工效学 第12章 显示装置设置(修改 2012.5.9)课件

第12章显示装置设计显示装置设计显示装置机器设备向人传递信息的装置。

目的：将机器的运行状态采用数值形式定量传达或者用规定的形式定性表现，为机器操纵管理人员控制机器提供依据。显示装置分类：视觉显示、听觉显示、触觉显示。视觉显示的主要优点：采用数字、文字、图形、动画等多种形式；传示信息便于延时保留和储存；受环境干扰相对较小。听觉显示主要优点：即时性、警示性强，能向所有方向传示信息且不易受到阻隔主要缺点听觉信息与环境之问的相互干扰较大第一节

视觉显示装置的种类与功用视觉显示器的分类

视觉显示器可以按不同的标准分类：

按照显示信息的时间特性分类根据显示信息的精度要求分类

按照显示器的结构特点分类动态显示器（温度计、速度表、高度表、电视和雷达等）静态显示器（广告牌、交通标记和各种形式的印刷符号等）定量显示器（速度盘、标尺）定性显示器（红绿灯）警告性显示器

第一级：危险警告第二级：非常警告机电仪表显示器、电光显示器、灯光显示器哪个读数更快些？数字显示器与模拟显示器的选择

数字显示：直接用数码来显示

模拟显示：用刻度和指针来指示氧气压力表比较开窗式：数字式仪表的一种变形

优点：认读区域很小，读数准确快捷；

缺点：不掌握易信息变化趋势及状态，跟踪调节不方便。圆形仪表盘

优点：观察时视线扫描路径短，认读较快；

缺点：读数的起始点和终止点可能混淆。直线形的仪表盘

缺点：扫描路径长，认读比较慢、误读率高根据指针与度盘相对运动分类：

指针运动刻度盘固定刻度盘运动指针固定显示装置中的报警信号指示方面借以引起操纵者注意或指示其进行某操作。执行方面借以反映某个指令、某状态、或某类演变正在执行或已执行等。如机器、设备等发生故障或生产过程出现异常情况时，它就准确、及时地向操纵人员发出信号，报告事态的性质和具体位置。一、刻度盘设计二、刻度和刻度线三、文字符号四、指针设计五、指针、刻度和表盘的配色第二节视觉显示装置的工效因素五种常见刻度盘的设计刻度盘尺寸刻度盘直径D大小应该适当

D<17.5mm

无错认读速度大为降低。

25mm<D<80mm

随着D增加，读数速度与准确度提高，读错率下降；

D>80mm

随着D增加，读数速度与准确度下降，读错率上升；

35mm<D<70mm读数速度与准确度无差别；认读速度和读错率与刻度盘直径的关系圆形刻度盘直径/mm观察时间（秒）平均反应时间（秒）读错率（%）2544700.820.720.750.760.720.756412怀特实验刻度大小刻度大小

人眼直接读数，刻度最小尺寸为0.6~1mm视距为750mm时，通常取1~2.5mm；

观察时间受限时，通常取4~8mm。不同材料最小刻度值刻度线刻度线宽度：

一般取刻度大小的5%～15%普通刻度线宽度：0.1mm精密装置刻度线宽度:0.0015～0.1mm

远距离观察时刻度线宽度：0.6、0.8mm

刻度线长度选择。视距为“L”

长刻度线长度＝L/90中刻度线长度＝L/125短刻度线长度＝L/200

10%读数误差最小刻度线长度与视距的关系视距(m)长刻度线长度(mm)中刻度线长度(mm)短刻度线长度(mm)0.50.5~0.90.9~1.81.8~3.63.6~6.05.510.020.040.067.04.17.114.028.048.02.34.38.617.029.0刻度方向刻度方向刻度盘上刻度值递增顺序和认读方向。刻度方向设计必须遵循视觉运动规律，即从左到右、从上到下，或顺时针旋转方向。文字符号字符的立位仪表盘面上字符数码立位的正确选择，与指针盘面的相对运动关系有关盘面同定，指针旋转盘面旋转，标记固定文字大小字符的大小主要与视距、照度以及背景色彩搭配有关

●字符高度

H=L／200或者H=La／3600其中H为视距，a为视角(多为10’-30’

