1、第二章 自動化制造系統(tǒng)的人機一體化設(shè)計與評價,第一節(jié)：自動化制造系統(tǒng)的人機一體化基本概念 第二節(jié)：自動化制造系統(tǒng)人機一體化總體設(shè)計 第三節(jié)：自動化制造系統(tǒng)人機一體化運行與維護 第四節(jié)：自動化制造系統(tǒng)設(shè)計的人機工程評價,第一節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的人機一體化基本概念,一、人機一體化制造系統(tǒng)的定義,20世紀(jì)80年代以來，AMS成為投資熱點； 早期，無人工廠； 德國工程師協(xié)會，1990年，CIMS調(diào)查：30%來自“企業(yè)文化” 美國AMRC和Yankee，1990年4月，CIMS調(diào)查：CIMS障礙70%來自人 日本，1991年，豐田汽車公司，高度自動化裝配廠 20世紀(jì)90年代中期，提出并形成人機一體化，發(fā)

2、展適度自動化制造系統(tǒng)的新思想。 定義：所謂人機一體化制造系統(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，人與機器共同決策、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，形成新一代人機有機結(jié)合的適度自動化制造系統(tǒng)。,二、自動化制造系統(tǒng)的人機一體化總體結(jié)構(gòu),三個層面上實現(xiàn)一體化 感知層面上的人機聯(lián)合 感知層面=人的五官+機器的信息顯示系統(tǒng) 控制層面上采用人機共同決策 人+機器智能決策系統(tǒng)=人機聯(lián)合決策控制 三種策略：機主人輔；人主機輔；人機耦合 執(zhí)行層面上人機交互協(xié)作、取長補短，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢,三、自動化制造系統(tǒng)的人機一體

3、化的設(shè)計方法和主要步驟,主要步驟 定義系統(tǒng)目標(biāo)和作業(yè)要求 系統(tǒng)作業(yè)要求包括的三個方面內(nèi)容： 要自動化制造系統(tǒng)做什么？ 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果的評價標(biāo)準(zhǔn)是什么？ 如何進行度量？,主要步驟 定義系統(tǒng)目標(biāo)和作業(yè)要求 逐步細化和完善人機一體化設(shè)計工作，應(yīng)從以下方面考慮： 制造系統(tǒng)加工對象、未來的使用者和運行環(huán)境 目前同類制造系統(tǒng)的使用和操作方法 使用者的作業(yè)需求 確保制造系統(tǒng)目標(biāo)實現(xiàn)時人對制造系統(tǒng)和環(huán)境的要求，及制造系統(tǒng)和環(huán)境對人的要求,系統(tǒng)定義 設(shè)計者與決策層人員一起做出重要決策（目標(biāo)概念方案） 定義系統(tǒng)的輸入、處理功能和輸出,三、自動化制造系統(tǒng)的人機一體化的設(shè)計方法和主要步驟,系統(tǒng)設(shè)計 功能分配 作業(yè)要求研

4、究 作業(yè)分析與設(shè)計,三、自動化制造系統(tǒng)的人機一體化的設(shè)計方法和主要步驟,人機界面設(shè)計 系統(tǒng)總體布置與人的作業(yè)空間設(shè)計 信息交互中的人機界面設(shè)計 物料流處理中人機界面設(shè)計 系統(tǒng)運行維護中的人機界面設(shè)計,三、自動化制造系統(tǒng)的人機一體化的設(shè)計方法和主要步驟,作業(yè)輔助設(shè)計 適合制造系統(tǒng)特定要求的人員選擇 制造系統(tǒng)操作人員的技能培訓(xùn) 其他輔助作業(yè)設(shè)計 系統(tǒng)檢驗和評價,三、自動化制造系統(tǒng)的人機一體化的設(shè)計方法和主要步驟,第二節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的人機一體化總體設(shè)計,一、自動化制造系統(tǒng)中人機功能特征比較,人類感知與機器感知的比較 人類思維和機器思維的比較 人與機器執(zhí)行能力的比較,二、自動化制造系統(tǒng)中人機功能分

