安全人机工程-ch05-1

1、第第 五五 章章 人机系统的安全设计与评价人机系统的安全设计与评价 第一节：人机界面的安全设计 显示器、控制器设计 第二节：作业环境的设计 温度、照明、色彩、有毒环境、噪声、振动环境等 第三节：安全防护装置人机学设计 作用与分类；设计原则；典型设计 第四节：人机系统安全与可靠性 1.掌握显示器、控制器与作业环境的设计要求与设计方法，可靠性的定义及其量化指标间的关系，提高人机系统安全可靠性的途径。 2理解显示器与控制器配置设计原则，安全色及安全标志的意义，安全防护装置的设计原则。 3了解人机系统安全设计的内容及原则，指针式显示形式的选择，控制器的类型，温度环境对人体的影响与体温调节，照明对工效的

2、影响，色彩与工效的关系，有毒环境、噪声、振动环境及其他环境的评价标准，安全防护装置的作用与分类。了解人的可靠性影响因素及人因失误分析；了解机械的可靠度计算。 4具有人机系统设计的初步能力；具备对一般企业中人机系统进行安全分析与评价的能力。 传统的产品设计传统的产品设计其主要目标是其主要目标是实现产品的功能实现产品的功能，虽然或，虽然或多或少地涉及了人的因素，但主要是考虑如何让人适应机，多或少地涉及了人的因素，但主要是考虑如何让人适应机，而不是机适应人的需求，而人机系统的而不是机适应人的需求，而人机系统的安全设计安全设计不仅要不仅要让让机适应人，而且还要考虑人机之间的相互协调性、安全性机适应人，

3、而且还要考虑人机之间的相互协调性、安全性等等。等等。 要减少事故发生，就需要从设计开始重视安全，进要减少事故发生，就需要从设计开始重视安全，进行行安全设计安全设计。 人机系统的安全设计主要包括人机系统的安全设计主要包括人机界面的设计、作业环人机界面的设计、作业环境设计、安全防护装置设计以及人机系统的安全可靠性设境设计、安全防护装置设计以及人机系统的安全可靠性设计计等。等。 第一节第一节 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 人机界面设计信息交互。 在工业领域，许多重大的事故都源于人机界面设计不当。 良好的人机界面设计：能够提高系统的整体安全、可靠性能； 能够提高运行人员操作的准确度、舒适性；减

4、少由于长期在特定环境、特定工况下工作引起的职业病的发生，减少重大操作事故和对操作人员造成的生理或心理上的伤害。 人机界面的设计主要包括显示器和控制器的设计。 显示器是机器将信息传递给人的装置，即人机信息交换的界面。 显示器的设计决定着操作者接受的信息的速度和准确度，进而影响工作效率 。显示器的选择和设计，必须符合人的感觉通道的传递特征。（形状、大小、颜色、标度、空间分布、响度、亮度、频率、照明、背景、距离等） 视觉显示器；听觉显示器；触觉显示器； “望闻问切”一、显示器设计一、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递信息，使传递信息的形式尽量能直接表达信

5、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。 3)显示形式要符合操作者的习惯，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。 4)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示方法，要使显示变化速度与操作者的反应能力相适应。（避免超能力极限） （二）显示器设计的基本原则（二）显示器设计的基本原则 1)准确性原则：明显度高、可见度高、可读（辨）性好、阐明力强。 2)简单性原则：表达信息直接，减少译码，减少装饰 。 3)一致性原则：显示器的显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致（指针运动方向与机器或控制器

6、运动方向一致） 。 4)排列性原则： 使用频率或重要性高，布置在视野中心3范围内；对重要的显示器设置仪表失效警告装置(光、声等)；功能分区；尽量紧凑，缩小视野范围；排列适合人的视觉特点，考虑缺陷者。 使用哪种显示类型和哪种显示方式，使用哪种显示类型和哪种显示方式，主要取决于主要取决于显示的目显示的目的的和和被显示内容的性质被显示内容的性质, ,要根据不同的工作场合和工作要求要根据不同的工作场合和工作要求来确定。来确定。 如：有的要求精确的数量显示；有的要求明显地显示某如：有的要求精确的数量显示；有的要求明显地显示某一种状态；有的要求显示各信息之间的比较。对于显示器的一种状态；有的要求显示各信息

7、之间的比较。对于显示器的要求，要求，是使操纵者能够是使操纵者能够快速辨别、准确认读、不易失误、不快速辨别、准确认读、不易失误、不易疲劳易疲劳。以以误认百分率、误解百分率、认读所需时间误认百分率、误解百分率、认读所需时间三个参量评价。三个参量评价。显示状态有显示状态有静态显示静态显示和和动态显示动态显示。视觉显示方式有两种：视觉显示方式有两种：定量显示定量显示和和定性显示定性显示。 1）定量显示定量显示包括包括数字式显示数字式显示、指针式模拟显示指针式模拟显示等两类。等两类。 作为定量显示，在静态显示的条件下数字显示产生的误读率较低，且作为定量显示，在静态显示的条件下数字显示产生的误读率较低，且

8、认读时间短。认读时间短。 格雷瑟在格雷瑟在1949年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，对受过训练的飞行员年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，对受过训练的飞行员和大学生进行认读实验。和大学生进行认读实验。结果：三针式高度计误读率最高结果：三针式高度计误读率最高并且认读时间最长。并且认读时间最长。 数字式显示的特点：数字式显示的特点：认读过程简单速度快，读数准确精度认读过程简单速度快，读数准确精度高（适应于静态显示，高（适应于静态显示，误读率为指针模拟显示的误读率为指针模拟显示的1/10 ）。）。但反映不了偏差量；但反映不了偏差量； 指针式模拟显示的特点：能连续的、直观的指针式模拟显示的特点：

