第六章 人-机-环境系统工程

1、第六章第六章 人人-机机-环境系统工程环境系统工程6-1 概述概述6-2 人人-机机-环境系统规划设计环境系统规划设计6-3 人人-机机-环境系统分析评价方法环境系统分析评价方法 思考题思考题6-1 概述概述研究范畴研究范畴 1地位及主要特征地位及主要特征 2应用前景应用前景 36.1.1研究范畴研究范畴人人-机机-环境系统工程的研究范畴可以用图环境系统工程的研究范畴可以用图6-1来形来形象描述象描述图6-1 人-机-环境系统工程研究范畴示意图 （1）人的特性的研究）人的特性的研究 主要包括人的工作能力研究，人的基本素质主要包括人的工作能力研究，人的基本素质的测试评价，人的体力负荷、脑力负荷和

2、心理负的测试评价，人的体力负荷、脑力负荷和心理负荷研究，人的可靠性研究，人的数学模型（控制荷研究，人的可靠性研究，人的数学模型（控制模型和决策模型）研究，人体测量技术研究，人模型和决策模型）研究，人体测量技术研究，人员的选拔和训练研究。员的选拔和训练研究。（2）机器特性的研究）机器特性的研究 主要包括机器的可操作性和可维护性研究，主要包括机器的可操作性和可维护性研究，被控对象动力学的建模技术，机器的防错设计研被控对象动力学的建模技术，机器的防错设计研究。究。 6.1.1研究范畴研究范畴（3）环境特性的研究）环境特性的研究 主要包括环境检测技术的研究，环境控制技主要包括环境检测技术的研究，环境控

3、制技术的研究，环境建模技术的研究。术的研究，环境建模技术的研究。（4）人）人-机关系的研究机关系的研究 主要包括静态人主要包括静态人-机关系研究、动态人机关系研究、动态人-机关机关系研究和多媒体技术在人系研究和多媒体技术在人-机关系研究中的应用机关系研究中的应用等三个方面。静态人等三个方面。静态人-机关系研究主要有人、机机关系研究主要有人、机功能分配研究（人、机功能比较研究，人、机功功能分配研究（人、机功能比较研究，人、机功能分配方法研究，人工智能研究）和人能分配方法研究，人工智能研究）和人-机界面机界面研究（显示和控制技术研究，人研究（显示和控制技术研究，人-机界面设计及机界面设计及评价技术

4、研究）。评价技术研究）。6.1.1研究范畴研究范畴（5）人）人-环境关系的研究环境关系的研究 主要包括环境因素对人的影响，个体防护措主要包括环境因素对人的影响，个体防护措施的研究。施的研究。（6）机）机-环境关系的研究环境关系的研究 主要包括环境因素对机器性能的影响，机器主要包括环境因素对机器性能的影响，机器对环境的影响。对环境的影响。（7）人）人-机机-环境系统总体性能的研究环境系统总体性能的研究 主要包括人主要包括人-机机-环境系统总体模型的研究，环境系统总体模型的研究，人人-机机-环境系统全数学模拟、半物理模拟和全物环境系统全数学模拟、半物理模拟和全物理模拟技术的研究，人理模拟技术的研究

5、，人-机机-环境系统总体性能（环境系统总体性能（安全、高效、经济）的分析、设计和评价。安全、高效、经济）的分析、设计和评价。6.1.1研究范畴研究范畴6.1.2地位及主要特征地位及主要特征（一）新兴科学的发展（一）新兴科学的发展 科学技术的发展，不仅包括从深度和广度上科学技术的发展，不仅包括从深度和广度上发展已经建立的各门学科，而且还有赖于新兴学发展已经建立的各门学科，而且还有赖于新兴学科的出现。科的出现。影响新兴科学影响新兴科学的因素的因素普遍性普遍性专门性专门性6.1.2地位及主要特征地位及主要特征1. 科学技术的专门性科学技术的专门性 是由于发现了新的研究对象，或出现了特别的科学是由于发

6、现了新的研究对象，或出现了特别的科学趋势，促使人们去研究一类比较狭窄的对象，如细胞生趋势，促使人们去研究一类比较狭窄的对象，如细胞生物学、高分子化学等科学理论就是这种例子。物学、高分子化学等科学理论就是这种例子。 特点是用专门手段提出问题，并解决问题，它只涉特点是用专门手段提出问题，并解决问题，它只涉及比较狭窄的研究领域。及比较狭窄的研究领域。2. 科学技术的普遍性科学技术的普遍性 一般都是为了研究非常广泛的一类对象中出现的自一般都是为了研究非常广泛的一类对象中出现的自然现象而创立，如控制论、系统科学等科学理论就属此然现象而创立，如控制论、系统科学等科学理论就属此例，且往往都是边缘学科。例，且

7、往往都是边缘学科。其两个重要特征：其两个重要特征： 第一是纵向整体化，使基础科学与工程技术相互渗透，甚第一是纵向整体化，使基础科学与工程技术相互渗透，甚至融为一体；至融为一体； 第二是横向整体化，大力推行横跨学科的交叉研究。第二是横向整体化，大力推行横跨学科的交叉研究。 6.1.2地位及主要特征地位及主要特征（二）人（二）人-机机-环境系统工程环境系统工程 作为一门综合性的边缘技术学科，其整体化特征表作为一门综合性的边缘技术学科，其整体化特征表现最为突出。现最为突出。 其整体性特征又可以从纵向整体化和横向整体化来其整体性特征又可以从纵向整体化和横向整体化来研究研究 1. 纵向整体化纵向整体化

