安全人機(jī)工程學(xué) PPT課件 第11章

安全人機(jī)工程Safety

Ergonomics章節(jié)導(dǎo)學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握安全人機(jī)工程大數(shù)據(jù)的基本概念，了解安全人機(jī)可視化的概念；掌握機(jī)的可視化工具基本原理，理解其基本內(nèi)涵；掌握安全人機(jī)智能化概念，掌握其關(guān)鍵技術(shù)；掌握安全人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)維的基本概念。本章重難點(diǎn)重點(diǎn)：智能設(shè)計(jì)、智能施工、智能運(yùn)維基本概念；安全人機(jī)工程大數(shù)據(jù)的基本概念；安全人機(jī)可視化工具分類；智能交互技術(shù)的案例分析與技術(shù)應(yīng)用。難點(diǎn)：智能安全人機(jī)工程的未來挑戰(zhàn)；多領(lǐng)域智能交互案例；安全人機(jī)可視化工具的性質(zhì)與用途、原理。章節(jié)導(dǎo)學(xué)Chapter

11大數(shù)據(jù)時(shí)代智能安全人機(jī)工程安全人機(jī)工程的大數(shù)據(jù)Big

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ergonomics安全人機(jī)可視化Visualization

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ergonomics安全人機(jī)智能化Intelligent

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ergonomicsChapter

11大數(shù)據(jù)時(shí)代智能安全人機(jī)工程安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)維

Intelligent

design,implementation,operatiomaintenance

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man-machine

system智能安全人機(jī)工程應(yīng)用案例分析Application

case

analysis

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intelligent

safeergonomics智能安全人機(jī)工程學(xué)科建設(shè)及內(nèi)容體系研究

Research

on

Discipline

Construction

andContent

System

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Intelligent

Safety

Ergonomi11.1安全人機(jī)工程的大數(shù)據(jù)Big

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ergonomics11.1安全人機(jī)工程的大數(shù)據(jù)什么是大數(shù)據(jù)?有學(xué)者將大數(shù)據(jù)的特征總結(jié)為3V即體積大、速度快、數(shù)據(jù)特征多樣性。體積大——指大數(shù)據(jù)分析所需的數(shù)據(jù)量龐大，人們通過搜尋多數(shù)據(jù)才能挖掘其中所含的信息；速度快——指大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，利用網(wǎng)絡(luò)信息通道，可以第一時(shí)間將大數(shù)據(jù)技術(shù)所需要傳遞的信息傳給受眾群體；數(shù)據(jù)特征多樣性——指大數(shù)據(jù)可以將信息以文本、視頻、動畫、語音等形式進(jìn)行傳播，可見其傳達(dá)信息的形式也是多種多樣的。安全人機(jī)工程的大數(shù)據(jù)泛指為實(shí)現(xiàn)人機(jī)功能的最優(yōu)匹配包含的所有信息與知識11.1安全人機(jī)工程的大數(shù)據(jù)1.人體測量學(xué)的大數(shù)據(jù)為了實(shí)現(xiàn)人體體態(tài)及其他人體測量學(xué)特征的仿真，人體測量大數(shù)據(jù)庫的建立是必要的。大數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容可包括如骨骼測量數(shù)據(jù)、活體測量數(shù)據(jù)、關(guān)節(jié)活動度測量數(shù)據(jù)、皮褶厚度測量數(shù)據(jù)、體力測定數(shù)據(jù)、生理測定數(shù)據(jù)等一系列與安全人機(jī)交互相關(guān)的一切數(shù)據(jù)。其目的主要是應(yīng)用人體測量數(shù)據(jù)科學(xué)地設(shè)計(jì)產(chǎn)品參數(shù)。11.1安全人機(jī)工程的大數(shù)據(jù)2.人機(jī)功能匹配的大數(shù)據(jù)人機(jī)功能分配，應(yīng)全面考慮下列因素：①人和機(jī)器的性能、特點(diǎn)、負(fù)荷能力、潛在能力以及各種限度；②人適應(yīng)機(jī)器所需的選拔條件和培訓(xùn)時(shí)間；③人的個(gè)體差異和群體差異；④人和機(jī)器對突然事件應(yīng)激反應(yīng)能力的差異和對比；⑤用機(jī)器代替人的效果，以及可行性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面的對比分析。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為上述過程中內(nèi)部數(shù)據(jù)處理與挖掘提供了必要的技術(shù)手段。11.1安全人機(jī)工程的大數(shù)據(jù)人機(jī)功能分配的一般規(guī)律是：凡是快速的、精密的、笨重的、有危險(xiǎn)的、單調(diào)重復(fù)的、長期連續(xù)不停的、復(fù)雜的、高速運(yùn)算的、流體的、環(huán)境惡劣的工作，適于由機(jī)器承擔(dān)；凡是對機(jī)器系統(tǒng)工作程序的指令安排與程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)督控制、機(jī)器設(shè)備的維修與保養(yǎng)、情況多變的非簡單重復(fù)工作和意外事件的應(yīng)激處理等，則分配給人去承擔(dān)較為合適。11.2安全人機(jī)可視化Visualization

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safe

ergonomics11.2.1

安全人機(jī)可視化概述1.安全人機(jī)可視化的基本概念安全人機(jī)可視化是指以人員安全與設(shè)備安全角度為出發(fā)點(diǎn)，利用通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和三維可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)可視化管理、人員行為及生產(chǎn)設(shè)備的隱患排查、巡檢管理等安全方面的全面整合與集成，實(shí)現(xiàn)人—機(jī)—環(huán)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信聯(lián)動響應(yīng)，從而達(dá)到安全管理便捷、安全數(shù)據(jù)直觀顯示進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全目的。11.2.1

安全人機(jī)可視化概述2.安全人機(jī)數(shù)據(jù)可視化的作用安全人機(jī)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的主要作用在于捕獲、存儲、分析、共享、搜索與人機(jī)交互、安全生產(chǎn)相關(guān)的可視化數(shù)據(jù)，進(jìn)而在龐大的數(shù)據(jù)集中找到并呈現(xiàn)出有用的安全信息。11.2.1

