1第十一章人机系统总体设计
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第11章 人机系统总体设计
11.6 无障碍化人机系统设计示例
11.6.1 社会对无障碍设计的重视 11.6.2 无障碍设计的特殊要求 11.6.3 常见的无障碍设计示例
无障碍设施标志设计，见图11-7，图11-8，图11-9 无障碍公共设施设计，见图11-10，图10-11 无障碍用具及室内设施设计，见图11-12，图11-13
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第11章所附插图
图11-1
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图11-9
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图11-10
Hale Waihona Puke 返回图11-11返回
图11-12
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图11-13
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第11章 人机系统总体设计
11.1 总体设计的目标
11.1.1 人机系统组成，见图11-1 11.1.2 人机系统类型，
1. 按自动化程度分类，见图11-2 2. 按人机结合方式分类，见图11-3 11.1.3 人机系统的目标，见图11-4
11.2 总体设计的原则
11.2.1 在座空间和工作设备的设计 11.2.2 工作环境设计 11.2.3 工作过程设计
11.3 总体设计的程序
11.3.1 人机系统设计的程序，见图11-5 11.3.2 人机系统开发的步骤，参阅表11-1
11.4 总体设计的要点
11.4.1 人机功能分配，参阅表11-2 11.4.2 人机匹配 11.4.3 人机界面设计，见图11-6
11.5 总体设计的评价
11.5.1 人机系统评价方法，参见表11-3 11.5.2 检查表法，参见表11-4，表11-5
十一人机系统设计与评价
第十一章 人机系统设计与评价
1
人机系统设计
2
人机系统的评价
3
人机系统标准
2019/12/30
人机工程学原理及应用
0
§1 人机系统的设计
一、人机系统设计的基本思想和 要求
• 1. 系统设计思想：
将系统的性能、可靠性、费用、时间和 适应性作为设计所追求的目标，从功能分析 入手，合理地将系统各项功能分配给人和机 器，从而达到系统的最佳匹配。
1.目标建立： 确定包含人在内的全系统同应具有的目
标，并详细填写系统目标说明书。
2.功能分析：
确定目标后，对系统目标进行技术上的 可行性、制造成本和用户要求等进行比较， 确定实现目标的手段，也就是确定应给予系 统的功能。
2019/12/30
人机工程学原理及应用
6
2、人机功能分配（划定人机界限）
功能分配：为了使系统达到最佳配备，在研 究分析人和机器特性的基础上，充分发挥人和机 器的潜能，合理的将系统各项功能分配给人和机 器的过程。
3
二、人机系统设计的概念
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。
“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
人、机的主要功能：
感觉功能（传感器） 信息处理功能（信息处理器） 操纵功能（操纵器）
2019/12/30
人机工程学原理及应用
接受信息 储存信息 处理信息 执行功能
7
人与机器的特性比较
项目 速度 逻辑推 理 计算 可靠性 连续性 灵活性
1
人机系统设计
2
人机系统的评价
3
人机系统标准
2019/12/30
人机工程学原理及应用
0
§1 人机系统的设计
一、人机系统设计的基本思想和 要求
• 1. 系统设计思想：
将系统的性能、可靠性、费用、时间和 适应性作为设计所追求的目标，从功能分析 入手，合理地将系统各项功能分配给人和机 器，从而达到系统的最佳匹配。
1.目标建立： 确定包含人在内的全系统同应具有的目
标，并详细填写系统目标说明书。
2.功能分析：
确定目标后，对系统目标进行技术上的 可行性、制造成本和用户要求等进行比较， 确定实现目标的手段，也就是确定应给予系 统的功能。
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人机工程学原理及应用
6
2、人机功能分配（划定人机界限）
功能分配：为了使系统达到最佳配备，在研 究分析人和机器特性的基础上，充分发挥人和机 器的潜能，合理的将系统各项功能分配给人和机 器的过程。
3
二、人机系统设计的概念
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。
“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
人、机的主要功能：
感觉功能（传感器） 信息处理功能（信息处理器） 操纵功能（操纵器）
2019/12/30
人机工程学原理及应用
接受信息 储存信息 处理信息 执行功能
7
人与机器的特性比较
项目 速度 逻辑推 理 计算 可靠性 连续性 灵活性
人机系统与人机界面的设计
人机系统与人机界面的设计1．人机系统人机系统是由人和机器构成的系统。
这里的“人〞是指机器的操作者和管理者，“机〞主要是指人使用的工具和器物。
人机系统是由互相作用、互相联络的人和机器两个子系统构成的，且能完成特定目的的一个整体系统。
由于人的工作才能和效率随周围环境因素而变化，任何人机系统又都处于特定环境之中，所以在研究人机系统时，应当把环境当成一个重要因素来考虑。
因此完好的人机系统皮包括人、机、人机之间的界面以及人机系统所处的环境。
2．显示器装置的设计(1)视觉显示器视觉显示器是指依靠光波作用于人眼rN人提供外界信息的装置。
视觉显示器的形式多种多样，TI代理商简单的如一束灯光、一张地图、一个路标等；复杂的如计算机荧屏显示器、汽车驾驶仪表等。
无论是何种形式的视觉显示器，都有一个共同点，即都必须通过可见光作用于人的眼睛才能到达信息传递的目的。
视觉显示器可以有不同的分类。
①按显示状态划分静态显示器。
该类显示器适用于显示长时间内稳定不变的信息，如传递人类的某种知识经历或显示机器物件的构造状态等信息。
我们常见的图表、指示牌、印刷品等就属于这类显示器，见图6—36(a)。
动态显示器。
该类显示器适用于显示信息的变化状态，如显示速度、高度、压力、时间等各种信息的动态参数，如钟表、荧屏、雷达等都属于这类显示器，见图6—36(b)。
②按显示信息酌量划分·定量显示器。
这类显示器显示信息之间的数量关系，如计数器、压力表、温度计等，见图6—37(a)。
·定性显示器。
这类显示器显示信息的变化趋势或者有关性质和状态，如交通信导、平安标志、开关状态等，见图6—37(b)。
③按显示信息的表征方式划分．形象显示器。
这类显示器一般采用图片、图形、实物等方式来显示信息，具有直观生动、易于理解、译码快捷等优点。
