安全人机工程学5

1、第五章第五章人机系统的安全设计人机系统的安全设计人机系统的安全设计的内容人机系统的安全设计的内容1、工作（规划）设计；、工作（规划）设计；2、岗位设计；、岗位设计；3、显示器设计；、显示器设计；4、控制器设计；、控制器设计；5、作业环境设计；、作业环境设计；6、安全防护装置设计。、安全防护装置设计。人机系统安全设计须遵循的原则人机系统安全设计须遵循的原则1、以人为中心的设计原则、以人为中心的设计原则2 2、产品人性设计的原则、产品人性设计的原则3、安全第一的思想贯穿于全过程的原则、安全第一的思想贯穿于全过程的原则 2006.3第 1 页第一节第一节 工作（规划）设计工作（规划）设计 一、工厂工

2、作设计一、工厂工作设计 工厂的工作设计包括工厂的厂址选择、厂区平面布置、厂区道路交通、防火间距、厂房及设备的平面布置，原材料、燃料、产品等输送与储存，废弃物的排放与处理，工艺流程中的安全设施及安全防范措施等内容，在设计时要全面考虑对周围环境影响、防火、安全疏散、事故应急措施等方面的安全。 2006.3第 2 页二、城市（规划）工作设计二、城市（规划）工作设计 1、城市人口密度基数的安全设计、城市人口密度基数的安全设计 2、城市土地利用与安全设计、城市土地利用与安全设计 3、对城市的变与不变相统一的、对城市的变与不变相统一的 安全设计安全设计 4、城市通道的安全设计、城市通道的安全设计 2006

3、.3第 3 页第二节第二节岗位设计岗位设计 岗位设计指工作场所、工作姿态、作业空间、座椅设计等。岗位设计不仅要求适应人体生理、心理，生物力学特性，而且还要利用人体测量数据进行合理的人机结合面设计，其结合面包括使机器的显示器明显，控制装置使用方便，控制器布置合理，使人机处于良好结合状态。此外，报警、显示、控制等装置迅速及时有效地进行工作并与人处于正常的状态。 2006.3第 4 页一、工作空间设计一、工作空间设计 工作空间工作空间-亦称作业空间，是人们在从事某项作业时，为完成该项工作，人体所必须的活动范围或空间。它包括人的操作活动范围和机器设备中的显示器和控制器所及范围。 作业空间设计应遵守一般

4、原则：作业空间设计应遵守一般原则：正确协调总体设计与局部设计相互之间的关系工作空间设计要着眼于人，落实于设备。考虑人的认知特点和人体动作的自然性、同时性、对称性、节奏性、规律性、经济性和安全性。保证至少在90的操作者中具有适应性、兼容性、操纵性和可达性。 2006.3第 5 页作业空间包含了三种不同的空间范围作业空间包含了三种不同的空间范围第一种是人体在规定的位置上进行作业时（如操纵机器、维修设备等）,必须触及的空间，即作业范围，或称为作业接触空间。人们为完成劳动任务的大部分工时主要在这个范围内度过。第二种是人体在作业时或进行其他活动时（如进出工作岗位、在工作岗位进行短暂的放松与休息等），人体

5、自由活动所需要的范围，即作业活动空间。第三种是为了保障人体安全，避免人体与危险源（如机械转动部位等）直接触所需要的安全防护空间。在进行工作场地和器设备的设计与布局时，必须充分考虑作业空间的安全人机工程学设计问题。2006.3第 6 页实际生产活动中的作业姿势实际生产活动中的作业姿势坐姿坐姿-坐着的作业姿势常指身躯伸直或稍向前倾10o15o角，上腿平放，下腿一般垂直地或稍向前倾斜着地，身体处于舒适的体位。 立姿立姿-通常指人站立时上体前屈角小于30o时所保持的姿势（前屈角大于30o为前屈姿势）。坐立交替姿势、坐立交替姿势、卧姿卧姿蹲姿蹲姿 2006.3第 7 页坐姿作业的特点人体最合理的作业姿势

6、就是坐姿作业。下列作业宜采用坐姿作业。持续时间较长的静态作业。此时需要支持身体的力较小，腿上消耗的能量和负荷较小，血液循环畅通，可以减少疲劳和人体能量的消耗。精密度要求高而又要求仔细的作业。因坐姿情况下，当设备振动或移动时，人体具有较大的稳定度和较好的平衡度。需要手足并用，并对一个以上踏板进行控制的作业。坐姿时，双脚容易移动，且可借助座椅支撑对脚控制器施以较大力量。 2006.3第 8 页立姿作业的特点 以下作业选用立姿作业优于坐姿作业： （1）需要经常改变体位的作业。站着频繁的起坐消耗能最少些； （2）常用的控制器分布在较远区域、需要手足有较大运动幅度的作业。因站姿时作业者可以走动，可以看见

7、或使用坐姿作业者够不到的部件； （3）需要用力较大的作业。立势时手臂力量较大，易于操作大操纵杆。 此外，立姿作业时，还有作业者可变换位置，减少疲劳和厌烦；可利用平展的工作面而无需任何容膝空间等重要优点。立姿作业的缺点在于：不易进行精确而细致的工作；不易转换操作；立姿时肌肉要作出更多的功以支持体重，故易引起疲劳；下肢负担较重，长期站立易引起下肢静脉曲张等等。2006.3第 9 页坐立姿交替作业的特点 为了克服坐姿、立姿作业的缺点，在工作岗位上经常采用坐立姿交替作业的方式。这种作此方式的优点在于，能使作业者在工作中变换体位，从而避免由于身体长时间处于一种体位而引起的肌肉疲劳。例如，长时间的单调的坐

