人因工程学第13章 人机系统

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1、华北电力大学工业工程叶 锋华北电力大学工业工程华北电力大学工业工程华北电力大学工业工程 第一节第一节 人机系统概述人机系统概述 第二节第二节 人机系统设计思想与程序人机系统设计思想与程序 第三节第三节 人机系统评价概述人机系统评价概述 第四节第四节 人机系统分析评价方法人机系统分析评价方法华北电力大学工业工程 华北电力大学工业工程n人机系统人机系统-系统是由相互作用、相互依存的要素（部分）组成的、具有特定功能的有机整要素（部分）组成的、具有特定功能的有机整体。体。n组成组成-是由相互作用、相互依存的人和机器是由相互作用、相互依存的人和机器两个子系统构成的，且能完成特定目标的一个两个子系统构成的

2、，且能完成特定目标的一个整体系统。整体系统。n人人-是指机器的操作者或使用者；是指机器的操作者或使用者；n机器机器-含义是广义的，是指人所操纵或使用的各含义是广义的，是指人所操纵或使用的各种机器、设备、工具等的总称。种机器、设备、工具等的总称。华北电力大学工业工程n例如例如:n人骑自行车人骑自行车n人驾驶汽车人驾驶汽车n人操纵机器人操纵机器n人控制自动化生产人控制自动化生产n人使用计算机人使用计算机都属于人机系统都属于人机系统华北电力大学工业工程二、人机系统基本模式二、人机系统基本模式 n人机系统基本模式由下列子系统组成 ：n人的子系统人的子系统、n机器的子系统机器的子系统n人机界面人机界面华

3、北电力大学工业工程n人的子系统可概括为人的子系统可概括为 感受刺激感受刺激大脑信息加工大脑信息加工做出反应做出反应n机器的子系统可概括为机器的子系统可概括为 控制装置控制装置机器运转机器运转显示装置显示装置n在人机系统中，人与机器之间存在着信息在人机系统中，人与机器之间存在着信息环路，人机相互具有信息传递的性质。系环路，人机相互具有信息传递的性质。系统能否正常工作，取决于信息传递过程能统能否正常工作，取决于信息传递过程能否持续有效地进行。否持续有效地进行。ROSDMC二、人机系统基本模式二、人机系统基本模式华北电力大学工业工程三、人机系统的类型三、人机系统的类型n1.按有无反馈控制分类按有无反

4、馈控制分类 n（1）闭环人机系统）闭环人机系统 n（2）开环人机系统）开环人机系统 n2.按系统自动化程度分类按系统自动化程度分类 n（1）人工操作系统）人工操作系统 n（2）半自动化系统）半自动化系统 n（3）自动化系统）自动化系统 n3.按人机结合方式分类按人机结合方式分类 n（1）人机串联）人机串联 n（2）人机并联）人机并联 n（3）人机串、并联混合）人机串、并联混合 华北电力大学工业工程1.按有无反馈控制分类按有无反馈控制分类 n反馈是指系统的输出量与系统输入量结合后重新反馈是指系统的输出量与系统输入量结合后重新对系统发生作用对系统发生作用。n(1)闭环人机系统闭环人机系统n也叫反馈

5、控制人机系统，其特点是：系统的输出直接作也叫反馈控制人机系统，其特点是：系统的输出直接作用于系统的控制。用于系统的控制。 n(2)开环人机系统开环人机系统n特征是：系统中没有反馈回路，系统输出不对系统的控特征是：系统中没有反馈回路，系统输出不对系统的控制发生作用，所提供的反馈信息不能控制下一步的操作。制发生作用，所提供的反馈信息不能控制下一步的操作。即系统的输出对系统的控制作用没有直接影响。即系统的输出对系统的控制作用没有直接影响。 华北电力大学工业工程2.按系统自动化程度分类按系统自动化程度分类n(1)手工操作系统手工操作系统n人使用机械与工具工作，但机械与工具不具备动力，能人使用机械与工具

