第四章安全人机功能匹配课件

安全人机工程学第四章第第 1 页页西安石油大学2024/8/7第四章第四章 安全人机功能匹配安全人机功能匹配 第一节第一节 人机系统的基本概念人机系统的基本概念 一、一、人机系统的类型人机系统的类型1、按有无反馈分类开环人机系统闭环人机系统安全人机工程学第四章第第 2 页页西安石油大学2024/8/72、按系统自动化程度分类按系统自动化程度分类（1）人工操作人机系统）人工操作人机系统图图4-1 人工操作人机系统人工操作人机系统安全人机工程学第四章第第 3 页页西安石油大学2024/8/72、按系统自动化程度分类按系统自动化程度分类（2）半自动化（机械化）人机系统半自动化（机械化）人机系统图图4-2 半自动化人机系统半自动化人机系统安全人机工程学第四章第第 4 页页西安石油大学2024/8/72、按系统自动化程度分类按系统自动化程度分类（3）自动化人机系统自动化人机系统图图4-3 自动化人机系统自动化人机系统安全人机工程学第四章第第 5 页页西安石油大学2024/8/73、按人机结合方式分类按人机结合方式分类为：人机串联，人机并联和人与机串、并混联三种类型，见图4-4图图4-4 人与机的结合方式人与机的结合方式安全人机工程学第四章第第 6 页页西安石油大学2024/8/7二、人机系统的功能二、人机系统的功能四大功能：信息接受、信息储存、信息处理和执行等，其关系如图4-5所示图图4-5 人机系统的功能人机系统的功能安全人机工程学第四章第第 7 页页西安石油大学2024/8/7第二节第二节 机械的安全特性机械的安全特性一、一、机械的组成及在各状态的安全问题机械的组成及在各状态的安全问题l、机械的组成机械的组成 机器的种类繁多，形状大小差别很大，应用目的也各机器的种类繁多，形状大小差别很大，应用目的也各不相同。不相同。从机器最基本的特征入手，得出机器组成的一般规律从机器最基本的特征入手，得出机器组成的一般规律：由原动机将各种形式的动力能变为机械能输入，经过由原动机将各种形式的动力能变为机械能输入，经过传动机构转换为适宜的力或速度后传递给执行机构，传动机构转换为适宜的力或速度后传递给执行机构，通过执行机构与物料直接作用，完成作业或服务任务，通过执行机构与物料直接作用，完成作业或服务任务，而组成机械的各部分借助支承装置连接成一个整体，而组成机械的各部分借助支承装置连接成一个整体，其组成结构如图其组成结构如图4-6所示。所示。安全人机工程学第四章第第 8 页页西安石油大学2024/8/7图图4-6 机器的组成机器的组成安全人机工程学第四章第第 9 页页西安石油大学2024/8/72 2、机械在各种状态的安全问题机械在各种状态的安全问题 （1）正常工作状态）正常工作状态 大量形状各异的零部件的相互运动、刀具锋刃的切削、大量形状各异的零部件的相互运动、刀具锋刃的切削、起吊重物、机械运转的噪声等，在机械正常工作状态起吊重物、机械运转的噪声等，在机械正常工作状态下就存在着碰撞、切割、重物坠落、使环境恶化等对下就存在着碰撞、切割、重物坠落、使环境恶化等对人身安全不利的危险因素。人身安全不利的危险因素。（2）非正常工作状态）非正常工作状态 在机器运转过程中，由于各种原因引起的意外状态。在机器运转过程中，由于各种原因引起的意外状态。例如，意外启动、运动或速度变化失控，外界磁场干例如，意外启动、运动或速度变化失控，外界磁场干扰使信号失灵，瞬时大风造成起重机倾覆倒地等。机扰使信号失灵，瞬时大风造成起重机倾覆倒地等。