第二講自動化制造系統(tǒng)人機一體化設(shè)計與評價

歐洲：Ergonomics人類工程學(xué)或工效學(xué)。

美國：HumanFactors;HumanFactorsEngineering人類因素學(xué)或人類因素工程學(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)；人機工程學(xué)；人類工效學(xué)；人機控制學(xué)；宜人學(xué)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(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1現(xiàn)在是1頁\一共有55頁\編輯于星期四國際人機工程學(xué)會（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(xué)科。2現(xiàn)在是2頁\一共有55頁\編輯于星期四《中國企業(yè)管理百科全書》將人機工程學(xué)定義為：研究人和機器、環(huán)境的相互作用及其合理結(jié)合，使設(shè)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。3現(xiàn)在是3頁\一共有55頁\編輯于星期四

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(jié)合的適度自動化制造系統(tǒng)。4現(xiàn)在是4頁\一共有55頁\編輯于星期四綜上所述可以認為：人機工程學(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，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(shè)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(xué)。因此，人機工程學(xué)可定義為：按照人的特性設(shè)計和改善人—機—環(huán)境系統(tǒng)的科學(xué)。5現(xiàn)在是5頁\一共有55頁\編輯于星期四（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(shè)施、設(shè)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(xué)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(gòu)成的系統(tǒng)，簡稱人—機系統(tǒng)。6現(xiàn)在是6頁\一共有55頁\編輯于星期四（2）人—機—環(huán)境之間的關(guān)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(xué)科邊界模糊；學(xué)科內(nèi)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(wù)：使機器的設(shè)計和環(huán)境條件的設(shè)計適應(yīng)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。7現(xiàn)在是7頁\一共有55頁\編輯于星期四什么樣的工作交給人去做比較合適

什么樣的工作應(yīng)由機器完成

人機的聯(lián)系是什么

人機一體化系統(tǒng)的工程內(nèi)涵8現(xiàn)在是8頁\一共有55頁\編輯于星期四人機一體化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)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9現(xiàn)在是9頁\一共有55頁\編輯于星期四一、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(nèi)臟器官）10現(xiàn)在是10頁\一共有55頁\編輯于星期四研究神經(jīng)系統(tǒng)的意義：1、神經(jīng)系統(tǒng)是機體的主導(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(nèi)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(diào)節(jié)各個系統(tǒng)的活動，從而使機體得以反應(yīng)多變的外環(huán)境，同時也調(diào)節(jié)著機體內(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活動也是通過神經(jīng)系統(tǒng)的活動來實現(xiàn)的。11現(xiàn)在是11頁\一共有55頁\編輯于星期四二、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(fù)雜心理活動的基礎(chǔ)和前提。感覺類型：視覺、聽覺、化學(xué)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(nèi)外環(huán)境的刺激，將其轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動，通過傳入神經(jīng)，將其傳至大腦皮質(zhì)感覺中樞，便產(chǎn)生了感覺。感覺12現(xiàn)在是12頁\一共有55頁\編輯于星期四知覺的定義：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(zhì)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(guān)系的綜合的整體的決策，這便是知覺。知覺13現(xiàn)在是13頁\一共有55頁\編輯于星期四感覺和知覺的關(guān)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(chǔ)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(xué)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(zhì)較多取決于刺激物的性質(zhì)，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。14現(xiàn)在是14頁\一共有55頁\編輯于星期四

設(shè)計方法和步驟狹義的人機一體化對制造系統(tǒng)物理設(shè)備本身人機界面進行設(shè)計，強調(diào)人機功能的合理分配，機器的操縱控制裝置宜人性設(shè)計，安全裝置設(shè)計、人機間的作業(yè)匹配設(shè)計，將人機關(guān)系設(shè)計的原理和參數(shù)體現(xiàn)在制造設(shè)備的物化界面上。廣義的人機一體化狹義的人機一體化+重點強調(diào)人、機器、職業(yè)健康、環(huán)保和社會因素構(gòu)成的大系統(tǒng)的總體協(xié)調(diào)與配合，如人機作業(yè)方式、作業(yè)人員的選擇、培訓(xùn)計劃、系統(tǒng)維修、作業(yè)輔助等設(shè)計步驟：p2715現(xiàn)在是15頁\一共有55頁\編輯于星期四7.1.1制造自動化技術(shù)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）

P31

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(shù)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(shè)計信息輸入信息處理信息輸出16現(xiàn)在是16頁\一共有55頁\編輯于星期四一、人體測量的基本知識FoudamentalsofAnthropometry

