人机工程学

1. 人机工程学 人机工程学 安全工程系

2. 第九章　安全人机系统及其设计

3. 第九章　安全人机系统及其设计 人机系统的设计 人机系统的可靠性 人机系统检查与评价 中国地质大学安全工程系

4. 本章重难点分析 　　本章重点在于了解把握人机系统的概念与人机系统的设计程序；重点掌握人机系统的设计中功能分配的一般原则，熟悉作业分析；人机系统的可靠性。把握人机系统中“人的可靠性”和“机的可靠性”；掌握机器的故障率与时间的关系；掌握如何对机器进行可靠性分析和提高机器可靠性的方法。了解人机系统检查表以及人机系统评价的几个方面。 　　“人的可靠性”和“机的可靠性”作为高起专学生了解的内容不做要求。 中国地质大学安全工程系

5. 第一节　人机系统的设计 　　人机系统设计是在环境因素适应的条件下，重点解决系统中人的效能、安全、身心健康及人机匹配优化的问题。 　　人机系统设计是多学科联合设计的一部分，这也是由人机系统的设计性质所决定的。因此，只有采用系统科学的方法，才能综合各学科的观点，实现设计的优化。系统科学的设计方法可概括为：     中国地质大学安全工程系

6. 系统科学的设计方法 　　①明确系统的目的，亦即系统的必要性和依 据一定的分析明确其目的性； 　　②明确系统分配制约条件； 　　③建立系统的数学模型； 　　④研究和分析数学模型； 　　⑤提出新系统的方案； 　　⑥对新系统进行分析评价。 　　这一方法，同样也适用于人机系统。 中国地质大学安全工程系

7. 1.人机系统 　　人机系统作为一个完整的概念，表达了人机系统设计的对象和范围，从而建立解决劳动主体和劳动工具之间矛盾的理论和方法。系统中的人是主要研究对象，但又并非孤立地研究人，它同时研究系统的其他组成部分，并根据人的特性和能力来设计和改造系统。 中国地质大学安全工程系

8. 1.1　人机系统的组成 　　在一定的环境条件下，人机系统包括人和机两个基本组成部分，它们互相联系构成一个整体。图9－1为人机系统的模型。该图表明，人机之间存在着信息环路，人机互相联系。这个系统能否正常工作，取决于信息传递过程能否持续有效地进行。 中国地质大学安全工程系

9. 图9－1　人机系统模型 在人机系统中，人起着主导作用。这主要反映在人的决策功能上，因为人的决策错误是导致事故发生的主要原因之一。 中国地质大学安全工程系

10. 1.2　人机界面 　　如图9-l所示，人与机之间存在一个互相作用的“面”，所有人机交流的信息都发生在这个作用面上，通常称为人机界面。显示器将机器的工作信息传递给人，实现人一机的信息传递；人通过控制器将自己的决策信息传递给机器，实现人一机的信息传递。因此，人机界面主要指显示和控制系统。合理的人机界面要符合人机信息交流的规律和特性。 中国地质大学安全工程系

11. 1.3　人与机的不同特点 3．人与机的不同特点　　在人机系统设计中，首先要按照科学的观点分析人和机器各自所具有的不同特点，以便研究人与机器的功能分配，从而扬长避短，各尽所长，充分发挥人与机器的各自优点；从设计开始就尽量防止产生人的不安全行动和机器的不安全状态，做到安全生产。　　人与机器的不同特点见表9－1。 中国地质大学安全工程系

12. 表9－1　人与机的不同特点(a) 表9－1 人与机的不同特点 中国地质大学安全工程系

13. 表9－1　人与机的不同特点(b) 中国地质大学安全工程系

14. 表9－1　人与机的不同特点(c) 中国地质大学安全工程系

15. 表9－1　人与机的不同特点(d) 中国地质大学安全工程系

16. 表9－1　人与机的不同特点(e) 中国地质大学安全工程系

17. 2.人机系统设计程序 　　人机系统设计是按照系统论的方法而进行的一种总体设计，亦即将整个人机系统划分为一系列具有明确定义的设计阶段，而每个阶段的设计活动和任务必须是明确的。 中国地质大学安全工程系

18. 2.1　“总体”的意义 　　“总体”的意义是强调人机系统的各个成分，如人、硬件、软件，都要给予全面考虑，以克服长期以来工程设计中忽视人和人的效能问题，其设计的目标是使系统的每个成分都为实现系统目标而能够协调一致地发挥各自的功能。 中国地质大学安全工程系