机械的非正常工作状态往往没有先兆，会直接导致或轻械的非正常工作状态往往没有先兆，会直接导致或轻或重的事故危害。或重的事故危害。安全人机工程学第四章第第 10 页页西安石油大学2024/8/7（3）故障状态）故障状态 故障状态是故障状态是指机械设备（系统）或零部件丧失了指机械设备（系统）或零部件丧失了规定功能的状态。规定功能的状态。故障对安全影响故障对安全影响的的两种结果两种结果：有些故障的出现对所涉及的安全功能影响很小，有些故障的出现对所涉及的安全功能影响很小，不会出现大的危险。例如，当机器的动力源或某零部不会出现大的危险。例如，当机器的动力源或某零部件发生故障时，使机器停止运转，处于故障保护状态件发生故障时，使机器停止运转，处于故障保护状态 有些故障的出现，会导致某种危险状态。例如，有些故障的出现，会导致某种危险状态。例如，由于电气开关故障，会产生不能停机的危险；砂轮轴由于电气开关故障，会产生不能停机的危险；砂轮轴的断裂，会导致砂轮飞甩的危险；速度或压力控制系的断裂，会导致砂轮飞甩的危险；速度或压力控制系统出现故障，会导致速度或压力失控的危险等。统出现故障，会导致速度或压力失控的危险等。安全人机工程学第四章第第 11 页页西安石油大学2024/8/7（4）非工作状态）非工作状态 机器停止运转处于静止状态时，在正常情况下，机器停止运转处于静止状态时，在正常情况下，机械基本是安全的；但不排除由于环境照度不够，导机械基本是安全的；但不排除由于环境照度不够，导致人员与机械悬凸结构的碰撞；结构垮塌；室外机械致人员与机械悬凸结构的碰撞；结构垮塌；室外机械在风力作用下的滑移或倾覆；堆放的易燃易爆原材料在风力作用下的滑移或倾覆；堆放的易燃易爆原材料的燃烧爆炸等。的燃烧爆炸等。（5）检修保养状态）检修保养状态 检修保养一般在停机状态下进行，但其作业的特检修保养一般在停机状态下进行，但其作业的特殊性往往迫使检修人员采用一些超常规的做法。例如：殊性往往迫使检修人员采用一些超常规的做法。例如：攀高、钻坑、将安全装置短路、进入正常操作不允许攀高、钻坑、将安全装置短路、进入正常操作不允许进入的危险区等，使维护或修理容易出现在正常操作进入的危险区等，使维护或修理容易出现在正常操作不存在的危险。不存在的危险。安全人机工程学第四章第第 12 页页西安石油大学2024/8/7二、二、机械危险的主要伤害形式和机理机械危险的主要伤害形式和机理 机械危险机械危险:是指由于机器零件、工具、工件或飞溅是指由于机器零件、工具、工件或飞溅的固体、流体物质的机械作用可能产生伤害的各种物的固体、流体物质的机械作用可能产生伤害的各种物理因素的总称。理因素的总称。机械危险的基本形式机械危险的基本形式主要有：挤压、剪切、切割主要有：挤压、剪切、切割或切断、缠绕、吸入或卷入、冲击、刺伤或扎穿、摩或切断、缠绕、吸入或卷入、冲击、刺伤或扎穿、摩擦或磨损、高压流体喷射等。机械的危险可能来自机擦或磨损、高压流体喷射等。机械的危险可能来自机械自身、机械的作用对象、人对机器的操作，以及机械自身、机械的作用对象、人对机器的操作，以及机械所在的场所等。械所在的场所等。机机械械危危险险的的伤伤害害实实质质，是是机机械械能能（动动能能和和势势能能）的的非非正正常常做做功功、流流动动或或转转化化，导导致致对对人人员员的的接接触触性性伤伤害害。无无论论机机械械危危险险以以什什么么形形式式存存在在，总总是是与与质质量量、位位置置、不同运动形式、速度和力等物理量有关。不同运动形式、速度和力等物理量有关。