9、能连续的、直观的反映机器的运反映机器的运行状态或预测机器的变化趋势。行状态或预测机器的变化趋势。给人以形象化的启示，不给人以形象化的启示，不但反映测量的偏差量，而且也显示了偏差方向。适合于静但反映测量的偏差量，而且也显示了偏差方向。适合于静态。态。轮船：轮船：75以上用指针以上用指针式仪表检查设备的运行情况。式仪表检查设备的运行情况。2)定性显示方式定性显示方式 要求和目的：要求和目的：准确有效地表明机械设备的运行状态，而不准确有效地表明机械设备的运行状态，而不需要记录和显示精确的数值需要记录和显示精确的数值。标志显示（视觉编码）标志显示（视觉编码） 用不同标志将机器或设备的运行状态进行分类，

10、作出区用不同标志将机器或设备的运行状态进行分类，作出区分性的显示。如机械的准备状态、运行状态、停止状态、正分性的显示。如机械的准备状态、运行状态、停止状态、正常区、危险区等。常区、危险区等。l数字和文字数字和文字：电梯显示器：电梯显示器l几何图形：几何图形：收录机键盘收录机键盘l色彩：色彩：安全色安全色（GB28932001）信息符号的颜色最多不超过）信息符号的颜色最多不超过10种。种。 实验表明，在实验表明，在数字、字母、几何形状、位置和色彩数字、字母、几何形状、位置和色彩这五种常用的视觉编这五种常用的视觉编码方式中，码方式中，数字和颜色数字和颜色编码最为有效，而按编码最为有效，而按位置编码

11、位置编码的效率最低。的效率最低。形象化显示形象化显示 形象化显示可以具体直观地显示机器的状态。形象化显示可以具体直观地显示机器的状态。设计指针式仪表应考虑的安全人机工程学问题：刻度盘刻度盘的形状和大小是否合理；的形状和大小是否合理；指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当；指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当；刻度盘的刻度盘的刻度划分刻度划分、数字和字母的、数字和字母的形状、大小形状、大小以及以及刻度盘色彩对比刻度盘色彩对比是是否便于监控者迅速而准确地识读；否便于监控者迅速而准确地识读；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。根据监控者所处的位置，指针式仪表是否布置在最佳视区

12、范围内。l表排列时显示形式表排列时显示形式 当用多表排列显示几个同类当用多表排列显示几个同类性质的数量（或质量）的增性质的数量（或质量）的增高或下降是，采用高或下降是，采用竖放的直竖放的直线刻度盘仪表最为有利线刻度盘仪表最为有利 。l一表双显示一表双显示 一表双显示可以克服两只仪表一表双显示可以克服两只仪表数值比较数值比较时的困难，但这种仪表易产生误读，只有表时的困难，但这种仪表易产生误读，只有表盘比较大时才会使用，这时必须使两个表针盘比较大时才会使用，这时必须使两个表针的的形状、颜色、针尾形状、颜色、针尾不相同。不相同。 l带式仪表带式仪表 对于具有较多的刻度线，又需对于具有较多的刻度线，又

13、需要控制刻度线密度时，可采用带式要控制刻度线密度时，可采用带式刻度仪表。刻度仪表。 l对称双指针仪表对称双指针仪表 这种表盘可以这种表盘可以同时显示左右状态同时显示左右状态。如图所。如图所示，示，左右两个指针对称安排，可以明显看出左右两个指针对称安排，可以明显看出两个相同或相反的控制状态两个相同或相反的控制状态。l直角坐标式仪表直角坐标式仪表 图为两个相互垂直的刻度表标图为两个相互垂直的刻度表标尺，和两条指线垂直相交构成的仪尺，和两条指线垂直相交构成的仪表，中央表，中央“+”+”形表示机器当前的状形表示机器当前的状态，两条指线指出态，两条指线指出两个控制参数两个控制参数，这种仪表可用于这种仪表

14、可用于二维函数的图解二维函数的图解。 1 1）刻度盘的设计）刻度盘的设计l形状选择形状选择有有圆型、半圆型、竖直型、水平型和开窗型圆型、半圆型、竖直型、水平型和开窗型等五种。图表等五种。图表示在一定的照度下，各种表型显示的误读率比较。示在一定的照度下，各种表型显示的误读率比较。试分析原因？开窗型，开窗型，由于指针不动，刻度数字动，显示的数字少，其由于指针不动，刻度数字动，显示的数字少，其误读率最小。误读率最小。与此相反，与此相反，圆型，半圆型圆型，半圆型等，由于需在仪表中寻找和确认等，由于需在仪表中寻找和确认指针的位置，相对开窗型数字多，在较短的显示时间内比开指针的位置，相对开窗型数字多，在较

15、短的显示时间内比开窗型的误读率高，但因可以用窗型的误读率高，但因可以用指针的倾角指针的倾角来推测显示量，因来推测显示量，因此高于水平型和竖直型显示。圆形的扫描路线比直线短。此高于水平型和竖直型显示。圆形的扫描路线比直线短。水平和竖直型水平和竖直型由于寻找指针位置最费时间，在提示时间短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，的情况下，误读率最高，但与竖直型相比，水平型的误读率水平型的误读率偏低偏低，这是因为眼球的运动快的缘故。，这是因为眼球的运动快的缘故。原因分析：原因分析：与与人的观察距离（视角）有关。人的观察距离（视角）有关。 最佳视角为2.55，如何理解

16、？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 s读错率读错率 %250.820.766440.720.724700.755.7312 以圆形为例：以圆形为例： 直径直径:25mm 上升；上升；80mm下降下降 ；直径在；直径在3070mm之间的刻度盘认之间的刻度盘认读效果较好。读效果较好。 试验：视距为试验：视距为75mm时，直径时，直径25、44、70试验，试验，44最好最好识读速度、识读准确性还与识读速度、识读准确性还与刻度大小、刻度线刻度大小、刻度线的类型、的类型、刻度刻度线的宽度和刻度线的长短线的宽度和刻度线的长短有关。有关。 刻度盘上最小刻度线间的距离称为