安全人機(jī)可視化概述3.安全人機(jī)數(shù)據(jù)可視化的任務(wù)安全人機(jī)數(shù)據(jù)可視化的任務(wù)是充分、全面、及時(shí)地找出人機(jī)環(huán)系統(tǒng)中可能存在的安全威脅，評估人機(jī)環(huán)系統(tǒng)安全，保證基礎(chǔ)設(shè)施的安全。在完成數(shù)據(jù)可視化任務(wù)過程中，我們需要仔細(xì)選擇需要處理的數(shù)據(jù)的維度，如果減少維度以降低可視化程度，此時(shí)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)模式就會失真。反之，如果我們過度使用原始數(shù)據(jù)維度，可視化密度會過于密集而無法滿足人機(jī)交互可視化需求。11.2.1

安全人機(jī)可視化概述4.數(shù)據(jù)可視化的表現(xiàn)形式數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)通常是通過直觀的顯示方式（如表格，圖像和圖表）解釋海量數(shù)據(jù)。文本可視化信息包括諸如關(guān)鍵字、情緒、主題等關(guān)鍵信息。全球家具銷售盈虧情況家具銷售的市場分析報(bào)告11.2.2

Plotly可視化工具4.數(shù)據(jù)可視化的表現(xiàn)形式Plotly是一款用來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和可視化的在線平臺，其功能非常強(qiáng)大，可以在線繪制很多數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖形比如條形圖、散點(diǎn)圖、餅圖、直方圖等。Plotly不僅支持在線編輯，同時(shí)還支持多種語言等許多API。Plotly制圖Plotly可視化工具繪

制的氣泡圖11.2.3

文本可視化工具文本可視化主要是指使用語言的選定子集，以基于單詞出現(xiàn)次數(shù)來創(chuàng)建字形。文本可視化信息主要包括一些關(guān)鍵字或關(guān)鍵詞，通常利用顏色和字體大小等標(biāo)簽來表征所傳遞信息的重要程度，進(jìn)而突出主體及作者想要表達(dá)的基本觀點(diǎn)。文本可視化的表現(xiàn)形式不局限于標(biāo)簽表達(dá)，還包括一些邏輯結(jié)構(gòu)形式，通常為了表征海量數(shù)據(jù)中存在的潛在邏輯關(guān)系。標(biāo)簽云舉例文本語義結(jié)構(gòu)樹11.2.4

Gephi可視化工具Gephi可視化工具是一款基于JVM的開源免費(fèi)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析軟件，其主要應(yīng)用于各種網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜系統(tǒng)分析。通常用來處理數(shù)據(jù)信息龐大且復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，Gephi可視化工具的分析方法主要包括社交網(wǎng)絡(luò)分析、鏈接分析、生物網(wǎng)絡(luò)分析方法等。Gephi創(chuàng)建的可視化信息圖Gephi官網(wǎng)圖片11.2.4

Gephi可視化工具1.網(wǎng)絡(luò)密度（Network

Density）網(wǎng)絡(luò)密度表示該指標(biāo)反映網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系程度。網(wǎng)絡(luò)密度值既體現(xiàn)了整體網(wǎng)絡(luò)對于網(wǎng)絡(luò)中個(gè)體的影響，也體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中個(gè)體之間的相互影響。網(wǎng)絡(luò)密度值越大，表明網(wǎng)絡(luò)對成員的影響可能性越大，網(wǎng)絡(luò)成員之間的關(guān)系越密切。可觀測到的實(shí)際聯(lián)系/全部潛在的聯(lián)系＝關(guān)系密度11.2.4

Gephi可視化工具層（Degree）層指特定行動者對網(wǎng)絡(luò)其他成員持有關(guān)系的數(shù)量和類型，主要分：單方向性關(guān)系（directed

relationship）和對稱關(guān)系（symmetric

relationship）結(jié)構(gòu)洞（Structural

Holes）結(jié)構(gòu)洞主要描述系統(tǒng)中兩個(gè)對象之間的非重復(fù)關(guān)系。結(jié)構(gòu)空洞的思想與網(wǎng)絡(luò)密度描述的含義相反，表示兩個(gè)系統(tǒng)之間缺乏連接的程度。11.2.5

信息圖表類可視化工具信息圖表也是比較常見的可視化工具，除了一般靜態(tài)的信息圖表之外，還包括交互式信息圖表和動態(tài)信息圖表。在數(shù)據(jù)新聞的概念被廣泛采用后，信息圖表開始變得更加靈活多變。靈活的互動信息圖表取代枯燥的數(shù)字進(jìn)行闡釋，可以使受眾更加快捷地獲取其所傳遞的信息。比較常用的信息圖表類工具主要有Google

chart、IBM

Many

Eyes、Tableau、Spotfire、Data-Driven

Documents等?！缎l(wèi)報(bào)》制作的泡泡圖形式的動態(tài)圖表11.2.5

信息圖表類可視化工具1.Tableau可視化工具Tableau是一款數(shù)據(jù)分析與可視化工具，該工具支持連接本地或云端數(shù)據(jù)，不管是電子表格，還是數(shù)據(jù)庫元數(shù)據(jù)，都能進(jìn)行無縫連接。Tableau可以處理大批量數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)處理速度非?？?，其數(shù)據(jù)源也比較豐富，即便是不太掌握統(tǒng)計(jì)原理的人也可以快速完成有價(jià)值的信息分析。使用Tableau制作的可視化作品11.2.5

信息圖表類可視化工具2.Spotfire可視化工具Spotfire可視化工具是一個(gè)可以通過搭建完整平臺來提供數(shù)據(jù)展示和分析等解決方案的工具。主要包括Spotfire

Desktop、Spotfire

Cloud兩個(gè)部分：Spotfire

Desktop提供的桌面數(shù)據(jù)分析軟件，可以用于數(shù)據(jù)的挖掘和探索，通過簡單操作能夠發(fā)現(xiàn)和描繪數(shù)據(jù)背后的價(jià)值。Spotfire

Cloud是Spotfire提供的SaaS(軟件即服務(wù))數(shù)據(jù)分析服務(wù)。無需安裝任何軟件就可以充分其提供的強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析功能。Spotfire

Desktop應(yīng)用11.2.6

數(shù)據(jù)地圖類工具數(shù)據(jù)地圖類工具的使用在數(shù)據(jù)可視化中也較為常見，數(shù)據(jù)地圖在展現(xiàn)數(shù)據(jù)空間或地理分布上有很強(qiáng)的表現(xiàn)力，可以直觀地展現(xiàn)各分析指標(biāo)的分布、區(qū)域等，同時(shí)在傳遞觀點(diǎn)時(shí)更有說服力。11.2.7

