自動化制造系統(tǒng)人機一體化設計與評價

關于自動化制造系統(tǒng)人機一體化設計與評價第1頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六2

歐洲：Ergonomics人類工程學或工效學。

美國：HumanFactors;HumanFactorsEngineering人類因素學或人類因素工程學。

其他：工程心理學（前蘇聯(lián)）；人間工學（日本）；人體工程學；人機工程學；人類工效學；人機控制學；宜人學等。

自動化制造系統(tǒng)，特別是柔性自動化制造系統(tǒng)得出現(xiàn)和大量使用，導致使用者與制造系統(tǒng)間的關系發(fā)生了根本的變化，人們需要重新認識人在自動化制造系統(tǒng)中的重要地位和作用，由此提出了發(fā)展適度自動化的制造系統(tǒng)----人機一體化制造系統(tǒng)的概念：概念的由來第2頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六3國際人機工程學會（InternationalErgonomicsAssociation）：研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學、生理學和心理學等方面的因素，研究人和機器及環(huán)境的相互作用，研究在工作中、生活中和休假時怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學科。第3頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六4《中國企業(yè)管理百科全書》將人機工程學定義為：研究人和機器、環(huán)境的相互作用及其合理結合，使設計的機器與環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理、心理等特點，達到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康和舒適的目的。第4頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六5

從自動化制造的角度，所謂人機一體化制造系統(tǒng)，就是人與具有適度自動化水平的制造裝備和控制系統(tǒng)共同組成的一個完整系統(tǒng)，各自執(zhí)行自己最擅長的工作，人與機器（制造裝備）共同決策、共同作業(yè)，從而突破傳統(tǒng)自動化制造系統(tǒng)將人排除在外的舊格局，形成新一代人機有機結合的適度自動化制造系統(tǒng)。第5頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六6綜上所述可以認為：人機工程學是以人的生理、心理特性為依據(jù)，應用系統(tǒng)工程的觀點，分析研究人與機械、人與環(huán)境以及機械與環(huán)境之間的相互作用，為設計操作簡便省力、安全、舒適，人—機—環(huán)境的配合達到最佳狀態(tài)的工程系統(tǒng)提供理論和方法的科學。因此，人機工程學可定義為：按照人的特性設計和改善人—機—環(huán)境系統(tǒng)的科學。第6頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六7（1）人—機—環(huán)境的具體含義：人——指操作者或使用者；機——泛指人操作或使用的物，可以是機器。也可以是用具、工具或設施、設備等；環(huán)境——是指人、機所處的周圍環(huán)境，如作業(yè)場所和空間、物理化學環(huán)境和社會環(huán)境等；人—機—環(huán)境系統(tǒng)——是指由共處于同一時間和空間的人與其所使用的機以及它們所處的周圍環(huán)境所構成的系統(tǒng)，簡稱人—機系統(tǒng)。第7頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六8（2）人—機—環(huán)境之間的關系：相互依存；相互作用；相互制約。（3）人機一體化工程的特點：學科邊界模糊；學科內容綜合性強；涉及面廣。（4）人機一體化工程的研究對象：人—機—環(huán)境系統(tǒng)的整體狀態(tài)和過程。（5）人機一體化工程的任務：使機器的設計和環(huán)境條件的設計適應于人，以保證人的操作簡便省力、迅速準確、安全舒適，心情愉快，充分發(fā)揮人、機效能，使整個系統(tǒng)獲得最佳經(jīng)濟效益和社會效益。第8頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六9什么樣的工作交給人去做比較合適

什么樣的工作應由機器完成

人機的聯(lián)系是什么

人機一體化系統(tǒng)的工程內涵第9頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六10人機一體化系統(tǒng)的總體結構人機一體化系統(tǒng)的工作層面（p25）感知和信息交互層面控制層面執(zhí)行層面機器：微波、紅外線人類：自身創(chuàng)造性思維+模糊綜合判斷決策能力提高系統(tǒng)感知的全面性、可靠性、準確性機主人輔人主機輔人機耦合交互協(xié)作取長補短發(fā)揮優(yōu)勢第10頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六11一、神經(jīng)系統(tǒng)的組成及其功能

CompositionofNevousSystemandFunction神經(jīng)系統(tǒng)中樞神經(jīng)周圍神經(jīng)腦：延髓；腦髓；中腦；間腦；小腦；大腦脊髓按解剖分腦神經(jīng)；脊神經(jīng)按功能分感覺（傳入）神經(jīng)運動神經(jīng)（傳出）軀體運動神經(jīng)（支配骨骼肌）植物性神經(jīng)（支配內臟器官）第11頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六12研究神經(jīng)系統(tǒng)的意義：1、神經(jīng)系統(tǒng)是機體的主導系統(tǒng)：全身各器官、系統(tǒng)均在神經(jīng)系統(tǒng)的統(tǒng)一控制和調節(jié)下，互相影響、互相協(xié)調，保證機體的整體統(tǒng)一及其與外界環(huán)境的相對平衡。在此過程中，首先是借助于感受器官接受體內外環(huán)境的各種信息，通過腦和脊髓各級中樞神經(jīng)的整合，最后經(jīng)周圍神經(jīng)控制和調節(jié)各個系統(tǒng)的活動，從而使機體得以反應多變的外環(huán)境，同時也調節(jié)著機體內環(huán)境的平衡。2、神經(jīng)系統(tǒng)是心理現(xiàn)象的物質基礎：從心理學角度看，人的一切心理和意識活動也是通過神經(jīng)系統(tǒng)的活動來實現(xiàn)的。第12頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六13二、感覺和知覺