17、刻度盘上最小刻度线间的距离称为刻度刻度，刻度大小可根据人，刻度大小可根据人眼的眼的最小分辨能力最小分辨能力（ 0.61mm,一般一般12.5mm）和刻度盘的）和刻度盘的材料性质材料性质(钢、铝等钢、铝等 1.0mm，铜，铜0.5mm）及视距而定。）及视距而定。 即刻度线的粗细；刻度线宽度取决于刻度大小。研究表明，即刻度线的粗细；刻度线宽度取决于刻度大小。研究表明，当刻度线宽度为刻度的当刻度线宽度为刻度的10%左右时，读数地误差最小左右时，读数地误差最小。一般。一般取刻度大小的取刻度大小的1015%；普通刻度线的宽度常取为；普通刻度线的宽度常取为0.20.02mm；远距离观察可取；远距离观察可取

18、0.60.8mm，带有精密装置取，带有精密装置取0.00150.1mm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5.54.12.30.50.910.07.14.30.91.820.014.08.61.83.640.028.017.03.66.067.048.029.0 模拟显示大都是靠指针指示。指针的形状、宽窄、长短和色彩配置指针的形状、宽窄、长短和色彩配置形状形状指针形状要单纯、明确，不应有装饰。指针形状要单纯、明确，不应有装饰。 指针的基本形状各种箭头形状的比较3)指针指针指针设计的人机学问题指针设计的人机学问题 宽度宽度指针针尖宽度应

19、与最短刻度线等宽。指针不应接触刻度盘面，指针针尖宽度应与最短刻度线等宽。指针不应接触刻度盘面，但要尽量贴近盘面。但要尽量贴近盘面。精度精度要求很要求很高高的仪表，其的仪表，其指针和刻度盘面应装配在指针和刻度盘面应装配在同一平面内同一平面内。 长度长度指针的针尖不要覆盖刻度，一般离开刻度记号指针的针尖不要覆盖刻度，一般离开刻度记号1.6mm左右。左右。 颜色颜色指针的颜色与刻度盘的颜色应有较鲜明的对比。指针、刻度指针的颜色与刻度盘的颜色应有较鲜明的对比。指针、刻度和表盘的配色关系要符合人的和表盘的配色关系要符合人的色觉原理色觉原理。一般：亮底暗指针。一般：亮底暗指针优于优于暗底亮暗底亮指针。（墨

20、绿色和淡黄色表盘配白色或黑色，误读率最小；黑色和灰黄指针。（墨绿色和淡黄色表盘配白色或黑色，误读率最小；黑色和灰黄色表盘配白色刻度，误读率最大）色表盘配白色刻度，误读率最大） 其特点是其特点是显示简单、准确、可显示各种读数和状态的具体显示简单、准确、可显示各种读数和状态的具体数值数值，对于需要记数或读取数值的作业来说，这类显示器具，对于需要记数或读取数值的作业来说，这类显示器具有有认读速度快、精度高，且不易产生视觉疲劳等认读速度快、精度高，且不易产生视觉疲劳等优点。优点。（4） 信号显示设计信号显示设计1)信号显示特征信号显示特征特点：特点：面积小、视距远、引人注目且简单明了，但信面积小、视距

21、远、引人注目且简单明了，但信息量有限，当信号太多时，会形成杂乱和干扰。息量有限，当信号太多时，会形成杂乱和干扰。信号装置主要有信号装置主要有两个作用两个作用，其一，其一是指示性的是指示性的，即引起，即引起操作者的注意，或指示操作，具有传递信息的作用；操作者的注意，或指示操作，具有传递信息的作用；其二是其二是显示工作状态显示工作状态，即反映某个指令、某种操作或，即反映某个指令、某种操作或某种运行过程的执行情况。某种运行过程的执行情况。 2)信号灯设计所依据的主要原则信号灯设计所依据的主要原则 信号灯的视距和亮度：在一定视距下，能引起人注意的信号灯，其亮度至少两倍于背景两倍于背景的亮度，同时背景以

22、灰暗无光为好，但信号灯的亮度太大会造成眩目而影响观察。见表表5-2信号灯的颜色：信号灯的颜色：作为作为警戒、禁止、停顿警戒、禁止、停顿或指示不安全或指示不安全情况的信号灯，最好使用情况的信号灯，最好使用红红色色；提请注意提请注意的信号灯用的信号灯用黄色黄色；表示；表示正常正常运行运行的信号灯用的信号灯用绿色绿色。 表表5-2 能见距离与空气透明度的关系能见距离与空气透明度的关系大气状态大气状态透明系数透明系数能见距离能见距离 km空气绝对纯净空气绝对纯净0.99200透明度非常好透明度非常好0.97150很透明很透明0.96100透明度良好透明度良好0.9250透明度中等透明度中等0.8120

23、空气稍许混浊空气稍许混浊0.6610空气混浊（霾）空气混浊（霾）0.364空气很混浊（浓霾）空气很混浊（浓霾）0.122薄薄 雾雾0.0151中中 雾雾2 10-4 8 10-100.50.2浓浓 雾雾10-19 10-340.10.05极浓雾极浓雾10-34几十几十 几米几米3）闪光信号）闪光信号 闪光信号较之固定光信号更能引起人闪光信号较之固定光信号更能引起人注意，闪光信号的作用是：注意，闪光信号的作用是： 引起观察者的进一步注意；引起观察者的进一步注意； 指示操作者立即采取行动；指示操作者立即采取行动； 反映不符指令要求的信息；反映不符指令要求的信息； 用闪光的快慢指示机器或部件运动速度

24、的快慢；用闪光的快慢指示机器或部件运动速度的快慢； 用以指示警觉或危险信号。用以指示警觉或危险信号。 闪光信号的闪烁频率一般为闪光信号的闪烁频率一般为0.61.67Hz，较优先和较紧，较优先和较紧急的信息可使用较高的闪烁频率（急的信息可使用较高的闪烁频率（1020Hz） 。 4）信号灯形象和复和显示）信号灯形象和复和显示 形象显示：形象显示：为了使信号灯的显示与其代表的含意有为了使信号灯的显示与其代表的含意有逻辑上的联系，用一些形象化的办法效果最好。如逻辑上的联系，用一些形象化的办法效果最好。如用用“”代表方向，用代表方向，用“”或或“O”表示禁止；用表示禁止；用“！”表示警觉、危险；用较快的

