第二章 自动化制造系统的人机一体化设计与评价

第二章 自动化制造系统的人机一体化设 计与评价
第一节：自动化制造系统的人机一体化基本概念 第二节：自动化制造系统人机一体化总体设计 第三节：自动化制造系统人机一体化运行与维护 第四节：自动化制造系统设计的人机工程评价
第一节 自动化制造系统的人机 一体化基本概念
一、人机一体化制造系统的定义
20世纪80年代以来，AMS成为投资热点； 早期，无人工厂；
四、自动化制造系统中的事故预防
（一）事故的物理条件因素
1. 作业者与机器功能分配不当 2. 工具、作业场所等设计失误 3. 缺少必要的安全装置与防护装置 4. 物理环境对人造成的生理和心理压力
（二）事故的人为因素 （三）导致事故的人的行为因素
1. 训练与技能 2. 记忆疏漏
（四）导致事故的人的生理与心理因素（性格/生理和生物节律/作业 疲 劳）
三、自动化制造系统中作业空间设计
（一）基本概念 自动化制造系统的作业空间是指制造系 统中各种制造设备本身及各种操作人员所 占用的空间，包括加工设备、运输设备、 工件及刀具存储、工具箱等所占空间以及 作业人员操作空间、行走空间、检修空间、 休息空间的总和。
三、自动化制造系统中作业空间设计
（二）人体测量数据及取用原则
3. 自动化制造人的作业要求评价
自动化制造系统对人的作业要求是否与人的作业能力相匹配？ 作业内容是否超过人的生理、心理负荷极限？ 长时间静态或动态作业对人的生理、心理影响程度有多大？ 作业顺序安排是否与人的生理习惯相匹配？
小组化团队工作方式中，作业分配与动态调节是否在团队内能够
达到平衡？团队成员的主观能动性和创造性能否得到充分发挥？
一、自动化制造系统设计人机工程评价内容
2.人机功能分配的评价
人机功能分配前，是否充分比较和分析了人机 各自功能特征？ 自动化制造系统的系统功能分解是否充分考虑 了人的能力特征？ 人机功能分配是否合理？ 自动化制造系统运行中的人机功能能否实现最 佳协调配合？
一、自动化制造系统设计人机工程评价内容
重量物的处理
2-2用不良的姿势进行搬 10㎏未满 运、拿起
一体化运行与维护
一、自动化制造系统中的人机一体化运 行机制
人机交互界面作为一个独立的、重要的研究领域受到了世界各
计算机厂家的 关注。并程来看， 人机交互界面技术还引导了相关 软硬件技术的发展，是新一代计算机系统取得成 功的保证。 80 年代已来，计算机的软件和硬件技术取得了较大的发展，同时， 计算机的 使用者也从计算机专家迅速扩大到了广大未受过专门训 练的普通用户，由此极大 地提高了用户界面在系统设计和软件开 发中的重要性，强烈地刺激了人机交互界 面的进步。 人－计算机 的交互作用是通过用户界面来实现的
4+
5-
5-
5+
负荷评价基准
项 目 负荷评价基准
1、单班处理的总量 2、单品处理重量 2-1一般搬运、拿起的时 候
适用基准 ～3 6吨以下 12㎏未满 4 6～9.9吨 12～12.9㎏ 5 10吨以上 20㎏以上
※1重量超过2.5㎏的物体都要 进行考虑 ※ 2适用于用双手抱的零件作 业※具有助力装置的时候不适
一、自动化制造系统设计人机工程评价内容
4. 人机界面设计评价
作业空间布置是否与人体测量数据相匹配？ 作业姿势设计是否合理？工作中是否可改变作业姿势？是否有工 间休息场地和足够的过道空间？
座椅及工具等辅助装置的设计是否充分考虑了人的生理和心理特
点？ 显示装置的设计是否与人的感官能力特征相匹配？
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方 法和主要步骤
2.系统定义
设计者与决策层人员一起做出重要决策（目标 概念方案） 定义系统的输入、处理功能和输出
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方 法和主要步骤 3.系统设计
①功能分配 ②作业要求研究 ③作业分析与设计
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主 要步骤
1.坐姿操作空间 2.站姿操作范围 3.下肢及脚的操作范围
三、自动化制造系统中作业空间设计
（四）加工设备的布置于作业空间设计
1.机器设备的平面排列布置
纵向排列布置 横向排列布置 斜向排列布置
2.机器设备的高度布置
四、自动化制造系统中作业空间设计的 仿真评价
四、自动化制造系统中作业空间设计的 仿真评价
5
目的
对作业负担进行客观的评价
实现无论任何人都能够稳定的进行生产的作业环境
（高龄者、女子、外部要员也能够持续的工作的工程创建） （疾病的低減）
主要使用范围
在生产现场中从事重复作业的作业者
（线外的改善业务、项目业务和间接业务是属于对象外的）
（像不足一天的产量的非良产的生产线也是对象外的）
