12-人机系统分析与评价

第十二章人机系统分析与评价主讲：蒋熠2010.12.2上章内容回顾一、人机系统的概述二、人机系统基本模式及分类三、人机系统设计本章内容一、人机系统分析的概述二、人机系统分析方法三、人机系统评价的概述四、人机系统评价方法五、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：定义执行测试和评价人机系统分析主要在定义（概念构建）阶段，即在系统设计前和设计过程中进行。1、人机系统分析项目2、人机系统中的人分析3、人机系统中的机分析4、工作环境分析5、人机系统可靠性的分析1、人机系统分析项目分析问题：系统的总目标和总任务系统中的人机功能分配系统中的机器性能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系统中的人机界面匹配要求系统的可行性系统对环境的要求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人的功能分析人机系统对人的功能要求是多方面的，不同的功能要求需要不同的人完成。人员素质分析1.体质因素2.能力因素3.知识经验4.个性因素人员培训分析培训规模、培训要求、培训设施3、人机系统中的机分析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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、组合排列系统中的其它物件工具的安放工作台、工作椅的设计原材料堆放、运送加工成品的收集、安放4、工作环境分析人和机器对工作环境都有一定的要求温度、湿度、振动、噪声、空气成分等因素5、人机系统可靠性的分析可靠性一般用成功的概率或用差错、故障发生的平均时间来表示串联式与并联式人机系统的可靠性1.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RS=R1*R2*R3*………*Rn串联的人或机越多，系统的可靠性越低2.并联式人机系统的可靠性RS=1－（1－R1）（1－R2）………（1－Rn）并联的人和机越多，系统的可靠性越高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如：一个保险装置的开关，要4个人中有3个人同意才能打开在监控室中出现告急信号时，3个值班员中要有2个人同意才能切断电源r-1Rhn=∑nCi(1-R)iRn-Ii=0Rhn为系统中n个人总的可靠度，nCi为n个人中有i个人同意的事件数，r为需要得到同意的人数R为每个人的可靠度二、人机系统分析方法1、连接分析法2、作业分析法3、操作顺序图分析法1、连接分析法连接分析评价法(链式分析法)：是一种对人、机械、过程和系统进行评价的简便方法，它用“连接”来表示人、机之间的关系。按连接的性质，连接方式分对应连接和逐次连接两种。连接分析的目的：是合理配置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，提高系统的可靠性和工作效率。分析的步骤：绘制连接图；对人、机位置进行调整，使交叉线尽量减少；对各连线进行综合评价要素符号、线形含义操作者控制器、显示器等设备装置操作连接听觉信息传递连接视觉观察连接逐次连接分析2、作业分析方法研究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一系列活动。动作分析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，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。3、操作顺序图分析法操作顺序图分析法（运营图法，OSD法）（OperationalSequenceDiagramming）将由“信息—意志决定—动作”之间的关系组成的作业顺序用图式表示。操作顺序图的一般符号用圆圈○表示接受信息，方块□表示动作，三角▽表示传递信息。三、人机系统评价的概述评价--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，也称为明确价值的过程。评价方法：定性评价和定量评价。评价目的：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，以达到系统的最优化。评价分为：（1）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题，为今后改进产品设计提供依据和积累资料；（2）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和存在不足，并及时改进。评价原则：（1）评价方法的客观性（2）评价方法的通用性（3）评价方法的综合性评价内容（1）确定适用的评价方法、评价目标(指标)和评价标准；（2）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、宜人性、安全性、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条件；（3）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，以达到符合最优化为目的。评价目标的建立(1)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)经济评价目标成本、利润、实施方案的费用和市场情况等。(3)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、通风环境有毒有害物质等振动、噪声、放射线完整性整体性创造性协调性新颖性适应性易操作宜人性大方形象化醒目色调省力易辩识美观舒适本质安全可靠性安全性可控性记忆性稳定性总目标人机系统设计评价目标（要素）体系四、人机系统评价方法1、校核表（检查表）评价法2、工作环境指数评价法3、海洛德分析评价法1、校核表评价法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员的能力、心理和生理反应状况的评价方法。1）校核表编制方法单元名称检查项目内容回答备注是否检查表评价法的主要内容（1）作业空间分析（2）作业方法分析（3）环境影响分析（4）作业组织分析（5）机能的负担和总负担（6）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188项人机系统分析检查表（1）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）操纵装置操纵装置是否设置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空间指数法可视性指数会话指数步行指数321）空间指数法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“空间指数法”。评价人与机器、人与人、机器与机器等互相的位置安排。空间指数法分为（1）密集指数（2）可行性指数33（1）密集指数所谓密集指数，是指一定的占地面积中操作人员（工作者，作业者等）数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，最好的状况为3分；最差为0。另外，也有反过来分配平分值的。指数值密集程度典型事例3能舒适地进行作业在宽敞的地方操作机床2身体的一部分受到限制在无障碍空间的工作台上工作1身体的活动受到限制在高台上仰姿作业0操作受到显著限制，作业相当困难维修化铁炉内部密集指数分级34（2）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，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。指数值人口宽度/mm说明3900可两人并行2600～900一人能自由通行1450～600仅可一人通行0450通行相当困难可行性指数划分2）可视性指数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。（1）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；室内结构与陈设；室内外的视觉联系等。（2）确定分值及权值：投票对各评价项目评分，并确定权值，均分为由好到坏4个等级，相应值为0、10、50、100。（3）综合评价指数计算（4）确定评价等级视觉环境指数SS=00s≤1010S≤50S50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。距离与会话妨害度(SIL)关系讲话者与听者的距离（m）会话妨害度（SIL）（dB）正常声高声大声呼喊0.15717783890.30657177830.61586571770.91556167731.22535965711.52515763691.83495561673.6643455561374）步行指数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不适当，就会使距离增多，指数上升。3、海洛德分析评价法人机系统的可靠度：可靠性的数量指标。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。方法：先求出人们在执行任务时成功与失误的概率，然后进行系统评价海洛德法(HumanErrorandReliabilityAnalysisLogicDevelopment,HERALD)，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、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。五、故障树分析法事故树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的“因”，逻辑门的输出事件是输入事件的“果”。定义：故障树分析(FaultTreeAnalysis，FTA)采用逻辑的方法，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，可以做定性分析，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。故障树分析中常用符号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