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人機系統

名詞解釋

      由人和機器構成并依賴于人機之間相互作用而完成一定功能的系統。它是工程心理學研究的主要內容。現代生產管理和工程技術設計中,合理地設計人機系統,使其可靠、高效地發揮作用是一個十分重要的問題。

背景
  對人機系統的研究始于第二次世界大戰。在設計和使用高度復雜的軍事裝備中,人們逐步認識到必須把人和機器作為一個整體,在系統設計中必須考慮人的因素。

分類
  人機系統有簡單和復雜之分。簡單的人機系統如木工用鋸鋸木;復雜的如駕駛飛機。一個復雜的人機系統往往包含許多個別的人機學系統。人機系統還可分成開環式系統與閉環式系統。閉環式人機系統中,人可以根據機器工作的反饋信息,進一步調節和控制機器的工作;開環式人機系統則不能。閉環式系統往往比開環式系統更有效。人機系統設計通常采用閉環式系統。另外,人機系統還可以分成手工系統、機械系統和自動系統 3種類型。手工系統由手工工具和人構成,人是直接勞動者;機械系統由半自動化機器和人組成,人是機器的控制者;自動系統由全自動機器和人組成,機器常帶有計算機或智能裝置,可自動進行工作,人是系統的監視者。

組成
人機功能
  人機功能分配是人機系統設計的重要一環,其目的是根據系統工作要求,使人機系統可靠、有效的發揮作用,達到人與機器的最佳配合。人機功能分配,必須參照人和機器各自的功能特點。但是,功能分配的基本策略則應根據實際情況把系統的操作看作一個整體,同時也應注意為操作人員創造一個有意義、有激勵、富有挑戰性的工作情景。
人機界面
  人與機器發生作用的交界面稱為人機界面。對它的研究是人機系統研究的核心內容。人機界面通常可以分成機器顯示器和人的感覺器官(眼、耳、鼻等)之間,以及人的效應器官(手、足等)和機器控制器之間兩種界面。人與機之間的信息溝通是在人機界面上實現的(見圖)。人的感覺器官接收已轉換成某種標志或圖像形式的機器加工過程,或被控對象狀態的信息,并傳遞到大腦。大腦對已感知到的各種信息進行加工、解釋,轉化為實際狀態的信息,并把它與預期的結果進行比較、分析,作出決策,發出指令信息。根據這些指令,效應器官作用于機器控制器,將人的輸出信息轉換成機器的輸入信息。機器對輸入信息進行加工,并通過顯示器將機器加工過的信息作用于人。這樣,操作人員就可以不斷地對機器工作狀態加以調整、控制,最終完成一定的系統功能。
顯示器
  顯示器是人機界面的重要組成部分,其功能是向人提供各種有關的信息。顯示器一般可分為視覺、聽覺、觸覺和嗅覺等顯示器。顯示器的設計必須滿足明顯醒目、清晰、可懂這3個基本要求。為了實現這些要求,設計和選用顯示器要遵循下列原則:
  ①根據人的感覺器官的適宜刺激和感知特性,采用最適宜的顯示器;
  ②在單位時間內顯示的信息量應低于信息接受者的最大信息可接收量;
  ③采用適當的信息編碼方式,盡量選用多維編碼,適當增加信息冗余度,提高抗干擾能力;
  ④采用與系統目的、操作人員身心特點和系統設備特性相適應的顯示內容、顯示精度和顯示格式;
  ⑤設定適當的對象-背景關系,提高顯示對象的可辨別性。例如,在灰暗的背景上呈現白色或明亮、鮮艷的目標,在靜止的畫面上設置活動的目標等等;
  ⑥采用恰當的綜合顯示方式,即同時在一個顯示器上呈現有關聯的一組信息,以提高顯示和接受的效益。例如,在飛機信息顯示中,把即時高度、預測高度和指令高度3種信息綜合在同一個顯示器中;
  ⑦合理設計各種顯示裝置的使用條件。例如,對視覺顯示器,要保證有良好的照明光源、適宜的照明分布和照明水平,并要注意避免產生眩光;
  ⑧顯示信息標準化。
控制器
  控制器是人機界面中另一個重要組成部分,其功能是將人的有關控制信息傳遞給機器。最常見的控制器是手、足控制器和言語控制器。在設計或選用控制器時,需要考慮的人的因素主要有
  ①控制器的編碼:主要的編碼方式有形狀、表紋、大小、位置、操作方式、顏色和標記等。其中前5種編碼可以憑觸覺、視覺和動覺辨認,后兩種必須用視覺辨認;
  ②控制器的兼容性:它涉及刺激與反應之間在空間、運動、概念上的相互關系,以及人們對這些關系的認識和預測的一致性。例如,大的控制器與高增益相聯系,控制器指針沿順時針轉動與輸出增加相聯系;
  ③控制器反饋信息的傳遞:即操作結果的信息應及時通過顯示器或其他顯示手段傳遞給操作者,以便使操作者調整自己的操作反應,保證系統輸出符合預定的要求;
  ④控-顯比(C/D):即控制器與顯示器的動程比例是控制器類型、顯示器大小、調節誤差容限和其他系統參數的函數。通常,高C/D適合于細調,低C/D適合于粗調;
  ⑤控制器的結構大小和位置選擇應符合人體的結構、功能尺寸和人體的生物力學特點;
  ⑥控制器要按其重要性、使用頻率、功能相近或相關,以及使用順序等原則進行排列。由于人機系統總是處于一定的工作環境中,因此建立、設計良好的人機系統工作環境也是十分必要的。

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