第二講自動(dòng)化制造系統(tǒng)人機(jī)一體化設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)

歐洲：Ergonomics人類(lèi)工程學(xué)或工效學(xué)。

美國(guó)：HumanFactors;HumanFactorsEngineering人類(lèi)因素學(xué)或人類(lèi)因素工程學(xué)。

其他：工程心理學(xué)（前蘇聯(lián)）；人間工學(xué)（日本）；人體工程學(xué)；人機(jī)工程學(xué)；人類(lèi)工效學(xué)；人機(jī)控制學(xué)；宜人學(xué)等。

自動(dòng)化制造系統(tǒng)，特別是柔性自動(dòng)化制造系統(tǒng)得出現(xiàn)和大量使用，導(dǎo)致使用者與制造系統(tǒng)間的關(guān)系發(fā)生了根本的變化，人們需要重新認(rèn)識(shí)人在自動(dòng)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(dòng)化的制造系統(tǒng)----人機(jī)一體化制造系統(tǒng)的概念：概念的由來(lái)1當(dāng)前1頁(yè)，總共55頁(yè)。國(guó)際人機(jī)工程學(xué)會(huì)（InternationalErgonomicsAssociation）：研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素，研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用，研究在工作中、生活中和休假時(shí)怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問(wèn)題的學(xué)科。2當(dāng)前2頁(yè)，總共55頁(yè)。《中國(guó)企業(yè)管理百科全書(shū)》將人機(jī)工程學(xué)定義為：研究人和機(jī)器、環(huán)境的相互作用及其合理結(jié)合，使設(shè)計(jì)的機(jī)器與環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理、心理等特點(diǎn)，達(dá)到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康和舒適的目的。3當(dāng)前3頁(yè)，總共55頁(yè)。

從自動(dòng)化制造的角度，所謂人機(jī)一體化制造系統(tǒng)，就是人與具有適度自動(dòng)化水平的制造裝備和控制系統(tǒng)共同組成的一個(gè)完整系統(tǒng)，各自執(zhí)行自己最擅長(zhǎng)的工作，人與機(jī)器（制造裝備）共同決策、共同作業(yè)，從而突破傳統(tǒng)自動(dòng)化制造系統(tǒng)將人排除在外的舊格局，形成新一代人機(jī)有機(jī)結(jié)合的適度自動(dòng)化制造系統(tǒng)。4當(dāng)前4頁(yè)，總共55頁(yè)。綜上所述可以認(rèn)為：人機(jī)工程學(xué)是以人的生理、心理特性為依據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，分析研究人與機(jī)械、人與環(huán)境以及機(jī)械與環(huán)境之間的相互作用，為設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)便省力、安全、舒適，人—機(jī)—環(huán)境的配合達(dá)到最佳狀態(tài)的工程系統(tǒng)提供理論和方法的科學(xué)。因此，人機(jī)工程學(xué)可定義為：按照人的特性設(shè)計(jì)和改善人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的科學(xué)。5當(dāng)前5頁(yè)，總共55頁(yè)。（1）人—機(jī)—環(huán)境的具體含義：人——指操作者或使用者；機(jī)——泛指人操作或使用的物，可以是機(jī)器。也可以是用具、工具或設(shè)施、設(shè)備等；環(huán)境——是指人、機(jī)所處的周?chē)h(huán)境，如作業(yè)場(chǎng)所和空間、物理化學(xué)環(huán)境和社會(huì)環(huán)境等；人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)——是指由共處于同一時(shí)間和空間的人與其所使用的機(jī)以及它們所處的周?chē)h(huán)境所構(gòu)成的系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)人—機(jī)系統(tǒng)。6當(dāng)前6頁(yè)，總共55頁(yè)。（2）人—機(jī)—環(huán)境之間的關(guān)系：相互依存；相互作用；相互制約。（3）人機(jī)一體化工程的特點(diǎn)：學(xué)科邊界模糊；學(xué)科內(nèi)容綜合性強(qiáng)；涉及面廣。（4）人機(jī)一體化工程的研究對(duì)象：人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的整體狀態(tài)和過(guò)程。（5）人機(jī)一體化工程的任務(wù)：使機(jī)器的設(shè)計(jì)和環(huán)境條件的設(shè)計(jì)適應(yīng)于人，以保證人的操作簡(jiǎn)便省力、迅速準(zhǔn)確、安全舒適，心情愉快，充分發(fā)揮人、機(jī)效能，使整個(gè)系統(tǒng)獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。7當(dāng)前7頁(yè)，總共55頁(yè)。什么樣的工作交給人去做比較合適

