遞函數(shù)模型，越來越引起人們重視的則是模糊控制模型?；氐奖竟?jié)目錄7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型7.5.1人機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的概念回到本節(jié)目錄7.5人機(jī)1217.5.2人機(jī)系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)

典型的人機(jī)系統(tǒng)是一種人工閉環(huán)控制系統(tǒng)。以汽車駕駛的方向操縱系統(tǒng)為例。人機(jī)系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)由人(駕駛員)的動(dòng)態(tài)特性模型與機(jī)(汽車)的動(dòng)態(tài)特性模型兩個(gè)子模型組成,通常這兩個(gè)子模型是串聯(lián)的組合關(guān)系?；氐奖竟?jié)目錄7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型7.5.2人機(jī)系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)回到本節(jié)目錄7.5人機(jī)系統(tǒng)1227.5.3人機(jī)系統(tǒng)模型的特性(1)頻率響應(yīng)特性：人作為系統(tǒng)中的控制器，主要響應(yīng)低頻信號(hào)，對(duì)高頻信號(hào)的響應(yīng)則有所衰減。信號(hào)頻率越高，響應(yīng)衰減程度越大。(2)非線性：人的行為具有明顯的非線性特征，利用數(shù)學(xué)公式恰當(dāng)?shù)孛枋鋈说男袨闀r(shí)，可以把人的傳遞函數(shù)看成是一個(gè)帶有附加“殘余”項(xiàng)的線性連續(xù)模型，其中殘余項(xiàng)表示指人的響應(yīng)中與輸入不是線性相關(guān)的那一部分。但事實(shí)上，殘余項(xiàng)卻往往非常大，是實(shí)際響應(yīng)的主要組成部分。(3)時(shí)變性(4)離散性：人的行為是一個(gè)離散系統(tǒng)。7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型回到本節(jié)目錄7.5.3人機(jī)系統(tǒng)模型的特性7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型回123(5)滯后性：在有些人機(jī)系統(tǒng)中，常設(shè)置一個(gè)輔助跟蹤器，其主要作用是向人提供一個(gè)信號(hào)導(dǎo)前量，對(duì)受控系統(tǒng)的滯后效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。(6)隨機(jī)性：隨機(jī)性可通過適當(dāng)?shù)挠?xùn)練、鼓勵(lì)或者簡(jiǎn)化人的控制任務(wù)而使之減小。(7)自適應(yīng)性：人的自適應(yīng)能力表現(xiàn)在很多方面，例如，人采取適合于控制輸入激勵(lì)函數(shù)特性的方法稱為輸入自適應(yīng);采取適應(yīng)受控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化的方法稱為任務(wù)自適應(yīng)；基于人的感覺現(xiàn)象的自適應(yīng)過程稱為生物自適應(yīng)；根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)發(fā)展自己控制技能的過程稱為學(xué)習(xí)自適應(yīng)?；氐奖竟?jié)目錄7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(5)滯后性：在有些人機(jī)系統(tǒng)中，常設(shè)置一個(gè)輔助跟蹤1247.5.4人機(jī)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型(1)人機(jī)系統(tǒng)的補(bǔ)償跟蹤模型圖7-20所示的人機(jī)系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)，是描述人與機(jī)器之間相互作用的基本結(jié)構(gòu)，為了獲得與某些使用情況相當(dāng)吻合的模型，必須將圖7-20所示的復(fù)雜的相互作用關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)化。

7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型回到本節(jié)目錄7.5.4人機(jī)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模125最常用的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)是圖7-21(a)所示的補(bǔ)償跟蹤結(jié)構(gòu)。7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型最常用的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)是圖7-21(a)所示的補(bǔ)償跟蹤結(jié)構(gòu)。7126

在人機(jī)系統(tǒng)的補(bǔ)償跟蹤模型中,“機(jī)”的傳遞函數(shù)和反饋環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)都可以根據(jù)具體機(jī)器系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)理論和控制工程理論加以確定。而人的傳遞函數(shù)則需要依據(jù)“機(jī)”的傳遞函數(shù)與系統(tǒng)輸入信號(hào)的類型來選定。也就是說，人的自適應(yīng)能力將擴(kuò)展到機(jī)械系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型上，因而對(duì)于同一類型的系統(tǒng)輸入信號(hào)，將根據(jù)“機(jī)”的傳遞函數(shù)的不同而使用不同形式和數(shù)值的人的傳遞函數(shù)。所以，人的數(shù)學(xué)模型的研究工作，應(yīng)包括對(duì)于系統(tǒng)輸入信號(hào)與“機(jī)”的傳遞函數(shù)的各種不同組合所進(jìn)行的試驗(yàn)，以發(fā)現(xiàn)為了適應(yīng)某種具體情況，人的大腦會(huì)綜合什么形式和數(shù)值的傳遞函數(shù)。7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在人機(jī)系統(tǒng)的補(bǔ)償跟蹤模型中,“機(jī)”的傳遞函數(shù)和反127

