自动化制造系统的人机一体化设计与评价

【知识回顾】第一章主要内容有

•   基本概念：制造与制造业，系统，制造系统，自动化制造系统

•   自动化制造系统的定义、组成，意义和发展历程

•   AMS特点、适用范围和实现原则,评价指标

•   系统工程技术与自动化制造系统方法论

【课程导入】

现代科学的发展给人类带来巨大进步的同时,也带来了一定的恐慌。

      播放智能机器人视频。

【课程启发思考】     人和机器的关系?

【导入本章内容】

第一节  人机一体化的基本概念

【背景】

80年代:早期的自动化制造系统片面追求全面自动化,忽视人的作用,大部分都失败了

90年代初期:形成了人机一体化发展适度自动化制造系统的新思想。

 实现人机一体化，即人与机器最佳匹配,发挥人的主观能动性, 各种因素综合协调,取得最佳效益!

人机一体化制造系统  定义:

就是人与具有适度自动化水平的制造设备和控制系统共同组成一个系统，各自执行自己最擅长的工作，人与机器(制造设备)共同感知、共同决策、共同工作，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.

一、自动化制造系统的人机一体化总体结构

1.感知层面---人机联合感知:

人的视觉、听觉、嗅觉、运动觉、触觉等感知系统和机器的感知系统对输入系统的加工信息、环境信息联合进行多维综合信息感知。

分工：机器系统可精确感知系统输入信息，环境信息，人及机器本身的定量信息，并可通过拓宽感知范围感知人类不能感知的信息；而人类则利用自身创造性思维与模糊综合判断决策能力的优势，对机器感知和决策出来的信息作一次综合感知，正确识别、判断自动化制造系统所需的正确输入信息与反馈信息。

作用：优势互补，为系统智能定量控制提供支持，从而提高整个系统的可控性，改善系统的综合性能。

2.控制层面---人机共同决策:

人主要从事形象思维，灵感思维等创造性思维，向运动系统下达执行指令或向机器智能决策系统提供必要信息；机器的智能决策系统根据机器对人、机、环境感知的综合信息进行复杂数据的快速计算和严密的逻辑推理，向人提供必要信息，并在特殊情况下自动作出必要决策，驱动控制系统或执行系统执行必要的操作任务。

三种控制策略：

第一种为“机主人辅”控制策略；（切削机械等）

第二种为“人主机辅”控制策略；（分子动力学模拟等）

第三种为“人机耦合”控制策略；(有人驾驶与无人机结合)

3.执行层面---人机相互协作:

 人在制造系统中主要从事灵巧性、协调性、创造性强的操作活动；

      而机器则主要完成功率大、定位精度高、动作频率高或一些超出入能力范围的操作活动。

      应当充分发挥人在系统中的主导作用。

三、自动化制造系统的人机一体化的设计方法和主要步骤

目的： 人机一体化设计是为了解决自动化制造系统中人和机器作业效能、匹配关系、系统安全性、作业人员劳动保护等问题。

主要步骤：

1.定义系统目标和作业要求

定义系统目标就是用规范性术语描述自动化制造系统加工的对象和采用的制造设备;

作业要求是说明为了实现系统目标，系统必须干什么.

从内容上讲,系统作业要求的定义应包括:

1)系统做什么?       What to do ?

2)评价标推是什么?   Whatis the standard?

3)如何进行度量?     Howto value?

从人机工程学的角度看:

1)系统未来的使用者；

2)目前同类系统的使用和操作方法；

3)使用者的作业需求；

4)确保系统目标实现时人对系统的要求、系统对人的要求。

2．     系统定义

第一是定义目标方案；

第二是定义系统的输入、功能和输出。

       只定义功能是什么，回避功能分配。

怎么实现及由谁实现不涉及。

  3. 系统设计

     功能分配

     作业要求研究

     作业分析

  4.人机界面设计

     人机界面设计是指作业空间、信息提示、控制操作、运行维护以及它们之间联系的设计。

    1）系统总体布置与人的作业空间设计；

    2）信息流处理中的人机关系设计；

    3）物料流处理中的人机关系设计；

    4）系统运行维护中的人机关系设计。

  5. 作业辅助设计

    1) 适合制造系统特定要求的人员选择。

    2) 系统作业人员技能培训。

    3) 其它辅助作业设计。

    6.系统检验与评价

     系统检验是要验证系统是否达到系统定义和设计的各种目标。人机系统的验证在制造系统开发的各个时期均应进行。