．抽象显示器。
这类显示器一般使用符号、代码、文字、数字等方式来显水信息有简洁明了、信息丰富、组合方便等优点。
(2)听觉显示器由于听觉获得的信息仅次于视觉，在以下情况下可选用听觉显示器：当操作人员经常走动而需要及时处理事件和告急信息时；视觉系统负担过重；设置视觉显示器的部位太亮或太暗不适应需求时；原始信号是声音及完全使用语言通道等。
人机系统总体设计
• ②调查系统的外部环境，如构成系统执行上障碍的外部大气环境，外 部环境的检验或监测装置等。
• ③了解系统内部环境的设计要求，如采光、照明、噪声、振动、温度 、湿度、粉尘、气体、辐射等作业环境以及操作空间等的要求，并从 中分析构成执行上障碍的内部环境。
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１１.３ 总体设计的程序
• ④进行系统分析，即利用人机工程学知识对系统的组成、人机联系、 作业活动方式等内容进行方案分析。
• 由此可见，从机器传来的信息，通过人这个“环节”又返回到机器， 从而形成一个闭环系统。人机所处的外部环境因素（如温度、照明、 噪声和振动等）也将不断影响和干扰此系统的效率。因此，从广义来 讲，人机系统又称人-机-环境系统。
• １１.１.２人机系统的类型
• １.按系统自动化程度分类 • （１）人工操作系统 • 这类系统包括人和一些辅助机械及手工工具。由人提供作业动力，并
• 在人机系统设计中，对人和机械进行功能分配，主要考虑的是系统的 效能、可靠性和成本。例如，在宇宙航行中，绕月球飞行的成功率， 全自动飞行为２２％，有人参与的为７０％，人承担维修任务的为９ ３％，这就是功能分配的效果。
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１１.４ 总体设计的要点
• 功能分配也称为划定人机界限，通常应考虑以下各点： • ①人与机械的性能、负荷能力、潜力及局限性； • ②人进行规定操作所需的训练时间和精力限度； • ③对异常情况的适应性和反应能力的人机对比； • ④人的个体差异的统计； • ⑤机械代替人的效果和成本等。
• ④信号显示的变化速率和方向应与主信息源变化的速率和方向相一致 。
• ⑤在以观察和监视为主的长时间工作中，应通过信号和显示器的设计 与布置来避免过载及负载不足的影响。
• （２）控制器 • 控制器的选择、设计和配置应与人体操作部分的特性（特别是动作）
• ③了解系统内部环境的设计要求，如采光、照明、噪声、振动、温度 、湿度、粉尘、气体、辐射等作业环境以及操作空间等的要求，并从 中分析构成执行上障碍的内部环境。
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１１.３ 总体设计的程序
• ④进行系统分析，即利用人机工程学知识对系统的组成、人机联系、 作业活动方式等内容进行方案分析。
• 由此可见，从机器传来的信息，通过人这个“环节”又返回到机器， 从而形成一个闭环系统。人机所处的外部环境因素（如温度、照明、 噪声和振动等）也将不断影响和干扰此系统的效率。因此，从广义来 讲，人机系统又称人-机-环境系统。
• １１.１.２人机系统的类型
• １.按系统自动化程度分类 • （１）人工操作系统 • 这类系统包括人和一些辅助机械及手工工具。由人提供作业动力，并
• 在人机系统设计中，对人和机械进行功能分配，主要考虑的是系统的 效能、可靠性和成本。例如，在宇宙航行中，绕月球飞行的成功率， 全自动飞行为２２％，有人参与的为７０％，人承担维修任务的为９ ３％，这就是功能分配的效果。
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１１.４ 总体设计的要点
• 功能分配也称为划定人机界限，通常应考虑以下各点： • ①人与机械的性能、负荷能力、潜力及局限性； • ②人进行规定操作所需的训练时间和精力限度； • ③对异常情况的适应性和反应能力的人机对比； • ④人的个体差异的统计； • ⑤机械代替人的效果和成本等。
• ④信号显示的变化速率和方向应与主信息源变化的速率和方向相一致 。
• ⑤在以观察和监视为主的长时间工作中，应通过信号和显示器的设计 与布置来避免过载及负载不足的影响。
• （２）控制器 • 控制器的选择、设计和配置应与人体操作部分的特性（特别是动作）
最新10人机系统总体设计
总结后逐步形成的。
人机系统设计
设计过程可以分为以下几个阶段：
阶
✓ 定义系统目标和参数阶段• 定义功能要求
段 设 计 程
✓ 系统定义阶段 ✓ 初步设计阶段
• •
确确定定•••••••使使功作作制设设定用用能业业••定 计 计义人 作者者分流反使操作操机业的的配程馈用作业作界空需特设机者手辅要面间求性计制素册助求设设设质手计计计要段求
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。
人机工程学的主要研究对象是“系统 中的人”，人是属于特定系统的一个组成 部分。但人机工程学并非孤立地研究人， 它同时研究系统的其它组成部分，以便根 据人的特性和能力，来设计和改造系统。
人机系统
系统是指由相互联系和相互制约的
各个部分组成的具有一定功能的整体。
流的规律和特性。人机界面的设计依
据始终是系统中的人。
人机系统设计
人机系统设计是为了解决系统中人的 效能、安全和身心健康的问题。
人机系统设计并非是单一产品的设计， 而是适合于所有产品的一种设计方法。人 机系统设计需要具体分析和定义，才能确 定人际关系的性质和问题，并进行有效的 设计。人机系统设计总是多学科联合设计 的一部分，通常与其他设计者组合完成。
机 机器本体 环境
模
型
控 制 输出
输入
控制器
人机界面
人
机非
系 统
工 作 环
模境
型
人机系统
思维
感知 决策 控制活动 工
人机界面
作 环
境
显示
操作装置
机器运行
由人机系统模型可见，操作过程的情况由显示器显示出来， 作业者首先要感知显示器上指示信号的变化，然后分析，解释 显示的意义并作出相应决策，再通过必要的控制方式实现对操 作过程的调整。这是一个封闭的人机系统，即闭环人机系统。
人机系统总体设计
n 1
所以
P n (1 ) , n 1,2,
n
(2)系统在平稳状态下的平均队长(包括等待和接受 服务的顾客数)Ls为：
Ls nPn n(1 ) ( 2 ) ( 2 )
n 2 2 3 n 0 n 0
+ + = 1-
LS
1
每个顾客在系统中平均等待时间为Wq，平 均等待时间为顾客在系统中平均逗留时间减 去平均服务时间： 1 Wq Ws ( ) 或
9.1.1排队过程的一般表示
排队系统示意图：
顾客源
输入ห้องสมุดไป่ตู้
等候列队
排队系统
服务设施
输出
一般的排队系统有三个基本组成部分： ①输入过程 ②排队及排队规则 ③服务机构
①
输入过程
主要包括： 顾客相继到达系统的时间间隔 顾客到达系统的方式（顾客可能单个到达， 也可能成批到达） 顾客源情况
输入过程可以划分为确定型和随机型两
多队列多服务台（并列) D1
单队列多服务台（并列） D’1 D’2 多服务台混合形式 L L
E
D1
D2
...
