12 人机系统分析与评价.ppt

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1、第十二章 人机系统分析与评价主讲：蒋熠主讲：蒋熠2010.12.22010.12.2上章内容回顾一、人机系统的概述一、人机系统的概述二、人机系统基本模式二、人机系统基本模式及分类及分类三、人机系统设计三、人机系统设计本章内容一、人机系统分析的概述一、人机系统分析的概述二、人机系统分析方法二、人机系统分析方法三、人机系统评价的概述三、人机系统评价的概述四、人机系统评价方法四、人机系统评价方法五、故障树分析法五、故障树分析法一、人机系统分析的概述设计人机系统的阶段：设计人机系统的阶段：o定义定义执行执行测试和评价测试和评价 人机系统分析主要在人机系统分析主要在定义定义（概念构建概念构建）阶段，）阶

2、段，即在系统设计前和设计过程中进行。即在系统设计前和设计过程中进行。1 1、人机系统分析项目、人机系统分析项目 2 2、人机系统中的、人机系统中的人人分析分析 3 3、人机系统中的、人机系统中的机机分析分析 4 4、工作、工作环境环境分析分析 5 5、人机系统、人机系统可靠性可靠性的分析的分析1、人机系统分析项目o分析问题：分析问题：n系统的总目标和总任务系统的总目标和总任务n系统中的人机功能分配系统中的人机功能分配n系统中的机器性能要求及其实现的可能性系统中的机器性能要求及其实现的可能性n系统中的人力资源要求及其实现的可能性系统中的人力资源要求及其实现的可能性n系统中的人机界面匹配要求系统中

3、的人机界面匹配要求n系统的可行性系统的可行性n系统对环境的要求系统对环境的要求n系统建设的资金来源、经济效益和建设进度要求等系统建设的资金来源、经济效益和建设进度要求等2、人机系统中的人分析o人的功能分析人的功能分析 人机系统对人的功能要求是多方面的，不同的功能人机系统对人的功能要求是多方面的，不同的功能要求需要不同的人完成。要求需要不同的人完成。o人员素质分析人员素质分析 1.1.体质因素体质因素 2.2.能力因素能力因素 3.3.知识经验知识经验 4.4.个性因素个性因素o人员培训分析人员培训分析 培训规模、培训要求、培训设施培训规模、培训要求、培训设施3、人机系统中的机分析o根据工程建设

4、的总目标和总要求对系统中的机器设备进根据工程建设的总目标和总要求对系统中的机器设备进行分析行分析o人机界面装置分析人机界面装置分析显示器、控制器的安装位置、性能要求、安置方式、组显示器、控制器的安装位置、性能要求、安置方式、组合排列合排列o系统中的其它物件系统中的其它物件工具的安放工具的安放工作台、工作椅的设计工作台、工作椅的设计原材料堆放、运送原材料堆放、运送加工成品的收集、安放加工成品的收集、安放4、工作环境分析o人和机器对工作环境都有一人和机器对工作环境都有一定的要求定的要求o温度、湿度、振动、噪声、温度、湿度、振动、噪声、空气成分等因素空气成分等因素5、人机系统可靠性的分析o可靠性一般

5、用可靠性一般用成功的概率成功的概率或用或用差错、故障发生的平均时间差错、故障发生的平均时间来来表示表示o串联式与并联式人机系统的可靠性串联式与并联式人机系统的可靠性 1.1.串联式式人机系统的可靠性串联式式人机系统的可靠性 人或机任何一环失灵都会使整个系统停止人或机任何一环失灵都会使整个系统停止 R RS S=R=R1 1*R*R2 2*R*R3 3*R Rn n 串联的人或机越多，系统的可靠性越低串联的人或机越多，系统的可靠性越低 2.2.并联式人机系统的可靠性并联式人机系统的可靠性 R RS S=1=1（1 1 R R1 1）（）（1 1 R R2 2）（1 1 R Rn n）并联的人和机