由于“機(jī)”的動(dòng)態(tài)特性所具有的實(shí)際約束和人體自身的限制而限定了人的傳遞函數(shù)的范圍，只需對(duì)這個(gè)范圍進(jìn)行研究，就可得到相當(dāng)簡(jiǎn)單的普遍性模型，并能獲得為適應(yīng)具體的系統(tǒng)輸入信號(hào)和所需的“機(jī)”的傳遞函數(shù)而改變系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)規(guī)律。

利用圖7-21(b)所示的人機(jī)系統(tǒng)補(bǔ)償跟蹤模型的仿真實(shí)驗(yàn)裝置可進(jìn)行人的傳遞函數(shù)的實(shí)驗(yàn)建模。因?yàn)槿司哂泻軓?qiáng)的自適應(yīng)能力，若采用正弦信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則人會(huì)很快認(rèn)識(shí)到特定正弦波的重復(fù)性質(zhì)而適應(yīng)它，并且能以近似的頻率和窄帶隨機(jī)信號(hào)所具有的較高精度進(jìn)行調(diào)節(jié)動(dòng)作，其結(jié)果將影響實(shí)驗(yàn)的正確性，所以,通常采用隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行建模試驗(yàn)。7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型由于“機(jī)”的動(dòng)態(tài)特性所具有的實(shí)際約束和人體自身的128

因?yàn)樗⒌木€性模型是人的行為的良好預(yù)測(cè)器，所以模型的預(yù)測(cè)值與人的實(shí)際輸出值的差值必然是很小的量。由此，根據(jù)人所感受的誤差信號(hào)和人的總輸出的測(cè)量值來求人的最優(yōu)線性傳遞函數(shù)的問題，可以歸結(jié)為尋找一個(gè)使人的傳遞函數(shù)的輸出信號(hào)與人的總輸出信號(hào)之間的均方誤差為最小的傳遞函數(shù)。在各種不同形式的數(shù)學(xué)模型中，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)擬合較好的最常用解析式為：7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型因?yàn)樗⒌木€性模型是人的行為的良好預(yù)測(cè)器，所以模型129

K—人工控制環(huán)節(jié)的增益,取值范圍1～100TA—操作人員的導(dǎo)前時(shí)間常數(shù),取值范圍0～2.5sD—操作人員的反應(yīng)時(shí)間,取值范圍為0.2±20%sTL—操作人員的中樞信息傳遞和加工過程的時(shí)間常數(shù),取值范圍為0～20sTN—操作人員的神經(jīng)肌肉調(diào)節(jié)過程的時(shí)間常數(shù),取值范圍為0.1±20%ss—拉普拉斯變換的算子上式給出的傳遞函數(shù)形式已經(jīng)被廣泛用于描述人的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)一個(gè)受過很好訓(xùn)練的操作者完成的任務(wù)較簡(jiǎn)單，跟蹤的是低頻信息時(shí)，該傳遞函數(shù)的線性、連續(xù)性模型給出的結(jié)果與實(shí)際情況十分吻合。7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型K—人工控制環(huán)節(jié)的增益,取值范圍1～1007.5130表7-12給出常用的拉普拉斯變換對(duì)照表，可查得給定時(shí)間函數(shù)表達(dá)式的拉普拉斯變換表達(dá)式。表7-13所列是一些研究者采用具有確定傳遞函數(shù)的受控部件組成的測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)人的傳遞函數(shù)基本模式中的各個(gè)參數(shù)之測(cè)定結(jié)果，可供進(jìn)一步研究人的傳遞函數(shù)模型時(shí)參考。(2)人機(jī)系統(tǒng)的預(yù)瞄跟蹤模型駕駛過程中,駕駛員總是提前一段距離觀測(cè)將要跟隨的道路行駛路徑。更適合于描述車輛駕駛員方向操縱過程的人機(jī)系統(tǒng)傳遞函數(shù)模型應(yīng)當(dāng)是預(yù)瞄跟蹤模型。

7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型表7-12給出常用的拉普拉斯變換對(duì)照表，可查得給131

7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型132

預(yù)瞄跟蹤模型可以劃分為預(yù)瞄環(huán)節(jié)P(s)、反饋預(yù)估環(huán)節(jié)B(s)、前向校正環(huán)節(jié)F(s)、偏差比較器及“機(jī)”的傳遞函數(shù)五個(gè)組成部分。預(yù)瞄環(huán)節(jié)P(s)、反饋預(yù)估環(huán)節(jié)B(s)、前向校正環(huán)節(jié)F(s)和偏差比較器構(gòu)成為駕駛員模型(即人的模型)。預(yù)瞄環(huán)節(jié)P(s)提前觀測(cè)各種參考輸入信息f,并從中抽取受控系統(tǒng)在未來某一時(shí)刻將要跟隨的特征參量fp；反饋預(yù)估環(huán)節(jié)B(s)感知當(dāng)前時(shí)刻受控系統(tǒng)的狀態(tài)信息y,并據(jù)此估計(jì)同一未來時(shí)刻受控系統(tǒng)的特征參量yp的估計(jì)值；通過偏差比較器將兩個(gè)特征參量fp、yp進(jìn)行比較后,給出偏差信號(hào)ε；7.5人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型預(yù)瞄跟蹤模型可以劃分