Dn
L
E
D2 D3
单队列多服务台（串列）
9.1.2排队系统的分类
Kendall符号的形式X/Y/Z。各符号的含义如 下： X指顾客相继到达间隔时间的分布 Y为服务时间的分布 Z为并列的服务台数目
P P 1 0
令
1
可解得
P n P 0 , n 1,2,
n
对系统的任何状态n 1，系统状态从n 转移到n+1和n-1的转移率为 Pn Pn ，而 系统状态从n+1和n-1转移到n的转移率 为 Pn1 Pn1 。由平衡条件可得：
所以
P n (1 ) , n 1,2,
n
(2)系统在平稳状态下的平均队长(包括等待和接受 服务的顾客数)Ls为：
Ls nPn n(1 ) ( 2 ) ( 2 )
n 2 2 3 n 0 n 0
+ + = 1-
LS
1
每个顾客在系统中平均等待时间为Wq，平 均等待时间为顾客在系统中平均逗留时间减 去平均服务时间： 1 Wq Ws ( ) 或
9.1.1排队过程的一般表示
排队系统示意图：
顾客源
输入ห้องสมุดไป่ตู้
等候列队
排队系统
服务设施
输出
一般的排队系统有三个基本组成部分： ①输入过程 ②排队及排队规则 ③服务机构
①
输入过程
主要包括： 顾客相继到达系统的时间间隔 顾客到达系统的方式（顾客可能单个到达， 也可能成批到达） 顾客源情况
输入过程可以划分为确定型和随机型两
多队列多服务台（并列) D1
单队列多服务台（并列） D’1 D’2 多服务台混合形式 L L
E
D1
D2
...
Dn
L
E
D2 D3
单队列多服务台（串列）
9.1.2排队系统的分类
Kendall符号的形式X/Y/Z。各符号的含义如 下： X指顾客相继到达间隔时间的分布 Y为服务时间的分布 Z为并列的服务台数目
P P 1 0
令
1
可解得
P n P 0 , n 1,2,
n
对系统的任何状态n 1，系统状态从n 转移到n+1和n-1的转移率为 Pn Pn ，而 系统状态从n+1和n-1转移到n的转移率 为 Pn1 Pn1 。由平衡条件可得：
《管理信息系统》(第七版)-PPT 第11章_决策支持系统
20世纪70年代末：DSS大都由模型库、数据库及人机交互系统等三个部件组成,它 被称为初阶决策支持系统
20世纪80年代初：DSS增加了方法库和知识库,构成了三库系统或四库系统
20世纪80年代后期：人工智能领域中的专家系统与DSS相结合,形成了智能决策支 持系统IDSS,提高了DSS支持非结构化决策问题的能力
6
可以按使用者要求的方式,方便地以图形及表格等丰富的表达方式输出信息、结论及依据等
2021/8/9
第十一章 决策支持系统
10
2.3 数据库子系统
数据库子系统由数据库、数据析取模块、数据字典、数据库管理系统及数据查询模 块等部件组成。
数据库 数据析取
• 包括内部数据、外部数据和个人数据 • 提取更多的能用于决策支持的开源数据，是分析、选择、浓缩与转换数据的过程
识 答决策过程中问题分析与判断所需知识的请求。
库 2．知识库。知识库是知识库子系统的核心，知识库 中存储的是那些既不能用数据表示也不能用模型方
子 法描述的专家知识和经验。
系 3．推理机。推理是指从已知事实推出新事实（结论） 的过程，推理机是一组程序，它针对用户问题去处
统 理知识库（规则和事实）。
2021/8/9
数据字典
• 描述与维护各数据项的属性、来龙去脉及相互关系
数据库管理系统 • 自动将新概念添加到知识库的概念层中
数据查询
• 用来解释来自人机对话及模型库等子系统的数据请求
2021/8/9
第十一章 决策支持系统
11
模型库子系统
模型库子系统是构建和管理模型的计算机软件系统,它是DSS中最复杂与最难实现 的部分。应用模型获得的输出结果可以分别起以下三种作用:直接用于制订决策;对 决策的制订提出建议;用来估计决策实施后可能产生的后果。
20世纪80年代初：DSS增加了方法库和知识库,构成了三库系统或四库系统
20世纪80年代后期：人工智能领域中的专家系统与DSS相结合,形成了智能决策支 持系统IDSS,提高了DSS支持非结构化决策问题的能力
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可以按使用者要求的方式,方便地以图形及表格等丰富的表达方式输出信息、结论及依据等
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第十一章 决策支持系统
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2.3 数据库子系统
数据库子系统由数据库、数据析取模块、数据字典、数据库管理系统及数据查询模 块等部件组成。
数据库 数据析取
• 包括内部数据、外部数据和个人数据 • 提取更多的能用于决策支持的开源数据，是分析、选择、浓缩与转换数据的过程
识 答决策过程中问题分析与判断所需知识的请求。
库 2．知识库。知识库是知识库子系统的核心，知识库 中存储的是那些既不能用数据表示也不能用模型方
子 法描述的专家知识和经验。
系 3．推理机。推理是指从已知事实推出新事实（结论） 的过程，推理机是一组程序，它针对用户问题去处
统 理知识库（规则和事实）。
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数据字典
• 描述与维护各数据项的属性、来龙去脉及相互关系