)

●字符宽度字符宽高比：3:2拉丁字母宽高比：5:3.5

字体笔画宽与字高比：1:8、1:6字符高度尺寸D与视距L的对照关系指针设计指针形状简单明确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的针尖不要覆盖刻度，一般要离开刻度记号1.6毫米左右指针颜色与度盘颜色应有较鲜明的对比，但指针、刻度线、字符颜色应该相同。零点位置颜色设计仪表颜色设计主要指刻度盘、刻度线、字符以及指针的颜色匹配问题。级次12345678910清晰

程度底色

被衬色

模糊

程度底色

被衬色

汽车仪表盘配色

苏霍伊Super-100机场的灯光

机场上装有各式各样的灯光，发出明亮的光芒，帮助飞机在夜间使用机场

机场的灯光

跑道边线灯：

发出白色光，显示出跑道轮廓。在最后2000英尺换成琥珀色灯，以表示警告区。跑道中线灯沿跑道的中心线每隔25或50英尺有一个装在地面内的跑道中线灯，灯面与道面齐平，不怕机轮碾压，灯泡发出的是200瓦以上的强光，其亮度明显超过其他灯光。第一只灯安装在距着陆入口75英尺处，从跑道端开始的300米以内，中线灯发出的光是红色的；在跑道的中间部分，中线灯则发出白色的亮光，这种安排使飞机驾驶员在空中比较容易地看出跑道的中线和跑道的两端。跑道中线灯：

沿跑道的中心线每隔25或50英尺安装。从跑道端开始的300米以内中线灯为红色，而在跑道中间部分为白色。跑道端灯：

向跑道外照射出绿色灯光；

向跑道内照射出红色灯光。翼灯：

在距跑道端300米处，在进近灯两侧增加了2排灯。最前1大横排为白色灯光，用来帮助驾驶员校正飞机的两翼是否水平；以后各排灯均为红色，提醒驾驶员此区域不是跑道进近灯：

夜间帮助驾驶员确定距离和下降坡度。

中心线的延长线900米处每隔30米设置5个一排的白色强光灯，组成一列顺序闪光的灯线，每秒钟闪动2次。目视进近坡度指示器

：

若驾驶员看到的全是白光，表明飞机飞得过高；若驾驶员看到的全是红光，说明飞机飞得过低。

只有当驾驶员看到的是上红下白，此时才是正确的下降坡度第三节

信号显示设计信号显示特征信号灯的视距和亮度信号灯的颜色闪光信号信号灯的形象和复合显示信号显示特征视觉信号

由信号灯产生的视觉信息。特点优点：面积小、视距远、引人注目、简单明了

缺点：信息负荷有限（信号太多会形成干扰）作用

指示性显示工作状态信号灯设计信号灯采用灯光形式传递信息，其作用是提醒和警告。亮度亮度至少两倍于背景亮度，背景以灰暗为好；

颜色

红色：表示警戒、停顿等不安全情况；

黄色：提请注意；绿色：表示正常运行。闪光信号

闪烁频率:多采用0.67～1.67赫

亮与灭时间比:1:1至1:4之间。信号形象化老飞行员错把高速当跑道

国航某飞行员驾驶大型客机，拟在禄口机场着陆。由于当晚空中能见度较好，该飞行员采用了目视助航灯光降落的方法。此次降落险些酿成机毁人亡的重大事故。飞行员一般在天气好，高空能见度大的情况下，选择用目视助航灯光降落，而不选择用仪表形式降落飞机。为何选择目视助航灯着陆？一是，目视助航灯光降落有一定的优点，程序简单，飞机降落时间短，易操作。二是，使用目视助航灯光降落，飞机降落时间比仪表降落节省时间5至6分钟，而每节约一分钟就能省油500多元钱。因此，一些飞行员在操作飞机降落时常常选用目视助航灯光降落。老飞行员错把高速当跑道

