十一人机系统设计与评价

第十一章 人机系统设计与评价
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人机系统设计
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人机系统的评价
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人机系统标准
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人机工程学原理及应用
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§1 人机系统的设计
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。
1.目标建立： 确定包含人在内的全系统同应具有的目
标，并详细填写系统目标说明书。
2.功能分析：
确定目标后，对系统目标进行技术上的 可行性、制造成本和用户要求等进行比较， 确定实现目标的手段，也就是确定应给予系 统的功能。
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2、人机功能分配（划定人机界限）
功能分配：为了使系统达到最佳配备，在研 究分析人和机器特性的基础上，充分发挥人和机 器的潜能，合理的将系统各项功能分配给人和机 器的过程。
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二、人机系统设计的概念
人机系统设计是按照系统论的方法而进行的一种总 体设计，亦即将整个人机系统划分为一系列具有明确 定义的设计阶段，而每个阶段的设计活动和任务必须 是明确的。
“总体”的意义是强调人机系统的各个成分，如人
、硬件、软件，都要给予全面考虑，以克服长期以来
工程设计中忽视人和人的效能问题，其设计的目标是
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）
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接受信息 储存信息 处理信息 执行功能
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人与机器的特性比较
项目 速度 逻辑推 理 计算 可靠性 连续性 灵活性
检测
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机 占优 擅长演绎
人 延时1s 擅长归纳
视觉
成本2019/12/30
机 某些感觉超人（如电离辐 射） 无 操作力、速度、范围等及 处理固、液、气方面强 恒定，可极大、极小
适于文字再现、长期储存
能感受和利用红外线等电 磁波
购置、运转人、机保工程养学原费理及应用
人 受某些因素影响
自由度大，灵巧 大小与时间有关 擅长原则、策略的记 忆 有限
工资、福利、照顾、9 保险等，生命
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
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• 2．FTA的一般方法和步骤
各作业中为了正确判断而必须的信息、联络、执行等
具体的 设计
对安全性的考虑 防止士气、情绪下降的措施 显示、控制装置的选择与设计
控制板的配置计划
提高安全性的措施
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空间设计、人人员机工与程机学器原理的及布应置用决定照明、温度、防噪等环境1条6 件
系统开发 的各阶段
各阶段的主要内容
人机工程学专家的工作事例
人机工程学专家的工作事例
预备设
计（大纲 的设计）
准备适用的可能的人机工程学资料
人机工பைடு நூலகம்学的设计标准提示等
关于信息与控制必要性的研究与实现方法的选择及开发（潜在的
细节设计 要求及最繁忙异常时的要求）
作业性（工作方便）的研究
系统
居住性的研究
设计
决定构成系统的最终方案及其实现步骤的意见
最终决定人机间的机能分配
适宜机器承担的工作
•重复性操作、计算；大 量资料储存
•迅速施加大力或长时间 施力或须严格控制施力 大小
•大量数据处理
•根据某特定范围多次重 复作出判断
•对人有危险或容易误操 作
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3、人员开发（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。
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一、人机系统评价的分类
按阶段分
预 评 价
验 收 评 价
现 状 评 价
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按量化程度分
定 性 评 价
功连时操人
能接间作失
流分线顺误
程析图序分
图法法图析
法
法法
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定 量 评 价
人人环人功 机机境机能 安系指可分 全统数靠析 性信评性法 分息价分 析传法 析 法递
法
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四、人机系统设计步骤
人机系统设计的每一阶段都是由互相联系的一系列设计活动组成，而 各个阶段之间具有时间上的顺序性，即只有上一阶段的设计活动完成后， 才能进行下一阶段的设计活动。这就构成了人机系统的设计程序，通常可 分为以下几个阶段。
（1）定义系统目标和参数阶段，包括确定使用者的需求，确定使用者的特性，确定 群体的组织特性，确定作业方式，确定作业效能的测量参数及测试方法。
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表11-2 人一机系统的设计步骤
系统开发 的各阶段
明确系统 的重要性
各阶段的主要内容 目标的设定 使命的确认 运用条件的确认
人机工程学专家的工作事例
人员的特性、训练等的调查预测
从安全和舒适性方面对系统的必 要条件进行复核以及对人员的士 气进行预测等
系统必要条件的明细化
（2）系统定义阶段，包括定义功能要求，定义操作（作业）要求
（3）初步设计阶段，包括功能分配、作业流程设计和作业反馈机制设计。
（4）人机界面设计阶段，包括显示装置设计、控制装置设计和作业空间设计。
（5）作业辅助设计阶段，包括制定使用者素质要求、设计操作手册、设计作业辅助 手段和设计培训方案。
（6）系统评价阶段，包括制定评价标准、实施评价和做评价结论。
• 2．逐次连接——控制盘上控制器的布置
人在进行某一作业过程中，往往不是一 次动作便能达到目的，而需要多次逐个的连 续动作。这种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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三、失效树（故障树）分析法
• 1.概念：
• 失效树分析(Fault Tree Analysis,简称FTA)是