8、相对其基础科学（如生理学、心理学、系统科学）相对其基础科学（如生理学、心理学、系统科学）而言，它是注重于实际应用，强调实践性而言，它是注重于实际应用，强调实践性; 相对其工程技术（如航天人相对其工程技术（如航天人-机机-环境系统工程，航空环境系统工程，航空人人-机机-环境系统工程、坦克人环境系统工程、坦克人-机机-环境系统工程）而言，环境系统工程）而言，又为实际应用提供理论依据。又为实际应用提供理论依据。 6.1.2地位及主要特征地位及主要特征2. 横向整体化横向整体化 人人-机机-环境系统工程的研究范围从系统构思环境系统工程的研究范围从系统构思开始，历经系统建立、系统运行和系统维护，直开始，

9、历经系统建立、系统运行和系统维护，直至系统消亡为终，没有多种学科知识和多种方法至系统消亡为终，没有多种学科知识和多种方法论指导，就无法取得最佳效果，故其学科交叉非论指导，就无法取得最佳效果，故其学科交叉非常明显。常明显。 因此，目前国内外学者在论述该研究领域时因此，目前国内外学者在论述该研究领域时，总是众说纷纭，莫衷一是，诸如人体工程学、，总是众说纷纭，莫衷一是，诸如人体工程学、工程心理学、工效学、人因工程（人的因素，人工程心理学、工效学、人因工程（人的因素，人的因素工程）、人的因素工程）、人-机系统、环境医学等等。机系统、环境医学等等。 6.1.2地位及主要特征地位及主要特征3.三个独特见解

10、三个独特见解（1）人）人-机机-环境系统工程特别强调机（包括工具、机器和计算机）的环境系统工程特别强调机（包括工具、机器和计算机）的设计要符合人的特点和要求。设计要符合人的特点和要求。 首先是强调机器的设计要符合人的特点，其次再强调通过选拔和训首先是强调机器的设计要符合人的特点，其次再强调通过选拔和训练，让人去适应机器的特点，使人机协调达到最优化。练，让人去适应机器的特点，使人机协调达到最优化。（2）人）人-机机-环境系统工程与以往一些相邻学科（如人的因素，工效学环境系统工程与以往一些相邻学科（如人的因素，工效学、人、人-机系统）的根本区别之一，就是环境因素不再作为一种被动的机系统）的根本区别

11、之一，就是环境因素不再作为一种被动的干扰因素排斥在系统之外，而是作为一种积极的主动因素纳入系统干扰因素排斥在系统之外，而是作为一种积极的主动因素纳入系统之中，成为系统的一个重要环节。之中，成为系统的一个重要环节。 （3）人）人-机机-环境系统工程还强调自上而下、由总及细的系统思考方法环境系统工程还强调自上而下、由总及细的系统思考方法，遵循系统，遵循系统还原还原再系统再系统再还原，直至不断循环上升的再还原，直至不断循环上升的思维程序，把系统观与还原观有机结合，不断推动人思维程序，把系统观与还原观有机结合，不断推动人-机机-环境系统环境系统工程研究往纵深发展。工程研究往纵深发展。 6.1.3应用前

12、景应用前景 人人-机机-环境系统工程理论虽然是一门新兴的环境系统工程理论虽然是一门新兴的边缘技术科学，但其踪迹已深入到人类生活的各边缘技术科学，但其踪迹已深入到人类生活的各个领域，比如民用和军事两个领域。尤其在新的个领域，比如民用和军事两个领域。尤其在新的技术革命浪潮汹涌而至的今天，人技术革命浪潮汹涌而至的今天，人-机机-环境系统环境系统工程理论所肩负的历史使命就更加艰巨。工程理论所肩负的历史使命就更加艰巨。6.1.3应用前景应用前景（一）民用领域（一）民用领域 人人-机机-环境系统工程理论为生产力的发展和环境系统工程理论为生产力的发展和提高提供了理论依据和技术手段提高提供了理论依据和技术手段

13、 生产力机人环境6.1.3应用前景应用前景（二）军事领域（二）军事领域 人人-机机-环境系统工程理论也为战斗力的发展环境系统工程理论也为战斗力的发展和提高提供了理论依据和技术手段。和提高提供了理论依据和技术手段。 战斗力武器人作战环境6.1.3应用前景应用前景（三）信息化社会（三）信息化社会 所谓信息社会，也可称为知识和智力的社会所谓信息社会，也可称为知识和智力的社会，就是需要产生和处理大量的知识和信息。，就是需要产生和处理大量的知识和信息。 计算机的广泛使用，使人的脑力劳动得到了计算机的广泛使用，使人的脑力劳动得到了部分替代和扩展，人类将致力于从事更高级的智部分替代和扩展，人类将致力于从事更

14、高级的智能活动。人能活动。人-机机-环境系统将以更为高级的形态出环境系统将以更为高级的形态出现现 6-2 人人-机机-环境系统规划设计环境系统规划设计系统规划设计思路和流程系统规划设计思路和流程 1系统功能和目标规划系统功能和目标规划 2人人-机机-环境系统设计环境系统设计 36.2.1系统规划设计思路和流程系统规划设计思路和流程 （一）系统规划设计思路（一）系统规划设计思路 人作为人人作为人-机机-环境系统的主导，既是人环境系统的主导，既是人-机机-环境系统的操纵者，又受该系统的制约。环境系统的操纵者，又受该系统的制约。 在人在人-机机-环境系统中分析和研究的重点是环境系统中分析和研究的重点

