1、第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配 以及安全防护以及安全防护 装置设计装置设计 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配 l安全人机系统主要由人、机、环境这安全人机系统主要由人、机、环境这三部分组成。三部分组成。l人机环境系统工程的设计，重点人机环境系统工程的设计，重点是解决系统中人的效能、安全、身心是解决系统中人的效能、安全、身心健康以及人机匹配最优化的问题健康以及人机匹配最优化的问题 。l必须做到机宜人，人适机，使人机之必须做到机宜人，人适机，使人机之间达到最佳匹配，这是一条基本的原间达到最佳匹配，这是一条基本的原则。则。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配
2、l人机关系通常可分为人机关系通常可分为静态人机关静态人机关系系和和动态人机关系动态人机关系两大方面。两大方面。l静态人机关系主要研究人、机之间的静态人机关系主要研究人、机之间的空间关系；空间关系；l动态人机关系主要研究人、机之间动态人机关系主要研究人、机之间的功能关系和信息关系（其中包括人的功能关系和信息关系（其中包括人机界面的分析、设计与评价）。机界面的分析、设计与评价）。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配8.1 人机功能关系人机功能关系l举一个宇宙航行中飞船的例子，对于举一个宇宙航行中飞船的例子，对于绕月球飞船飞行的成功率来讲，国外绕月球飞船飞行的成功率来讲，国外文献分析显示
3、：如果采用全自动化飞文献分析显示：如果采用全自动化飞行时成功率仅为行时成功率仅为22%；如果采用有人；如果采用有人参与时则为参与时则为70%；如果在飞行中航天；如果在飞行中航天员还能承担维修任务时则为员还能承担维修任务时则为93%；对；对于登月飞行的成功率来讲，这时后者于登月飞行的成功率来讲，这时后者为前者的为前者的4.2倍，充分说明了合理的倍，充分说明了合理的功能分配对完成人机系统的成功设计功能分配对完成人机系统的成功设计非常重要。非常重要。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配9.1.1 人的主要功能人的主要功能l下图给出了人在操作活动中的基本功下图给出了人在操作活动中的基本功能
4、示意图，它集中体现在信息输入能示意图，它集中体现在信息输入（即感受刺激（即感受刺激（S）、信息处理）、信息处理（即意识或称大脑信息加工（即意识或称大脑信息加工（O）以及行为输出（即作出反应（以及行为输出（即作出反应（R）这三个过程中。上述过程，心理学家这三个过程中。上述过程，心理学家称之为行为反应的称之为行为反应的SOR模式。模式。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人在操作活动中的基本功能示意图人在操作活动中的基本功能示意图 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人在人机系统中具有的功能人在人机系统中具有的功能 l人的第一种功能感受器人的第一种功能感受器 l人的第二种功能
5、信息处理器人的第二种功能信息处理器 l人的第三种功能操纵器，即通过机人的第三种功能操纵器，即通过机的控制器进行操纵的控制器进行操纵 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人机系统的基本模式人机系统的基本模式 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配刺激与行为关系的示意图刺激与行为关系的示意图 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配行为的基本模式行为的基本模式 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人的信息加工模型人的信息加工模型 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人机系统模型人机系统模型 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配9.1.2 机的主
6、要功能机的主要功能 机的子系统分为机的子系统分为CM和和MD系统。系统。 CM系统由控制器和机器的转换机系统由控制器和机器的转换机构（或计算机主板）组成。这个系统构（或计算机主板）组成。这个系统的任务是使机器接受操作者的指令，的任务是使机器接受操作者的指令，实现机器的运转与调控，把输入转换实现机器的运转与调控，把输入转换为输出。为输出。 MD系统由机器的转换机构和显示系统由机器的转换机构和显示器组成。器组成。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配9.1.4 静态人、机功能匹配的静态人、机功能匹配的 原则与方法原则与方法l比较分配原则比较分配原则l剩余分配原则剩余分配原则l经济分配原则
