安全人机系统中的显示装置课件

安全人机工程学

第四章安全人机系统中的显示装置周刚86057359132101395111/834安全人机系统中的显示装置第一节显示器的类型与功能 一、视觉显示器的类型 二、视觉显示器的功能 三、其他显示器 第二节显示方式的选择一、显示方式的选择方法与原则 二、定量显示方式的选择 三、定性显示方式的选择第三节显示器的设计一、指针式仪表设计 二、数字式仪表设计 三、信号器设计 四、显示器的布局 上机：钟表设计（2学时）2/83信息传递质量的优劣直接影响到工作效率和生产的安全性。人与显示装置间达到充分协调。形状、大小、颜色、分度、标记、空间布置、强度、亮度、响度、频率、照明、背景、环境、距离等多种因素。4安全人机系统中的显示装置3/834.1显示器的类型与功能一、视觉显示器的类型数字显示、模拟显示数字显示：数码显示，对单一数字或符号辨认识别。有机械式、数码管式、液晶式和屏幕式。如计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕等。优点：简单、直观、认读速度快、准确性高缺点：反映不了偏差量。对有些专门测量内容，用数字显示目前还办不到。4/83数码管式显示器5/83液晶显示器6/834.1显示器的类型与功能一、视觉显示器的类型模拟显示：刻度和指针显示。其认读过程首先要确定指针与刻度盘的相对位置，然后读出指针所指的刻度值。指针式指示器和指针式仪表，如汽车上的油量表、气瓶上的压力表等。优点：形象化的启示，

一目了然，

反映了偏差量和偏差方向。缺点：认读误差7/834.1显示器的类型与功能二、视觉显示器的功能1.定量显示功能能够准确地显示某一过程量的变化情况。如压力仪表、速度仪表及温度计等。2.定性显示功能这类显示器通常是以模拟显示的形式或以颜色来表明机器的某种大致状态、变化倾向或描述事物的性质等。“过冷”、”过热”、”正常”8/834.1显示器的类型与功能二、视觉显示器的功能3.警告性显示功能伴有声觉的显示功能。警告性显示一般分为两级：第一级是危险警报，预告已接近临界状态；第二级是非常警告，报告已进入质变过程。这类显示器通常以灯光和色彩的闪频为主要表现形式。9/834.1显示器的类型与功能三、其他显示器1.听觉显示器具有反应快、方向无限制、强迫注意的特点。听觉显示可以采用语言信号，具有一定的表达能力。听觉显示的示警信号可以快速有效地传递简单和短促的信息，而视觉显示对于传递复杂和较长的信息具有较好的效果。常用的听觉显示器有铃、蜂鸣器、哨笛、传音器等。

10/83蜂鸣器示意图11/83传音器示意图12/834.1显示器的类型与功能三、其他显示器2.嗅觉显示器人们根据仿生学及人类嗅觉机能的原理，近年已研制成嗅敏仪。嗅敏仪比人的嗅觉灵敏度高得多，它能对空气中的各种气味产生不同的反应。家庭中用的煤气泄漏报警器就属这类安全装置。13/834.1显示器的类型与功能三、其他显示器3.触觉显示器(1)电剌激譬如用电极加于人的皮肤上，发出30Hz的电刺激，每秒1次，100Hz的电剌激每秒2次，300Hz的电剌激每秒3次，分别刺激人体的不同部位，用来作为一种传递信息的方式。大部分人在0.25s时间内可辨认出这种信号，作出简单的反应。(2)机械振动如用振动片装在人体不同部位上，以振动形式来传递信息。采用不同的振幅、频率、周期、部位进行混合编码，也可形成多个不同信号。(3)喷气剌激主要用小的喷气嘴在人体的不同部位喷气，形成刺激。当控制住喷气频率与喷气时间，也可形成不同的信号。

14/834.2显示方式的选择一、显示方式的选择方法与原则1.选择方法使用哪种显示类型和选择哪种显示方式，都取决于显示的目的和被显示内容的性质。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等。除此之外，显示状态还有静态显示和动态显示之分。