25、闪光表示快速，表示警觉、危险；用较快的闪光表示快速，用较慢的闪光表示慢速等，这就是信号灯的形象显用较慢的闪光表示慢速等，这就是信号灯的形象显示。示。 复合显示：复合显示：当所要显示的信息内容较复杂时，往往当所要显示的信息内容较复杂时，往往单个信号灯难以胜任，在此情况下，可采用多个信单个信号灯难以胜任，在此情况下，可采用多个信号灯的复合显示来实现。号灯的复合显示来实现。 例子例子1 1：现代汽车尾灯的设计就采用了颜色编码。汽车的尾：现代汽车尾灯的设计就采用了颜色编码。汽车的尾灯是给后方汽车驾驶员指示前方车辆行驶情况的，对避免前灯是给后方汽车驾驶员指示前方车辆行驶情况的，对避免前后相撞有重要意义，

26、其复合灯光指示：有车、刹车、转弯等。后相撞有重要意义，其复合灯光指示：有车、刹车、转弯等。白灯用于夜间行驶时倒车用。白灯用于夜间行驶时倒车用。例子例子2：信号灯复合显示的另一个典型例子是：信号灯复合显示的另一个典型例子是飞机着陆信号飞机着陆信号系统系统。它是在跑道灯的两则各安一组灯，当飞机下滑轨迹。它是在跑道灯的两则各安一组灯，当飞机下滑轨迹过高时，这组灯光形成过高时，这组灯光形成“丄丄”形排列；过低时形成形排列；过低时形成“丅丅”形排列；当飞机出现危险的俯冲时，形排列；当飞机出现危险的俯冲时，“丅丅”形信号灯成为形信号灯成为红色；只有当下滑轨迹合适时，才出现红色；只有当下滑轨迹合适时，才出现

27、“+”形排列形排列 。 现代信息显示中，广泛应用各种类型的符号标志，从交通现代信息显示中，广泛应用各种类型的符号标志，从交通（铁路、公路、海上）路标、航标、气象标志，到毒物危险（铁路、公路、海上）路标、航标、气象标志，到毒物危险标志、工程图、地图、电子线路、商标、电子元器件等，种标志、工程图、地图、电子线路、商标、电子元器件等，种类繁多，形式不一，但通常都类繁多，形式不一，但通常都采用与其指示的含义相一致的采用与其指示的含义相一致的简化图形，以作为一种高度概括、简练、形象生动的通用信简化图形，以作为一种高度概括、简练、形象生动的通用信息载体来代替信号的传示息载体来代替信号的传示。符号标志的应用

28、，。符号标志的应用，有利于操作者有利于操作者迅速观察和辨认，提高了信息的传递速度迅速观察和辨认，提高了信息的传递速度，在某些场合显得，在某些场合显得更经济。更经济。 符号标志的评价标准：符号标志的评价标准： 识别性、注目性、视认性、可读性、联想性。识别性、注目性、视认性、可读性、联想性。（6）显示器布局）显示器布局 显示器布置得当，可提高认读效果，减少巡检时间，显示器布置得当，可提高认读效果，减少巡检时间，提高工作效率。提高工作效率。 显示器布局中的主要问题有两个：一是选择显示器布局中的主要问题有两个：一是选择最佳认读最佳认读区域区域；二是；二是仪表的配置方法仪表的配置方法。 1)显示器位置与

29、反应速度的关系 1973年海恩斯年海恩斯（Haines）和吉利兰和吉利兰（Gililand）将信号灯布置在视野的不将信号灯布置在视野的不同区域上同区域上,等反应时间曲线等反应时间曲线。 从图中可得出如下的结论：从图中可得出如下的结论： 最快的反应区域最快的反应区域在视中心上下在视中心上下8 8，右右4545左左1010的范围内，这个区域的范围内，这个区域明显地明显地偏向右方偏向右方，在此，视中心区域也是视力，在此，视中心区域也是视力最好，最清晰，因而最好，最清晰，因而认读效率最高的区认读效率最高的区域域。 随着反应速度下降，等反应时间曲线的扩大，上述偏右的现象逐渐减弱，随着反应速度下降，等反应

30、时间曲线的扩大，上述偏右的现象逐渐减弱，但始终有一定偏量，但始终有一定偏量，可见可见仪表布置靠右比靠左有利仪表布置靠右比靠左有利；在对角线上，在对角线上，右下角右下角135方向方向的的视区优视区优于其它三个（于其它三个（45、225、315）方向的视区。方向的视区。2)刻度盘指针式仪表群刻度盘指针式仪表群的布局的布局 l仪表群的排列仪表群的排列 检查用显示检查用显示的的目的目的是监视机器的是监视机器的运行状态运行状态。当机器。当机器处于正常情况时，处于正常情况时，很多仪表指针都处很多仪表指针都处于稳定的显示状态；于稳定的显示状态；一旦某部分出现异一旦某部分出现异常，相关的那支仪常，相关的那支仪

31、表才会出现变位显表才会出现变位显示。示。 l显示器的空间位置安放原则显示器的空间位置安放原则方向方向：表盘应与视线垂直，面板应后仰：表盘应与视线垂直，面板应后仰30角。角。位置位置：位于操作者的正前方，视距：位于操作者的正前方，视距71cm为宜，和为宜，和眼平齐；眼平齐；范围范围：水平水平方向在人的视角方向在人的视角30 45 范围内，范围内，垂直垂直向上向上最佳视角最佳视角范围为水平视线以下范围为水平视线以下0 30 范围，范围，最大最大布置范围上布置范围上30 ，下，下45 。2535原则：原则：布置显示器时，应布置显示器时，应当考虑让操纵者不必运动当考虑让操纵者不必运动头部和眼晴，更不要