数据库管理系统 • 自动将新概念添加到知识库的概念层中
数据查询
• 用来解释来自人机对话及模型库等子系统的数据请求
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第十一章 决策支持系统
11
模型库子系统
模型库子系统是构建和管理模型的计算机软件系统,它是DSS中最复杂与最难实现 的部分。应用模型获得的输出结果可以分别起以下三种作用:直接用于制订决策;对 决策的制订提出建议;用来估计决策实施后可能产生的后果。
人机系统的总体设计
人机系统的总体设计
人机系统的总体设计是室内布局设计的主要依据，只有灵活的运用它，才能使室内布局完美并且让人感到舒适。
与此同时人机系统的总体设计也可以运用到室内物品的摆放上，可以让空间得到合理的应用，同时也让人耳目一新。
经过调查研究，在室内布局的方面社会上还存在很大的问题，这些问题是室内让人感到不舒服的主要原因，往往在美观和实用方面都有很大的问题。
有时候只是一点小小的问题，但造成的影响十分巨大，只要我们解决了这些问题，在有限的空间里可以带给我们无限的幸福。
以下是室内平面图的展示（图1),这是某楼房的室内平面图，这个室内的布局有一些地方存在问题，而这些问题会使入住者给到不方便。
在分析了存在的问题之后，我给出了改进方案，会使住房环境得到改善。
而改进的平面图如图2所示。
图1。
人机系统设计与评价
首都经济贸易大学
116
(3)人机系统的设计，解决人机关系的问题； (4)结构设计，解决结构形状、尺寸和工艺问
题； (5)造型设计，主要是整体外观造型的美观设
计问题； (6)完成阶段，包括施工图设计和试制问题。
首都经济贸易大学
117
首都经济贸易大学
118
二、人机系统设计程序
首都经济贸易大学
119
330
• 由“机器”承担的工作：
枯燥、单调、笨重的作业 危险性较大的作业，如放射、有毒作业 粉尘作业 喷漆、涂料、电镀、焊接等作业 自动校正、自动检测 高阶运算 快速操作 高精度的、程序固定的作业
首都经济A贸易大学
31
人机应达到最佳匹配，使系统整体效能最优 人监控机器 机器监督人，以防止人产生失误时导致 整个系统发生故障。
首都经济贸易大学
221
（二）人与机器的功能分析
人在操作活动中的基本功能示意图
首都经济贸易大学
222
1.人优于机器的功能 某些感官的感受能力比机器优越 能运用多种通道接受信息 具有高度的灵活性和可塑性，能随机应变，
采用灵活的程序。
首都经济贸易大学
223
能长期大量储存信息并能进行分析和判断。 具有总结经验，除旧创新，改进工作的能力。 能进行归纳推理。 有感情、意识和个性，具有能动性。
感受刺激—大脑信息加工—做出反应
机器的子系统可概括为 CMD
控制装置—机器运转—显示装置
首都经济贸易大学
7
三、人机系统的类型
1.按系统自动化程度分类 2.按人机结合方式分类 3.按有无反馈控制分类
首都经济贸易大学
8
人
工 操
按
作 系
2011版注册安全工程师《生产技术》教材 第十一节 人机系统
第十一节人机系统一、人机信息及能量交换系统模型人机系统的任何活动实质上是信息及能量的传递和交换。
人机之间在进行信息及能量的传递和交换中，首先是人的感觉器官（跟、耳等）从显示装置上感受到机器及环境作用于人的信息，经大脑中枢神经的综合、分析、判断做出决策，然后命令运动器官（手或脚）向机器的控制器发出控制信息，即操纵机器相应的执行机构（手柄或按钮等）完成各种相应的运动机能（移动或转动），且将控制的效果反映在显示器上，构成一个信息及能量传递的闭环系统。
到此，人机系统完成了一次功能循环，如图1-11所示。
在这个循环过程中，人机系统完成了人所希望的功能，达到人的预期目的。
二、人机功能分配（一）人在人机系统中的主要功能人在人机系统中主要有3种功能：1.传感功能通过人体感觉器官的看、听、摸等感知外界环境的刺激信息，如物体、事件、机器、显示器、环境或工作过程等，将这些刺激信息作为输人传递给人的中枢神经。
2.信息处理功能大脑对感知的信息进行检索、加工、判断、评价，然后做出决策。
3操纵功能将信息处理的结果作为指令，指挥人的行动，即人对外界的刺激作出反应，如操纵控制器、使用工具、处理材料等，最后达到人的预期目的，如机器被开动运转、零件被加工成形、机器的故障已被排除、缺陷零件已被修复或者更换等。
（二）人机特性比较人体本身就是一部复杂的、特殊的机器。
人与机器的特性包括许多内容，但就从人机系统中信息及能量的接受、传递、转换过程来讲，我们可以归纳为以下4个方面来比较，即信息感受、信息处理和决策、操作反应、工作能力等，详见表1-10。
从该表可见，人优于机器的能力主要有：信号检测、图像识别、灵活性、随机应变、归纳、推理、判断、创造性等；机器优于人的能力主要有反应和操作速度快、精确性高、输出功率大、耐久力强、重复性好、短期记忆、能同时完成多种操作、进行演绎推理以及能在恶劣环境下工作等。
表1-10 人与机器的特性比较（三）人机功能分配原则根据人机特性的比较，为了充分发挥各自的优点，人机功能合理分配的原则应该是：笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、规律性的、单调的、高价运算的、操作复杂的、环境条件差的工作，适合于机器来做；而研究、创造、决策、指令和程序的编排、检查、维修、故障处理及应付不测等工作，适合于人来承担。