8、姿作业会引起心理性疲劳，改成立姿适当走动，有助于维持工作能力，而长时间的立姿作业会产生肌肉疲劳，坐下来就可以得到消除。因此，坐立姿交替作业能吸收各自的长处，弥补各方面的短处，应尽可能用坐立姿交替作业方式，代替单纯的立姿作业方式。2006.3第 10 页选择人体姿势和体位应该考虑下列各点选择人体姿势和体位应该考虑下列各点工作场地的大小、照明条件与视觉；工作场地的大小、照明条件与视觉；体力负荷的大小及用力方向；体力负荷的大小及用力方向；工作场所各种物质工作场所各种物质 （包括必需的工具、加（包括必需的工具、加工材料等）的安放位置；工材料等）的安放位置；控作台或工作台的台面高度，有无合适的控作台或工

9、作台的台面高度，有无合适的容膝空间；容膝空间；作业时起坐的频率等。作业时起坐的频率等。2006.3第 11 页应该应该尽量尽量避免避免的的姿势姿势 站着不动的姿势（特别对女性）；站着不动的姿势（特别对女性）； 长期或经常重复地弯腰（指脊背弯曲角超过长期或经常重复地弯腰（指脊背弯曲角超过1515）；）； 躯干扭曲并倾斜的姿势或半坐姿势；躯干扭曲并倾斜的姿势或半坐姿势； 经常重复地单腿支撑的姿势；经常重复地单腿支撑的姿势； 手臂长时间向前伸直或伸开等。手臂长时间向前伸直或伸开等。2006.3第 12 页1、坐姿作业空间布局设计坐姿作业空间布局设计 坐姿作业空间主要包括工作台、工作座椅、人体活动坐姿

10、作业空间主要包括工作台、工作座椅、人体活动余隙和作业范围等的尺寸和布局等，其设计用人体参余隙和作业范围等的尺寸和布局等，其设计用人体参量和选用原则如表量和选用原则如表1 1所示。所示。2006.3第 13 页表表1 坐姿作业空间设计参数（毫米） 符号人体测量项目男女男女混合男子百分位数女子百分位数第 5第 50第 95第 5第 50第 95B坐姿身高958901958858908958809855901D坐姿眼高749695695749793847695739783F坐姿肩高557518518557598641518556594G胸厚245239245186212245170199239H坐姿

11、肘间宽371348348371422489348404478I坐姿大腿厚151151151112130151113130151J前壁前展长323292292323351378292318345K上肢前展长612554554612664716554602653M坐姿肘高298284298228263298215251284N坐姿窝高4484054483834134483423824052006.3第 14 页（1 1）坐姿工作面的设计）坐姿工作面的设计坐姿工作面的高度主要由人体参数和作业性坐姿工作面的高度主要由人体参数和作业性质等因素决定质等因素决定图图5 51 1给出了坐姿作业时，作业性质对工

12、作给出了坐姿作业时，作业性质对工作面高度的要求。面高度的要求。图图5 52 2给出了工作面高度与身高和作业活动给出了工作面高度与身高和作业活动性质的关系性质的关系工作面宽度视作业功能要求而定。若单供肘工作面宽度视作业功能要求而定。若单供肘靠之用，最小宽度为靠之用，最小宽度为100mm100mm，最佳宽度为，最佳宽度为200mm200mm；仅当写字面用，最小宽度为；仅当写字面用，最小宽度为305mm305mm，最佳宽度为最佳宽度为405mm405mm；作办公桌用，最佳宽度；作办公桌用，最佳宽度为为910mm910mm；作试验台用，视需要而定。为保；作试验台用，视需要而定。为保证大腿容隙，工作面板

13、厚度一般不超过证大腿容隙，工作面板厚度一般不超过50mm50mm。 2006.3第 15 页图图5-1 坐姿工作面高度 2006.3第 16 页 a的台面高度为88020毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离为120-250毫米，能区分直径小于0.5毫米的零件。适合对视力强度、手臂活动的精度和灵巧性要求都很高的作业，如钟表组装； b的台面高度为84020毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离为250-350毫米，能区分直径小于l毫米的零件，适合对视力强度要求较高的工作，如微型机械和仪表的组装，精确复制和画图等； c的台面高度为74020毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离小于500毫米，能区分直径小于1

14、0毫米的零件，适合于一般的作业要求，如一般的钳工工作、坐着的办公工作等； d的台面高度为68020毫米，作业者眼睛到被观察物体的距离大于500毫米，适合于精度要求不高、需要较大力气才能完成的手工作业，如包装、大零件安装、打字机上打字等。 2006.3第 17 页图图5-2 工作台和座位高度与工作工作台和座位高度与工作性质和人身高的关系性质和人身高的关系 2006.3第 18 页（2） 容膝空间在设计坐姿用工作台时，必须根据脚可达到区在工作台下部布置容膝空间，以保证作业者在作业过程中，腿脚能有方便的姿势。下图1和表5-1示出了腿脚的七种姿势（两腿伸直，脚在右角上，腿在座位下弯曲，一只脚在前、一只

15、脚在后，两腿交叉，两脚交叉，脚放在脚控制器上）和最小最佳的容膝空间尺寸。 2006.3第 19 页符号符号尺度部位尺度部位尺寸尺寸最小最小最大最大A容膝孔宽度容膝孔宽度5101000B容膝孔高度容膝孔高度640680C容膝孔深度容膝孔深度460660D大腿空隙大腿空隙200240E容腿孔深度容腿孔深度6601000容膝空间容膝空间 容膝空间尺寸容膝空间尺寸 （毫米（毫米）2006.3第 20 页（3 3）椅面高度及活动余隙）椅面高度及活动余隙 工作座椅需占用的空间，不仅包括座椅本身的工作座椅需占用的空间，不仅包括座椅本身的几何尺寸，还包括了人体活动需要改变座椅位置等几何尺寸，还包括了人体活动需

