人机系统设计与评价

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第三节
人机系统评价
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一、评价的概念

指按照明确目标测定对象的属性，并把该属性 变成主观效用的行为，也即明确价值的过程。

对人因工程设计进行评价，就是查明设计方 案对于预定目标的“价值”及“效用”。
评价不能以单个因素作为目标来进行，必须 考虑多个因素即多个目标。
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能同时完成多种操作，且可以保持较高 的效率和准确度 能在恶劣的环境条件下工作

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（三）人与机器的功能分配
1.含义
指在人机系统中，为了充分发挥人与 机器各自的特长，互补所短，恰当地分配人 机任务，以达到人机系统整体的最佳效能与 总体功能。
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评价分为：

对现有的工业产品的人机系统进行评价

对人机系统规划和设计阶段的评价

方法：定性评价、定量评价
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二、评价目的与原则
（一）评价目的 根据评价结果，对系统进行调整，发 扬优点，改善不足，以达到系统的最优化。
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（二）评价原则
（1）评价方法的客观性

优化原则
1）操作人员与其操纵装置的连线尽可能不 交叉。
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A
2
D
G
D
F
A
1 3 E 4 1 B C F E a）
2
3
C
B
4
G
b）
原来的位置安排
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改进后的位置安排
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2）按综合评价值大小布置 操作者和多个机具之间、操作人员之间 应按评价值大小，由近而远安排布置。
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(2)操纵装置 操纵装置是否设置在手易达到的范围内？ 操纵装置是否按不同功能和不同系统分组？ 紧急停车装置设置的位置是否合理？

操纵装置的布置是否能保证操作者以最佳体 位进行操作？
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（3）作业空间 工作姿势是否易产生疲劳 危险作业区是否隔离 （4）环境要素 照明是否合适 噪声是否超过卫生标准
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人机应达到最佳匹配，使系统整体效能最优

人监控机器

机器监督人，以防止人产生失误时导 致整个系统发生故障。
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显示器与人的信息感觉通道特性的匹配
控制器与人体运动反应特性的匹配； 显示器与控制器之间的匹配； 环境条件与人的有关特性的匹配； 人、机、环境要素与作业之间的匹配
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人 机 系 统 的 类 型 之 一
9
人 机 串 联
按 人 机 结 合 方 式
人 机 并 联
人 机 系 统 的 类 型 之 二
串 、 并 混 合
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按 有 无 反 馈 控 制
开 环
人 机 系 统 的 类 型 之 三
闭 环
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人 机 系 统 的 目 标
（2）通用性 应适应评价同一级的各种系统。 （3）综合性
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三、评价目标体系的建立
（1）技术评价目标 （2）经济评价目标
（3）社会评价目标
评价目标体系如图所示：
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整体性
协调性、完整性
技术性 宜人性 总目标 安全性 经济性 环境
先进性、工艺性、 效率、维修性
美观、舒适 可靠性、稳定性 成本、效益、市场 微气候、照明、噪音
第九章
人机系统设计与评价
1

人机系统概述


人机系统设计
人机系统评价 人机系统分析评价方法
2
第一节
一、含义 系统
人机系统概述
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体。
3
人机系统---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 个整体系统。 人
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2、功能分配的内容

由“人”承担的工作
程序设计 意外事件处理
变化频繁的作业
“机”的维修
研究、决策、设计
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• 由“机器”承担的工作： 枯燥、单调、笨重的作业 危险性较大的作业，如放射、有毒作业 粉尘作业 喷漆、涂料、电镀、焊接等作业 自动校正、自动检测 高阶运算 快速操作 高精度的、程序固定的作业
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圆形----操作者 矩形----设备 细实线----操作连接 虚线----听觉连接 点划线----视觉连接
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（2）确定各连接的重要度和频率

各连接的重要度和频率可根据调查统计和经验 确定其分数值。

“极重要”和“频率极高”者为4分； “重要”和“频率高”者为3分； “一般”和“一般频率’者为2分；
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3）按感觉特性配置系统的连接
视觉连接和触觉连接应配置在操作者前 面，听觉连接可不受此限制。
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4）作业空间的大小，应符合安全空间 的要求，危险作业区和危险作业点应加 隔离。
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二、操作顺序图法（OSD法） 由“信息—意志决定—动作” 之 间的关系组成的作业顺序用图表示。
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回答
单元名称 检查项目内容 是 否 备注
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2.人机系统分析检查表内容
（1）信息显示

仪表的安排是否是否符合视觉运动规律？
最重要的仪表是否布置在最有利的视区内？
显示仪表与控制装置在位置上对应关系如何？ 音响信号是否受到噪声干扰？
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42
被比者 比较者
A
B 1
C 0 1
D 1 2 3
ki
2 6 10 6
gi ki / ki
i1
n
判 别 表 法
A
B C D 3 4 3
0.087 0.250 0.417 0.250
3 2 1
重要程度排序C＞B=D＞A
gi为评价目标的权系数 ki为各评价目标的总分 n为评价目标数
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将操作顺序图表现方法扩展，进行反应时间分析
时间轴
灯亮 看见灯 灯亮
按电钮
看见灯 按电钮
a）
b）
对灯亮立刻做出反应
对灯亮长时间没有做出反应
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灯亮 90% 10%
看见灯亮 1%
不能看见
99%
按电钮
不按钮
加进概率值的操作顺序图
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三、检查表法
1．检查表的编制
根据评价对象和要求有针对性地进行， 要尽可能地系统和详细。
优 试制评价 劣
正式投产
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（一）人-机系统的目标 确定它作为一个整体所体现的目标。
系统应该具备什么功能。
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（二）人与机器的功能分析
人在操作活动中的基本功能示意图
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1.人优于机器的功能

