第三节 人机关系与人机系统概述
一、人机关系
（一）人机关系
所谓人机关系，是指人在作业过程中与作业工具和作业对象所发生的联系。
影响人机关系的因素是多方面的，以手动为主的作业形式，其人机关系要求工具得心应手，操作者有一定的体力和较高的技能，以达到机宜人和人适机；而对于机械化作业，要求人机共动，密切协调，对机宜人和人适机的要求更苛刻。
从手工作业到自动化生产，人机关系大致有如下变化：
① 人的体力消耗减轻，心理负担加重；
② 人将远离机器，管理方式多为间接管理；
③ 信息时空的密集化，要求人的作业速度更快、作业准确性更高；
④ 系统越来越复杂，对人的要求越来越高，小的失误能造成严重的后果。
（二）人是人机关系中的主体
人类社会发展进程中，不断创造出各种各样的工具或机器来代替人的作业。但是，不管机器如何代替人的体力作业，计算机如何代替人的部分脑力作业，任何机器的设计、制造、使用、控制、维修和管理最终还是要靠人。实践证明，无论机器本身的效率多高，如果不能适应人的生理和心理特性，也不能发挥应有的功效。在任何人机系统中，人永远发挥着主体的作用。
如何发挥人的最大功能和挖掘人的最大潜力以及获得最高的生产效率，是人机工程的主要目标之一。在安全人机系统中，人的安全永远是第一位的。
（三）人机关系的最佳匹配
1.机宜人
供人使用的机械，应尽量满足人的生理、心理特征，符合人的审美观和价值观，尤其要满足人的安全需要，让人能最大限度地发挥机械的功能。机械的发展日新月异，而人的生理特性变化不大，因此设计机械时，必须明确操作机械的是人，人是人机关系的主体，而不是机械的奴隶，以便使设计更趋人性化，从而提高机械设备的本质安全化程度。
2.人适机
机械的功能、结构不可能完全适宜人的所有特性，如某些飞机驾驶舱的空间设计就不适宜高大体型的人；流水线上的单调操作，不适宜性格外向的人；复杂机械的操作不适宜文化水平低的人等。为了安全和高效的作业，就必须对人进行人适机的选拔和培养。
3.人机关系的最佳匹配
机宜人和人适机都是受一定条件限制的，为做到人机关系的最佳匹配，应从以下几方面着手：
① 研究系统以及各种机器、设备、工具、设施等的设计所应遵循的工效学原则与标准；
② 研究人和机器的合理分工及相互适应的问题；
③ 研究人与被控对象之间的信息交换过程；
④ 根据人的身心特征，提出对机器、技术、作业环境、作业时间的要求。
二、人机系统
由人和机两部分要素按一定的关系组合而成的集合体称为人机系统。
在人机系统中，人和机的关系总是相互作用、相互配合与相互制约和发展的，但起主导作用的始终是人。
各种人机系统，从最简单的人和工具的结合，到人和机器的复杂结合，虽然形式有所差别，但都存在信息传递、信息处理、控制和反馈等基本结构。根据系统中人和机器所处的地位、作用和出发点不同，人机系统的类型也不同，现分述如下。
（一）按有无反馈控制作用分类
1.闭环人机系统
闭环人机系统就是反馈控制人机系统。它有一个封闭的回路结构，如图1-1所示。
图1-1 闭环人机系统
闭环人机系统其主要特征是：系统的输出对控制作用有直接的影响，即系统过去行动的结果回过来控制未来的行动。
2.开环人机系统
如图1-2所示为开环人机系统。它的特征是系统的输出对控制作用没有影响。虽然它也能提供反馈信息，但此信息无法用于进一步的控制操作。
图1-2 开环人机系统
（二）按人机系统自动化程度分类
1.人工操作系统
如图1-3所示为人工操作系统。在该系统中，人提供系统所需的动力，控制着整个生产过程。而人所使用的工具或辅助器械，都不具备动力的作用，而只是增加人的力量的效果。
图1-3 人工操作系统
2.半自动化系统
如图1-4所示为半自动化系统。在该系统中，人是生产过程的控制者，操作着动力设备，也可能为系统提供少量的动力，并对系统作某些调整。人在生产过程中感知信息、处理信息，然后借助于手柄、按钮等控制器来控制生产过程。在闭环的半自动化系统中，反馈信息经过人处理，又成为作进一步操作的依据。根据我国目前生产力发展的水平，半自动化人机系统是采用较多的一种类型。
图1-4 半自动化系统
3.自动化系统
如图1-5所示为自动化系统。在此系统中，机器完全代替了人的体力劳动，生产过程的信息接受、存储、处理和执行等工作全部由机器来完成，人只是通过显示装置来监控生产过程。为了系统的安全，一般要求系统安装能预报和应急处置意外事件的装置。
图1-5 自动化系统
以上三种类型，都存在于生产过程中，人工操作系统偏重于解决操作人员作业方面的问题，自动化和半自动化系统偏重于解决机器的问题。
三、人机功能分配
（一）人与机器功能特性的比较
人与机器各有自身的特点，人机系统是一个有机整体。两者功能特性的比较见表1-1。
表1-1 人与机器功能特性比较
（二）人机功能分配
1.人机功能分配的影响因素
人机功能的分配，应全面考虑以下因素：
① 人和机器的性能特点、负荷能力、潜在能力及各种限度；
② 人适应机器所需的选拔条件、培训时间和体力限度；
③ 人的个体差异和群体差异；
④ 人和机器对突发事件的反应能力差异；
⑤ 机器代替人的效果，可行性、可靠性、经济性的比较。
2.人机功能分配的一般原则
（1）由机器承担的功能 下列情况，其功能应由机器承担：
① 重复性的操作、计算，大量的情报资料存储时；
② 迅速施加很大的物理力时；
③ 大量的数据处理时；
④ 根据某一特定范围多次重复作出判断时；
⑤ 由于环境制约，对人有危险或易犯错误的作业时；
⑥ 需要调整操作速度作业时；
⑦ 对操作设备要求精确地施加力的作用时；
⑧ 需要长时间地施加力时。
（2）由人承担的功能 下列情况的功能宜分配给人承担：
① 由于各种干扰，需要判断信息时；
② 在图形变化情况下，要求判断图形时；
③ 要求判断多种输入信息时；
④ 对发生频率非常低的事态进行判断时；
⑤ 处理需要归纳推理的问题时；
⑥ 预测意外事件的发生时。