第二章-自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)

1、第二章 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià),第一節(jié)：自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化基本概念 第二節(jié)：自動(dòng)化制造系統(tǒng)人機(jī)一體化總體設(shè)計(jì) 第三節(jié)：自動(dòng)化制造系統(tǒng)人機(jī)一體化運(yùn)行與維護(hù) 第四節(jié)：自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人機(jī)工程評(píng)價(jià),第一節(jié) 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化基本概念,一、人機(jī)一體化制造系統(tǒng)的定義,20世紀(jì)80年代以來(lái)，AMS成為投資熱點(diǎn)； 早期，無(wú)人工廠； 德國(guó)工程師協(xié)會(huì)，1990年，CIMS調(diào)查：30%來(lái)自“企業(yè)文化” 美國(guó)AMRC和Yankee，1990年4月，CIMS調(diào)查：CIMS障礙70%來(lái)自人 日本，1991年，豐田汽車公司，高度自動(dòng)化裝配廠 20世紀(jì)90年代中期，提出并形成人機(jī)一體化，發(fā)

2、展適度自動(dòng)化制造系統(tǒng)的新思想。 定義：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)。,二、自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化總體結(jié)構(gòu),三個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)一體化 感知層面上的人機(jī)聯(lián)合 感知層面=人的五官+機(jī)器的信息顯示系統(tǒng) 控制層面上采用人機(jī)共同決策 人+機(jī)器智能決策系統(tǒng)=人機(jī)聯(lián)合決策控制 三種策略：機(jī)主人輔；人主機(jī)輔；人機(jī)耦合 執(zhí)行層面上人機(jī)交互協(xié)作、取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì),三、自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體

3、化的設(shè)計(jì)方法和主要步驟,主要步驟 定義系統(tǒng)目標(biāo)和作業(yè)要求 系統(tǒng)作業(yè)要求包括的三個(gè)方面內(nèi)容： 要自動(dòng)化制造系統(tǒng)做什么？ 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是什么？ 如何進(jìn)行度量？,主要步驟 定義系統(tǒng)目標(biāo)和作業(yè)要求 逐步細(xì)化和完善人機(jī)一體化設(shè)計(jì)工作，應(yīng)從以下方面考慮： 制造系統(tǒng)加工對(duì)象、未來(lái)的使用者和運(yùn)行環(huán)境 目前同類制造系統(tǒng)的使用和操作方法 使用者的作業(yè)需求 確保制造系統(tǒng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)人對(duì)制造系統(tǒng)和環(huán)境的要求，及制造系統(tǒng)和環(huán)境對(duì)人的要求,系統(tǒng)定義 設(shè)計(jì)者與決策層人員一起做出重要決策（目標(biāo)概念方案） 定義系統(tǒng)的輸入、處理功能和輸出,三、自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化的設(shè)計(jì)方法和主要步驟,系統(tǒng)設(shè)計(jì) 功能分配 作業(yè)要求研

4、究 作業(yè)分析與設(shè)計(jì),三、自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化的設(shè)計(jì)方法和主要步驟,人機(jī)界面設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體布置與人的作業(yè)空間設(shè)計(jì) 信息交互中的人機(jī)界面設(shè)計(jì) 物料流處理中人機(jī)界面設(shè)計(jì) 系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中的人機(jī)界面設(shè)計(jì),三、自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化的設(shè)計(jì)方法和主要步驟,作業(yè)輔助設(shè)計(jì) 適合制造系統(tǒng)特定要求的人員選擇 制造系統(tǒng)操作人員的技能培訓(xùn) 其他輔助作業(yè)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)檢驗(yàn)和評(píng)價(jià),三、自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化的設(shè)計(jì)方法和主要步驟,第二節(jié) 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化總體設(shè)計(jì),一、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中人機(jī)功能特征比較,人類感知與機(jī)器感知的比較 人類思維和機(jī)器思維的比較 人與機(jī)器執(zhí)行能力的比較,二、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中人機(jī)功能分

