人机工程学课件 人机系统总体评价与设计

2010/12/20
36
人机系统总体设计课外作业
3.计算下图所示系统的可靠性。设各部件的可靠性都相 等，R=0.9。
R R R
RS = R [1-(1-R) (1-R)] = 0.891 式中 RS为系统的可靠度 37
2010/12/20
人机系统总体设计课外作业
4.在人机系统设计中，如何考虑人、机的功能分配？在 人机系统的设计错误中，哪些是功能分配错误？哪些 是人的设计错误?
2010/12/20
32
附图1：人机系统的目标
返回
2010/12/20
33
附图2：按自动化程度分类
返回
2010/12/20
34
附图3：按人机结合方式分类
返回
2010/12/20
35
人机系统总体设计课外作业
1.

2.

人机系统总体设计的一般程序包括哪些步骤？ 答：人机系统总体设计的一般程序为： 人机系统的目标建立与功能分析 人机功能分配 人员开发 界面设计 系统的评价和发展 简述链图分析法。 连接分析（链图分析法）是指综合运用感知类型（视、听、触 觉等）、使用频率、作用负荷和适应性，分析评价信息传递的 方法。连接分析涉及到人机系统中各子系统的相对位置、排列 方法和交往次数。按连接的性质，人机系统的连接方式主要有 对应连接和逐次连接两种。
2010/12/20
19
人机系统总体设计—系统描述

信号流图特点：
1.）支路表示信号的函数关系，信号只能沿箭头指向传输； 2.）节点可把所有进入支路信号相加，传送到出支路； 3.）混合节点可通过一个传输（增益）为1的出支路，而变成 一个汇节点。
2010/12/20
20
人机系统总体设计—人机功能分配
4
人机系统总体设计—概述
4.解析模型（人的特性分析、系统特性分析求解）
5.模型或模拟试验研究和评价
6.优化设计方案（Optimal Design），即对于机具、作业、环 境的设计或改进的设计过程，包含常规的工程设计阶段：原 理设计、概略设计、结构设计、造型设计；内容包括：功能 设计、人机界面设计、作业环境设计等。
2010/12/20
22
人机系统总体设计和评价方法
◆ 链式分析法
用于确定系统要素中的 “重要程度” 和 “频率“ ，进行链值分 析比较确定人机的组合形式。主要用于作业空间与布置的合理化 设计中，目的是减少作业时的交叉环节。 ◆ 系统可靠性评价 运用统计学原理进行分析；海洛德分析法 多变量解析法：包括主成分分析、因素分析、定量理论 常涉及的概念有：可靠度（Reliability）；平均寿命（Mean Life）；失效率（Failure Rate） 可靠性、实用性（适用性）、经济性构成机电产品设计的“三性统 筹原则‘ ◆ .疲劳分析的量表法 ◆.人机界面设计的分析评价 相似结构分析法：功能树和完形树
5.某轮机舱有A、B、C、D、E五种操纵器，从重要程度看， 依次为A、B最重要，C次之，而D、E较不重要。在航 行操作过程中，操作频率的情况是：A=5，B=3，C=4， D=1，E=2，试按链值计算法分析操纵器如何布置比较 合理。
2010/12/20
38

2010/12/20
9
人机系统总体设计—系统描述
中 枢 神 经 系 统 感 觉 器 官 运 动 器 官 显 示 部 操 作 部
机 器 本 体
三要素模型
2010/12/20
10
人机系统总体设计—系统描述
驾 驶 员 与 汽 车 系 统 的 三 要 素 模 型
大小表要素 的重要程度 粗细表联系 的紧密程度 连续的联系
人机系统总体设计