6、工作，但机械与工具不具备动力，能源是体力，控制凭技能。源是体力，控制凭技能。n例如，钳工锉削、刮研、木工作业、手工造型等例如，钳工锉削、刮研、木工作业、手工造型等人（动力源和控制者）人（动力源和控制者）信 息 储 存感 觉信息处理与决策执 行信 息 反 馈输 出输 入华北电力大学工业工程2.按系统自动化程度分类按系统自动化程度分类n（2）半自动化系统）半自动化系统n这种系统中，人操纵具有动力的设备工作。n如，操纵机床加工零件，驾驶汽车、火车等。人（动力源和控制者）人（动力源和控制者）信信 息息 储储 存存感 觉信息处理与决策执 行信信 息息 反反 馈馈b）过程控制输 入设 备输 出华北电力大学

7、工业工程2.按系统自动化程度分类按系统自动化程度分类n（3）自动化系统）自动化系统n这种系统中，机器完全代替了人的工作，生产过程的信息接受、信息处理和执行等均由机器来完成，人只起启动、停止、编程、监控、修理、调试的作用。n但是，这种系统的投资大，非大量生产采用它是不经济的。华北电力大学工业工程3.按人机结合方式分类按人机结合方式分类n可分为人机串联，人机并联和人机串、并联混合三种方式。如图所示: 机器人人机器机器机器人华北电力大学工业工程n（1）人机串联）人机串联n人与机任何一方停止活动或发生故障，都会使整个系统人与机任何一方停止活动或发生故障，都会使整个系统中断工作。人和机的特性相互中断工作

8、。人和机的特性相互 增强、相互干扰。增强、相互干扰。n 机器人华北电力大学工业工程n（2）人机并联）人机并联n人、机两者可以相互取代，具有较高的可靠性。作业时人间接介入工作系统，人的作用以监视、管理为主，手工作业为辅。这种结合方式，人与机的功能互相补充，自动化系统中多采用这种人机结合方式。n 人机器华北电力大学工业工程机器机器人（3）人机串、并联混合）人机串、并联混合这种结合方式多种多样，实际上都是人机串联这种结合方式多种多样，实际上都是人机串联和人机并联的两种方式的综合，往往同时兼有和人机并联的两种方式的综合，往往同时兼有这两种方式的基本特性这两种方式的基本特性 华北电力大学工业工程第二节第

9、二节 人机系统设计思想与程序人机系统设计思想与程序 华北电力大学工业工程的设计思想n先设计好机器，再根据机器的运行要求来选拔和培训人员。的设计思想n即根据人的特性，设计出最符合人操作的机器设备、器具，最醒目的显示器，最方便使用的控制器，如何使设计的机器尽可能地代替人的工作等。的系统设计思想 n在机器和人中间进行合理的功能分配，从而达到系统的最佳匹配 华北电力大学工业工程 n（一）人-机系统的目标 n（二）人与机器的功能分析 n（三）功能分配n（四）设计与评价华北电力大学工业工程正式投产正式投产试制评价试制评价系统分析评价系统分析评价确定系统目标确定系统目标人机功能分析人机功能分析人机功能分配人

10、机功能分配人机界面设计人机界面设计作业辅助设计作业辅助设计结构设计性能要求总体设计工工 程程 设设 计计 师师施工设计人力资源分析功能要求人员选择人因工程专家工程专家人员训练人员开发人员开发机器设计机器设计优劣华北电力大学工业工程n在设计一个系统时，首先必须确定它作为一个整体所体现的目标，然后再讨论为达到该目标，系统应该只备什么样的功能。 n1人机特性比较 n详细比较见下表华北电力大学工业工程能力种类机器的特性人的特性信息接收 物理量的检测范围广，而且正确 可检测如电磁波等一些人不能检测的物理量 能够在视觉范围以外用红外线和电磁波工作 具有与认知有直接联系的检测能力，凭感官接受信号，掌握标准困

11、难，易出偏差 具有味觉、嗅觉和触觉 视觉范围有一定限制，能够识别物体的位置、色彩和物体的移动信息处理按预先编程可进行快速、准确的数据处理。记忆正确并能长时间储存，调出速度快能连续进行超精密的重复操作和按程序常规操作，可靠性较高对处理液体、气体和粉状体等比人优越，但处理柔软物体则不如人计算速度快，能够正确地进行计算，但不会修正错误图形识别能力弱能进行多通道的复杂动作具有抽象、归纳能力以及模式识别、联想、发明创造等高级思维能力。善于积累经验并运用经验判断 超精密重复操作易出差错，可靠性较低可通过获取视觉、听觉、位移和重量感等信息控制运动器官灵活地操作计算速度慢，常出差错，但能巧妙地修正错误图形识别