15/834.2显示方式的选择一、显示方式的选择方法与原则2.选择原则(1)用尽量简单明了的方式显示所传达的信息，使传达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。(2)显示精度与信息精度一致，保证最少的认读时间，避免认读时因临时插补而降低效率，增加差错的可能。(3)显示形式与操作人员的操作能力及习惯相适应，以减少训练的时间和受习惯的干扰而造成的解释不一致的差错，提高显示方式的人机可靠性。(4)按观察条件(如照明、速度、振动、操作位置、运动约束等)运用最有效的显示技术和显示方法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。16/834.2显示方式的选择二、定量显示方式的选择1.数字式显示在静态显示条件下作定量显示用，数字显示优于模拟显示。数字显示比指针显示认读快，误读率低。数字显示的误读率约为指针显示误读率的1/10。17/834.2显示方式的选择18/834.2显示方式的选择如果当显示快速变化，这时只有使用刻度盘显示才能得到较为准确的读数。

快速显示

19/834.2显示方式的选择二、定量显示方式的选择2.指针式显示可以提供准确的定量信息可以同时表示机器设备的稳定状态，给出供检查用的信息等。轮船中用于电子与蒸气设备中的仪表只有18%指针式仪表用于定量显示，而75%的指针式仪表用于检查设备的运行情况。主要特点是，能提供立体信号、能够形象地模拟状态的过程。20/834.2显示方式的选择表4-1不同形式的显示仪表的误读率21/834.2显示方式的选择2.指针式显示在现代化工业系统中，操作人员往往须同时观察许多个仪表，对每个仪表认读持续时间很短，根本不可能详细认读，主要是检查读数变化。图4-2给出在一定照度下，按0.12s/次读取数据时，各种模拟式表型显示的误读率比较。图中列出垂直型、水平型、半圆型、圆型和指针固定刻度运动的开窗型，其中开窗型的误读率最低。22/834.2显示方式的选择图4-2误读率的比较23/834.2显示方式的选择综上所述，对于静态精确显示的情况，数字式仪表优于指针式，而动态的检查性显示和预测性显示时，则指针式优于数字式。24/834.2显示方式的选择三、定性显示方式的选择标志显示、形象化显示、音响显示。1.标志显示用不同的标志将机器或设备的运行状态进行分类，做出区分性显示。如机器设备的准备状态、运行状态、停止状态，正常区、危险区和低程度、中等程度、高程度等等，分别设置不同的标志。25/834.2显示方式的选择(1)数字和文字在约定的数字范围内可以表明程度的高低、负荷的大小，文字说明更具直观性。P26/834.2显示方式的选择(2)几何图形使用与系统状态有逻辑联系性的几何图形更简单明了。表示方向；表示禁止；

表示警戒和危险；

表示正常速度；

表示快速等等。!27/834.2显示方式的选择(3)色彩在实际运用中，一般用作信息符号的颜色最多不超过10种，颜色种类过多，会因相近色的原因而增高误认率。一般选用的10种颜色是红、橙、黄、浅绿、深绿、青、蓝、紫、黑、白。

28/834.2显示方式的选择我国〈GB2893-82安全色〉的一般用色规定

颜色含义用途举例禁止禁止标志停止停止信号：机器、车辆的紧急停止手柄及按钮，禁动部位防火防火器材，标志指令规定指令标志：必须佩戴个人防护用具，指引车辆行驶方向警告警告标志注意警戒标志：危险机器和坑地周围的警戒线齿轮箱的内部安全帽提示提示标志安全车间内安全通道通行行人、车辆通行标志消防设备、安全防护设备的位置29/834.2显示方式的选择三、定性显示方式的选择2.形象化显示形象化显示是对实际系统状态进行模拟，做到尽可能的与实际相似，从而更直观、更有效地显示机器或设备的状态。例如铁路调度用大型显示板。30/834.2显示方式的选择飞机的飞行状态潜艇的上升与下潜(a)(b)图4-3形象化显示31/834.2显示方式的选择三、定性显示方式的选择3.音响显示音响显示主要是报告系统运行过程中有关启动、停止、故障及事故紧急状态等信息，而不能取代保证设备正常运行、预防损伤的技术措施。音响显示的基本参数包括：声压级、音响度、频率及持续时间。为了在工作场所能够很好地听到音响信号，音响强度应该至少比周围噪声强度高10dB，一般为40—60dB。对于一般通告信息，可采用100Hz左右的声频信号。对于紧急危险和具有威胁性的信号，推荐采用约2500Hz的声频信号。间断性的音响信号显示效果要大一些。32/834.3显示器的设计1)视野一般视野：视野是当人的头部和眼球不动时，人眼能觉察到的空间范围，通常以角度表示色觉视野：不同的颜色对人眼的刺激不同，所以视野也不同。白色的视野最大，黄、蓝、红、绿色的视野依次渐小。视野33/83150°70°45°15°15°垂直最佳视区：上、下1.5度最佳视野范围：水平视线以下30度。有效视野范围：水平视线以上25度、以下35度。水平视线25°35°最大固定视野：115度。扩大的视野：150度。