5、配,人機(jī)功能分配作為人機(jī)一體化系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)的第一步，其過(guò)程是先根據(jù)系統(tǒng)的使用對(duì)象和加工范圍，定義系統(tǒng)的基本功能，并按主要功能和子功能兩個(gè)層次進(jìn)行分解，然后根據(jù)人和機(jī)器的功能特征進(jìn)行分配，并使已分配給任何機(jī)器的功能關(guān)系協(xié)調(diào)。,三、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計(jì),（一）基本概念 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的作業(yè)空間是指制造系統(tǒng)中各種制造設(shè)備本身及各種操作人員所占用的空間，包括加工設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、工件及刀具存儲(chǔ)、工具箱等所占空間以及作業(yè)人員操作空間、行走空間、檢修空間、休息空間的總和。,三、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計(jì),（二）人體測(cè)量數(shù)據(jù)及取用原則 原則和步驟： 1）確定對(duì)于設(shè)計(jì)至關(guān)重要的人體尺寸 2）確定設(shè)

6、計(jì)對(duì)象的使用者群體，以決定必須考慮的尺寸范圍 3）確定數(shù)據(jù)運(yùn)用準(zhǔn)則 4）查找與定位群體特征相符合的人體測(cè)量數(shù)據(jù)表，選擇有關(guān)的數(shù)據(jù)值 5）建議盡可能使用近期測(cè)得的數(shù)據(jù) 6）考慮人體測(cè)量數(shù)據(jù)的著裝影響,三、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計(jì),（三）操作空間設(shè)計(jì) 坐姿操作空間 站姿操作范圍 下肢及腳的操作范圍,三、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計(jì),（四）加工設(shè)備的布置于作業(yè)空間設(shè)計(jì) 機(jī)器設(shè)備的平面排列布置 縱向排列布置 橫向排列布置 斜向排列布置 機(jī)器設(shè)備的高度布置,四、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計(jì)的仿真評(píng)價(jià),四、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計(jì)的仿真評(píng)價(jià),五、自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì),（一）信息流處理中的人

7、機(jī)界面設(shè)計(jì) 視覺(jué)顯示裝置的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 語(yǔ)音顯示裝置設(shè)計(jì) 語(yǔ)音的清晰度 語(yǔ)音的強(qiáng)度 噪聲環(huán)境中的語(yǔ)音通信 操縱控制臺(tái)的人機(jī)工程設(shè)計(jì) 操縱裝置的人機(jī)工程設(shè)計(jì),五、自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì),（二）物料流處理中的人機(jī)界面設(shè)計(jì) （三）系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中的人機(jī)界面設(shè)計(jì),六、自動(dòng)化制造系統(tǒng)的作業(yè)人員崗位設(shè)置與技能培訓(xùn),自動(dòng)化制造系統(tǒng)工作崗位人員： 系統(tǒng)管理人員 信息系統(tǒng)硬、軟件技術(shù)人員 機(jī)械和液壓技術(shù)人員 刀具調(diào)整人員 夾具裝調(diào)工 工件裝卸工 巡視人員 其他人員,第三節(jié) 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化運(yùn)行與維護(hù),一、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中的人機(jī)一體化運(yùn)行機(jī)制,人機(jī)交互界面作為一個(gè)獨(dú)立的、重要的研究領(lǐng)域受到了世界各計(jì)

8、算機(jī)廠家的 關(guān)注。并成為90年代計(jì)算機(jī)行業(yè)的又一競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域。從計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程來(lái)看， 人機(jī)交互界面技術(shù)還引導(dǎo)了相關(guān)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，是新一代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)取得成 功的保證。 80年代已來(lái)，計(jì)算機(jī)的軟件和硬件技術(shù)取得了較大的發(fā)展，同時(shí)，計(jì)算機(jī)的 使用者也從計(jì)算機(jī)專家迅速擴(kuò)大到了廣大未受過(guò)專門訓(xùn)練的普通用戶，由此極大 地提高了用戶界面在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)中的重要性，強(qiáng)烈地刺激了人機(jī)交互界 面的進(jìn)步。 人計(jì)算機(jī)的交互作用是通過(guò)用戶界面來(lái)實(shí)現(xiàn)的,二、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中的作業(yè)安全要求,自動(dòng)化制造系統(tǒng)安全性保障措施： 系統(tǒng)管理軟件中應(yīng)有安全防護(hù)的控制部分 采用電子、電氣和機(jī)械裝置連鎖防護(hù) 在機(jī)器人、自動(dòng)裝夾設(shè)

