第三節(jié)　人機關(guān)系與人機系統(tǒng)概述

一、人機關(guān)系

（一）人機關(guān)系

所謂人機關(guān)系，是指人在作業(yè)過程中與作業(yè)工具和作業(yè)對象所發(fā)生的聯(lián)系。

影響人機關(guān)系的因素是多方面的，以手動為主的作業(yè)形式，其人機關(guān)系要求工具得心應(yīng)手，操作者有一定的體力和較高的技能，以達到機宜人和人適機；而對于機械化作業(yè)，要求人機共動，密切協(xié)調(diào)，對機宜人和人適機的要求更苛刻。

從手工作業(yè)到自動化生產(chǎn)，人機關(guān)系大致有如下變化：

① 人的體力消耗減輕，心理負擔加重；

② 人將遠離機器，管理方式多為間接管理；

③ 信息時空的密集化，要求人的作業(yè)速度更快、作業(yè)準確性更高；

④ 系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對人的要求越來越高，小的失誤能造成嚴重的后果。

（二）人是人機關(guān)系中的主體

人類社會發(fā)展進程中，不斷創(chuàng)造出各種各樣的工具或機器來代替人的作業(yè)。但是，不管機器如何代替人的體力作業(yè)，計算機如何代替人的部分腦力作業(yè)，任何機器的設(shè)計、制造、使用、控制、維修和管理最終還是要靠人。實踐證明，無論機器本身的效率多高，如果不能適應(yīng)人的生理和心理特性，也不能發(fā)揮應(yīng)有的功效。在任何人機系統(tǒng)中，人永遠發(fā)揮著主體的作用。

如何發(fā)揮人的最大功能和挖掘人的最大潛力以及獲得最高的生產(chǎn)效率，是人機工程的主要目標之一。在安全人機系統(tǒng)中，人的安全永遠是第一位的。

（三）人機關(guān)系的最佳匹配

1.機宜人

供人使用的機械，應(yīng)盡量滿足人的生理、心理特征，符合人的審美觀和價值觀，尤其要滿足人的安全需要，讓人能最大限度地發(fā)揮機械的功能。機械的發(fā)展日新月異，而人的生理特性變化不大，因此設(shè)計機械時，必須明確操作機械的是人，人是人機關(guān)系的主體，而不是機械的奴隸，以便使設(shè)計更趨人性化，從而提高機械設(shè)備的本質(zhì)安全化程度。

2.人適機

機械的功能、結(jié)構(gòu)不可能完全適宜人的所有特性，如某些飛機駕駛艙的空間設(shè)計就不適宜高大體型的人；流水線上的單調(diào)操作，不適宜性格外向的人；復(fù)雜機械的操作不適宜文化水平低的人等。為了安全和高效的作業(yè)，就必須對人進行人適機的選拔和培養(yǎng)。

3.人機關(guān)系的最佳匹配

機宜人和人適機都是受一定條件限制的，為做到人機關(guān)系的最佳匹配，應(yīng)從以下幾方面著手：

① 研究系統(tǒng)以及各種機器、設(shè)備、工具、設(shè)施等的設(shè)計所應(yīng)遵循的工效學原則與標準；

② 研究人和機器的合理分工及相互適應(yīng)的問題；

③ 研究人與被控對象之間的信息交換過程；

④ 根據(jù)人的身心特征，提出對機器、技術(shù)、作業(yè)環(huán)境、作業(yè)時間的要求。

二、人機系統(tǒng)

由人和機兩部分要素按一定的關(guān)系組合而成的集合體稱為人機系統(tǒng)。

在人機系統(tǒng)中，人和機的關(guān)系總是相互作用、相互配合與相互制約和發(fā)展的，但起主導(dǎo)作用的始終是人。

各種人機系統(tǒng)，從最簡單的人和工具的結(jié)合，到人和機器的復(fù)雜結(jié)合，雖然形式有所差別，但都存在信息傳遞、信息處理、控制和反饋等基本結(jié)構(gòu)。根據(jù)系統(tǒng)中人和機器所處的地位、作用和出發(fā)點不同，人機系統(tǒng)的類型也不同，現(xiàn)分述如下。