時(shí)空數(shù)據(jù)可視化工具時(shí)空數(shù)據(jù)可視化通常依賴于時(shí)間軸來表示數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化，但是如果缺乏空間域中時(shí)間軸的視覺尺寸，將時(shí)間與空間數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)也會變得異常困難。因此，選用適當(dāng)?shù)姆绞綄r(shí)間與空間變量進(jìn)行融合，進(jìn)而表征出海量數(shù)據(jù)之間的時(shí)空特征。流式地圖舉例單源流圖舉例11.2.7

時(shí)空數(shù)據(jù)可視化工具二維平面?zhèn)鬏數(shù)男畔⑼哂芯窒扌?，且無法表征出時(shí)間、空間及事件之

間的關(guān)系，因此眾多學(xué)者們將二維信息表述轉(zhuǎn)變?yōu)槿S時(shí)空立方體的表述，在這種情況下，軌跡顯示通常為帶時(shí)間信息的3D折線。三維時(shí)空立方體有以下幾個(gè)特征：①涵蓋信息量廣。②數(shù)據(jù)線密集。③維度屬性的數(shù)據(jù)變量在三維圖示之中無法表示出來，維度屬性之間的關(guān)系也很難通過三維可視化圖示表征。11.3安全人機(jī)智能化Intelligent

of

safety

ergonomics11.3.1智能化安全人機(jī)交互技術(shù)1.智能化安全人機(jī)交互的基本概念智能安全人機(jī)交互技術(shù)(Intelligent

Safety

Human-Computer

Interaction

Technique是指通過計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實(shí)現(xiàn)人與智能化設(shè)備安全對話的技術(shù)。人機(jī)交互11.3.1智能化安全人機(jī)交互技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)交互技術(shù)發(fā)展簡要史交互界面

多媒體技術(shù)最初的交互技術(shù)限于交互界面，Xerox

Palo研究中心于

70年代中后期研制出原型機(jī)

Star，形成了以窗口、菜單、圖符和指示裝置為基礎(chǔ)的圖形用戶界面，也稱WIMP界面。Apple最先采用了這種圖形界面。隨著多媒體軟硬件技術(shù)的發(fā)展，在人機(jī)交互界面中可以使用多種媒體手段，用戶只能同時(shí)用一個(gè)交互通道進(jìn)行交互，而從計(jì)算機(jī)到用戶的通信帶寬要比從用戶到計(jì)算機(jī)的大得多，因此這是一種不平衡的人—計(jì)算機(jī)交互。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)除了要求有高度自然的三維人機(jī)交互技術(shù)外，受交互裝置和交互環(huán)境的影響，不可能也不必要對用戶的輸入做精確的測量，這種方式是一種非精確的人機(jī)交互形式。也是交互技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)。11.3.1智能化安全人機(jī)交互技術(shù)交互類型非精確的交互語音交互主要以語音識別為基礎(chǔ)，但不強(qiáng)調(diào)很高的識別率，而是借助其它通道的約束進(jìn)行交互；姿勢主要利用數(shù)據(jù)手套、數(shù)據(jù)服裝等裝置，對手和身體的運(yùn)動進(jìn)行跟蹤，完成自然的人機(jī)交互；頭部跟蹤主要利用電磁、超聲波等方法，通過對頭部的運(yùn)動進(jìn)行定位交互；視覺跟蹤對眼睛運(yùn)動過程進(jìn)行定位的交互方式。多通道交互的體系結(jié)構(gòu)多通道交互的體系結(jié)構(gòu)首先要能保證對多種非精確的交互通道進(jìn)行交叉綜合，使多通道的交互存在于一個(gè)統(tǒng)一的用戶界面之中，同時(shí)，還要保證多通道交互過程在任何時(shí)候都能進(jìn)行。11.3.1智能化安全人機(jī)交互技術(shù)2.現(xiàn)階段智能化交互面臨的問題沒有場景化的規(guī)劃設(shè)計(jì)，無法立即響應(yīng)和滿足用戶多變的需求。大多數(shù)智能交互產(chǎn)品的知識需要用戶主動擴(kuò)充，同時(shí)還需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)問題的內(nèi)容盡可能多地編寫擴(kuò)展問題?！氨粍右粏栆淮稹蹦Ｊ绞钱?dāng)下交互系統(tǒng)的主流。無法實(shí)現(xiàn)人可以毫無障礙、隨心所欲地和設(shè)備（機(jī)器）交流的水平。盡管安全生產(chǎn)領(lǐng)域中的觸屏交互方式已逐漸普及，但用戶仍舊未徹底被解放。11.3.2智能化安全人機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)基本內(nèi)涵1.關(guān)聯(lián)度分析關(guān)聯(lián)分析又稱關(guān)聯(lián)挖掘，就是在生產(chǎn)數(shù)據(jù)、關(guān)系數(shù)據(jù)或其他信息載體中，查找存在于系統(tǒng)集合或?qū)ο蠹现g的頻繁模式、主要作用關(guān)聯(lián)、相關(guān)性或因果結(jié)構(gòu)。或者說，關(guān)聯(lián)分析是發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫中不同系統(tǒng)（對象）之間的聯(lián)系?？梢杂脕磉M(jìn)行問題預(yù)測。其主要思想是通過選取研究對象及其統(tǒng)計(jì)特征，基于實(shí)測數(shù)據(jù)及其構(gòu)成的時(shí)間序列研究分析對象的關(guān)聯(lián)特征，達(dá)到數(shù)據(jù)趨勢預(yù)測的目的?？梢杂脕斫鉀Q安全人機(jī)的相關(guān)問題?？梢越Y(jié)合具體算法發(fā)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。11.3.2智能化安全人機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)圖表分析—折線圖折線圖是將分布在二維坐標(biāo)系中的數(shù)據(jù)點(diǎn)使用線段連接起來而形成的圖形。在折線圖中，數(shù)據(jù)的增減方向、增減速率、增減規(guī)律（周期性、螺旋性等）、峰值等特征都能夠清晰地體現(xiàn)出來。對于在時(shí)間維度上連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，折線圖能夠很清晰地將這些數(shù)據(jù)隨時(shí)間的變化趨勢展現(xiàn)出來，因此折線圖經(jīng)常被用于分析數(shù)據(jù)隨著時(shí)間變化的趨勢，或者分析多組數(shù)據(jù)隨著時(shí)間變化的相互作用及影響。11.3.2智能化安全人機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)圖表分析—相關(guān)圖相關(guān)圖又稱散點(diǎn)圖、散布圖，是研究相關(guān)關(guān)系直觀有力的工具，它一般以坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)代表變量X，縱坐標(biāo)代表變量Y，將兩個(gè)變量相對應(yīng)的變量值在坐標(biāo)系中用坐標(biāo)點(diǎn)描繪出來，用來反映變量X與變