15、是人相对于机械所处的地位，无论是在手工操作人相对于机械所处的地位，无论是在手工操作系统、半自动化系统还是自动化系统中，人都系统、半自动化系统还是自动化系统中，人都是人是人-机机-环境系统的重要组成部分。环境系统的重要组成部分。 人人-机机-环境系统的基本构架由人的子系统环境系统的基本构架由人的子系统、机的子系统、人机界面及其所处的环境所组、机的子系统、人机界面及其所处的环境所组成。成。 6.2.1系统规划设计思路和流程系统规划设计思路和流程 运用系统分析的运用系统分析的方法，可将人方法，可将人-机机-环环境系统设计分析过程境系统设计分析过程表示为图表示为图6-2 一般按上述设计一般按上述设计分

16、析过程进行，即可分析过程进行，即可得到较为满意的效果得到较为满意的效果。如果设计效果不满。如果设计效果不满意，可仍按上述过程意，可仍按上述过程重复进行，直到满意重复进行，直到满意为止。为止。 6.2.1系统规划设计思路和流程系统规划设计思路和流程（二）系统规划设计流程（二）系统规划设计流程 在现代设计中，人在现代设计中，人-机机-环境系统工程设计是环境系统工程设计是各种产品设计中必不可少的一个部分，而且在设各种产品设计中必不可少的一个部分，而且在设计的最初阶段就应考虑。计的最初阶段就应考虑。 要设计好一台现代化设备，只从工程技术方要设计好一台现代化设备，只从工程技术方面去考虑是远远不够的，还应

17、把心理学、生理学面去考虑是远远不够的，还应把心理学、生理学、生物力学、人体测量学等有关学科的知识结合、生物力学、人体测量学等有关学科的知识结合起来，注意到人的特性，并把人与机组成一个有起来，注意到人的特性，并把人与机组成一个有机的系统。机的系统。 6.2.1系统规划设计思路和流程系统规划设计思路和流程人人-机机-环境系统的设计步骤可归纳为：环境系统的设计步骤可归纳为： 教材中教材中表表6-1为为 人人-机机-环境系统规划详细设计步骤环境系统规划详细设计步骤 明确系统明确系统的目的和的目的和条件条件 进行人和进行人和机械的功机械的功能分配能分配 进行人进行人和机械和机械的相互的相互配合配合 对系

18、统对系统或机械或机械的设计的设计 对系统对系统进行分进行分析评价析评价 6.2.2系统功能和目标规划系统功能和目标规划 （一）系统功能规划（一）系统功能规划 系统的功能是指系统接受物质、能量和信息系统的功能是指系统接受物质、能量和信息并予以转换，产生另一种形态的物质、能量和信并予以转换，产生另一种形态的物质、能量和信息的能力，或者说系统与外部环境相互作用的能息的能力，或者说系统与外部环境相互作用的能力。力。 系统是由要素构成的，不同的要素构成不同系统是由要素构成的，不同的要素构成不同的系统，因此，在对系统进行功能分析时要研究的系统，因此，在对系统进行功能分析时要研究要素对系统功能的影响。要素对

19、系统功能的影响。 6.2.2系统功能和目标规划系统功能和目标规划 环境选择功能 功能适应环境 环境的不同也会环境的不同也会引起系统功能的变引起系统功能的变化，影响系统功能化，影响系统功能的发挥。的发挥。 6.2.2系统功能和目标规划系统功能和目标规划（二）（二） 系统目标建立系统目标建立 在完成系统功能规划后，需要根据系统功能来确定系统目在完成系统功能规划后，需要根据系统功能来确定系统目标。在建立目标时，应尽可能地满足下列前提条件标。在建立目标时，应尽可能地满足下列前提条件：目标中应尽可能完备地包括对判断有重大关系的要求和一般条件，以免忽略重要依据。 在各个目标之间必须是相互独立的，即对某一个

20、目标的价值有影响的措施不影响其它目标的价值。 系统中各个目标的特性应简单明确，尽可能定量地表达，至少也要用明确的文字定性表达。 6.2.2系统功能和目标规划系统功能和目标规划技术目标技术目标 经济目标经济目标 社会目标社会目标 满足上述前提条件后，再进行系统目标的满足上述前提条件后，再进行系统目标的设定，一般都有多个，可概括为三个主要设定，一般都有多个，可概括为三个主要方面的内容方面的内容6.2.2系统功能和目标规划系统功能和目标规划(1) 技术目标技术目标 方案在技术上的可行性和先进性方案在技术上的可行性和先进性(2) 经济目标经济目标 方案的经济效益方案的经济效益(3) 社会目标社会目标

21、方案实施后对社会带来的效益和影响方案实施后对社会带来的效益和影响 系统的目的性和集合性是联系在一起的，若干要素系统的目的性和集合性是联系在一起的，若干要素集合在一起是为了实现一定的目标，没有目标就没有要集合在一起是为了实现一定的目标，没有目标就没有要素的集合。素的集合。 需要将总目标分解为各级分目标，直至具体、直观需要将总目标分解为各级分目标，直至具体、直观为止。为止。 教材中教材中图图6-3是一般人是一般人-机机-环境系统设计目标体系。环境系统设计目标体系。 6.2.2系统功能和目标规划系统功能和目标规划（三）目标体系处理（三）目标体系处理 目标体系中的分目标之间有相互联系，一项目标体系中的