什么樣的工作應(yīng)由機(jī)器完成

人機(jī)的聯(lián)系是什么

人機(jī)一體化系統(tǒng)的工程內(nèi)涵8當(dāng)前8頁(yè)，總共55頁(yè)。人機(jī)一體化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)人機(jī)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(jī)器：微波、紅外線人類(lèi)：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(zhǔn)確性機(jī)主人輔人主機(jī)輔人機(jī)耦合交互協(xié)作取長(zhǎng)補(bǔ)短發(fā)揮優(yōu)勢(shì)9當(dāng)前9頁(yè)，總共55頁(yè)。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?chē)窠?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(jué)（傳入）神經(jīng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)（傳出）軀體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)（支配骨骼?。┲参镄陨窠?jīng)（支配內(nèi)臟器官）10當(dāng)前10頁(yè)，總共55頁(yè)。研究神經(jīng)系統(tǒng)的意義：1、神經(jīng)系統(tǒng)是機(jī)體的主導(dǎo)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(diào)節(jié)下，互相影響、互相協(xié)調(diào)，保證機(jī)體的整體統(tǒng)一及其與外界環(huán)境的相對(duì)平衡。在此過(guò)程中，首先是借助于感受器官接受體內(nèi)外環(huán)境的各種信息，通過(guò)腦和脊髓各級(jí)中樞神經(jīng)的整合，最后經(jīng)周?chē)窠?jīng)控制和調(diào)節(jié)各個(gè)系統(tǒng)的活動(dòng)，從而使機(jī)體得以反應(yīng)多變的外環(huán)境，同時(shí)也調(diào)節(jié)著機(jī)體內(nèi)環(huán)境的平衡。2、神經(jīng)系統(tǒng)是心理現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)：從心理學(xué)角度看，人的一切心理和意識(shí)活動(dòng)也是通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。11當(dāng)前11頁(yè)，總共55頁(yè)。二、感覺(jué)和知覺(jué)

