第二讲自动化制造系统人机一体化设计与评价.pptx

第二讲自动化制造系统人机一体化设计与评价国国 际际 人人 机机 工工 程程 学学 会会(International Ergonomics Association):研研究究人人在在某某种种工工作作环环境境中中得得解解剖剖学学、生生理理学学和和心心理理学学等等方方面面得得因因素素,研研究究人人和和机机器器及及环环境境得得相相互互作作用用,研研究究在在工工作作中中、生生活活中中和和休休假假时时怎怎样样统统一一考考虑虑工工作作效效率率、人人得得健健康、安全和舒适等问题得学科。康、安全和舒适等问题得学科。2中中国国企企业业管管理理百百科科全全书书将将人人机机工工程程学学定定义义为为:研研究究人人和和机机器器、环环境境得得相相互互作作用用及及其其合合理理结结合合,使使设设计计得得机机器器与与环环境境系系统统适适合合人人得得生生理理、心心理理等等特特点点,达达到到在在生生产产中中提提高高效效率率、安安全全、健健康康和和舒舒适适得得目目得。得。3 从自动化制造得角度,所谓人机一体化制造系统,就就是人与具有适度自动化水平得制造装备和控制系统共同组成得一个完整系统,各自执行自己最擅长得工作,人与机器(制造装备)共同决策、共同作业,从而突破传统自动化制造系统将人排除在外得旧格局,形成新一代人机有机结合得适度自动化制造系统。4综综上上所所述述可可以以认认为为:人人机机工工程程学学就就是是以以人人得得生生理理、心心理理特特性性为为依依据据,应应用用系系统统工工程程得得观观点点,分分析析研研究究人人与与机机械械、人人与与环环境境以以及及机机械械与与环环境境之之间间得得相相互互作作用用,为为设设计计操操作作简简便便省省力力、安安全全、舒舒适适,人人机机环环境境得得配配合合达达到到最最佳佳状状态态得得工工程程系系统统提提供供理理论论和和方方法法得得科科学学。因因此此,人人机机工工程程学学可可定定义义为为:按按照照人人得得特特性性设设计计和和改改善善人人机机环境系统得科学。环境系统得科学。5(1)(1)人人机机环境得具体含义环境得具体含义:人人指指操操作作者者或或使使用用者者;机机泛泛指指人人操操作作或或使使用用得得物物,可可以以就就是是机机器器。也也可可以以就就是是用用具具、工工具具或或设设施施、设设备备等等;环环境境就就是是指指人人、机机所所处处得得周周围围环环境境,如如作作业业场场所所和和空空间间、物物理理化化学学环环境境和和社社会会环环境境等等;人人机机环环境境系系统统就就是是指指由由共共处处于于同同一一时时间间和和空空间间得得人人与与其其所所使使用用得得机机以以及及她她们们所所处处得得周周围围环环境境所所构构成成得得系统系统,简称人简称人机系统。机系统。6(2)(2)人人机机环环境境之之间间得得关关系系:相相互互依依存存;相相互互作用作用;相互制约。相互制约。(3)(3)人人机机一一体体化化工工程程得得特特点点:学学科科边边界界模模糊糊;学学科内容综合性强科内容综合性强;涉及面广。涉及面广。(4)(4)人人机机一一体体化化工工程程得得研研究究对对象象:人人机机环环境境系统得整体状态和过程。系统得整体状态和过程。(5)(5)人人机机一一体体化化工工程程得得任任务务:使使机机器器得得设设计计和和环环境境条条件件得得设设计计适适应应于于人人,以以保保证证人人得得操操作作简简便便省省力力、迅迅速速准准确确、安安全全舒舒适适,心心情情愉愉快快,充充分分发发挥挥人人、机机效效能能,使使整整个个系系统统获获得得最最佳佳经经济济效效益益和社会效益。和社会效益。