32、移动头部和眼晴，更不要移动座位，即可一眼看清全部座位，即可一眼看清全部显示器。显示器。 一般可根据显示器的数一般可根据显示器的数量和控制室的容量，选择量和控制室的容量，选择直线形布置，弧形布置或直线形布置，弧形布置或弯折形布置弯折形布置等布置方式。等布置方式。l显示面板的总体形式显示面板的总体形式l仪表板上的仪表布置仪表板上的仪表布置依据：依据：人的视野、眼的运动规律等特征。人的视野、眼的运动规律等特征。仪表的仪表的使用频率、顺序、重要程度和功能使用频率、顺序、重要程度和功能。即：重要性原则、。即：重要性原则、使用频率原则、功能原则和使用顺序原则使用频率原则、功能原则和使用顺序原则。区：重要显

33、示，最佳认读区；区：重要显示，最佳认读区；区为经常观察和记录的仪表；区为经常观察和记录的仪表；区为生产管理仪表，如总电压电流表、区为生产管理仪表，如总电压电流表、物流总流量及紧急报警装置；物流总流量及紧急报警装置；区为显示盘面的操纵部分，可布置启区为显示盘面的操纵部分，可布置启动、停车的按钮；动、停车的按钮；区布置不常用的操纵和控制显示转换区布置不常用的操纵和控制显示转换的一些装置及电话；的一些装置及电话；区布置不重要或不常用的显示装置。区布置不重要或不常用的显示装置。在人机系统中，也利用声音这一媒介来显示、传递人与机之间的信息。听觉显示器分成两大类：一类是音响及报警装置一类是音响及报警装置；

34、另一类是语言传示装语言传示装置。置。大大于于40dB（A） 二、控制器的设计二、控制器的设计（一）控制器的类型（一）控制器的类型（1）按操纵方式（身体器官）划分）按操纵方式（身体器官）划分 1）手控制器手控制器 2）足控制器足控制器 （2）按控制器的功能划分）按控制器的功能划分 1）开关控制器开关控制器，用于简单的开或关，启动或停止。常用的有，用于简单的开或关，启动或停止。常用的有按钮、踏板、手柄等。按钮、踏板、手柄等。 2）转换控制器转换控制器，适用于系统，适用于系统不同状态之间的转换不同状态之间的转换。如手柄、。如手柄、选择开关、转换开关、操纵盘等。选择开关、转换开关、操纵盘等。 3）调整

35、控制器调整控制器，用于调整系统中，用于调整系统中工作参数定量增加或减少工作参数定量增加或减少。如旋钮、手轮、操纵盘等。如旋钮、手轮、操纵盘等。 4）制动控制器，制动控制器，用于紧急状态下启动或停止。要求灵敏度高、用于紧急状态下启动或停止。要求灵敏度高、可靠性强，如制动闸、操纵杆、手柄、按钮等。可靠性强，如制动闸、操纵杆、手柄、按钮等。（二）控制器的选择（二）控制器的选择 （1）按功能选择）按功能选择 机器设备的机器设备的不同运行状态不同运行状态决定了控制器的决定了控制器的功能功能。控制装置控制装置名称名称使用功能使用功能启动启动不连续调节不连续调节定量调节定量调节连续控制连续控制输入数据输入数

36、据按钮按钮O 旋钮选择开关旋钮选择开关 O 旋钮旋钮 OOO 踏钮踏钮O 踏板踏板 OO曲柄曲柄 OO手轮手轮 OO操纵杆操纵杆 OO键盘键盘 O（2）按工作要求选择）按工作要求选择控制器的控制器的工作要求工作要求主要包括：主要包括：工作精度工作精度；工作性质工作性质；操纵力大小操纵力大小等。等。 表表5-3 5-3 不同工作情况下选择控制装置的建议不同工作情况下选择控制装置的建议工作情况工作情况建议使用的控制器建议使用的控制器操操 纵纵 力力 较较 小小 情情 况况 2 个分开的装置个分开的装置按钮、踏钮、拨动开关、摇动开关按钮、踏钮、拨动开关、摇动开关4 个分开的装置个分开的装置按钮、拨动

37、开关、旋钮、选择开关按钮、拨动开关、旋钮、选择开关4 24 个分开的装置个分开的装置同心成层旋钮、键盘、拨动开关、同心成层旋钮、键盘、拨动开关、旋转选择开关旋转选择开关25 个以上分开的装置个以上分开的装置键盘键盘小区域的连续装置小区域的连续装置旋钮旋钮较大区域的连续装置较大区域的连续装置曲柄曲柄操操 纵纵 力力 较较 大大 2 个分开的装置个分开的装置扳手、杠杆、大按钮、踏钮扳手、杠杆、大按钮、踏钮3 24 个分开的装置个分开的装置扳手、杠杆扳手、杠杆小区域连续性装置小区域连续性装置手轮、踏板、杠杆手轮、踏板、杠杆大区域连续性装置大区域连续性装置大曲柄大曲柄表5-4 用于追踪的控制装置选择追

38、踪信号的运动形式追踪信号的运动形式 适宜的控制器类型适宜的控制器类型方案比较方案比较圆圆 形形圆圆 形形 转转 动动最最 好好直直 线线圆圆 形形 转转 动动好好直直 线线直直 线线 移移 动动中中 等等圆圆 形形直直 线线 移移 动动一一 般般（3）控制器的选择原则）控制器的选择原则一般原则：一般原则： 1）快速而精确度高快速而精确度高的操作一般采用的操作一般采用手控或指控手控或指控装置，装置，用用力的操作力的操作则采用则采用手臂及下肢手臂及下肢控制；控制； 2）手控制器应安排在）手控制器应安排在肘和肩高度之间肘和肩高度之间且容易接触到的位且容易接触到的位置，并且易于看见；置，并且易于看见；

