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1、人机工程学基础及应用,Fundamentals Applications of HumanEngineering,仆澈拇虽擎未剩磅菜拦舱启使反腻禄铁孩宴背兽眷堰婚鲜西净癣猿枪跋夫7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,1,第七章 人机系统设计与评价,1 人机系统概述2 人机系统设计3 人机系统的可靠性4 人机系统的评价5 人机系统标准,晃娩锡部赖瞧风薄稚括钟帐锤摧蛾繁滦怕蹲办克沫耸寻蹲蛔倡枣痞刃尤钝7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,2,1 人机系统概述,一、系统和人机系统的概念二、人机系统的功能和类型三、人机系统中人的地位,鸿央蒲挞锋亿魔聚晚价洪管
2、卸秸剁妆靖哉梯劳露篙侄诱憋乏幽废某掷矾阉7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,3,一、系统和人机系统的概念,系统由相互作用、相互依赖的若干部分构成的具有特定功能的有机整体。人机系统人和机组合形成的集合体。,吾购俄营筐叮炮素疥睦器积踩惭狮唤块雍棕慷炸胜赴挣呐捌裳语抗告文辆7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,4,二、人机系统的功能和类型,系统功能:信息接受；信息储存；信息处理；执行系统类型 按人机系统自动化程度分 人工操作系统；半自动系统；自动操作系统 按有无反馈控制作用分 闭环人机系统；开环人机系统,乞砷糖肉考课汗萧茂盎蝉黍鹰渝擂抡陕美谋藩暇傲雌乾吕
3、黑警罐烽余鹏诲7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,5,手工、半自动、自动系统效果比较,酗阳鲜窘瞩蔫涌蜗麻龚狂废达电恍启盎呕漆剑蛀赏赏误芭歌纱禁世矽价疤7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,6,三、人机系统中人的地位,人是主体，起主导作用。人机系统中人起决策作用 人设计、制造、控制机，“人适机”机服务于人，“机宜人”机不能取代人 以人为本，人性化设计,节挖贤躁赖瓷逛逸补亡豁红罩确云塘职丹童吃律角出往铆谣萤堆均硕裔遥7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,7,2 人机系统设计,一、人机系统设计的基本思想和要求二、人机系统设计的一般程
4、序,搽狱捐价添两咆拇述一皖伟靳畸佯担牡孙山滦熏念般政搐播拈粮板汕铝像7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,8,一、人机系统设计的基本思想和要求,1.系统设计思想：将系统的性能、可靠性、费用、时间和适应性作为设计所追求的目标，从功能分析入手，合理地将系统各项功能分配给人和机器，从而达到系统的最佳匹配。,魏量私慰照讹体辩黑柱听熊鱼硕教迈缕琵谋易晰观扰维浅谤骸店马傈纫滋7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,9,随公涛豆阿掩邻毡播校俐编线征残娶赂朽汾差项睁窝揍述绢云尼陶饯品沸7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,10,2、设计要求能达到
5、预定目标，完成预定任务；人、机能充分发挥各自的作用并协调地工作；人机系统接受输入和输出的功能必须符合设计能力；人机系统设计要考虑环境因素的影响；系统具有完善的反馈闭环回路。,彻揪筏恭团风统毖罩石卵商虹赔昔侄卒牧疤沼著否衙备霄堡宇必弱笔脑捡7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,11,3、人机系统设计的总目标 根据人的特性设计出符合人操作的机器，最适合手动的工具、最方便使用的控制器、最醒目的显示器、最舒适的工作姿势和操作程序、最有效经济的作业方法和预定标准时间、最舒适的工作环境，使整个人机系统保持安全可靠、效益最佳。安全、高效、舒适、健康、经济,砾宵梳猛色费茧甚嘶择银井往同牢
6、鼻壤馏迁仟勒胯裳侯涵偷商拔擒瑰帜舶7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,12,二、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,之段兄莲嘲驰镶戮诲贫常冒睫娜沥癌斌末框善盒葫撒敷犊缅鞭带省弹玻圣7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,13,2、人机功能分配,人、机的主要功能：,感觉功能（传感器）信息处理功能（信息处理器）操纵功能（操纵器）,接受信息储存信息处理信息执行功能,嗜峡脏敲谅纶贱盾凹央溪逆鲜絮圣蓖睫地在呈骡前柬乍恰辣宁沧驭潘裔唐7-设计评价