在垂直面内，实际上人的自然视线低于标准视线，直立时低15度，放松站立时低30度，放松坐姿时低40度。因此，视野范围在垂直面内的下界限也应该随着放松立姿、放松坐姿而改变。垂直面内的视野34/83水平面内的视野15。15。最佳视野范围35。35。有效视野范围90。90。5。最大固定视野扩大的视野35/834.3显示器的设计2)视距视距是指人的眼睛的正常观察距离。一般认为700mm为最佳视距，过远和过近都会使人的认读速度和准确性降低。最大视距为760mm，最小视距300mm。

36/834.3显示器的设计3)色视人眼对各种颜色的视野范围是不相同的，实验表明，人眼对白色的视野最大，对绿色视野最小，见图4-5。37/83180白。120黄。100蓝。60绿红。色觉视野130。白95。黄80。蓝45。红40。。绿水平方向的色觉视野垂直方向的色觉视野38/834.3显示器的设计4)运动特性眼睛的水平运动比垂直运动快；眼睛的垂直运动比水平运动更易疲劳；对周围运动物体的感知力比静止物体容易。39/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计对模拟显示的指针式仪表的设计通常要考虑：①显示与认读的最佳形式，颜色、照明和其他感觉系统相配合的条件；②刻度的划分是否准确，刻度盘上的字符布局是否恰当；③显示器是否可以及时发出信息，并能真实反映设备的当前状态；④显示器的信息含意是否明确，是否会使人误解；⑤在许多信息的情况下，信息是否容易混淆，是否可以明确区分同时显示的不同信息;⑥显示器的布局是否合理，是否布置在人的最佳视觉范围，并能符合人的视觉流程；⑦显示器与操纵装置协调对应，与操纵者之间的观察距离恰当。40/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计1.指针式仪表的设计形式1)回转式指针绕固定点转动，在回转圆周上标有刻度。这类仪表通常为圆形、半圆形、扇形。指针固定，刻度盘转动，也属此类。见p122图4-6。图4-7(a)为一表双显示的形式，图4-7(b)为对称双指针仪表2)平移式指针与刻度盘之间的相对运动是沿一直线方向，见图4-8。41/834.3显示器的设计42/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计2.指针式仪表的刻度盘设计1)刻度盘尺寸刻度盘的大小与刻度标记的数量及人的观察距离都会影响到认读的速度和准确性。43/834.3显示器的设计在试验中发现，当刻度盘直径从25mm开始增大时，认读的速度和准确性相应提高，误读率下降；当直径增加到80mm以后，认读速度和准确度开始下降，误读率上升。直径在30—70mm之间的刻度盘，在认读的准确度上没有什么差别。

44/834.3显示器的设计表4-3观察距离、刻度数量与刻度盘直径的关系45/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计

2)刻度刻度盘上刻度线之间的距离为刻度。刻度的大小是根据人眼的最小分辨能力来确定的。通常在人眼直接观察时，刻度的最小值不应小于0.6—1mm，一般在1—2.5mm之间选取，必要时也可取4—8mm。46/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计3)刻度线刻度线有长刻度线、中刻度线和短刻度线三级刻度线

47/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计刻度线的宽度一般取刻度间距的5%—15%。普通刻度线通常可取0.1±0.02mm；远距离观察时取0.6—0.8mm；精密刻度可取0.0015—0.1mm。图4-11是刻度线宽度与读数误差之间的关系曲线。当刻度线的宽度为刻度间距的10％时，读数误差最小。48/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计49/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计刻度方向是指刻度盘刻度值的递增顺序方向。通常是根据显示信息的特点及人的视觉习惯来确定。一般都是从左到右，从下到上的顺序方向，见图4-12。

刻度单位是定量显示数值的表示方式，每一刻度线所代表的测量值应尽量取整数，避免采用小数或分数。通常每一刻度表示为1、2、5个单位值，或1×10、2×10、5×10倍，见表4-6。