39、 3）紧急制动紧急制动的控制器要尽量与其他控制器有的控制器要尽量与其他控制器有明显区分明显区分，避免混淆；避免混淆； 4）控制器的类型及方式应尽可能）控制器的类型及方式应尽可能适合人的操作适合人的操作特性，避特性，避免操作失误。免操作失误。（1）控制器信息的反馈）控制器信息的反馈 人在操纵控制器时，控制器的状态要及时地通过人的手、人在操纵控制器时，控制器的状态要及时地通过人的手、脚、眼或其他器官脚、眼或其他器官反馈反馈给操作者，以保证操作的可靠性及有给操作者，以保证操作的可靠性及有效度。效度。即要保证反馈的可靠性和有效性。即要保证反馈的可靠性和有效性。 形式：形式：1）光显示）光显示2）振动变

40、化）振动变化3）音响显示。）音响显示。常由控制器定位机构中自动发出常由控制器定位机构中自动发出也可以装设专门的联动音响装置。也可以装设专门的联动音响装置。 4）操纵阻力。是控制反馈的主要因素。）操纵阻力。是控制反馈的主要因素。（三）（三） 控制器设计中的人机因素控制器设计中的人机因素表表5-5 摩擦、弹性、粘滞性等控制器的阻力特性摩擦、弹性、粘滞性等控制器的阻力特性类型类型举例举例特性特性优优 点点缺缺 点点用途用途摩擦力摩擦力开关闸开关闸刀刀开始时阻力较大，开始时阻力较大，开关滑动时阻力开关滑动时阻力即下降即下降因阻力大，可减少意因阻力大，可减少意外动作外动作控制准确度控制准确度低低宜作不宜

41、作不连续控连续控制制弹弹 力力弹簧作弹簧作用等用等阻力随控制器移阻力随控制器移动距离加长而增动距离加长而增大大控制准度确高；控制控制准度确高；控制器能自动归回空位器能自动归回空位控制器到中控制器到中间位置要定间位置要定位时，需设位时，需设定位装置定位装置可作连可作连续控制续控制粘滞力粘滞力活塞作活塞作用等用等阻力与控制器移阻力与控制器移动速度相对应动速度相对应控制准度高；运动速控制准度高；运动速度均匀；稳定性好度均匀；稳定性好造价高造价高宜作连宜作连续控制续控制惯性力惯性力起重机起重机的摇把的摇把等等阻力由多级结构阻力由多级结构的惯性产，一般的惯性产，一般较大较大允许平滑移动；因需允许平滑移动

42、；因需较大作用力，故减少较大作用力，故减少了意外移动的可能了意外移动的可能操作疲劳；操作疲劳；移动准确性移动准确性差差可用于可用于不精确不精确控制控制操纵阻力的大小与控制器的操纵阻力的大小与控制器的类型、位置、移动距离、操作类型、位置、移动距离、操作频率、力的方向频率、力的方向等因素有关。一般操纵力必须控制在施力方等因素有关。一般操纵力必须控制在施力方向的最佳施力范围内，而向的最佳施力范围内，而最小阻力应最小阻力应大于大于操作人员手脚的操作人员手脚的最最小敏感压力小敏感压力。 控制器到位时应使控制器到位时应使阻力阻力发生一种变化，作为反馈信息传发生一种变化，作为反馈信息传达给操纵者。达给操纵者

43、。 表5-6 不同控制器所要求的最小阻力（N）控制器类型控制器类型所需最小阻力所需最小阻力手动按钮2.8（手指5；手掌10）扳动开关2.8旋转选择开关3.3旋 钮01.7摇 柄922手 轮22手 柄9脚动按钮5.6( 如果脚停留在控制器上 )17.8( 如果脚不停留在控制器上 )脚踏板44.5( 如果脚停留在控制器上 )17.8( 如果脚不停留在控制器上 )（2）控制运动方向与系统的关系）控制运动方向与系统的关系控制器的主要控制器的主要目的目的是是控制系统的变化控制系统的变化，应尽量使应尽量使控制器的操作方向与系统过程控制器的操作方向与系统过程的变化方向相一致的变化方向相一致，这样可以使控制器

44、这样可以使控制器的的操作形象化操作形象化，又可，又可使控制器的操作和使控制器的操作和系统的变化之间产生一定的系统的变化之间产生一定的逻辑关系逻辑关系，有利于操作人员记忆和辨认，提高操作有利于操作人员记忆和辨认，提高操作效率。效率。控制器的运动方向应与人们在控制器的运动方向应与人们在社会上与心理上的固定概念一社会上与心理上的固定概念一致致，如向上扳、顺时针方向转意味，如向上扳、顺时针方向转意味接通或加强。接通或加强。（3）控制器编码）控制器编码 编码的目的：一是为了说明控制器的编码的目的：一是为了说明控制器的位置或状态，以便位置或状态，以便确认操作的准确性确认操作的准确性；二是使二是使不同的控制

45、器各具特点不同的控制器各具特点，便于记，便于记忆、寻找和感受信息，保证操作的正确性。忆、寻找和感受信息，保证操作的正确性。 1形状和表纹编码形状和表纹编码 根据控制器的用途，将控制器设计成不同的根据控制器的用途，将控制器设计成不同的形状和触觉能形状和触觉能辨认的表纹辨认的表纹，以使，以使视觉上和触觉视觉上和触觉上易于上易于区分区分。几何形状几何形状15 注意：注意：1）形状编码要尽量简单易识别；）形状编码要尽量简单易识别； 2）形状编码的形态设计要尽量与其使用功能的特点）形状编码的形态设计要尽量与其使用功能的特点相吻合；相吻合； 3）控制器的形状编码的手感要好；当戴手套操作时，）控制器的形状编

