第八章人机系统设计与评价

图中所示为功能设计展开
法的关连树图， 图中的每 一等级， 上位是目标， 下
位是功能。
各等级的目标和相应的功能 之间， 从目标找功能时应问 “怎么办”， 从功能找目标
时则问“为什么”。
2. 人机功能分配
功能分配是指为了使系统达到最佳匹配， 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， 合理地将系统各项功能分配给人
四、评价目标体系
评价前首先确定总目标，然后将总目标分解为
各级分目标，直至具体、直观。在分解过程中， 要注意使分解后的各级分目标与总目标保持一 致。分目标的集合一定要保证总目标的实现。 目标分层次分析与设计，最后由复杂度最低的
目标层次中的分目标导出评价要素。
第四节 人机系统分析评价方法
司机启动列车的操作过程： 确认信号(信号机的灯光显示
与车长的发车指令)→司机与副司机呼唤应答(人与人连 接)→手操纵列车制动器缓解→鸣笛→缓解机车制动器→ 置换向控制手柄于前进位→提主控手柄→打开撒砂开关→ 提主控手柄→关撒砂开关→置主控手柄于运转的合适位置。
这一复杂操作过程为一典型的逐次连接。
（3）连接关系图 连接由连接关系图表示。 连接分析通过连接关
C、A、B的显示内容进行监视，并对作业者3、1、4
发布指示，其连接关系如图8-6所示。
（2） 调整连接关系
为了使各子系统之间达到相对位置最优
化，在调整连接关系时常使用以下三个优化原
则。 1) 减少交叉。 为了使连接不交叉或减少交叉环节，通 过调整人机关系及其相对位置来实现。
图8-7 连接方案的优化 (a) 初步方案；(b) 修改后方案
3) 人机系统接受输入和输出的功能，都必须符
合设计的能力。 4) 人机系统要考虑环境因素的影响，这些因素 包括厂房建筑结构、照明、噪声、温度等。 5) 人机系统应有一个完善的反馈闭环回路。
二、 人机系统设计的一般程序
1. 人机系统的目标建立与功能分析 每个系统都有自己的客观目标。 系统的目标 的确定对于以后的设计至关重要。 因此首先要确 定包含人在内的全系统应具有什么样的目标， 并 详细填写系统目标说明书。 在确定系统目标时， 要对系统目标进行技术上的可行性、 制造成本和 用户要求等方面的比较。 然后再详细讨论并确定 为实现该目标的手段， 亦即确定应给予系统的功 能是什么。 此时可能有多个可行方案， 可行方案 越多， 选择的余地越大， 从而在一定的限制条件 下选出较好的方案。
的过程。
人机工程学中有关系统分析评价的方法很多。
定性分析方法有： 人的失误分析法， 操作顺
序图法，连接分析法等。定量分析方法有：功
能分析法，人机可靠性分析法，环境指数评价 法， 人机安全性分析法等。还有些评价法是定 性与定量相结合的方法，如人的因素评价法(主 观评价法、生理和心理指数评价法等)。
人在闭环人机系统中的信息处理模型
三、 人机系统分析设计的主要内容 人在人机系统中， 无论是起重机的操作员， 还
是火车司机或轮船的操作员， 都可以看成一个封
闭控制系统的元件， 都是这一封闭系统的有机组
成部分， 如上图所示。 将这一概念进一步加深，
如下图所示的简单方框图， 该图示出了操作者的 工作过程。 这个系统中的三个主要子系统， 即 感知子系统、 信息处理子系统和人的反应子系统， 是人机系统分析设计的主要内容。
2、人机系统的结合方式
人与机串联方式
结 合 方 式
人与机并联方式
人与机串并联方式
三、人机系统的功能
信息接受：人—感觉器官，机—传感器。
信息加工：大脑分析、决策。
信息储存：记忆、文字、录像、磁盘。
执行功能：执行人脑和机器指令。
信号反馈：信息逐步返回到输入端。
输入与输出：
第二节人机系统设计
二、评价内容与评价原则 评价必须对人机系统的人、机、环境三大要素 的整体性和各要素特性与功能等进行综合评价。
1.评价内容
（1）确定适用的评价方法、评价目标（指Байду номын сангаас）
和评价标准. （2）依据既定的评价程序和方法，对系统进行 客观、定性或定量地评价，结合整体性、技术 性、宜人性、安全性、经济性等目标及经验数
最适合手动的工具、最方便使用的控制器、最
舒适的座椅、最舒适的工作姿势和操作程序、
最有效最经济的作业方法和预定标准时间、最
舒适的工作环境等，使整个人机系统安全可靠、
效益最佳。
3.对人机系统的设计要求如下：
1) 能达到预定目标， 完成预定的任务。
2) 人与机能充分发挥各自的作用和协调地工作。
因素来考虑。环境因素包括照明、噪声、振动、
温度、湿度、空气、颜色、工作地、工作空间
以及一切影响软件系统的因素。
把人、机、环境三者相互联系、相互作用构
成的主体系统场外人-机-环境系统。
二、人机系统的基本形式和结合方式
1、人机系统的基本形式
（1）手工操作系统 。例如：钳工、木工等 （2）半自动化系统。例如：开汽车、机床等 （3) 自动化系统。例如：自动化生产线等。
三、评价目标的建立 设定目标一般都有多个，可概括为以下三 个主要方面的内容。
（1）技术目标。评价方案在技术上的可行性和 先进性，包括工作性能、整体性、宜人性、安 全性和使用维护性等。 （2）经济评价目标。评价方案的经济效益，包 括成本、利润、实施方案的费用和市场情况等 (3)社会评价目标。评价方案实施后对社会带来 的效益和影响。
据，找出系统的最优方案和最佳工作条件。
2.评价原则