6、越多，系统的可靠性越高并联的人和机越多，系统的可靠性越高o多人共决人机系统的可靠性多人共决人机系统的可靠性 有的人机系统采用多人或多重决定的方法有的人机系统采用多人或多重决定的方法如：一个保险装置的开关，要如：一个保险装置的开关，要4个人中有个人中有3个人同意才能打开个人同意才能打开在监控室中出现告急信号时，在监控室中出现告急信号时，3个值班员中要有个值班员中要有2个人同意才能个人同意才能切断电源切断电源 r-1Rhn=nCi(1-R)iRn-I i=0 Rhn 为系统中为系统中n个人总的可靠度，个人总的可靠度，nCi 为为n个人中有个人中有i个人同意的事件数，个人同意的事件数，r 为需要得到

7、同意的人数为需要得到同意的人数 R 为每个人的可靠度为每个人的可靠度二、人机系统分析方法1 1、连接分析法、连接分析法2 2、作业分析法、作业分析法3 3、操作顺序图分析法、操作顺序图分析法1、连接分析法 连接分析评价法连接分析评价法(链式分析法链式分析法)：是一种对人、机：是一种对人、机械、过程和系统进行评价的简便方法，它用械、过程和系统进行评价的简便方法，它用“连接连接”来来表示人、机之间的关系。表示人、机之间的关系。o按连接的性质，连接方式分按连接的性质，连接方式分对应连接对应连接和和逐次连接逐次连接两种。两种。o连接分析的连接分析的目的目的：是合理配置各子系统的相对位置及其：是合理配置

8、各子系统的相对位置及其信息传递方式，减少信息传送环节，使信息简洁、通畅，信息传递方式，减少信息传送环节，使信息简洁、通畅，提高系统的可靠性和工作效率。提高系统的可靠性和工作效率。o分析的分析的步骤步骤：n绘制连接图；绘制连接图；n对人、机位置进行调整，使交叉线尽量减少；对人、机位置进行调整，使交叉线尽量减少；n对各连线进行综合评价对各连线进行综合评价要素符号、要素符号、线形线形含义含义操作者操作者控制器、控制器、显示器等显示器等设备装置设备装置操作连接操作连接 听觉信息听觉信息传递连接传递连接视觉观察视觉观察连接连接o逐次连接分析逐次连接分析2、作业分析o方法研究方法研究 是指运用各种分析技术

9、，对工作方法进行分析、是指运用各种分析技术，对工作方法进行分析、设计和改进，寻求最佳的工作方法并使之标准化的设计和改进，寻求最佳的工作方法并使之标准化的一系列活动。一系列活动。o动作分析动作分析 按操作者实施的动作顺序观察动作，用特定的按操作者实施的动作顺序观察动作，用特定的记号记录以手、眼为中心的人体各部位的动作内容，记号记录以手、眼为中心的人体各部位的动作内容，并将记录图表化，以此为基础，判断动作的好坏，并将记录图表化，以此为基础，判断动作的好坏，找出改善点的一套分析方法。找出改善点的一套分析方法。3、操作顺序图分析法操作顺序图分析法（运营图法，操作顺序图分析法（运营图法，OSDOSD法）

10、法）（Operational Sequence DiagrammingOperational Sequence Diagramming）o将由将由“信息信息意志决定意志决定动作动作”之间的关系组之间的关系组成的作业顺序用图式表示。成的作业顺序用图式表示。o操作顺序图的一般符号用圆圈操作顺序图的一般符号用圆圈表示接受信息，表示接受信息，方块方块表示动作，三角表示动作，三角表示传递信息。表示传递信息。三、人机系统评价的概述 评价评价-是指按照明确目标测定对象的属性，并是指按照明确目标测定对象的属性，并把该属性变成主观效用的行为，也称为明确价值的把该属性变成主观效用的行为，也称为明确价值的过程。过程

