自動化制造系統(tǒng)人機(jī)一體化設(shè)計(jì)與評價

關(guān)于自動化制造系統(tǒng)人機(jī)一體化設(shè)計(jì)與評價第1頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六2

歐洲：Ergonomics人類工程學(xué)或工效學(xué)。

美國：HumanFactors;HumanFactorsEngineering人類因素學(xué)或人類因素工程學(xué)。

其他：工程心理學(xué)（前蘇聯(lián)）；人間工學(xué)（日本）；人體工程學(xué)；人機(jī)工程學(xué)；人類工效學(xué)；人機(jī)控制學(xué)；宜人學(xué)等。

自動化制造系統(tǒng)，特別是柔性自動化制造系統(tǒng)得出現(xiàn)和大量使用，導(dǎo)致使用者與制造系統(tǒng)間的關(guān)系發(fā)生了根本的變化，人們需要重新認(rèn)識人在自動化制造系統(tǒng)中的重要地位和作用，由此提出了發(fā)展適度自動化的制造系統(tǒng)----人機(jī)一體化制造系統(tǒng)的概念：概念的由來第2頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六3國際人機(jī)工程學(xué)會（InternationalErgonomicsAssociation）：研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等方面的因素，研究人和機(jī)器及環(huán)境的相互作用，研究在工作中、生活中和休假時怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學(xué)科。第3頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六4《中國企業(yè)管理百科全書》將人機(jī)工程學(xué)定義為：研究人和機(jī)器、環(huán)境的相互作用及其合理結(jié)合，使設(shè)計(jì)的機(jī)器與環(huán)境系統(tǒng)適合人的生理、心理等特點(diǎn)，達(dá)到在生產(chǎn)中提高效率、安全、健康和舒適的目的。第4頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六5

從自動化制造的角度，所謂人機(jī)一體化制造系統(tǒng)，就是人與具有適度自動化水平的制造裝備和控制系統(tǒng)共同組成的一個完整系統(tǒng)，各自執(zhí)行自己最擅長的工作，人與機(jī)器（制造裝備）共同決策、共同作業(yè)，從而突破傳統(tǒng)自動化制造系統(tǒng)將人排除在外的舊格局，形成新一代人機(jī)有機(jī)結(jié)合的適度自動化制造系統(tǒng)。第5頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六6綜上所述可以認(rèn)為：人機(jī)工程學(xué)是以人的生理、心理特性為依據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，分析研究人與機(jī)械、人與環(huán)境以及機(jī)械與環(huán)境之間的相互作用，為設(shè)計(jì)操作簡便省力、安全、舒適，人—機(jī)—環(huán)境的配合達(dá)到最佳狀態(tài)的工程系統(tǒng)提供理論和方法的科學(xué)。因此，人機(jī)工程學(xué)可定義為：按照人的特性設(shè)計(jì)和改善人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的科學(xué)。第6頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六7（1）人—機(jī)—環(huán)境的具體含義：人——指操作者或使用者；機(jī)——泛指人操作或使用的物，可以是機(jī)器。也可以是用具、工具或設(shè)施、設(shè)備等；環(huán)境——是指人、機(jī)所處的周圍環(huán)境，如作業(yè)場所和空間、物理化學(xué)環(huán)境和社會環(huán)境等；人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)——是指由共處于同一時間和空間的人與其所使用的機(jī)以及它們所處的周圍環(huán)境所構(gòu)成的系統(tǒng)，簡稱人—機(jī)系統(tǒng)。第7頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六8（2）人—機(jī)—環(huán)境之間的關(guān)系：相互依存；相互作用；相互制約。（3）人機(jī)一體化工程的特點(diǎn)：學(xué)科邊界模糊；學(xué)科內(nèi)容綜合性強(qiáng)；涉及面廣。（4）人機(jī)一體化工程的研究對象：人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的整體狀態(tài)和過程。（5）人機(jī)一體化工程的任務(wù)：使機(jī)器的設(shè)計(jì)和環(huán)境條件的設(shè)計(jì)適應(yīng)于人，以保證人的操作簡便省力、迅速準(zhǔn)確、安全舒適，心情愉快，充分發(fā)揮人、機(jī)效能，使整個系統(tǒng)獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。第8頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六9什么樣的工作交給人去做比較合適

