人因工程学13-15

（二）人与机器的功能分析
1．人机特性比较
详细比较见下表
能力种类 信息接收 信息处理
信息交流与输出
机器的特性
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
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
（２）人能运用多种通道接受信息
当一种信息通道有障碍时可用其他通道补偿。而机器只能按设 计的固定结构和方法输入信息。
（３）人具有高度的灵活性和可塑性，能随机应变，采 用灵活的程序。
人能根据情境改变工作方法，能学习和适应环境，能应付意外 事件和排除故障。而机器应付偶然事件的程序是非常复杂的。
人与机器相互适应的系统设计思想
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
二、人机系统设计程序
（一）人-机系统的目标 （二）人与机器的功能分析 （三）功能分配 （四）设计与评价
确定系统目标
人机功能分析
人员开发
人 功能要求 因 工 人力资源分析 程 专 人员选择 家
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。

人
机器
（3）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 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
人
机器
机器
第二节 人机系统设计思想与程序
（７）人的最重要特点是有感情、意识和个性，具有 能动性，能继承人类历史、文化和精神遗产。人在社 会生活中，接受社会的影响，有明显的社会性。
3．机器优于人的功能
（１）机器能平稳而准确地运用巨大动力
而人受身体结构和生理特性的限制，可使用的力量较小。
（２）机器动作速度快、信息传递、加工和反应的速度快 （３）机器的精度高，产生的误差可随机器精度提高而减小
一、人机系统设计思想的发展 二、人机系统设计程序 三、人机系统设计步骤
一、人机系统设计思想的发展
让人来适应机器的设计思想
先设计好机器，再根据机器的运行要求来选拔和 培训人员。
让机器适应人的设计思想
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。
1.人机功能分配
所谓人机功能分配，是指在人机系统中，为了充分发挥 人与机械各自的特长，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。
（1）人机功能分配应考虑的问题
1) 人与机械的性能、负荷能力、潜力及局限性。 2) 人进行规定操作所需的训练时间和精力限度。 3) 对异常情况的适应性和反应能力的人机对比。 4) 人的个体差异的统计。 5) 机械代替人的效果和成本。
而人的操作精度不如机器，对刺激的感受也有限。
（4）机器的稳定性好，做重复性工作，不存在疲劳和单调 问题
人的工作易受身心因素和环境条件等影响，因此在感受外界作用和操作的稳 定性方面不如机器。
3．机器优于人的功能（续）
（5）机器的感受和反应能力一般比人高
如机器可以接受超声、辐射、微波、电磁波和磁场等信号； 还可以做出人做不到的反应；如发射电讯信号、发出激光等。
人（动力源和控制者）
信息储存
输入 感 觉 信息处理与决策
执行
过程 控制
输出 设备
信息反馈
b）
2.按系统自动化程度分类
（3）自动化系统
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。
但是，这种系统的投资大，非大量生产采用它是不经济 的。
2.人与机的功能匹配
1）人机应达到最佳匹配，使系统整体效能最优 2）人和机器的相互配合
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。
3）显示器与人的信息感觉通道特性的匹配 4）控制器与人体运动反应特性的匹配； 5）显示器与控制器之间的匹配； 6）环境条件与人的有关特性的匹配； 7）人、机、环境要素与作业之间的匹配等。
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 否持续有效地进行。
三、人机系统的类型
1.按有无反馈控制分类
（1）闭环人机系统 （2）开环人机系统
2.按系统自动化程度分类
（1）人工操作系统 （2）半自动化系统 （3）自动化系统
3.按人机结合方式分类
（四）设计与评价
1、人机系统设计在工程设计中的地位
几乎所有的工程设计，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； (3)人机系统的设计，主要是解决人机关系的一些问题； (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。
学习归纳能力
学习能力较低，灵活性差 只能理解特定的事物
具有很强的学习能力，能阅读和接 受口头指令，灵活性很强
能从特定的情况推出一般结论，既 具有归纳思维能力
持续性、可靠性 和适应性
环境
可连续、稳定、长期运转，也需要 适当的维修保养 可进行单调的重复性作业
与成本有关。设计合理的机器对设 定的作业有很高的可靠性，但对意 外事件则无能为力
成本
包括购置费、运转和保养维修费 如果万一不能使用，也只失去机器 本身的价值
包括工资、福利和教育培训费 如果万一发生事故，可能失去宝贵 生命
2.人优于机器的功能
（１）在感知觉方面，人的某些感宫的感受能力比机器 优越
例如，人的听觉器官对音色的分辨力以及嗅觉器官对某些化学 物质的感受性等，都优于机器。
射环境及有毒作业等。 （３）粉尘作业 （４）喷漆、涂料、电镀、焊接、铆接等作业。 （５）自动校正、自动检测、高精度装配等。 （６）特殊目的作业。如病房服务、为盲人引路、
壁行机(用于船壳焊接)、象鼻机(仿象鼻运动搬运 重物)等。 （７）高阶运算 （８）快速操作 （９）可靠性的、高精度的和程序固定的作业。
（6）机器能同时完成多种操作，而且可以保持较高的效率和准 确度
人一般只能同时完成1～2项操作，而且两项操作容易相互干扰，难 以持久地进行。
（7）机器能在恶劣的环境条件下工作 如在高压、低压、高温、低温、超重、缺氧、辐射、振动等条件
下，机器可以很好地工作，而人则无法耐受。
（三）功能分配
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
图形识别能力强 只能单通道
人际之间很容易进行信息交流，组 织管理很重要
10s内能输出1.5W，以0.15kW的输 出能连续工作一天，并能作精细 的调整
通过教育训练，有多方面的适应能 力，有随机应变能力，但改变习 惯定型比较困难
因此，任何高度复杂的自动系统都离不开人的参与。
2.人优于机器的功能（续）
（４）人能长期大量储存信息并能综合利用记忆信息 进行分析和判断。
（５）人具有总结和利用经验，除旧创新，改进工作 的能力。
而机器无论多么复杂，只能按照人预先编排好的程序工作。
（６）人能进行归纳推理
在获得实际观察资料的基础上，归纳出一般结论，形成概念， 并能创造发明。
3.按人机结合方式分类
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:
人
人
机器
机器
人 机器 机器
（1）人机串联
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 增强、相互干扰。

人
机器
（2）人机并联
人、机两者可以相互取代，具有较高的可靠性。
（1）人机串联 （2）人机并联 （3）人机串、并联混合
1.按有无反馈控制分类
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。
(1)闭环人机系统
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。
(2)开环人机系统
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。 即系统的输出对系统的控制作用没有直接影响。
专用机械的用途不能改变，只能按 程序运转，不能随机应变
人的特性
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
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
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
与人之间的信息交流只能通过特定 的方式进行
能输出极大的和极小的功率，但不 能像人手那样进行精细的调整
都属于人机系统
二、人机系统基本模式
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
二、人机系统基本模式
人的子系统可概括为 S − O − R
感受刺激—大脑信息加工—做出反应 机器的子系统可概括为 C − M − D