5、配,人機功能分配作為人機一體化系統(tǒng)人機界面設(shè)計的第一步，其過程是先根據(jù)系統(tǒng)的使用對象和加工范圍，定義系統(tǒng)的基本功能，并按主要功能和子功能兩個層次進行分解，然后根據(jù)人和機器的功能特征進行分配，并使已分配給任何機器的功能關(guān)系協(xié)調(diào)。,三、自動化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計,（一）基本概念 自動化制造系統(tǒng)的作業(yè)空間是指制造系統(tǒng)中各種制造設(shè)備本身及各種操作人員所占用的空間，包括加工設(shè)備、運輸設(shè)備、工件及刀具存儲、工具箱等所占空間以及作業(yè)人員操作空間、行走空間、檢修空間、休息空間的總和。,三、自動化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計,（二）人體測量數(shù)據(jù)及取用原則 原則和步驟： 1）確定對于設(shè)計至關(guān)重要的人體尺寸 2）確定設(shè)

6、計對象的使用者群體，以決定必須考慮的尺寸范圍 3）確定數(shù)據(jù)運用準(zhǔn)則 4）查找與定位群體特征相符合的人體測量數(shù)據(jù)表，選擇有關(guān)的數(shù)據(jù)值 5）建議盡可能使用近期測得的數(shù)據(jù) 6）考慮人體測量數(shù)據(jù)的著裝影響,三、自動化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計,（三）操作空間設(shè)計 坐姿操作空間 站姿操作范圍 下肢及腳的操作范圍,三、自動化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計,（四）加工設(shè)備的布置于作業(yè)空間設(shè)計 機器設(shè)備的平面排列布置 縱向排列布置 橫向排列布置 斜向排列布置 機器設(shè)備的高度布置,四、自動化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計的仿真評價,四、自動化制造系統(tǒng)中作業(yè)空間設(shè)計的仿真評價,五、自動化制造系統(tǒng)的人機界面設(shè)計,（一）信息流處理中的人

7、機界面設(shè)計 視覺顯示裝置的人機工程設(shè)計 語音顯示裝置設(shè)計 語音的清晰度 語音的強度 噪聲環(huán)境中的語音通信 操縱控制臺的人機工程設(shè)計 操縱裝置的人機工程設(shè)計,五、自動化制造系統(tǒng)的人機界面設(shè)計,（二）物料流處理中的人機界面設(shè)計 （三）系統(tǒng)運行維護中的人機界面設(shè)計,六、自動化制造系統(tǒng)的作業(yè)人員崗位設(shè)置與技能培訓(xùn),自動化制造系統(tǒng)工作崗位人員： 系統(tǒng)管理人員 信息系統(tǒng)硬、軟件技術(shù)人員 機械和液壓技術(shù)人員 刀具調(diào)整人員 夾具裝調(diào)工 工件裝卸工 巡視人員 其他人員,第三節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的人機一體化運行與維護,一、自動化制造系統(tǒng)中的人機一體化運行機制,人機交互界面作為一個獨立的、重要的研究領(lǐng)域受到了世界各計

8、算機廠家的 關(guān)注。并成為90年代計算機行業(yè)的又一競爭領(lǐng)域。從計算機技術(shù)的發(fā)展過程來看， 人機交互界面技術(shù)還引導(dǎo)了相關(guān)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，是新一代計算機系統(tǒng)取得成 功的保證。 80年代已來，計算機的軟件和硬件技術(shù)取得了較大的發(fā)展，同時，計算機的 使用者也從計算機專家迅速擴大到了廣大未受過專門訓(xùn)練的普通用戶，由此極大 地提高了用戶界面在系統(tǒng)設(shè)計和軟件開發(fā)中的重要性，強烈地刺激了人機交互界 面的進步。 人計算機的交互作用是通過用戶界面來實現(xiàn)的,二、自動化制造系統(tǒng)中的作業(yè)安全要求,自動化制造系統(tǒng)安全性保障措施： 系統(tǒng)管理軟件中應(yīng)有安全防護的控制部分 采用電子、電氣和機械裝置連鎖防護 在機器人、自動裝夾設(shè)

