人機系統(tǒng)設計與評價

第七章人機系統(tǒng)設計與評價§1人機系統(tǒng)概述§2人機系統(tǒng)設計§3人機系統(tǒng)的可靠性§4人機系統(tǒng)的評價§5人機系統(tǒng)標準

1/4/20240人機工程學原理及應用§1人機系統(tǒng)概述一、系統(tǒng)和人機系統(tǒng)的概念二、人機系統(tǒng)的功能和類型三、人機系統(tǒng)中人的地位1/4/20241人機工程學原理及應用一、系統(tǒng)和人機系統(tǒng)的概念

系統(tǒng)——由相互作用、相互依賴的若干部分構成的具有特定功能的有機整體。

人機系統(tǒng)——人和機組合形成的集合體。

1/4/20242人機工程學原理及應用二、人機系統(tǒng)的功能和類型系統(tǒng)功能:⑴信息接受；⑵

信息儲存；⑶

信息處理；⑷

執(zhí)行系統(tǒng)類型按人機系統(tǒng)自動化程度分⑴人工操作系統(tǒng)；⑵半自動系統(tǒng)；⑶自動操作系統(tǒng)按有無反饋控制作用分⑴閉環(huán)人機系統(tǒng)；⑵開環(huán)人機系統(tǒng)

1/4/20243人機工程學原理及應用手工、半自動、自動系統(tǒng)效果比較系統(tǒng)種類自動化程度操作可靠性費用創(chuàng)造能力維護能力手工低低低高好半自動自動高高高低差1/4/20244人機工程學原理及應用三、人機系統(tǒng)中人的地位

人是主體，起主導作用。人機系統(tǒng)中人起決策作用人設計、制造、控制機，“人適機”機服務于人，“機宜人”機不能取代人

——以人為本，人性化設計1/4/20245人機工程學原理及應用

§2人機系統(tǒng)設計一、人機系統(tǒng)設計的基本思想和要求二、人機系統(tǒng)設計的一般程序1/4/20246人機工程學原理及應用一、人機系統(tǒng)設計的基本思想和要求1.系統(tǒng)設計思想：

將系統(tǒng)的性能、可靠性、費用、時間和適應性作為設計所追求的目標，從功能分析入手，合理地將系統(tǒng)各項功能分配給人和機器，從而達到系統(tǒng)的最佳匹配。1/4/20247人機工程學原理及應用

2、設計要求能達到預定目標，完成預定任務；人、機能充分發(fā)揮各自的作用并協(xié)調地工作；人機系統(tǒng)接受輸入和輸出的功能必須符合設計能力；人機系統(tǒng)設計要考慮環(huán)境因素的影響；系統(tǒng)具有完善的反饋閉環(huán)回路。1/4/20248人機工程學原理及應用

3、人機系統(tǒng)設計的總目標根據(jù)人的特性設計出符合人操作的機器，最適合手動的工具、最方便使用的控制器、最醒目的顯示器、最舒適的工作姿勢和操作程序、最有效經濟的作業(yè)方法和預定標準時間、最舒適的工作環(huán)境，使整個人機系統(tǒng)保持安全可靠、效益最佳。