11、。o评价方法：定性评价和定量评价。评价方法：定性评价和定量评价。o评价目的：评价目的：根据评价结果，对系统进行调整，发扬优点，改善根据评价结果，对系统进行调整，发扬优点，改善薄弱环节，消除不良因素或潜在危险，以达到系统的最薄弱环节，消除不良因素或潜在危险，以达到系统的最优化。优化。o评价分为：评价分为：（1 1）对现有的工业产品的人机系统进行评价）对现有的工业产品的人机系统进行评价 主要是使有关人员了解现有产品的优缺点和存在的问主要是使有关人员了解现有产品的优缺点和存在的问题，为今后改进产品设计提供依据和积累资料；题，为今后改进产品设计提供依据和积累资料；（2 2）对人机系统规划和设计阶段的评

12、价）对人机系统规划和设计阶段的评价 主要是在规划和设计阶段预测到系统可能占有的优势主要是在规划和设计阶段预测到系统可能占有的优势和存在不足，并及时改进。和存在不足，并及时改进。o评价原则：评价原则：（1 1）评价方法的）评价方法的客观性客观性 （2 2）评价方法的）评价方法的通用性通用性 （3 3）评价方法的）评价方法的综合性综合性o评价评价内容内容 （1 1）确定适用的评价方法、评价目标）确定适用的评价方法、评价目标(指标指标)和评价标准；和评价标准；（2 2）依据既定的评价程序和方法、对系统进行客观的、定）依据既定的评价程序和方法、对系统进行客观的、定性或定量的评价，结合整体性、技术性、宜

13、人性、安全性、性或定量的评价，结合整体性、技术性、宜人性、安全性、经济性等目标及经验数据，经济性等目标及经验数据，找出系统的最优方案和最佳工作找出系统的最优方案和最佳工作条件条件；（3 3）在技术和经济条件上难以或不可能达到预期目标时，）在技术和经济条件上难以或不可能达到预期目标时，应对规划或设计方案进行可行性研究，反复评价，以达到符应对规划或设计方案进行可行性研究，反复评价，以达到符合最优化为目的。合最优化为目的。评价目标的建立 (1)(1)技术评价目标技术评价目标工作性能、整体性、宜人性、安全性和使用维护等。(2)(2)经济评价目标经济评价目标 成本、利润、实施方案的费用和市场情况等。(3

14、)(3)社会评价目标社会评价目标 是否有益于改善环境，是否有利于人的文化技术水平的提高，是否改变人的道德标准和生活习惯，是否有利于人的审美观点提高等。光照、温度、湿度、粉尘、通风光照、温度、湿度、粉尘、通风环境环境有毒有害物质等有毒有害物质等振动、噪声、放射线振动、噪声、放射线完整性完整性整体性整体性创造性创造性协调性协调性新颖性新颖性适应性适应性易操作易操作宜人性宜人性大方大方形象化形象化醒目醒目色调色调省力省力易辩识易辩识美观美观舒适舒适本质安全本质安全可靠性可靠性安全性安全性可控性可控性记忆性记忆性稳定性稳定性总总目目标标人人机机系系统统设设计计评评价价目目标标（要要素素）体体系系四、人

15、机系统评价方法1 1、校核表（检查表）评价法、校核表（检查表）评价法2 2、工作环境指数评价法、工作环境指数评价法3 3、海洛德分析评价法、海洛德分析评价法1、校核表评价法o校核表进行评价法亦称为检查表法，是指利用人因工程校核表进行评价法亦称为检查表法，是指利用人因工程学原理检查构成人机系统各种因素及作业过程中操作人学原理检查构成人机系统各种因素及作业过程中操作人员的能力、心理和生理反应状况的评价方法。员的能力、心理和生理反应状况的评价方法。o1 1）校核表编制方法）校核表编制方法单单元名元名称称检查项检查项目目内容内容回答回答备备注注是是否否o检查表评价法的检查表评价法的主要内容主要内容 （

16、1 1）作业空间分析）作业空间分析 （2 2）作业方法分析）作业方法分析 （3 3）环境影响分析）环境影响分析 （4 4）作业组织分析）作业组织分析 （5 5）机能的负担和总负担）机能的负担和总负担 （6 6）信息转入和输出分析）信息转入和输出分析 国际人类工资学系统分析检核表详细项目共国际人类工资学系统分析检核表详细项目共188188项项o人机系统分析检查表人机系统分析检查表（1 1）信息显示）信息显示 作业操作能得到充分的信息指示吗？信息数量合适否？作业面的亮度能否满足视觉的判断对象及进行作业要求的必要照明标准？警报指示装置是否配置在引人注意的地方？仪表控制台上的事故信号灯是否位于操作者的

