人因工程學(xué)系統(tǒng)分析

人因工程學(xué)系統(tǒng)分析第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三2.1人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的分類

1．簡(jiǎn)單人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)在這種系統(tǒng)中，1名或幾名操作人員操作1臺(tái)機(jī)器在特定環(huán)境中工作?，F(xiàn)行的汽車、火車、飛機(jī)等屬于這類系統(tǒng)。

2．復(fù)雜人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是，1名操作人員可以操作2臺(tái)以上的機(jī)器，或者是1臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器同時(shí)可以被幾名操作人員操作。目前，許多工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器的操作，如1名紡織工人操作10余臺(tái)織布機(jī)等，都類似于此。

3．廣義(或大規(guī)模)人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)

這類系統(tǒng)廣泛存在于各種生產(chǎn)部門。各生產(chǎn)部門的最高決策者通過一套指揮／控制系統(tǒng)，對(duì)下屬各基層單位的生產(chǎn)狀況實(shí)施統(tǒng)一的管理和調(diào)度，這是一種典型的廣義人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)。

第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三2.2系統(tǒng)分析的目的

對(duì)任何一個(gè)人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)來說，在滿足功能的前提條件下，還要滿足系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。隨著科技文化水平的提高，操作環(huán)境的舒適性也將成為重要指標(biāo)。第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三明確系統(tǒng)的效能或功能。在系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單、目的明確的情況下，系統(tǒng)所具備的效能能被詳細(xì)地描述；在大型系統(tǒng)或目的比較抽象的情況下，效能本身構(gòu)成復(fù)雜，對(duì)效能，的描述或表現(xiàn)并不容易。在明確效能的條件下，才能合理分配人和機(jī)的任務(wù)。近來國內(nèi)外盛行的對(duì)人—機(jī)界面的研究，則是從功效的角度對(duì)人機(jī)協(xié)同工作的協(xié)調(diào)。

系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性有2個(gè)含義。(1)對(duì)于一個(gè)廣泛意義下的系統(tǒng)來說，有系統(tǒng)的使用者和制造者之分。兩者都將獲得適當(dāng)利潤作為生存和再生產(chǎn)用。這是為了利潤而對(duì)經(jīng)濟(jì)性提出的要求，是資金面上的經(jīng)濟(jì)性問題。(2)為了評(píng)價(jià)系統(tǒng)，效率的評(píng)價(jià)尺度常使用金額，這被作為經(jīng)濟(jì)性來處理。

所謂經(jīng)濟(jì)，就是在滿足系統(tǒng)技術(shù)要求的前提下，盡可能投資最少，即保證系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性。第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)的安全性，是指不出現(xiàn)對(duì)人體的生理危害或傷害，并避免嚴(yán)重事故(如飛機(jī)失事)的發(fā)生。很顯然，在人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)中，作為系統(tǒng)主體的人可以說是最靈敏的，他能根據(jù)不同任務(wù)要求來完成各種作業(yè)。然而，他在系統(tǒng)中也是最脆弱的，尤其在各種特殊環(huán)境下，矛盾更為突出。因此，在考慮系統(tǒng)總體性能時(shí)，重視安全是理所當(dāng)然的，這也是人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)與其他工程系統(tǒng)存在顯著差異之處。為了確保安全，不僅要研究產(chǎn)生不安全的因素及采取預(yù)防措施，而且要探索不安全的潛在危險(xiǎn)，力爭(zhēng)把事故消滅在萌芽狀態(tài)。然而，建立人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的目的，并不單純?yōu)榱税踩?，更重要的是使整個(gè)系統(tǒng)能高效率地進(jìn)行工作。舒適性，是指以人為本，滿足人的生理和心理要求，使人處于最佳的工作環(huán)境狀態(tài)。環(huán)境物質(zhì)條件的不完善對(duì)人的生理和心理影響必將影響到工效。