19. 2.2　人机系统的分为几个阶段 　　人机系统设计的每一阶段都是由互相联系的一系列设计活动组成，而各个阶段之间具有时间上的顺序性，即只有上一阶段的设计活动完成后，才能进行下一阶段的设计活动。这就构成了人机系统的设计程序，通常可分为以下几个阶段。 中国地质大学安全工程系

20. 2.2.1　设计阶段 (1) (2) (3) 　　（1）定义系统目标和参数阶段，包括确定使用者的需求，确定使用者的特性，确定群体的组织特性，确定作业方式，确定作业效能的测量参数及测试方法。　　（2）系统定义阶段，包括定义功能要求，定义操作（作业）要求。　　（3）初步设计阶段，包括功能分配、作业流程设计和作业反馈机制设计。 中国地质大学安全工程系

21. 2.2.2　设计阶段 (4) (5) (6) 　　（4）人机界面设计阶段，包括显示装置设计、控制装置设计和作业空间设计。　　（5）作业辅助设计阶段，包括制定使用者素质要求、设计操作手册、设计作业辅助手段和设计培训方案。　　（6）系统评价阶段，包括制定评价标准、实施评价和做评价结论。 中国地质大学安全工程系

22. 表9-2　人一机系统的设计步骤(a) 　　以上为人机系统设计过程中的总体程序，具体的设计步骤见表9－2。 　　　　表9－2 人－机系统的设计步骤 中国地质大学安全工程系

23. 表9－2　人一机系统的设计步骤(b) 中国地质大学安全工程系

24. 表9－2　人一机系统的设计步骤(c) 中国地质大学安全工程系

25. 表9－2　人一机系统的设计步骤(d) 中国地质大学安全工程系

26. 表9－2　人一机系统的设计步骤(e) 中国地质大学安全工程系

27. 3.人机系统的设计方法 　　三、人机系统的设计方法　　人机系统的设计方法包括自成体系的设计思想和与之相应的设计技术，好的设计方法和策略使设计行为科学化、系统化。 中国地质大学安全工程系

28. 3.1　功能分配 1．功能分配　　在人机系统中，把已定义的系统功能按照一定的分配原则，合理地分配给人和机器。这当中，有的系统功能分配是直接的、自然的，但也有些系统功能的分配需更详尽的研究和更系统的分配方法。 中国地质大学安全工程系

29. 3.1.1　人的基本界限 　　系统功能的分配要充分考虑人和机器的基本界限。人的基本界限包括：准确度的界限、体力的界限、知觉能力的界限、动作速度的界限。机器的基本界限包括：机器性能维持能力的界限、机器正常动作的界限、机器判断能力的界限、成本费用的界限。 中国地质大学安全工程系

30. 3.1.2　人和机器各有局限性 　　人和机器各有局限性，所以人机间应当彼此协调，互相补充。如笨重、重复的工作，高温剧毒等条件，对人有危害的操作以及快速有规律的运算等都适合于机器（机器人、计算机）承担，而人则适合于安排指令和程序，对机器进行监督管理、维修运用、设计调试。革新创造、故障处理等。 中国地质大学安全工程系

31. 3.1.3　系统功能分配的一般原则 　　在长期的实践中，人们总结了系统功能分配的一般原则。1）比较分配原则 　　通过人与机器的特性比较，进行客观的和符合逻辑的分配。 中国地质大学安全工程系

32. 3.1.3.1　比较分配原则_例 　　例如在信息处理方面，机器的特性是按预定程序可高度准确地处理数据，记忆可靠且易于提取，不会“遗忘”信息；人的特性是有高度的综合、归纳、联想创造的思维能力。因此在设计信息处理系统时，要根据人和机器的各自处理信息的特性来进行功能分配。 中国地质大学安全工程系

33. 3.1.3.2　剩余分配原则 2）剩余分配原则　　在功能分配时，首先考虑机器所能承担的系统功能，然后将剩余部分功能分配给人。在这当中，必须掌握和了解机器本身的可靠度，如果盲目地将系统功能强加于机器，则会造成系统的不安全性。 中国地质大学安全工程系

34. 3.1.3.3　经济分配原则 3）经济分配原则　　以经济效益为原则，合理恰当地进行人机功能分配。如对某一特定功能．由机器承担时，需要重新设计、生产和制造；由人来承担时，则需要培训、支付费用等。这两者的经济效益通过比较和计算来确定功能的分配。 中国地质大学安全工程系