16、要改变座椅位置等余隙要求。余隙要求。椅面高度应根据坐姿腘窝高和坐姿时高的第椅面高度应根据坐姿腘窝高和坐姿时高的第95百分百分位数值设计，矮身材的人可以通过脚踏板（脚垫）位数值设计，矮身材的人可以通过脚踏板（脚垫）调整。调整。一般椅面高度比工作面高度低一般椅面高度比工作面高度低270-290毫米时，毫米时，上半身操作姿势最方便。因此，椅面高度宜取上半身操作姿势最方便。因此，椅面高度宜取42020毫米。毫米。座椅放置的深度距离座椅放置的深度距离（工作台边缘至固定壁面的距（工作台边缘至固定壁面的距离），至少应在离），至少应在810毫米以上，以便容易向右移动椅毫米以上，以便容易向右移动椅子，方便作业者

17、的起立与坐下等活动。子，方便作业者的起立与坐下等活动。工作座椅的扶手至侧面固定臂面的距离最小为工作座椅的扶手至侧面固定臂面的距离最小为610毫毫米，以利作业者自由伸展胳膊等。米，以利作业者自由伸展胳膊等。2006.3第 21 页 （4）坐姿作业范围 坐姿作业的水平面作业范围的设计如图54（a）所示。 2006.3第 22 页坐姿作业的垂直面作业范围的设计如图54（b）所示。2006.3第 23 页由水平面作业范围和垂直面作业范围构成的由水平面作业范围和垂直面作业范围构成的坐姿空坐姿空间作业范围间作业范围的舒适区域介于肩与肘之间，此时，手的舒适区域介于肩与肘之间，此时，手臂的活动路线最短最舒适，

18、能迅速而准确地进行操臂的活动路线最短最舒适，能迅速而准确地进行操作。作。见见图图55A例如，当坐姿作业是小件组装，要把例如，当坐姿作业是小件组装，要把8个部件装配个部件装配起来，则作业者面前至少需有起来，则作业者面前至少需有250250平方毫米的平方毫米的操作面积。供料箱应分布在作业者前方大于操作面积。供料箱应分布在作业者前方大于250毫毫米处（即装配区的周围）和工作场所中心左方或右米处（即装配区的周围）和工作场所中心左方或右方方410毫米之内，并且不得高于工作面毫米之内，并且不得高于工作面500毫米（最毫米（最好在工作面上方好在工作面上方250毫米处，以减轻肩部肌肉疲毫米处，以减轻肩部肌肉疲

19、劳）。经常取用的物件应置于操作面之前劳）。经常取用的物件应置于操作面之前150300毫米之内，使作业者无需向前弯曲身体就能拿到。毫米之内，使作业者无需向前弯曲身体就能拿到。大而重的物件需靠近场地前面，允许作业者有时大而重的物件需靠近场地前面，允许作业者有时（每小时几次）到场外取物。（每小时几次）到场外取物。2006.3第 24 页图图55A 坐姿空间作业范围坐姿空间作业范围 2006.3第 25 页2立姿作业空间布局设计立姿作业空间布局设计立姿作业空间主要包括工作台、作业范围和工作活动余隙等的尺寸和布局。其设计用人体参量和选用原则如下表所示。 2006.3第 26 页符号人体测量项目男女男女混

20、合男子百分位数女子百分位数第 5第 50第 95第 5第 50第 95A身高177516591775158316781775148415701659C眼高148613711371147415681664137114541541E肩高128111951195138113671455119512711350G胸厚245239245186212245170199239H肘间宽371348348371422489348404478J前壁前展长323292292323351378292313345K上肢前展长612554554612664716554602653L肘高109610231096954102

21、410968999601023 立姿作业空间设计参数立姿作业空间设计参数 2006.3第 27 页对上表的说明：（1）j. k为推算值，其余为实测值。（2）差鞋时的修正值：身高、眼高、肩高、肘高加30mm。（3）身体放松站立修正值：身高、眼高等减19mm。（4）着装时的修正值：胸厚加10mm，以工代臀膝距加20mm。 2006.3第 28 页 （1）立姿工作面的高度 立姿工作面的高度不仅跟身高有关，还与作业时施力的大小，视力要求和操作范围等很多因素有关。在考虑不同身高的工作者对工作面高度的要求时，虽然可以设计出高度可调的工作台，但事实上，可以通过调整脚垫的高度来调整作业者的身高和肘高。因此，立

22、姿工作面高度应按身高和肘高的第95百分位数设计。对男女共用的工作面高度按男性的数值设计。图图55B及图及图1按男性身高的第95百分数给出了立姿情况下不同作业性质对工作面高度的要求。 2006.3第 29 页 图图55B立姿工作面高度（立姿工作面高度（mm） 2006.3第 30 页 a的台面高度为10501150毫米，适用于精密工作，靠肘支承的工作（如书写、画图等）； b的台面高度为1130毫米，虎心钳固定在工作台上的高度； c的台面高度为9501000毫米，适用于要求灵巧的工作，轻手工工作（如包装、安装等）； d的台面高度为800950毫米，适用于要求用劲大的工作（如刨床，重的钳工工作等）。

