人机系统分析与评价.ppt

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-1 Rhn= nCi(1-R)iRn-I i=0 Rhn 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,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）（Operational Sequence Diagramming） 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。,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,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,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,32,1）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。,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。,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,36,3）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,37,4）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(Human Error and Reliability Analysis Logic Development ,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(Fault Tree Analysis，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故障模式,既求出故障的所有最小割集(MCS). 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事件的集合。,故障树分析的基本程序 1.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。 2.调查事故：收集事故案例，进行事故统计。 3.确定顶上事件 4.确定目标值：求解事故发生的概率(频率) 作为要控制的事故目标值。 5.调查原因事件 6.画出故障树：从顶上事件起，逐级找出直接原因的事件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出故障树。,7.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。 8.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(事故)的发生概率。 9.比较：比较分可维修系