安全人机工程学第四章第第 13 页页西安石油大学2024/8/7l、机器零件（或工件）产生机械危险的条件、机器零件（或工件）产生机械危险的条件 由由机机器器零零件件(或或工工件件)产产生生的的机机械械危危险险是是有有条条件件的的，主主要要由由以以下下因因素素产生：产生：1 1形状：切割要素、锐边、角形部分，即使它们是静止的；形状：切割要素、锐边、角形部分，即使它们是静止的；2 2相相对对位位置置：机机器器零零件件运运动动时时可可能能产产生生挤挤压压、剪剪切切、缠缠绕绕等等区区域域的的相对位置；相对位置；3 3质量和稳定性：在重力的影响下可能运动的零部件的位能；质量和稳定性：在重力的影响下可能运动的零部件的位能；4 4质量和速度：可控或不可控运动中的零部件的动能；质量和速度：可控或不可控运动中的零部件的动能；5 5加速度；加速度；6 6机械强度不够：可能产生危险的断裂或破裂；机械强度不够：可能产生危险的断裂或破裂；7 7弹性元件弹性元件(弹簧弹簧)的位能或在压力或真空下的液体或气体的位能。的位能或在压力或真空下的液体或气体的位能。安全人机工程学第四章第第 14 页页西安石油大学2024/8/72、机械伤害的基本类型、机械伤害的基本类型 1 1卷绕和绞缠卷绕和绞缠 ；2 2卷入和碾压卷入和碾压 ；3 3挤压、剪切和冲撞挤压、剪切和冲撞 ；4 4飞出物打击飞出物打击 ；5 5物体坠落打击物体坠落打击 ；6 6切割和擦伤切割和擦伤 ；7 7碰撞和刮蹭碰撞和刮蹭 ；8 8跌倒、坠落。跌倒、坠落。安全人机工程学第四章第第 15 页页西安石油大学2024/8/7三、三、机械安全设计的要求机械安全设计的要求 l、合理设计机械设备的结构型式、合理设计机械设备的结构型式 机械设备的结构型式一定要与其执行的预定功能机械设备的结构型式一定要与其执行的预定功能相适宜，不能因结构设计不合理而造成机械正常运行相适宜，不能因结构设计不合理而造成机械正常运行时的障碍、卡塞或松脱；不能因元件或软件的暇疵而时的障碍、卡塞或松脱；不能因元件或软件的暇疵而引起微机数据的丢失或死机；不能发生任何能够预计引起微机数据的丢失或死机；不能发生任何能够预计到的与机械设备的设计不合理的有关事件。到的与机械设备的设计不合理的有关事件。通过选用适当的设计结构尽可能避免或减少危险通过选用适当的设计结构尽可能避免或减少危险 从人的安全需要出发，针对防止危险导致的伤害从人的安全需要出发，针对防止危险导致的伤害而采用一些技术措施或增加配套设施而采用一些技术措施或增加配套设施 安全人机工程学第四章第第 16 页页西安石油大学2024/8/72 2、足够的抗破坏能力及环境适应能力、足够的抗破坏能力及环境适应能力 机机械械的的各各组组成成受受力力零零部部件件及及其其连连接接，应应满满足足完完成成预预定定最最大大载载荷荷的的足足够够强强度度、刚刚度度和和构构件件稳稳定定性性，在在正正常常作作业业期期间间不不应应发发生生由由于于应应力力或或工工作作循循环环次次数数产产生生断断裂裂破破碎碎或或疲疲劳劳破破坏坏、过过度度变变形形或或垮垮塌塌；还还必必须须考考虑虑在在此此前前提提下下机机械械设设备备的的整整体体抗抗倾倾覆覆或或防防风风抗抗滑滑的的稳稳定定性性，特特别别是是那那些些由由于于有有预预期期载载荷荷作作用用或或自自身身质质量量分分布布不不均均的的机机械械及及那那些些可可在在轨轨道道或或路路面面行行驶驶的的机机械械，应应保保证证在在运运输输、运运行行、振振动动或或有有外外力力作作用用下下不不致致发发生生倾倾覆覆，防防止止由由于于运运行行失失控控而而产产生生不不应应有有的位移。的位移。