（一）按有無反饋控制作用分類

1.閉環(huán)人機系統(tǒng)

閉環(huán)人機系統(tǒng)就是反饋控制人機系統(tǒng)。它有一個封閉的回路結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。

閉環(huán)人機系統(tǒng)其主要特征是：系統(tǒng)的輸出對控制作用有直接的影響，即系統(tǒng)過去行動的結(jié)果回過來控制未來的行動。

2.開環(huán)人機系統(tǒng)

如圖1-2所示為開環(huán)人機系統(tǒng)。它的特征是系統(tǒng)的輸出對控制作用沒有影響。雖然它也能提供反饋信息，但此信息無法用于進一步的控制操作。

（二）按人機系統(tǒng)自動化程度分類

1.人工操作系統(tǒng)

如圖1-3所示為人工操作系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，人提供系統(tǒng)所需的動力，控制著整個生產(chǎn)過程。而人所使用的工具或輔助器械，都不具備動力的作用，而只是增加人的力量的效果。

2.半自動化系統(tǒng)

如圖1-4所示為半自動化系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，人是生產(chǎn)過程的控制者，操作著動力設(shè)備，也可能為系統(tǒng)提供少量的動力，并對系統(tǒng)作某些調(diào)整。人在生產(chǎn)過程中感知信息、處理信息，然后借助于手柄、按鈕等控制器來控制生產(chǎn)過程。在閉環(huán)的半自動化系統(tǒng)中，反饋信息經(jīng)過人處理，又成為作進一步操作的依據(jù)。根據(jù)我國目前生產(chǎn)力發(fā)展的水平，半自動化人機系統(tǒng)是采用較多的一種類型。

3.自動化系統(tǒng)

如圖1-5所示為自動化系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，機器完全代替了人的體力勞動，生產(chǎn)過程的信息接受、存儲、處理和執(zhí)行等工作全部由機器來完成，人只是通過顯示裝置來監(jiān)控生產(chǎn)過程。為了系統(tǒng)的安全，一般要求系統(tǒng)安裝能預(yù)報和應(yīng)急處置意外事件的裝置。

以上三種類型，都存在于生產(chǎn)過程中，人工操作系統(tǒng)偏重于解決操作人員作業(yè)方面的問題，自動化和半自動化系統(tǒng)偏重于解決機器的問題。

三、人機功能分配

（一）人與機器功能特性的比較

人與機器各有自身的特點，人機系統(tǒng)是一個有機整體。兩者功能特性的比較見表1-1。

（二）人機功能分配

1.人機功能分配的影響因素

人機功能的分配，應(yīng)全面考慮以下因素：

① 人和機器的性能特點、負荷能力、潛在能力及各種限度；

② 人適應(yīng)機器所需的選拔條件、培訓(xùn)時間和體力限度；

③ 人的個體差異和群體差異；

④ 人和機器對突發(fā)事件的反應(yīng)能力差異；

⑤ 機器代替人的效果，可行性、可靠性、經(jīng)濟性的比較。

2.人機功能分配的一般原則

（1）由機器承擔的功能　下列情況，其功能應(yīng)由機器承擔：

① 重復(fù)性的操作、計算，大量的情報資料存儲時；

② 迅速施加很大的物理力時；

③ 大量的數(shù)據(jù)處理時；

④ 根據(jù)某一特定范圍多次重復(fù)作出判斷時；

⑤ 由于環(huán)境制約，對人有危險或易犯錯誤的作業(yè)時；

⑥ 需要調(diào)整操作速度作業(yè)時；

⑦ 對操作設(shè)備要求精確地施加力的作用時；

⑧ 需要長時間地施加力時。

（2）由人承擔的功能　下列情況的功能宜分配給人承擔：

① 由于各種干擾，需要判斷信息時；

② 在圖形變化情況下，要求判斷圖形時；

③ 要求判斷多種輸入信息時；

④ 對發(fā)生頻率非常低的事態(tài)進行判斷時；

⑤ 處理需要歸納推理的問題時；

⑥ 預(yù)測意外事件的發(fā)生時。