PerceptionandConsciousness感覺(jué)定義：感覺(jué)是人腦對(duì)直接作用于感覺(jué)器官的事物個(gè)別屬性的反映，感覺(jué)是人們了解外部世界的渠道，也是一切復(fù)雜心理活動(dòng)的基礎(chǔ)和前提。感覺(jué)類(lèi)型：視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、化學(xué)感覺(jué)（嗅覺(jué)和味覺(jué)）、皮膚感覺(jué)、本體感覺(jué)等。本體感覺(jué)能告知操作者軀體正在進(jìn)行的動(dòng)作及其相對(duì)于環(huán)境和機(jī)器的位置；而其他感覺(jué)能將外部環(huán)境的信息傳遞給操作者。感覺(jué)的過(guò)程：人的感覺(jué)器官接受內(nèi)外環(huán)境的刺激，將其轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動(dòng)，通過(guò)傳入神經(jīng)，將其傳至大腦皮質(zhì)感覺(jué)中樞，便產(chǎn)生了感覺(jué)。感覺(jué)12當(dāng)前12頁(yè)，總共55頁(yè)。知覺(jué)的定義：知覺(jué)是在人腦對(duì)直接作用于感覺(jué)器官的客觀事物和主觀狀況整體的反映。知覺(jué)的過(guò)程：客觀事物的各種屬性分別作用于人的不同感覺(jué)器官，引起人的各種不同感覺(jué)，經(jīng)大腦皮質(zhì)聯(lián)合區(qū)對(duì)來(lái)自不同感覺(jué)器官的各種信息進(jìn)行綜合加工，于是在人的大腦中產(chǎn)生了對(duì)各種客觀事物的各種屬性、各個(gè)部分及其相互關(guān)系的綜合的整體的決策，這便是知覺(jué)。知覺(jué)13當(dāng)前13頁(yè)，總共55頁(yè)。感覺(jué)和知覺(jué)的關(guān)系和區(qū)別從知覺(jué)的過(guò)程得知，客觀事物是首先被感覺(jué)，然后才能進(jìn)一步被知覺(jué)，所以知覺(jué)是在感覺(jué)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，感覺(jué)的事物個(gè)別屬性越豐富、越精確，對(duì)事物的知覺(jué)也就越完整、越正確。感覺(jué)和知覺(jué)都是客觀事物直接作用于感覺(jué)器官而在大腦中產(chǎn)生對(duì)所作用的反映。在生活和生產(chǎn)活動(dòng)中，人都是以知覺(jué)的形式直接反映事物，而感覺(jué)只作為知覺(jué)的組成部分而存在于知覺(jué)之中，很少有孤立的感覺(jué)存在，在心理學(xué)中稱(chēng)為“感知覺(jué)”。感覺(jué)反映的是客觀事物的個(gè)別屬性，而知覺(jué)反映的是客觀事物的整體。感覺(jué)的性質(zhì)較多取決于刺激物的性質(zhì)，而知覺(jué)過(guò)程帶有意志成分，人的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、需要、動(dòng)機(jī)、興趣等因素直接影響知覺(jué)的過(guò)程。14當(dāng)前14頁(yè)，總共55頁(yè)。

設(shè)計(jì)方法和步驟狹義的人機(jī)一體化對(duì)制造系統(tǒng)物理設(shè)備本身人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)人機(jī)功能的合理分配，機(jī)器的操縱控制裝置宜人性設(shè)計(jì)，安全裝置設(shè)計(jì)、人機(jī)間的作業(yè)匹配設(shè)計(jì)，將人機(jī)關(guān)系設(shè)計(jì)的原理和參數(shù)體現(xiàn)在制造設(shè)備的物化界面上。廣義的人機(jī)一體化狹義的人機(jī)一體化+重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)人、機(jī)器、職業(yè)健康、環(huán)保和社會(huì)因素構(gòu)成的大系統(tǒng)的總體協(xié)調(diào)與配合，如人機(jī)作業(yè)方式、作業(yè)人員的選擇、培訓(xùn)計(jì)劃、系統(tǒng)維修、作業(yè)輔助等設(shè)計(jì)步驟：p2715當(dāng)前15頁(yè)，總共55頁(yè)。7.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式1、人機(jī)各自功能的比較（主要從感知、控制和執(zhí)行3個(gè)方面）

P31

2、人機(jī)功能分配

進(jìn)行人機(jī)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(huì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境，合理分配人機(jī)功能，以保證系統(tǒng)具有最有的人機(jī)界面和最佳的綜合效益。人機(jī)一體化總體設(shè)計(jì)信息輸入信息處理信息輸出16當(dāng)前16頁(yè)，總共55頁(yè)。一、人體測(cè)量的基本知識(shí)FoudamentalsofAnthropometry