安全、高效、舒適、健康、經濟1/4/20249人機工程學原理及應用二、人機系統(tǒng)設計的一般程序人機系統(tǒng)目標的建立功能分析機的設計人機界面設計系統(tǒng)綜合、評價作業(yè)規(guī)范工作描述人員設計功能分配正式投產試制評價1/4/202410人機工程學原理及應用2、人機功能分配人、機的主要功能：感覺功能（傳感器）信息處理功能（信息處理器）操縱功能（操縱器）接受信息儲存信息處理信息執(zhí)行功能1/4/202411人機工程學原理及應用人與機器的特性比較項目機人速度占優(yōu)延時1s邏輯推理擅長演繹擅長歸納計算快，精確；不會修正慢，易錯，善于修正可靠性較高；變化高；變化；應變強連續(xù)性長期易疲勞靈活性取決于設計高檢測物理量的檢測范圍廣而準；能檢測到人不能檢測的電磁波具有同認識直接聯(lián)系的高度檢測能力；沒有固定的標準值，易產生飄移；具有味覺、嗅覺和觸覺接下表1/4/202412人機工程學原理及應用項目機人輸入靈敏度某些感覺超人（如電離輻射）受某些因素影響智力無操作處理能力操作力、速度、范圍等及處理固、液、氣方面強自由度大，靈巧功率輸出恒定，可極大、極小大小與時間有關記憶適于文字再現(xiàn)、長期儲存擅長原則、策略的記憶視覺能感受和利用紅外線等電磁波有限成本購置、運轉、保養(yǎng)費工資、福利、照顧、保險等，生命續(xù)上表1/4/202413人機工程學原理及應用人機功能分配原則：

通過人與機器的特性比較，進行客觀的和符合邏輯的分配。在功能分配時，首先考慮機器所能承擔的系統(tǒng)功能，然后將剩余部分功能分配給人。以經濟效益為原則，合理恰當?shù)剡M行人機功能分配。系統(tǒng)的功能分配要適合于人的生理和心理的多種需求，有意識地發(fā)揮人的技能。即系統(tǒng)的某些功能可以同時分配給人或機器，人可以自由選擇參與系統(tǒng)行為的程度。比較分配原則剩余分配原則經濟分配原則彈性分配原則宜人分配原則1/4/202414人機工程學原理及應用適宜人承擔的工作適宜機器承擔的工作由于各種干擾需要判斷信息時要求判斷變化的圖形時要求判斷各種各樣的輸入對發(fā)生頻率非常低的事態(tài)進行判斷解決問題需要歸納、判斷預測不測事件的發(fā)生時重復性操作、計算；大量資料儲存迅速施加大力或長時間施力或須嚴格控制施力大小大量數(shù)據(jù)處理根據(jù)某特定范圍多次重復作出判斷對人有危險或容易誤操作1/4/202415人機工程學原理及應用

3、人員設計包括作業(yè)描述和作業(yè)規(guī)范，為人機系統(tǒng)的運行提供合適的操作人員。通過作業(yè)描述可提出功能要求、考察功能分配是否合理；編制作業(yè)規(guī)范的目的是進行人力資源分析，決定該系統(tǒng)的某項功能需要多少操作人員及應達到的技能標準、如何通過選拔、教育、培訓，使人適應機的特性。1/4/202416人機工程學原理及應用

4、人機界面設計人機界面是人和機在信息交換和功能上接觸或相互影響的領域。主要是顯示器和控制器，包括作業(yè)空間設計解決好人控制機器、人接受信息的問題顯示器、控制器的布置（參見第四章內容）1/4/202417人機工程學原理及應用

5、機的設計詳見各專業(yè)設計1/4/202418人機工程學原理及應用

6、系統(tǒng)評價

系統(tǒng)設計是設計評價不斷循環(huán)發(fā)展的過程評價方法：

人失誤分析法功能分析法操作順序圖法人機可靠性分析法時間線圖法環(huán)境指數(shù)評價法連接分析法人機系統(tǒng)信息傳遞法功能流程圖法人機安全性分析法

定性分析法定量分析法1/4/202419人機工程學原理及應用

§3人機系統(tǒng)的可靠性一、可靠性及其度量指標二、人的可靠性三、機器的可靠性四、環(huán)境因素五、人機系統(tǒng)的可靠性1/4/202420人機工程學原理及應用一、可靠性及其度量指標

1、可靠性——系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的能力。2、可靠性度量指標⑴可靠度，不可靠度可靠度指系統(tǒng)在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內完成規(guī)定功能的概率，R（t）。