机机械械设设备备必必须须对对其其使使用用环环境境（如如温温度度、湿湿度度、气气压压、风风载载、雨雨雪雪、振振动动、负负载载、静静电电、磁磁场场和和电电场场、辐辐射射、粉粉尘尘、微微生生物物、动动物物、腐腐蚀蚀介介质质等等）具具有有足足够够的的适适应应能能力力，特特别别是是抗抗腐腐蚀蚀或或空空蚀蚀，耐耐老老化化磨磨损损，抗抗干干扰扰的的能能力力，不不致致由由于于电电气气元元件件产产生生绝绝缘缘破破坏坏，使使控控制制系系统统零零部部件件临临时时或或永永久久失失效效，或或由由于于物物理理性性、化化学学性性、生生物性的影响而造成事故。物性的影响而造成事故。安全人机工程学第四章第第 17 页页西安石油大学2024/8/73 3、尽可能使机器设备达到本质安全、尽可能使机器设备达到本质安全 （1 1）在不影响预定使用功能前提下，机械设备及其零部）在不影响预定使用功能前提下，机械设备及其零部件应尽量避免设计成会引起损伤的锐边、尖角、粗糙件应尽量避免设计成会引起损伤的锐边、尖角、粗糙的、凸凹不平的表面和较突出的部分。的、凸凹不平的表面和较突出的部分。（2 2）利用安全距离防止人体触及危险部位或进入危险区）利用安全距离防止人体触及危险部位或进入危险区 （3 3）在不影响使用功能的情况下，根据各类机械的不同）在不影响使用功能的情况下，根据各类机械的不同特点，限制某些可能引起危险的物理量值来减小危险特点，限制某些可能引起危险的物理量值来减小危险 （4 4）对预定在爆炸气氛中使用的机器，应采用全气动或）对预定在爆炸气氛中使用的机器，应采用全气动或全液压控制系统和操纵机构，或全液压控制系统和操纵机构，或 本质安全本质安全 电气装置，电气装置，也可采用电压低于也可采用电压低于 功能特低电压功能特低电压 的电源，以及在机的电源，以及在机器的液压装置中使用阻燃和无毒液体。器的液压装置中使用阻燃和无毒液体。安全人机工程学第四章第第 18 页页西安石油大学2024/8/7（5）应应采采用用对对人人无无害害的的材材料料和和物物质质。对对不不可可避避免免的的毒毒害害物物应应在在设设计计时时考考虑虑采采取取密密闭闭、排排放放（或或吸吸收收）、隔隔离离、净净化化等等措措施施。在在人人员员合合理理暴暴露露的的场场所所，其其成成分分、浓浓度度应应低低于于产产品品安安全全卫卫生生标标准准的的规规定定，不不得得构构成成对对人人体体健健康的有害作用，也不得对环境造成污染。康的有害作用，也不得对环境造成污染。（6）机机械械产产生生的的噪噪声声、振振动动、过过热热和和过过低低温温度度等等指指标标，都都必必须须控控制制在在低低于于产产品品安安全全标标准准中中规规定定的的允允许许指指标标，防止对人的心理及生理危害。防止对人的心理及生理危害。（7）有可燃气体、液体、蒸汽、粉尘或其他易燃易有可燃气体、液体、蒸汽、粉尘或其他易燃易爆或发火性物质的机械生产设备，应在设计时考虑防爆或发火性物质的机械生产设备，应在设计时考虑防止跑、冒、滴、漏，根据具体情况配置监测报警、防止跑、冒、滴、漏，根据具体情况配置监测报警、防爆泄压装置及消防安全设施，避免或消除摩擦撞击、爆泄压装置及消防安全设施，避免或消除摩擦撞击、电火花和静电积聚等，防止由此造成的火灾或爆炸危电火花和静电积聚等，防止由此造成的火灾或爆炸危险。险。