所以，從功能、經(jīng)濟(jì)、安全、舒適這4個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行研究，才能比較全面衡量任何一個(gè)人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的優(yōu)劣，這正是系統(tǒng)分析應(yīng)該達(dá)到的目的。

第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三2.3系統(tǒng)功能分配及評(píng)價(jià)人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要遵循以下過程：

(1)進(jìn)行人、機(jī)功能分配；

(2)進(jìn)行人、機(jī)組合；

(3)設(shè)計(jì)人—機(jī)界面和作業(yè)工具等；

(4)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，在不滿足系統(tǒng)要求情況下重返過程(1)；

(5)系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)。第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三一、根據(jù)人、機(jī)的各自特點(diǎn)，合理分配人、機(jī)功能無論機(jī)械設(shè)備的性能有多先進(jìn)，都需要人來進(jìn)行直接和間接的操縱和管理。即使是全自動(dòng)控制系統(tǒng)，它也只能進(jìn)行正常情況下的操縱；

在人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮人的作業(yè)能力對(duì)系統(tǒng)效率的影響，使人、機(jī)之間進(jìn)行最佳匹配。

為了做到這一點(diǎn)，在目的和條件(必要條件、制約條件、環(huán)境條件等)明確的情況下，必須要找出人、機(jī)之間的特點(diǎn)和界限，以此作為合理的人、機(jī)功能分配的依據(jù)。表2．1列出了人與機(jī)械的特點(diǎn)和界限的比較。第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三二、系統(tǒng)評(píng)價(jià)

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)是確保系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全、適用的關(guān)鍵。

為了進(jìn)行評(píng)價(jià)要先建立系統(tǒng)模型，用模型來表示作業(yè)對(duì)象、使用的機(jī)具和材料及環(huán)境條件等。第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三2.4經(jīng)濟(jì)性、可靠性及安全性分析一．經(jīng)濟(jì)性分析(1)生產(chǎn)費(fèi)用；(2)運(yùn)行、管理和維護(hù)費(fèi)用；(3)訓(xùn)練費(fèi)用。

經(jīng)濟(jì)性與安全性是一對(duì)矛盾的組合，要視系統(tǒng)內(nèi)容區(qū)別對(duì)待。

第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)計(jì)和建立人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)是要保證整個(gè)系統(tǒng)的工作性能最佳。這里所指的最佳有兩個(gè)含義：一是系統(tǒng)的工作效果要佳；二是人的工作負(fù)荷要適度。

所謂工作效果，是指工作速度、運(yùn)行精度及運(yùn)行可靠性等的好壞；所謂工作負(fù)荷，是指人完成任務(wù)所承受的工作負(fù)荷和工作壓力，以及人所付出的努力或注意力大小，如操作輕松或操作緊張，是否易于疲勞等等。

第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三為了提高系統(tǒng)工作效率，應(yīng)從以下5個(gè)方面著手：

1根據(jù)人、機(jī)的各自特點(diǎn)，合理分配人、機(jī)功能，這對(duì)系統(tǒng)效率的提高影響極大。2人—機(jī)界面的合理設(shè)計(jì)。3通過選拔和訓(xùn)練，提高人的工作能力，這對(duì)系統(tǒng)工作效率的提高影響極大。4在機(jī)器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量改善它的可操作性，使其符合人的要求。5確定適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件。

第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三二．

可靠性與安全性分析

可靠性是系統(tǒng)、零件和部件等在規(guī)定的條件下具有規(guī)定的機(jī)能的概率所表現(xiàn)出的特性。該概率被定義為可靠度。可靠性是定性的表現(xiàn)，可靠度是用概率所定義的可靠性的量化值。安全性是指不發(fā)生人員的傷亡或不引起機(jī)器、設(shè)備、器材的損傷。