安全人机工程学课件-人机系统设计
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。这是典型的系统化解决问题策略。“总体”
的意义是强调人机系统的各个成分，如人、硬 件、软件，都要给予全面的考虑，以克服长期 以来工程设计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。
• 系统定义是对系统的输入、输出和其功能的定 义。这里“功能”是用文字描述的一组工作， 系统必须完成自己的功能任务，才能实现系统 的目标。系统的功能定义是将输入和输出的定 义同时进行的，下图表示它们的关系。
• 在系统定义阶段，应避免“功能分配”， 只定义功能是什么，不定义怎样实现功 能，特别不能将功能马上“分配”给人 或者机。
• 从内容上讲，系统作业要求的定义应包 括三方面:
• (1)系统做什么? • (2)做的标准是什么? • (3)如何进行测量? • 从人机工程的角度，系统定义阶段就要
开始考虑人的因素。应从以下几个方面 进行调研:
• (1)系统未来的使用者； • (2)目前同类系统的使用和操作；
(3)使用者的作业需求；
第10章 人机系统设计
安全人机系统主要包括人、机、环境 三部分。任何机器都必须有人操作，并 处于各种特定的环境下工作，所以说， 人、机、环境是相互关联、相互影响的。 人们不仅要着眼于人、机、环境每一要 素的提高，还要正确的处理好这三者之 间的关系，才能提高系统的整体性能。
§10.1 人机系统设计理论与效益
• 人机系统应满足下列要求：能完成预定 的目标和任务，使人和机都能发挥各自
的作用并协调地工作；环境因素必须适
应人机的正常和有效的工作；系统应有
完善的信息反馈回路，以保证系统的自 调整能力和正常工作。
每个阶段的设计活动和任务必须是明确 的。这是典型的系统化解决问题策略。“总体”
的意义是强调人机系统的各个成分，如人、硬 件、软件，都要给予全面的考虑，以克服长期 以来工程设计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。
• 系统定义是对系统的输入、输出和其功能的定 义。这里“功能”是用文字描述的一组工作， 系统必须完成自己的功能任务，才能实现系统 的目标。系统的功能定义是将输入和输出的定 义同时进行的，下图表示它们的关系。
• 在系统定义阶段，应避免“功能分配”， 只定义功能是什么，不定义怎样实现功 能，特别不能将功能马上“分配”给人 或者机。
• 从内容上讲，系统作业要求的定义应包 括三方面:
• (1)系统做什么? • (2)做的标准是什么? • (3)如何进行测量? • 从人机工程的角度，系统定义阶段就要
开始考虑人的因素。应从以下几个方面 进行调研:
• (1)系统未来的使用者； • (2)目前同类系统的使用和操作；
(3)使用者的作业需求；
第10章 人机系统设计
安全人机系统主要包括人、机、环境 三部分。任何机器都必须有人操作，并 处于各种特定的环境下工作，所以说， 人、机、环境是相互关联、相互影响的。 人们不仅要着眼于人、机、环境每一要 素的提高，还要正确的处理好这三者之 间的关系，才能提高系统的整体性能。
§10.1 人机系统设计理论与效益
• 人机系统应满足下列要求：能完成预定 的目标和任务，使人和机都能发挥各自
的作用并协调地工作；环境因素必须适
应人机的正常和有效的工作；系统应有
完善的信息反馈回路，以保证系统的自 调整能力和正常工作。
第9章人机系统总体设计
1) 尺寸、参数设计，绘制平面图； 2） 功能模型测试，确定实际空间关系的适宜性 3） 实际尺寸模型验证
五、作业辅助设计
所有用于保证人的作业效能的技术和手段，除系统“本体” 的硬件以外，都属作业辅助的范围。 主要包括两个方面：
1）制定选择操作人员的标准； 2）确定培训、使用说明，确定作业辅助手段。
3．人的主导作用
人机系统设计主要是对处理系统中的人和人机界面等关系，而 不是系统的全部硬件。
在人机系统中，人的主导作用主要反映在人的决策功能上。
对于设计而言，重要的是通过使系统利用于发挥人的决策功能， 为正确决策提供各种作业辅助手段。
4．人机界面
人与机之间存一个相互作用的作用“面”，所有的人--机信息交 流都发生在这个作用面上，通常称为人机界面。
作业分析包括四个主要部分： 1）确定系统作业结构 2）确定作业 3）编制作业流程图 4）建作业序。
1. 系统的作业结构
是指系统的作业和作业技能的整体要求，是对作业者群体而言的。
作业复杂程度
高 较高 较低
低
10% 20% 30% 40%
40% 30% 20% 10%
10% 40% 40%功能分配要有意识地多发挥人的智力和技能，同 时注意补偿能力限度。
5）、弹性分析原则 它的基本思想是由人（使用者、操作者）自己选择参与系统行为的程度，
这种分配方法一般只适用于计算机控制系统。
功能流程图：
将系统的各个功能，按其输入和输出联系起来，用框图表示，就获得 描述系统的功能流程图。
人机系统设计是多学科联合设计的一部分，重要的是必须在系统 设计初期就参与设计，充分考虑人的因素，反映人的需要。
1. 人机系统总体设计（TSD法：Total System Design）
五、作业辅助设计
所有用于保证人的作业效能的技术和手段，除系统“本体” 的硬件以外，都属作业辅助的范围。 主要包括两个方面：
