王浩　蒲仕洋　蔣恩科

摘要：隨著制造技術(shù)不斷取得進(jìn)步，我們對(duì)于自動(dòng)化制造技術(shù)的研究和應(yīng)用也在不斷深入，其中對(duì)于人機(jī)一體化的研究已經(jīng)成為我國(guó)制造業(yè)發(fā)展研究的重大課題。本文在大量收集資料的基礎(chǔ)上，對(duì)人機(jī)一體化的設(shè)計(jì)方法步驟、運(yùn)行維護(hù)與評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；制造；人機(jī)一體化

自動(dòng)化制造系統(tǒng)，尤其是柔性自動(dòng)化制造系統(tǒng)的出現(xiàn)和大量使用，導(dǎo)致使用者與自動(dòng)化制造系統(tǒng)間的關(guān)系發(fā)生了根本的變化。早期許多自動(dòng)化制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，片面追求系統(tǒng)的自動(dòng)化和無(wú)人化，反而降低了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行失敗。沉痛的教訓(xùn)迫使我們重新認(rèn)識(shí)人在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中的重要地位和作用，因而提出發(fā)展適度自動(dòng)化的制造系統(tǒng)——人機(jī)一體化的制造系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著全球制造業(yè)的快速發(fā)展和我國(guó)制造業(yè)的崛起，我國(guó)制造業(yè)獲得了一個(gè)難得的發(fā)展機(jī)遇。然而，如何根據(jù)中國(guó)國(guó)情，快速發(fā)展人機(jī)一體化的制造系統(tǒng)，是擺在我們面前的一個(gè)難題。下面我們從基本概念、設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)和人機(jī)一體化評(píng)價(jià)方法等方面淺析自動(dòng)化制造系統(tǒng)中的人機(jī)一體化設(shè)計(jì)。

1基本概念

20世紀(jì)80年代以來(lái)，在全球制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的形勢(shì)下，自動(dòng)化制造系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用成為工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家以及一些發(fā)展中國(guó)家投資的熱點(diǎn)。然而人們過(guò)分追求制造系統(tǒng)的自動(dòng)化和無(wú)人化忽略了人在系統(tǒng)中的作用與組織管理職能，使許多高度自動(dòng)化的制造系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中造成意想不到的失敗和損失。過(guò)往經(jīng)驗(yàn)表明，在發(fā)展自動(dòng)化制造系統(tǒng)的過(guò)程中，忽略人的影響因素和作用是不可取的，任何制造系統(tǒng)必定是一個(gè)人機(jī)一體化的系統(tǒng)。為此我們給出人機(jī)一體化制造系統(tǒng)的如下定義：人與具有適度自動(dòng)化水平的制造裝備和控制系統(tǒng)共同組成的一個(gè)完整系統(tǒng)，各自執(zhí)行自己最擅長(zhǎng)的工作，人與機(jī)器共同作業(yè)，從而突破傳統(tǒng)自動(dòng)化制造系統(tǒng)將人排除在外的舊格局。

2設(shè)計(jì)方法和步驟

人機(jī)一體化設(shè)計(jì)并非單一制造設(shè)備的人機(jī)關(guān)系設(shè)計(jì)，是適合于所有制造系統(tǒng)的一種通用設(shè)計(jì)方法。狹義的人機(jī)一體化設(shè)計(jì)是指，對(duì)制造系統(tǒng)物理設(shè)備本身人機(jī)界面所進(jìn)行的設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)人機(jī)功能的合理分配，機(jī)器的操縱控制裝置宜人性設(shè)計(jì)，安全裝置設(shè)計(jì)及人機(jī)間的作業(yè)匹配設(shè)計(jì)，將人機(jī)，關(guān)系設(shè)計(jì)的原理和參數(shù)體現(xiàn)在制造設(shè)備的物化界面上。廣義的人機(jī)一體化設(shè)計(jì)理論和方法，除狹義人機(jī)一體化設(shè)計(jì)的內(nèi)容外，還強(qiáng)調(diào)人、機(jī)器、環(huán)保和社會(huì)因素構(gòu)成的大系統(tǒng)的總體協(xié)調(diào)和配合。