PerceptionandConsciousness感覺定義：感覺是人腦對直接作用于感覺器官的事物個別屬性的反映，感覺是人們了解外部世界的渠道，也是一切復雜心理活動的基礎和前提。感覺類型：視覺、聽覺、化學感覺（嗅覺和味覺）、皮膚感覺、本體感覺等。本體感覺能告知操作者軀體正在進行的動作及其相對于環(huán)境和機器的位置；而其他感覺能將外部環(huán)境的信息傳遞給操作者。感覺的過程：人的感覺器官接受內外環(huán)境的刺激，將其轉化為神經(jīng)沖動，通過傳入神經(jīng)，將其傳至大腦皮質感覺中樞，便產(chǎn)生了感覺。感覺第13頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六14知覺的定義：知覺是在人腦對直接作用于感覺器官的客觀事物和主觀狀況整體的反映。知覺的過程：客觀事物的各種屬性分別作用于人的不同感覺器官，引起人的各種不同感覺，經(jīng)大腦皮質聯(lián)合區(qū)對來自不同感覺器官的各種信息進行綜合加工，于是在人的大腦中產(chǎn)生了對各種客觀事物的各種屬性、各個部分及其相互關系的綜合的整體的決策，這便是知覺。知覺第14頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六15感覺和知覺的關系和區(qū)別從知覺的過程得知，客觀事物是首先被感覺，然后才能進一步被知覺，所以知覺是在感覺的基礎上產(chǎn)生的，感覺的事物個別屬性越豐富、越精確，對事物的知覺也就越完整、越正確。感覺和知覺都是客觀事物直接作用于感覺器官而在大腦中產(chǎn)生對所作用的反映。在生活和生產(chǎn)活動中，人都是以知覺的形式直接反映事物，而感覺只作為知覺的組成部分而存在于知覺之中，很少有孤立的感覺存在，在心理學中稱為“感知覺”。感覺反映的是客觀事物的個別屬性，而知覺反映的是客觀事物的整體。感覺的性質較多取決于刺激物的性質，而知覺過程帶有意志成分，人的知識、經(jīng)驗、需要、動機、興趣等因素直接影響知覺的過程。第15頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六16

設計方法和步驟狹義的人機一體化

對制造系統(tǒng)物理設備本身人機界面進行設計，強調人機功能的合理分配，機器的操縱控制裝置宜人性設計，安全裝置設計、人機間的作業(yè)匹配設計，將人機關系設計的原理和參數(shù)體現(xiàn)在制造設備的物化界面上。廣義的人機一體化

狹義的人機一體化+重點強調人、機器、職業(yè)健康、環(huán)保和社會因素構成的大系統(tǒng)的總體協(xié)調與配合，如人機作業(yè)方式、作業(yè)人員的選擇、培訓計劃、系統(tǒng)維修、作業(yè)輔助等設計步驟：p27第16頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六177.1.1制造自動化技術的主要形式1、人機各自功能的比較（主要從感知、控制和執(zhí)行3個方面）

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2、人機功能分配

進行人機功能分配的目的，是根據(jù)系統(tǒng)的功能需求和特定的社會技術經(jīng)濟環(huán)境，合理分配人機功能，以保證系統(tǒng)具有最有的人機界面和最佳的綜合效益。人機一體化總體設計信息輸入信息處理信息輸出第17頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六18一、人體測量的基本知識FoudamentalsofAnthropometry

1、定義：人體測量學是一門用測量方法研究人體的體格特征的科學。它是通過測量人體各部位尺寸來確定個體之間和群體之間在人體尺寸上的差別，用以研究人的形態(tài)特征，從而為各種工業(yè)設計和工程設計提供人體測量數(shù)據(jù)。（如圖2—1）第18頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六19立姿手工作業(yè)崗位手工作業(yè)崗位尺寸設計第19頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六20第20頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六21視覺信息作業(yè)崗位的人體尺寸第21頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六22一、人體測量學的基本知識2、人體測量數(shù)據(jù)的種類：類型靜態(tài)尺寸動態(tài)尺寸人體構造上的尺寸人體功能上的尺寸（包括人在工作姿勢下或在某種操作活動狀態(tài)下測量的尺寸）第22頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六23二、人體測量的基本術語TerminologyofAnthropometry1、被測者姿勢：（1）立姿：

挺胸直立，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向體側，手指輕貼大腿側面，自然伸直，左、右足后跟并攏，前端分開，使兩足大致呈45角，體重均勻分布于兩足。見圖2—6。第23頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六24（2）坐姿：

挺胸坐在被調節(jié)到腓骨頭高度的平面上，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，左右大腿大致平行，膝彎曲大致成直角，足平放在地面上，手輕放在大腿上。見圖2—7。第24頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六252、測量基準面