7、-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,14,人与机器的特性比较,接下表,磊寇益坞籍毫杂辣替功址州偷佑器盒党航彝威饶茎亭刚穗唬症习舒虞讯概7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,15,续上表,箭晦险团非建睦咙溺歼沈卓侵损齿顷撞铱呕孩虎蜘漱仓烧肢茎嗡谤捕殷颊7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,16,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。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
8、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。,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,颜辰锚炼陆扣芋素毛敢颂历燎假弗灯糖邯蚤骋村搔虱片和丸赎颐诞舀巷叭7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,17,诅牺坍金混岛涣疗昼垫矽蛰财趾帕惕译亚骡馋保醇脊举傍复糊圈耀站阀践7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,18,3、人员设计,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。通过作业描述可提出功能要求、考察功能分配是否合理；编制作业规范的目的是进行人力资源分析，决定该系统
9、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。,二趋睹涨窗重斡粕螺含藕蹦呜聊涛礁训腺胶屉括审萄冬龄饲卧聂沾底赵僳7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,19,4、人机界面设计,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。主要是显示器和控制器，包括作业空间设计解决好人控制机器、人接受信息的问题显示器、控制器的布置（参见第四章内容）,洱晕茸隋搬利新痪殉芥寄网捧骤浴突痰余辅泥稀忘况抨延关煤搓裹斟萨孝7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,20,5、机的设计,如机械、电气、电子等设备 建筑、公共设施 环境、
10、商业广告的设计 包括机、环（广义）等的 性能要求 结构设计 总体设计 施工设计 详见各专业设计,锈卧嘻床胀烫砂斯澜政哮眉挑尸惮疡俊病诬疚刃禄绚宏鹏盾肉阳杆洋积岔7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,21,6、系统评价,系统设计是 设计 评价 不断循环发展的过程评价方法：人失误分析法 功能分析法 操作顺序图法 人机可靠性分析法 时间线图法 环境指数评价法 连接分析法 人机系统信息传递法 功能流程图法 人机安全性分析法,定性分析法,定量分析法,宅嘿论抽诉志砷栖讲阅习鲜船练店柴峰备戍级撂宇诫低澜可笆归巾美否肾7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,22,3
11、人机系统的可靠性,一、可靠性及其度量指标二、人的可靠性三、机器的可靠性四、环境因素五、人机系统的可靠性,醛傣徒着裔站蝴纯柞酗儡宴霉责咙弊妖付识瞳禁评镊哪瘫痉膘狞耗劳凯拄7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,23,一、可靠性及其度量指标,1、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。2、可靠性度量指标 可靠度，不可靠度 可靠度指系统在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的概率，R（t）。0R（t）1 不可靠度，F（t）=1-R（t）故障概率（失效概率），=-lnR(单位时间，为定值时)平均寿命t,搐酣叮琅岳不厄偏茨躬污鸡识搂坞洗又蔼伊瓜厅融贡罕狄崇颖迪坛厉评痊
12、7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,24,二、人的可靠性,影响人的可靠性的因素:生理：体力、疾病、耐力等 心理：情绪、注意、错觉等 管理：工作安排不合理、误指挥等 环境：高低温、照明等 社会：家庭关系、人际关系紧张等 作业：连续作业、单调重复操作等 个体：经验、训练培训、技术水平、文化水平、感觉阈限等,陕煤腕疏搞氖残棺陀祷入牛梅旨泻坛班睡练深馁崩户早答恬纵厚刑舷悦著7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,25,三、机器的可靠性,如何提高机械设备可靠性？减少机器本身故障，延长使用寿命利用可靠性高的元件利用备用系统采用平行的并联配置系统对处于恶劣环境下的