概述 人机系统工作描述 人机功能分配 总体设计和评价方法
2010/12/20
1
人机系统总体设计—概述
◆ 引言 人机系统设计的目标：人-机-环境匹配、系统效能最佳；侧重于考 虑人的效能、安全和身心健康。（附图1，2，3） 人机系统设计的适用范围：是适用于所有供人使用和操作的产品的 一种设计方法；它的设计理念已经渗透到所有现代设计方法中。 微观人机学：是狭义意义下的人机系统设计,指那些根据人机学的原 理、方法、参数进行的产品或系统本身的分析和设计，它强调的 是使用者的安全、舒适和满意程度，广泛使用分析-试验法。
对应链 分析图
2010/12/20
28
人机系统总体设计和评价方法
4.链式作图分析法：
根据作业的要求和机器 的使用方法，在人（○）与机 器 之间以及有直接联系 的人与人之间画上连线， 可忽略机器之间的连接 线，这样的图称为链式 作图分析法。 某控制系统操作关系 a) 初步方案 b) 修改后的方案 调整连接关系,使系统要素间相对 位置优化 减少交叉
2010/12/20
24
人机系统总体设计和评价方法
1-环境对人的作用
2-人使用工具 3-工具对人的反作用 4-人进行作业 5-作业对于人的反作用 6-工具完成其作业功能 7-作业对工具的反作用 8-作业对环境的作用 9-环境对工具（机）的作用
3
人
1
5 4
环
2 9 工具
10
作业
境
8
7
6
工作时的人机系统
频率大
断续的联系
频率小
2010/12/20
11
人机系统总体设计—系统描述
电压测量装置原理图
2010/12/20
12
人机系统总体设计—系统描述
电压测量装置 方框图
2010/12/20
13
人机系统总体设计—系统描述

方框图特点：
1.）清晰的表现了系统中的结构； 与具体器件本身的物理属性 无关，纯数学关系； 2.）可进行各物理量之间数学关 系的计算； 3.）结构图中信号只能沿箭头方 向流动。（结构图的单向性）
2.）确定链的形态 3.）计算链值（频率、重要性）
4.）检核结果（达到视距适当、视线畅通、便于操作？ 是否能降低物流指数？系统可靠性＆工作效率？）
2010/12/20
27
人机系统总体设计和评价方法
3.对应链分析法：
在人机系统中的设 备、操作人员及链的种 类都描绘成图，在人与 设备的连线上标出链型、 频率和重要程度，然后 进行链值分析比较。
用流程图来表示人机系统设计的一般步骤：
2010/12/20
5
人机系统总体设计—概述
系统 目标设定 人机功能 分配
生 产 准 备
最终设计 方案
人机系统 描述
模型试验 评价
系统求解 （解析）
设计步骤图示
2010/12/20
6
人机系统总体设计—概述
目的与功能关联树图 大目的
目标（大目的）
How to do ? Why? Why? Why?
无源滤波电路 14
2010/12/20
人机系统总体设计—系统描述
无源滤波电路的方框图
2010/12/20
15
人机系统总体设计—系统描述

信号流图：是由节点和有向支路组成的几何图，
是网络图形式之一；应用于系统工程学的各个领域。
2010/12/20
16
人机系统总体设计—系统描述
电流模式双二阶函数OTA-C实现原理
宏观人机学：是广义的（或宏观上的）人机系统设计,除包含上述过 程外，还包括作业过程分析、作业环境设计、作业人员的培训选 择等广泛的内容，一般指适用社会或公众利益的大系统或用于军 事、航空航天等领域的复杂系统设计。采用的方法是综合-分析 方法。
2010/12/20
2
人机系统总体设计—概述
◆ 设计方法 设计：是问题求解（Problem Solving） 的活动，而问题求解是人 的现有观念重新组合，形成新的观念的过程。 过程中包含解决问题的思想和技术，这就是设计方法的两个方面： 设计思想（理念） “以人为本”的设计思想? 设计技术（方法、工具、手段） 设计研究:就是优选出好的设计策略和设计方法，使设计行为 （过程）科学化、系统化，获得高效的设计管理。 方法分类： 传统设计方法 现代设计方法—强调人因设计（并行设计、优化设计、绿色设计、 虚拟设计、可靠性设计方法等）
2010/12/20
17
人机系统总体设计—系统描述
x0
电流模式双二阶函数信号流图
2010/12/20
18
人机系统总体设计—系统描述

