第十章人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)的評價分析

人機(jī)工程學(xué)范曉偉課程目的人機(jī)工程學(xué)的理論和方法為設(shè)計(jì)中考慮“人的因素”提供人體尺度數(shù)據(jù)；為設(shè)計(jì)中“機(jī)的功能”合理性提供科學(xué)依據(jù)；為設(shè)計(jì)中考慮“環(huán)境因素”提供設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；為“人-機(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供整體思路；為“以人為核心”的設(shè)計(jì)思想提供可行方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生把人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)作為一個統(tǒng)一的整體來研究，以創(chuàng)造適合于人操作的機(jī)械設(shè)備和作業(yè)環(huán)境，使人－機(jī)－環(huán)境系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，從而獲得系統(tǒng)的最高綜合效率，培養(yǎng)“以人為本”的設(shè)計(jì)價值觀。目錄1人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)的重要性2設(shè)計(jì)的評價分析3人機(jī)系統(tǒng)的可靠度評價分析4設(shè)計(jì)錯誤分析第十章人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)的評價分析5操作錯誤分析6設(shè)備的危區(qū)分析10.1人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個廣義的概念，可以說，凡是包括人和機(jī)相結(jié)合的設(shè)計(jì)，小至一個按鈕、開關(guān)，一件手工工具，大至一個大型復(fù)雜的生產(chǎn)過程、一個現(xiàn)代化系統(tǒng)(如宇宙飛船)的設(shè)計(jì)，均為人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。它不僅包括某個系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，而且也包括作業(yè)及作業(yè)輔助設(shè)計(jì)、人員培訓(xùn)和維修等。10.1人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性前蘇聯(lián)研制的米格-25噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的許多零部件與美國的相比都落后，但因設(shè)計(jì)者考慮了整體性能，故能在升降、速度、應(yīng)急反應(yīng)等方面成為當(dāng)時世界一流。10.1人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思想1、人適應(yīng)于機(jī)器原始的設(shè)計(jì)思想是首先確定機(jī)器，然后根據(jù)機(jī)器的操作要求選拔人員、訓(xùn)練操作者。2、機(jī)器適應(yīng)于人根據(jù)人的特性，設(shè)計(jì)出最符合人操作的機(jī)器設(shè)備、器具，最醒目的顯示器，最方便使用的控制器。局限性：沒有在機(jī)器和人中間進(jìn)行合理的功能分配，而讓機(jī)器或人承擔(dān)了其不擅長的工作，最終導(dǎo)致人機(jī)系統(tǒng)沒能發(fā)揮最優(yōu)功能而達(dá)到最高效率。10.1人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思想3、人與機(jī)器相互適應(yīng)在機(jī)器和人中間進(jìn)行合理的功能分配，從而達(dá)到系統(tǒng)的最佳匹配。10.1人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性設(shè)計(jì)過程原理設(shè)計(jì):主要解決功能問題初步設(shè)計(jì)或概略設(shè)計(jì)：具有總體設(shè)計(jì)的性質(zhì)人機(jī)工學(xué)設(shè)計(jì)：解決人機(jī)關(guān)系的問題結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：解決形狀、尺寸和工藝問題造型設(shè)計(jì)：主要是整體外觀造型的美觀設(shè)計(jì)問題完成階段：施工圖設(shè)計(jì)或試制問題機(jī)械設(shè)計(jì)等從原理和力學(xué)的角度考慮多一些，而考慮人的因素少一些。導(dǎo)致不合人意，不適合人的使用，也釀成了不少的事故或工傷。對人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：1、能達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，完成預(yù)定的任務(wù)。2、人與機(jī)都能充分發(fā)揮各自的作用和協(xié)調(diào)的工作。3、人機(jī)系統(tǒng)接受輸入和輸出的功能，都必須符合設(shè)