南京机场高速公路在与禄口机场相连接一段，约1公里左右便紧挨着飞机着陆时的“24”跑道。每当夜幕降临时，高速公路上的高杆灯打开，而机场导航所用的进近灯、跑道灯都要在夜间同时打开。目前高速公路上的高杆灯功率为1000W，而机场跑道的进近灯和跑道灯的功率均为200W。从而导致飞行员误将高速公路当作跑道。信号灯的视距和亮度信号灯设计应使观察者在一定视距下看得清楚，其亮度至少两倍于背景的亮度。可选择空气散射小，射程较远的长波红光信号灯或者功率消耗较少的蓝绿光。对于远程通信用信号灯，还要考虑各种气候条件下信号灯的能见距离。表能见距离与空气透明度的关系大气状态透明系数能见距离km空气绝对纯净0.99200透明度非常好0.97150很透明0.96100透明度良好0.9250透明度中等0.8120空气稍许混浊0.6610空气混浊（霾）0.364空气很混浊（浓霾）0.122薄雾0.0151中雾2*10-4～8*10-100.5～0.2浓雾10-19～10-340.1～0.05极浓雾＜10-34几十～几米为什么交通信号灯选择红、黄、绿三种颜色?人的视网膜含有视感细胞和三种视锥细胞。视感细胞对黄色的光特别敏感；而三种视锥细胞则分别对红光、绿光及蓝光最敏感。由于这种视觉结构，人最容易分辨红色与绿色。虽然黄色与蓝色也容易分辨，但因为眼球对蓝光敏感的感光细胞较少，所以分辨颜色，还是以红、绿、黄为佳。信号灯的颜色颜色含义说明举例红危险或告急有危险立即采取行动有触电危险黄注意情况有变化温升异常绿安全正常或允许运行机器准备启动蓝按需要指定其他含义白无特定用意任何含义闪光信号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：引起观察者的进一步注意；指示操作者立即采取行动；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的快慢；用以指示警觉或危险信号。不同背景下人对信号的辨认信号灯背景灯光认读效果闪光稳光最佳稳光稳光好稳光闪光好闪光闪光差信号灯的形象显示在德国东部城市茨维考拍摄的女人形象（上）和男人形象的行人过街信号灯。2004年12月起，该城市过去一直使用的男人形象的信号灯部分更换成女人形象，以示男女平等。在捷克的布拉格，一组娱乐交通信号灯在街头“亮灯”。这组由男子形象组成的“红绿灯”是由一位年轻的艺术家创作的，但是他的这种艺术行为在当地是不被允许的，这组娱乐交通灯随后也遭到了清除。在允许通过的最后几秒钟时，图像会加快行走速度，催促行人加速通过，使在保证其醒目度、易读性、公认度的基础上，增加了形象化、人性化的元素，从而确保行人过街时能自觉看灯通过。交通信号灯走路动感设计汽车采用复合灯指示有车、刹车、转弯等状况。

匀速行驶时，6个尾灯全灭；

右拐时，右边3个尾灯从左至右顺序亮灭；

左拐时，左边3个尾灯从右至左顺序亮灭；

发生故障时，6个尾灯一起明灭闪烁；

刹车时，6个尾灯全亮。信号灯的复合显示有关交通信号灯的设计（1）有关交通信号灯的设计（2）

为了防止色盲、色弱患者对交通信号的误认，有的城市采用如下改进信号灯。改进的交通信号灯有关交通信号灯的设计（3）【案例】交通信号灯交通干道十字路口中央设置一座交通信号灯塔。塔上四面均装有红、黄、绿信号灯。每个信号灯的上部均设置一个长方形屏幕的倒计时时针，数字为红色七段数码。在屏幕上部对应装置一个蜂鸣器，当屏幕显示4秒种时，黄信号灯亮，显示0秒时蜂鸣器鸣笛一声，同时绿信号灯亮，倒计时开始。试用相关知识分析设计的意图？分析如下信号灯采用标准通用型，便于识别数字采用红色，有振奋作用，使人注意采用蜂鸣器，增加冗余度，加强报警有停止的预留时间【案例】汽车倒车当汽车倒车时，汽车黄色尾灯闪亮，同时车内发出重复提示性语言录音，试说明报警装置是怎样应用人的感觉特性理论进行设计的。黄色灯为提请注意的信号灯闪光信号更引人注意同时给出听觉和视觉警示，增加信号的冗余度使用间断重复的语言提示，可加强信息传递第四节