17、视野中心？标志记号是否简洁、意思明确？信号和显示装置的种类和数量是否符合信息的特性？仪表的安排是否符合按用途分组的要求？排列秩序是否符合与操作者的认读次序相一致？是否符合视觉运动规律？是否避免了因调节或操纵手把时遮挡视线？最重要的仪表是否布置在最有利的视区内？显示仪表与控制装置在位置上对应关系如何？能否很容易地从仪表板上找出所需要的仪表？仪表刻度能否十分清楚地分辨？仪表的精度符合读数精度要求吗？刻度盘分度的特点不同，能否引起读数误差？根据指针是否能容易地读出所需要的数字？指针运动方向符合习惯要求吗？音响信号是否受到噪声干扰？必要的会话是否受到干扰？（2 2）操纵装置）操纵装置 操纵装置是否设置

18、在手易达到的范围内？需要进行快而准确的操作动作是否用于操作？操纵装置是否按不同功能和不同系统分组？不同的操纵装置在形状、大小、颜色上是否有区别？操作极快、使用频繁的操纵装置是否用按钮？按钮的表面大小、揿压深度、表面形状是否合理？手控操纵机构的形状、大小、材料是否与施力大小相符合？从生理上考虑，施力大小是否合理？是否有静态施力状态？脚踏板是否必要Y是否坐姿操作脚踏板？显示装置与操纵装置是否按使用顺序原则、使用频率原则扣重要性原则安排？能用复合的操纵装置(多功能的)吗？操纵装置的运行方向是否与预期的功能和被控制的部件运动方向一致？操纵装置的设计是否满足协调性(适应性或兼容性)的要求（即显示装置与操

19、纵装置的空间位置协调性，运动上的协调性和概念上的协调性）？紧急停车装置设置的位置是否合理？操纵装置的布置是否能保证操作者以最佳体位进行操作？例：某生产线人因工程评价检查表序号内容是否不适用评价说明及结果1尽量使作业人员避免不必要的步行或升降运动2避免长时间站立处于长期走、站姿势作业3不频繁出现前曲姿势频繁弯腰，举升重物4作业有足够的空间采取满意姿势5有足够的空间变换姿势6地面尽量平整，没有凹凸地方水磨石地面，光洁平整7地面的硬度、弹性适当水泥地面，长期站走姿势，地面不适8升降设备充分宽敞9安全通道符合要求2、工作环境指数评价法o空间指数法空间指数法o可视性指数可视性指数o会话指数会话指数o步行

20、指数步行指数 32 1）空间指数法o如果工作空间过分窄小，环境很嘈杂的话，就会对如果工作空间过分窄小，环境很嘈杂的话，就会对工作效率和作业疲劳产生很大的影响。因此，采用工作效率和作业疲劳产生很大的影响。因此，采用“空间指数法空间指数法”。评价人与机器、人与人、机器与。评价人与机器、人与人、机器与机器等互相的位置安排。机器等互相的位置安排。o空间指数法分为空间指数法分为（1）密集指数（2）可行性指数 33（1 1）密集指数）密集指数 所谓密集指数，是指一定的占地面积中操作人员（工作所谓密集指数，是指一定的占地面积中操作人员（工作者，作业者等）数目指标用评分的值来表示。下表是由张乃者，作业者等）数

21、目指标用评分的值来表示。下表是由张乃尔与托克特做出的一个示范，密集指数共分四级，最好的状尔与托克特做出的一个示范，密集指数共分四级，最好的状况为况为3 3分；最差为分；最差为0 0。另外，也有反过来分配平分值的。另外，也有反过来分配平分值的。指数指数值值密集程度密集程度典典 型型 事事 例例3 3能舒适地能舒适地进进行作行作业业在在宽宽敞的地方操作机床敞的地方操作机床2 2身体的一部分受到限制身体的一部分受到限制在无障碍空在无障碍空间间的工作台上工作的工作台上工作1 1身体的活身体的活动动受到限制受到限制在高台上仰姿作在高台上仰姿作业业0 0操作受到操作受到显显著限制，作著限制，作业业相当困相