46、码的手感要好；当戴手套操作时，也应能较好地分辨和使用。也应能较好地分辨和使用。 海军雷达系统控制 钮 美空军控制器形状编码三类旋钮控制器三类旋钮控制器连续旋转钮（控制范围超过连续旋转钮（控制范围超过360o） 部分旋转钮部分旋转钮（控制范围不超过（控制范围不超过360） 定位指示旋钮定位指示旋钮（控制范围有固定的边界限）（控制范围有固定的边界限） 2大小编码大小编码 应用范围较小，通常在同一系统中只能设计应用范围较小，通常在同一系统中只能设计大、中、小三大、中、小三种规格。由于种规格。由于大小编码的视觉和触觉感知度小的原因，大小编码的视觉和触觉感知度小的原因，常与其他形式编码一起使用常与其他形

47、式编码一起使用。几何。几何大小大小5 5 3位置编码位置编码 要求：位置编码的控制器数量不多，并须与人的操作顺序和要求：位置编码的控制器数量不多，并须与人的操作顺序和操作习惯相一致操作习惯相一致 。（盲位定位盲位定位）位置编码的标准化；操作方法编码4色彩编码色彩编码 色彩编码一般不单独使用，常与形状编码、大小编码等合并使用。色彩编码一般不单独使用，常与形状编码、大小编码等合并使用。5种种5符号编码符号编码 在控制器上标以不同的在控制器上标以不同的文字或图形符号文字或图形符号以区别不同的控制器。以区别不同的控制器。示意性符号示意性符号减少了大脑译码的过程。减少了大脑译码的过程。符号应力求简单、达

48、意、明显、易认。符号应力求简单、达意、明显、易认。（4）操作控制系统）操作控制系统的安全因素的安全因素l操作误差的种类操作误差的种类 资料表明，资料表明，58%78%的操作误差所引起的事故是由于的操作误差所引起的事故是由于人机关系协调性不够造成的。人机关系协调性不够造成的。 1）置换差错。）置换差错。 其主要原因是不同功用的控制器位置安排不适当或控制其主要原因是不同功用的控制器位置安排不适当或控制器的识别标志不明显。器的识别标志不明显。 2）调节错误。）调节错误。 调节控制时，调错控制器的位置，致使机器或设备的运调节控制时，调错控制器的位置，致使机器或设备的运行状态发生错误。如自动走刀机床的进

49、刀深度及速度的控制。行状态发生错误。如自动走刀机床的进刀深度及速度的控制。 3）逆转错误。）逆转错误。 操作控制器时，操作控制器时，操作的方向与实际需要的方向相反，操作的方向与实际需要的方向相反，因而因而产生逆转错误。产生逆转错误。 原因原因是控制器的运动方向不合人的操作习惯，控制器的方是控制器的运动方向不合人的操作习惯，控制器的方向与机器的运转方向或与指示器的方向向与机器的运转方向或与指示器的方向缺逻辑上的联缺逻辑上的联系，或系，或控制器本身缺乏醒目的导向标志。控制器本身缺乏醒目的导向标志。 4）无意的操作错误）无意的操作错误 在使用控制器时在使用控制器时忘记复位或固定忘记复位或固定，操作时

50、间不准确操作时间不准确，以及，以及操作不小心操作不小心等，都能造成无意的错误。等，都能造成无意的错误。 其其原因有原因有：控制器本身缺乏复位装置或某种报警信号系统；：控制器本身缺乏复位装置或某种报警信号系统；操纵部件的阻力不够，手感不强，操作时难以感觉出操纵量操纵部件的阻力不够，手感不强，操作时难以感觉出操纵量的大小；控制器的配置量和操纵力超过了人的操作能力，使的大小；控制器的配置量和操纵力超过了人的操作能力，使人难以方便地操作。人难以方便地操作。（四）（四） 典型控制器设计典型控制器设计（1）手操纵小型控制器设计）手操纵小型控制器设计 手的运动有如下特征：垂直面垂直面内手的运动速度比在水平面

51、内快，准确度高；内手的运动速度比在水平面内快，准确度高；手从手从上往下上往下运动比从下往上运动为快；运动比从下往上运动为快；在水平面内，手的在水平面内，手的前后前后运动比左右运动快，作旋转运动比运动比左右运动快，作旋转运动比作直线运动的速度快。对一般人来说，作直线运动的速度快。对一般人来说，右手右手运动比左手快，运动比左手快，且右手向右运动比向左运动为快；且右手向右运动比向左运动为快；手向手向接近身体接近身体方向运动比离开身体方向这两个运动时，速方向运动比离开身体方向这两个运动时，速度最慢；度最慢；顺时针顺时针方向运动比逆时针方向运动为快；方向运动比逆时针方向运动为快；单手单手操作的精确度高，

52、速度快。操作的精确度高，速度快。 根据功能要求，旋钮可以旋转一圈、多圈、或不满一圈、可以连续多次旋转，也可以定位旋转。 根据旋钮的形状，可分为圆形旋钮，指针形旋钮和手动转盘等。 旋钮设计 按钮有两种结构：一种是按则下降，松则弹起，这是单作用按钮；还有一种按下之后可以锁住，再揿时才能弹回，这是具有保持位的双作用按钮。 按钮有三个主要参数：直径、作用力及移动距离。直径，对大拇指可取20mm，其它手指可取为15mm。直径大于15mm时，可将顶部做成球面线凹坑，以便于手感定位。单指按钮的阻力，大拇指按钮可取为2.9419.6N，其他手指按钮可取为1.475.89N 。 按钮设计 扳动开关一般有扳动开关

53、一般有“开开”、“关关”两个位置，手柄两个位置，手柄长度最大可取长度最大可取50mm，最小不得小于最小不得小于5mm。其中以其中以船形开关船形开关翻转速翻转速度最度最快快，推拉开关和滑推拉开关和滑动开关动开关由于行程和阻力由于行程和阻力的原因，动作时间较长。的原因，动作时间较长。扳动开关具有操作简便、扳动开关具有操作简便、动作迅速的优点动作迅速的优点。扳动开关设计（2）操纵杆设计）操纵杆设计 操纵杆多用在拖拉机，起重机，履带式机动车辆，飞机等交通工具和各种重型的控制系统。 优点： 可以利用较大的杠杆比，操纵阻力较大的控制器。 使操纵杆的运动方向与被控机器的运动方向一致，可以实现模拟操作。如飞机