7、经济分配原则l宜人分配原则宜人分配原则l弹性分配原则弹性分配原则 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人优于机器的七个方面人优于机器的七个方面1.在感觉与知觉方面在感觉与知觉方面,人的某些感官的人的某些感官的感受能力比机器优越。感受能力比机器优越。2.人能运用多种通道接受信息，当一种人能运用多种通道接受信息，当一种信息通道有障碍时可用其它通道补偿。信息通道有障碍时可用其它通道补偿。而机器只能按设计的固定结构和方法而机器只能按设计的固定结构和方法输入信息。输入信息。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人优于机器的七个方面人优于机器的七个方面3.人具有高度的灵活性和可塑性，能
8、随人具有高度的灵活性和可塑性，能随机应变，能应付意外事故和排除故障。机应变，能应付意外事故和排除故障。而机器应付偶然事件的程序往往是非而机器应付偶然事件的程序往往是非常复杂的。常复杂的。4.人能长期大量储存信息，并且能随时人能长期大量储存信息，并且能随时综合利用记忆信息进行分析与判断。综合利用记忆信息进行分析与判断。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人优于机器的七个方面人优于机器的七个方面5.人具有总结和学习功能而机器无论多人具有总结和学习功能而机器无论多么复杂，都只能按照人预先编好的程么复杂，都只能按照人预先编好的程序工作。序工作。6.人能进行归纳推理，在获得实际观察人能进行归
9、纳推理，在获得实际观察资料的基础上归纳出一般结论，形成资料的基础上归纳出一般结论，形成概念并能创造发明。概念并能创造发明。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人优于机器的七个方面人优于机器的七个方面7.7.人是有感情、意识和个性的，人具有人是有感情、意识和个性的，人具有能动性，人在社会活动中具有明显的能动性，人在社会活动中具有明显的社会性。社会性。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配作业要求与可利用能力失配示意图作业要求与可利用能力失配示意图 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配 9.2 9.2 人机系统设计的人机系统设计的 基本要求和要点基本要求和要点l系统
10、设计的思想和过程可由下图予以概系统设计的思想和过程可由下图予以概括。系统设计绝对不是某一个单一专业括。系统设计绝对不是某一个单一专业领域所能胜任的事，它应该由专业工程领域所能胜任的事，它应该由专业工程师、人机工程学家、心理学家、人类学师、人机工程学家、心理学家、人类学家等共同协作完成。家等共同协作完成。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人机系统设计模型人机系统设计模型 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人机系统设计的基本要求人机系统设计的基本要求1.能达到预定的目标，完成预定的任务。能达到预定的目标，完成预定的任务。2.要使人与机都能够充分发挥各自的作用要使人与机都能
11、够充分发挥各自的作用和协调地工作。和协调地工作。3.人机系统接受的输入和输出功能，都应人机系统接受的输入和输出功能，都应该符合设计的能力。该符合设计的能力。4.人机系统要考虑环境因素的影响人机系统要考虑环境因素的影响5.人机系统应有一个完善的反馈闭环回路。人机系统应有一个完善的反馈闭环回路。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配系统的总体目标系统的总体目标 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人与机的结合方式人与机的结合方式 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配9.2.1 9.2.1 设计的原则与要点设计的原则与要点lISO6385ISO638519811981（