23、 2006.3第 31 页（2）工作活动余隙 立姿作业时，人的活动性比较大。为了保证作业者操作自由、动作舒展，必须使站立位置有一定的活动余隙。有条件时，可以适当大些，场地较小时，应按有关人体参量的第95百分位数加上着冬季防寒服时的修正值进行设计，一般应满足以下要求： 站立用空间（作业者身前工作台边缘至身后墙壁之间的距离），不得小于760毫米，最好能达到910毫米以上； 身体通过的宽度（身体左右两侧间距），不得小于510毫米，最好能保证在810毫米以上； 身体通过的深度（在局部位置侧身通过的前后间距），不得小于330毫米，最好能满足380毫米；2006.3第 32 页 行走空间宽度（供双脚行走的

24、凹进或凸出的平整地面宽度），不得小于305毫米，一般须在380毫米以上； 容膝容足空间。立姿作业虽不需要，但提供了容膝容足空间，可以使作业者站在工作台前能够曲膝和向前伸脚。一方面站着舒适，另一方面使身体可能靠近工作台，扩大上肢在工作台上的可及深度。容膝空间最好有200毫米以上，容足空间最好达到150150毫米以上； 过头顶余隙 （地面至顶板的距离）。一些岗位的过头顶余隙就是楼层的高台，但许多大型设备常在机器旁建立比较矮小的操纵控制室，空间尺寸十分有限。如果过共顶余隙过小，心理上就产生压迫感，影响作业的耐久性和正确性。过头顶余隙最小应大于2030毫米，最好在2100毫米以上，在此高度下不应有任何

25、构件通过。2006.3第 33 页（3） 临时座位 立姿工作易疲劳，条件允许时，应提供临时座位供作业者工间短时休息。临时座位不应影响立姿作业自由走动和操作。图5-6分别是摇动旋转式和回跳式临时座位。2006.3第 34 页2006.3第 35 页（4）立姿作业范围 立姿作业的水平面作业范围与坐姿时相同，垂直面作业范围的设计如图图57所示 图5-8给出了立姿作业时最大和最佳的作业范围。 2006.3第 36 页2006.3第 37 页 图图5 58 8 立姿作业范围（立姿作业范围（mmmm）2006.3第 38 页3、坐、坐立姿交替作业空间立姿交替作业空间 坐-立姿作业空间设计用人体参量与选用原

26、则，是在设计立姿作业空间的人体测量项目参数的基础上，增加了坐姿腘窝高n和大腿厚i这两个坐姿作业的设计参数 ，其布局设计方法如图所示。坐-立姿交替作业的工作面高度及水平面和垂直面的最大作业范围和舒适作业范围，均与单独采用立姿作业的设计结果相同。但坐-立姿交替作业的工作座椅的坐面高与坐姿作业时的坐面高是不同的。它是由立姿时的工作面高度减去工作台面板厚度和大腿厚度i的第95百分位数所确定的。 2006.3第 39 页坐-立姿交替作业垂直面布局设计 2006.3第 40 页椅子可以移动，以便在立姿操作时可将它移开； 椅子高度可调，以适应不同身高者的需要； 坐姿作业时应提供脚踏板 （脚垫），否则，会因工

27、作座椅坐面过高，人的双脚下垂，造成座面前缘压迫大腿，使血液循环受阻。踏板中心位置高度应为座面高度减去坐姿腘窝高n的第95百分位数，以保证容膝空间适应90%以上的人群众。若踏板高度可调，可调范围取20-230毫米。 2006.3第 41 页4、其它姿势的作业空间、其它姿势的作业空间在工厂里，除了在固定工作岗位上通过操纵在工厂里，除了在固定工作岗位上通过操纵机器直接生产制造产品之外，还有大量的工机器直接生产制造产品之外，还有大量的工人则是从事机器设备安装维修工作。当进入人则是从事机器设备安装维修工作。当进入设备和管路布置区域或进入设备和容器的内设备和管路布置区域或进入设备和容器的内部时，由于空间的

28、限制，作业人员往往既不部时，由于空间的限制，作业人员往往既不能坐着作业，也不能站着作业，而只能采取能坐着作业，也不能站着作业，而只能采取蹲姿、跪姿和卧姿等。因此，必须在设备的蹲姿、跪姿和卧姿等。因此，必须在设备的设计和布局时就事先留出以其它可以预见到设计和布局时就事先留出以其它可以预见到的姿势，进行作业的所需空间。具体包括二的姿势，进行作业的所需空间。具体包括二个方面，一是到达各检修点的可达性问题；个方面，一是到达各检修点的可达性问题；二是在各检修点的可操作性问题。二是在各检修点的可操作性问题。 2006.3第 42 页（1） 检修通道的布局与最小尺寸解决可达性问题，就是根据可能的通行姿势设计

29、合理的检修通道。检修通道应针对一切可能的检修项目，采用最容易使所需的零部件、人的身体、工具等顺利通过的形状。在确定具体尺寸时，应考虑人体携带零部件和工具的方式所需的工作余隙，还应考虑操作人员在通道内的视觉要求。否则遇到紧急检修时，人、工具和更换的零部件进不去，就得拆除或破坏其它的设施，造成更大的减产、停产。 2006.3第 43 页一般情况下，设置一个大的检修通道，比设置两个或更多个小的检修通道要好，检修通道应位于正常安装时易于接近的设备表面或直接进入最便于维修的地方。同时应处于远离高压或危险转动部件的安全区。否则应采取有效的安全措施，以防作业人员进出时受到伤害。表52是人体形态尺寸对各种通行

30、方式的最小空间尺寸要求。 2006.3第 44 页序号序号通行方式通行方式尺尺 度度尺尺 寸寸最最 小小最最 好好着防寒服着防寒服1单人正面通过单人正面通过宽宽高高560 1600610 1860810 19102双人并行通过双人并行通过宽宽高高1220 16001370 18601530 19103双人侧身通过双人侧身通过宽宽高高760 1600910 1860910 19104方形垂直入口方形垂直入口边长边长边长边长459 159560 560810 8105圆形垂直入口圆形垂直入口直径直径 560 610 6矩形水平入口矩形水平入口宽宽高高535 380610 510810 8107圆形