9、備、自動(dòng)更換工件和刀具設(shè)備的工作區(qū)外，設(shè)置安全防護(hù)圍欄，鋼絲網(wǎng)罩等 機(jī)器人和其他自動(dòng)運(yùn)送設(shè)備的控制系統(tǒng)中，應(yīng)設(shè)置有安全互鎖裝置，防止停機(jī)檢修時(shí)的意外啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn) 在有危險(xiǎn)的設(shè)備和運(yùn)動(dòng)部件上設(shè)置安全標(biāo)志，以提醒操作人員注意 安全培訓(xùn),三、自動(dòng)化制造系統(tǒng)監(jiān)控作業(yè)中的疲勞預(yù)防,對(duì)于腦力疲勞，可采取如下措施來(lái)避免： 使操作內(nèi)容適當(dāng)復(fù)雜化 定期變換工作內(nèi)容或作業(yè)崗位 良好的作業(yè)環(huán)境(照明環(huán)境、噪聲環(huán)境、振動(dòng)、熱輻射、有害物質(zhì)及粉塵、氣味等環(huán)境因素),四、自動(dòng)化制造系統(tǒng)中的事故預(yù)防,（一）事故的物理?xiàng)l件因素 作業(yè)者與機(jī)器功能分配不當(dāng) 工具、作業(yè)場(chǎng)所等設(shè)計(jì)失誤 缺少必要的安全裝置與防護(hù)裝置 物理環(huán)境對(duì)人造成的

10、生理和心理壓力 （二）事故的人為因素 （三）導(dǎo)致事故的人的行為因素 訓(xùn)練與技能 記憶疏漏 （四）導(dǎo)致事故的人的生理與心理因素（性格/生理和生物節(jié)律/作業(yè) 疲勞）,第四節(jié) 自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)工程評(píng)價(jià),一、自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)人機(jī)工程評(píng)價(jià)內(nèi)容,對(duì)自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)定義的評(píng)價(jià) 對(duì)自動(dòng)化制造系統(tǒng)未來(lái)使用者群體特征的要求是什么？ 使用者對(duì)自動(dòng)化制造系統(tǒng)的要求是什么？ 人機(jī)一體化制造系統(tǒng)自動(dòng)化程度定位是否合適？ 自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)的期望目標(biāo)與人機(jī)一體化原則的相符程度如何？,一、自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)人機(jī)工程評(píng)價(jià)內(nèi)容,人機(jī)功能分配的評(píng)價(jià) 人機(jī)功能分配前，是否充分比較和分析了人機(jī)各自功能特征？ 自動(dòng)化制造系統(tǒng)

11、的系統(tǒng)功能分解是否充分考慮了人的能力特征？ 人機(jī)功能分配是否合理？ 自動(dòng)化制造系統(tǒng)運(yùn)行中的人機(jī)功能能否實(shí)現(xiàn)最佳協(xié)調(diào)配合？,一、自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)人機(jī)工程評(píng)價(jià)內(nèi)容,自動(dòng)化制造人的作業(yè)要求評(píng)價(jià) 自動(dòng)化制造系統(tǒng)對(duì)人的作業(yè)要求是否與人的作業(yè)能力相匹配？ 作業(yè)內(nèi)容是否超過(guò)人的生理、心理負(fù)荷極限？ 長(zhǎng)時(shí)間靜態(tài)或動(dòng)態(tài)作業(yè)對(duì)人的生理、心理影響程度有多大？ 作業(yè)順序安排是否與人的生理習(xí)慣相匹配？ 小組化團(tuán)隊(duì)工作方式中，作業(yè)分配與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)是否在團(tuán)隊(duì)內(nèi)能夠達(dá)到平衡？團(tuán)隊(duì)成員的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性能否得到充分發(fā)揮？,一、自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)人機(jī)工程評(píng)價(jià)內(nèi)容,人機(jī)界面設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) 作業(yè)空間布置是否與人體測(cè)量數(shù)據(jù)相匹配？ 作業(yè)姿

12、勢(shì)設(shè)計(jì)是否合理？工作中是否可改變作業(yè)姿勢(shì)？是否有工間休息場(chǎng)地和足夠的過(guò)道空間？ 座椅及工具等輔助裝置的設(shè)計(jì)是否充分考慮了人的生理和心理特點(diǎn)？ 顯示裝置的設(shè)計(jì)是否與人的感官能力特征相匹配？ 操作裝置的結(jié)構(gòu)、布置、操作力大小、操作方式等是否與人的生物力學(xué)特征相匹配？ 自動(dòng)化制造系統(tǒng)運(yùn)行的安全防護(hù)措施是否充分？安全防護(hù)裝置是否設(shè)計(jì)合理？可靠性高否？,一、自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)人機(jī)工程評(píng)價(jià)內(nèi)容,自動(dòng)化制造系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)評(píng)價(jià) 人的工作方便性和工效是否達(dá)到人機(jī)一體化設(shè)計(jì)的要求？ 運(yùn)行狀態(tài)下人的疲勞是否得到有效控制？作業(yè)與休息交替時(shí)間安排是否合理？ 系統(tǒng)檢查與維修是否方便？ 緊急與意外事故處理的手段和措施是否易