22、分目标之间有相互联系，一项目标的变化，常常会影响到另一些目标随之变化目标的变化，常常会影响到另一些目标随之变化。目标之间的相互联系与相互制约关系是很复杂。目标之间的相互联系与相互制约关系是很复杂的，在拟定目标时应仔细分析。的，在拟定目标时应仔细分析。 面对繁多的目标条款，有必要简化目标体系面对繁多的目标条款，有必要简化目标体系 简化目标体系，即选择一些足以影响方案成简化目标体系，即选择一些足以影响方案成败和反映方案主要特征的目标作为目标。常用的败和反映方案主要特征的目标作为目标。常用的判断方法有统计方法等。判断方法有统计方法等。6.2.2系统功能和目标规划系统功能和目标规划 在目标体系中，各项

23、目标的重要性程度是不在目标体系中，各项目标的重要性程度是不一样的。在确定目标时，必须弄清它们对于方案一样的。在确定目标时，必须弄清它们对于方案总价值的重要性（权值）总价值的重要性（权值） 如表如表6-2所示，这里给出一个有所示，这里给出一个有4个分目标个分目标的判别表的例子，将目标的重要性两两比较，本的判别表的例子，将目标的重要性两两比较，本表中假定同等重要的各给表中假定同等重要的各给2分；某一项比另一项分；某一项比另一项重要者则分别给重要者则分别给3分与分与1分；某一项比另一项重分；某一项比另一项重要得多，则分别给要得多，则分别给4分与分与0分，并将比较的给分分，并将比较的给分填入表中。填入

24、表中。6.2.2系统功能和目标规划系统功能和目标规划6.2.2系统功能和目标规划系统功能和目标规划各目标的加权系数为各目标的加权系数为式中式中 目标的加权系数；目标的加权系数； 各目标的总分；各目标的总分； n 目标数，本例子有目标数，本例子有4个。个。 当目标数较多时，两两比较时应冷静、细致当目标数较多时，两两比较时应冷静、细致，否则会引起混乱，陷入自相矛盾的境地。，否则会引起混乱，陷入自相矛盾的境地。 igniiiikkg1/6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计 人人-机机-环境系统设计的总目标是：根据人的环境系统设计的总目标是：根据人的特性，设计出最符合人操作的机械，最适合手动

25、特性，设计出最符合人操作的机械，最适合手动的工具，最方便使用的控制器，最醒目的显示器的工具，最方便使用的控制器，最醒目的显示器，最舒适的座椅，最舒适的工作姿势和操作程序，最舒适的座椅，最舒适的工作姿势和操作程序，最有效经济的作业方法和标准时间，最宜人的，最有效经济的作业方法和标准时间，最宜人的工作环境等等，以保证整个系统安全可靠、效益工作环境等等，以保证整个系统安全可靠、效益最佳。最佳。6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计对人对人-机系统的设计要求如下：机系统的设计要求如下： 1. 能达到预定目标，完成预定的任务；能达到预定目标，完成预定的任务；2. 在人在人-机机-环境系统中，人与

26、机都能充分发挥各环境系统中，人与机都能充分发挥各 自的作用并协调地工作；自的作用并协调地工作；3. 系统接受输入和输出的功能，都必须符合设计系统接受输入和输出的功能，都必须符合设计的能力；的能力； 4. 系统要考虑环境因素的影响；系统要考虑环境因素的影响；5. 人人-机机-环境系统应有一个完善的反馈闭环回路环境系统应有一个完善的反馈闭环回路. 6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计（一）人、机任务分配（一）人、机任务分配 在人在人-机机-环境系统中，充分发挥人与机械各环境系统中，充分发挥人与机械各自的特长，互补所短，恰当分工，以达到系统整自的特长，互补所短，恰当分工，以达到系统整体的最

27、佳效能与总体功能，是一项十分重要的动体的最佳效能与总体功能，是一项十分重要的动态的决策工作，是人态的决策工作，是人-机机-环境系统设计的基础，环境系统设计的基础，称为人机功能（任务）分配。称为人机功能（任务）分配。 人机功能分配必须建立在对人和机器功能特人机功能分配必须建立在对人和机器功能特性充分分析比较的基础上（见表性充分分析比较的基础上（见表6-3） 教材中教材中表表6-3为为 人与机的功能特性比较人与机的功能特性比较6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计在功能分配时，通常要考虑在功能分配时，通常要考虑1. 人与机械的性能、负荷能力、潜力及局限性；人与机械的性能、负荷能力、潜力及局

28、限性；2. 人进行规定操作所需的训练时间和精力限度；人进行规定操作所需的训练时间和精力限度；3. 对异常情况的适应性和反应能力的人机对比；对异常情况的适应性和反应能力的人机对比；4. 人的个体差异的统计；人的个体差异的统计；5. 机械代替人的效果和成本。机械代替人的效果和成本。6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计 一般认为用机器代替人操作，在相同效率相一般认为用机器代替人操作，在相同效率相同质量的条件下，满足下列不等式才是经济可行同质量的条件下，满足下列不等式才是经济可行的：的： 设备原值（折旧率大修费率)设备能耗费设备维修保养费设备原值的银行利息人工工资工资附加费社会保险费 但此公