在评价方法上要注意坚持以下原则： 的主观因素的影响。
（1）评价方法的客观性。评价时应防止评价者 （2）评价方法的通用性。评价方法应适用评价 同一级的各种系统。 （3）评价方法的综合性。能反映评价对象各个 方面的重要功能和因素（实际情况）。
一、连接分析评价法
1.连接及其表示方法

连接是指人机系统中， 人与机、 机与机、 人与 人之间的相互作用关系。 因此相应的连接形式有： 人—机连接、 机—机连接和人—人连接。
人—机连接是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；
机—机连接是指机械装置之间所存在的依次控
人的操作过程的信息处理系统
四、 人机系统的设计步骤
人机系统的设计步骤如表所示。 首先设定一系
统， 然后分析研究该系统的目标和功能， 必 要的和制约的条件， 然后，进行系统的分析和 规划。这里主要是指系统的功能分析、 人的时 间和动作分析，工序分析、职务分析等， 其中
包括提供人进行作业的必要条件和必须的信息，
活动的分析来完成。
4. 界面设计
人机界面是人和机在信息交换上和功能上接触的或
相互影响的领域。人机联系的重要途径是显示器和
控制器。人机界面设计主要是指显示器、 控制器
以及它们之间关系的设计。作业空间分析也是人机 界面的内容。人机界面设计必须解决好两个主要问 题：人控制机器和人接受信息。 前者主要是指控 制器要适合于人的操作， 应考虑人进行操作时的
连接分析将控制器布置在适当的区域内，以便于操作，
提高操作准确性；连接分析还可以帮助设计者合理配置 机器之间的位置，降低物流指数。
3. 连接分析的步骤
连接分析可分为绘制连接、 调整连接两步。
（1） 绘制连接关系图

根据人机系统，列出系统的主要要素， 并 用相应符号绘制连接关系图。例如图8 -5所示的控 制系统设计中， 作业者3、1、4分别对显示器和控 制装置C、A、D进行监视和控制，作业者2对显示器
一、 人机系统设计基本思想及要求
人机系统设计是一个广义的概念， 可以 说， 凡是包括人和机相结合的设计， 小至一个 按钮、 开关， 一件手工工具， 大至一个大型复 杂的生产过程、 一个现代化系统(如宇宙飞船)的 设计， 均为人机系统设计。 它不仅包括某个系 统的具体设计， 而且也包括作业及作业辅助设计、 人员培训和维修等。
和机器的过程。 功能分配的任务是决定系统的
哪一部分功能由人完成， 哪一部分功能由机器 完成。