計(jì)的能力。4、人機(jī)系統(tǒng)要考慮環(huán)境因素的影響，這些因素包括

廠房建筑結(jié)構(gòu)、照明、噪聲、溫度、濕度等。5、人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)有一個完善的反饋閉環(huán)回路。人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般程序1.人機(jī)系統(tǒng)的目標(biāo)建立與功能分析首先要確定包含人在內(nèi)的全系統(tǒng)應(yīng)具有什么樣的目標(biāo)，并詳細(xì)填寫系統(tǒng)目標(biāo)說明書。在確定系統(tǒng)目標(biāo)時，要對系統(tǒng)目標(biāo)進(jìn)行技術(shù)上的可行性、制造成本和用戶要求等方面的比較。確定為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的手段，亦即確定應(yīng)給予系統(tǒng)的功能是什么。此時可能有多個可行方案，可行方案越多，選擇的余地越大，從而在一定的限制條件下選出較好的方案。若想獲得許多可行方案，目標(biāo)不應(yīng)是局部、具體而狹小的，而應(yīng)從廣闊的視野多層次上設(shè)定，其方法是功能設(shè)計(jì)展開法。2.人機(jī)功能分配功能分配是指為了使系統(tǒng)達(dá)到最佳匹配，在研究分析人和機(jī)器特性的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮人和機(jī)器的潛能，合理地將系統(tǒng)各項(xiàng)功能分配給人和機(jī)器的過程。功能分配的任務(wù)是決定系統(tǒng)的哪一部分功能由人完成，哪一部分功能由機(jī)器完成。因此，必須對人和機(jī)器的特性充分分析比較。人與機(jī)器的特性比較人與機(jī)器的特性比較功能分配也稱劃定人機(jī)界限，通常應(yīng)考慮：1)人與機(jī)器的性能、負(fù)荷能力、潛力及局限性；2)人進(jìn)行規(guī)定操作所需的訓(xùn)練時間和精力限度；3)對異常情況的適應(yīng)性和反應(yīng)能力的人機(jī)對比；4)人的個體差異的統(tǒng)計(jì)；5)機(jī)器代替人的效果和成本等。3.人員開發(fā)人員開發(fā)包括作業(yè)描述和作業(yè)規(guī)范，它為人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行提供了合適的操作人員。功能分配完成以后，應(yīng)進(jìn)行作業(yè)描述，通過作業(yè)描述可以考查功能分配是否合適，是否與人的能力、特性相適應(yīng)。作業(yè)描述可以通過對一個或多個活動的分析來完成。4.界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面是人和機(jī)在信息交換上和功能上接觸的或相互影響的領(lǐng)域。人機(jī)聯(lián)系的重要途徑是顯示器和控制器。人機(jī)界面設(shè)計(jì)主要是指顯示器、控制器以及它們之間關(guān)系的設(shè)計(jì)。人機(jī)界面設(shè)計(jì)必須解決好兩個主要問題：人控制機(jī)器和人接受信息。前者主要是指控制器要適合于人的操作，應(yīng)考慮人進(jìn)行操作時的空間與控制器的配置。5.系統(tǒng)的評價和發(fā)展系統(tǒng)評價是系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)，系統(tǒng)評價是一個連續(xù)不斷的過程。只有正確地分析評價現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，才能提出對系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。如果認(rèn)為系統(tǒng)運(yùn)行以后設(shè)計(jì)任務(wù)就結(jié)束了，則系統(tǒng)得不到進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)將是一個設(shè)計(jì)—評價—再設(shè)計(jì)—再評價，不斷發(fā)展的過程。10．2設(shè)計(jì)的評價分析

鏈的概念對應(yīng)鏈：生產(chǎn)過程中，人體部位與機(jī)械部位有關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)叫做對應(yīng)鏈。對應(yīng)鏈?zhǔn)怯娠@示器的顯示指示到操作者的反應(yīng)活動過程中所形成的鏈。以感覺接受指示所形成的對應(yīng)鏈，稱為指示性對應(yīng)鏈。操作人員得到信號或其他信息后，以各種反應(yīng)動作來操縱各種控制裝置，這樣的鏈叫做反應(yīng)過程對應(yīng)鏈。

