《人机功能匹配》PPT课件.ppt
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1、第四章第四章 安全人机功能匹配安全人机功能匹配第一节人机功能匹配l人机系统l在一定的环境条件下,人机系统包括人和机两个基本组成部分,它们互相联系构成一个整体。一、人的主要功能人在操作活动中的基本功能示意图人在操作活动中的基本功能示意图一、人的主要功能人的主要功能传感器:感受信息,感知工作和机器情况信息处理器:对信息处理分析、判断操纵器:通过动作进行操纵二、机的主要功能机的主要功能接受信息:通过传感器接受信息储存信息:通过储存装置储存信息处理信息:对信息加工处理执行功能:1机器本身产生控制功能,2借助信号把指令从这个环节传递到下个环节三、人机特性比较l在人机系统设计中,首先要按照科学的观点分析人
2、和机器各自的不同特点,以便研究人与机器的功能分配,从而扬长避短,各尽所长,充分发挥人与机器的各自优点;从设计开始就尽量防止产生人的不安全行动和机器的不安全状态,做到安全生产。三、人机特性比较项目机器人速度占优势时间延时为1s逻辑推理擅长演绎而不易于改变演绎程序擅长于归纳,容易改变其推理程序计算快且精确,但不擅于纠正误差慢且易产生误差,但擅于修正误差可靠性按照恰当设计制造的机器,在完成规定的作业中可靠性很高,而且保持恒定,不能处理意外的事态。在超负荷条件下可靠性突降。可靠性与成本有关就人脑而言,其可靠性远远超过机械,但在极度疲劳与紧急事态下,很可能变得极不可靠,人的技术水平、经验以及生理和心理状
3、况对可靠性有较大影响,可处理意外紧急事态三、人机特性比较项目机器人连续性耐久性高,能长期连续工作,但需要适当维护容易产生疲劳,不能长时间的连续工作,且受年龄,性别与健康状况等因素的影响灵活性如果是专用机械,不调整则不能改变其作业用途通过教育训练,具有多方面的应变能力,适应和应付突发事件能力强输入灵敏度具有某些超人的感觉,如有感觉电离辐射的能力在较宽的能量范围内承受刺激因素,支配感受器适应刺激因素的变化,如眼睛能感受各种位置、运动和颜色,善于鉴别图像,能够从高噪声中分辨信号,易受超过限度的外界环境刺激的影响三、人机特性比较项目机器人智力无(智能机除外)拥有观察力、注意力、记忆力、思维力、想象力、
4、创造力操作处理能力操纵力、速度、精密度、操作量、操作范围等均优于人的能力,在处理液体、气体、固体方面比人强,但对柔软物体的处理能力比人差可进行各种控制,手具有非常大的自由度,能极巧地进行各种操作。从视觉、听觉、变位和重量感觉上得到的信息可以完全反馈给控制器功率输出恒定不能长时间地保持恒定功率,必须适当休息,不能适应恶劣的环境记忆最适用于文字的再现和长期存储可存储大量信息,并进行多种途径存取,擅长于对原则和策略的记忆三、人机特性比较l可以看出,人具有智能、复杂感觉能力、综合判断能力、随机应变能力,对各种情况的决策和处理能力等。而人的功能限度是准确性、体力、速度和知觉能力;l机的优点是作用力大、速
5、度快、高阶运算能力和存储能力强、连续作业能力和耐久性能好。机的功能限度是性能维持能力、正常动作、判断能力、造价及运营费用。四、人机功能匹配人与机的几种结合形式劳动者-工具操作者-机器监控者-自动化机器监督者-智能机器1、人机功能匹配的含义l人机功能分配对人和机的特性进行权衡分析,将系统的不同功能恰当地分配给人或机,叫人机功能分配。1、人机功能匹配的含义人机功能匹配的内容显示器与人的信息感觉通道特性匹配控制器与人体运动特性的匹配显示器与控制器的匹配环境条件与人心理生理及生物力学特性的匹配2、人机功能分配的原则l1)比较分配原则l2)剩余分配原则l3)经济分配原则l4)宜人分配原则l5)弹性分配原