1、定義：人體測(cè)量學(xué)是一門(mén)用測(cè)量方法研究人體的體格特征的科學(xué)。它是通過(guò)測(cè)量人體各部位尺寸來(lái)確定個(gè)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(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)提供人體測(cè)量數(shù)據(jù)。（如圖2—1）17當(dāng)前17頁(yè)，總共55頁(yè)。立姿手工作業(yè)崗位手工作業(yè)崗位尺寸設(shè)計(jì)18當(dāng)前18頁(yè)，總共55頁(yè)。19當(dāng)前19頁(yè)，總共55頁(yè)。視覺(jué)信息作業(yè)崗位的人體尺寸20當(dāng)前20頁(yè)，總共55頁(yè)。一、人體測(cè)量學(xué)的基本知識(shí)2、人體測(cè)量數(shù)據(jù)的種類(lèi)：類(lèi)型靜態(tài)尺寸動(dòng)態(tài)尺寸人體構(gòu)造上的尺寸人體功能上的尺寸（包括人在工作姿勢(shì)下或在某種操作活動(dòng)狀態(tài)下測(cè)量的尺寸）21當(dāng)前21頁(yè)，總共55頁(yè)。二、人體測(cè)量的基本術(shù)語(yǔ)TerminologyofAnthropometry1、被測(cè)者姿勢(shì)：（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(cè)，手指輕貼大腿側(cè)面，自然伸直，左、右足后跟并攏，前端分開(kāi)，使兩足大致呈45角，體重均勻分布于兩足。見(jiàn)圖2—6。22當(dāng)前22頁(yè)，總共55頁(yè)。（2）坐姿：

挺胸坐在被調(diào)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(jiàn)圖2—7。23當(dāng)前23頁(yè)，總共55頁(yè)。2、測(cè)量基準(zhǔn)面

人體基準(zhǔn)面的定位是由三個(gè)互為垂直的軸（鉛垂軸、縱軸和橫軸）來(lái)決定的。人體測(cè)量中設(shè)定的軸線和基準(zhǔn)面如圖。

矢狀面；正中矢狀面；冠狀面；水平面；眼耳平面。24當(dāng)前24頁(yè)，總共55頁(yè)。3、測(cè)量方向(1)在人體上、下方向上，將上方稱(chēng)為頭側(cè)端，將下方稱(chēng)為足側(cè)端。(2)在人體左、右方向上，將靠近正中矢狀面的方向稱(chēng)為內(nèi)側(cè)，將遠(yuǎn)離正中矢狀面的方向稱(chēng)為外側(cè)。25當(dāng)前25頁(yè)，總共55頁(yè)。3、測(cè)量方向(3)在四肢上，將靠近四肢附著部位的稱(chēng)為近位，將遠(yuǎn)離四肢附著部位的稱(chēng)為遠(yuǎn)位。（4）對(duì)于上肢，將撓骨側(cè)稱(chēng)為撓側(cè)，將尺骨側(cè)稱(chēng)為尺側(cè)。（5）對(duì)于下肢，將脛骨側(cè)稱(chēng)為脛側(cè)，將腓骨側(cè)稱(chēng)為腓側(cè)。26當(dāng)前26頁(yè)，總共55頁(yè)。4、支承面和衣著

