车辆人机工程学理论课件(第7章)
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第7章 人机系统
第 7 章目录
31 人机系统的功能和类型 2 人机系统的功能分配 3 机械系统人机界面的优化匹配 4 人机系统设计 35 人机系统的数学模型
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7.1 人机系统的功能和类型
将人和机器联系起来，视为一个整体或系统， 称为人机系统。人机系统处于一定的环境之中, 并与周围环境发生相互作用。
7.2 人机系统的功能分配
5.可靠性 就人脑而言, 可靠性和自动结合能力都远远 超过机器, ( 但工作过程中, 人的技术高低、生理和心理 状况等因素对可靠性都有影响），能处理意外的紧急 事态；经可靠性设计后，机的可靠性高，且质量保持 不变，但不能处理意外的紧急事态。
6.耐久性 人容易产生疲劳，不能长时间连续工作，且 受年龄、性别与健康情况等因素的影响；机的耐久性 高，能长期连续工作，并大大超过人的能力。
2.控制能力 人可进行各种控制，且在自由度、调节 和联系能力等方面优于机器。同时，其动力源和响 应运动完全合为一体，能 “独立自足” ；机在操 纵力、速度、精确度、操作数量等方面都超过人的 能力，但不能“独立自足”，必须外加动力源才能 发挥作用。
7.2 人机系统的功能分配
3.工作效能 人可依次完成多种功能作业，但不能进行高 阶运算，不能同时完成多种操纵，不能在恶劣环境条件 下作业；机能在恶劣环境条件下工作，可进行高阶运算 和同时完成多种操纵控制，执行单调、重复的工作也不 降低效率。
4.信息处理 人的信息传递率一般为 6bit/s 左右，接受 信息的速度约每秒 20 个，短时内能同时记住信息约 10 个，每次只能处理一个信息; 机能储存信息和迅速取 出信息，能长期储存，也能一次废除，信息传递能力、 记忆速度和保持能力都比人高得多，在作决策之前, 能 将所存储的全部有关条件周密 “考虑” 一遍。
人优于机器的特点:具有创造性和能动性,能灵活处理 意外的紧急事态，人脑的神经联系复杂、元件数量多、 体积小、能量消耗少、记忆容量大、可靠度高、自维 修功能强, 某些感觉器官的感受性为目前的机器传感装 置所不及。
7.2 人机系统的功能分配
“人” 、“机” 功能分配的原则 快速、精细、笨重、危险、规律性、单调重复、高阶运 算、操作复杂的工作，宜分配给机器去做； 机器系统的监督、维修、故障处理，指令和程序的安排， 对意外事件的处理以及情况多变的工作，宜分配给人去做。 人机系统的总体设计，要考虑总的效能，不能单纯追求 自动化程度，必须讲究系统的生产率、初置成本、使用经 济性、可靠性四者之间的最优协调。
开环人机系统的主要特征是系统的输出对控 制作用没有影响。
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7.2 人机系统的功能分配
人机系统中 “人” 与 “机” 的功能分配 是否合理，对于提高人机系统的总效能, 具 有重要意义。这是人机工程学的核心问题之 一，存在于机器发展的各个阶段中。
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7.2 人机系统的功能分配
1.感受能力 人可识别物体的大小、形状、位置和颜 色等特征，并对不同音色和某些化学物质有一定的 分辨能力; 机可接受超声、辐射、徽波、电磁波、 磁场等信号，超过人的感受能力。
Interface)指的是操作人员和机器之间相互作用的区域。
人机界面的问题自 20 世纪初就引起了人们的重视，在
军事和大型工业领域，人们发现很多重大的事故均源于人
机界面匹配不当, 许多经验和教训都表明，人机界面设计
得不合理将导致操作人员的操作失误, 降低系统运行的安
全性, 甚至于造成重大事故, 同时还会对操作人员造成生理
7.2 人机系统的功能分配
据研究资料介绍，一种无人驾驶飞机的最初800次 飞行，失事次数多达155次; 而同类型的有人驾驶的飞 机，最初800次飞行中，失事次数只有3次，前者是后 者失事次数的52倍。即使不用人直接驾驶，而仅仅用 人作监管和后备的飞机，也比完全自动化的无人驾驶 飞机的可靠度高 1 倍以上。
因此，可以认为,有人参与的系统会比全自动系统更 经济而可靠。
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7.3 机械系统人机界面的优化匹配
人机界面问题的提出 人机界面优化匹配的目标 人机界面匹配合理程度的评价指标