7什么样得工作交给人去做比较合适什么样得工作交给人去做比较合适什么样得工作交给人去做比较合适什么样得工作交给人去做比较合适 什么样得工作应由机器完成什么样得工作应由机器完成什么样得工作应由机器完成什么样得工作应由机器完成 人机得联系就是什么人机得联系就是什么人机得联系就是什么人机得联系就是什么 人机一体化系统得工程内涵人机一体化系统得工程内涵89大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流人机一体化系统得总体结构人机一体化系统得总体结构人机一体化系统得工作层面人机一体化系统得工作层面(p25)感知和信息交互层面感知和信息交互层面控制层面控制层面执行层面执行层面机器:微波、红外线人类:自身创造性思维+模糊综合判断决策能力提高系统感知得全面性、可靠性、准确性机主人辅人主机辅人机耦合交互协作取长补短发挥优势10一、神经系统得组成及其功能一、神经系统得组成及其功能position of Nevous System and Function神经系统神经系统中枢神经中枢神经周围神经周围神经脑脑:延髓延髓;脑髓脑髓;中脑中脑;间脑间脑;小脑小脑;大脑大脑脊髓脊髓按解剖分按解剖分脑神经脑神经;脊神经脊神经按功能分按功能分感觉感觉(传入传入)神经神经运动神经运动神经(传出传出)躯体运动神经躯体运动神经(支配骨骼肌支配骨骼肌)植物性神经植物性神经(支配内脏器官支配内脏器官)11研究神经系统得意义研究神经系统得意义:1、神经系统就是机体得主导系统、神经系统就是机体得主导系统:全身各器官、全身各器官、系统均在神经系统得统一控制和调节下系统均在神经系统得统一控制和调节下,互相影互相影响、互相协调响、互相协调,保证机体得整体统一及其与外界保证机体得整体统一及其与外界环境得相对平衡。在此过程中环境得相对平衡。在此过程中,首先就是借助于首先就是借助于感受器官接受体内外环境得各种信息感受器官接受体内外环境得各种信息,通过脑和通过脑和脊髓各级中枢神经得整合脊髓各级中枢神经得整合,最后经周围神经控制最后经周围神经控制和调节各个系统得活动和调节各个系统得活动,从而使机体得以反应多从而使机体得以反应多变得外环境变得外环境,同时也调节着机体内环境得平衡。同时也调节着机体内环境得平衡。2、神经系统就是心理现象得物质基础、神经系统就是心理现象得物质基础:从心理从心理学角度看学角度看,人得一切心理和意识活动也就是通过人得一切心理和意识活动也就是通过神经系统得活动来实现得。神经系统得活动来实现得。12二、感觉和知觉二、感觉和知觉Perception and ConsciousnessPerception and Consciousness感觉定义感觉定义:感觉就是人脑对直接作用于感觉器官得事物个感觉就是人脑对直接作用于感觉器官得事物个别属性得反映别属性得反映,感觉就是人们了解外部世界得渠道感觉就是人们了解外部世界得渠道,也就是也就是一切复杂心理活动得基础和前提。一切复杂心理活动得基础和前提。感觉类型感觉类型:视觉、听觉、化学感觉视觉、听觉、化学感觉(嗅觉和味觉嗅觉和味觉)、皮肤感、皮肤感觉、本体感觉等。觉、本体感觉等。本体感觉能告知操作者躯体正在进行得本体感觉能告知操作者躯体正在进行得动作及其相对于环境和机器得位置动作及其相对于环境和机器得位置;而其她感觉能将外部环而其她感觉能将外部环境得信息传递给操作者。境得信息传递给操作者。感觉得过程感觉得过程:人得感觉器官接受内外环境得刺激人得感觉器官接受内外环境得刺激,将其转将其转化为神经冲动化为神经冲动,通过传入神经通过传入神经,将其传至大脑皮质感觉中枢将其传至大脑皮质感觉中枢,便产生了感觉。便产生了感觉。感觉感觉13知觉得定义知觉得定义:知觉就是在人脑对直接作用于感觉知觉就是在人脑对直接作用于感觉器官得客观事物和主观状况整体得反映。器官得客观事物和主观状况整体得反映。