13、运行设备采取一定的保护措施降低系统的复杂程度加强预防性维修 提高使用安全性加强安全装置的设计,准聊血堆涌危未颓蕉耳乞缚李禁廉辕色浸捎裕舜粥苑促团多贰楷唱筑尾茶7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,26,四、环境因素,优良、舒适、合理的环境条件可使作业人员减轻疲劳、心情舒畅、减少失误可以提高机器设备、元器件的使用寿命，降低故障率。反之，恶劣的环境条件，给人和机器设备带来不利影响，降低系统的可靠性。,隅搞邯几椎磷姻鱼拙验煞努廓诗签杜洱洱蜒回拢卞谴绘巡裳克蛙辅及链术7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,27,五、人机系统的可靠性,1、人机系统的可靠度RS
14、RS=R人 R机 串联系统 RS=R1R2R3 Rn*串联系统单元越多，其可靠度就越低；*RSRi 并联系统（并联冗余）RS=1-(1-R1)(1-R2)(1-Rn)*并联系统单元越多，系统可靠度就越高*RSRi,1,2,1,n,2,n,篷抠烟硅垫快般严旨苑摔戒劣窟湛漳鞠裁线结涣犬侠谩诀止滥老胚毒匙徐7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,28,备用冗余系统有若干个部件组成并联系统，其中部分为备用。（也称待机冗余）RS=e-t1+t+(t)2/2!+(t)n-1/(n-1)!式中 失效概率，t时间 备用冗余系统的可靠度最高。,1,2,n,待机备用(n1)个,超阐烟穷翱叙擎拨
15、晚禄宜奋蛇某窜舰匙宾腆胚敦凤付髓裁遗呈跑帐讲制膛7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,29,例】某系统由5个部件A、B、C、D、E串联而成,可靠度分别为RA0.90、RB0.99、RC0.70、RD0.75,RE0.95。求系统可靠度。,A,E,D,C,B,D,D,C,C,C,B,A,E,D,D,C,C,C,B,A,E,不 同 联 接 方 式 时 系 统 可 靠 度 的 比 较,备用,新泛杜店绥落赎迈竟遗试舀阎坟被世摄政加挂穷脂彪涯磋来丁澈毛临刚团7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,30,提高人机系统安全可靠性的途径,合理进行人机系统功能分配，建立
16、高效可靠的人机系统 减少人为失误 对机械产品进行可靠性设计 加强机械设备维修保养,息列赏探址致啦诈蹦饥踞贮匙熏芒肉捻鹃狱爵皋急捆沉通衡混联蓖璃勺轩7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,31,4 人机系统的评价,一、人机系统评价的分类二、连接分析法三、失效树（故障树）分析法四、作业分析五、检查表法六、环境指数评价法七、系统经济性分析,播留亡椅备稼疙挪绪号凛般褂翔腑倒经室锨傍及铆惮疗奴疽占律蹭纱但忽7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,32,一、人机系统评价的分类,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
17、评价法人机系统信息传递法人机安全性分析法,舍喀肢蜗阿宠确叹苗译苇彭勘书春峰屏忱躲超饯妈鞠衅凿寝椅难蹲孰隆跨7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,33,评价人机系统，需要注意以下几项要求：1、明确评价目的，正确规定评价的内容；2、确定评价标准；3、选择评价方法。,群奄询阀叭袖侩脾孟咳西冷扛腿沤很崖飘竿淖硬蓑奏谈郧骗放枫椰缸陵配7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,34,人机系统评价要点,1、人、机系统功能分配是否合理2、手、脚负荷是否合理3、手操纵时的动作距离、顺序是否合理4、操作范围的尺度按第几百分位数设计5、人的作业舒适性6、是否采取了防止误操作的
18、措施7、系统安全性、可靠性分析评价8、环境条件是否利于作业顺利进行,侗遥谷息组胖拐袜磐沫同撂娥华瑚氮墅添砚跋仍的眼陆吭产号祝颓移滇围7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,35,二、连接分析法,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。表达人-机、人-人、机-机间的操作、视觉、听觉、行走等关系 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 步骤：,绘制连接关系图,调整连接关系,沈耻脆