量Y之間的相關(guān)關(guān)系。變量間的相關(guān)關(guān)系大致可以分為六種：正強(qiáng)相關(guān)、正弱相關(guān)、負(fù)強(qiáng)相關(guān)、負(fù)弱相關(guān)、曲線相關(guān)和不相關(guān)，從圖形中各個(gè)點(diǎn)的分散程度可判斷兩個(gè)變量間相關(guān)關(guān)系的密切程度。11.3.2智能化安全人機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)協(xié)方差協(xié)方差（Covariance）是用來衡量兩個(gè)變量間總體誤差的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，與上述反映對象之間的相互關(guān)系的形式不同，這是利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算來反映樣本差異與樣本關(guān)系的。相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)（Correlation

Coefficient）是用來衡量兩個(gè)變量之間相關(guān)性強(qiáng)弱的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。變量X與變量Y的相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式如下：其中rxy代表變量X與變量Y之間的協(xié)方差，Sx代表變量X的標(biāo)準(zhǔn)差，Sy代表變量Y的標(biāo)準(zhǔn)差。11.3.2智能化安全人機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)深度學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)(DL,Deep

Learning)是機(jī)器學(xué)習(xí)(ML,Machine

Learning)領(lǐng)域中一個(gè)新的研究方向。深度學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和表示層次，它的最終目標(biāo)是讓構(gòu)建的安全

系統(tǒng)能夠像人一樣具有分析學(xué)習(xí)能力，能夠識別文字、圖像和聲音等數(shù)據(jù)，這也是未

來智能安全人機(jī)工程發(fā)展的基礎(chǔ)。主要涉及三類方法：基于卷積運(yùn)算的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)。基于多層神經(jīng)元的自編碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，包括自編碼(Auto

encoder)以及稀疏編碼

(Sparse

Coding)。以多層自編碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，進(jìn)而結(jié)合鑒別信息進(jìn)一步優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值的深度置信網(wǎng)絡(luò)(DBN)。11.3.2智能化安全人機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)K均值算法K均值算法（K-Means）是聚類中最常用的方法之一，主要是基于點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離的相似度來計(jì)算最佳類別歸屬。K-Means算法通過將樣本分離到n個(gè)方差相等的組中來對數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，從而最小化目標(biāo)函數(shù)。數(shù)據(jù)存儲在硬盤的時(shí)候都是以簇為單位，被分在同一個(gè)簇中的數(shù)據(jù)是有相似性的，而不同簇中的數(shù)據(jù)是不同的，當(dāng)聚類完畢之后，我們就要分別去研究每個(gè)簇中的樣本都有什么樣的性質(zhì)，從而根據(jù)不同的需求制定不同的策略。11.3.2智能化安全人機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)KNN算法KNN算法的思想：對于任意n維輸入向量，分別對應(yīng)于特征空間中的一個(gè)點(diǎn)，輸出為該特征向量所對應(yīng)的類別標(biāo)簽或預(yù)測值。它的工作原理是利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)對特征向量空間進(jìn)行劃分，并將劃分結(jié)果作為最終算法模型。11.3.2智能化安全人機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)KNN算法優(yōu)點(diǎn)：a.簡單易用；b.模型訓(xùn)練時(shí)間快，無需用過多時(shí)間就可以得出結(jié)果；c.預(yù)測效果好；d.對異常值不敏感，通過調(diào)節(jié)k值大小即可對對象進(jìn)行分類。KNN算法缺點(diǎn)：a.效率低，因?yàn)槊恳淮畏诸惢蛘呋貧w，都要把訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)都算一遍，如果數(shù)據(jù)量很大的話，需要很高的運(yùn)算力；b.對訓(xùn)練數(shù)據(jù)依賴度特別大；

c.KNN對于多維度的數(shù)據(jù)處理也不是很好；d.對內(nèi)存要求較高，因?yàn)樵撍惴ù鎯α怂杏?xùn)練數(shù)據(jù)；e.對不相關(guān)的功能和數(shù)據(jù)規(guī)模敏感。11.3.2智能化安全人機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)隨機(jī)森林在安全人機(jī)工程領(lǐng)域，隨機(jī)森林可以借助各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)對生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行評判分析，還可以對機(jī)器壽命進(jìn)行預(yù)測分析，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自運(yùn)維。隨機(jī)森林的構(gòu)建過程：√數(shù)據(jù)的隨機(jī)選取√待選特征的隨機(jī)選取隨機(jī)森林樣本空間分割11.3.2智能化安全人機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)3.其他深度學(xué)習(xí)算法基于深度學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法在智能制造中的應(yīng)用基于DNN-HMM的語音識別系統(tǒng)微震事件和爆炸分類模型的CNN分析11.4安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)維Intelligent

design,

implementation,

operation

and

maintensafety

man-machine

system11.4.1

安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)1.安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)的基本概念安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)就是充分發(fā)揮人在“人機(jī)環(huán)”系統(tǒng)中的主體作用，根據(jù)人可能發(fā)揮作用的方式、程度、側(cè)重點(diǎn)、階段等特點(diǎn)，提出解決問題的智能化設(shè)計(jì)方案，并保證設(shè)計(jì)中，充分考慮系統(tǒng)的安全性，利用智能化技術(shù)消除一切不安全因素。11.4.1

安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)2.智能設(shè)計(jì)的基本方法—綜合集成法□綜合集成法的基本概念綜合集成是從整體上考慮并解決問題的方法論。綜合集成的特征是在各種集成（觀念的集成、人員的集成、技術(shù)的集成、管理方法的集成等）之上的高度綜合；同時(shí)，又是在各種綜合（復(fù)合、

覆蓋、組合、聯(lián)合、合成、合并、兼并、包容、結(jié)合、融合等）之上的

高度集成。綜合集成法的實(shí)質(zhì)是把專家體系、數(shù)據(jù)和信息體系以及計(jì)算機(jī)體系結(jié)合起來，構(gòu)成一個(gè)高度智能化的人機(jī)結(jié)合系統(tǒng)。11.4.1