0≤R（t）≤1

不可靠度，F(xiàn)（t）=1-R（t）⑵故障概率（失效概率），λ=-lnR(單位時間，λ為定值時)⑶平均壽命t1/4/202421人機工程學原理及應用二、人的可靠性

影響人的可靠性的因素:

生理：體力、疾病、耐力等心理：情緒、注意、錯覺等管理：工作安排不合理、誤指揮等環(huán)境：高低溫、照明等社會：家庭關系、人際關系緊張等作業(yè)：連續(xù)作業(yè)、單調重復操作等個體：經驗、訓練培訓、技術水平、文化水平、感覺閾限等1/4/202422人機工程學原理及應用三、機器的可靠性如何提高機械設備可靠性？⑴減少機器本身故障，延長使用壽命利用可靠性高的元件利用備用系統(tǒng)采用平行的并聯(lián)配置系統(tǒng)對處于惡劣環(huán)境下的運行設備采取一定的保護措施降低系統(tǒng)的復雜程度加強預防性維修⑵提高使用安全性加強安全裝置的設計

1/4/202423人機工程學原理及應用四、環(huán)境因素優(yōu)良、舒適、合理的環(huán)境條件可使作業(yè)人員減輕疲勞、心情舒暢、減少失誤可以提高機器設備、元器件的使用壽命，降低故障率。反之，惡劣的環(huán)境條件，給人和機器設備帶來不利影響，降低系統(tǒng)的可靠性。1/4/202424人機工程學原理及應用五、人機系統(tǒng)的可靠性

1、人機系統(tǒng)的可靠度RSRS=R人·R機⑴串聯(lián)系統(tǒng)

RS=R1·R2·R3·…·Rn

*串聯(lián)系統(tǒng)單元越多，其可靠度就越低；

*

RS＜Ri

⑵并聯(lián)系統(tǒng)（并聯(lián)冗余）

RS=1-[(1-R1)(1-R2)…(1-Rn)]*并聯(lián)系統(tǒng)單元越多，系統(tǒng)可靠度就越高*RS＞Ri

12…1n2…n1/4/202425人機工程學原理及應用⑶

備用冗余系統(tǒng)——有若干個部件組成并聯(lián)系統(tǒng)，其中部分為備用。（也稱待機冗余）

RS=e-λt[1+λt+(λt)2/2!+…+(λt)n-1/(n-1)!]式中λ——失效概率，t——時間

備用冗余系統(tǒng)的可靠度最高。

12…n待機備用(n－1)個1/4/202426人機工程學原理及應用例】某系統(tǒng)由5個部件A、B、C、D、E串聯(lián)而成,可靠度分別為RA＝0.90、RB＝0.99、RC＝0.70、RD＝0.75,RE＝0.95。求系統(tǒng)可靠度。

連接方式C或C’0.700.9730（提高39%）0.9942（提高42%）D或D’0.750.9375（提高25%）0.9658（提高28.8%）系統(tǒng)0.440.77（提高75%）0.8128（提高84.7%）AEDCBDDCCCBAEDDCCCBAE不同聯(lián)接方式時系統(tǒng)可靠度的比較備用1/4/202427人機工程學原理及應用提高人機系統(tǒng)安全可靠性的途徑⑴合理進行人機系統(tǒng)功能分配，建立高效可靠的人機系統(tǒng)⑵減少人為失誤⑶對機械產品進行可靠性設計⑷加強機械設備維修保養(yǎng)1/4/202428人機工程學原理及應用

