第二章 自动化制造系统的人机一体化设 计与评价
第一节：自动化制造系统的人机一体化基本概念 第二节：自动化制造系统人机一体化总体设计 第三节：自动化制造系统人机一体化运行与维护 第四节：自动化制造系统设计的人机工程评价
第一节 自动化制造系统的人机 一体化基本概念
一、人机一体化制造系统的定义
20世纪80年代以来，AMS成为投资热点； 早期，无人工厂；
四、自动化制造系统中的事故预防
（一）事故的物理条件因素
1. 作业者与机器功能分配不当 2. 工具、作业场所等设计失误 3. 缺少必要的安全装置与防护装置 4. 物理环境对人造成的生理和心理压力
（二）事故的人为因素 （三）导致事故的人的行为因素
1. 训练与技能 2. 记忆疏漏
（四）导致事故的人的生理与心理因素（性格/生理和生物节律/作业 疲 劳）
三、自动化制造系统中作业空间设计
（一）基本概念 自动化制造系统的作业空间是指制造系 统中各种制造设备本身及各种操作人员所 占用的空间，包括加工设备、运输设备、 工件及刀具存储、工具箱等所占空间以及 作业人员操作空间、行走空间、检修空间、 休息空间的总和。
三、自动化制造系统中作业空间设计
（二）人体测量数据及取用原则
3. 自动化制造人的作业要求评价
自动化制造系统对人的作业要求是否与人的作业能力相匹配？ 作业内容是否超过人的生理、心理负荷极限？ 长时间静态或动态作业对人的生理、心理影响程度有多大？ 作业顺序安排是否与人的生理习惯相匹配？
小组化团队工作方式中，作业分配与动态调节是否在团队内能够
达到平衡？团队成员的主观能动性和创造性能否得到充分发挥？
一、自动化制造系统设计人机工程评价内容
2.人机功能分配的评价
人机功能分配前，是否充分比较和分析了人机 各自功能特征？ 自动化制造系统的系统功能分解是否充分考虑 了人的能力特征？ 人机功能分配是否合理？ 自动化制造系统运行中的人机功能能否实现最 佳协调配合？
一、自动化制造系统设计人机工程评价内容
重量物的处理
2-2用不良的姿势进行搬 10㎏未满 运、拿起
一体化运行与维护
一、自动化制造系统中的人机一体化运 行机制
人机交互界面作为一个独立的、重要的研究领域受到了世界各
计算机厂家的 关注。并程来看， 人机交互界面技术还引导了相关 软硬件技术的发展，是新一代计算机系统取得成 功的保证。 80 年代已来，计算机的软件和硬件技术取得了较大的发展，同时， 计算机的 使用者也从计算机专家迅速扩大到了广大未受过专门训 练的普通用户，由此极大 地提高了用户界面在系统设计和软件开 发中的重要性，强烈地刺激了人机交互界 面的进步。 人－计算机 的交互作用是通过用户界面来实现的
4+
5-
5-
5+
负荷评价基准
项 目 负荷评价基准
1、单班处理的总量 2、单品处理重量 2-1一般搬运、拿起的时 候
适用基准 ～3 6吨以下 12㎏未满 4 6～9.9吨 12～12.9㎏ 5 10吨以上 20㎏以上
※1重量超过2.5㎏的物体都要 进行考虑 ※ 2适用于用双手抱的零件作 业※具有助力装置的时候不适
一、自动化制造系统设计人机工程评价内容
4. 人机界面设计评价
作业空间布置是否与人体测量数据相匹配？ 作业姿势设计是否合理？工作中是否可改变作业姿势？是否有工 间休息场地和足够的过道空间？
座椅及工具等辅助装置的设计是否充分考虑了人的生理和心理特
点？ 显示装置的设计是否与人的感官能力特征相匹配？
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方 法和主要步骤
2.系统定义
设计者与决策层人员一起做出重要决策（目标 概念方案） 定义系统的输入、处理功能和输出
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方 法和主要步骤 3.系统设计
①功能分配 ②作业要求研究 ③作业分析与设计
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主 要步骤
1.坐姿操作空间 2.站姿操作范围 3.下肢及脚的操作范围
三、自动化制造系统中作业空间设计
（四）加工设备的布置于作业空间设计
1.机器设备的平面排列布置
纵向排列布置 横向排列布置 斜向排列布置
2.机器设备的高度布置
四、自动化制造系统中作业空间设计的 仿真评价
四、自动化制造系统中作业空间设计的 仿真评价
5
目的
对作业负担进行客观的评价
实现无论任何人都能够稳定的进行生产的作业环境
（高龄者、女子、外部要员也能够持续的工作的工程创建） （疾病的低減）
主要使用范围
在生产现场中从事重复作业的作业者
（线外的改善业务、项目业务和间接业务是属于对象外的）
（像不足一天的产量的非良产的生产线也是对象外的）
评价的思路