荧光屏显示设计荧光屏的显示特征目标的亮度、呈现时间和余晖目标的运动速度目标与背景的关系屏面视频显示应用新技术荧光屏的显示特征荧光屏显示的独特优点既能显示图形、符号、信号，又能显示文字；既能作追踪显示，又能显示多媒体的图文动态画面在人一机信息交换中发挥着越来越重要的作用。目标：荧光屏上显示的视觉信息载体（如图形、文字、符号、信号等。目标亮度越高，越容易察觉当亮度超过34cd/m2时，视敏度不再提高，所以屏面亮度不宜调节过高。目标的亮度目标的呈现时间t0.01<t<10s目标能见度随t增大而提高通常目标呈现时间在0.5s已经可以满足视觉辨别需要最佳呈现时间：t=2s~3s目标的余辉余晖是目标呈现时间结束后残留在屏面上的亮点余晖与目标呈现时间有一定关系特点：最初亮度下降快，而后下降越来越慢电影为什么是流畅的

电影的视频图像以是每秒24帧快速播放，而24帧／秒是人眼可以看出是否有动画感的底限。视频是将运动的图像以每秒至少24张画面的进行拍照，然后以每秒24张连续的图像快速播放。由于人眼的视觉残留现象，人们看不出它是24张图片，看到的是连续的动作，这就是拍电影的原理。目标的运动速度目标运动状态对视觉辨别有很大影响。运动目标比静止目标易于察觉，但难于看清。

运动速度>800/s，很难看清出目标。设计时应限制目标的运动速度。目标的大小目标的能见度随目标面积的增大而增大，大体上呈线性关系。目标过大，占用空间较多，不够经济荧光屏字符大小与视距的关系：视距/m字符直径/mm0.51.03.03610岸基雷达海基雷达空中预警雷达以色列费尔康预警机

美国E-3“望楼”预警机

空基雷达目标的形状不同形状目标辨认效率

优劣次序为:三角形、圆形、梯形、方型、长方形、椭圆型、十字型。红色

绿色白色蓝色目标的颜色目标采用红色或绿色时，视觉辨别效率与白色目标相似红色目标易引起视觉疲劳，故微型算机的荧光屏上绝大多数都用绿色作目标。采用蓝色则视觉辨别效率稍差。从视敏度的角度看，目标愈大愈易察觉。目标亮度必须达到亮度对比度高于能见的阈值，目标才能被看见。背景亮度为0.34~34cd/m2时，亮度对比随背景亮度增大而减小；最佳背景亮度：68cd/m2。目标与背景的关系目标亮度－背景亮度亮度对比度＝背景亮度屏面屏面大小与视距和预显示目标的大小有关。

●当视距为35.5~71cm时，屏面直径以12.7~17.8cm为佳；

●计算机屏幕为14in，当显示信息比较多时，可以增大为17in、20in；●当显示CAD图形时，常用20in的显示器。屏面分辨率分辨率是指象素点与点之间的距离，象素数越多，其分辨率就越高，因此，分辨率通常是以象素数来计量的，如：640×480，其象素数为307200分辨率越高，显示的信息清晰度越好，越容易被人认读。显示器大小最大分辨率