人機(jī)一體化設(shè)計(jì)的主要步驟體現(xiàn)在定義系統(tǒng)目標(biāo)和作業(yè)要求、系統(tǒng)定義、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)、作業(yè)輔助設(shè)計(jì)、系統(tǒng)檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)6個(gè)方面。定義系統(tǒng)目標(biāo)是用規(guī)范性術(shù)語(yǔ)描述自動(dòng)化制造系統(tǒng)加工的對(duì)象和采用的制造設(shè)備，作業(yè)要求是說(shuō)明為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)，系統(tǒng)必須干什么。作業(yè)要求的定義必須包含3個(gè)方面：作業(yè)目標(biāo)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和如何度量。系統(tǒng)定義階段是實(shí)質(zhì)性設(shè)計(jì)工作的開(kāi)始，實(shí)在系統(tǒng)目標(biāo)和作業(yè)要求提供的框架上進(jìn)行的。接下來(lái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就是從總體設(shè)計(jì)的角度，對(duì)制造系統(tǒng)的各組成部分進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)考慮到人的影響因素，保證人機(jī)一體化要求與制造系統(tǒng)各組成部分設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)一致性。完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，可以進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括：系統(tǒng)總體布置與人的作業(yè)空間設(shè)計(jì)，信息交互中的人機(jī)界面設(shè)計(jì)，物料流處理中的人機(jī)界面設(shè)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)中的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。為了獲得高效能的作業(yè)，我們有必要進(jìn)行作業(yè)輔助設(shè)計(jì)，作業(yè)輔助設(shè)計(jì)包含三大內(nèi)容：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)和其他輔助作業(yè)設(shè)計(jì)。自動(dòng)化制造系統(tǒng)的人機(jī)一體化設(shè)計(jì)，最終需要進(jìn)行系統(tǒng)檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，自動(dòng)化制造系統(tǒng)的檢驗(yàn)評(píng)價(jià)是以人的作業(yè)效率和嗯，人通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的作業(yè)效率為主要驗(yàn)證評(píng)價(jià)對(duì)象。

3運(yùn)行與維護(hù)

在人機(jī)一體化制造系統(tǒng)中，特別強(qiáng)調(diào)人在系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用，以及人與機(jī)器系統(tǒng)的有機(jī)協(xié)調(diào)配合，人在系統(tǒng)中的作用一般是監(jiān)控作用。因此人的監(jiān)控能力是自動(dòng)化制造系統(tǒng)中重要因素的組成部分。如何在監(jiān)控活動(dòng)中，避免人的操作錯(cuò)誤是人機(jī)一體化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要問(wèn)題。例如FMS（Flexible Manufacturing System），它盡管采用了計(jì)算機(jī)來(lái)控制管理整個(gè)系統(tǒng)，但最終的決策權(quán)還是在人手里。而人在操作時(shí)，由于疲勞、系統(tǒng)復(fù)雜等原因難免會(huì)出現(xiàn)操作失誤，因此，在適度自動(dòng)化的人機(jī)一體化制造系統(tǒng)中，如何化解系統(tǒng)復(fù)雜與設(shè)備代替人做易錯(cuò)工作的矛盾，合理劃分人機(jī)關(guān)系是系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