安全人机工程学第四章第第 19 页页西安石油大学2024/8/74、符合安全人机工程学的要求、符合安全人机工程学的要求 （1 1）合理分配人机功能）合理分配人机功能（2 2）适应人体特性）适应人体特性 （3 3）友好的人机界面设计）友好的人机界面设计 （4 4）作业空间的布置）作业空间的布置 安全人机工程学第四章第第 20 页页西安石油大学2024/8/75 5、可靠有效的安全防护、可靠有效的安全防护 只只要要存存在在危危险险，即即使使操操作作者者受受过过良良好好的的技技术术培培训训和和安安全全教教育育，有有完完善善的的规规程程，也也不不能能完完全全避避免免发发生生机机械械伤伤害害事故的风险。事故的风险。必必须须建建立立可可靠靠的的物物质质屏屏障障，即即在在机机械械上上配配置置一一种种或或多多种种专专门门用用于于保保护护人人的的安安全全的的防防护护装装置置、安安全全装装置置或或采采取取其他安全措施。其他安全措施。当当设设备备或或操操作作的的某某些些环环节节出出现现问问题题时时，靠靠机机械械自自身身的的各各种种安安全全技技术术措措施施避避免免事事故故的的发发生生，保保障障人人员员和和设设备备安安全。全。危危险险性性大大或或事事故故率率高高的的生生产产设设备备，必必须须在在出出厂厂时时配配备备好好安全防护装置。安全防护装置。安全人机工程学第四章第第 21 页页西安石油大学2024/8/76 6、机械的可维修性及维修作业的安全、机械的可维修性及维修作业的安全 （1 1）机械的可维修性。机器出现故障后，在规定的条件）机械的可维修性。机器出现故障后，在规定的条件下，按规定程序或手段实施维修，可以保持或恢复其下，按规定程序或手段实施维修，可以保持或恢复其执行预定功能状态，这就是机器的可维修性。因此，执行预定功能状态，这就是机器的可维修性。因此，在设计机器时，应尽量考虑将一些易损而需经常更换在设计机器时，应尽量考虑将一些易损而需经常更换的零部件设计得便于拆装和更换。的零部件设计得便于拆装和更换。（2 2）维修作业的安全。在按规定程序实施维修时，应能）维修作业的安全。在按规定程序实施维修时，应能保证人员的安全。由于维修作业是不同于正常操作的保证人员的安全。由于维修作业是不同于正常操作的特殊作业，往往采用一些超常规的做法，如移开防护特殊作业，往往采用一些超常规的做法，如移开防护装置，或是使安全装置不起作用。为了避免或减少维装置，或是使安全装置不起作用。为了避免或减少维修伤害事故，应在控制系统设置维修操作模式；从检修伤害事故，应在控制系统设置维修操作模式；从检查和维修角度，在结构设计上考虑内部零件的可接近查和维修角度，在结构设计上考虑内部零件的可接近性；必要时，应随设备提供专用检查、维修工具或装性；必要时，应随设备提供专用检查、维修工具或装置；在较笨重的零部件上，还应考虑方便吊装的设计。置；在较笨重的零部件上，还应考虑方便吊装的设计。安全人机工程学第四章第第 22 页页西安石油大学2024/8/7第三节第三节 人机功能匹配人机功能匹配一、人的主要功能一、人的主要功能l、人的第一种功能、人的第一种功能传感器传感器 通过感觉器官（视觉、听觉、触觉等）接受信息，感通过感觉器官（视觉、听觉、触觉等）接受信息，感知系统的作业情况和机器的状态知系统的作业情况和机器的状态 2、人的第二种功能、人的第二种功能信息处理器信息处理器 将接受的信息和已储存在大脑中的经验和知识信息进将接受的信息和已储存在大脑中的经验和知识信息进行比较分析后，作出决定，如作出继续、停止或改变行比较分析后，作出决定，如作出继续、停止或改变操作的决定操作的决定 3、人的第三种功能、人的第三种功能操纵器操纵器根据决定采取相应行动，如开关机器或增减其速度等根据决定采取相应行动，如开关机器或增减其速度等安全人机工程学第四章西安石油大学西安石油大学第第 23 页页2024/8/7图图47 