立姿時(shí)站立的地面或平臺(tái)以及坐姿時(shí)的椅平面應(yīng)是水平的、穩(wěn)固的、不可壓縮的。27當(dāng)前27頁(yè)，總共55頁(yè)。5、基本測(cè)點(diǎn)及測(cè)量項(xiàng)目（GB3975—83）（GB3975—85測(cè)量方法）測(cè)點(diǎn)頭部測(cè)點(diǎn)（16個(gè)）軀干和四肢部位測(cè)點(diǎn)（22個(gè)）測(cè)量項(xiàng)目頭部測(cè)量項(xiàng)目（12項(xiàng)）軀干和四肢部位測(cè)量項(xiàng)目（69項(xiàng)）28當(dāng)前28頁(yè)，總共55頁(yè)。6、人體測(cè)量的主要儀器(1)人體測(cè)高儀:主要用來(lái)測(cè)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(cè)量用直角規(guī)：主要用來(lái)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的直線距離，特別適宜測(cè)量距離較短的不規(guī)則部位的寬度或直徑。如耳、臉、手、足。29當(dāng)前29頁(yè)，總共55頁(yè)。作業(yè)空間的人體尺度概念近身作業(yè)空間個(gè)體作業(yè)場(chǎng)所總體作業(yè)空間作業(yè)空間設(shè)計(jì)時(shí)人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)運(yùn)用30當(dāng)前30頁(yè)，總共55頁(yè)。近身作業(yè)空間坐姿近身作業(yè)空間31當(dāng)前31頁(yè)，總共55頁(yè)。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32當(dāng)前32頁(yè)，總共55頁(yè)。腳作業(yè)空間33當(dāng)前33頁(yè)，總共55頁(yè)。受限空間34當(dāng)前34頁(yè)，總共55頁(yè)。通道空間35當(dāng)前35頁(yè)，總共55頁(yè)。人機(jī)界面設(shè)計(jì)36當(dāng)前36頁(yè)，總共55頁(yè)。信息顯示裝置機(jī)器和設(shè)備中，專(zhuān)門(mén)用來(lái)向人表達(dá)機(jī)器和設(shè)備的性能參數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、工作指令以及其它信息的裝置。特征能夠把機(jī)器設(shè)備的有關(guān)信息以人能接收的形式顯示給人。按人接受信息的感覺(jué)通道不同，可將顯示裝置分為視覺(jué)顯示、聽(tīng)覺(jué)顯示和觸覺(jué)顯示。分類(lèi)37當(dāng)前37頁(yè)，總共55頁(yè)。三種顯示方式傳遞的信息特征38當(dāng)前38頁(yè)，總共55頁(yè)。儀表顯示設(shè)計(jì)儀表的類(lèi)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(diào)節(jié)用儀表39當(dāng)前39頁(yè)，總共55頁(yè)。表盤(pán)設(shè)計(jì)

儀表刻度盤(pán)形狀的選擇，主要根據(jù)顯示方式和人的視覺(jué)特性開(kāi)窗式、圓形式、半圓形式、水平直線式、垂直直線式儀表刻度盤(pán)的大小對(duì)儀表的認(rèn)讀速度和精度有很大影響。40當(dāng)前40頁(yè)，總共55頁(yè)。三、刻度設(shè)計(jì)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(gè)刻度等。2．刻度間距刻度間距指的是二個(gè)最小刻度標(biāo)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(guān)3．刻度標(biāo)記(或刻度線)每一刻度標(biāo)記代表一定的讀數(shù)單位41當(dāng)前41頁(yè)，總共55頁(yè)。4．刻度的標(biāo)數(shù)儀表的刻度必須標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)字，才能使人更好地認(rèn)讀。42當(dāng)前42頁(yè)，總共55頁(yè)。四、指針設(shè)計(jì)五、數(shù)碼和字符設(shè)計(jì)43當(dāng)前43頁(yè)，總共55頁(yè)。六、指針式儀表的顏色設(shè)計(jì)44當(dāng)前44頁(yè)，總共55頁(yè)。信號(hào)顯示設(shè)計(jì)一、信號(hào)顯示特征二、信號(hào)燈的視距和亮度三、信號(hào)燈的顏色四、閃光信號(hào)五、信號(hào)燈的形象和復(fù)合顯示45當(dāng)前45頁(yè)，總共55頁(yè)。熒光屏顯示設(shè)計(jì)一、熒光屏的顯示特征二、目標(biāo)的亮度、呈現(xiàn)時(shí)間和余輝三、目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度四、目標(biāo)的形狀、大小和顏色五、目標(biāo)與背景的關(guān)系六、屏面七、視頻顯示器應(yīng)用新技術(shù)46當(dāng)前46頁(yè)，總共55頁(yè)。圖形符號(hào)設(shè)計(jì)47當(dāng)前47頁(yè)，總共55頁(yè)。48當(dāng)前48頁(yè)，總共55頁(yè)。聽(tīng)覺(jué)傳示設(shè)計(jì)一、音響及報(bào)警裝置二、言語(yǔ)傳示裝