29、式可操作性差，在经济合理的情况下但此公式可操作性差，在经济合理的情况下，应尽可能让，应尽可能让“机机”更多地代替人的工作，以减更多地代替人的工作，以减轻人的劳动强度，确保操作安全和健康。轻人的劳动强度，确保操作安全和健康。 6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计 下列事项，通常应由下列事项，通常应由“机机”去承担去承担：（1）枯燥、单调的作业）枯燥、单调的作业 和笨重的作业；和笨重的作业；（2）危险性较大的作业）危险性较大的作业 ；（3）粉尘作业；）粉尘作业；（4）喷漆、涂料、电镀、）喷漆、涂料、电镀、 焊接、铆接等作业；焊接、铆接等作业；（5）自动校正，自动检测，）自动校正，自动检测

30、， 高精度装配等；高精度装配等；（6）特殊目的作业）特殊目的作业 （7）高阶运算；）高阶运算；（8）快速操作；）快速操作；（9）高可靠性的、高精度）高可靠性的、高精度的和程序固定的作业。的和程序固定的作业。6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计 从现阶段看，由人去完成下列作业较为合适，人从现阶段看，由人去完成下列作业较为合适，人的优势比机器大的优势比机器大 ：（1）程序设计；）程序设计；（2）意外事件处理；）意外事件处理；（3）变化频繁的作业；）变化频繁的作业；（4）“机机”的维修；的维修；（5）长时期大量贮存信息；）长时期大量贮存信息；（6）研究、决策、设计等。）研究、决策、设计等。

31、6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计（二）人机匹配（二）人机匹配 在复杂的人在复杂的人-机机-环境系统中，人是一个子系环境系统中，人是一个子系统，为使人统，为使人-机机-环境系统总体效能最优，必须使环境系统总体效能最优，必须使机械设备与操作者之间达到最佳配合，即达到最机械设备与操作者之间达到最佳配合，即达到最佳人机匹配。为此，要明确人和机器的基本界限佳人机匹配。为此，要明确人和机器的基本界限，这就是研究人机匹配的基本方法。，这就是研究人机匹配的基本方法。 6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计人的基本界限包括：人的基本界限包括： 准确度界限、体力界限、动作速度界限、知准确度界

32、限、体力界限、动作速度界限、知觉能力界限等。觉能力界限等。机器的基本界限包括：机器的基本界限包括： 机器的性能界限、机器的正常动作界限、机机器的性能界限、机器的正常动作界限、机器判断能力界限、费用界限等。器判断能力界限、费用界限等。 由于人和机器各有特长和局限性，所以人机由于人和机器各有特长和局限性，所以人机之间应该彼此协调、相互补充。之间应该彼此协调、相互补充。 人机匹配除合理分配人与机器的功能外，实人机匹配除合理分配人与机器的功能外，实现人和机器的相互配合也是很重要的。现人和机器的相互配合也是很重要的。 6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计人机匹配的具体内容很多人机匹配的具体内容

33、很多 ,如如 显示器与人的信息感觉通道特性的匹配；显示器与人的信息感觉通道特性的匹配； 控制器与人体运动反应特性的匹配；控制器与人体运动反应特性的匹配； 显示器与控制器之间的匹配；显示器与控制器之间的匹配； 环境条件与人的有关特性的匹配；环境条件与人的有关特性的匹配； 人、机、环境要素与作业之间的匹配人、机、环境要素与作业之间的匹配 。 要选用最有利于发挥人的能力、提高人的要选用最有利于发挥人的能力、提高人的操作可靠性的匹配方式来进行设计。应充分考操作可靠性的匹配方式来进行设计。应充分考虑到既有利于人能很好地完成任务，又能减轻虑到既有利于人能很好地完成任务，又能减轻人的负担和改善人的工作条件。

34、人的负担和改善人的工作条件。 6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计（三）人机界面及交互系统的设计（三）人机界面及交互系统的设计 人机界面是人机之间传送信息的媒介，它主人机界面是人机之间传送信息的媒介，它主要包括三部分要包括三部分: 1. 机器上显示器与人的信息通道的界面；机器上显示器与人的信息通道的界面； 2. 机器上操作器与人的运动器官的界面；机器上操作器与人的运动器官的界面； 3. 人机系统与环境之间的界面。人机系统与环境之间的界面。 6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计人机界面的研究重点是：人机界面的研究重点是：1. 显示器能提供易于为人识别理解的信息，该信显示器能提

35、供易于为人识别理解的信息，该信息能反映机内工作状态，而且又对人安全可靠无息能反映机内工作状态，而且又对人安全可靠无害；害；2. 人所进行的操作或提供的信息要易于为操作器人所进行的操作或提供的信息要易于为操作器所识别，且灵敏可靠；所识别，且灵敏可靠；3. 正确设计显示器和操作器的布局，有利于人的正确设计显示器和操作器的布局，有利于人的操作和使用。操作和使用。6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计人人-机机-环境系统工程学的目标是优化整个系统而环境系统工程学的目标是优化整个系统而 不是仅仅优化其中的某一个部分。不是仅仅优化其中的某一个部分。 人机交互系统的设计经历了几个比较大的阶段：人机交

36、互系统的设计经历了几个比较大的阶段： 最初，设计者主要关注功能；最初，设计者主要关注功能； 第二阶段，由关注功能转向了可用性设计；第二阶段，由关注功能转向了可用性设计； 近几年，在设计时经常会考虑环境因素。近几年，在设计时经常会考虑环境因素。 6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计一个优秀的人机交互系统需满足以下条件：一个优秀的人机交互系统需满足以下条件：1. 系统设计符合人系统设计符合人-机机-环境系统工程学要求；环境系统工程学要求；2. 系统设计符合使用者的思维模式；系统设计符合使用者的思维模式；3. 只显示对决策有用的信息；只显示对决策有用的信息；4. 捆绑相似的信息；捆绑相似的