人在操作活动中的基本功能示意图人在操作活动中的基本功能示意图安全人机工程学第四章第第 24 页页西安石油大学2024/8/7二、机的主要功能二、机的主要功能l、接受信息、接受信息2、储存信息、储存信息3、处理信息、处理信息4、执行功能、执行功能安全人机工程学第四章第第 25 页页西安石油大学2024/8/7三、人机特性比较三、人机特性比较在人机系统设计中，首先要按照科学的观点分析人和机器各自所具有的不同特点，以便研究人与机器的功能分配，从而扬长避短，各尽所长，充分发挥人与机器的各自优点；从设计开始就尽量防止产生人的不安全行动和机器的不安全状态，做到安全生产。人和机各有自己的能力和长处，归纳起来各表现在四个方面：人的功能的限度是准确性、体力、速度和知觉能力；机器功能的限度是性能维持能力、正常动作、判断能力、造价及运营费用。安全人机工程学第四章西安石油大学西安石油大学第第 26 页页2024/8/7表表41 人与机的优缺点比较人与机的优缺点比较项项 目目机机 器器人人速速 度度占优势占优势时间延时为时间延时为1s逻辑逻辑推理推理擅擅长长于于演演绎绎而而不不易易改改变变其其演演绎绎程程序序擅长于归纳，容易改变其推理程序擅长于归纳，容易改变其推理程序计计 算算快且精确，但不善于修正误差快且精确，但不善于修正误差慢且易产生误差，但善于修正误差慢且易产生误差，但善于修正误差可可 靠靠 性性按按照照恰恰当当设设计计制制造造的的机机器器，在在完完成成规规定定的的作作业业中中可可靠靠性性很很高高，而而且且保保持持恒恒定定，不不能能处处理理意意外外的的事事态。在超负荷条件下可靠性突降态。在超负荷条件下可靠性突降人人脑脑可可靠靠性性远远超超过过机机械械，但但极极度度疲疲劳劳与与紧紧急急事事态态下下很很可可能能变变成成极极不不可可靠靠，人人的的技技术术水水平平、经经验验以以及及生生理理和和心心里里状状况况对对可靠性很有影响，可处理意外紧急事态可靠性很有影响，可处理意外紧急事态连连 续续 性性能能长长期期连连续续工工作作，适适应应单单调调专专业业，需要适当维护需要适当维护容容易易疲疲劳劳，不不能能长长时时间间连连续续工工作作，且且受受性性别别、年年龄龄和和健健康康状状态态等等影影响响，不不适适应应单调作业单调作业灵灵 活活 性性如如果果是是专专用用机机械械，不不经经调调整整则则不不能改作其它用途能改作其它用途通通过过教教育育训训练练，可可具具有有多多方方面面的的适适应应能能力力安全人机工程学第四章西安石油大学西安石油大学第第 27 页页2024/8/7表表41 人与机的优缺点比较（续）人与机的优缺点比较（续）项项 目目机机 器器人人输输 入入灵敏度灵敏度具具有有某某些些超超人人的的感感觉觉，如如有有感觉电离辐射的能力感觉电离辐射的能力在在较较宽宽的的能能量量范范围围内内承承受受刺刺激激因因素素，支支配配感感受受器器适适应应刺刺激激因因素素的的变变化化，如如眼眼睛睛能能感感受受各各种种位位置置、运运动动和和颜颜色色，善善于于鉴鉴别别图图象象，能能够够从从高高噪噪声声中中分分辨辨信信号号，易易受受（超超过过规规定定限限度度的的）热热、冷、噪声和振动的影响冷、噪声和振动的影响智智 力力无无（智能机例外）（智能机例外）能能应应付付意意外外事事件件和和不不可可能能预预测测事事件件，并能采取预防措施并能采取预防措施操作处操作处理能力理能力操操纵纵力力、速速度度精精密密度度、操操作作量量、操操作作范范围围等等均均优优于于人人的的能能力力。