22、当困难难维维修化修化铁铁炉内部炉内部密集指数分级密集指数分级34（2 2）可行性指数）可行性指数 可行性指数用来评价通行的入口宽度，如下表所示。当然，可行性指数用来评价通行的入口宽度，如下表所示。当然，评分的有关数值只是作为一个基本标准。按不同的衣着状态，评分的有关数值只是作为一个基本标准。按不同的衣着状态，还必须适当地增加入口宽度值。还必须适当地增加入口宽度值。指数值指数值人口宽度人口宽度/mm/mm说说 明明3 3900900可两人并行可两人并行2 2600600900900一人能自由通行一人能自由通行1 1450450600600仅可一人通行仅可一人通行0 0450450通行相当困难通行

23、相当困难可行性指数划分可行性指数划分2）可视性指数o视觉环境综合评价指数是指在作业场所的能见度和差别视觉环境综合评价指数是指在作业场所的能见度和差别对象（显示器、控制器等）能见状况的评价指标。对象（显示器、控制器等）能见状况的评价指标。（1 1）确定评价项目：对环境的第一印象；照度；眩光感觉；）确定评价项目：对环境的第一印象；照度；眩光感觉；亮度分布；光影；颜色显现；光色；表面装修与色彩；室内结构亮度分布；光影；颜色显现；光色；表面装修与色彩；室内结构与陈设；室内外的视觉联系等。与陈设；室内外的视觉联系等。（2 2）确定分值及权值：投票对各评价项目评分，并确定权值，）确定分值及权值：投票对各评

24、价项目评分，并确定权值，均分为由好到坏均分为由好到坏4 4个等级，相应值为个等级，相应值为0 0、1010、5050、100100。（3 3）综合评价指数计算）综合评价指数计算 （4 4）确定评价等级）确定评价等级视觉环境指数SS=00s101050等级1234评价意义毫无问题稍有问题问题较大问题很大363）会话指数 会话指数是指房间中会话能够达到的通畅程度，它以考会话指数是指房间中会话能够达到的通畅程度，它以考虑噪音、距离等因素评出一个数值作为基准，该基准能达到虑噪音、距离等因素评出一个数值作为基准，该基准能达到二人之间自由地进行一般会话的水平。二人之间自由地进行一般会话的水平。距离与会话妨

25、害度距离与会话妨害度(SIL)(SIL)关系关系讲话讲话者与者与听者的距离（听者的距离（m m）会会话话妨害度（妨害度（SILSIL）（dBdB）正常声正常声 高声高声 大声大声 呼喊呼喊0.150.1571 77 83 8971 77 83 890.300.3065 71 77 8365 71 77 830.610.6158 65 71 7758 65 71 770.910.9155 61 67 7355 61 67 731.221.2253 59 65 7153 59 65 711.521.5251 57 63 6951 57 63 691.831.8349 55 61 6749 55 6

26、1 673.663.6643 45 55 6143 45 55 61374）步行指数 步行指数是指人在作业时来回走动的距步行指数是指人在作业时来回走动的距离总和。不必要的联系或者操作工具的安置离总和。不必要的联系或者操作工具的安置不适当，就会使距离增多，指数上升。不适当，就会使距离增多，指数上升。3、海洛德分析评价法o人机系统的可靠度：可靠性的数量指标。人机系统的可靠度：可靠性的数量指标。o为系统在规定的条件下和预期的使用期内完成其功能的为系统在规定的条件下和预期的使用期内完成其功能的概率。概率。方法：先求出人们在执行任务时成功与失误的概率，方法：先求出人们在执行任务时成功与失误的概率，然后进