37、信息；5. 系统设计体现个性化的要求；系统设计体现个性化的要求；6. 系统设计支持现有的工作方法和相关的人造体系统设计支持现有的工作方法和相关的人造体系。系。6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计 要很好地做出人机交互系统就必须有一个包含多种要很好地做出人机交互系统就必须有一个包含多种学科成员的交互系统设计团队学科成员的交互系统设计团队市场专员市场专员制造工程师制造工程师团队领导者团队领导者设计工程师设计工程师交互系统设计交互系统设计团队团队ADBC6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计交互系统主要的有效设计方针如下交互系统主要的有效设计方针如下：（1）雇主的帮助和支持；）雇主

38、的帮助和支持；（2）恰当地考虑人体环境因素；）恰当地考虑人体环境因素；（3）考虑弱相关环境因素；）考虑弱相关环境因素；（4）软件和硬件设计的柔性；）软件和硬件设计的柔性；（5）在设计中，注重目标用户群体）在设计中，注重目标用户群体；（6）雇员介入和参与决策制定过程）雇员介入和参与决策制定过程；（7）噪音设计的实施；）噪音设计的实施；（8）设置可用性目标，重点放在效）设置可用性目标，重点放在效果、直觉和主观感觉上；果、直觉和主观感觉上；（9）反复可用性评价；）反复可用性评价；（10）用户智力模型的确定；）用户智力模型的确定； （11）通过场景、顺序、流程、）通过场景、顺序、流程、工艺和等级的设计

39、有效地集成工艺和等级的设计有效地集成任务；任务；（12）奖励系统的设计；）奖励系统的设计；（13）建立工作标准；）建立工作标准；（14）工作岗位的扩大和丰富；）工作岗位的扩大和丰富；（15）雇员绩效的电子监控；）雇员绩效的电子监控；（16）雇员和管理层的持续交流）雇员和管理层的持续交流；（17）实施改变和变革；）实施改变和变革；（18）职业途径的发展；）职业途径的发展；（19）系统方法；）系统方法；（20）控制变化。）控制变化。6.2.3人人-机机-环境系统设计环境系统设计（四）环境设计与控制（四）环境设计与控制 环境分析贯穿系统分析或系统工程的全过程环境分析贯穿系统分析或系统工程的全过程，在

40、系统工程中是十分重要和必不可少的。，在系统工程中是十分重要和必不可少的。 研究机器对环境的影响，主要目的是要尽量研究机器对环境的影响，主要目的是要尽量减小机器对环境产生的不利影响，以实现环境控减小机器对环境产生的不利影响，以实现环境控制和机的正常运行。制和机的正常运行。 主要措施：主要措施： （1）控制特殊作业场区的环境因素）控制特殊作业场区的环境因素（2）建立人工微小环境系统）建立人工微小环境系统6-3 人人-机机-环境系统分析评价方法环境系统分析评价方法定性方法定性方法 1定量方法定量方法 2定性与定量相结合的方法定性与定量相结合的方法 36.3.1定性方法定性方法（一）定性目标的定量处理

41、（一）定性目标的定量处理 1定性目标的价值谱定性目标的价值谱 在人在人-机机-环境系统设计评价中，有很多评价目标（即环境系统设计评价中，有很多评价目标（即要素，如美观、大方、舒适等）很难定量表示，为了便要素，如美观、大方、舒适等）很难定量表示，为了便于评价，需要规定一个相应的尺度于评价，需要规定一个相应的尺度价值谱。价值谱价值谱。价值谱可以是从可以是从1到到5，也可以从，也可以从1到到10，见表，见表6-4。 6.3.1定性方法定性方法6.3.1定性方法定性方法2. 计算总价值计算总价值 评分方法很多，计算总价值（总分）的方法也有多种，常见的评分方法很多，计算总价值（总分）的方法也有多种，常见

42、的加权求和法或者表加权求和法或者表6-5中介绍的几种方法中介绍的几种方法 6.3.1定性方法定性方法表中：表中： 为方案总价值；为方案总价值； 为评价目标数；为评价目标数； 为各评价目标的价值；为各评价目标的价值； 为理想方案的总价值。为理想方案的总价值。 以上方法可根据具体情况选用，总价值高者以上方法可根据具体情况选用，总价值高者为较佳方案。为较佳方案。6.3.1定性方法定性方法（二）检查表法（二）检查表法 检查表法也称检核表法，用检查表进行评价是一个检查表法也称检核表法，用检查表进行评价是一个较为普遍的初步的评价方法，该方法既可用于系统评价较为普遍的初步的评价方法，该方法既可用于系统评价，

43、也可用于单元评价。，也可用于单元评价。 1检查表编制要求检查表编制要求（1）从人、机、环境要求出发，利用系统工程方法和人）从人、机、环境要求出发，利用系统工程方法和人-机机-环境系统工程的原理将系统划分成单元，以便于集中环境系统工程的原理将系统划分成单元，以便于集中分析问题。分析问题。（2）以各种规范、规定和标准等为依据。）以各种规范、规定和标准等为依据。（3）要充分收集有关资料、市场信息和同类或类似产品的）要充分收集有关资料、市场信息和同类或类似产品的情报。情报。（4）由人）由人-机机-环境系统工程技术人员、生产技术人员和有环境系统工程技术人员、生产技术人员和有经验的操作人员共同编制。经验的