50/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计3.指针设计在模拟显示仪表当中，指针可分为运动指针和固定指针。

指针的形状应以明确、单纯为好，指针尖部宽度要与最细刻度线相对应。图4-13列出指针的常见形状。51/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计指针的长度不宜过长而覆盖刻度；也不宜过短，使指示不准确。通常指针的端点距刻度线为1.6mm左右。指针与刻度盘的盘面距离不宜过大，否则会因视线与刻度盘不垂直而产生视差。通常可以制成指针与刻度线环面共处同一平面内，见图4-14。

52/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计4.数字立位刻度线上标度数字在刻度盘上的位置，应与观察者的视觉习惯相适应，尽量做到清晰、明了和利于认读。在刻度盘上除刻度线和必须的数字外，不应有多余的装饰。图4-15列出刻度盘上数字立位的好与不好的对比情况，供设计时参考。p13053/834.3显示器的设计一、指针式仪表设计5.色彩配置刻度盘、指针、刻度线、数字之间的配色要求醒目，条理性强，避免颜色过多而造成混乱。同时还要充分考虑仪表使用过程中与其他仪表之间配色协调，使总体效果舒适、明快。表4-7列出了一般配色的明度对比以供参考。

54/834.3显示器的设计55/834.3显示器的设计二、数字式仪表设计1.数字式仪表的设计形式机械式数字显示电子数字显示56/834.3显示器的设计二、数字式仪表设计1)机械式数字显示机械式数字显示时，两组数值变化的间隔时间不能少于0.5s，否则会给认读带来不方便。机械式数字显示的数字符号不宜使用狭长形，否则会因移动而产生视觉变形，不利于认读；数字间隔不宜过大，否则不容易读全数，易造成失误；多位数时，后面零位须表示，而前面的空位可不必用零来补位，空起来反而容易看清楚。见p132图4-16。57/834.3显示器的设计二、数字式仪表设计2)电子显示数字形式常有液晶显示和发光二级管显示。由于电子显示具有很多优良性能，故被广泛用于各种显示器之中。电子显示可更方便地与计算机或各种电器系统连接，使之具有较好的可控性。利用不同颜色的电子显示，可以在显示数字的同时又可以进行颜色编码，从而进行多种用途的显示。此外发光二级管在工作时可以不外加照明就能具有较高的清晰度。电子显示数字形式有直线型和点阵型，见p132图4-17。实验证明，由发光的点阵构造的字符在显示效果上优于直线型。58/834.3显示器的设计二、数字式仪表设计2.字体设计文字和数字是显示的主体，尤其在数字显示中，更是设计的主要内容之一。字体设计主要包括数字和字母。59/834.3显示器的设计二、数字式仪表设计1)字体的形状字的形状应尽量简明易认，通常采用棱角分明的正楷字。在许多数字及字母之间有许多容易混淆的字型，如：B、R与8；G与C；O与D；Z与2；S与5；8、6与9等。要尽量突出每个字体的形状特点，减少不必要的美化，努力消除它们之间易混淆的地方。60/834.3显示器的设计二、数字式仪表设计2)字体的大小一般字体高度约为观察距离的1/200，见表4-8。在横排字体时，高与宽之比可取3：2或5：3。对于字数很少的横行或竖排时可用方型字体，一般不采用扁而宽的字体，因为这样的字体横排时字行较长，增加了扫瞄时间。61/834.3显示器的设计二、数字式仪表设计2)字体的大小字体的笔划宽度与字高之比一般为1：8—1：6。电子显示时，笔划宽与字高之比可为1：8或1：10。字与字之间的横向间隔取为一个笔划宽度两组字之间的横向间隔要大于3个笔划宽度上下两行间隔应为字高的1/3。62/834.3显示器的设计二、数字式仪表设计3)字体设计的相关因素在字体设计当中要充分考虑背景和照明的因素。一般，仪表处在暗处时，用暗底亮字为好；仪表处在明亮处时，选择亮底暗字为好。表4-9不同照明条件下字体与背景的比较63/834.3显示器的设计64/834.3显示器的设计三、信号器设计信号器是在机器和设备运行过程中发生事故、故障情况时起到通报、警告、提醒的作用。