逐次連結(jié)鏈人在進(jìn)行某一作業(yè)過程中，往往不是一次動作便能達(dá)到目的，而需要多次逐個的連續(xù)動作。這種由逐次動作達(dá)到一個目的而形成的連接稱為逐次連結(jié)鏈。如內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)啟動列車的操作過程：確認(rèn)信號(信號機(jī)的燈光顯示與車長的發(fā)車指令)→司機(jī)與副司機(jī)呼喚應(yīng)答(人與人連接)→手操縱列車制動器緩解→鳴笛→緩解機(jī)車制動器→置換向控制手柄于前進(jìn)位→提主控手柄→打開撒砂開關(guān)→提主控手柄→關(guān)撒砂開關(guān)→置主控手柄于運(yùn)轉(zhuǎn)的合適位置。這一復(fù)雜操作過程為一典型的逐次連接。10．2．2鏈的分析程序1．確定鏈的要素2．確定鏈的形態(tài)確定鏈的形態(tài)，主要是定出“重要程度”和“頻率”3．計(jì)算鏈值計(jì)算鏈值。重要程度和使用頻率的乘積4．校核結(jié)果視覺鏈：視距適當(dāng)，視線不受阻擋，清晰，照明良好行走鏈：路線短，干擾??；語言鏈：聲音清晰，可以互換，可以準(zhǔn)確傳達(dá)信息操作鏈：操作方便此外，對作業(yè)空間，環(huán)境因素等都進(jìn)行校核10．2．3對應(yīng)鏈分析法機(jī)械部分a重要程度b頻率a×b鏈值A(chǔ)BCD4413323112833鏈分析的目的：根據(jù)頻率、重要程度，運(yùn)用鏈分析合理配置顯示器與操作者的相對位置，以求達(dá)到視距適當(dāng)、視線通暢，便于觀察；

根據(jù)作業(yè)者對控制器的操作頻率、重要程度，通過連接分析將控制器布置在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域內(nèi)，以便于操作，提高操作準(zhǔn)確性。鏈分析可分為繪制鏈、調(diào)整鏈兩步。

1.繪制鏈關(guān)系圖

根據(jù)人機(jī)系統(tǒng)，列出系統(tǒng)的主要要素，并用相應(yīng)符號繪制鏈關(guān)系圖?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)中，作業(yè)者3、1、4分別對顯示器和控制裝置C、A、D進(jìn)行監(jiān)視和控制，作業(yè)者2對顯示器C、A、B的顯示內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)視，并對作業(yè)者3、1、4發(fā)布指示?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)中的連接分析圖分析步驟：（1）系統(tǒng)、人、機(jī)器的標(biāo)注（2）根據(jù)作業(yè)情況在機(jī)器之間，人與人之間畫上連接線。（3）對鏈?zhǔn)椒治鰣D進(jìn)行修改，調(diào)整位置關(guān)系，減少交叉。鏈分析可分為繪制鏈、調(diào)整鏈兩步。連接方案的優(yōu)化(a)初步方案；(b)修改后方案10．3人機(jī)系統(tǒng)的可靠性評價人機(jī)系統(tǒng)的可靠性人機(jī)系統(tǒng)的可靠性取決于機(jī)器和人的可靠性，所以Rs——人機(jī)系統(tǒng)的可靠性Rm——機(jī)械設(shè)備的可靠度Rh——人操作的可靠度

1.人機(jī)系統(tǒng)的可靠度

1)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算

一個系統(tǒng)如果至少有一個子系統(tǒng)發(fā)生故障，即可導(dǎo)致整個系統(tǒng)故障，或各子系統(tǒng)都正常系統(tǒng)才正常，這樣的系統(tǒng)稱為串聯(lián)系統(tǒng)。2)并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度計(jì)算

一個系統(tǒng)若至少有一個子系統(tǒng)正常，系統(tǒng)即正常，或各子系統(tǒng)都不正常，系統(tǒng)才不正常，這樣的系統(tǒng)稱為并聯(lián)系統(tǒng)。Rs —— 并聯(lián)系統(tǒng)可靠度；r —— 單個部件的可靠度；m —— 并聯(lián)部件數(shù)n

—— 系統(tǒng)的功能數(shù)例：某系統(tǒng)由5個部件A、B、C、D、E串聯(lián)而成,可靠度分別為RA＝0.90、RB＝0.99、RC＝0.70、RD＝0.75,RE＝0.95。求系統(tǒng)可靠度。