1）制定选择操作人员的标准； 2）确定培训、使用说明，确定作业辅助手段。
3．人的主导作用
人机系统设计主要是对处理系统中的人和人机界面等关系，而 不是系统的全部硬件。
在人机系统中，人的主导作用主要反映在人的决策功能上。
对于设计而言，重要的是通过使系统利用于发挥人的决策功能， 为正确决策提供各种作业辅助手段。
4．人机界面
人与机之间存一个相互作用的作用“面”，所有的人--机信息交 流都发生在这个作用面上，通常称为人机界面。
作业分析包括四个主要部分： 1）确定系统作业结构 2）确定作业 3）编制作业流程图 4）建作业序。
1. 系统的作业结构
是指系统的作业和作业技能的整体要求，是对作业者群体而言的。
作业复杂程度
高 较高 较低
低
10% 20% 30% 40%
40% 30% 20% 10%
10% 40% 40%功能分配要有意识地多发挥人的智力和技能，同 时注意补偿能力限度。
5）、弹性分析原则 它的基本思想是由人（使用者、操作者）自己选择参与系统行为的程度，
这种分配方法一般只适用于计算机控制系统。
功能流程图：
将系统的各个功能，按其输入和输出联系起来，用框图表示，就获得 描述系统的功能流程图。
人机系统设计是多学科联合设计的一部分，重要的是必须在系统 设计初期就参与设计，充分考虑人的因素，反映人的需要。
1. 人机系统总体设计（TSD法：Total System Design）
人机工程思考题(丁玉兰)
《人机工程学》思考题第一章人机工程学概论1.人机工程学有哪些有代表性的命名？2.国际人类功效学会给人机工程学的科学定义是什么？3.我国给人机工程学的定义是什么？4.人机工程学的发展史可划分为那几个阶段？每个阶段的突出特点是什么？5.人机工程学研究的内容有哪几个方面？6.人机工程学的主要研究方法有哪些？7.人机工程学主要有哪些学个体系构成？8.人机工程学对工业设计的作用有哪些？第二章人体测量与数据应用9.人机工程学范围内的人体测量数据有哪些类型？10.人体测量有哪些方法？11.人体测量应用哪些基准面？12.人体测量的方向如何规定？13.人体测量使用哪些常用的仪器？14.求华中地区男性身高1655mm的百分位(P)。
15.求西北地区第20百分位男性的百分位数（x）。
16.国家标准中给出的人体主要尺寸有哪几个？17.站姿、坐姿和人体水平尺寸有哪些？18.工作中常见的作业姿势有哪几种？19.人体站姿和坐姿的功能尺寸有哪些？20.人体尺寸应用原则包含哪几方面？21.人机工程将产品尺寸设计划分为哪几类？22.按产品的重要程度将产品划分为哪两个等级？23.产品尺寸的满足度的涵义是什么?用什么来表示？24.设计产品时需要对功能尺寸进行哪些修正？25.产品的功能尺寸如何确定？26.身高尺寸在设计中如何应用？第三章人体感知与动作特征27.人与外界直接联系的系统是哪几个？28.人在人机系统中的作用是什么？29.何谓神经反射和反射弧？30.给出人眼能感觉到的光波长范围。
人感觉到的最短波长和最长波长的可见光的颜色分别是什么颜色？31.何谓视角和视力？32.绘出人机系统的示意图，说明人在人机工程中的作用有哪些？33.何谓反射、反射弧？34.绘图说明人的信息处理系统模型，并说明人的信息处理过程。
35.写出可见光的光波范围。
36.最短的光波是什么色？最长的光波是什么色？37.何谓视角与视力？38.人的水平视野与垂直视野是如何分区的？39.一般操作的视距范围是多大？不同的操作，视距如何确定？40.中央视觉与周围视觉的区别何在？41.何谓立体视觉？42.何谓色觉？人的色视野如何划分？43.何谓暗适应和明适应？它们一般的适应时间是多长？44.人的视觉具有哪些特征？45.声波的频率范围是多少？46.听觉有哪些物理特性？47.听阈与痛阈是如何定义的？48.人耳对声音方向性的判断，受哪些因素的影响？49.何谓声音的隐蔽现象？和隐蔽效应？50.人的神经系统分为哪些部分？51.大脑皮质的功能区和联络区是如何划分的？52.绘出人的信息处理系统的简图并分析各部分的作用。
简述人机系统设计程序
简述人机系统设计程序
简述人机系统设计程序是系统是由两个以上相互区别和相互作用的单元有机地结合起来，完成某一功能的综合体。
人机系统则是由人、机、环境3个子系统有机结合构成的综合体。
人机系统也应具有整体性、相关性、层次性、动态性、目的性等的系统特征。
“系统或产品的设计和评价，应包括两个方面：技术方面和人机工程方面”（见GB/T13630/IEC964）。
人机工程的对象是人—机—环境系统，其目的按照人的特性来设计和优化系统。
系统工程是为合理进行规划、研究、设计、建造、试验和应用系统而采用的思想、步骤、组织和方法等的总称。
系统工程学是实现系统最优化的一门科学，适用于从系统开发、建成、运行、改进的全部过程。
系统工程方法是人机系统设计的基本方法。
人机系统设计
5.4 人机系统总体设计程序
一、定义系统目标和作业要求
“系统目标”一般要用比较抽象、概括的文字叙述。包括两方面内容：
● 若干条目的“要求”：具体地说明了系统的目标， 如：“怎样设计一种将城市人从某地运至某地的运送系统”。
●“限制因素”。说明实现目标时所必须受到的条件限制。
“系统作业要求”是另一个需要定义的重要概念，从内容角度包括三方面：
1. 功能分配 2．作业要求
提出作业品质的要求。例如精度、速度、技能、培训等。
3．作业分析
