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人机系统

工程心理学术语

人机系统是指人为了达到某种预定目的，由相互作用、相互依存的人和机器两个子系统构成的一个整体系统。

简介
人机系统是由相互作用、相互依赖的人-机-环境三要素组成的具有特定功能的复杂集合体。
人——机器的操作者或使用者
机器——人所操纵或使用的各种机器、设备、工具等的总称。
例子：人骑自行车、人操纵机器、人使用自行车等都属于人机系统的范畴。
人机界面——在人机系统中，人与机器之间进行信息交换的交接面，如显示器和控制器。
对人机系统的研究始于第二次世界大战。在设计和使用高度复杂的军事装备中，人们逐步认识到必须把人和机器作为一个整体，在系统设计中必须考虑人的因素，是科学发展的一个高级阶段。
分类
人机系统有简单和复杂之分。简单的人机系统如木工用锯锯木；复杂的如驾驶飞机。一个复杂的人机系统往往包含许多个别的人机学系统。人机系统还可分成开环式系统与闭环式系统。闭环式人机系统中，人可以根据机器工作的反馈信息，进一步调节和控制机器的工作；开环式人机系统则不能。闭环式系统往往比开环式系统更有效。人机系统设计通常采用闭环式系统。另外，人机系统还可以分成手工系统、机械系统和自动系统 3种类型。手工系统由手工工具和人构成，人是直接劳动者；机械系统由半自动化机器和人组成，人是机器的控制者；自动系统由全自动机器和人组成，机器常带有计算机或智能装置，可自动进行工作，人是系统的监视者。
基本模式
人机系统的基本模式由人的子系统、机器的子系统和人机界面所组成：
人的子系统可概括为S-O-R（感受刺激-大脑信息加工-作出反应）；
机器的子系统可概括为C-M-D（控制装置-机器运转-显示装置）；
人与机器之间存在着信息环路，人机相互具有信息传递的性质，系统能否正常工作，取决于信息传递过程能否持续有效的进行。
组成
人机功能
人机功能分配是人机系统设计的重要一环，其目的是根据系统工作要求，使人机系统可靠、有效的发挥作用，达到人与机器的最佳配合。人机功能分配，必须参照人和机器各自的功能特点。但是，功能分配的基本策略则应根据实际情况把系统的操作看作一个整体，同时也应注意为操作人员创造一个有意义、有激励、富有挑战性的工作情景。
人机界面
人与机器发生作用的交界面称为人机界面。对它的研究是人机系统研究的核心内容。人机界面通常可以分成机器显示器和人的感觉器官(眼、耳、鼻等)之间，以及人的效应器官（手、足等）和机器控制器之间两种界面。人与机之间的信息沟通是在人机界面上实现的（见图）。人的感觉器官接收已转换成某种标志或图像形式的机器加工过程，或被控对象状态的信息，并传递到大脑。大脑对已感知到的各种信息进行加工、解释,转化为实际状态的信息,并把它与预期的结果进行比较、分析,作出决策,发出指令信息。根据这些指令,效应器官作用于机器控制器,将人的输出信息转换成机器的输入信息。机器对输入信息进行加工，并通过显示器将机器加工过的信息作用于人。这样，操作人员就可以不断地对机器工作状态加以调整、控制，最终完成一定的系统功能。
显示器
显示器是人机界面的重要组成部分，其功能是向人提供各种有关的信息。显示器一般可分为视觉、听觉、触觉和嗅觉等显示器。显示器的设计必须满足明显醒目、清晰、可懂这3个基本要求。为了实现这些要求,设计和选用显示器必须要遵循下列原则：
①根据人的感觉器官的适宜刺激和感知特性，采用最适宜的显示器；
②在单位时间内显示的信息量应低于信息接受者的最大信息可接收量；
③采用适当的信息编码方式,尽量选用多维编码,适当增加信息冗余度,提高抗干扰能力；
④采用与系统目的、操作人员身心特点和系统设备特性相适应的显示内容、显示精度和显示格式；
⑤设定适当的对象－背景关系，提高显示对象的可辨别性。例如，在灰暗的背景上呈现白色或明亮、鲜艳的目标，在静止的画面上设置活动的目标等等；
⑥采用恰当的综合显示方式，即同时在一个显示器上呈现有关联的一组信息，以提高显示和接受的效益。例如，在飞机信息显示中，把即时高度、预测高度和指令高度3种信息综合在同一个显示器中；
⑦合理设计各种显示装置的使用条件。例如，对视觉显示器，要保证有良好的照明光源、适宜的照明分布和照明水平，并要注意避免产生眩光；
⑧显示信息标准化。
控制器
控制器是人机界面中另一个重要组成部分，其功能是将人的有关控制信息传递给机器。最常见的控制器是手、足控制器和言语控制器。在设计或选用控制器时,需要考虑的人的因素主要有
①控制器的编码：主要的编码方式有形状、表纹、大小、位置、操作方式、颜色和标记等。其中前5种编码可以凭触觉、视觉和动觉辨认,后两种必须用视觉辨认；
②控制器的兼容性：它涉及刺激与反应之间在空间、运动、概念上的相互关系，以及人们对这些关系的认识和预测的一致性。例如，大的控制器与高增益相联系，控制器指针沿顺时针转动与输出增加相联系；
③控制器反馈信息的传递：即操作结果的信息应及时通过显示器或其他显示手段传递给操作者，以便使操作者调整自己的操作反应，保证系统输出符合预定的要求；
④控－显比(C/D):即控制器与显示器的动程比例是控制器类型、显示器大小、调节误差容限和其他系统参数的函数。通常，高C/D适合于细调，低C/D适合于粗调；
⑤控制器的结构大小和位置选择应符合人体的结构、功能尺寸和人体的生物力学特点；
⑥控制器要按其重要性、使用频率、功能相近或相关，以及使用顺序等原则进行排列。由于人机系统总是处于一定的工作环境中，因此建立、设计良好的人机系统工作环境也是十分必要的。
功能
（1）信息接收：人通过感觉器官、机器通过感受装置（如各种传感器）来完成。
（2）信息加工
（3）信息贮存
（4）执行功能：这种功能一般有两种，一种是由人直接操纵控制器或由机器本身产生控制作用，另一种是传送指令，即借助于声、光等信号，将指令从一个环节送到另一个环节。
（5）信号反馈
（6）输入与输出
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