安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)綜合集成法的主要特點(diǎn)定性研究與定量研究有機(jī)結(jié)合，貫穿全過程?？茖W(xué)理論與經(jīng)驗(yàn)知識結(jié)合，把人們對客觀事物的點(diǎn)點(diǎn)知識綜合集成解決問題。應(yīng)用系統(tǒng)思想把多種學(xué)科結(jié)合起來進(jìn)行綜合研究。根據(jù)復(fù)雜巨系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，把宏觀研究與微觀研究統(tǒng)一起來。必須有大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持，不僅有管理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等功能，而且還要有綜合集成的功能。11.4.1

安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)綜合集成法的發(fā)展歷程11.4.1

安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)3.智能設(shè)計(jì)的基本要點(diǎn)人機(jī)合理分工——哪些事情適合于人去做，哪些事情適合于機(jī)器去做。人機(jī)最佳合作——保證人機(jī)智能系統(tǒng)產(chǎn)生最佳效益。智能設(shè)計(jì)過程中的人機(jī)交互方式通用性——是否大部分目標(biāo)用戶都適用。人機(jī)智能界面設(shè)計(jì)。11.4.1

安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)4.智能設(shè)計(jì)的原則系統(tǒng)整體化原則系統(tǒng)人本化設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)安全性原則系統(tǒng)最優(yōu)化原則在人機(jī)系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)過程中，人與機(jī)器的關(guān)系應(yīng)不再是主從關(guān)系，兩者之間應(yīng)建立一種“同事”的關(guān)系，即保證人機(jī)子系統(tǒng)之間的共同感知、共同思考、共同決策、共同工作、互相制約和相互監(jiān)護(hù)。11.4.1

安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體化原則系統(tǒng)人本化設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)安全性原則系統(tǒng)最優(yōu)化原則安全人機(jī)工程學(xué)原本就是研究以人為中心的設(shè)計(jì)思想和以人為本的管理理念。因此，在開展智能化設(shè)計(jì)階段仍要保證以人為本的設(shè)計(jì)原則。11.4.1

安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體化原則系統(tǒng)人本化設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)安全性原則系統(tǒng)最優(yōu)化原則智能安全人機(jī)系統(tǒng)不同于一般無智能機(jī)的安全人機(jī)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過程中對系統(tǒng)安全性標(biāo)準(zhǔn)的要求要很高，即采取先進(jìn)的智能化技術(shù)措施消除或控制系統(tǒng)的不安全因素，杜絕系統(tǒng)事故發(fā)生或使事故發(fā)生的概率降到極小值，最終實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)。11.4.1

安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體化原則系統(tǒng)人本化設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)安全性原則系統(tǒng)最優(yōu)化原則在解決安全人機(jī)系統(tǒng)智能設(shè)計(jì)問題時(shí)，其影響因素太多，關(guān)系極為復(fù)雜，探索次優(yōu)的、滿意的設(shè)計(jì)方案是比較可行的。所以，所謂最優(yōu)化應(yīng)該是人們對系統(tǒng)目標(biāo)的追求，就是盡可能使系統(tǒng)的整體性保證在給定的目標(biāo)下，系統(tǒng)要素集、要素的關(guān)系集以及其組成結(jié)構(gòu)的整體結(jié)合效果為最大。11.4.2

安全人機(jī)系統(tǒng)智能施工智能施工是指在安全人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，在完成智能化設(shè)計(jì)之后，根據(jù)設(shè)計(jì)方案的基本要求，以智能化機(jī)械和設(shè)備為工具，開展的設(shè)計(jì)與仿真、構(gòu)件加工生產(chǎn)、安裝、測控和人員的安全監(jiān)測、建造環(huán)境感知等一系列生產(chǎn)活動。應(yīng)用層平臺層終端層通過終端設(shè)備，對安全人機(jī)系統(tǒng)建設(shè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能感知、數(shù)據(jù)采集和高效協(xié)同，提高施工建造過程的管理能力。通過云平臺進(jìn)行高效計(jì)算、存儲及提供服務(wù)，讓項(xiàng)目參建各方更便捷的訪問數(shù)據(jù)，協(xié)同工作，使得智能施工過程更加集約、靈活和高效。智能施工過程的可視化、參數(shù)化、數(shù)據(jù)化的特性讓項(xiàng)目施工更加高效和精益，這也是實(shí)現(xiàn)智能施工精益管理的有效手段。11.4.2

安全人機(jī)系統(tǒng)智能施工智能施工的重要技術(shù)手段三維建模及仿真分析技術(shù)工廠預(yù)制加工技術(shù)機(jī)械化安裝技術(shù)精密測控技術(shù)結(jié)構(gòu)安全、健康監(jiān)測技術(shù)人員安全與健康監(jiān)測技術(shù)建造環(huán)境感知技術(shù)信息化管理技術(shù)11.4.3

安全人機(jī)系統(tǒng)智能運(yùn)維1.智能運(yùn)維的定義與內(nèi)涵運(yùn)維是技術(shù)類運(yùn)營維護(hù)人員根據(jù)業(yè)務(wù)需求來規(guī)劃信息、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、事件預(yù)警、業(yè)務(wù)調(diào)度、排障升級等手段，使服務(wù)處于長期穩(wěn)定可用的狀態(tài)。智能運(yùn)維將人工智能科技融入運(yùn)維系統(tǒng)中，以大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，從多種數(shù)據(jù)源中采集海量數(shù)據(jù)（包括日志、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)等）進(jìn)行實(shí)時(shí)或離線分析，通過主動性、人性化和動態(tài)可視化，增強(qiáng)傳統(tǒng)運(yùn)維的能力。11.4.3

安全人機(jī)系統(tǒng)智能運(yùn)維手工運(yùn)維

自動化運(yùn)維智能運(yùn)維自動分析處理事件，將多種自動化工具實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，運(yùn)維效率高采用智能分析、預(yù)警、決策等手段，異常處理效率高，甚至可規(guī)避異常，系統(tǒng)可用性高運(yùn)維效率受限于人為因素，運(yùn)維效率較低部分操作自動化后，運(yùn)維效率較高系統(tǒng)可處理異常效率低，系統(tǒng)用性

可用性相對較低得益于自動化工具，異常處理與恢復(fù)速度較快，系統(tǒng)可用性相對較高將重復(fù)性操作實(shí)現(xiàn)為自動化工具，采用自動化運(yùn)維時(shí)系統(tǒng)可靠性較高系統(tǒng)可靠性手工運(yùn)維時(shí)系統(tǒng)的可靠性相對較低結(jié)合自動化工具，并采用多種策略使用工具，可靠性高11.4.3