35. 3.1.3.4　宜人分配原则 4）宜人分配原则　　系统的功能分配要适合于人的生理和心理的多种需求，有意识地发挥人的技能。 中国地质大学安全工程系

36. 3.1.3.5　弹性分配原则 5）弹性分配原则　　即系统的某些功能可以同时分配给人或机器，这样人可以自由选择参与系统行为的程度。例如许多控制系统可以自动完成，也可手动完成，尤其现代计算机的控制系统，要有多种人机接口，从而实现不同程度的人机对话。 中国地质大学安全工程系

37. 3.2　作业分析 2．作业分析　　作业分析是指对已分配给人的功能进行分析，从而使系统中的作业与作业之间建立协调一致的关系。使作业者清楚地了解要做什么、怎样做、什么时间完成，只有这样科学的作管理，才能获得人的高效率，防止作业失误。 　　作业分析包括：确定系统的作业结构、确定作业、编制作业流程图、建立作业序。 中国地质大学安全工程系

38. 3.2.1　系统的作业结构(a) 1）系统的作业结构　　系统的作业结构是指对系统的作业和作业技能的整体要求。系统的作业结构取决于人机系统的设计和分配给人的功能。有些功能可以分解为几乎每个人都能做的作业即分解为低技作业；而有些功能则可以形成复杂的作业，即为高技作业。 　　因此，系统的作业结构决定了系统对整个作业人员群体的素质、培训计划等一系列运动的基本要求。系统的作业结构的复杂程度大体可分为三种基本形式（图9-2）。 中国地质大学安全工程系

39. 图9－2　系统作业结构的三种形式 中国地质大学安全工程系

40. 3.2.1　系统的作业结构(b) 　　第一种形式以低技作业为主，系统作业的人力资源广大，人员上岗培训时间短，而且可以从低技作业者群体不断选择和培训高技作业者； 　　第二种形式以高技复杂作业为主，这样必须由经过一定培训的高技作业者来完成； 　　第三种形式以中等复杂的作业技能为主，低技和高技的作业相对比较少。 中国地质大学安全工程系

41. 3.2.2　确定作业 2）确定作业　　根据分配给人的功能，具体地分析和确定人实现该功能的作业活动。这当中要确定出作业人员应具备的技能水平、作业的输人和输出形式、作业内容、作业之间的关系、作业的复杂程度。 中国地质大学安全工程系

42. 3.2.3　作业流程图 3）作业流程图　　作业流程图是根据所确定的作业来编制的表示作业内容和作业顺序的一种框图。图9-3为一条形恒温箱的作业流程图。 　　通过作业流程图就可以清楚地了解人机系统中，人实现功能的情况；同时，根据作业流程图还可以进一步分析动作的经济性。从而寻求工作环境舒适、操作力最小、操作时间短、疲劳强度低、工作效率高的有效方法。 中国地质大学安全工程系

43. 图9－3　作业流程图 中国地质大学安全工程系

44. 3.2.4　建立作业序(a) 4）建立作业序 作业序是指一个操作人员单独从事的一组作业。根据系统分配给的功能，分解为若干个作业，然后根据人操作的方便性、准确性、合理性，将这些作业组成不同的作业序。 一个作业序也可以由几个分配给人的功能中分解出的作业组成，见图9-4。合理的作业序组成，使作业和作业者之间更能协调一致。 中国地质大学安全工程系

45. 图9－4　作业序 中国地质大学安全工程系

46. 3.2.4　建立作业序(b) 　　组合作业序时要充分考虑以下几方面关系：作业的信息或数据关系；作业的技能水平；作业的顺序关系；作业的时间安排；人界面关系。 中国地质大学安全工程系

47. 3.3　人机界面设计 3．人机界面设计 在人机系统中，人机界面是连接人与机器的重要通道。因此，人机界面设计，首要的是人与机器的信息交流过程中的准确性、可靠性及有效度。 　　操纵装置与显示装置是人机界面的典型部件。现以这一控制显示系统的设计为例，阐明人机界面设计的程序，见图9-5。 中国地质大学安全工程系

48. 图9－5　人机界面设计程序(a) 中国地质大学安全工程系

49. 图9－5　人机界面设计程序(b) 中国地质大学安全工程系

50. 3.3　控制与显示系统的设计原则 　　控制与显示系统的设计原则： 　　①优先性，即把最重要的操纵器和显示器配置在最佳的作业范围内； 　　②功能性，即根据操纵器和显示器的功能进行适当的划分，把相同功能的配置在同一分区内； 　　③关联性，即按操纵器和显示器间的对应关系来配置。 中国地质大学安全工程系