6、则通过人与机器的特性比较,进行客观的和符合逻辑的分配。如笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算的、支持大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以及需要检测人不能识别的物理信号的作业,分配给机器承担。指令和程序的安排,图形的辨认或多种信息输入时,机器系统的监控、维修、设计、创造、故障处理及应付突然事件等工作,由人承担。2、人机功能分配的原则l1)比较分配原则l2)剩余分配原则l3)经济分配原则l4)宜人分配原则l5)弹性分配原则在功能分配时,首先考虑机器所能承担的系统功能,然后将剩余部分功能分配给人。在这当中,必须掌握和了解机器本身的可靠度,如果盲目地将功能强加于机器,则会造成系统的
7、不安全性。2、人机功能分配的原则l1)比较分配原则l2)剩余分配原则l3)经济分配原则l4)宜人分配原则l5)弹性分配原则以经济效益为原则,合理恰当地进行人机功能分配。如对某一特定功能由机器承担时,需要重新设计、生产和制造;由人来承担时,则需要培训、支付费用等。这两者的经济效益通过比较和计算来确定功能的分配。2、人机功能分配的原则l1)比较分配原则l2)剩余分配原则l3)经济分配原则l4)宜人分配原则l5)弹性分配原则系统的功能分配要适合于人的生理和心理的多种需求,有意识地发挥人的技能。2、人机功能分配的原则l1)比较分配原则l2)剩余分配原则l3)经济分配原则l4)宜人分配原则l5)弹性分配
8、原则系统的某些功能可以同时分配给人或机器,这样人可以自由选择参与系统行为的程度。例如许多控制系统可以自动完成,也可手动完成,尤其现代计算机的控制系统,要有多种人机接口,从而实现不同程度的人机对话。3、人机功能匹配中不合理的表现l1)把适合人的功能分配给机器,把适合机器的功能分配给人,如汽车驾驶员驾驶同时判断行驶里数;l2)人承担的负荷或速度超过人能力极限,如缝纫机操作速度太快;l3)不能根据人执行功能的特点找出人机之间最适宜相互联系的途径和手段,如设计中没有考虑人的反应时间;4、人机功能不匹配的影响l1)如果不考虑人和机的适应,那么人既不会舒适,也不会高效工作。l2)人机不协调或协调性差是违章
9、操作的主要原因,而违章操作可能会导致人为失误甚至安全事故;其次操纵器、显示器、报警器设计上的缺陷,未能达到最佳匹配也会造成违章操作,造成事故。5、人机功能匹配应该注意问题l1)信息由机器显示器传递给人时,应该选择适宜的信息通道,避免信息过载,同时设计符合人机学原则;l2)信息从人的运动器官传递到机器时,应该考虑人的能力极限和操作范围,控制器应该高效、安全、灵活、可靠;l3)设计时,应该充分利用人和机的各自优势;5、人机功能匹配应该注意问题l4)使用人机结合面的信息通道和传递频率不能超过人的能力极限,并使机器适合大多数人;l5)要考虑机器发生故障的可能性,以及简单排除故障的方法和工具;l6)要考
10、虑小概率事件的处理,对可能造成破坏的小概率事件事先安排监督和控制方法。第二节人机系统的安全可靠性l可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。规定条件包括使用条件、维护条件、环境条件、贮存条件和工作方式等。某些电子元器件在实验室中使用和在火箭上使用,其可靠性就可以相差几个数量级。机器在超负荷下使用和连续不断工作都会使可靠性降低。相反,产品在减负荷(低于使用负荷)下使用,可靠性提高。第二节人机系统的安全可靠性l可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。规定时间依据不同对象和工作目的而异,如火箭要求几秒或几分钟内工作可靠,而一台机床要求的可靠使用时间则长得多。
11、一般地说,机器设备的可靠性随使用时间的增加而逐渐降低,使用时间越长,可靠性越低。使用时间不同,可靠性也不同。第二节人机系统的安全可靠性l可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。规定功能是指机器设备本身的性能指标和包括人方便、安全、舒适地操纵机器的使用功能。当机器和设备达到规定功能,则可靠;当产品丧失规定功能,则称其发生故障、失效或不可靠。第二节人机系统的安全可靠性l可靠性是指研究对象在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。能力是指可靠性的高低,如“平均无故障时间”长,度量可靠性能力的指标很多,如:可靠度、平均寿命等。一、人的可靠性1、影响人的可靠性的因素生理因素心理因