在在处处理理液液体体、气气体体、粉粉体体方方面面比比人人强强，但但对对柔柔软软物体的处理能力比人差物体的处理能力比人差可可进进行行各各种种控控制制，手手具具有有非非常常大大的的自自由由度度，能能极极巧巧妙妙地地进进行行各各种种操操作作。从从视视觉觉、听听觉觉、变变位位和和重重量量感感觉觉上上得得到到的信息可以完全反馈给控制器的信息可以完全反馈给控制器安全人机工程学第四章西安石油大学西安石油大学第第 28 页页2024/8/7表表41 人与机的优缺点比较（续）人与机的优缺点比较（续）项项 目目机机 器器人人功率功率输出输出恒恒定定不不论论大大的的，固固定定的或标准的的或标准的1471KW的的功功率率输输出出只只能能维维持持10s，367.75KW的的功功率率输输出出可可维维持持几几分分钟钟，150KW以以下下的的功功率率输输出出能能持续一天持续一天综合综合能力能力多种途径多种途径单一手段单一手段记记 忆忆最最适适用用于于文文字字的的再再现现和和长长期存储期存储可可存存储储大大量量信信息息，并并进进行行多多种种途途径径的的存存取取，擅擅长长于于对对原原则则和和策策略略的记忆的记忆安全人机工程学第四章第第 29 页页西安石油大学2024/8/7四、人机功能分配四、人机功能分配1、人机功能分配的含义、人机功能分配的含义对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当地分配给人或机，称为人机的功能分配。人与机器的结合形式，依复杂程度不同可分为：劳动者-工具；操作者-机器；监控者-自动化机器；监督者-智能机器等几种。机器的自动化与智能化使操纵复杂程度提高因而对操纵者提出了严格要求。同时操纵者的功能限制也对机器设计提出特殊要求。安全人机工程学第四章第第 30 页页西安石油大学2024/8/7人机结合的原则改变了传统的只考虑机器设计的思想，提出了同时考虑人与机器两方面因素，即在机器设计的同时把人看成是有知觉有技术的控制机、能量转换机、信息处理机。凡需要由感官指导的间歇操作，要留出足够间歇时间；机器设计中，要使操纵要求低于人的反应速度，这便是获得最佳效果的设计思想。安全人机工程学第四章第第 31 页页西安石油大学2024/8/72、人机功能分配的一般原则、人机功能分配的一般原则人能完成并能胜过机器的工作：发觉微量的光和声，接受和组织声、光的型式，随机应变和应变程度，长时间大量储存信息并能回忆有关的情节，进行归纳推理和判断并形成概念和创造方法等。目前机器能完成并胜过人的工作：对控制信号迅速作出反应，平稳而准确地产生“巨大力量，做重复的和规律性的工作，短暂地储存信息然后废除这些信息，快速运算，同一时间执行多种不同的功能。安全人机工程学第四章西安石油大学西安石油大学第第 32 页页2024/8/7表表42 采用人采用人/机时有利点机时有利点采用机器时的有利点采用人时的有利点1、重复性的操作、计算，大量的情报资料存储1、由于各种干扰，需要判断信息时2、迅速施加大的物理力时2、在图形变化情况下，要求判断图形时3、大量的数据处理3、要求判断各种各样的输入时4、根据某一特定范围，多次重复作出判断4、对发生频率非常低时的事态需要进行判断时5、由于环境约束，对人有危险或操作容易犯错误时5、解决问题需要归纳、判断时6、当调节、操作速度非常重要，具有决定意义时6、预测不测事件的发生时7、控制力的施加要求非常严格时8、必须长时间地施加控制力时安全人机工程学第四章第第 33 