9、備、自動更換工件和刀具設(shè)備的工作區(qū)外，設(shè)置安全防護圍欄，鋼絲網(wǎng)罩等 機器人和其他自動運送設(shè)備的控制系統(tǒng)中，應(yīng)設(shè)置有安全互鎖裝置，防止停機檢修時的意外啟動和運轉(zhuǎn) 在有危險的設(shè)備和運動部件上設(shè)置安全標(biāo)志，以提醒操作人員注意 安全培訓(xùn),三、自動化制造系統(tǒng)監(jiān)控作業(yè)中的疲勞預(yù)防,對于腦力疲勞，可采取如下措施來避免： 使操作內(nèi)容適當(dāng)復(fù)雜化 定期變換工作內(nèi)容或作業(yè)崗位 良好的作業(yè)環(huán)境(照明環(huán)境、噪聲環(huán)境、振動、熱輻射、有害物質(zhì)及粉塵、氣味等環(huán)境因素),四、自動化制造系統(tǒng)中的事故預(yù)防,（一）事故的物理條件因素 作業(yè)者與機器功能分配不當(dāng) 工具、作業(yè)場所等設(shè)計失誤 缺少必要的安全裝置與防護裝置 物理環(huán)境對人造成的

10、生理和心理壓力 （二）事故的人為因素 （三）導(dǎo)致事故的人的行為因素 訓(xùn)練與技能 記憶疏漏 （四）導(dǎo)致事故的人的生理與心理因素（性格/生理和生物節(jié)律/作業(yè) 疲勞）,第四節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的人機工程評價,一、自動化制造系統(tǒng)設(shè)計人機工程評價內(nèi)容,對自動化制造系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)定義的評價 對自動化制造系統(tǒng)未來使用者群體特征的要求是什么？ 使用者對自動化制造系統(tǒng)的要求是什么？ 人機一體化制造系統(tǒng)自動化程度定位是否合適？ 自動化制造系統(tǒng)設(shè)計的期望目標(biāo)與人機一體化原則的相符程度如何？,一、自動化制造系統(tǒng)設(shè)計人機工程評價內(nèi)容,人機功能分配的評價 人機功能分配前，是否充分比較和分析了人機各自功能特征？ 自動化制造系統(tǒng)

11、的系統(tǒng)功能分解是否充分考慮了人的能力特征？ 人機功能分配是否合理？ 自動化制造系統(tǒng)運行中的人機功能能否實現(xiàn)最佳協(xié)調(diào)配合？,一、自動化制造系統(tǒng)設(shè)計人機工程評價內(nèi)容,自動化制造人的作業(yè)要求評價 自動化制造系統(tǒng)對人的作業(yè)要求是否與人的作業(yè)能力相匹配？ 作業(yè)內(nèi)容是否超過人的生理、心理負荷極限？ 長時間靜態(tài)或動態(tài)作業(yè)對人的生理、心理影響程度有多大？ 作業(yè)順序安排是否與人的生理習(xí)慣相匹配？ 小組化團隊工作方式中，作業(yè)分配與動態(tài)調(diào)節(jié)是否在團隊內(nèi)能夠達到平衡？團隊成員的主觀能動性和創(chuàng)造性能否得到充分發(fā)揮？,一、自動化制造系統(tǒng)設(shè)計人機工程評價內(nèi)容,人機界面設(shè)計評價 作業(yè)空間布置是否與人體測量數(shù)據(jù)相匹配？ 作業(yè)姿