1、定義：人體測量學(xué)是一門用測量方法研究人體的體格特征的科學(xué)。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(shè)計和工程設(shè)計提供人體測量數(shù)據(jù)。（如圖2—1）17現(xiàn)在是17頁\一共有55頁\編輯于星期四立姿手工作業(yè)崗位手工作業(yè)崗位尺寸設(shè)計18現(xiàn)在是18頁\一共有55頁\編輯于星期四19現(xiàn)在是19頁\一共有55頁\編輯于星期四視覺信息作業(yè)崗位的人體尺寸20現(xiàn)在是20頁\一共有55頁\編輯于星期四一、人體測量學(xué)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(gòu)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）21現(xiàn)在是21頁\一共有55頁\編輯于星期四二、人體測量的基本術(shù)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(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，使兩足大致呈45角，體重均勻分布于兩足。見圖2—6。22現(xiàn)在是22頁\一共有55頁\編輯于星期四（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。見圖2—7。23現(xiàn)在是23頁\一共有55頁\編輯于星期四2、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(shè)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。24現(xiàn)在是24頁\一共有55頁\編輯于星期四3、測量方向(1)在人體上、下方向上，將上方稱為頭側(cè)端，將下方稱為足側(cè)端。(2)在人體左、右方向上，將靠近正中矢狀面的方向稱為內(nèi)側(cè)，將遠離正中矢狀面的方向稱為外側(cè)。25現(xiàn)在是25頁\一共有55頁\編輯于星期四3、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(cè)稱為撓側(cè)，將尺骨側(cè)稱為尺側(cè)。（5）對于下肢，將脛骨側(cè)稱為脛側(cè)，將腓骨側(cè)稱為腓側(cè)。26現(xiàn)在是26頁\一共有55頁\編輯于星期四4、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(yīng)是水平的、穩(wěn)固的、不可壓縮的。27現(xiàn)在是27頁\一共有55頁\編輯于星期四5、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）28現(xiàn)在是28頁\一共有55頁\編輯于星期四6、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。29現(xiàn)在是29頁\一共有55頁\編輯于星期四作業(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(shè)計時人體測量學(xué)數(shù)據(jù)運用30現(xiàn)在是30頁\一共有55頁\編輯于星期四近身作業(yè)空間坐姿近身作業(yè)空間31現(xiàn)在是31頁\一共有55頁\編輯于星期四站姿近身作業(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現(xiàn)在是32頁\一共有55頁\編輯于星期四腳作業(yè)空間33現(xiàn)在是33頁\一共有55頁\編輯于星期四受限空間34現(xiàn)在是34頁\一共有55頁\編輯于星期四通道空間35現(xiàn)在是35頁\一共有55頁\編輯于星期四人機界面設(shè)計36現(xiàn)在是36頁\一共有55頁\編輯于星期四信息顯示裝置機器和設(shè)備中，專門用來向人表達機器和設(shè)備的性能參數(shù)、運轉(zhuǎn)狀態(tài)、工作指令以及其它信息的裝置。特征能夠把機器設(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37現(xiàn)在是37頁\一共有55頁\編輯于星期四三種顯示方式傳遞的信息特征38現(xiàn)在是38頁\一共有55頁\編輯于星期四儀表顯示設(shè)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(diào)節(jié)用儀表39現(xiàn)在是39頁\一共有55頁\編輯于星期四表盤設(shè)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。40現(xiàn)在是40頁\一共有55頁\編輯于星期四三、刻度設(shè)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(guān)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41現(xiàn)在是41頁\一共有55頁\編輯于星期四4．刻度的標數(shù)儀表的刻度必須標上相應(yīng)的數(shù)字，才能使人更好地認讀。42現(xiàn)在是42頁\一共有55頁\編輯于星期四四、指針設(shè)計五、數(shù)碼和字符設(shè)計43現(xiàn)在是43頁\一共有55頁\編輯于星期四六、指針式儀表的顏色設(shè)計44現(xiàn)在是44頁\一共有55頁\編輯于星期四信號顯示設(shè)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(fù)合顯示45現(xiàn)在是45頁\一共有55頁\編輯于星期四熒光屏顯示設(shè)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(guān)系六、屏面七、視頻顯示器應(yīng)用新技術(shù)46現(xiàn)在是46頁\一共有55頁\編輯于星期四圖形符號設(shè)計47現(xiàn)在是47頁\一共有55頁\編輯于星期四48現(xiàn)在是48頁\一共有55頁\編輯于星期四聽覺傳示設(shè)計一、音響及報警裝置二、言語傳示裝置顯示裝置設(shè)計與選擇的