《安全人機工程學》課件第2章 人機系統(tǒng)

學習目標：了解人機系統(tǒng)的類型；掌握人的功能和機的功能及功能特性比較，能進行簡單的人機功能分配設計；充分理解人機系統(tǒng)事故模式和安全人機系統(tǒng)事故模型的作用；理解人機關(guān)系和人機系統(tǒng)基本模式。1人機系統(tǒng)是由相互作用、相互聯(lián)系的人和機器兩個子系統(tǒng)構(gòu)成的，且能完成特定目標的一個整體系統(tǒng)。22.1人機系統(tǒng)概述

2.2.1按有無反饋控制分類開環(huán)人機系統(tǒng)閉環(huán)人機系統(tǒng)2.2.2按系統(tǒng)自動化程度分類人工操作系統(tǒng)32.2人機系統(tǒng)類型及功能

圖2-1人工操作系統(tǒng)半自動化系統(tǒng)4圖2-2半自動化人機系統(tǒng)自動化系統(tǒng)5圖2-3自動化人機系統(tǒng)2.2.3按人機結(jié)合方式分類人機串聯(lián)人機并聯(lián)人與機串、并聯(lián)混合6圖2-4人與機的結(jié)合方式2.2.4人機系統(tǒng)的功能信息接收信息加工信息貯存7執(zhí)行功能信息反饋輸入與輸出圖2-5人機系統(tǒng)的功能人的子系統(tǒng)可概括為S-O-R（感受刺激Stimulus-大腦信息加工Organism-做出反應Response）；機器的子系統(tǒng)可概括為C-M-D（控制裝置Controller-機器運轉(zhuǎn)Machine-顯示裝置Display）。人的子系統(tǒng)(S-O/O-R)機的子系統(tǒng)(C-M/M-D)人機界面()82.3人機系統(tǒng)的基本模式圖2-6人機系統(tǒng)的基本模式2.4.1人的主要功能92.4人機功能分配圖2-7人在操作活動中的基本功能示意圖人在人機系統(tǒng)中的三種功能人的第一種功能—傳感器人的第二種功能—信息處理器人的第三種功能—操縱器102.4.2機的主要功能接受信息對機器來說，信息的接受是通過機器的感覺裝置，如電子、光學或機械的傳感裝置來完成。儲存信息機器一般要靠磁盤、磁帶、磁鼓、打孔卡、凸輪、模板等儲存系統(tǒng)來儲存信息。處理信息對接受的信息或儲存信息，通過某種過程進行處理。執(zhí)行功能一是機器本身產(chǎn)生控制作用，如車床自動加深或減少銑削深度；二是借助聲、光等信號把指令從這個環(huán)節(jié)輸送到另一個環(huán)節(jié)。112.4.3人與機的功能分配1.人機特性比較1213表2-1人機特性比較142.人機功能分配的含義對人和機的特性進行權(quán)衡分析，將系統(tǒng)的不同功能恰當?shù)胤峙浣o人或機，稱為人機功能分配。從安全的角度出發(fā)，人機匹配主要解決的問題是：信息由機器的顯示器傳遞到人，需要選擇適宜的信息通道，避免信息通道過載而失誤，以及顯示器的設計如何符合安全人機工程學原則；信息從人的運動器官傳遞給機器，如何考慮人的極限能力和操作范圍，控制器如何設計得高效、安全、可靠、靈敏；如何充分運用人和機各自的優(yōu)勢；怎樣使人機界面的通道數(shù)和傳遞頻率不超過人的能力，以及機如何適合大多數(shù)人的應用。15采用機器時的有利點采用人時的有利點重復性的操作、計算，大量的情報資料存儲由于各種干擾，需要判斷信息時迅速施加大的物理力時在圖形變化情況下，要求判斷圖形時大量的數(shù)據(jù)處理要求判斷各種各樣的輸入時根據(jù)某一特定范圍，多次重復作出判斷對發(fā)生頻率非常低時的事態(tài)需要進行判斷時由于環(huán)境約束，對人有危險或操作容易犯錯誤時解決問題需要歸納、判斷時當調(diào)節(jié)、操作速度非常重要，具有決定意義時預測不測事件的發(fā)生時控制力的施加要求非常嚴格時必須長時間地施加控制力時163.人機功能分配的一般原則

表2-2采用人機時有利點164.人機功能匹配對人機系統(tǒng)的影響隨著現(xiàn)代化的發(fā)展操作者的工作負荷已成為一個突出的問題。在工作負荷過高的情況下，人往往出現(xiàn)應激反應，導致重大事故的發(fā)生。進行合理的人機功能分配，也就是使人機結(jié)合面布置恰當，就需要從安全人機工程學的觀點出發(fā)分析人機結(jié)合面失調(diào)導致工傷事故的原因，進而采取改進對策。17185.人機分工不合理的表現(xiàn)可由人很好執(zhí)行的功能分配給機器，而把設備能更有效地執(zhí)行的功能分配給人；讓人所承擔的負荷或速度超過其能力極限；不能根據(jù)人執(zhí)行功能的特點，而找出人機之間最適宜的相互聯(lián)系的途徑和手段。186.人機功能分配應注意問題信息由機器的顯示器傳遞到人，選擇適宜的信息通道，避免信息通道過載而失誤。同時，顯示器的設計應符合安全人機工程的原則。信息從人的運動器官傳遞給機器，應考慮人的權(quán)限能力和操作范圍，控制器設計要安全、高效、可靠、靈敏。充分考慮人和機的各自優(yōu)勢。使人機結(jié)合面的信息通道數(shù)和傳遞頻率不超過人的能力，以及機適合大多數(shù)人的應用。一定要考慮到機器發(fā)生故障的可能性，以及簡單排除故障的方法和使用的工具。要考慮到小概率事件的處理，有些偶發(fā)性事件如果對系統(tǒng)無明顯影響，可以不必考慮，但有的事件一旦發(fā)生就會造成功能的破壞，對這種事件就要事先安排監(jiān)督和控制方法。191.人機能力比較法（FittsLists分配方法）202.4.4