14英寸1024×768

15英寸1280×1024

17英寸1600×1280

21英寸1600×1280屏面颜色计算机的色彩以数字描述和分级24位以下是伪彩色，24位以上是真彩色在真彩色显示方式下，每个象素点间颜色的过渡非常平滑，更加接近自然状态。显示器的发展球面显示器平面直角显示器液晶显示器视频显示应用新技术在人类信息表达过程中，视觉占65%,听觉占20%，触觉占10％，味觉占2％视觉和听觉信息占据绝大部分计算机多媒体的发展传统DOS操作界面windows操作界面可视化软件操作界面多媒体技术的发展异地视频会议虚拟现实技术三维显示技术第五节图形符号设计图形符号显示特征图形符号的应用图形符号设计的一般原则图形符号含义的内涵不应过大，使人们能够准确地理解，不产生歧义。图形符号的构形应该简明，突出所表示对象主要的和独特的属性。图形符号的构形应该醒目、清晰、易懂、易记、易辨、易制。图形的边界应该明确、稳定。尽量采用封闭轮廓的图形，以利于对目光的吸引积聚。图形符号要能突出表达出客体主要的、独特的属性。这是图形符号避免歧义、能抗干扰的根本所在。图形符号要简明。这是图形符号能快速辨认、也是醒目、清晰、易懂、易记、易辨、易制的关键。什么车图形符号的辨认辨认速度和准确性指标符号简单中等复杂呈现的时间0.0340.0530.169感觉－语言反应潜伏期3.112.703.13呈现总数认错率10.82.22.5辨认的速度和准确性与识别特征数量关系成功的图形符号示例图形符号的颜色含义标志的颜色都有特定的意义，国内和国际上都做了规定。红橙黄绿蓝紫红白黑道路交通符号无人看守铁路道口标志禁止驶入标志人行天桥标志

停车场标志小型汽车标志禁止行人通行标志生产安全符号

注意危险标志禁止触摸注意防火必须带安全帽必须穿防护服避险处图形、符号的应用图形和符号指示应用在机器设备上，有利于操作者迅速观察和辨认，提高了信息的传递速度，在某些场合更显得经济和重要。机动车辆上的图形符号示例交通表示注意的符号交通表示禁止的符号电子和电器上常用符号指示1一天线；2一地线；3一电池十；4一电池一；5一二蕊插孔；6一调零；7一交流电源；8一直流电源；9一变频器；10一话筒；11一拾音头；12一喇叭；13一避雷器；14—加热器；15—热电偶；16—阴极；17—吸尘；18—振动器注意图形、符号的单个笔画大小应该按照视觉认读中的最佳视角设计不得采用人们不能接受的或者过于抽象的图形，符号。西安厕所标志太个性让市民迷糊“现在的厕所标志越来越丰富了，竟然还有用男女兵马俑头像做厕所标志的！”近日，不少读者反映厕所标志花样很多，记者遂走访了西安的20多间厕所和正学街上的制作店，发现现在的厕所标志竟多达几十种，男女头像、男女礼帽、高跟鞋和烟斗、燃着的香烟和高跟鞋、英文简写“M”“W”等等。第六节振动对认读能力的影响产生动像的途径有三：第一，物体振动观察者不动；第二，人动而物体不动；第三，人和物体都动。物体振动频率视网膜上成像的模糊程度与物体的振动频率和振幅有关。振动频率在1Hz以下，人眼能够通过跟踪物体来消除振动。一般认为振动频率达到3～4Hz，会产生成像模糊。物体振动幅度当物体频率为17.5Hz，振幅在0.15mm和0.75mm之间变动时，辨认错误和辨认时间没有什么改变。在其他设备条件理想的情况下，振幅在0.5mm范围内不影响成像效果。观察距离影响成像效果的频率范围大小在某种程度上与观察者和物体间的距离有关离观察者较近物体的成像比较远的物体成像要大如果物体离人较远而振动频率不变时，由于视角较小、成像的模糊程度将减弱。人们常常从物体的大小和观察距离来测定振动效果。二、观察者振动观察者振动对视觉的影响：会产生模糊的成像（归因于眼球与物体的相对运动）。低频率（大约2~3Hz以下）时：整个身体作同步运动，头和眼睛以同样的方式运动。频率增大时：头和眼睛由于共振而产生成像的模糊程度，将比人们单纯根据运动强度推断出的要大。有必要弄清头和眼睛相对于人体的共振特性。脚-头传导特性