信号流图的构成：
x0：称为源节点，只出不入；xj：称为汇节点，只入不出； 混合节点：有入有出，如x1、 x2；支路：两节点沿箭头指向的路径； 通路：沿箭头指向从一个节点到其他任一节点的途径； 简单通路：沿途各节点和支路只经过一次的通路； 前向通路：由源节点到汇节点的简单通路； 通路增益：通路上各支路增益（传输）之积； 环路：起点即是终点的通路；环路增益：环路上各支路增益之积。
2010/12/20
8
人机系统总体设计—系统描述
方框图模型是控制系统的一种数学模型。 特点：具有图示模型的直观； 具有数学模型的精确，即方框图具有数学性质，可以进行代 数运算和等效变换，是计算系统传递函数的有力工具，应用非常普 遍。 方框图的建立 将网络看作一个系统，各元件便是系统中的各个环节。 建立方框图的方法是： （1）列出各环节（元件）的传递函数 （2）用图形形式连接起来。 注意：由于传递函数的条件是零初始的，因此方框图也是零初始条 件的。
2010/12/20
23
人机系统总体设计和评价方法
◆作业分析评价
动作分析与时间测定
◆.环境综合评价
感觉评价；心理量表；SD法（Semantics Differentials 称为语义 微分法） ◆链式分析法 1.链（Chain）的概念 人与人、人与机、人与环境、机与机等之间的关系通称为链。 链的形态： 按关联特征分为视觉链、操作链、行走链、语言链等
2010/12/20
29
人机系统总体设计和评价方法
链式分析图
2010/12/20
30
人机系统总体设计和评价方法
按重要性和频率的链式作图分析
2010/12/20
31
人机系统总体设计和评价方法


b图是在充分分析a图的基础上得出的较为合理的方 案。 这样的作图分析法既能看到系统的物理性质，又可 发现链式分析中不显眼的其他故障。
10-工具对环境的作用
2010/12/20
25
人机系统总体设计和评价方法
2.链的分析程序
链分析要素及符号表 符号 名称 链值 ○
操作者 设备
□
重要 程度
△
频率
＿
操作 链
﹍
视觉 链
﹎
行走 链
链值=∑（重要程度×频率）
26
2010/12/20
人机系统总体设计和评价方法
1.）确定链的要素(操作者、设备、链？符号)
◆ 人机系统中人机功能分配
1.特征比较： 感受能力、控制能力、工作效能、信息处理、可靠性、耐久性 2.分配原则： 用其所长，避其所短 用发展的眼光看待人、机的特征能力
2010/12/20
21
人机系统总体设计和评价方法
◆ 安全性分析评价
分析包括4M的内容，还包括操作者的操作过程、行为及思想， 分析这些要素是否存在事故隐患。 1.故障树分析（FTA ：Fault Tree Analysis） 树的顶层事件 S-O-R 模型（S-信号；O-有机体，Object；R-反应） 用于描述人的行为模式，主要描述人为失误 2.安全检查表（checklist for safety）
中目的
功能a
Why?
功能b
……
功能c
……
How to do ? Why? Why?
功能A
…
2010/12/20
功能B
…
功能C 小目的
How to do ?
…
7
源自文库
人机系统总体设计—系统工作描述
◆ 系统工作描述的表现形式：
语言描述

图形描述
数学模型描述
图形描述： a.静态模型---三要素模型 b.动态模型---用于描述系统结构和动态特性（随时间而变化的特 性），常用方框图、信号流图和自动控制逻辑模型； 其中方框图使用传递函数(Transfer Function)--- G(s)，表征系统 的动态特性；
2010/12/20
3
人机系统总体设计—概述
◆ 人机系统设计步骤： 1.确定系统设计目标和功能 For What？ 2.寻找实现目标的手段 （或途径） How to DO？ 目的功能关联图 人机功能比较和分配 机具功能定义和实现 3.系统工作描述 模型描述 动态或静态模型
人机系统组成要素
2010/12/20