31、爬行管道圆形爬行管道直径直径 635 760 8108方形爬行管道方形爬行管道边长边长边长边长635 635760 760810 810表表52最小通道尺寸最小通道尺寸 2006.3第 45 页（2） 其它姿势最小作业空间尺寸安装与维修机器设备时，若检修点的作业空间过小，人的肢体施展不开，就会以不合理的方式用力而损伤肌肉骨骼组织。或者会因把持不住工具、零部件等而造成物体失落，既影响工作效率，又容易砸伤人体。全身进入的各种姿势所需的最小作业空间尺寸，应根据有关人体测量项目的第95百分位数进行设计，具体尺寸如图510和表53所示。 2006.3第 46 页2006.3第 47 页作业姿势尺度标记尺

32、 寸最小值选取值着防寒服时蹲坐作业 高度 宽度1207092130100屈膝作业 高度 宽度12090102130110跪姿作业 宽度 高度 手距地面高度110145 12070130150 爬着作业 高度 长度801509095160俯卧作业（腹朝下） 高度 长度452455060仰卧作业（背向下） 高度 长度5019060195652002006.3第 48 页检查孔或观察窗的间隙尺寸可以按下述方法设计：双肩均需进入，取开口的宽度等于可及范围深度的75加150mm，水平间隙至少为630mm（a）；只把手臂伸进到附近肘部时，孔的直径取110mm（b）；若把整个手臂都伸进去，孔的直径应取125

33、mm，着防寒服作业再增加75mm（c）；对于伸直手掌及握拳的开口尺寸应取图d,e所示的大小；对于拿东西的手来说，物体周围的自由空间应等于45mm，戴手套时再增加20mm（f,g）；对于按动按钮,孔的直径应取40mm（h）；而为了用双指捏取按钮，孔的直径必须等于65mm2006.3第 49 页5、最佳作业空间的选择、最佳作业空间的选择 充分考虑作业者的心理特性 充分考虑作业者的行动空间 对于多人集体作业应考虑协同作业空间 考虑设备本身的特点（功能、形状、数量和使用情况等）进行设计，尽量把功能相同和相互联系的部件组合在一起，以利于操作、监视和管理。 考虑控制装置的合理布局，将使用频率高的控制装置布

34、置在最适于作业的区域，并按操作的先后顺序，把它们相互之间尽量安排得近一些，形成一个流畅的作业线路。 根据人体测量学、解剖学和生物力学的特征来布置机器、控制器和工具，做到使操作者既能高效操作，又能减少疲劳。 把设备、控制器和显示器等尤其是重要设备仪器布置在操作者的手或脚的可及范围与视野的有效位置。图512所示为坐姿最佳空间范围。 2006.3第 50 页图图5 512 12 坐姿最佳空间作业范围坐姿最佳空间作业范围2006.3第 51 页6、安全距离设计安全距离设计 由于种种原因，许多设备要实现无任何危险之处是很难的，因此就必须考虑与其保持一定的安全距离。安全距离有二：一是防止人体触及机械部位的

35、间隔；称为机械防护安全距离的确定，主要取决于人体测量参数。二是使人体免受非触及机械性有害因素影响的间隔，如超声波危害、电离辐射和非电离辐射危害，冷冻危害、以及尘毒危害等）安全距离的确定，主要取决于危害源的强度和人体的生理耐受阈限。 2006.3第 52 页 机械防护安全距离设计 Sd = （1K）L 或: Sd =（1K）Rm 式中，Sd为安全距离（mm）；L为人体尺寸（mm）；Rm为最大可及范围（mm）；K为附加量系数。身身 体体 有有 关关 部部 位位K K身高等大尺寸身高等大尺寸上、下肢等中等尺寸；大腿围度上、下肢等中等尺寸；大腿围度手、指、足面高、脚宽等小尺寸；头胸等重要部位手、指、足

36、面高、脚宽等小尺寸；头胸等重要部位0.030.030.050.050.100.102006.3第 53 页 人体与带电导体的安全距离由于向设备提供动力和工作照明的需要，在厂区、车间和工作岗位上，常常有配电设施、电线电缆和电气开关等。这些带电的物体虽然都有绝缘的外表层或其它安全保护措施，但仍然存在着对人体的潜在威胁。因此，人体与带电导体应保持一定的安全距离，以避免各种电气伤害。人体与带电导体间的安全距离视电压的高低和操作条件而定。在低压操作下，人体与带电体至少应保持100 mm的距离。在高压无遮拦操作中，人体及所携带工具与带电体之间的最小距离：10KV以下者不应小于700mm，2035KV者不应

37、小于1000mm。用绝缘杆操作时，应装临近时遮拦。在线路上工作时，人体与临近带电体的最小距离：10KV以下者不应小于1000mm，35KV者不应小于2500mm。 2006.3第 54 页二、座椅的设计二、座椅的设计 1、座椅设计的一般原则、座椅设计的一般原则 座椅的设计，应提供操作人员在操作时的身体支撑； 座椅的设计要使操作人员工作顺利，椅子的尺寸要适当，其高度和位置可以调整到适合各种身材的人使用； 座椅应能够适当地支撑住身体，以避免不良的姿势，同时身体的重量能够均衡地分布在椅面上； 在不影响手的个别动作时，座椅应有扶手，同时也有脚踏板，以维持较好的座椅到脚停止位置的距离。2006.3第 5