1）子功能的分解与再分解，作业分析的功能分解过程直至“作业单元”的水平为止； 2）每一层次的子功能的输入和输出的确定。
4．作业序
一组作业单元又可再组合为一个作业序。一个作业序是分配给一类特定使用者的一组相互关联 的作用业单元。通常一个给定的作业序可以由一个以上的使用者或操作者完成。
剩余分配是指把尽可能多的功能分配给机，剩余的功能分配给人。 3）、经济分配原则
经济分配原则以经济效益为根本依据，一项功能分配给人还是机完全视经济与否而定。这里的经济概 念是设计、制造、使用的总费用，特别强调使用的效率。
现在学习的是第13页，共40页
4）、宜人分配原则
宜人分配是适应现代人观念的一种分配方法。现代人要求一项工作要更多的地体现个人的价值和能 力。功能分配要有意识地多发挥人的智力和技能，同时注意补偿能力限度。
作业复杂程度
高
较高 较低 低
10%
20% 30% 40%
40%
30% 20% 10%
10%
40% 40% 10%
（1）
（2）
（3）
第一种形式为“金字塔”结构，其特征是以低技作业主。
第二种形式是倒金字塔结构，以高技校的复杂作业为主，系统必须考虑从其他系统中转移来作业人员以完 成较复杂的作业。
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三、人机系统的总体设计方法
• 划定人机界面，需要考虑的因素 • 人与机械的性能、负荷能力、潜力及局 限性 • 人完成规定操作所需要的培训时间和精 力 • 对异常情况的适应性和反应能力 • 人的个体差异 • 机械代替人的效果和成本
三、人机系统的总体设计方法
• 4、功能流程图
三、人机系统的总体设计方法
关于游梁式抽油机
• 有抽油机、抽油杆、抽油泵组成的三抽系统是 机械采油的主要设备 应用领域在 • 在我国，三抽设备井占机械采油井的80%以上， 不断扩展 产量占70%以上，而且有增加的趋势，应用范 围在扩大 • 三抽设备的适应能力在不断的增加，产量从几 方—几百方，下泵深度从几百米到数千米，冲 次从每分钟小于1次到数十次，使用寿命在不 断的延长。(如果按照4冲，寿命7—8年，则换 向次数在107以上） • 年维护费用很低，主要易损件为皮带，需要经
二、人机系统总体设计程序
• 开发步骤： •
二、人机系统总体设计程序
• 抽油机的系统设计 • 对抽油机的了解
进行支架、驴头、减速箱 高底座等结构件的优化设 关于游梁式抽油机 计和主参数优化设计，性 能和重量下降。
金属制造，冲 程、平衡可调
• 游梁式抽油机的发展过程： 发明初期，木
制造、小冲程、 平衡、冲程不 可调
一、人机系统设计的概念
• 一组问题的描述，将有不同的解决方法 • 》》》解决交通拥挤的设计 • >系统的不同的描述，将得到不同的解决方法 • 》提高车速 • 》减少车辆 • 》提升单车的搭载人数-等等 • 》》建设大型车辆
•
一、人机系统设计的概念
• 》》》解决老师上课时喝水的设计 • 给出新的认识 • 》》》解决同学喝水和供应矿泉水的设 计 • 学生的自助意识等等
三、人机系统总体设计程序
• • • • • • • 四、人机界面设计 抽油机的人机界面设计 交通拥挤的人机界面设计 计算机的人机界面设计 五、作业辅助设计 培训、说明等等 六、系统验证
三、人机系统的总体设计方法
• 一、功能分析与分配 • 1、功能化的设计思维 • 将系统的工作与其工作机制分开，为不同领域的科
曲柄平衡系 统
平衡也可 • ②、游梁式抽油机的组成 为游梁、 或复合
电机—动 力系统
悬绳器等附件 支撑系统，是换 向系统的一部分
具有极位夹角的抽油机，国外叫 关于游梁式抽油机
RM型或TM型，国内叫节能型—不科学
• ③、机构分析 • 抽油机极位夹角的获得：
极位夹角 极位夹角 为0,没有 不为0, 急回性有 急回性
• • • • • • • 学家提供共同的语言 扩大了设计范围 ——抽象化 如：解决交通拥挤问题 如：能源和供应问题 》》解决燃油供应问题？—煤变油项目 》》我们的成品油比美国贵的问题 2、功能分析 功能的描述、确定和分解
三、人机系统的总体设计方法
• 功能的描述、确定、和分解系统功能 • 3、功能分配 • 按照系统的优化，合理的进行功能分配 • 分配的原则： • 1、比较分配原则
关于游梁式抽油机 • 抽油机是将旋转运动变成直线运动的设 备是三抽系统的地面设备和主要设备 • 理论上简单，所以种类很多 • 从设计上讲：要求高，能够满足要求的 形式少 • 游梁式抽油机仍然是抽油机的主力机型 • 随着下泵深度的优化和连续杆的新型设 备的应用，三抽设备有增加的趋势
游梁（驴头）、连 关于游梁式抽油机 杆、曲柄、支架组 减速箱、皮带组成 成的换向机构 的传动减速系统
第十一章 人机系统总体设计
北理工223～250 第四版 １８６～２０２ 作业：以教室课桌和椅子设计为例，说 明人机系统设计的步骤（选）
空客 A380飞抵广州
•
广州为迎接A380座号准备
嫦娥一号
•
登月计划
•
天宫一号
0、总体设计的目标
• 人机设计是在人-机-环境系统中，按照系 统论的观点进行宜人设计 • 形成最佳的设计系统 • 满足人的要求
必然为向 井口转向
具有极位夹角抽油机的形成过程
关于游梁式抽油机 • 抽油机设计的其他问题 • 环境 • 结构 • 等问题
二、人机系统总体设计程序