54、向后拉时即仰起上升。 操纵杆宜作推、拉等直线运动，较旋转式操纵动作反应快。缺点：缺点：搬动角度不能很大，因此不宜作大幅度连续控制，而且调节的准确性也较差。 （3）脚和腿操纵的控制器设计）脚和腿操纵的控制器设计 适用条件：适用条件： 1）需要连续进行操作，而用手操作又不方便的场合；）需要连续进行操作，而用手操作又不方便的场合； 2）无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵力超过）无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵力超过510kg的情况下；的情况下； 3）手的控制工作量太大，不足以完成控制任务时。）手的控制工作量太大，不足以完成控制任务时。 脚动控制器主要有脚动控制器主要有脚踏板，脚踏钮和脚动开

55、关脚踏板，脚踏钮和脚动开关等。当操纵力等。当操纵力超过超过515kg，或，或操纵力小于操纵力小于5kg，但需要连续操作时，但需要连续操作时，宜选用，宜选用脚踏板。对于操纵力较小，且不需连续控制时，宜选用脚踏钮脚踏板。对于操纵力较小，且不需连续控制时，宜选用脚踏钮或脚踏开关。或脚踏开关。 脚踏板有两种：一种是调节用脚踏板，如汽车的制动踏板等，这种踏板应使之随移动距离而增加阻力以便产生增量的反馈，如图；另一种是开关踏板，如汽车起动马达脚踏按钮等。 脚踏板的设计对于对于蹬力要求较大蹬力要求较大的脚操纵器，其空间位置应考虑到的脚操纵器，其空间位置应考虑到施力的方便性，施力的方便性，即使脚和整个腿在操作

56、时形成一个施即使脚和整个腿在操作时形成一个施力单元力单元。大、小腿间的夹角应在。大、小腿间的夹角应在105135 范围内，范围内，以以120 为最佳，这种姿势下脚的蹬力可达为最佳，这种姿势下脚的蹬力可达2250N。对于蹬力要求较小的脚操纵器，考虑坐姿时脚的施力方便，大、小腿夹角以105 110 为宜。（四）（四） 显示装置与控制装置综合布局显示装置与控制装置综合布局 显示装置及控制装置的设计显示装置及控制装置的设计基本要求基本要求就是要保证人、机双方就是要保证人、机双方的信息能够迅速准确地交流。减少信息加工的复杂性，从而提的信息能够迅速准确地交流。减少信息加工的复杂性，从而提高工作效率。高工作

57、效率。 （1）显示装置与控制装置综合布局的原则显示装置与控制装置综合布局的原则时间顺序原则 对于必须按一定先后时间顺序显示的仪表或按一定顺序对于必须按一定先后时间顺序显示的仪表或按一定顺序操作的控制器，应按照它们起作用的时间顺序依次排列操作的控制器，应按照它们起作用的时间顺序依次排列 。数值输入旋钮的排序 功能顺序原则 这是指按多个控制器的作用顺序排列布置显示器及控制器。如果功能的顺序不止一个时，应按主要功能顺序排列。显示器或控制器按功能顺序排成直线时，由左向右或由上向下排列；如果是圆形排列应取顺时针方向。 使用频率原则 使用频率最高的显示器或控制器应布置在最佳的信息接受区域或最佳操作区。 重

58、要性原则重要的显示器或控制器即便使用的频率不高，也应布置在比较方便的位置。 运动方向性原则在仪表板上布置的显示器和控制器，其旋转方向或移动方向应遵守下表所示的运动方向原则 。 运动形式运动形式增增减减旋转运动旋转运动顺时针顺时针反时针反时针竖直移动竖直移动向上向上向下向下水平移动水平移动向右向右向左向左前后移动前后移动远离远离靠近靠近（2）控制器布局）控制器布局 控制器布局中主要有三个问题：控制器布局中主要有三个问题：一是控制器应布置在什一是控制器应布置在什么位置；二是各控制器之间的间隔；三是防止意外误操作的么位置；二是各控制器之间的间隔；三是防止意外误操作的措施。措施。 1）控制器的位置设计

59、）控制器的位置设计原则原则:考虑各种控制器本身操作特点考虑各种控制器本身操作特点，将其，将其布置在这种控制布置在这种控制的最佳操作区域之内的最佳操作区域之内。如颜色编码；位置编码控制器；联。如颜色编码；位置编码控制器；联系较多的控制器应尽量互相靠近，控制器的排列和位置要系较多的控制器应尽量互相靠近，控制器的排列和位置要符合其操作程序和逻辑关系，还应适合人左右手及左右脚符合其操作程序和逻辑关系，还应适合人左右手及左右脚的能力。的能力。 将将旋钮、板动开关和旋钮、板动开关和按钮按钮三种控制器分别布置三种控制器分别布置在三个距操作者在三个距操作者760mm760mm的控的控制板上，作操纵实验，从制板

60、上，作操纵实验，从区域图上可看出，区域图上可看出，板动开板动开关的适应操作区域最小，关的适应操作区域最小，其次是旋钮，操作区域最其次是旋钮，操作区域最大的是按钮。大的是按钮。产生这样的产生这样的结果主要结果主要取决于各种控制取决于各种控制器的手动方法，动作距离器的手动方法，动作距离及移动方向及移动方向。 图图5-6 不同控制器的操作域 2）控制器的间隔设计）控制器的间隔设计 控制器之间过小间隔会明显地增加误操作率。控制器的间距取决于控制器的形式，操作顺序和是否需要防护等因素。控制器的安排和间隔应尽可能做到在盲目定位等动作时，有较好的操作效率。 控制器的形式对于控制器间隔的影响很大。 不同形式的