13、于人察覺(jué)和掌握？ 運(yùn)行控制能否與人形成良好的人機(jī)一體化效果？,何謂人機(jī)工程評(píng)價(jià)？,根據(jù)作業(yè)時(shí)的姿勢(shì)和負(fù)荷的大小，對(duì)作業(yè)工程的肉體上的負(fù)擔(dān)進(jìn)行評(píng)價(jià)。,等級(jí)：對(duì)策優(yōu)先度高 等級(jí)：要有對(duì)策 等級(jí)：沒(méi)有問(wèn)題,綜合評(píng)價(jià)等級(jí)（階段）,二、自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)人機(jī)工程評(píng)價(jià)方法,目的,主要使用范圍,對(duì)作業(yè)負(fù)擔(dān)進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià),實(shí)現(xiàn)無(wú)論任何人都能夠穩(wěn)定的進(jìn)行生產(chǎn)的作業(yè)環(huán)境,（高齡者、女子、外部要員也能夠持續(xù)的工作的工程創(chuàng)建）,（疾病的低減）,在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中從事重復(fù)作業(yè)的作業(yè)者,（線外的改善業(yè)務(wù)、項(xiàng)目業(yè)務(wù)和間接業(yè)務(wù)是屬于對(duì)象外的）,（像不足一天的產(chǎn)量的非良產(chǎn)的生產(chǎn)線也是對(duì)象外的）,評(píng)價(jià)的思路,評(píng)價(jià)的兩個(gè)要素, 姿勢(shì)評(píng)價(jià)

14、：使用每一天的累計(jì)時(shí)間對(duì)姿勢(shì)的好 壞進(jìn)行評(píng)價(jià), 負(fù)荷評(píng)價(jià)：使用單獨(dú)以及每一天所處理的總重量對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)的方法（步驟）, 事前準(zhǔn)備, 工程確認(rèn), 姿勢(shì)評(píng)價(jià), 負(fù)荷評(píng)價(jià), 綜合評(píng)價(jià),對(duì)策,根據(jù)評(píng)價(jià)的實(shí)施日程，在事前填寫(xiě)對(duì)象生產(chǎn)線的前提條件,由班長(zhǎng)在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)作業(yè)者的姿勢(shì)與動(dòng)作 （如有問(wèn)題，就去）,通過(guò)兔子跳法測(cè)定作業(yè)姿勢(shì)比率,詳細(xì)請(qǐng)參考下頁(yè),調(diào)查重物的作業(yè)以及負(fù)荷大的動(dòng)作的操作力與頻度,填寫(xiě)人機(jī)工程評(píng)價(jià)表進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。,評(píng)價(jià)的方法（姿勢(shì)評(píng)價(jià)詳細(xì)）,何謂兔子跳法？,時(shí)間, 通過(guò)在相同間隔的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)觀察，記錄作業(yè)內(nèi)容，把握實(shí)際所需的時(shí)間和內(nèi)容的IE手法的一種。,準(zhǔn)備觀測(cè)板和秒表、觀察紙、筆記用具,為了能夠把握調(diào)查對(duì)象工程，每秒觀察作業(yè)姿勢(shì)約次并進(jìn)行記錄。 （分連續(xù)觀測(cè)）,根據(jù)姿勢(shì)比率和負(fù)荷時(shí)間計(jì)算出作業(yè)姿勢(shì)時(shí)間。,Rabbit jumping locus,人機(jī)工程：兔子跳觀測(cè) （姿勢(shì)評(píng)價(jià)） 工程名：,填寫(xiě)的方法可以使用自己習(xí)慣的方法不一定是正規(guī)的字，用卌 也可以!,評(píng)價(jià)的方法（負(fù)荷評(píng)價(jià)詳細(xì)）,有重量物的時(shí)候，需要確認(rèn)該零件的重量以及操作的頻度 （零件平均重量）（生產(chǎn)臺(tái)數(shù)） 對(duì)于操作力