連接方式C或C’0.700.9730（提高39%）D或D’0.750.9375（提高25%）系統(tǒng)0.440.77（提高75%）AEDCBDDCCCBAE10．4分析設(shè)計(jì)錯誤分析機(jī)器設(shè)計(jì)不當(dāng)或差錯叫做設(shè)計(jì)錯誤，它在設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生，往往到試車或投產(chǎn)時才能暴露出來。功能分配錯誤給人分配了無法順利執(zhí)行的功能，或把機(jī)器能有效完成的功能分配給人?？梢杂扇撕芎脠?zhí)行的功能分配給了機(jī)器。人的工程設(shè)計(jì)錯誤主要是沒有保證人與機(jī)器的有效相互作用。主要表現(xiàn)在：對控制-顯示裝置或其他部件，沒有按照操作人員能迅速準(zhǔn)確操作的原則加以配置。沒有根據(jù)人機(jī)系統(tǒng)的特征機(jī)能選擇最適當(dāng)?shù)目刂?、顯示裝置或其他部件。沒有提供操作人員執(zhí)行某種功能的必要條件。電子設(shè)備常見的設(shè)計(jì)錯誤主要是電子設(shè)備中顯示器、控制器設(shè)計(jì)中的問題。顯示器位置不當(dāng)；儀表分度線、數(shù)字、指針形狀不當(dāng)；認(rèn)讀困難；控制器方向與習(xí)慣和顯示器不符?？刂破髟煨驮O(shè)計(jì)不良，操作不便?？臻g設(shè)計(jì)為考慮容腿空間，為考慮發(fā)展余地；未考慮平衡性；視覺條件不好，易產(chǎn)生炫光；可維修不好等。10．5操作錯誤分析

操作錯誤的表現(xiàn)失職的錯誤由于人體機(jī)能狀態(tài)變化，沒有執(zhí)行所要求的操作動作而引起的操作錯誤。工作中的錯誤由于人們思想不集中，操縱器位置不當(dāng)極不正確方式措作引起的結(jié)果。錯誤的危害任務(wù)遲緩不能達(dá)到目標(biāo)造成機(jī)器的失靈安全傷害

從人機(jī)學(xué)角度看，預(yù)先存在使人犯錯誤的條件，錯誤才會發(fā)生。因此設(shè)計(jì)機(jī)器的時候，盡可能排除誘發(fā)操作錯誤的因素。容易誘發(fā)誤操作的因素人的生理節(jié)律變化的影響環(huán)境條件的影響機(jī)具設(shè)計(jì)不良人的意識狀態(tài)差別的影響防止誤操作的措施1．改善人機(jī)界面條件2．注意人的意識狀態(tài)3．注意環(huán)境條件4．設(shè)計(jì)要合理5．提高協(xié)作精神6．建立培訓(xùn)制度10．6設(shè)備的危區(qū)分析1伸手向上時的危區(qū)分析2手伸過擋板頂部時的危區(qū)3手伸入容器的危區(qū)4伸手從側(cè)面繞過擋板時的危區(qū)5擋板上有孔口時的危區(qū)10．7人體疲勞分析疲勞的生理與心理機(jī)制疲勞是由人體外部某種“應(yīng)激”因素的作用，所引起的人體內(nèi)部復(fù)雜的生理和心理過程，并表現(xiàn)于人體外部的一種現(xiàn)象。自律系統(tǒng)：增大大腦皮層的激活程度，反映覺醒程度制動系統(tǒng)：降低大腦皮層的激活程度，反映睡眠狀態(tài)。疲勞的生理與心理機(jī)制疲勞的成因及防止成因：生理和心理兩個方面防止：a控制勞動強(qiáng)度和能量消耗b改進(jìn)工作方法，合理安排作業(yè)速度c改善作業(yè)的環(huán)境條件d堅(jiān)強(qiáng)科學(xué)管理疲勞的測定1．主觀感覺判定疲勞觀察：工作質(zhì)量和事故數(shù)量，外表觀察。疲勞自覺癥狀調(diào)查：疲勞自覺癥狀調(diào)查表2．疲勞測定方法定義：用定量的方法測定