12、勢設(shè)計是否合理？工作中是否可改變作業(yè)姿勢？是否有工間休息場地和足夠的過道空間？ 座椅及工具等輔助裝置的設(shè)計是否充分考慮了人的生理和心理特點？ 顯示裝置的設(shè)計是否與人的感官能力特征相匹配？ 操作裝置的結(jié)構(gòu)、布置、操作力大小、操作方式等是否與人的生物力學(xué)特征相匹配？ 自動化制造系統(tǒng)運行的安全防護措施是否充分？安全防護裝置是否設(shè)計合理？可靠性高否？,一、自動化制造系統(tǒng)設(shè)計人機工程評價內(nèi)容,自動化制造系統(tǒng)運行與維護評價 人的工作方便性和工效是否達到人機一體化設(shè)計的要求？ 運行狀態(tài)下人的疲勞是否得到有效控制？作業(yè)與休息交替時間安排是否合理？ 系統(tǒng)檢查與維修是否方便？ 緊急與意外事故處理的手段和措施是否易

13、于人察覺和掌握？ 運行控制能否與人形成良好的人機一體化效果？,何謂人機工程評價？,根據(jù)作業(yè)時的姿勢和負荷的大小，對作業(yè)工程的肉體上的負擔(dān)進行評價。,等級：對策優(yōu)先度高 等級：要有對策 等級：沒有問題,綜合評價等級（階段）,二、自動化制造系統(tǒng)設(shè)計人機工程評價方法,目的,主要使用范圍,對作業(yè)負擔(dān)進行客觀的評價,實現(xiàn)無論任何人都能夠穩(wěn)定的進行生產(chǎn)的作業(yè)環(huán)境,（高齡者、女子、外部要員也能夠持續(xù)的工作的工程創(chuàng)建）,（疾病的低減）,在生產(chǎn)現(xiàn)場中從事重復(fù)作業(yè)的作業(yè)者,（線外的改善業(yè)務(wù)、項目業(yè)務(wù)和間接業(yè)務(wù)是屬于對象外的）,（像不足一天的產(chǎn)量的非良產(chǎn)的生產(chǎn)線也是對象外的）,評價的思路,評價的兩個要素, 姿勢評價

14、：使用每一天的累計時間對姿勢的好 壞進行評價, 負荷評價：使用單獨以及每一天所處理的總重量對其進行評價,評價的方法（步驟）, 事前準(zhǔn)備, 工程確認, 姿勢評價, 負荷評價, 綜合評價,對策,根據(jù)評價的實施日程，在事前填寫對象生產(chǎn)線的前提條件,由班長在現(xiàn)場確認作業(yè)者的姿勢與動作 （如有問題，就去）,通過兔子跳法測定作業(yè)姿勢比率,詳細請參考下頁,調(diào)查重物的作業(yè)以及負荷大的動作的操作力與頻度,填寫人機工程評價表進行綜合評價。,評價的方法（姿勢評價詳細）,何謂兔子跳法？,時間, 通過在相同間隔的時間內(nèi)進行作業(yè)觀察，記錄作業(yè)內(nèi)容，把握實際所需的時間和內(nèi)容的IE手法的一種。,準(zhǔn)備觀測板和秒表、觀察紙、筆記用具,為了能夠把握調(diào)查對象工程，每秒觀察作業(yè)姿勢約次并進行記錄。 （分連續(xù)觀測）,根據(jù)姿勢比率和負荷時間計算出作業(yè)姿勢時間。,Rabbit jumping locus,人機工程：兔子跳觀測 （姿勢評價） 工程名：,填寫的方法可以使用自己習(xí)慣的方法不一定是正規(guī)的字，用卌 也可以!,評價的方法（負荷評價詳細）,有重量物的時候，需要確認該零件的重量以及操作的頻度 （零件平均重量）（生產(chǎn)臺數(shù)） 對于操作力