评价的思路
二、自动化制造系统的人机一体化总体结构
• 三个层面上实现一体化
1.感知层面上的人机联合
• 感知层面=人的五官+机器的信息显示系统
2.控制层面上采用人机共同决策
• 人+机器智能决策系统=人机联合决策控制 • 三种策略：①机主人辅；②人主机辅；③人机耦合
3.执行层面上人机交互协作、取长补短，充分发 挥各自优势
评价的两个要素 １． 姿势评价：使用每一天的累计时间对姿势的 好 坏进行评价 ２． 负荷评价：使用单独以及每一天所处理的总 重量对其进行评价
姿势评价基准
姿势动 作评价 点 姿势动作 例外的评价基准 （独立评价）
每班累计 时间上限
修正时间：2009.3.31
作业工程（作业编成）的评价点
3H未满 4H未满 0.5H未满 2H未满（5 4H以上（50 （20%≤X＜ （30%≤X＜ （X＜5%） ≤X＜20%） ≤X） 30%） 50%）
第四节 自动化制造系统的人机 工程评价
一、自动化制造系统设计人机工程评价内容
1.对自动化制造系统设计目标定义的评价
对自动化制造系统未来使用者群体特征的要求 是什么？ 使用者对自动化制造系统的要求是什么？ 人机一体化制造系统自动化程度定位是否合适？ 自动化制造系统设计的期望目标与人机一体化 原则的相符程度如何？
二、自动化制造系统设计人机工程评价方法 何谓人机工程评价？
☆根据作业时的姿势和负荷的大小，对作业工程的肉 体上的负担进行评价。
姿势
良
恶
综合评价等级（３阶段）
1-3
良 负 荷 恶
4
+ -
5
+
ａ等级：对策优先度高 ｂ等级：要有对策 ｃ等级：没有问题
1-3 4
c
b
女 子 x 高 龄 者 x
b a
高龄者x
二、自动化制造系统中的作业安全要求
自动化制造系统安全性保障措施： 1. 系统管理软件中应有安全防护的控制部分 2. 采用电子、电气和机械装置连锁防护 3. 在机器人、自动装夹设备、自动更换工件和刀具设备的工作区外，
设置安全防护围栏，钢丝网罩等
4. 机器人和其他自动运送设备的控制系统中，应设置有安全互锁装置， 防止停机检修时的意外启动和运转
4.人机界面设计
①系统总体布置与人的作业空间设计 ②信息交互中的人机界面设计 ③物料流处理中人机界面设计 ④系统运行维护中的人机界面设计
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主 要步骤
5.作业辅助设计
①适合制造系统特定要求的人员选择 ②制造系统操作人员的技能培训 ③其他辅助作业设计
6.系统检验和评价
（三）系统运行维护中的人机界面设计
六、自动化制造系统的作业人员岗位设 置与技能培训
自动化制造系统工作岗位人员：
1.
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
系统管理人员
信息系统硬、软件技术人员 机械和液压技术人员 刀具调整人员 夹具装调工 工件装卸工 巡视人员 其他人员
第三节 自动化制造系统的人机
～3
～3
～3
～3
～3
4
通常：如果没有水平5的情况，就使用右边 的 基准对水平4进行评价 例外：如果是｛*｝的话，拿出｛*｝+4的 合 计，使用右边的基准进行评价 例外：虽然没有（5）但有些工程是有 （5`）的话， 就用右边的（）的基准评价（5`）
3
3
3
4-
4+
(*)
4
+
5
-
5
+
5
通常：把（5）+（5`）的合计作为水平5， 用右边的基准进行评价 （侧外的评价｛单班的时间上限｝独立评 价） 左侧的姿势连续30秒以上——水平5+
– 德国工程师协会，1990年，CIMS调查：30%来自“企业文化”
– 美国AMRC和Yankee，1990年4月，CIMS调查：CIMS障碍70%来自人 – 日本，1991年，丰田汽车公司，高度自动化装配厂
20世纪90年代中期，提出并形成人机一体化，发展适度自动化制造系统的新思 想。
定义：所谓人机一体化制造系统 ，就是人与具有适度自动化 水 平 的 制 造 装 备 和 控 制 系 统 共 同 组 成 的 一 个 完 整 系 统 ， 各 自 执 行 自 己 最 擅 长 的 工 作 ， 人 与 机 器 共 同 决 策 、 共 同 作 业 ， 从 而 突 破 传 统 自 动 化 制 造 系 统 将 人 排 除 在 外 的 旧 格 局 ， 形 成 新 一 代 人 机 有 机 结 合 的 适 度 自 动 化 制 造 系 统 。
5. 在有危险的设备和运动部件上设置安全标志，以提醒操作人员注意
6. 安全培训
三、自动化制造系统监控作业中的疲劳 预防
对于脑力疲劳，可采取如下措施来避免：
1.使操作内容适当复杂化 2.定期变换工作内容或作业岗位 3.良好的作业环境(照明环境、噪声环境、振动、 热辐射、有害物质及粉尘、气味等环境因素)