评价的软件系统 匹配优度的试验评价方法
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7.3 机械系统人机界面的优化匹配
7.3.1 人机界面问题的提出
机械系统的人机界面（Human-Machine
或心理上的伤害，许多职业病也都源于不合理的操作环境
或作业姿势。
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7.3 机械系统人机界面的优化匹配
一个机械系统的人机界面是由Байду номын сангаас多不同类型、不同 结构型式的元件构成的, 通常将每一个不同的元件称 为一个因素，人机界面总体是由许多因素通过某种方 式组合而成的。
单因素评价是对系统总体评价的基础。在这方面的 研究开展得很多，也很深入。这些单因素研究有手控 操纵器、脚控操纵器、座椅、工作台、视觉类元件、 面板类元件、人体舒适姿势、人体测量、人体动作分 析、人的失误等方面。
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人机系统的功能：信息接受、储存 信息、处理信息、执行功能。人机系统 与周围环境的相互作用，表现为人机系 统的输入和输出。
7.1 人机系统的功能和类型
人机系统的类型 按有、无反馈控制环节分类，人机系统可分
为闭环人机系统和开环人机系统两大类。 闭环人机系统的主要特征是系统的输出对控
制作用有直接的影响, 驾驶员-车辆-道路系统的 方向操纵运动是一个人工闭环人机系统的典型实 例。
7.2 人机系统的功能分配
机器优于人的特点:操作速度快, 能量大,精确度高, 能 同时完成多项操作, 能实现高阶运算和高倍放大, 不会 因单调重复和疲劳而降低工作效率, 对不利环境条件的 抵抗能力强, 信息传递能力高, 记忆速度和保持能力高, 能长期储存和一次废除信息, 感受和反应能力强, 可靠 性好, 耐久性高。
7.2 人机系统的功能分配
7.适应性 人具有随机应变的能力，具有很强的学习 能力，对特定的环境能很快适应；机没有随机应变 的能力，只有很低的学习能力，只能适应事先设定 的环境。
8.创造性 人具有创造性和能动性，具有思维能力、 预测能力和归纳总结能力，会自己总结经验；机只 能在人所设计的程序功能范围内进行一定程度的创 造性工作, 达到一定程度的智能化。
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31 人机系统的功能和类型 2 人机系统的功能分配 3 机械系统人机界面的优化匹配 4 人机系统设计 35 人机系统的数学模型
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7.1 人机系统的功能和类型
将人和机器联系起来，视为一个整体或系统， 称为人机系统。人机系统处于一定的环境之中, 并与周围环境发生相互作用。
7.2 人机系统的功能分配
5.可靠性 就人脑而言, 可靠性和自动结合能力都远远 超过机器, ( 但工作过程中, 人的技术高低、生理和心理 状况等因素对可靠性都有影响），能处理意外的紧急 事态；经可靠性设计后，机的可靠性高，且质量保持 不变，但不能处理意外的紧急事态。
6.耐久性 人容易产生疲劳，不能长时间连续工作，且 受年龄、性别与健康情况等因素的影响；机的耐久性 高，能长期连续工作，并大大超过人的能力。
2.控制能力 人可进行各种控制，且在自由度、调节 和联系能力等方面优于机器。同时，其动力源和响 应运动完全合为一体，能 “独立自足” ；机在操 纵力、速度、精确度、操作数量等方面都超过人的 能力，但不能“独立自足”，必须外加动力源才能 发挥作用。
7.2 人机系统的功能分配
3.工作效能 人可依次完成多种功能作业，但不能进行高 阶运算，不能同时完成多种操纵，不能在恶劣环境条件 下作业；机能在恶劣环境条件下工作，可进行高阶运算 和同时完成多种操纵控制，执行单调、重复的工作也不 降低效率。
4.信息处理 人的信息传递率一般为 6bit/s 左右，接受 信息的速度约每秒 20 个，短时内能同时记住信息约 10 个，每次只能处理一个信息; 机能储存信息和迅速取 出信息，能长期储存，也能一次废除，信息传递能力、 记忆速度和保持能力都比人高得多，在作决策之前, 能 将所存储的全部有关条件周密 “考虑” 一遍。
人优于机器的特点:具有创造性和能动性,能灵活处理 意外的紧急事态，人脑的神经联系复杂、元件数量多、 体积小、能量消耗少、记忆容量大、可靠度高、自维 修功能强, 某些感觉器官的感受性为目前的机器传感装 置所不及。
7.2 人机系统的功能分配