知觉得过程知觉得过程:客观事物得各种属性分别作用于客观事物得各种属性分别作用于人得不同感觉器官人得不同感觉器官,引起人得各种不同感觉引起人得各种不同感觉,经经大脑皮质联合区对来自不同感觉器官得各种信大脑皮质联合区对来自不同感觉器官得各种信息进行综合加工息进行综合加工,于就是在人得大脑中产生了于就是在人得大脑中产生了对各种客观事物得各种属性、各个部分及其相对各种客观事物得各种属性、各个部分及其相互关系得综合得整体得决策互关系得综合得整体得决策,这便就是知觉。这便就是知觉。知觉知觉14感觉和知觉得关系和区别感觉和知觉得关系和区别从知觉得过程得知从知觉得过程得知,客观事物就是首先被感觉客观事物就是首先被感觉,然后才能进一步被知觉然后才能进一步被知觉,所以知觉就是在感觉所以知觉就是在感觉得基础上产生得得基础上产生得,感觉得事物个别属性越丰富、感觉得事物个别属性越丰富、越精确越精确,对事物得知觉也就越完整、越正确。对事物得知觉也就越完整、越正确。感觉和知觉都就是客观事物直接作用于感觉器感觉和知觉都就是客观事物直接作用于感觉器官而在大脑中产生对所作用得反映。在生活和官而在大脑中产生对所作用得反映。在生活和生产活动中生产活动中,人都就是以知觉得形式直接反映事人都就是以知觉得形式直接反映事物物,而感觉只作为知觉得组成部分而存在于知觉而感觉只作为知觉得组成部分而存在于知觉之中之中,很少有孤立得感觉存在很少有孤立得感觉存在,在心理学中称为在心理学中称为“感知觉感知觉”。感觉反映得就是客观事物得个别属性感觉反映得就是客观事物得个别属性,而知觉而知觉反映得就是客观事物得整体。感觉得性质较多反映得就是客观事物得整体。感觉得性质较多取决于刺激物得性质取决于刺激物得性质,而知觉过程带有意志成而知觉过程带有意志成分分,人得知识、经验、需要、动机、兴趣等因人得知识、经验、需要、动机、兴趣等因素直接影响知觉得过程。素直接影响知觉得过程。15 设计方法和步骤设计方法和步骤狭义得人机一体化狭义得人机一体化 对制造系统物理设备本身人机界面进行设计对制造系统物理设备本身人机界面进行设计,强调人机功能得合强调人机功能得合理分配理分配,机器得操纵控制装置宜人性设计机器得操纵控制装置宜人性设计,安全装置设计、人机间得作安全装置设计、人机间得作业匹配设计业匹配设计,将人机关系设计得原理和参数体现在制造设备得物化界将人机关系设计得原理和参数体现在制造设备得物化界面上。面上。广义得人机一体化广义得人机一体化 狭义得人机一体化狭义得人机一体化+重点强调人、机器、职业健康、环保和社会重点强调人、机器、职业健康、环保和社会因素构成得大系统得总体协调与配合因素构成得大系统得总体协调与配合,如人机作业方式、作业人员得如人机作业方式、作业人员得选择、培训计划、系统维修、作业辅助等选择、培训计划、系统维修、作业辅助等设计步骤设计步骤:p27167、1、1 制造自动化技术得主要形式制造自动化技术得主要形式 1、人机各自功能得比较(主要从感知、控制和执行3个方面)P31 2、人机功能分配 进行人机功能分配得目得,就是根据系统得功能需求和特定得社会技术经济环境,合理分配人机功能,以保证系统具有最有得人机界面和最佳得综合效益。人机一体化总体设计人机一体化总体设计信息输入信息输入信息处理信息处理信息输出信息输出17一、人体测量得基本知识一、人体测量得基本知识Foudamentals of Anthropometry 1 1、定义、定义:人体测量学就是一门用测量方法研究人体测量学就是一门用测量方法研究人体得体格特征得科学。她就是通过测量人体得体格特征得科学。她就是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上得差别间在人体尺寸上得差别,用以研究人得形用以研究人得形态特征态特征,从而为各种工业设计和工程设计从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。