某些感官的感受能力比机器优越
能运用多种通道接受信息 具有高度的灵活性和可塑性，能随机应变， 采用灵活的程序。
机器的操作者或使用者
机器
人操作（使用）的机器、 设备、工具的总称
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例如： 人使用计算机 人驾驶汽车 人操纵机床 人控制自动化生产
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5
二、人机系统基本模式

由下列子系统 组成 ： 人的子系统 机器的子系统 人机界面
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人的子系统可概括为
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按连接性质，人机系统的连接方式分为两种

对应连接
逐次连接
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（1）对应连接
指作业者通过感觉器官接受他人或机 器装置发出的信息或作业者根据获得的信 息进行操纵而形成的作用关系。
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视觉连接 听觉连接 显示指示型连接 反应动作型连接 操作连接 语言连接 行走连接
S O R
C M D
感受刺激—大脑信息加工—做出反应

机器的子系统可概括为
控制装置—机器运转—显示装置
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三、人机系统的类型
1.按系统自动化程度分类 2.按人机结合方式分类 3.按有无反馈控制分类
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按 系 统 自 动 化 程 度
人 工 操 作 系 统 半 自 动 系 统 自 动 化 系 统
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2、人机系统设计在工程设计中的地位 工程设计，大都可分为六个设计阶段：
(1)原理设计，主要解决功能问题；
(2)初步设计，具有总体设计的性质；
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(3)人机系统的设计，解决人机关系的问题； (4)结构设计，解决结构形状、尺寸和工艺问 题； (5)造型设计，主要是整体外观造型的美观设 计问题； (6)完成阶段，包括施工图设计和试制问题。

符号：▽表示传递信息
○表示接受信息
□表示动作
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灯亮
灯亮
看见灯
看见灯
按电钮
按电钮
a）
b）
以作业者为对象
以系统为对象
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人操作失误时的操作顺序图
点灯
没点灯
看见灯 看见灯 看不见灯
没看见灯
按电钮
不按电钮
按电钮
不按 电钮
a）
有信息显示
b）
无信息显示
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两个要素 间的关系可 在连线 上 描述 频率得分 （三角） 重要性得分 （方框）
绘图板
B 3
船长与领航员、舵手及报务员 之间关系
领航员
4 4
船长
P
3
报务员
W
4
无 线 电台
R
N
3 4
C
2 4 4 H
3
4
3
3
舵手
4
罗盘仪
4 S
舵轮
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（4）优化

调整各要素位置，使人机及空间得到合理 配置。
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能长期大量储存信息并能进行分析和判断。


具有总结经验，除旧创新，改进工作的能力。
能进行归纳推理。
有感情、意识和个性，具有能动性。
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2．机器优于人的功能


能平稳地运用巨大动力
信息传递、加工的速度快


精度高，误差可随机器精度提高而减小
做重复性工作，不存在疲劳和单调问题
第四节

人机系统分析评价方法
连接分析法
操作顺序图法 检查表法 工作环境指数法 海洛德分析评价法
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一、连接分析法
用“连接”来表示人、机之间的关系。 一种对人、机器、过程和系统进行评价的 简便方法。
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1.连接及其表示方法 指人机系统中，人与机、机与机、人
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人-机系统的功能 1、信息接受 2、信息加工 3、信息贮存 4、执行功能 5、信号反馈 6、输入与输出
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第二节 人机系统设计
一、概述 1、人机系统设计思想的发展

让人适应机器
让机器适应人 人与机器相互适应 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。

“不重要”和“频率低”者为1分。
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（3）计算综合评价值（连接值）
综合评价值=重要程度*频率 用综合评价值评价人机系统各连接设计的 优劣。

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综合评价值高者应布置在最佳区

操作连接应处于人的最佳作业范围
视觉连接应处于人的最佳视区 听觉连接使人的对话或听觉显示信号声最清 楚 行走连接应使行走距离最短
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触觉连接
（2）逐次连接
由逐次动作达到一个目的而形成的连接称 为逐次连接。
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2.连接分析法的程序
（1）绘制连接分析图 （2）确定各连接的重要度和频率
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（3）计算综合评价值（连接值）
（4）优化
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（1）绘制连接分析图
运用特定的符号表示人机系统中的操作者、 设备以及它们之间的关系。
与人之间的相互作用关系。
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连接形式 ：

人—机连接 指作业者通过感觉器官接受机器发出 的信息或作业者对机器实施控制操作而产 生的作用关系。
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机—机连接 指机械装置之间所存在的依次控制关系；

人一人连接
指作业者之间通过信息联络，协调系统正常
运行而产生的作用关系。
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四、评价目标体系的处理
（一）目标体系的简化

目标之间有相互联系，一项目标的变化， 常会影响到另一些目标随之变化。

提高劳动生产率或改善劳动环境条件， 可能需增加投资。

目标数量不宜过多。
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（二）权系数的确定
求权数的方法：

专家评议法
层次分析法 判别表法


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人机功能分配应考虑的问题 人进行规定操作所需的训练时间和精力限度；
人的个体差异的统计；
人与机器的性能、负荷能力、潜力及局限性；
对异常情况的适应性和反应能力的人机对比；
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机器代替人的效果和成本。
设备原值*（折旧率+大修费率+银行利率） +能耗费+维修保养费 < 人工工资+工资附加费+社会保险费
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二、人机系统设计程序
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确定系统目标 人机功能分析 人机功能分配 人员开发 机器设计
人 功能要求 因 人力资源分析 工 程 人员选择 专 家 人员训练
性能要求 人机界面设计 作业辅助设计
结构设计
总体设计 施工设计
工 程 设 计 师
系统分析评价