人機(jī)一體化系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)包括作業(yè)安全、疲勞預(yù)防、事故預(yù)防三方面。首先是作業(yè)安全保障問(wèn)題，自動(dòng)化設(shè)備的存在降低了工作人員的工作壓力，但也對(duì)人機(jī)一體化中的人帶來(lái)了不可忽視的潛在安全問(wèn)題，因此，建立一個(gè)完全的安全系統(tǒng)在自動(dòng)化制造中是十分必要的。自動(dòng)化制造系統(tǒng)的安全性和采用以下措施保障：系統(tǒng)管理軟件中加入安全防護(hù)控制部分；采用電子、機(jī)械裝置連鎖防護(hù)，確保在軟件出錯(cuò)時(shí)，該防護(hù)也能工作；設(shè)置安全防護(hù)圍欄，鋼絲網(wǎng)罩；機(jī)器人和其他自動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備的控制系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)計(jì)有安全互鎖裝置，防止停機(jī)檢修時(shí)的意外啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)；設(shè)置安全標(biāo)志提醒操作人員；對(duì)操作人員進(jìn)行安全作業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。其次是疲勞預(yù)防問(wèn)題，人在制造系統(tǒng)中進(jìn)行監(jiān)控、安全維護(hù)，會(huì)產(chǎn)生一定程度的腦力疲勞，而疲勞是一種自我保護(hù)的生理功能，我們要減少疲勞帶來(lái)的人為事故，必須創(chuàng)造良好的工作條件和環(huán)境。隨著自動(dòng)化程度的不斷提高，人的作業(yè)變得單調(diào)乏味，而這樣的工作，不可避免給，操作人員帶來(lái)疲勞，當(dāng)疲勞產(chǎn)生時(shí)，人的注意力、判斷力、反應(yīng)力、體力均明顯下降，處于這種狀態(tài)的工作人員極易出現(xiàn)操作失誤，所以我們應(yīng)當(dāng)通過(guò)創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，簡(jiǎn)化操作內(nèi)容，定期變換工作內(nèi)容和崗位等方式來(lái)刺激大腦，避免腦力疲勞。最后是自動(dòng)化制造系統(tǒng)的事故預(yù)防工作，事故的產(chǎn)生原因分為物理?xiàng)l件和人為條件兩方面因素。從物理?xiàng)l件看，人機(jī)功能分配不當(dāng)，設(shè)備工作場(chǎng)所等設(shè)計(jì)失誤，缺少必要的安全裝置與防護(hù)裝置，環(huán)境對(duì)人造成的心理壓力等導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生事故。但是，從事故案例分析，物理因素引起的事故只占10%左右，人為因素引起的事故才是主要的方面。從人的方面考慮，人員本身操作失誤包括技能不規(guī)范，性格問(wèn)題，生理心理不規(guī)律，作業(yè)疲勞這些都會(huì)極大可能導(dǎo)致事故的出現(xiàn)。綜上所述，在人機(jī)一體化制造系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)充分考慮到人為因素對(duì)安全性的影響，位工作人員提供優(yōu)秀的人機(jī)界面和良好的工作環(huán)境。

4人機(jī)一體化評(píng)價(jià)

對(duì)于人機(jī)一體化系統(tǒng)這樣一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)，需要全面地進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)分析與評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方面多種多樣，例如總體模糊綜合評(píng)價(jià)法，人體模型評(píng)價(jià)法，圖表法。其中檢核表式人機(jī)工程評(píng)價(jià)法運(yùn)用最廣，它可以系統(tǒng)地分析系統(tǒng)中作業(yè)效率、安全性、可靠性的影響因素，為設(shè)計(jì)提供最佳方案。檢核表式人機(jī)工程評(píng)價(jià)法主要體現(xiàn)在五個(gè)方面：自動(dòng)化制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)定義的評(píng)價(jià)，人機(jī)功能分配評(píng)價(jià)，人員作業(yè)要求評(píng)價(jià)，人機(jī)界面設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)，運(yùn)行與維護(hù)評(píng)價(jià)。有了評(píng)價(jià)內(nèi)容，我們就可以建立一個(gè)評(píng)價(jià)模型來(lái)得出評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)價(jià)模型需要是綜合性比較強(qiáng)的，這樣才能全面地反映出這個(gè)制造系統(tǒng)的實(shí)際分值。

5結(jié)語(yǔ)

人機(jī)一體化設(shè)計(jì)是是目前現(xiàn)代業(yè)發(fā)展的主要方向，優(yōu)化良好的人機(jī)一體化制造系統(tǒng)，它能極大地解放人們的生產(chǎn)力，提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來(lái)更大的利潤(rùn)和收益。在未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展中，人機(jī)一體化自動(dòng)制造是主流發(fā)展方向，而致力于優(yōu)化人機(jī)界面設(shè)計(jì)和人機(jī)功能分配將依然是人機(jī)一體化系統(tǒng)的主要任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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