人體基準面的定位是由三個互為垂直的軸（鉛垂軸、縱軸和橫軸）來決定的。人體測量中設定的軸線和基準面如圖。

矢狀面；正中矢狀面；冠狀面；水平面；眼耳平面。第25頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六263、測量方向(1)在人體上、下方向上，將上方稱為頭側端，將下方稱為足側端。(2)在人體左、右方向上，將靠近正中矢狀面的方向稱為內側，將遠離正中矢狀面的方向稱為外側。第26頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六273、測量方向

(3)在四肢上，將靠近四肢附著部位的稱為近位，將遠離四肢附著部位的稱為遠位。（4）對于上肢，將撓骨側稱為撓側，將尺骨側稱為尺側。（5）對于下肢，將脛骨側稱為脛側，將腓骨側稱為腓側。第27頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六284、支承面和衣著

立姿時站立的地面或平臺以及坐姿時的椅平面應是水平的、穩(wěn)固的、不可壓縮的。第28頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六295、基本測點及測量項目（GB3975—83）（GB3975—85測量方法）測點頭部測點（16個）軀干和四肢部位測點（22個）測量項目頭部測量項目（12項）軀干和四肢部位測量項目（69項）第29頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六306、人體測量的主要儀器(1)人體測高儀:

主要用來測量身高、坐高、立姿和坐姿的眼高以及伸手向上所及的高度等立姿和坐姿的人體各部位高度尺寸。

（2）人體測量用直角規(guī)：主要用來測量兩點間的直線距離，特別適宜測量距離較短的不規(guī)則部位的寬度或直徑。如耳、臉、手、足。第30頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六31作業(yè)空間的人體尺度概念近身作業(yè)空間個體作業(yè)場所總體作業(yè)空間作業(yè)空間設計時人體測量學數(shù)據(jù)運用第31頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六32近身作業(yè)空間坐姿近身作業(yè)空間第32頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六33站姿近身作業(yè)空間站姿單臂作業(yè)近身空間站姿雙臂作業(yè)近身空間第33頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六34腳作業(yè)空間第34頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六35受限空間第35頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六36通道空間第36頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六37人機界面設計第37頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六38信息顯示裝置

機器和設備中，專門用來向人表達機器和設備的性能參數(shù)、運轉狀態(tài)、工作指令以及其它信息的裝置。特征

能夠把機器設備的有關信息以人能接收的形式顯示給人。

按人接受信息的感覺通道不同，可將顯示裝置分為視覺顯示、聽覺顯示和觸覺顯示。分類第38頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六39三種顯示方式傳遞的信息特征第39頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六40儀表顯示設計儀表的類型數(shù)字式顯示儀表刻度指針式儀表讀數(shù)用儀表檢查用儀表警戒用儀表追蹤用儀表調節(jié)用儀表第40頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六41表盤設計

儀表刻度盤形狀的選擇，主要根據(jù)顯示方式和人的視覺特性

開窗式、圓形式、半圓形式、水平直線式、垂直直線式

儀表刻度盤的大小對儀表的認讀速度和精度有很大影響。第41頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六42三、刻度設計1、量表的劃分量表的劃分指的是儀表刻度所指示的具體數(shù)值的劃分，如大刻度指示多少數(shù)值，小刻度指示多少數(shù)值．以反分多少個刻度等。2．刻度間距刻度間距指的是二個最小刻度標記(或刻度線)之間的間隔距離，它與人眼的分辨能力和視距有關3．刻度標記(或刻度線)

每一刻度標記代表一定的讀數(shù)單位第42頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六434．刻度的標數(shù)儀表的刻度必須標上相應的數(shù)字，才能使人更好地認讀。第43頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六44四、指針設計五、數(shù)碼和字符設計第44頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六45六、指針式儀表的顏色設計第45頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六46信號顯示設計一、信號顯示特征二、信號燈的視距和亮度三、信號燈的顏色四、閃光信號五、信號燈的形象和復合顯示第46頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六47熒光屏顯示設計一、熒光屏的顯示特征二、目標的亮度、呈現(xiàn)時間和余輝三、目標的運動速度四、目標的形狀、大小和顏色五、目標與背景的關系六、屏面七、視頻顯示器應用新技術第47頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六48圖形符號設計第48頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六49第49頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六50聽覺傳示設計一、音響及報警裝置二、言語傳示裝置顯示裝置設計與選擇的人機工程學原則一、視覺顯示裝置的觀察方式第50頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六51二、儀表的選擇原則和總體布置第51頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六52三、儀表的排列方式和零點位置四、熒光屏面的總體設計第52頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六53五、信號燈的位置設計六、聽覺傳示裝置的選擇原理第53頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六54§2.3自動化制造系統(tǒng)的人機一體化運行與維護第54頁，共59頁，2022年，5月20日，2點59分，星期六55§2.3自動化制造系統(tǒng)的人機一體化運行與維護自動化制造系統(tǒng)的運行機制：切削加工、生產(chǎn)調度、工件及刀具儲運、換刀、托盤交換、排屑等；執(zhí)