§4人機系統(tǒng)的評價一、人機系統(tǒng)評價的分類二、連接分析法三、失效樹（故障樹）分析法四、作業(yè)分析五、檢查表法六、環(huán)境指數(shù)評價法七、系統(tǒng)經濟性分析1/4/202429人機工程學原理及應用一、人機系統(tǒng)評價的分類人失誤分析法操作順序圖法時間線圖法連接分析法功能流程圖法功能分析法人機可靠性分析環(huán)境指數(shù)評價法人機系統(tǒng)信息傳遞法人機安全性分析法1/4/202430人機工程學原理及應用評價人機系統(tǒng)，需要注意以下幾項要求：1、明確評價目的，正確規(guī)定評價的內容；2、確定評價標準；3、選擇評價方法。1/4/202431人機工程學原理及應用人機系統(tǒng)評價要點1、人、機系統(tǒng)功能分配是否合理2、手、腳負荷是否合理3、手操縱時的動作距離、順序是否合理4、操作范圍的尺度按第幾百分位數(shù)設計5、人的作業(yè)舒適性6、是否采取了防止誤操作的措施7、系統(tǒng)安全性、可靠性分析評價8、環(huán)境條件是否利于作業(yè)順利進行1/4/202432人機工程學原理及應用二、連接分析法

連接分析法是綜合應用感知類型、使用頻率、作業(yè)負荷和適應性，分析評價信息傳遞的方法。是一種對已設計好的人、機、過程和系統(tǒng)進行評價的簡便方法。表達人-機、人-人、機-機間的操作、視覺、聽覺、行走等關系目的：根據(jù)視看頻率、重要程度，合理配置各子系統(tǒng)的相對位置及其信息傳遞方式，減少傳遞環(huán)節(jié)，使信息傳遞簡潔暢通，操作便利，提高系統(tǒng)可靠性和工作效率步驟：

繪制連接關系圖調整連接關系1/4/202433人機工程學原理及應用三、失效樹（故障樹）分析法失效樹分析(FaultTreeAnalysis,簡稱FTA)是對既定的系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障條件及可能導致的后果，按作業(yè)流程、先后次序和因果關系繪制程序圖，以表示導致故障的各因素間的邏輯關系。是提高系統(tǒng)可靠行、對系統(tǒng)進行安全評價的一種方法。設計階段——幫助尋找潛在故障使用階段——幫助進行事故分析1/4/202434人機工程學原理及應用四、作業(yè)分析是以作業(yè)系統(tǒng)為對象，對現(xiàn)行各項作業(yè)、工藝和工作方法進行系統(tǒng)分析，找出不合理因素，以達到有效利用現(xiàn)有資源、增進系統(tǒng)功效的目的。包括方法研究和時間研究

方法研究——對現(xiàn)行的或擬議的工作方法進行系統(tǒng)記錄、嚴格考查，從而提出改進技術。目的在于改進工藝和程序、改進設計、改進功能分配。

時間研究——在方法研究的基礎上，確定操作者按規(guī)定的作業(yè)標準完成作業(yè)所需的時間。目的在于消除無效時間，制定合理的作業(yè)時間標準。1/4/202435人機工程學原理及應用五、檢查表法

利用人機工程學原理檢查構成人機系統(tǒng)各因素及作業(yè)過程中操作人員的能力、心理和生理反應狀況的評價方法。國際人機工程學會“人機工程學系統(tǒng)分析檢查表”的主要內容：⑴

作業(yè)空間分析⑵

作業(yè)方法分析⑶

環(huán)境分析⑷

作業(yè)組織分析⑸

負荷分析⑹

信息輸入、輸出分析1/4/202436人機工程學原理及應用六、環(huán)境指數(shù)評價法空間指數(shù)視覺環(huán)境綜合評價指數(shù)S會話指數(shù)密集指數(shù)(0~3)可通行指數(shù)(0~3)

S等級

意義

01

毫無問題

0＜S≤102

稍有問題10＜S≤503

問題較大

S＞504

問題很大

最大距離,mdB正常大聲357.515404.28.4452.34.6501.32.4…………700.130.26語言干擾極滿意進行語言交流的最大距離1/4/202437人機工程學原理及應用七、系統(tǒng)經濟性分析

經濟分析的目的是實現(xiàn)人、機、環(huán)境三者的最佳效益。1/4/202438人機工程學原理及應用經濟效益評價指標：效能/費用×100%，