第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三

1．可靠性的基礎(chǔ)理論

對(duì)某一討論的對(duì)象，設(shè)時(shí)刻t發(fā)生的累積故障率或不可靠度為F(t)，則

F(t)=nf(t)／n0

式中，n0為所討論對(duì)象的總數(shù)；nf(t)為到時(shí)刻t為止發(fā)生故障的個(gè)數(shù)。

2.系統(tǒng)的可靠性

設(shè)一項(xiàng)工作由很多工序組成，每一工序有其失誤概率，可靠度則可看成是總的失誤概率的函數(shù)，即可靠度＝1一總的失誤概率。人機(jī)系統(tǒng)的可靠性取決于人的可靠性和機(jī)的可靠性。

設(shè)人的可靠度為RH，機(jī)的可靠度為RM，系統(tǒng)的可靠度則為RS＝RHRM第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三3．人為失誤由于人的操作錯(cuò)誤(或稱人為失誤)造成系統(tǒng)的功能失靈，甚至危及人的生命安全，往往不被人們所認(rèn)識(shí)，或者沒有引起足夠的重視。

人為失誤與大腦的意識(shí)水準(zhǔn)有關(guān)，大腦的意識(shí)水準(zhǔn)可分為5個(gè)層次：

(1)第0層次，無意識(shí)或神志喪失，表現(xiàn)為注意力為零，即在睡眠狀態(tài)；

(2)第1層次，意識(shí)異常，注意遲鈍，表現(xiàn)為人處在疲勞狀態(tài)，可靠度在0.9以下；

(3)第2層次，正常意識(shí)的意識(shí)松弛階段，表現(xiàn)為人在安靜或休息，或進(jìn)行一般性作業(yè)的狀態(tài)，可靠度在0.99以上；

(4)第3層次，正常意識(shí)的意識(shí)清醒階段，表現(xiàn)為人在積極活動(dòng)狀態(tài)，可靠度在0.99999以上；

(5)第4層次，超常意識(shí)，意識(shí)極度興奮激動(dòng)階段，表現(xiàn)為人在緊急防衛(wèi)反應(yīng)時(shí)的恐慌和緊張等，可靠度在0．9以下。第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三人的行動(dòng)可以分為以下5個(gè)階段：

(1)發(fā)現(xiàn)事物或信號(hào)；(2)分辨信號(hào)；(3)解釋信號(hào)的含義；

(4)判斷系統(tǒng)的狀態(tài)；(5)最后作出行動(dòng)決策。第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三2.5系統(tǒng)分析的基本步驟綜合評(píng)定值

Q＝a*安全+b*經(jīng)濟(jì)+c*舒適式中a,b和c分別為對(duì)各指標(biāo)的加權(quán)系數(shù)，并有a+b+c＝1加權(quán)系數(shù)的選擇取決于3種因素：(1)國家的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，例如，當(dāng)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱時(shí)，‘取較小值，反之應(yīng)取較大值；(2)人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的種類，例如，飛機(jī)與船舶相比，其安全性要求更高，故a可取較大值，而船舶可取較小值；(3)人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的工作狀態(tài)，例如，載人飛船，其上升段由于不要求做更多的工作,b可取較小值，但在軌道段，人的工作顯得很重要，b應(yīng)取較大值。第18頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三綜上所述，人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)工程著重強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)分析方法，使人們?cè)谠O(shè)計(jì)和建立任何一個(gè)人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)時(shí)，從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)、從定性走向定量、從不精確走向精確。這不僅可避免工程技術(shù)上的大量返工和經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，而且可以大大加速人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制進(jìn)程。系統(tǒng)分析的任務(wù)是如何實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、環(huán)境三要素的最優(yōu)組合。顯然，對(duì)任何一個(gè)系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的總體性能不僅取決于各組成要素的單獨(dú)性能，更重要的是取決于各要素的關(guān)聯(lián)形式，即信息的傳遞、加工和控制方式。人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)工程的最大特色在于：它在認(rèn)真研究人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素本身性能的