44、操作人员共同编制。6.3.1定性方法定性方法2人人-机机-环境系统分析检查表环境系统分析检查表 人人-机机-环境系统分析检查表是指对整个系统环境系统分析检查表是指对整个系统（包括人、机、环境）进行检查时所使用的检查（包括人、机、环境）进行检查时所使用的检查表，其检查内容很多，这里仅介绍其中几个主要表，其检查内容很多，这里仅介绍其中几个主要部分的检查内容部分的检查内容 。（1）信息显示）信息显示（2）操纵装置）操纵装置（3）作业空间）作业空间（4）环境要素）环境要素6.3.1定性方法定性方法（三）操作顺序图分析法（三）操作顺序图分析法 操作顺序图分析法也称运营图法，或称操作顺序图分析法也称运营图

45、法，或称OSD法（法（Operational Sequence Diagramming），这种方法的特征和工业工），这种方法的特征和工业工程中所用的工作系统分析不同，它重视信息、意程中所用的工作系统分析不同，它重视信息、意志决定和动作三个要素之间的关系，是将由信息志决定和动作三个要素之间的关系，是将由信息-意志决定意志决定-动作组成的作业顺序用图式表示的方动作组成的作业顺序用图式表示的方法。法。 一般用圆圈表示接受信息，用方块表示一般用圆圈表示接受信息，用方块表示动作，用三角表示传递信息。动作，用三角表示传递信息。 6.3.1定性方法定性方法 操作者看到信号灯亮就按揿钮的操作顺序见操作者看到信

46、号灯亮就按揿钮的操作顺序见图图6-4所示，所示， 6.3.1定性方法定性方法图图6-5为稍微复杂点的人操作失误时的操作顺序图。为稍微复杂点的人操作失误时的操作顺序图。（a）灯亮时；（）灯亮时；（b）灯没有亮时）灯没有亮时6.3.1定性方法定性方法操作顺序图的一般符号见表操作顺序图的一般符号见表6-7所示。所示。 6.3.1定性方法定性方法 将操作顺序图表现方法扩展，引入时间要素将操作顺序图表现方法扩展，引入时间要素可进行反应时间分析。如图可进行反应时间分析。如图6-6所示，所示， 6.3.1定性方法定性方法 图图6-7为加入概率后的操作顺序图。这种图为加入概率后的操作顺序图。这种图主要应用在人

47、、机的功能分配或系统的可靠性计主要应用在人、机的功能分配或系统的可靠性计算等方面。算等方面。6.3.2定量方法定量方法（一）人为差错和可靠性逻辑推演法（一）人为差错和可靠性逻辑推演法（HERALD法）法） 它使用可靠性工程方法，来分析仪表、控制设备的它使用可靠性工程方法，来分析仪表、控制设备的配置和安装位置是否处于适合人操纵的状态。配置和安装位置是否处于适合人操纵的状态。 一般先得出人执行任务时的成败概率，而后对系统一般先得出人执行任务时的成败概率，而后对系统进行评价。如表进行评价。如表6-8 6.3.2定量方法定量方法（二）失效树分析法（二）失效树分析法 是广泛应用于工程系统灾害分析和安全分

48、析是广泛应用于工程系统灾害分析和安全分析，提高系统可靠性的一种设计方法，也是对人机，提高系统可靠性的一种设计方法，也是对人机系统设计安全性评价的方法，所以也称为故障树系统设计安全性评价的方法，所以也称为故障树（缺陷树）分析法。（缺陷树）分析法。 是一种图形演绎方法，在对系统分析时，围是一种图形演绎方法，在对系统分析时，围绕系统不希望发生的失效事件，作层层深入的分绕系统不希望发生的失效事件，作层层深入的分析，直至追踪到引起失效事件发生的全部最原始析，直至追踪到引起失效事件发生的全部最原始的原因为止。的原因为止。 6.3.2定量方法定量方法失效树中的事件一般具有下述几种概念形式：失效树中的事件一般

49、具有下述几种概念形式： （1）顶端事件：这是人们最不希望发生的失效事）顶端事件：这是人们最不希望发生的失效事件（或故障事件）件（或故障事件） （2）中间事件：导致顶端事件发生，且还需要再）中间事件：导致顶端事件发生，且还需要再分解的因素，分解的因素， （3）基本事件：导致系统或部件发生失效的最基）基本事件：导致系统或部件发生失效的最基本的无需再分解的事件。本的无需再分解的事件。 这种以失效树为手段，对系统的失效进行分这种以失效树为手段，对系统的失效进行分析评价的方法，称为失效树分析法。析评价的方法，称为失效树分析法。 6.3.2定量方法定量方法具有三个特点：具有三个特点：（1）是在失效树建树阶

50、段，能发现以前未引起注是在失效树建树阶段，能发现以前未引起注意的事件，并加以分析研究；意的事件，并加以分析研究；（2）是能把各事件之间的关系，联接成逻辑门；是能把各事件之间的关系，联接成逻辑门；（3） 是能对系统改善提出具体方案。是能对系统改善提出具体方案。 6.3.2定量方法定量方法失效树的建立一般可按下列步骤进行：失效树的建立一般可按下列步骤进行： （1）首先选定顶端事件，并将其置于失效树的顶首先选定顶端事件，并将其置于失效树的顶端。端。（2）列出可能引起顶端事件发生的一切因素，并列出可能引起顶端事件发生的一切因素，并按其相关性分为若干个组。按其相关性分为若干个组。（3）确定各组中各事件的