FT的建造过程实质上也就是了解系统、分析系统的过程。 建树的完善程度直接影响对系统约定性分析和定量计算。所以、 建树过程需要经过多次反复讨论修改，逐步完善。FT的建立一 般可按下列步骤进行：
①首先选定顶端事件，并将其置于FT的最上端。
②列出可能引起顶端事件的一切因素，并按其相关性分为若 干组。
③确定各组中各事件的性质(中间事件、基本事件、发生概率 微小的事件)的符号将其分别标出。
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2、设计要求
• 能达到预定目标，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。
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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
快，精确；不会修正 慢，易错，善于修正
较高；变化
高；变化；应变强
长期
易疲劳
取决于设计
高
物理量的检测范围广而 具有同认识直接联系的高度
准；能检测到人不能检 检测能力；没有固定的标准
测的电磁波
值，易产生飘移；具有味觉、
嗅觉和触觉
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接下表
续上表
项目 输入灵敏度
智力 操作处理能 力 功率输出 记忆
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4、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：
定 性 分 析 法
人失误分析法
功能分析法
操作顺序图法 时间线图法
定 量 分
人机可靠性分析法 环境指数评价法
连接分析法 功能流程
析 人机系统信息传递法 法 人机安全性分析法
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生产
生产
以上几项为准
运用
运用、维护
以上几项为准
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§2 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 八、海洛德分析评价法
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④将各组的事件组成适当的逻辑门(“与”门或“或”门)。
⑤按逻辑关系将各逻辑门连接构成FT。
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3.方法由来及特点
方法由来
•美国贝尔电话实验室——维森（H.A.Watson）
• 民兵式导弹发射控制系统的可靠性分析
• 分析事故原因和评价事故风险
方法特点
• 演绎方法
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
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调整连接关系
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减少交叉
综合评价
运用感觉特性配 置系统的连接22
• 1．对应连接——控制盘的布置
对应连接是指作业者通过感觉器官接受 他人或机器发出的信息或作业者根据获得的 信息进行操作而形成的作用关系。
弹性分配原则 即系统的某些功能可以同时分配给人或机器，
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人可以自人由机工选程择学原参理及与应用系统行为的程度。 10
适宜人承担的工作
•由于各种干扰需要判断 信息时
•要求判断变化的图形时
•要求判断各种各样的输 入
•对发生频率非常低的事 态进行判断
•解决问题需要归纳、判 断
•预测不测事件的发生时
统性能的判定
系统分析 与系统计 划
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系统机能的分析
实施系统的总体轮廓
人与机的任务分配与各种方案系
系统构思的发展（各种可 能构思的分析与评价）
统性能变化的调研与评价 关联各个性能的作业分析 调查决定必要的信息，确定显示
与控制的种类
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系统 开发 的各 阶段
各阶段的 主要内容
• 全面、简洁、形象直观
201•9/12定/30 性评价和定量评人机价工程学原理及应用
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目的：找出事故发生的基本原因和基本原因组合 适用范围：分析事故或设想事故 使用方法：由顶上事件用逻辑推导逐步推出基本原因事件 资料准备：有关生产工艺及设备性能资料，故障率数据 人力、时间：专业人员组成小组，一个小型单元需时一天 效果：可定性及定量，能发现事先未估计到的原因事件
使系统的每个成分都为实现系统目标而能够协调一致
地发挥各自的功能。 2019/12/30
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三、人机系统设计的一般程序
人机系统目标的建立 功能分析
功能分配
人员开发
人机界面设计
机的设计
工作描述
作业规范
系统综合、评价
试制评价
正式投产
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1、人机系统的目标建立与功能分析
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。
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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
人机功能分配原则：
比较分配原则 通过人与机器的特性比较，进行客观的和符 合逻辑的分配。
剩余分配原则 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。
经济分配原则 以经济效益为原则，合理恰当地进行人机功 能分配。
宜人分配原则 系统的功能分配要适合于人的生理和心理的多 种需求，有意识地发挥人的技能。
计划阶段的评价 模型制作阶段 系统的考 原始样式 核与评价 判断考核模型的缺 陷 变更设计的意见
设计图阶段的评价 模型或操纵训练用模拟装置的人 机关系评价 评价基准的设定（包含考核方法 、资料的种类、分析法等） 安全性、舒适性、对士气意志的 影响等的评价 机械的设计变更，使用顺序的变 更 人的作业内容的变更，人员、设 备和训练方式的改善等的建议， 系统计划内的调整
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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
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