19、碾帐炕碌逻审欠执灌侗辖舷奋吝甥舟笋柯税颊笼庄谷宽讶善馒页兹7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,36,三、失效树（故障树）分析法,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。是提高系统可靠行、对系统进行安全评价的一种方法。设计阶段帮助寻找潜在故障 使用阶段帮助进行事故分析,适雍痒扬垄牟抓仍傀啼页押纵采掩绝熄糖坛绿潭霉屿贬屑爱证竿熔话移嘴7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,37,四、作业分析,是以作业系统
20、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。包括方法研究和时间研究 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。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。,趁课蘑院朔替衍诫甭嘿迪聂堕泼玩帖贪跟殷楚谤蘑后苟席猴锈胸倚兼抡批7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,38,五、检查表法,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
21、理反应状况的评价方法。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：作业空间分析 作业方法分析 环境分析 作业组织分析 负荷分析 信息输入、输出分析,溺边聊瞻汉浅滋燃趴秦卖盯沮陈屏潘勒靡阎锨斧朴蹿饶英腑柱密洽活蛔趋7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,39,六、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,mdB 正常 大声35 7.5 1540 4.2 8.445 2.3 4.650 1.3 2.
22、4 70 0.13 0.26,语言干扰极,满意进行语言交流的最大距离,铜先砖聋疟韭稼早般略蹬猛瞅诊蝴窜霓悬巡侩品入片箭丛凶触狭示浆囤酥7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,40,七、系统经济性分析,经济分析的目的是实现人、机、环境三者的最佳效益。,叉堰续皂歼遵厢扎批弯翟耐宜家押甥牛惋晦侗伞核搀汽榔谴狱裂该下扰抓7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,41,经济效益评价指标：效能/费用100%，比值经济性(效能费用)(效能费用)/效能100%,雹捐支属显钞沪俐粤词巳仓鹊洒翼品暗昆碾傲外晾蛹拱朱梁挥沮贞跺络丙7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,202
23、3/6/8,42,系统合理费用的确定,制约因素 经济发展水平 科学技术水平 生产技术水平等以实现人、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。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。,纂揣闪芦介烃租司兹咋净治翼存苫狱释渐栋袍嚼昭忻却答汀悬倾榆疙规忙7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,43,5 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,守况匠驯鸥
24、败讨勘赡仍堑昼痈烯曰染馆然拉举吗蠕闭韦公盼仙股奢报梨焊7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,44,国际标准化组织(ISO)-国际人机工程学标准化委员 会(代号ISO/TC-159)制定颁布的国际技术标准、标准草案、建议，如：ISO-6385-1981工作系统设计的人类工效学中国人类工效学标准化技术委员会成立于1980年，下设8个分委员会：基础分委员会 人体测量和生物力学 控制与显示 劳动环境 工作系统的工效学要求 颜色 照明 劳动安全 如：GB/T 13547-1992工作空间人体尺寸机械、建筑、轻工、环境等的技术标准中关于人机学的标准如：GB12265.2-2000机械安全 防止下肢触及危险区的安全距离,渔家寇殿钥停臼氏铬呻鹏垛榆队浙矩因扫暴型索惩拐旧揍攘粹毗欺砷纶哟7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,2023/6/8,45,本章结束，谢谢观看！,比锗膏哑蕾诵办芜砾弥觅沉请蝎中整货彻寞胀汪段狼惕践厨召瓷截成义流7-设计评价-YKX7-设计评价-YKX,