“人” 、“机” 功能分配的原则 快速、精细、笨重、危险、规律性、单调重复、高阶运 算、操作复杂的工作，宜分配给机器去做； 机器系统的监督、维修、故障处理，指令和程序的安排， 对意外事件的处理以及情况多变的工作，宜分配给人去做。 人机系统的总体设计，要考虑总的效能，不能单纯追求 自动化程度，必须讲究系统的生产率、初置成本、使用经 济性、可靠性四者之间的最优协调。
开环人机系统的主要特征是系统的输出对控 制作用没有影响。
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7.2 人机系统的功能分配
人机系统中 “人” 与 “机” 的功能分配 是否合理，对于提高人机系统的总效能, 具 有重要意义。这是人机工程学的核心问题之 一，存在于机器发展的各个阶段中。
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7.2 人机系统的功能分配
1.感受能力 人可识别物体的大小、形状、位置和颜 色等特征，并对不同音色和某些化学物质有一定的 分辨能力; 机可接受超声、辐射、徽波、电磁波、 磁场等信号，超过人的感受能力。
Interface)指的是操作人员和机器之间相互作用的区域。
人机界面的问题自 20 世纪初就引起了人们的重视，在
军事和大型工业领域，人们发现很多重大的事故均源于人
机界面匹配不当, 许多经验和教训都表明，人机界面设计
得不合理将导致操作人员的操作失误, 降低系统运行的安
全性, 甚至于造成重大事故, 同时还会对操作人员造成生理
7.2 人机系统的功能分配
据研究资料介绍，一种无人驾驶飞机的最初800次 飞行，失事次数多达155次; 而同类型的有人驾驶的飞 机，最初800次飞行中，失事次数只有3次，前者是后 者失事次数的52倍。即使不用人直接驾驶，而仅仅用 人作监管和后备的飞机，也比完全自动化的无人驾驶 飞机的可靠度高 1 倍以上。
因此，可以认为,有人参与的系统会比全自动系统更 经济而可靠。
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7.3 机械系统人机界面的优化匹配
人机界面问题的提出 人机界面优化匹配的目标 人机界面匹配合理程度的评价指标
评价的软件系统 匹配优度的试验评价方法
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7.3 机械系统人机界面的优化匹配
7.3.1 人机界面问题的提出
机械系统的人机界面（Human-Machine
或心理上的伤害，许多职业病也都源于不合理的操作环境
或作业姿势。
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7.3 机械系统人机界面的优化匹配
一个机械系统的人机界面是由Байду номын сангаас多不同类型、不同 结构型式的元件构成的, 通常将每一个不同的元件称 为一个因素，人机界面总体是由许多因素通过某种方 式组合而成的。
单因素评价是对系统总体评价的基础。在这方面的 研究开展得很多，也很深入。这些单因素研究有手控 操纵器、脚控操纵器、座椅、工作台、视觉类元件、 面板类元件、人体舒适姿势、人体测量、人体动作分 析、人的失误等方面。
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人机系统的功能：信息接受、储存 信息、处理信息、执行功能。人机系统 与周围环境的相互作用，表现为人机系 统的输入和输出。
7.1 人机系统的功能和类型
人机系统的类型 按有、无反馈控制环节分类，人机系统可分
为闭环人机系统和开环人机系统两大类。 闭环人机系统的主要特征是系统的输出对控
制作用有直接的影响, 驾驶员-车辆-道路系统的 方向操纵运动是一个人工闭环人机系统的典型实 例。
7.2 人机系统的功能分配
机器优于人的特点:操作速度快, 能量大,精确度高, 能 同时完成多项操作, 能实现高阶运算和高倍放大, 不会 因单调重复和疲劳而降低工作效率, 对不利环境条件的 抵抗能力强, 信息传递能力高, 记忆速度和保持能力高, 能长期储存和一次废除信息, 感受和反应能力强, 可靠 性好, 耐久性高。
7.2 人机系统的功能分配
7.适应性 人具有随机应变的能力，具有很强的学习 能力，对特定的环境能很快适应；机没有随机应变 的能力，只有很低的学习能力，只能适应事先设定 的环境。
8.创造性 人具有创造性和能动性，具有思维能力、 预测能力和归纳总结能力，会自己总结经验；机只 能在人所设计的程序功能范围内进行一定程度的创 造性工作, 达到一定程度的智能化。