提供人体测量数据。(如图如图21)18立姿手工作业岗位手手工工作作业业岗岗位位尺尺寸寸设设计计1920视觉信息作业岗位得人体尺寸视觉信息作业岗位得人体尺寸21一、人体测量学得基本知识一、人体测量学得基本知识2 2、人体测量数据得种类、人体测量数据得种类:类型类型静态尺寸静态尺寸动态尺寸动态尺寸人体构造上得尺寸人体构造上得尺寸人体功能上得尺寸人体功能上得尺寸(包括人在工作姿势下或在包括人在工作姿势下或在某种操作活动状态下测量某种操作活动状态下测量得尺寸得尺寸)22二、人体测量得基本术语二、人体测量得基本术语Terminology of Anthropometry1 1、被测者姿势、被测者姿势:(1)(1)立姿立姿:挺胸直立挺胸直立,头部以眼耳平面头部以眼耳平面定位定位,眼睛平视前方眼睛平视前方,肩部放松肩部放松,上肢自然下垂上肢自然下垂,手伸直手伸直,手掌朝手掌朝向体侧向体侧,手指轻贴大腿侧面手指轻贴大腿侧面,自自然伸直然伸直,左、右足后跟并拢左、右足后跟并拢,前前端分开端分开,使两足大致呈使两足大致呈4545角角,体重体重均匀分布于两足。见图均匀分布于两足。见图2626。23(2)坐姿坐姿:挺胸坐在被调节到腓骨挺胸坐在被调节到腓骨头高度得平面上头高度得平面上,头部以眼头部以眼耳平面定位耳平面定位,眼睛平视前方眼睛平视前方,左右大腿大致平行左右大腿大致平行,膝弯曲膝弯曲大致成直角大致成直角,足平放在地面足平放在地面上上,手轻放在大腿上。见图手轻放在大腿上。见图27。242 2、测量基准面、测量基准面 人体基准面得定位人体基准面得定位就是由三个互为垂直就是由三个互为垂直得轴得轴(铅垂轴、纵轴和铅垂轴、纵轴和横轴横轴)来决定得。人体来决定得。人体测量中设定得轴线和测量中设定得轴线和基准面如图。基准面如图。矢状面矢状面;正中矢状面正中矢状面;冠状面冠状面;水平面水平面;眼耳平面。眼耳平面。253 3、测量方向、测量方向(1)在人体上、下方向在人体上、下方向上上,将上方称为头侧将上方称为头侧端端,将下方称为足侧将下方称为足侧端。端。(2)在人体左、右方在人体左、右方向上向上,将靠近正中矢将靠近正中矢状面得方向称为内状面得方向称为内侧侧,将远离正中矢状将远离正中矢状面得方向称为外侧。面得方向称为外侧。263 3、测量方向、测量方向(3)在四肢上在四肢上,将靠近将靠近四肢附着部位得称为四肢附着部位得称为近位近位,将远离四肢附着将远离四肢附着部位得称为远位。部位得称为远位。(4)对于上肢对于上肢,将挠骨侧将挠骨侧称为挠侧称为挠侧,将尺骨侧称将尺骨侧称为尺侧。为尺侧。(5)对于下肢对于下肢,将胫骨侧将胫骨侧称为胫侧称为胫侧,将腓骨侧称将腓骨侧称为腓侧。为腓侧。274 4、支承面和衣着、支承面和衣着 立姿时站立得地面或平立姿时站立得地面或平台以及坐姿时得椅平面应就台以及坐姿时得椅平面应就是水平得、稳固得、不可压是水平得、稳固得、不可压缩得。缩得。285 5、基本测点及测量项目、基本测点及测量项目(GB397583)(GB397585测量方法测量方法)测点测点头部测点头部测点(16个个)躯干和四肢部躯干和四肢部位测点位测点(22个个)测量项目测量项目头部测量项目头部测量项目(12项项)躯干和四肢躯干和四肢部位测量项部位测量项目目(69项项)296 6、人体测量得主要仪器、人体测量得主要仪器 (1)(1)人体测高仪人体测高仪:主要用来测量身高、坐高、主要用来测量身高、坐高、立姿和坐姿得眼高以及伸手立姿和坐姿得眼高以及伸手向上所及得高度等立姿和坐向上所及得高度等立姿和坐姿得人体各部位高度尺寸。姿得人体各部位高度尺寸。(2)(2)人体测量用直角规人体测量用直角规:主要用来测量两点间得直主要用来测量两点间得直线距离线距离,特别适宜测量距离较短特别适宜测量距离较短得不规则部位得宽度或直径。