12、E E）国际标准规定了人）国际标准规定了人机工程学的一般指导原则，其中包括：机工程学的一般指导原则，其中包括：1.1.工作空间和工作设备的一般设计原则工作空间和工作设备的一般设计原则2.2.工作环境的一般设计原则工作环境的一般设计原则3.3.工作过程的一般设计原则工作过程的一般设计原则 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配四个方面的设计与分析要点四个方面的设计与分析要点（1 1）注意人机功能的分配；）注意人机功能的分配；（2 2）注意人机匹配，尤其要注意显示器）注意人机匹配，尤其要注意显示器与人的信息通道间的匹配，控制器与人与人的信息通道间的匹配，控制器与人体运动特性间的匹配，显示器
13、与控制器体运动特性间的匹配，显示器与控制器之间的匹配，环境与操作者适应性的匹之间的匹配，环境与操作者适应性的匹配以及人、机、环境三大要素与作业之配以及人、机、环境三大要素与作业之间的匹配等；间的匹配等；（3 3）注意人机界面的设计；）注意人机界面的设计；（4 4）注意完成对人机系统的评价）注意完成对人机系统的评价 。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配9.2.29.2.2人机系统的设计步骤人机系统的设计步骤1.1.对系统的任务、目标，系统使用的环境对系统的任务、目标，系统使用的环境条件以及对系统的机动性要求等要有充条件以及对系统的机动性要求等要有充分的了解和掌握。分的了解和掌握。2
14、.2.要调查系统的外部环境。要调查系统的外部环境。3.3.要了解与掌握系统内部环境的设计要求。要了解与掌握系统内部环境的设计要求。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配4.进行认真的系统分析，即利用人机工程进行认真的系统分析，即利用人机工程学基础知识对系统的组成、人机的联系学基础知识对系统的组成、人机的联系方式、作业活动等内容进行方案分析。方式、作业活动等内容进行方案分析。5.分析该系统各要素的机能特性及其约束分析该系统各要素的机能特性及其约束条件。条件。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配6.完成人与机的整体匹配与优化。完成人与机的整体匹配与优化。7.具体确定出人、机、
15、环境各要素在系统具体确定出人、机、环境各要素在系统设计中所承担的任务与角色。设计中所承担的任务与角色。8.借助于人机工程学中的相关标准与原则借助于人机工程学中的相关标准与原则对设计方案进行评价。对设计方案进行评价。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配人机系统设计框图人机系统设计框图 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配9.3 9.3 安全防护装置设计安全防护装置设计9.3.1 9.3.1 安全防护装置的作用与分类安全防护装置的作用与分类9.3.2 9.3.2 安全防护装置的组成安全防护装置的组成 安全装置一般应该由安全装置一般应该由传感元件传感元件、中间中间环节环节和和执
16、行机构执行机构这三个基本部分组成。这三个基本部分组成。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配安全防护装置的作用安全防护装置的作用1.防止机械设备因超限运行而发生事故。防止机械设备因超限运行而发生事故。2.通过对系统进行自动监测与诊断的方式通过对系统进行自动监测与诊断的方式去避免或排除故障、避免事故发生。去避免或排除故障、避免事故发生。3.防止人的误操作而引发的事故。防止人的误操作而引发的事故。4.防止操作者误入危险区而设置的安全保防止操作者误入危险区而设置的安全保护装置。护装置。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配9.3.3 安全防护装置的设计原则安全防护装置的设计原则1
17、.坚持以人为本的设计原则。坚持以人为本的设计原则。2.坚持装置的安全可靠原则。坚持装置的安全可靠原则。3.坚持安全防护装置与机械装备的配套设坚持安全防护装置与机械装备的配套设计原则。计原则。4.坚持简单、经济、方便的原则。坚持简单、经济、方便的原则。5.坚持自组织的设计原则。坚持自组织的设计原则。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配9.3.4 典型安全防护装置的设计典型安全防护装置的设计1.超载安全装置超载安全装置2.越位安全装置越位安全装置 对于某些机械，如果执行件运动时超越对于某些机械，如果执行件运动时超越了规定的行程，则可能会发生损坏设备了规定的行程，则可能会发生损坏设备和撞伤人身的事故。和撞伤人身的事故。 3.超压安全装置超压安全装置 广泛用于锅炉、压力容器等装置中。广泛用于锅炉、压力容器等装置中。 第八章第八章 人机系统功能匹配人机系统功能匹配