安全人機(jī)系統(tǒng)智能運(yùn)維手工運(yùn)維需掌握多個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)維學(xué)習(xí)成本知識和操作指令，學(xué)習(xí)難度高、成本高自動化運(yùn)維智能運(yùn)維故障分析、預(yù)警及異常處理可由智能運(yùn)維自動實(shí)現(xiàn)，學(xué)習(xí)難度低、成本低需對自動化工具有一定掌握，學(xué)習(xí)難度較高、成本較高建設(shè)與使用成本可采用系統(tǒng)自帶的運(yùn)維命令。人力成本高建設(shè)運(yùn)維的工具成本低，建設(shè)自動化運(yùn)維的成本較高，投入運(yùn)維的人力成本則相對較低建設(shè)智能運(yùn)維的成本較高，投入運(yùn)維的人力成本低運(yùn)維基礎(chǔ)手段，應(yīng)用廣

應(yīng)用范圍泛，但不適用于分布式、大規(guī)模系統(tǒng)運(yùn)維適用于集群系統(tǒng)、服務(wù)器數(shù)量一般的分布式系統(tǒng)運(yùn)維新技術(shù)，目前有部分金融企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開展研究與實(shí)踐，

適用于大規(guī)模分布式系統(tǒng)運(yùn)維11.4.3

安全人機(jī)系統(tǒng)智能運(yùn)維2.智能運(yùn)維的應(yīng)用場景智能檢測智能運(yùn)維知識圖譜的建立智能異常檢測異常報(bào)警聚合故障原因分析智能值守值班操作智能化值班巡檢智能化建立智能運(yùn)維大數(shù)據(jù)可視化界面建立性能預(yù)警與穩(wěn)控機(jī)制11.4.3

安全人機(jī)系統(tǒng)智能運(yùn)維通過全天候全自主檢測，提高巡檢質(zhì)量、提升巡檢效率、降低人工勞動強(qiáng)度，提高安全人機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。智能巡檢智能預(yù)警指標(biāo)預(yù)警日終節(jié)點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間預(yù)測11.4.3

安全人機(jī)系統(tǒng)智能運(yùn)維3.智能運(yùn)維的核心技術(shù)□運(yùn)維知識圖譜類組件運(yùn)維知識圖譜類的組件是通過多種算法挖掘運(yùn)維歷史數(shù)據(jù)，從而得出運(yùn)維主體各類特性畫像和規(guī)律，以及運(yùn)維主體之間的關(guān)系。運(yùn)維知識圖譜類組件11.4.3

安全人機(jī)系統(tǒng)智能運(yùn)維動態(tài)決策類組件動態(tài)決策類組件則是在已經(jīng)挖掘好的安全人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)維知識圖譜的基礎(chǔ)上，利用實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)作出實(shí)時(shí)決策，最終形成運(yùn)維策略庫。實(shí)時(shí)決策主要有異常

檢測、故障定位、故障處置、故障規(guī)避等。11.4.3

安全人機(jī)系統(tǒng)智能運(yùn)維智能運(yùn)維大數(shù)據(jù)平臺智能運(yùn)維大數(shù)據(jù)平臺用于對各種運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、存儲、展示的統(tǒng)一平臺。運(yùn)維數(shù)據(jù)包含設(shè)備自身特性數(shù)據(jù)、日常監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、異常日志數(shù)據(jù)、相關(guān)配置信息等。11.4.3

安全人機(jī)系統(tǒng)智能運(yùn)維對數(shù)據(jù)做預(yù)處理，使其能滿足定義的格式，用以在數(shù)據(jù)存儲層落地。數(shù)據(jù)存儲層是用于落地智能運(yùn)維數(shù)據(jù)，可根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)消費(fèi)和使用場景，選擇不同數(shù)據(jù)存儲方式。離線計(jì)算是針對存儲的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行批量分析與計(jì)算，實(shí)時(shí)計(jì)算是對流處理中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線計(jì)算。展示層為用戶提供可視化方式展示時(shí)序指標(biāo)數(shù)據(jù)，并提供統(tǒng)一的告警監(jiān)控配置和監(jiān)控告警通知功能。數(shù)據(jù)采集處理層數(shù)據(jù)儲存層數(shù)據(jù)計(jì)算層展示層11.4.3

安全人機(jī)系統(tǒng)智能運(yùn)維自動化工具自動化工具是基于邏輯分析的智能運(yùn)維工具，對安全人機(jī)系統(tǒng)實(shí)施諸如運(yùn)行控制、監(jiān)控、重啟、回滾、版本變更、流量控制等系列操作，是對安全人機(jī)系統(tǒng)實(shí)施運(yùn)維的手段，用以維護(hù)技術(shù)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。監(jiān)控報(bào)警類自動化工具運(yùn)維操作類自動化工具11.5智能安全人機(jī)工程應(yīng)用案例分析Application

case

analysis

of

intelligent

safety

ergonomic11.5.1

人車領(lǐng)域的安全人機(jī)交互人與駕駛的車輛形成了一種人機(jī)環(huán)系統(tǒng)，車輛設(shè)計(jì)可參照人體尺寸進(jìn)行自動調(diào)整。根據(jù)人機(jī)結(jié)合思想來設(shè)計(jì)新型人機(jī)結(jié)合的汽車智能安全系統(tǒng)，通過人、機(jī)器和計(jì)算機(jī)三者之間的有機(jī)結(jié)合，充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)，可以幫助人們用更直觀、更適宜和更簡便的方法處理行駛中各種復(fù)雜的安全問題。此外，利用人機(jī)交互可實(shí)現(xiàn)裝備智能化故障診斷和緊急救助的功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)合診斷。11.5.1

人車領(lǐng)域的安全人機(jī)交互自然交互過程在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的虛擬空間中，人可以使用眼睛、耳朵、皮膚、手勢和語言等各種感覺器官直接與之發(fā)生交互，這就是虛擬環(huán)境下的自然交互技術(shù)，即為自然交互?；旌犀F(xiàn)實(shí)交互通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對現(xiàn)實(shí)世界感知，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場景中，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)的增強(qiáng)。11.5.1

人車領(lǐng)域的安全人機(jī)交互虛擬現(xiàn)實(shí)交互虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維的虛擬世界，能夠讓使用者如同身歷其境一般，從而及時(shí)地、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。包括直接嵌入式及接入式。觸覺感知交互通過非觸碰的手勢操作電腦數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)消除疲勞等相關(guān)目的。駕駛者無需觸碰，即可通過操作盤的3D立體投影對汽車進(jìn)行操縱。11.5.1