页页西安石油大学2024/8/7人机功能分配的一般原则人机功能分配的一般原则笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算的、支付大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以及需要检测人不能识别的物理信号的作业，分配给机器承担 指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息输入时，机器系统的监控、维修、设计、创造、故障处理及应付突然事件等工作，由人承担 安全人机工程学第四章第第 34 页页西安石油大学2024/8/73、人机功能匹配对人机系统的影响、人机功能匹配对人机系统的影响过去，由于不明人与机的匹配关系特性，使过去，由于不明人与机的匹配关系特性，使机的设计与人的功能不适应而造成的失误很机的设计与人的功能不适应而造成的失误很多，如作战飞机的高度计等仪表的设计与人多，如作战飞机的高度计等仪表的设计与人的视觉不适应是造成飞机失事的主要原因的视觉不适应是造成飞机失事的主要原因（见图（见图4-84-8）在工作负荷过高的情况下，人往往出现应激在工作负荷过高的情况下，人往往出现应激反应（即生理紧张），导致重大事故的发生。反应（即生理紧张），导致重大事故的发生。进行合理的人机功能分配，也就是使人机结进行合理的人机功能分配，也就是使人机结合面布置得恰当，从安全人机工程学的观点合面布置得恰当，从安全人机工程学的观点出发，分析人机结合面失调导致工伤事故，出发，分析人机结合面失调导致工伤事故，进而采取改进对策。进而采取改进对策。安全人机工程学第四章西安石油大学西安石油大学第第 35 页页2024/8/7图图48 设备设计中的人因工程设备设计中的人因工程安全人机工程学第四章第第 36 页页西安石油大学2024/8/74、人机分工不合理的表现、人机分工不合理的表现可以由人很好执行的功能分配给机器而把设可以由人很好执行的功能分配给机器而把设备能更有效地执行的功能分配给人备能更有效地执行的功能分配给人 不能根据人执行功能的特点而找出人机之间不能根据人执行功能的特点而找出人机之间最适宜的相互联系的途径与手段最适宜的相互联系的途径与手段让人承担超过其能力所能承担的负荷或速度让人承担超过其能力所能承担的负荷或速度安全人机工程学第四章第第 37 页页西安石油大学2024/8/75、人机功能分配应注意问题、人机功能分配应注意问题 信信息息由由机机器器的的显显示示器器传传递递到到人人，选选择择适适宜宜的的信信息息通通道道，避避免免信信息息通通道道过过载载而而失失误误，以以及及显显示示器器的的设设计计应符合安全人机工程的原则。应符合安全人机工程的原则。信信息息从从人人的的运运动动器器官官传传递递给给机机器器，应应考考虑虑人人的的权权限限能能力力和和操操作作范范围围，控控制制器器设设计计要要安安全全、高高效效、可可靠靠、灵敏。灵敏。充分适用人和机的各自优势。充分适用人和机的各自优势。使使人人机机结结合合面面的的信信息息通通道道数数和和传传递递频频率率不不超超过过人人的的能力，以及机适合大多数人的应用。能力，以及机适合大多数人的应用。一一定定要要考考虑虑到到机机器器发发生生故故障障的的可可能能性性，以以及及简简单单排排除故障的方法和使用的工具。除故障的方法和使用的工具。要要考考虑虑到到小小概概率率事事件件的的处处理理，对对系系统统无无明明显显影影响响的的偶偶发发性性事事件件可可以以不不考考虑虑，但但一一旦旦发发生生就就会会造造成成功功能能破坏的事件，就要事先安排监督和控制方法。破坏的事件，就要事先安排监督和控制方法。