51、性质（中间事件、基本确定各组中各事件的性质（中间事件、基本事件、发生概率微小的事件等），并用不同的符事件、发生概率微小的事件等），并用不同的符号将其分别标出。号将其分别标出。（4）将各组的事件组成适当的逻辑门（将各组的事件组成适当的逻辑门（“与与”门门或或“或或”门）。门）。（5）按逻辑关系将各逻辑门联接构成失效树。按逻辑关系将各逻辑门联接构成失效树。6.3.2定量方法定量方法 失效树建树符号目前尚无统一规定，表失效树建树符号目前尚无统一规定，表6-9列出了常列出了常用的基本符号和逻辑门符号，可供使用时参考。用的基本符号和逻辑门符号，可供使用时参考。6.3.2定量方法定量方法 以下以卷扬机碾绞

52、工人死亡以下以卷扬机碾绞工人死亡事故为例，建立失效树。进行失效事故为例，建立失效树。进行失效树分析：树分析： 广泛收集并分析有关技术广泛收集并分析有关技术资料，确定系统；资料，确定系统； 按前述步骤建造失效树；按前述步骤建造失效树； 对失效进行定性分析，找对失效进行定性分析，找出系统的最薄弱环节；出系统的最薄弱环节； 取得基本事件的有关数据取得基本事件的有关数据，并分析推测各因素的发生概，并分析推测各因素的发生概率；率； 对失效树进行定量分析，对失效树进行定量分析，计算出顶端事件发生的概率；计算出顶端事件发生的概率； 研究改进方案，提出改进研究改进方案，提出改进建议。建议。6.3.2定量方法定

53、量方法失效树概率分析失效树概率分析 一般是从树底向上进行直至顶端（最终事件一般是从树底向上进行直至顶端（最终事件），即先通过实验或考察，确定各基本事件和不），即先通过实验或考察，确定各基本事件和不需要进一步分析的事件发生的概率，再求出顶端需要进一步分析的事件发生的概率，再求出顶端事件发生的概率。事件发生的概率。 最终事件发生的概率，取决于逻辑门的结构最终事件发生的概率，取决于逻辑门的结构，“与与”门和门和“或或”门输出的事件发生的概率，门输出的事件发生的概率，可由下列公式计算：可由下列公式计算： 6.3.2定量方法定量方法6.3.26.3.3定性与定量相结合的评价方法定性与定量相结合的评价方法

54、 （一）人机系统连接分析评价法（一）人机系统连接分析评价法 是一种对人、机械、过程和系统进行评价的是一种对人、机械、过程和系统进行评价的简便方法，它用简便方法，它用“连接连接”来表示人、机之间的关来表示人、机之间的关系系1.连接的形式连接的形式 连接也叫做链、或联系链，是指人与机械、连接也叫做链、或联系链，是指人与机械、人与人之间的任何一种关系，这里的链是指关联人与人之间的任何一种关系，这里的链是指关联的事，不是有形的物。的事，不是有形的物。 连接的形式主要有对应连接和逐次连接。连接的形式主要有对应连接和逐次连接。 6.3.3定性与定量相结合的评价方法定性与定量相结合的评价方法2. 连接分析的

55、程序连接分析的程序 一般可按下列程序进行：一般可按下列程序进行： （1）运用一定的符号列出包括设备和操作人员在内运用一定的符号列出包括设备和操作人员在内的人机系统的主要要素；的人机系统的主要要素；（2）确定连接的形态，定出确定连接的形态，定出“重要程度重要程度”和和“频率频率”；（3）计算连接值；计算连接值；（4）检核最终情况是否达到要求检核最终情况是否达到要求 ，如操作连接，如操作连接 , 视觉连接视觉连接 ，语言连接，语言连接 ，行走连接，行走连接 。6.3.3定性与定量相结合的评价方法定性与定量相结合的评价方法3. 连接值分析法连接值分析法 将人机系统中的操作者、设备、重要程度、将人机系

56、统中的操作者、设备、重要程度、频率都描绘在图中，并标出连接类型，然后进行频率都描绘在图中，并标出连接类型，然后进行连接值的分析比较。连接值的分析比较。 本方法的特点是分析精细，比较适合于简单本方法的特点是分析精细，比较适合于简单的人机关系分析。的人机关系分析。 图图6-9所示为一对应连接分析图所示为一对应连接分析图 。 6.3.3定性与定量相结合的评价方法定性与定量相结合的评价方法 图中矩形图中矩形A、B、C、D为设备与人对应的部分；正方形中所标为设备与人对应的部分；正方形中所标的重要程度分别是的重要程度分别是4、4、1、3；三角形中所标的频率分别是；三角形中所标的频率分别是3、2、3、1。6

57、.3.3定性与定量相结合的评价方法定性与定量相结合的评价方法 根据对应连接分析图可以进行连接值计算，如表根据对应连接分析图可以进行连接值计算，如表6-10所示。所示。6.3.3定性与定量相结合的评价方法定性与定量相结合的评价方法4. 连接作图分析法连接作图分析法 是连接分析法的另一具体方法，适用于分析多工种是连接分析法的另一具体方法，适用于分析多工种、多人协同工作，并考虑空间位置的配合。、多人协同工作，并考虑空间位置的配合。其分析步骤如下：其分析步骤如下：（1）在系统中人用圆圈表示，圆圈内标以人的功能符号；在系统中人用圆圈表示，圆圈内标以人的功能符号；（2）根据作业的要求和设备的使用方法，在直接联系的人根据