二、自动化制造系统的人机一体化总体结构
• 三个层面上实现一体化
1.感知层面上的人机联合
• 感知层面=人的五官+机器的信息显示系统
2.控制层面上采用人机共同决策
• 人+机器智能决策系统=人机联合决策控制 • 三种策略：①机主人辅；②人主机辅；③人机耦合
3.执行层面上人机交互协作、取长补短，充分发 挥各自优势
评价的两个要素 １． 姿势评价：使用每一天的累计时间对姿势的 好 坏进行评价 ２． 负荷评价：使用单独以及每一天所处理的总 重量对其进行评价
姿势评价基准
姿势动 作评价 点 姿势动作 例外的评价基准 （独立评价）
每班累计 时间上限
修正时间：2009.3.31
作业工程（作业编成）的评价点
3H未满 4H未满 0.5H未满 2H未满（5 4H以上（50 （20%≤X＜ （30%≤X＜ （X＜5%） ≤X＜20%） ≤X） 30%） 50%）
第四节 自动化制造系统的人机 工程评价
一、自动化制造系统设计人机工程评价内容
1.对自动化制造系统设计目标定义的评价
对自动化制造系统未来使用者群体特征的要求 是什么？ 使用者对自动化制造系统的要求是什么？ 人机一体化制造系统自动化程度定位是否合适？ 自动化制造系统设计的期望目标与人机一体化 原则的相符程度如何？
二、自动化制造系统设计人机工程评价方法 何谓人机工程评价？
☆根据作业时的姿势和负荷的大小，对作业工程的肉 体上的负担进行评价。
姿势
良
恶
综合评价等级（３阶段）
1-3
良 负 荷 恶
4
+ -
5
+
ａ等级：对策优先度高 ｂ等级：要有对策 ｃ等级：没有问题
1-3 4
c
b
女 子 x 高 龄 者 x
b a
高龄者x
二、自动化制造系统中的作业安全要求
自动化制造系统安全性保障措施： 1. 系统管理软件中应有安全防护的控制部分 2. 采用电子、电气和机械装置连锁防护 3. 在机器人、自动装夹设备、自动更换工件和刀具设备的工作区外，
设置安全防护围栏，钢丝网罩等
4. 机器人和其他自动运送设备的控制系统中，应设置有安全互锁装置， 防止停机检修时的意外启动和运转
4.人机界面设计
①系统总体布置与人的作业空间设计 ②信息交互中的人机界面设计 ③物料流处理中人机界面设计 ④系统运行维护中的人机界面设计
三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主 要步骤
5.作业辅助设计
①适合制造系统特定要求的人员选择 ②制造系统操作人员的技能培训 ③其他辅助作业设计
6.系统检验和评价
（三）系统运行维护中的人机界面设计
六、自动化制造系统的作业人员岗位设 置与技能培训
自动化制造系统工作岗位人员：
1.
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
系统管理人员
信息系统硬、软件技术人员 机械和液压技术人员 刀具调整人员 夹具装调工 工件装卸工 巡视人员 其他人员
第三节 自动化制造系统的人机
～3
～3
～3
～3
～3
4
通常：如果没有水平5的情况，就使用右边 的 基准对水平4进行评价 例外：如果是｛*｝的话，拿出｛*｝+4的 合 计，使用右边的基准进行评价 例外：虽然没有（5）但有些工程是有 （5`）的话， 就用右边的（）的基准评价（5`）
3
3
3
4-
4+
(*)
4
+
5
-
5
+
5
通常：把（5）+（5`）的合计作为水平5， 用右边的基准进行评价 （侧外的评价｛单班的时间上限｝独立评 价） 左侧的姿势连续30秒以上——水平5+
– 德国工程师协会，1990年，CIMS调查：30%来自“企业文化”
– 美国AMRC和Yankee，1990年4月，CIMS调查：CIMS障碍70%来自人 – 日本，1991年，丰田汽车公司，高度自动化装配厂
20世纪90年代中期，提出并形成人机一体化，发展适度自动化制造系统的新思 想。
定义：所谓人机一体化制造系统 ，就是人与具有适度自动化 水 平 的 制 造 装 备 和 控 制 系 统 共 同 组 成 的 一 个 完 整 系 统 ， 各 自 执 行 自 己 最 擅 长 的 工 作 ， 人 与 机 器 共 同 决 策 、 共 同 作 业 ， 从 而 突 破 传 统 自 动 化 制 造 系 统 将 人 排 除 在 外 的 旧 格 局 ， 形 成 新 一 代 人 机 有 机 结 合 的 适 度 自 动 化 制 造 系 统 。
5. 在有危险的设备和运动部件上设置安全标志，以提醒操作人员注意
6. 安全培训
三、自动化制造系统监控作业中的疲劳 预防
对于脑力疲劳，可采取如下措施来避免：
1.使操作内容适当复杂化 2.定期变换工作内容或作业岗位 3.良好的作业环境(照明环境、噪声环境、振动、 热辐射、有害物质及粉尘、气味等环境因素)