功能分配也称划定人机界限， 通常应考虑：
1)人与机器的性能、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；
图8- 7(a)为某人机系统的初步配置方案， 图8-7(b)为修改
后方案。 修改后交叉点消失， 显然(b)方案比(a)方案合理。
这样经过多次作图分析， 直至取得简单、 合理的配置为止。
2) 综合评价

对于较为复杂的人机系统，仅使用上述图解很难达
到理想的效果。必须同时引入系统的“重要程度“和 “使用频率”两个因素进行分析优化。
系图进行。 人机系统中的各种要素均用符号表 示， 各种要素之间的对应关系根据不同连接形 式用不同的线型表示， 如表8-3所示。
表8-3 连接关系图中的要素符号、 线型的含义
2. 连接分析的目的
连接分析的目的有：

根据视看频率、重要程度，运用连接分析合理配 置显示器与操作者的相对位置，以求达到视距适当、视 线通畅，便于观察； 根据作业者对控制器的操作频率、重要程度，通过
空间与控制器的配置。
5. 系统的评价和发展 系统评价是系统发展的基础，系统评价是一个
连续不断的过程。只有正确地分析评价现实系 统，才能提出对系统的改进设计。如果认为系 统运行以后设计任务就结束了， 则系统得不到 进一步的改进和完善。 因此， 系统设计将是
一个设计—评价—再设计—再评价， 不断发展
5) 机器代替人的效果和成本等。

人机功能分配的结果形成了由人、 机共同作
用而实现的人机系统功能。
3. 人员开发 人员开发包括作业描述和作业规范， 它为人机
系统的运行提供了合适的操作人员。 功能分配 完成以后， 应进行作业描述， 通过作业描述 可以考查功能分配是否合适， 是否与人的能力、 特性相适应。 作业描述可以通过对一个或多个
2、人机系统的概念：
人机系统是由相互作用、相互联系的人和机
器两个子系统构成的，且能完成特定目标的一个
整体系统。 人机系统中的人，是指机器的操作者和使用 者；机器的含义是广义的，是指人所操纵和使用 的各种机器、设备、工具等物品的总称。
由于人机系统又都处于特定的环境中，所以
在研究人机系统时，应当把环境当作一个重要
第八章人机系统设计与评价
人机系统概述 人机系统设计 人机系统评价目标体系 人机系统分析评价方法
第一节人机系统概述
一、人机系统的定义
1、系统的概念 所谓系统是指由具有相互联系、相互制约的 事物，以某种形式结合在一起并具有特定功能的 有机整体。 整体系统的组成部分称为子系统。整体系统 与子系统之间既有相对性也有统一性。
制关系；
人—人连接是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。 （1）对应连接 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。
（2）逐次连接
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。 如内燃机车
分析人的判断和操纵动作。
人机系统的设计步骤可归纳为：
1.明确系统的目的和条件；
2.进行人和机械的功能分配；
3.进行人和机械的相互配合；
4.对系统和机械的设计； 5.对系统进行分析评价。
第三节 人机系统评价目标体系
一、评价的概念
评价是指：评价设计方案对于预定目标的“价值” 及“效用”。 在评价中，按评价方法可分为定性评价和定量评价。
1.人机系统设计的基本思想
将人机系统的性能、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， 合理地将系统的各项功能分配给机器和人，从 而达到系统的最佳匹配。 人机系统设计的思想和过程可总结为下图所示 的模型。
人机系统设计模型：
2.人机系统设计的总目标：
根据人的特性，设计出最符合人操纵的机器、
① 相对重要性。请有经验的人员确定连接的重要程度，
根据“重要就近”原则进行配置。 ② 使用频率。按使用频率的大小对连接进行评价。 ③ 综合评价。将相对重要性和使用频率两者相对值之 乘积的大小作为综合评价值， 进行优化配置。