38、5 页2、座椅的设计座椅的设计 (1) 座面高度 按我国人体尺寸座面高度可取为380450mm。座椅最好设计成高度可调，以适应不同身材的操作者需要，调节范围为工作台下240300mm之间。(2) 坐深 正确的设计应使臀部得到全面的支撑，腰部得到靠背的支撑，座面前缘与小腿间留有适当距离，保证小腿可自由活动。坐深应按350400mm来取。(3) 坐宽 座宽应满足臀部就座所需要的尺度，使人能自如地调整坐姿。一般可取400500mm。(4) 座面倾角 因为工作时身体前倾，若倾角过大，会因为身体前倾而使脊椎拉直，破坏正常的腰椎曲线，所以座椅座面倾角一般小于3。2006.3第 56 页 (5) 靠背的高和

39、宽 靠背的作用是保持脊椎处处于自然形状的放松姿势。靠背可分为腰靠和肩靠，作业场所的座椅大部分属于腰靠。靠背的最大高度可达480630mm，最大宽度350480mm。支撑腰部以下的骶骨部分能增加舒适感，靠背下沿与座面之间最好留有一定的空间（7080mm以上），以容纳向后挤出的臀部肌肉。靠背的横截面可以是一个半径大于1000mm的圆弧。 (6) 靠背与座面夹角 靠背与座面夹角若小于90，则腹部受压迫；夹角太大会降低人的警觉状态。一般可取95105。 (7) 坐垫高度 一般坐垫的高度是25mm。太软太高的坐垫，易造成身体不稳，反易产生疲劳。 (8) 扶手高度 扶手不宜太高，以免引起肩部酸痛。休息扶手

40、高度一般取200230mm，两扶手的间距可取500600mm，运输工具中两扶手间距可取400500mm。 2006.3第 57 页第三节第三节显示器设计显示器设计 一、显示器的性能要求一、显示器的性能要求1、用简单明了的方式传达信息，使传递信息的形式、用简单明了的方式传达信息，使传递信息的形式尽量能直接表达信息的内容，以减少译码的错误。尽量能直接表达信息的内容，以减少译码的错误。2、显示精度要适当，保证最少的认读时间，避免因、显示精度要适当，保证最少的认读时间，避免因精度超过需要，反而使阅读困难和误差增大。精度超过需要，反而使阅读困难和误差增大。3、显示形式要符合操作者的习惯及操作能力极限，、

41、显示形式要符合操作者的习惯及操作能力极限，易于了解，避免换算，减少训练时间，减少受习惯干易于了解，避免换算，减少训练时间，减少受习惯干扰造成解释不一致的差错。扰造成解释不一致的差错。4、根据作业条件（如照明、速度、振动、操作者的、根据作业条件（如照明、速度、振动、操作者的位置、运动的约束等），运用最有效的显示技术和显位置、运动的约束等），运用最有效的显示技术和显示方法，要使显示变化速度与操作者的反应能力相适示方法，要使显示变化速度与操作者的反应能力相适应，不要让显示速度超过人的反应速度。应，不要让显示速度超过人的反应速度。 2006.3第 58 页二、显示器设计的基本原则二、显示器设计的基本原

42、则1 1、明显度高、明显度高2 2、可见度高可见度高3 3、可读性好、可读性好4、阐明力强阐明力强5 5、简单明了简单明了6 6、确保安全确保安全7 7、使视力有缺陷者（如视弱、色弱者）也使视力有缺陷者（如视弱、色弱者）也不会误认。不会误认。8 8、显示器的显示方式和操作者的思维过程、显示器的显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致。应当和谐一致。2006.3第 59 页三、视觉显示器的设计三、视觉显示器的设计 视觉显示方式主要有数字显示和模拟显示两类：数字显示中有机械式，数码管式液晶式和屏幕式等。它直接用数码来显示有关参数和工作状态。模拟显示最常用的有刻度盘指针式和灯光显示式。它是用模拟量来显

43、示机器有关参数和状态。手表表盘就是一个典型的模拟显示。 2006.3第 60 页1 1、指针式仪表的设计、指针式仪表的设计依刻度盘的形状，指针显示器可分为圆形、弧形和直线形（见表55）。设计指针式仪表时应考虑安全人机工程学的问题指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当；刻度盘的形状与大小是否合理；刻度盘的刻度划分、数字和字母的形状、大小以及刻度盘色彩对比是否便于监控者能迅速而准确地识读；根据监控者所处的位置，指针式仪表是否布置在最佳视区范围内。 2006.3第 61 页表表55 指针显示器的刻度盘分类指针显示器的刻度盘分类 2006.3第 62 页 刻度盘的设计 刻度盘的形状。刻度盘的形状主要取

44、决于仪表的功能和人的视觉运动规律。以数量识读仪表为例，其指针值必须能使识读者精确、迅速地识读。实验研究表明，不同形式刻度盘的误读率亦不同（表56） 2006.3第 63 页误读率比较:开窗型，由于指针不动，刻度数字动，窗中的数字易读，其误读率最小。与此相反，圆型，半圆型等，由于需在仪表中寻找和确认指针的位置，所以在较短的揭示时间内比开窗型的误读率高，但因可以用指针的倾角来推测显示量，因此高于水平型和竖直型显示。水平型和竖直由于寻找指针位置最费时间，在提示时间短的情况下，误读率最高，但与竖直型相比，水平型的误读率偏低，这是因为眼球的运动快的缘故。 2006.3第 64 页表表5 56 56 5种

