人機系統

人機系統是由相互作用、相互依賴的人-機-環境三要素組成的具有特定功能的複雜集合體。

人——機器的操作者或使用者 ^[3] 

機器——人所操縱或使用的各種機器、設備、工具等的總稱。

例子：人騎自行車、人操縱機器、人使用自行車等都屬於人機系統的範疇。

人機界面——在人機系統中，人與機器之間進行信息交換的交接面，如顯示器和控制器。

對人機系統的研究始於第二次世界大戰。在設計和使用高度複雜的軍事裝備中，人們逐步認識到必須把人和機器作為一個整體，在系統設計中必須考慮人的因素，是科學發展的一個高級階段。

人機系統有簡單和複雜之分。簡單的人機系統如木工用鋸鋸木；複雜的如駕駛飛機。一個複雜的人機系統往往包含許多個別的人機學系統。人機系統還可分成開環式系統與閉環式系統。閉環式人機系統中，人可以根據機器工作的反饋信息，進一步調節和控制機器的工作；開環式人機系統則不能。閉環式系統往往比開環式系統更有效。人機系統設計通常採用閉環式系統。另外，人機系統還可以分成手工系統、機械系統和自動系統 3種類型。手工系統由手工工具和人構成，人是直接勞動者；機械系統由半自動化機器和人組成，人是機器的控制者；自動系統由全自動機器和人組成，機器常帶有計算機或智能裝置，可自動進行工作，人是系統的監視者。

人機系統的基本模式由人的子系統、機器的子系統和人機界面所組成：

人的子系統可概括為S-O-R（感受刺激-大腦信息加工-作出反應）；

機器的子系統可概括為C-M-D（控制裝置-機器運轉-顯示裝置）；

人與機器之間存在着信息環路，人機相互具有信息傳遞的性質，系統能否正常工作，取決於信息傳遞過程能否持續有效的進行。

人機功能分配是人機系統設計的重要一環，其目的是根據系統工作要求，使人機系統可靠、有效的發揮作用，達到人與機器的最佳配合。人機功能分配，必須參照人和機器各自的功能特點。但是，功能分配的基本策略則應根據實際情況把系統的操作看作一個整體，同時也應注意為操作人員創造一個有意義、有激勵、富有挑戰性的工作情景。

人與機器發生作用的交界面稱為人機界面。對它的研究是人機系統研究的核心內容。人機界面通常可以分成機器顯示器和人的感覺器官(眼、耳、鼻等)之間，以及人的效應器官（手、足等）和機器控制器之間兩種界面。人與機之間的信息溝通是在人機界面上實現的（見圖）。人的感覺器官接收已轉換成某種標誌或圖像形式的機器加工過程，或被控對象狀態的信息，並傳遞到大腦。大腦對已感知到的各種信息進行加工、解釋,轉化為實際狀態的信息,並把它與預期的結果進行比較、分析,作出決策,發出指令信息。根據這些指令,效應器官作用於機器控制器,將人的輸出信息轉換成機器的輸入信息。機器對輸入信息進行加工，並通過顯示器將機器加工過的信息作用於人。這樣，操作人員就可以不斷地對機器工作狀態加以調整、控制，最終完成一定的系統功能。

顯示器是人機界面的重要組成部分，其功能是向人提供各種有關的信息。顯示器一般可分為視覺、聽覺、觸覺和嗅覺等顯示器。顯示器的設計必須滿足明顯醒目、清晰、可懂這3個基本要求。為了實現這些要求,設計和選用顯示器必須要遵循下列原則：

①根據人的感覺器官的適宜刺激和感知特性，採用最適宜的顯示器；

②在單位時間內顯示的信息量應低於信息接受者的最大信息可接收量；

③採用適當的信息編碼方式,儘量選用多維編碼,適當增加信息冗餘度,提高抗干擾能力；

④採用與系統目的、操作人員身心特點和系統設備特性相適應的顯示內容、顯示精度和顯示格式；

⑤設定適當的對象－背景關係，提高顯示對象的可辨別性。例如，在灰暗的背景上呈現白色或明亮、鮮豔的目標，在靜止的畫面上設置活動的目標等等；

⑥採用恰當的綜合顯示方式，即同時在一個顯示器上呈現有關聯的一組信息，以提高顯示和接受的效益。例如，在飛機信息顯示中，把即時高度、預測高度和指令高度3種信息綜合在同一個顯示器中；

⑦合理設計各種顯示裝置的使用條件。例如，對視覺顯示器，要保證有良好的照明光源、適宜的照明分佈和照明水平，並要注意避免產生眩光；

⑧顯示信息標準化。

控制器是人機界面中另一個重要組成部分，其功能是將人的有關控制信息傳遞給機器。最常見的控制器是手、足控制器和言語控制器。在設計或選用控制器時,需要考慮的人的因素主要有

①控制器的編碼：主要的編碼方式有形狀、表紋、大小、位置、操作方式、顏色和標記等。其中前5種編碼可以憑觸覺、視覺和動覺辨認,後兩種必須用視覺辨認；

②控制器的兼容性：它涉及刺激與反應之間在空間、運動、概念上的相互關係，以及人們對這些關係的認識和預測的一致性。例如，大的控制器與高增益相聯繫，控制器指針沿順時針轉動與輸出增加相聯繫；

③控制器反饋信息的傳遞：即操作結果的信息應及時通過顯示器或其他顯示手段傳遞給操作者，以便使操作者調整自己的操作反應，保證系統輸出符合預定的要求；

④控－顯比(C/D):即控制器與顯示器的動程比例是控制器類型、顯示器大小、調節誤差容限和其他系統參數的函數。通常，高C/D適合於細調，低C/D適合於粗調；

⑤控制器的結構大小和位置選擇應符合人體的結構、功能尺寸和人體的生物力學特點；

⑥控制器要按其重要性、使用頻率、功能相近或相關，以及使用順序等原則進行排列。由於人機系統總是處於一定的工作環境中，因此建立、設計良好的人機系統工作環境也是十分必要的。

（1）信息接收：人通過感覺器官、機器通過感受裝置（如各種傳感器）來完成。

（2）信息加工

（3）信息貯存

（4）執行功能：這種功能一般有兩種，一種是由人直接操縱控制器或由機器本身產生控制作用，另一種是傳送指令，即藉助於聲、光等信號，將指令從一個環節送到另一個環節。

（5）信號反饋

（6）輸入與輸出 ^[4]