• 制定人机系统设计与整体系统设计相协调的一 种设计方法 • A 、功能的分配与分析方法 • 分配给人的功能 • 分配给设备的功能，预测给人和设备的比例 • B、作业的要求 • C、作业分析 • 人与机器的协调等 • 子功能的分解和输入输出的在确定
• • • • • • • • • • 六、人机系统设计的效益的评价 从如下几个方面进行 作业效能的改善 ——机器、人、等的正确使用 降低培训费用 —标准的和自动的操作 汽车 改善人力资源的利用率 减少事故和人为错误 提高生产效率 提高满意程度
一、人机系统设计的概念
• • • • • • • 七、人机系统设计的参数 对人机工学的参数进行试验验证 设计是个性化的，是分散的，是有条件的 必须满足使用的条件 验证有心理和生理两大类 试验验证的参数
二、人机系统总体设计程序
•
二、人机系统总体设计程序
•
功能的分解与求解分析
二、人机系统总体设计程序
• • • • 二、系统定义 系统的输入和输出 系统的功能分配 系统的支持等
二、人机系统总体设计程序
• 三、初步设计 • 自行车防盗系统的功能设计 • 抽油机的功能设计 • 交通方案的初步设计 • 公交优先的设计 • 每条线路只有以路公交和立体换乘 站的设计
三、人机系统的总体设计方法
• 功能分解为作业 • 输入和输出
三、人机系统的总体设计方法
• 描述作业 • 作业流程
三、人机系统的总体设计方法
• 作业分析表
三、人机系统的总体设计方法
• 4、建立作业顺序
三、人机系统的总体设计方法
• 三、作业辅助 • 1.记忆辅助 • 2.作业步骤类 • 3、信息给出 • 提示 • 关系与关联信息 • 模拟信息 • 举例信息
二、人机系统总体设计程序
• • • • • • • 一、定义系统目标和作业要求 目标：抽象（一般） 具体的（数字） 系统作业要求 作什么、标准是什么、如何衡量 需要研究： 谁用、目前的情况、使用着的要求、确保实现 的要求
二、人机系统总体设计程序
• 解决一个工程设计问题的例子 • 》》自行车防盗问题 • 》》交通拥挤问题 • 例防止信用卡超支的银行取款系统，并能知 道余款数 • 需要作的工作： • 系统目标 • 系统作业要求 • 要求 限制 • 系统设计方案
发展为较大冲程， 目前达6米；冲 次可达2次
冲程继续增大 冲次继续降低 性能继续完善
研制有急回性 的抽油机，国 外叫TM或RM型， 国内叫节能型
1、换向 系统 关于游梁式抽油机
• 抽油机的主要组成部分和分类 抽油机主
要由四部 分组成
4、支撑 系统
3、动力 传动系统
2、平衡 系统
如果认为支撑系统是换向系统的一部 分，则可认为是由3部分组成
三、人机系统的总体设计方法
• • • • • • • 4、作业辅助设计 给出作业有关的指导性的说明和帮助 准确性 可靠性 结构性 简明性 完整性
三、人机系统的总体设计方法
• 从作业程序—到作业规范 • —设计的核心为建立以人为本、便于 操作的合理的系统四、人机系统设计实例••••
•
•
一、人机系统设计的概念
• 一、人机系统设计的重要性 • 以人为中心的设计—工业设计的设计观 “以人为本, 节约资源，和谐环境” • 中国设计观念的变化 • 》》改善人的工作环境，研究人的行为， 特别是在工作中的行为，提高人的工作 效率
一、人机系统设计的概念
• 从人机工学的角度，—人是系统中的人 • 产品—技术含量 • —人性化 • —复合人的习惯和节约的原则 • —贴近操作者的要求 • ————面向人的设计 • 》》世界著名公司的设计流程图
四、总体设计的评价
• • • • 一）评价方法 实验法 模拟装置法 实际运行测定法
四、总体设计的评价
• 编制检查表
四、总体设计的评价
•
四、总体设计的
•
四、总体设计的评价
•
五、人机工程学应用范例
• • • • 2、剩余分配原则 优先给机，剩余给人 3、经济分配原则 4、宜人分配原则 5、弹性分配原则——人自己选择参与系统的程度
三、人机系统的总体设计方法
• 功能的分配，应该考虑到： • 系统的效能、可靠性、成本 • 例：在宇宙航行中， 22% • 自动飞行 70% • 人参与的飞行 • 人承担的维修任务 93%
一、人机系统设计的概念
• 三、设计研究的对象 • 设计研究的内容：1、规范性方面—如何进 行设计，即：设计程序 • 2、描述性设计 即：如何完成设计 • 设计是对问题的求解 • 》问题的真实性考察—存在的条件，范围 等 • 》问题的定义：如何准确的对问题进行描述
一、人机系统设计的概念
• 一组问题的描述，将有不同的解决方法 • 》》》解决交通拥挤的设计 • 》》》解决老师上课时喝水的设计 • 》》》解决同学喝水和供应矿泉水的设计 • 》》》抽油机驴头的让位问题 • 》》》工业设计学生的就业问题 • 》》》如何扩大办学规模的问题
一、人机系统设计的概念
• 1、系统的概念 • 2、人机系统的组成 • 人—机两部分组成系统
一、人机系统的概念
• 2 、人机系统的组成
一、人机系统的概念
• 人机系统的关系
串联关系 —生产中的 无反馈控制 系统
并联关系 —生产中的 反馈控制单 元系统
混联关系 —生产中的 有反馈控制 多元系统
一、人机系统的概念
• 5、人机界面设计 • 示例：
三、人机系统的总体设计方法
有不同的分配原则， • 二、作业分析 满足系统的不同要 • 系统作业分析 求，难得需要复杂 判断的，分配给人， • 结构图 重复性劳动的，分 • 配给机器