第十一节人机系统.ppt

第十一节 人机系统 一、人机信息及能量交换系统模型 人机系统的任何活动实质上是信息及能量的传递和交换。人机之间在进行信息及能量 的传递和交换中，首先是人的感觉器官（跟、耳等）从显示装置上感受到机器及环境作用 于人的信息，经大脑中枢神经的综合、分析、判断做出决策，然后命令运动器官（手或 脚）向机器的控制器发出控制信息，即操纵机器相应的执行机构（手柄或按钮等）完成 各种相应的运动机能（移动或转动），且将控制的效果反映在显示器上，构成一个信息及 能量传递的闭环系统。到此，人机系统完成了一次功能循环，如图1-11所示。 在这个循环过程中，人机系统完成了人所希望的功能，达到人的预期目的。 二、人机功能分配 （一）人在人机系统中的主要功能 人在人机系统中主要有3种功能： 1传感功能 通过人体感觉器官的看、听、摸等感知外界环境的刺激信息，如物体、事件、机器、 显示器、环境或工作过程等，将这些刺激信息作为输人传递给人的中枢神经。 2信息处理功能 大脑对感知的信息进行检索、加工、判断、评价，然后做出决策。 3操纵功能 将信息处理的结果作为指令，指挥人的行动，即人对外界的刺激作出反应，如操纵控 制器、使用工具、处理材料等，最后达到人的预期目的，如机器被开动运转、零件被加工 成形、机器的故障已被排除、缺陷零件已被修复或者更换等。 （二）人机特性比较 人体本身就是一部复杂的、特殊的机器。人与机器的特性包括许多内容，但就从人机系 统中信息及能量的接受、传递、转换过程来讲，我们可以归纳为以下4个方面来比较，即信 息感受、信息处理和决策、操作反应、工作能力等，详见表1-10。从该表可见，人优于机 器的能力主要有：信号检测、图像识别、灵活性、随机应变、归纳、推理、判断、创造性 等；机器优于人的能力主要有反应和操作速度快、精确性高、输出功率大、耐久力强、重复 性好、短期记忆、能同时完成多种操作、进行演绎推理以及能在恶劣环境下工作等。 （三）人机功能分配原则 根据人机特性的比较，为了充分发挥各自的优点，人机功能合理分配的原则应该是： 笨重的、快速的、持久的、可靠性高的、精度高的、规律性的、单调的、高价运算的、操作复杂的、环境条件差的工作，适合于机器来做；而研究、创造、决策、指令和程序的编排、检查、维修、故障处理及应付不测等工作，适合于人来承担。 三、人机系统可靠性计算 （一）系统中人的可靠度计算 由于人机系统中人的可靠性的因素众多且随机变化，因此人的可靠性是不稳定的。人 的可靠度计算（定量计算）也是很困难的。 1人的基本可靠度 系统不因人体差错发生功能降低和故障时人的成功概率，称为人的基本可靠度，用r 表示。人在进行作业操作时的基本可靠度可用下式表示： r=a1a2a3 (1-26) 式中a1——输入可靠度，考虑感知信号及其意义时有失误； a2——判断可靠度，考虑进行判断时失误； a3——输出可靠度，考虑输出信息时运动器官执行失误，如按错开关。 上式是外部环境在理想状态下的可靠度值。a1,a2,a3,各值如表1-11所示。 人的作业方式可分为两种情况，一种是在工作时间内连续性作业，另一种是间歇性作业。 (1)连续作业 在作业时间内连续进行监视和操纵的作业称为连续作业，例如控制人员连续观察仪表并连续调节流量；汽车司机连续观察线路并连续操纵方向盘等。 连续操作的人的基本可靠度可以用时间函数表示如下： (1-27) 式中r (t) ——连续性操作人的基本可靠度。 t——连续工作时间； l(t) ——t时间内人的差错率。 (2)间歇性作业 在作业时间内不连续地观察和作业，称为间歇性作业；例如，汽车司机观察汽车上的 仪表，换挡、制动等。对间歇性作业一般采用失败动作的次数来描述可靠度，其计算公 式为： r=1 - p(n/N) (1-28) 式中N——总动作次数： n——失败动作次数； p——-失败概率。 2人的作业可靠度 考虑了外部环境因素的人的可靠度RH为： RH=1—b1·b2·b3·b4·b5(1-r)