45、显示器读数准确度的比较种显示器读数准确度的比较（圆型仪表为（圆型仪表为100） 显示器类型显示器类型最大可见度盘尺寸最大可见度盘尺寸（mmmm）读数错误率读数错误率（% %）开窗式开窗式圆形圆形半圆形半圆形水平直线形水平直线形竖直直线形竖直直线形42.342.354.054.011011018018018018045451001001531532522523253252006.3第 65 页刻度盘的大小。刻度盘的大小取决于盘上标记的数量和观察距离。以圆形刻度为例，当盘上标记数量多时，为了提高清晰度，须相应增大刻度盘。但是，这必将增加眼睛的扫描路线和仪表占用面积。而缩小刻度盘又会使标记密集不清晰

46、。刻度盘的最佳直径与监控者的视角有关。实验证明，最佳视角为2.55。因此，由最佳直径和最佳视角便可确定最佳视距，或已知视距和最佳视角便可推算出仪表刻度盘的最佳直径。2006.3第 66 页怀特（WJWhite）等人对圆形刻度盘最优直径作过实验，将仪表安装在仪表盘上，然后测试反应速度和误读率。结果表明，圆形刻度盘的最优直径是44mm（表57）。关于圆形刻度盘的直径、观察距离和标记数量的推荐值请参见表58。2006.3第 67 页表表57 认读速度和准确度与直径大小的关系认读速度和准确度与直径大小的关系（视距（视距750mm） 刻度盘直径刻度盘直径 mm观察时间观察时间 s平均反应时间平均反应时间

47、 s读错率读错率 %250.820.766440.720.724700.755.73122006.3第 68 页表表58 观察距离和标记数量与刻度盘直径的关系观察距离和标记数量与刻度盘直径的关系 刻度标记的数量刻度标记的数量刻度盘的最小允许直径刻度盘的最小允许直径观察距离观察距离 500mm 时时观察距离观察距离 900mm 时时3825.425.45025.432.57025.445.510036.464.315054.498.020072.8129.6300109.0196.02006.3第 69 页（2）刻度线设计）刻度线设计 刻度的大小 刻度盘上最小刻度线间的距离称为刻度。刻度的大小可

48、根据人眼的最小分辨能力和刻度盘的材料性质及视距而确定。人眼直接读识刻度时，刻度的最小尺寸不应小于0.61mm。当刻度小于1mm时，误读率急剧增加。因此，刻度的最小尺寸一般在12.5Omm之间选取,必要时也可采用48mm。采用放大镜读数时，刻度的大小一般取1X mm（X为放大镜放大倍数）。刻度线的最小值还受所用材料的限制，钢和铝的最小刻度为1mm；黄铜和锌白銅为0.5mm 2006.3第 70 页 刻度的类型 常见的刻度类型有单刻度线、双刻度线和递增式刻度线（见图513）。递增式刻度线的形象特征可以减少识读误差。 刻度线的宽度即刻度线的粗细 刻度线的宽度取决于刻度的大小，当刻度线宽度为刻度的10

49、左右时，读数的误差最小（图514）。因此，刻度线宽度一般取刻度的515，普通刻度线通常取0.10.02mm；远距离观察时，可取0.60.8mm，精度高的测量刻度线取0.00150.1mm。 2006.3第 71 页图图513 刻度线刻度线 2006.3第 72 页 图图514 刻度线宽度对误差的影响刻度线宽度对误差的影响 2006.3第 73 页 刻度线长度 刻度线长度选择合适与否，对识读准确性影响很大。刻度线长度受照明条件和视距的限制，见表1。当视距为L时，刻度线最小长度为：长刻度线长度L90 中刻度线长度L125短刻度线长度L200刻度线间距L600刻度线长度还受刻度大小的影响，不同刻度范

50、围的刻度线长度按表59选取。2006.3第 74 页表1 刻度线的长度 观察距离观察距离 m长度长度 mm长刻度线长刻度线中刻度线中刻度线短刻度线短刻度线0.5以内以内5.54.12.30.50.910.07.14.30.91.820.014.08.61.83.640.028.017.03.66.067.048.029.02006.3第 75 页表表59 刻度线长度选择表刻度线长度选择表 （）（） 刻度大小刻度大小长度长度刻度线刻度线0.150.30.30.50.50.80.81.21.22233558L1（短）（短）1.01.21.51.82.02.53.04.0L2（中）（中）1.41.7

51、2.22.63.04.54.56.0L3（长）（长）1.82.22.83.34.06.06.08.02006.3第 76 页 刻度方向 刻度盘上刻度值的递增顺序称为刻度方向。刻度方向必须遵循视觉规律，水平直线型应从左至右；竖直直线型应从下到上；圆形刻度应按顺时针方向安排刻度值。 数字累进法 一个刻度所代表的被测值称为单位值。每一刻度线上所标度的数字的累进方法对提高判读效率、减少误读也有非常重要的作用。数字累进法的一般原则如表510所示。这是美国海军的研究成果。 2006.3第 77 页表表510 数字累进法数字累进法 优优可可差差1 2 3 4 51 2 3 4 55 10 15 20 255

52、 10 15 20 2510 20 30 40 5010 20 30 40 5050 100 150 200 25050 100 150 200 2502 4 6 8 102 4 6 8 1020 40 60 80 10020 40 60 80 100200 400 600 800 1000200 400 600 800 10003 6 9 123 6 9 124 8 12 164 8 12 161.25 2.5 5 7.51.25 2.5 5 7.515 30 45 6015 30 45 60一般应采取表中“优”的累进法，只是在不得已的情况下才使用“可”，而绝对不能使用“差”的累进法。人最易

53、读取自然增加的数字。 2006.3第 78 页 刻度设计注意事项 A、不要以点代替刻度线；B、刻度线的基线用细实线为好，图515中采用的粗线不利于识读；C、刻度线不可很长而且很挤，如图516所示；D、不要设计成间距不均匀的刻度，如图517所示。 2006.3第 79 页字符设计字符设计 字符的形体 字符的大小对于安装在仪表盘上的仪表，视距为710时，其字符高度可参考表511笔划宽与字高比值的推荐值如表512所示2006.3第 80 页表表511 仪表盘上仪表的字符高度（）仪表盘上仪表的字符高度（） 字母或数字字母或数字的性质的性质低亮度下（约低亮度下（约0.103cd/m20.103cd/m2