人機系統(tǒng)功能分配方法

2.Price決策圖法決策圖由6個區(qū)域組成，每個區(qū)域?qū)诓煌娜藱C績效和分配方案：①表示將功能分配給機器；②表示將功能分配給機器；③表示既可分配給人也可分配給機器，存在一個最佳分配點；④將功能分配給人；⑤將功能分配給人；⑥采用其他的方法重新設計。213.Sheffield法在分配過程中共需要考慮100多項決策準則，將其分為8組。優(yōu)點是考慮的因素比較全面，而且包含了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)功能分配過程。224.自動化分類與等級設計法該方法由英國科學家Parasuraman和Sheridan提出，主要應用于工業(yè)自動化系統(tǒng)如核電站監(jiān)控中。該方法認為任何人機自動化系統(tǒng)的工作過程類似于人類的信息處理，可分為四個步驟即：獲取、分析、決策、行動。23241.以人的行動為主體的（單人—機系統(tǒng)）事故模型在環(huán)境不被有害氣體污染的情況下，人機系統(tǒng)的事故模式多以人的行為為主體，即以人為本。這種事故模型中，傷亡事故多次發(fā)生在人、機兩個子系統(tǒng)相交的斜線區(qū)內(nèi)。

252.5

人機系統(tǒng)事故模式與應用2.5.1人機系統(tǒng)事故模式2.機械—多人系統(tǒng)事故模型在現(xiàn)代化大生產(chǎn)的集體勞動中，單人—機系統(tǒng)的應用范圍不是非常廣泛，常見到的是機械—多人系統(tǒng)，即在操作過程中，在同一時間內(nèi)為完成同一目的，由多人操縱一臺機器或一個大型設備。263.具有運動形態(tài)的人—機系統(tǒng)事故模型這種操作系統(tǒng)中用到的運輸工具不同于廠內(nèi)加工生產(chǎn)用的機械，而是通過“廠外交通”工具來移動物質(zhì)。為完成運輸任務，當然是速度越快，運輸效率越高。但是，這自然會因高速而帶來事故頻率的顯著增加。在圖2-15中，用虛線表示平面空間環(huán)境條件，今有A、B、C、D四組人—機系統(tǒng)，都按各自的箭頭方向運動，能形成事故的危險點是A車和C車為e；A車和B車為a；B、C兩車的危險點為d；C、D兩車的危險點為c。274.人、環(huán)境物事故模型生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境中，流動著的能量大致有兩種:

①為了生產(chǎn)而供給的能量。②生產(chǎn)設備逸散的能量。與人機系統(tǒng)的不同點。285.化學能傳達于人體的事故模型這種危害來源于生產(chǎn)現(xiàn)場的人工環(huán)境污染。它既和機械傷人的條件不同；也和自然環(huán)境的條件不同?；瘜W成套設備中有毒有害物質(zhì)的跑、冒、滴、漏，當然與操作人員失誤有密切聯(lián)系；但它卻不取決車間直接受害的個人行為。為確知此類危害的存在，除了使用超越人體機能的探測儀器，別無它法。因為人的各種器官未必查知其存在，更不知其危險程度。所以，這種事故的發(fā)生是不以人的行動為主體的。296.人—機系列外的事故模型①因為風力、水力等自然現(xiàn)象，對生產(chǎn)設備或房屋外加了較大的能量，致使發(fā)生倒塌、墜落、飛入等現(xiàn)象，因而使人傷亡。②作業(yè)環(huán)境中原材物料、半成品及其他物質(zhì)亂堆亂放，使施害物體處于不安全狀態(tài)，如遇振動、與外部力接觸等原因，則容易使?jié)撃芡蝗晦D(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽l(fā)生了與人有關(guān)的飛、落下現(xiàn)象，造成了事故。③在車間中，與單元作業(yè)的人—機系統(tǒng)無關(guān)的其他作業(yè)系統(tǒng)突然飛來有動能的物體打擊，如圖2-19所示。30安全人機系統(tǒng)事故模型的重要意義在于：（1）從個別抽象到一般，把同類事故抽象為模型，可以深入研究導致傷亡事故的原因和機理。（2）事故模型化可以查明以往發(fā)生過的事故和直接原因，找出主要原因，用以預測類似事故發(fā)生的可能性。（3）根據(jù)事故模型