65/834.3显示器的设计1.信号器的设计原则(1)信号装置应布置在操作者或监视人员较容易发现和感觉到的位置。(2)装置的作用能力(如闪烁频率、持续时间、声压、响度)应保证操作者能够迅速和断然地反应到信号的最佳可能性。(3)信号装置发出的信号应该简单、明显、清晰、单一，以保证操作者迅速反应和正确地采取措施。(4)要确保信号输出的可靠性，对极为重要和保证安全的信号装置要避免设置在噪音强、光色混乱及单一操作人员的环境里。66/834.3显示器的设计2.光信号器主要作用是显示各种不同的工作状态，如静止状态、正常状态、特殊状态和紧急状态。通常，光信号器可以通过不同的颜色显示各种状态。这些颜色的使用是一种习惯上的约定，并逐渐形成规范。67/834.3显示器的设计2.光信号器红色表示危险警报黄色表示警告绿色表示安全、正常蓝色表示某些参数的特殊作用光信号器除颜色外，还配以各种图形和文字，进一步说明和显示。如表示“禁止”、“前进”、“后退”、“通行”、"暂停"等等。对于显示危险信号的光显示器可以采用闪频的形式，以提高人的注意力。68/834.3显示器的设计三、信号器设计3.音响显示器音响显示器在示警、警告方面起着比其他显示器更为有效的作用。常见的音响显示装置有以下几种。69/834.3显示器的设计三、信号器设计(1)蜂音器，是音响显示器中声压级最低、频率也较低的一种装置。它较柔和地提醒人注意，一般不会使人感到紧张和惊恐，适用于较宁静的环境。(2)铃，比蜂音器有较高的声压级和频率，常用于有较高强度噪声的环境里。70/834.3显示器的设计三、信号器设计(3)角笛，可发出声压级在90—100dB，低频率的吼声和高声强、高频率的尖叫声，用于高噪声环境。(4)汽笛，具有高声频和高声强，适用于紧急状态的声音报警。(5)报警器，声音强度大，频率由低到高或由高到低，发出的声音明显而富有上升和下降的调子，可以抵抗其他噪声的干扰，可以加强人们的注意和接受。71/834.3显示器的设计三、信号器设计音响显示装置设计要求：①传播距离很远时，音响显示器要使用大功率，且避免高频；②在有背景噪声的场合，要把音响显示器的频率选择在噪声掩蔽效应最小的范围内；③声音要绕过障碍物、通过隔墙的时候，使用低频率的音响显示器；④希望引起人们注意的场合，音响显示器要用断续的音响信号或改变频率，富有上升和下降的音调；⑤需要证实音响信号是否达到预定位置或辨别信号性质的场合，音响显示器要装有发出信号和接收返回信号的"开"与"关"的控制装置，并保持信号传递的连续性。72/834.3显示器的设计四、显示器的布局1.指针式仪表群的布局指针式仪表多用于检查显示，而且往往是多个相同形式的仪表同时进行观察，这样多个相同形式的仪表就构成了一个仪表群。73/834.3显示器的设计四、显示器的布局当机器和设备的整个系统运行状态正常时，许多仪表指针都处于稳定的显示状态；一旦某一部分出现异常，相关的那只仪表才会出现变位显示，在这个过程中，平时显示是"无信号"的，当出现异常时，就会在相应的仪表上作出显示和记录。因此，仪表群的布局应当有利于发现这种异常。

74/834.3显示器的设计四、显示器的布局每一只仪表在仪表群的排列中，其零点位置方向都一致时，认读异常变位时效果最佳。

75/8376/834.3显示器的设计四、显示器的布局1)显示器板面的尺度显示器板面的水平方向和垂直方向的尺度应适合于人的视界范围。在水平方向上，显示器板面的宽度应在人的视角30°-40°范围内，当头部转动时，水平视界的范围不超过90°。在垂直方向上，最佳的视角范围为视平线以下0°—30°范围。允许布置的界限是从视平线起，向上30°，向下45°。77/834.3显示器的设计78/834.3显示器的设计四、显示器的布局在距离显示器板面80cm的情况下，当眼球不动：水平视野20°范围内为最佳认读范围，其正确认读时间为1s左右。当水平视野超过24°以后，正确认读时间开始急剧增加。

79/834.3显示器的设计四、显示器的布局根据显示器板面最佳认读范围的划分可将板划分为6个布局区域，如图4-24所示。按仪表的功能和重要程度在