8～10Hz

频率时共振最强头-眼传导特性共振始于30Hz，在60-90Hz

频率时共振最强。在低频率下（8～10Hz

）和振动不太强烈时，振动会被眼肌运动抵消，可在视网膜上看到相对稳定的成像。二、振动对人体与工作的影响机理

物体振动和观察者振动哪种对视觉的影响大？？1965年的丹尼斯实验

频率低于14Hz，物体振动的影响大；频率高于14Hz，观察者振动的影响大；三、观察者和物体同时振动人和物体做同步运动时，运动物体的成像稳定不动的投射到视网膜上振动频率、振动幅度、个人差异，运动方向都会影响物体成像。如何影响是人因工程急需解决的问题。第七节听觉传示设计各种音响报警装置、扬声器和医生的听诊器均属听觉传示装置，而超声探测器、水声测深器等则是声学装置，不属听觉传示装置的范畴。听觉传示装置分为两大类：音响及报警装置言语传示装置一、音响及报警装置蜂鸣器：常配合信号灯一起使用，作为提示性听觉显示装置提示操作者注意提示操作者去完成某种操作指示某种操作正在进行。特点：声压级最低、频率也低例如：汽车倒车、汽车转弯AwardBIOS自检蜂鸣器声音速查1短：系统正常启动。恭喜，你的机器没有任何问题。2短：常规错误，请进入CMOSSetup，重新设置不正确的选项。1长1短：RAM或主板出错。换一条内存试试，若还是不行，只好更换主板。1长2短：显示器或显示卡错误。1长3短：键盘控制器错误。检查主板。1长9短：主板FlashRAM或EPROM错误，BIOS损坏。换块FlashRAM试试。不断地响（长声）：内存条未插紧或损坏。重插内存条，若还是不行，只有更换一条内存。不停地响：电源、显示器未和显示卡连接好。检查一下所有的插头。重复短响：电源有问题。无声音无显示：电源有问题。音响及报警装置铃：因其用途不同，其声压级和频率也有较大差别。用做指示上下班的铃声和报警器的铃声，其声压和频率就较高，因而可用于具有较高强度噪声的环境中。角笛:高噪声环境中的报警装置；汽笛:适合于紧急状态的音响报警装置;特点：角笛:吼声(声压级90分贝、低频)和尖叫声(高声强和频率高）汽笛：声强和频率都高警报器

主要用作危急状态报警（如防空、救火报警）。特点：声强大、频率由低到高，具有抗噪声干扰性一般音响显示和报警装置的强度和频率使用范围装置类型平均声压级／dB可听到的主频率应用举例距离装置2.5m处距装置1m处用于噪声较大或高区域场所4in铃6in铃10in铃角笛汽笛65～7774～8385～9090～100100～11075～8384～9495～100100～110110～121100060030050007000用于工厂、学校、机关上下班的信号；以及报警的信号，主要用于报警用于噪声较小或低区域场所低音蜂鸣器高音蜂鸣器1in铃2in铃3in铃钟50～6060～70606263697070～8070727378200400～100011001000650500～1000用作指示性信号、可作报警用、用于提请人注意的场合，如电话、门铃；也可用于小范围内的报警信号、用作报时注：1in＝25.3995mm音响及报警装置设计原则（一）音响信号必须保证使位于信号接收范围内的人员能够识别并按照规定的方式作出反应。音响信号的声级必须超过听阈，最好能在一个或多个倍频程范围内超过听阈10dB以上。

音响信号必须易于识别，特别是在有噪声干扰的情况下，音响信号必须能够明显地听到并可与其它噪声和信号区别。当噪声声级超过110dB时，最好不用声信号来作报警信号。音响及报警装置设计原则（二）采用时间上均匀变化的脉冲重复频率（低于0.2Hz和不高于5Hz），引起人注意脉冲持续时间和脉冲重复频率不能与干扰声的脉冲持续时间和脉冲重复频率重合。报警装置最好采用变频的方法，使音调有上升和下降的变化。显示重要信号的音响装置和报警装置，最好与光信号同时作用，组成“视听”双重报警信号，以防信号脱漏。二、言语传示装置传递和显示言语信号的装置称为言语传示装置。麦克风（受话器）是言语传示装置，扬声器就是言语显示装置。经常使用的言语传示系统有：无线电广播、电视、电话、报话机和对话器及其它录音、放音的电声装置等。设计言语传示装置时应注意以下几个问题：言语的清晰度言语的强度噪音对言语传示的影响噪音环境中的言语通信言语的清晰度评价言语清晰度／％人的主观感觉9685～9675～8565～7565以下言语听觉完全满意很满意满意言语可以听懂，但非常费劲不满意所谓言语的清晰度是人耳对通过它的音语(音节、词或语句)中正确听到和理解的百