12、素管理因素环境因素社会因素个人素质操作因素一、人的可靠性1、影响人的可靠性的因素生理因素生理因素心理因素管理因素环境因素社会因素个人素质操作因素体力、耐力、疾病、饥渴、环境承受能力一、人的可靠性1、影响人的可靠性的因素生理因素心理因素心理因素管理因素环境因素社会因素个人素质操作因素情绪水平、注意力水平等一、人的可靠性1、影响人的可靠性的因素生理因素心理因素管理因素管理因素环境因素社会因素个人素质操作因素不正确的指令不恰当的指导人际关系不融洽工作岗位不称心一、人的可靠性1、影响人的可靠性的因素生理因素心理因素管理因素环境因素环境因素社会因素个人素质操作因素温度、照明、振动、噪声、粉尘、毒物等一、
13、人的可靠性1、影响人的可靠性的因素生理因素心理因素管理因素环境因素社会因素个人素质个人素质操作因素训练程度、经验、操作熟练度、技术水平高低、责任心强弱等一、人的可靠性1、影响人的可靠性的因素生理因素心理因素管理因素环境因素社会因素社会因素个人素质操作因素人际关系一、人的可靠性1、影响人的可靠性的因素生理因素心理因素管理因素环境因素社会因素个人素质操作因素操作因素操作的连续性反复性、持续时间操作速度操作频率一、人的可靠性1、影响人的可靠性的因素l大脑意识水平与人的可靠性2、人为失误分析l人为失误是在规定时间内和规定条件下,人没有完成分配给它的功能。l人的失误导致灾害事故占有相当大的比例(有的占7
14、0%-80%)。因此,必须重视和认真研究人为失误的原因,从而找出防止失误的措施,提高人机系统的安全性。(1)失误类型l1)没有执行分配给他的功能l2)执行了没有分配给他的功能l3)错误地执行了分配给他的功能l4)按错误的程序或错误的时间执行了分配给他的功能(2)失误种类l1)设计失误 l2)制造失误l3)组装失误l4)检验失误l5)维修保养不正确l6)操作失误l7)管理失误如不恰当的人机功能分配,没按安全人机工程原理设计,载荷拟定不当,计算用的数学模型错误,选用材料不当,机构或结构形式不妥,计算差错,经验参数选择不当,显示器与控制器距离太远,使操作感到不便等。(2)失误种类l1)设计失误 l2
15、)制造失误l3)组装失误l4)检验失误l5)维修保养不正确l6)操作失误l7)管理失误如使用不合适的工具,采用了不合格的零件或错误的材料,不合理的加工工艺,加工环境与使用环境相差较大,作业场所或车间配置不当,没有按设计要求进行制造等。(2)失误种类l1)设计失误 l2)制造失误l3)组装失误l4)检验失误l5)维修保养不正确l6)操作失误l7)管理失误如错装零件,装错位置,调整错误,接错电线等。(2)失误种类l1)设计失误 l2)制造失误l3)组装失误l4)检验失误l5)维修保养不正确l6)操作失误l7)管理失误如安装了不符合要求的材料、不合格配件及不合理的工艺方法,或允许有违反安全工程要求的
16、情况存在等。(2)失误种类l1)设计失误 l2)制造失误l3)组装失误l4)检验失误l5)维修保养不正确l6)操作失误l7)管理失误如未严格按照规定全面检修保养等。(2)失误种类l1)设计失误 l2)制造失误l3)组装失误l4)检验失误l5)维修保养不正确l6)操作失误l7)管理失误操作中除了使用程序差错、使用工具不当、记忆或注意失误外,主要是信息的确认、解释、判断和操作动作的失误。(2)失误种类l1)设计失误 l2)制造失误l3)组装失误l4)检验失误l5)维修保养不正确l6)操作失误l7)管理失误如管理出现松懈现象。(3)失误后果l人为失误的后果,取决于人失误的程度及机器安全系统的功能。其
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