什么樣的工作應(yīng)由機(jī)器完成

人機(jī)的聯(lián)系是什么

人機(jī)一體化系統(tǒng)的工程內(nèi)涵第9頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六10人機(jī)一體化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)人機(jī)一體化系統(tǒng)的工作層面（p25）感知和信息交互層面控制層面執(zhí)行層面機(jī)器：微波、紅外線人類：自身創(chuàng)造性思維+模糊綜合判斷決策能力提高系統(tǒng)感知的全面性、可靠性、準(zhǔn)確性機(jī)主人輔人主機(jī)輔人機(jī)耦合交互協(xié)作取長補(bǔ)短發(fā)揮優(yōu)勢第10頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六11一、神經(jīng)系統(tǒng)的組成及其功能

CompositionofNevousSystemandFunction神經(jīng)系統(tǒng)中樞神經(jīng)周圍神經(jīng)腦：延髓；腦髓；中腦；間腦；小腦；大腦脊髓按解剖分腦神經(jīng)；脊神經(jīng)按功能分感覺（傳入）神經(jīng)運(yùn)動神經(jīng)（傳出）軀體運(yùn)動神經(jīng)（支配骨骼肌）植物性神經(jīng)（支配內(nèi)臟器官）第11頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六12研究神經(jīng)系統(tǒng)的意義：1、神經(jīng)系統(tǒng)是機(jī)體的主導(dǎo)系統(tǒng)：全身各器官、系統(tǒng)均在神經(jīng)系統(tǒng)的統(tǒng)一控制和調(diào)節(jié)下，互相影響、互相協(xié)調(diào)，保證機(jī)體的整體統(tǒng)一及其與外界環(huán)境的相對平衡。在此過程中，首先是借助于感受器官接受體內(nèi)外環(huán)境的各種信息，通過腦和脊髓各級中樞神經(jīng)的整合，最后經(jīng)周圍神經(jīng)控制和調(diào)節(jié)各個系統(tǒng)的活動，從而使機(jī)體得以反應(yīng)多變的外環(huán)境，同時也調(diào)節(jié)著機(jī)體內(nèi)環(huán)境的平衡。2、神經(jīng)系統(tǒng)是心理現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)：從心理學(xué)角度看，人的一切心理和意識活動也是通過神經(jīng)系統(tǒng)的活動來實(shí)現(xiàn)的。第12頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六13二、感覺和知覺

PerceptionandConsciousness感覺定義：感覺是人腦對直接作用于感覺器官的事物個別屬性的反映，感覺是人們了解外部世界的渠道，也是一切復(fù)雜心理活動的基礎(chǔ)和前提。感覺類型：視覺、聽覺、化學(xué)感覺（嗅覺和味覺）、皮膚感覺、本體感覺等。本體感覺能告知操作者軀體正在進(jìn)行的動作及其相對于環(huán)境和機(jī)器的位置；而其他感覺能將外部環(huán)境的信息傳遞給操作者。感覺的過程：人的感覺器官接受內(nèi)外環(huán)境的刺激，將其轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動，通過傳入神經(jīng)，將其傳至大腦皮質(zhì)感覺中樞，便產(chǎn)生了感覺。感覺第13頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六14知覺的定義：知覺是在人腦對直接作用于感覺器官的客觀事物和主觀狀況整體的反映。知覺的過程：客觀事物的各種屬性分別作用于人的不同感覺器官，引起人的各種不同感覺，經(jīng)大腦皮質(zhì)聯(lián)合區(qū)對來自不同感覺器官的各種信息進(jìn)行綜合加工，于是在人的大腦中產(chǎn)生了對各種客觀事物的各種屬性、各個部分及其相互關(guān)系的綜合的整體的決策，這便是知覺。知覺第14頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六15感覺和知覺的關(guān)系和區(qū)別從知覺的過程得知，客觀事物是首先被感覺，然后才能進(jìn)一步被知覺，所以知覺是在感覺的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，感覺的事物個別屬性越豐富、越精確，對事物的知覺也就越完整、越正確。感覺和知覺都是客觀事物直接作用于感覺器官而在大腦中產(chǎn)生對所作用的反映。在生活和生產(chǎn)活動中，人都是以知覺的形式直接反映事物，而感覺只作為知覺的組成部分而存在于知覺之中，很少有孤立的感覺存在，在心理學(xué)中稱為“感知覺”。感覺反映的是客觀事物的個別屬性，而知覺反映的是客觀事物的整體。感覺的性質(zhì)較多取決于刺激物的性質(zhì)，而知覺過程帶有意志成分，人的知識、經(jīng)驗(yàn)、需要、動機(jī)、興趣等因素直接影響知覺的過程。第15頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六16