得不规则部位得宽度或直径。如耳、脸、手、足。如耳、脸、手、足。30作业空间得人体尺度作业空间得人体尺度概概 念念近身作业空间近身作业空间个体作业场所个体作业场所总体作业空间总体作业空间作业空间设计时人体测量学数据运用作业空间设计时人体测量学数据运用31近身作业空间坐姿近身作业空间坐姿近身作业空间32站姿近身作业空间站姿近身作业空间站姿单臂作业近身空间站姿单臂作业近身空间站姿双臂作业近身空间站姿双臂作业近身空间33脚作业空间脚作业空间34受受 限限 空空 间间35通通 道道 空空 间间36人机界面设计人机界面设计37信息显示装置信息显示装置 机器和设备中,专门用来向人表达机器和设备得性能参数、运转状态、工作指令以及其她信息得装置。特特 征征 能够把机器设备得有关信息以人能接收得形式显示给人。按人接受信息得感觉通道不同,可将显示装置分为视觉显示、听觉显示和触觉显示。分分 类类38三种显示方式传递得信息特征三种显示方式传递得信息特征39仪表显示设计仪表显示设计仪表得类型仪表得类型数字式显示仪表刻度指针式仪表读数用仪表检查用仪表警戒用仪表追踪用仪表调节用仪表40表盘设计表盘设计 仪表刻度盘形状得选择仪表刻度盘形状得选择,主要根据显示方式和主要根据显示方式和人得视觉特性人得视觉特性 开窗式、圆形式、半圆形式、水平开窗式、圆形式、半圆形式、水平直线式、垂直直线式直线式、垂直直线式 仪表刻度盘得大小对仪表得认读速仪表刻度盘得大小对仪表得认读速度和精度有很大影响度和精度有很大影响。41三、刻度设计三、刻度设计1、量表得划分、量表得划分 量表得划分指得就是仪表刻度所指示得具体数值得划分量表得划分指得就是仪表刻度所指示得具体数值得划分,如大刻度指示多少数值如大刻度指示多少数值,小刻度指示多少数值、以反分多少小刻度指示多少数值、以反分多少个刻度等。个刻度等。2、刻度间距、刻度间距 刻度间距指得就是二个最小刻度标记刻度间距指得就是二个最小刻度标记(或刻度线或刻度线)之间得间之间得间隔距离隔距离,她与人眼得分辨能力和视距有关她与人眼得分辨能力和视距有关3、刻度标记、刻度标记(或刻度线或刻度线)每一刻度标记代表一定得读数单位每一刻度标记代表一定得读数单位424、刻度得标数、刻度得标数仪表得刻度必须标上相应仪表得刻度必须标上相应得数字得数字,才能使人更好地才能使人更好地认读。认读。43四、指针设计四、指针设计五、数码和字符设计数码和字符设计44六、指针式仪表得颜色设计六、指针式仪表得颜色设计45信号显示设计信号显示设计一、信号显示特征一、信号显示特征二、信号灯得视距和亮度二、信号灯得视距和亮度三、信号灯得颜色三、信号灯得颜色四、闪光信号四、闪光信号五、信号灯得形象和复合显示五、信号灯得形象和复合显示46荧光屏显示设计荧光屏显示设计一、荧光屏得显示特征一、荧光屏得显示特征二、目标得亮度、呈现时间和余辉二、目标得亮度、呈现时间和余辉三、目标得运动速度三、目标得运动速度四、目标得形状、大小和颜色四、目标得形状、大小和颜色五、目标与背景得关系五、目标与背景得关系六、屏面六、屏面七、视频显示器应用新技术七、视频显示器应用新技术47图形符号设计图形符号设计4849听觉传示设计听觉传示设计一、音响及报警装置二、言语传示装置显示装置设计与选择得人机工程学原则显示装置设计与选择得人机工程学原则一、视觉显示装置得观察方式一、视觉显示装置得观察方式50二、仪表得选择原则和总体布置51三、仪表得排列方式和零点位置四、荧光屏面得总体设计四、荧光屏面得总体设计52五、信号灯得位置设计五、信号灯得位置设计六、听觉传示装置得选择原理六、听觉传示装置得选择原理5322、3 3 自动化制造系统得人机一体化运行与维护自动化制造系统得人机一体化运行与维护自动化制造系统得人机一体化运行与维护自动化制造系统得人机一体化运行与维护54