27、行系统评价然后进行系统评价o海洛德法海洛德法(Human Error and Reliability Analysis Logic Development,HERALD)，也称为人的失误与可靠性分，也称为人的失误与可靠性分析逻辑推算法。它用计算系统的可靠性，分析评价仪表、析逻辑推算法。它用计算系统的可靠性，分析评价仪表、控制器的配置和安装位置是否适合于人的操作。一般先控制器的配置和安装位置是否适合于人的操作。一般先求出人执行任务时的成败概率，而后对系统进行评介。求出人执行任务时的成败概率，而后对系统进行评介。五、故障树分析法o事故树事故树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它是一种特殊的倒立树

28、状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的事件的“因因”，逻辑门的输出事件是输入事件的，逻辑门的输出事件是输入事件的“果果”。o定义：故障树分析定义：故障树分析(Fault Tree Analysis，FTA)采采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析。体现了以系统工程方法分析，

29、也可以做定量分析。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性。研究安全问题的系统性、准确性和预测性。o故故障障树树分分析析中中常常用用符符号号o故障数分析的方法有定性分析和定量分析两种。故障数分析的方法有定性分析和定量分析两种。定性分析是找出导致顶事件发生的所有可能的定性分析是找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式故障模式,既求出故障的所有最小割集既求出故障的所有最小割集(MCS).定量分析定量分析最小割集：指能引起顶上事件发生的最低限度基本事最小割集：指能引起顶上事件发生的最低限度基本事件的集合。件的集合。最小径集：指不能导致顶上事件发生的最低限度基本最小径集：指不能导致顶上事

30、件发生的最低限度基本事件的集合。事件的集合。o故障树分析的故障树分析的基本程序基本程序 1.1.熟悉系统：要详细了解系统状态及各种参数，绘熟悉系统：要详细了解系统状态及各种参数，绘出工艺流程图或布置图。出工艺流程图或布置图。2.2.调查事故：收集事故案例，进行事故统计。调查事故：收集事故案例，进行事故统计。3.3.确定顶上事件确定顶上事件 4.4.确定目标值：求解事故发生的概率确定目标值：求解事故发生的概率(频率频率)作为要作为要控制的事故目标值。控制的事故目标值。5.5.调查原因事件调查原因事件 6.6.画出故障树：从顶上事件起，逐级找出直接原因画出故障树：从顶上事件起，逐级找出直接原因的事

31、件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出故的事件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出故障树。障树。7.7.分析：按故障树结构进行简化，确定各基本事件分析：按故障树结构进行简化，确定各基本事件的结构重要度。的结构重要度。8.8.事故发生概率：确定所有事故发生概率，标在故事故发生概率：确定所有事故发生概率，标在故障树上，并进而求出顶上事件障树上，并进而求出顶上事件(事故事故)的发生概率。的发生概率。9.9.比较：比较分可维修系统和不可维修系统进行讨比较：比较分可维修系统和不可维修系统进行讨论。论。10.10.分析：原则上是上述分析：原则上是上述1010个步骤，在分析时可视具个步骤，在分析时可

32、视具体问题灵活掌握，如果故障树规模很大，可借助计算机体问题灵活掌握，如果故障树规模很大，可借助计算机进行。目前我国故障树分析一般都考虑到第进行。目前我国故障树分析一般都考虑到第7 7步进行定步进行定性分析为止，也能取得较好效果。性分析为止，也能取得较好效果。总 结一、人机系统分析的概述一、人机系统分析的概述 人机系统分析的项目；人、机、环境及可靠性分析人机系统分析的项目；人、机、环境及可靠性分析二、人机系统分析方法二、人机系统分析方法 连接分析法；作业分析法；操作顺序图分析法。连接分析法；作业分析法；操作顺序图分析法。三、人机系统评价的概述三、人机系统评价的概述 评价的定义、目的、原则、内容等。评价的定义、目的、原则、内容等。四、人机系统评价方法四、人机系统评价方法 校核表（检查表）评价法；工作环境指数评价法；海洛德分析评校核表（检查表）评价法；工作环境指数评价法；海洛德分析评价法价法五、故障树分析法五、故障树分析法