人車領(lǐng)域的安全人機(jī)交互混合現(xiàn)實(shí)交互聽覺感知交互過程即通過人類的聲音與機(jī)器進(jìn)行的交互活動。語音交互包括語音合成、語音搜索、語音聽寫、語音理解等智能語音交互功能。虛擬現(xiàn)實(shí)交互借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和可視化技術(shù)，借助顯示設(shè)備將虛擬對象與真實(shí)環(huán)境融為一體，并呈現(xiàn)給使用者一個(gè)感官效果真實(shí)的新環(huán)境。11.5.2

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的安全人機(jī)交互1.無障礙技術(shù)障礙包括有形障礙和無形障礙，有形障礙主要表現(xiàn)形式是個(gè)體不能在外界環(huán)境中自由地活動，無形障礙主要指個(gè)體無法將自身的思想主張傳遞給另一個(gè)個(gè)體。無障礙技術(shù)要素說明輔助設(shè)置在系統(tǒng)中，為了最大程度的滿足用戶在聽說讀寫和感知等方面的特殊需求而提供的產(chǎn)品參數(shù)設(shè)置。輔助技術(shù)產(chǎn)品包括軟件產(chǎn)品和硬件產(chǎn)品，軟件產(chǎn)品如語音識別程序等，硬件產(chǎn)品如助聽器等。兼容性指操作系統(tǒng)、輔助產(chǎn)品的硬件設(shè)施和軟件設(shè)施在運(yùn)行時(shí)能夠相互配合，保證整體功能的正常實(shí)現(xiàn)。11.5.2

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的安全人機(jī)交互運(yùn)動障礙針對有運(yùn)動障礙的群體，常用的無障礙輔助技術(shù)主要包括語音識別程序、屏幕鍵盤程序、觸摸屏、替換鍵盤和電子指示設(shè)備等?！跻曈X障礙屏幕放大器、屏幕閱讀器、可刷新的盲用顯示器、點(diǎn)字印表機(jī)、有聲和大印刷的文字處理器等。11.5.2

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的安全人機(jī)交互聽覺障礙最常用的聽覺障礙患者的輔助產(chǎn)品就是助聽器，目前，助聽器分為數(shù)字和模擬兩種類型。語言障礙針對語言障礙患者，現(xiàn)有的比較成熟并投入使用的無障礙輔助產(chǎn)品包括鍵盤過濾器、觸摸屏和語音合成器等。11.5.2

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的安全人機(jī)交互無障礙人機(jī)交互肌電控制的無障礙人機(jī)交互肌電控制人機(jī)接口系統(tǒng)大致可分為四個(gè)模塊，分別是電池模塊、信號采集模塊、信號處理模塊和控制模塊。腦-機(jī)接口控制的無障礙人機(jī)交互腦-機(jī)接口主要用于模擬神經(jīng)系統(tǒng)和運(yùn)動系統(tǒng)相互協(xié)作過程，是一種獨(dú)立于傳統(tǒng)通路且可實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備控制的人工智能系統(tǒng)。11.5.2

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的安全人機(jī)交互3.眼動控制的無障礙人機(jī)交互通過某種方式將這些眼動信息提取出來，然后按照已經(jīng)得到的關(guān)于眼動的相關(guān)知識將這些信息按照一定的規(guī)律進(jìn)行解碼，進(jìn)而指揮控制外部的電子輔助設(shè)備。眼動控制11.5.2

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的安全人機(jī)交互4.醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人通常情況下，外科醫(yī)生利用遠(yuǎn)程手術(shù)場景，操縱一個(gè)主輸入裝置根據(jù)手術(shù)要求發(fā)出手術(shù)操作指令，置于病人床邊的手術(shù)機(jī)器人接收到手術(shù)指令后，達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人按照外科醫(yī)生輸入的命令執(zhí)行相應(yīng)的手術(shù)操作。相比傳統(tǒng)的微創(chuàng)手術(shù)，外科手術(shù)機(jī)器人可讓外科醫(yī)生提高體內(nèi)操作靈巧性,超越人類手術(shù)動作距離的局限，實(shí)現(xiàn)更微小的手術(shù)動作，完成更精準(zhǔn)的手術(shù)操作。樹蘭(杭州)醫(yī)院——第四代達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人11.5.2

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的安全人機(jī)交互5.功能康復(fù)與輔助機(jī)器人按照科學(xué)的運(yùn)動學(xué)習(xí)方法對患者進(jìn)行再教育以恢復(fù)其運(yùn)動功能，患者積極參與到功能恢復(fù)訓(xùn)練中，能夠獲得更好的恢復(fù)效果。為此，人們開始在基于工業(yè)機(jī)器人控制模式的傳統(tǒng)康復(fù)機(jī)器人中引入肢體-機(jī)器人互動功能，使患者能夠主動參與到治療過程中來，從而有利于提高康復(fù)治療效果。上肢康復(fù)機(jī)器人下肢康復(fù)機(jī)器人訓(xùn)練11.5.2

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的安全人機(jī)交互輔助外骨骼機(jī)器人是一種可穿戴的人機(jī)一體化機(jī)械裝置，是機(jī)器人與康復(fù)醫(yī)學(xué)工程交叉領(lǐng)域的研究成果，它將人和機(jī)器人整合在一起，利用人來指揮、控制機(jī)器人，通過機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)輔助患者正常站立行走功能。11.5.2

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的安全人機(jī)交互從物理層面來看，人工智能與生物智能的融合能夠發(fā)揮兩種智能所長，使它們優(yōu)勢互補(bǔ)、協(xié)同工作，有望產(chǎn)生更強(qiáng)大的智能形態(tài)，并將孕育出重大的理論創(chuàng)新和技術(shù)方法的突破，從而推動智能機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展?？祻?fù)師在指導(dǎo)協(xié)助患者在機(jī)器人上進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練有控制和感覺反饋功能的智能康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)示意圖11.5.3

智能家居安全人機(jī)交互隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代及5G時(shí)代的到來，物聯(lián)網(wǎng)給智能家電帶來了更多的可能性，特別是伴隨著人們對于智能化家電設(shè)備需求的日益增長，營造一個(gè)綠色、舒適、方便和安全的家庭場所已成為現(xiàn)代人們的美麗期盼，這也是安全人機(jī)工程學(xué)科建設(shè)的目標(biāo)。11.5.3