設(shè)計(jì)方法和步驟狹義的人機(jī)一體化

對制造系統(tǒng)物理設(shè)備本身人機(jī)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)人機(jī)功能的合理分配，機(jī)器的操縱控制裝置宜人性設(shè)計(jì)，安全裝置設(shè)計(jì)、人機(jī)間的作業(yè)匹配設(shè)計(jì)，將人機(jī)關(guān)系設(shè)計(jì)的原理和參數(shù)體現(xiàn)在制造設(shè)備的物化界面上。廣義的人機(jī)一體化

狹義的人機(jī)一體化+重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)人、機(jī)器、職業(yè)健康、環(huán)保和社會因素構(gòu)成的大系統(tǒng)的總體協(xié)調(diào)與配合，如人機(jī)作業(yè)方式、作業(yè)人員的選擇、培訓(xùn)計(jì)劃、系統(tǒng)維修、作業(yè)輔助等設(shè)計(jì)步驟：p27第16頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六177.1.1制造自動化技術(shù)的主要形式1、人機(jī)各自功能的比較（主要從感知、控制和執(zhí)行3個方面）

P31

2、人機(jī)功能分配

進(jìn)行人機(jī)功能分配的目的，是根據(jù)系統(tǒng)的功能需求和特定的社會技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境，合理分配人機(jī)功能，以保證系統(tǒng)具有最有的人機(jī)界面和最佳的綜合效益。人機(jī)一體化總體設(shè)計(jì)信息輸入信息處理信息輸出第17頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六18一、人體測量的基本知識FoudamentalsofAnthropometry

1、定義：人體測量學(xué)是一門用測量方法研究人體的體格特征的科學(xué)。它是通過測量人體各部位尺寸來確定個體之間和群體之間在人體尺寸上的差別，用以研究人的形態(tài)特征，從而為各種工業(yè)設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)提供人體測量數(shù)據(jù)。（如圖2—1）第18頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六19立姿手工作業(yè)崗位手工作業(yè)崗位尺寸設(shè)計(jì)第19頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六20第20頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六21視覺信息作業(yè)崗位的人體尺寸第21頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六22一、人體測量學(xué)的基本知識2、人體測量數(shù)據(jù)的種類：類型靜態(tài)尺寸動態(tài)尺寸人體構(gòu)造上的尺寸人體功能上的尺寸（包括人在工作姿勢下或在某種操作活動狀態(tài)下測量的尺寸）第22頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六23二、人體測量的基本術(shù)語TerminologyofAnthropometry1、被測者姿勢：（1）立姿：

挺胸直立，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，肩部放松，上肢自然下垂，手伸直，手掌朝向體側(cè)，手指輕貼大腿側(cè)面，自然伸直，左、右足后跟并攏，前端分開，使兩足大致呈45角，體重均勻分布于兩足。見圖2—6。第23頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六24（2）坐姿：

挺胸坐在被調(diào)節(jié)到腓骨頭高度的平面上，頭部以眼耳平面定位，眼睛平視前方，左右大腿大致平行，膝彎曲大致成直角，足平放在地面上，手輕放在大腿上。見圖2—7。第24頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六252、測量基準(zhǔn)面

人體基準(zhǔn)面的定位是由三個互為垂直的軸（鉛垂軸、縱軸和橫軸）來決定的。人體測量中設(shè)定的軸線和基準(zhǔn)面如圖。

矢狀面；正中矢狀面；冠狀面；水平面；眼耳平面。第25頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六263、測量方向(1)在人體上、下方向上，將上方稱為頭側(cè)端，將下方稱為足側(cè)端。(2)在人體左、右方向上，將靠近正中矢狀面的方向稱為內(nèi)側(cè)，將遠(yuǎn)離正中矢狀面的方向稱為外側(cè)。第26頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六273、測量方向

(3)在四肢上，將靠近四肢附著部位的稱為近位，將遠(yuǎn)離四肢附著部位的稱為遠(yuǎn)位。（4）對于上肢，將撓骨側(cè)稱為撓側(cè)，將尺骨側(cè)稱為尺側(cè)。（5）對于下肢，將脛骨側(cè)稱為脛側(cè)，將腓骨側(cè)稱為腓側(cè)。第27頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六284、支承面和衣著

立姿時站立的地面或平臺以及坐姿時的椅平面應(yīng)是水平的、穩(wěn)固的、不可壓縮的。第28頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六295、基本測點(diǎn)及測量項(xiàng)目（GB3975—83）（GB3975—85測量方法）測點(diǎn)頭部測點(diǎn)（16個）軀干和四肢部位測點(diǎn)（22個）測量項(xiàng)目頭部測量項(xiàng)目（12項(xiàng)）軀干和四肢部位測量項(xiàng)目（69項(xiàng)）第29頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六306、人體測量的主要儀器(1)人體測高儀:

主要用來測量身高、坐高、立姿和坐姿的眼高以及伸手向上所及的高度等立姿和坐姿的人體各部位高度尺寸。

（2）人體測量用直角規(guī)：主要用來測量兩點(diǎn)間的直線距離，特別適宜測量距離較短的不規(guī)則部位的寬度或直徑。如耳、臉、手、足。第30頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六31作業(yè)空間的人體尺度概念近身作業(yè)空間個體作業(yè)場所總體作業(yè)空間作業(yè)空間設(shè)計(jì)時人體測量學(xué)數(shù)據(jù)運(yùn)用第31頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六32近身作業(yè)空間坐姿近身作業(yè)空間第32頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六33站姿近身作業(yè)空間站姿單臂作業(yè)近身空間站姿雙臂作業(yè)近身空間第33頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六34腳作業(yè)空間第34頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六35受限空間第35頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六36通道空間第36頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六37人機(jī)界面設(shè)計(jì)第37頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六38信息顯示裝置

機(jī)器和設(shè)備中，專門用來向人表達(dá)機(jī)器和設(shè)備的性能參數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、工作指令以及其它信息的裝置。特征

能夠把機(jī)器設(shè)備的有關(guān)信息以人能接收的形式顯示給人。

按人接受信息的感覺通道不同，可將顯示裝置分為視覺顯示、聽覺顯示和觸覺顯示。分類第38頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六39三種顯示方式傳遞的信息特征第39頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六40儀表顯示設(shè)計(jì)儀表的類型數(shù)字式顯示儀表刻度指針式儀表讀數(shù)用儀表檢查用儀表警戒用儀表追蹤用儀表調(diào)節(jié)用儀表第40頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六41表盤設(shè)計(jì)

儀表刻度盤形狀的選擇，主要根據(jù)顯示方式和人的視覺特性

開窗式、圓形式、半圓形式、水平直線式、垂直直線式

儀表刻度盤的大小對儀表的認(rèn)讀速度和精度有很大影響。第41頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六42三、刻度設(shè)計(jì)1、量表的劃分量表的劃分指的是儀表刻度所指示的具體數(shù)值的劃分，如大刻度指示多少數(shù)值，小刻度指示多少數(shù)值．以反分多少個刻度等。2．刻度間距刻度間距指的是二個最小刻度標(biāo)記(或刻度線)之間的間隔距離，它與人眼的分辨能力和視距有關(guān)3．刻度標(biāo)記(或刻度線)

每一刻度標(biāo)記代表一定的讀數(shù)單位第42頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六434．刻度的標(biāo)數(shù)儀表的刻度必須標(biāo)上相應(yīng)的數(shù)字，才能使人更好地認(rèn)讀。第43頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六44四、指針設(shè)計(jì)五、數(shù)碼和字符設(shè)計(jì)第44頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六45六、指針式儀表的顏色設(shè)計(jì)第45頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六46信號顯示設(shè)計(jì)一、信號顯示特征二、信號燈的視距和亮度三、信號燈的顏色四、閃光信號五、信號燈的形象和復(fù)合顯示第46頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六47熒光屏顯示設(shè)計(jì)一、熒光屏的顯示特征二、目標(biāo)的亮度、呈現(xiàn)時間和余輝三、目標(biāo)的運(yùn)動速度四、目標(biāo)的形狀、大小和顏色五、目標(biāo)與背景的關(guān)系六、屏面七、視頻顯示器應(yīng)用新技術(shù)第47頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六48圖形符號設(shè)計(jì)第48頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六49第49頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六50聽覺傳示設(shè)計(jì)一、音響及報警裝置二、言語傳示裝置顯示裝置設(shè)計(jì)與選擇的人機(jī)工程學(xué)原則一、視覺顯示裝置的觀察方式第50頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六51二、儀表的選擇原則和總體布置第51頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六52三、儀表的排列方式和零點(diǎn)位置四、熒光屏面的總體設(shè)計(jì)第52頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六53五、信號燈的位置設(shè)計(jì)六、聽覺傳示裝置的選擇原理第53頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六54§2.3自動化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化運(yùn)行與維護(hù)第54頁，共59頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)59分，星期六55§2.3自動化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化運(yùn)行與維護(hù)自動化制造系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制：切削加工、生產(chǎn)調(diào)度、工件及刀具儲運(yùn)、換刀、托盤交換、排屑等；執(zhí)