54、）高亮度下（约高亮度下（约3.43cd/m23.43cd/m2）重要的重要的（位置可变）（位置可变）重要的（重要的（位置固定）位置固定）不重要的不重要的5.15.17.67.63.63.67.67.60.20.25.15.13.03.05.15.12.52.55.15.10.20.25.15.12006.3第 81 页表表512 不同照明条件下字符笔划粗细取值不同照明条件下字符笔划粗细取值 照明和背景亮度情况照明和背景亮度情况字字 体体笔划宽：字高笔划宽：字高低照度下低照度下字母与背景的亮度对比比较低时字母与背景的亮度对比比较低时亮度对比值大于亮度对比值大于1:121:12（白底黑字）（白底黑

55、字）亮度对比值大于亮度对比值大于1:121:12（黑底白字）（黑底白字）黑色字母于发光的背景上黑色字母于发光的背景上发光字母于黑色的背景上发光字母于黑色的背景上字母具有较高的明度字母具有较高的明度视距较大而字母较小的情况下视距较大而字母较小的情况下粗粗粗粗中粗中中粗中中细中细粗粗中细中细极细极细粗中粗粗中粗1:51:51:51:51:61:61:81:81:61:61:81:81:51:51:81:81:101:101:121:121:201:201:51:51:61:62006.3第 82 页 标度数字的原则指针运动盘面固定的仪表标度的数字应直排（正立位）；盘面运动指针固定的仪表标度的数字应

56、辐射定向安排；最小刻度可不标度数字，最大刻度必须标度数字；指针在仪表面内时，如果仪表盘面空间足够大，则数字应在刻度的外侧，以避免被指针挡住；指针在仪表外侧时，数字应标在刻度的内侧；开窗式仪表的窗口应能显示出被指出的数字及上下相邻的两个数字，标数应顺时针辐射定向安排。为了不干扰对显示信息的识读，刻度盘上除了刻度线和必要的字符外，一般不加任何附加装饰；一些说明仪表使用环境、精度的字符应安排在不显眼的地方。2006.3第 83 页 指针设计 指针设计的人机工程学问题，主要从下列几方面考虑：形状宽度 长度颜色零点位置色彩匹配 2006.3第 84 页指针的形状指针形状要单纯、明确，不应有装饰。针身以头

57、部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形的为好。图2为指针的基本形式。在设计指针箭头时可参考图3所示的各种箭头，以最右端的为最好。 2006.3第 85 页图图2 指针的基本形状 2006.3第 86 页图图3 各种箭头形状的比较 2006.3第 87 页指针的宽度指针针尖宽度应与最短刻度线等宽，但不应大于两刻度线间的距离。指针不应接触刻度盘面，但要尽量贴近盘面。精度要求很高的仪表，其指针和刻度盘面应装配在同一平面内。 指针的长度指针的针尖不要覆盖刻度，一般要离开刻度记号1.6mm左右，圆形刻度盘的指针长度不要超过它的半径，需要超过半径时，其超过部分的颜色应与盘面的颜色相同。 指针的颜色指针的颜色与

58、刻度盘的颜色应有较鲜明的对比，但指针与刻度线的颜色和字符的颜色应该相同。2006.3第 88 页零点位置指针零点位置大都在相当于始终12点或9点的位置上。色彩匹配指针、刻度和表盘的配色关系要符合人的色觉原理，黑色配色的清晰度较高，但不是最高，见表4配色时要采取红绿等醒目色，以提高工作环境的美学效果。在现代生产中，要注意整体效果，即装在仪表板上所有仪表的颜色都要搭配好，使总体颜色看起来协调、淡雅、舒适和明快。 2006.3第 89 页表表6-6 配色的级次 级次级次12345678910清晰清晰程度程度底色底色 被衬色被衬色 模糊模糊程度程度底色底色 被衬色被衬色 2006.3第 90 页2、数

59、字显示器的设计、数字显示器的设计数字显示是直接用数字和字符等显示参数或状态的数字显示是直接用数字和字符等显示参数或状态的仪表，除了少量机械式数字显示器外，显示器几乎仪表，除了少量机械式数字显示器外，显示器几乎全是电子显示器，其基本形式有两种：一种是以显全是电子显示器，其基本形式有两种：一种是以显示数字为主并有少量字符的显示器，多数为开窗式，示数字为主并有少量字符的显示器，多数为开窗式，如液晶显示器、数码管显示器等；一种是以显示参如液晶显示器、数码管显示器等；一种是以显示参数、表格、模拟曲线或图形，以及数量较多的各种数、表格、模拟曲线或图形，以及数量较多的各种字符为主的显示器，多数为屏幕式，如各

60、种监视器、字符为主的显示器，多数为屏幕式，如各种监视器、计算机显示器等。计算机显示器等。 2006.3第 91 页电子显示的主要问题有两个：一是因字型由直线段组成，因而失去常态的曲线，带来认读的不方便；二是各字间隔会因字的不同而变化，忽大忽小；如图518所示。实验表明，由亮小圆点阵来构造字符（如图519），认读性好，使混淆的可能性大为减小。 2006.3第 92 页图图5-18 电子数码显示电子数码显示 图图519 圆点阵显示圆点阵显示 2006.3第 93 页数字式显示的优点数字式显示的优点使用数字式显示不但认读快，而且误读率低格雷瑟在1949年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，作为飞机高