智能家居安全人機(jī)交互1.家庭安防家庭安防是智能家居中很重要的應(yīng)用場景，是基于家居環(huán)境提供與安防相關(guān)的產(chǎn)品及服務(wù)。家庭安防產(chǎn)品從大的方面來講，可以分為三類：安防報(bào)警類、視頻監(jiān)控類、樓宇對講類。智能門鎖入侵探測器煙感探測器智能門鈴11.5.3

智能家居安全人機(jī)交互2.智能照明智能照明是指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、有線/無線通訊技術(shù)、電力載波通訊技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)智能化信息處理，以及節(jié)能控制等技術(shù)組成的分布式照明控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)對照明設(shè)備的智能化控制。11.5.3

智能家居安全人機(jī)交互3.智能家電智能家電就是將微處理器、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)引入家電設(shè)備后形成的家電產(chǎn)品，具有自動感知住宅空間狀態(tài)和家電自身狀態(tài)、家電服務(wù)狀態(tài)的功能，能夠自動控制及接收住宅用戶在住宅內(nèi)或遠(yuǎn)程的控制指令；同時(shí)，通過人機(jī)之間的交互可保證住宅內(nèi)其它家電與家居、設(shè)施互聯(lián)組成系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)智能家居功能?！叹W(wǎng)絡(luò)化功能√智能化√開放性、兼容性√節(jié)能化√易用性11.6智能安全人機(jī)工程學(xué)科建設(shè)及內(nèi)容體系研究Research

on

Discipline

Construction

and

Content

System

ofIntelligent

Safety

Ergonomics11.6.1智能安全人機(jī)工程學(xué)學(xué)科體系數(shù)字化、信息化技術(shù)日益革新，使得傳統(tǒng)的人機(jī)交互方式也在向智能化交互轉(zhuǎn)變，人機(jī)關(guān)系也在向“智能化人機(jī)”轉(zhuǎn)變；人機(jī)控制交互技術(shù)、神經(jīng)工效學(xué)、認(rèn)知功效學(xué)、智能系統(tǒng)交互等多領(lǐng)域發(fā)展對人與機(jī)的關(guān)系增添了多種元素；傳統(tǒng)的安全人機(jī)工程也不再適應(yīng)當(dāng)今安全學(xué)科新穎化的要求；安全人機(jī)工程學(xué)的學(xué)科發(fā)展與傳統(tǒng)經(jīng)典學(xué)科相比，理念更新滯后，自身理論基礎(chǔ)依然羸弱。3環(huán)2機(jī)1人11.6.1智能安全人機(jī)工程學(xué)學(xué)科體系1.學(xué)科定義智能安全人機(jī)工程學(xué)是指以新一代信息技術(shù)為工具，以生理學(xué)、心理學(xué)、環(huán)境學(xué)等學(xué)科知識為基礎(chǔ)，以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的美好生活與工作的需求為出發(fā)點(diǎn)，以將安全理念徹底融入到人機(jī)環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行、維護(hù)全生命周期為側(cè)重點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)本質(zhì)安全為目標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)-環(huán)-信”系統(tǒng)自適應(yīng)、自訓(xùn)練、自維護(hù)、自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化為最終目的的一門新興交叉綜合學(xué)科。11.6.1智能安全人機(jī)工程學(xué)學(xué)科體系傳統(tǒng)安全人機(jī)工程學(xué)智能安全人機(jī)工程學(xué)區(qū)別傳統(tǒng)安全人機(jī)工程學(xué)的研究手段包括研究工具參數(shù)實(shí)測法、實(shí)驗(yàn)分析法、調(diào)查研究法、感覺評價(jià)法等。智能安全人機(jī)工程學(xué)是以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)為工具對人機(jī)環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行研究，如可視化技術(shù)、智能化數(shù)值模擬仿真技術(shù)、機(jī)器感應(yīng)與環(huán)境自適應(yīng)等技術(shù)等。研究側(cè)重點(diǎn)傳統(tǒng)的安全人機(jī)工程的研究側(cè)重點(diǎn)就是在保證安全的基礎(chǔ)上，保證人體參數(shù)與機(jī)械的特征參數(shù)相互匹配，已實(shí)現(xiàn)最優(yōu)功效，保證工作效率的極大開發(fā)。智能安全人機(jī)工程學(xué)更注重以人為本，并強(qiáng)調(diào)安全的重要性，在保證人的心理、生理達(dá)到最佳狀態(tài)的基礎(chǔ)上，基于機(jī)器智能感知自適應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)環(huán)最優(yōu)功能匹配，在這一過程中，安全理念是徹底融入到人機(jī)環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行、維護(hù)的全生命周期中。11.6.1智能安全人機(jī)工程學(xué)學(xué)科體系實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間合理科學(xué)地功能最優(yōu)分配，保證人、機(jī)、環(huán)有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮人的作用，并研究目標(biāo)為人提供安全、衛(wèi)生和舒適的工作系統(tǒng)，保障人能夠健康、舒適、愉快地活動，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量。依據(jù)研究側(cè)重點(diǎn)可知，智能安全人機(jī)工程學(xué)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)本質(zhì)安全為目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)-環(huán)”系統(tǒng)自適應(yīng)、自訓(xùn)練、自維護(hù)、自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化。研究對象系統(tǒng)。即包含自然人、操作設(shè)備或機(jī)械以及人機(jī)所處的外部環(huán)境。智能安全人機(jī)工程學(xué)的研究對象還包括了傳統(tǒng)“人-機(jī)-環(huán)”傳統(tǒng)安全人機(jī)工程學(xué)的研究對象是“人-機(jī)-環(huán)”系統(tǒng)以外的新元素—信息流，宏觀意義上是指系統(tǒng)作業(yè)過程中彼此呈遞的宏觀現(xiàn)象，微觀意義則是指在智能化技術(shù)基礎(chǔ)之上，通過各種智能交互作用產(chǎn)生彼此間的作用機(jī)制的特殊“介質(zhì)”。知識基礎(chǔ)傳統(tǒng)安全人機(jī)工程學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)是安全科學(xué)理論、機(jī)械工程理論、環(huán)境科學(xué)理論、系統(tǒng)科學(xué)理論、可靠性工程理論。智能安全人機(jī)工程學(xué)在傳統(tǒng)安全人機(jī)工程學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)上，添加了信息論、通信技術(shù)、物聯(lián)