人机系统设计

“人”与“机器”组成一个复杂的闭环控制系统。在此系统中，人与机器之间通过作为人机界面的显示器与控制器，实现信息交换，以达到预定目的(见图中A)。
人机系统设计的根本任务是确定系统的最优结构方案，使人和机器作最有效的配合，实现人和机器功能的最佳分配。一个理想的人机系统应满足下列七项基本要求：
❶跟踪响应快。
❷稳态精度高。
❸抗干扰性强。
❹稳定性好。
❺可靠性高。
❻人的工作负荷小。
❼经济效益高。
根据控制论观点，整个人机系统即可被看作一个典型的反馈系统。其中，作为系统一个环节的“人”，既可起控制器、监视器的作用，也可起信息处理器的作用 (见图中B)。就这样一个系统而言，影响其工作性能的主要变量有四：
❶作业变量，指系统中各元件性能的影响，如显示器、控制器、被控对象等。
❷环境变量，指环境因素的影响，如温度、振动、噪声、加速度等。
❸人体变量，指人体本身机能状态的影响，如动员水平、训练情况、疲劳程度等。
❹程序变量，指实验因素和实验条件的影响，如指导语的传授方式、实验设计的安排等。上述四个变量中，后两个可以通过人为方法加以控制和消除。因此，人机系统设计面临的课题是：根据对系统提出的七项要求，并考虑前两个变量的影响，选择和安排人机系统布局，使系统在最佳或近似最佳状态下运行。

A—人、机器及其界面组成闭环系统 B—从控制论角度看，人机系统为一典型的反馈系统结构

一般说来，人机系统设计包括以下五个方面的问题：
❶对显示器进行选择。
❷对控制器进行选择。
❸对人进行选拔。
❹对人进行训练。
❺在控制回路中增加校正网络。
问题
❶、
❷的实质在于改善人机界面性能，以提高人和机器之间的信息交换能力。显示器将机器信息直接显示给人，使之充分了解机器状态。因此，显示器的性能直接影响人接受机器信息的能力。例如，为使飞行人员能更迅速地全面了解关于飞机状态的信息，飞机仪表的显示方式经历了从“独立显示”过渡到“综合显示”，继而又进入“平视显示”等几个阶段。控制器的作用在于将人的输出信息直接传递给机器，以实现人的操作意图。控制器的优劣对于操作者能否有效地将信息传递给机器影响很大。例如，在随控布局飞机，为了适应该机的飞行特点。将传统的中央杆操纵改为侧杆操纵，以提高飞行员对飞机的信息输出能力。问题
❸、
❹的实质是改善人本身的信息加工和信息交换能力。例如，可选拔优秀飞行人员组成“人飞机系统”，或通过训练，使飞行人员逐步熟悉和掌握新机种或装备的特点等。经过上述四个方面的努力，如人机系统性能还未达到要求，则应考虑在控制回路中增加校正网络。例如，飞机作高空或高速飞行时，一般都使用增稳系统，以改善飞机操纵性能。当代的“静不稳飞机”也是如此。有时虽经上述各项努力仍不能使人机系统达到预定要求，则应进一步考虑改变被控对象的特性。随控布局飞机，就是适应这方面的要求而提出的。
总之，只有对人机系统中各个环节都加以适当选择，才能圆满完成人机系统设计任务。这与自动控制理论的观点是完全一致的。