人因工程(机器要素)

人因工程

管理学院●工业工程

机器要素要素一、人机介面二、显示器三、控制器四、C/D组合

人机系统指人与机器之间有互为补充，互相依赖的关系。显然人机系统是一个闭环系统，在其中人扮演着关键角色，因为决策是由人来做出的。在人机系统中，信息和命令一般是这样传递的：一个记录显示生产过程的某一信息，操作人员通过视力接受这一信息，对这一信息进行正确的理解和评估(解释)。根据他的解释,根据他过去的经验,他做出一个决策，下一步是通过控制器把这个决策告诉给机器,另一个关于控制的显示器告诉操作者他的行动的后果(如试剂里已溶化了多少水)，然后机器按照预先编好的程序招执行命令，当操作者看到这一过程中的主要信息,如温度和压力被显示出来后，这个周期就完成了。一、人机介面人机介面要素人机介面要素

传统的显示器主要是指生产过程中显示信息的各种仪表。现在显示器的定义要广得多。显示器是指任何把信息由机器或环境传递给人的媒介，因此，各种工业仪表是显示器，产品的说明书也是显示器，各种交通符号是显示器，各种警报也是显示器。事实上，日常生活中的报纸、电视、收音机等都是显示器，都是以不同方式把信息传递给人的。定义二、显示器按照作用对象的不同，提供信息的显示器大致可分为视觉显示器，听觉显示器和触觉显示器等，其中以视觉显示器最为普遍。常用的视觉显示装置，包括各种仪表、信号、标记和符号、示波屏(示波器,电视屏幕,计算机屏幕等)、以及其它显示信息,如地图,图表,说明书等。听觉显示虽然不如视觉显示使用得那么普遍，但在作为警告或提醒注意的装置上却有着特别的价值，当然，还有使用听觉渠道的其它机会,例如当视觉受损失或者在无法使用视觉的黑夜环境中。常用的听觉显示装置有铃、蜂鸣器、喇叭、汽笛和哨子等。当不能使用听觉和视觉显示时，我们有时也运用触觉显示，即让人通过触觉进行辨别的。分类显示器分类显示性所显示的信息应具有较好的可觉察性，可辨性,保证监视者迅速,准确地获得信息。显示器传递的信息量不宜过多，特别是应减少显示不必要的信息。显示符号应力求形象化，并与人的习惯相一致。在一种感觉负担过重时，应改用另一种感觉协助获取信息。同样的信息应尽量地用一种方式显示。使信息显示精度与系统的要求相适应。应考虑到照明、噪声、振动、微气候、空气条件等因素的影响。设计原则显示器原则设计原则总之，设计显示器的形状、大小、颜色、分度、标记、空间布置、强度、亮度、变化、照明、背景环境、以及听觉信息的响度、频率、持续和信号噪音比等多种有关因素，都必须适合人接受信息的认识过程，使操作者对显示器所显示的信息辨认速度快、可靠性高、误读少，并且减轻精神紧张和身体疲劳。要素

仪表是一种应用最广的信息显示装置,它在生产过程中起着重要作用,仪表显示的好坏直接影晌工作效率,仪表的种类很多,可分为以下三大类:指针运动式仪表盘面运动式仪表数字式仪表显示器仪表显示

仪表种类仪表种类指针运动仪表

这类仪表应用极广,它是用不同形式的指针来指示有关参数或状态,这类仪表式样很多,如圆形,半圆形,水平长条形,垂直长条形,扇形等,一般指针处在仪表面内,其特点是指针运动而仪表面不动。盘面运动式仪表这种仪表式样也很多,大体如指针运动式仪表的几种式样,其特点是指针不动而仪表盘面转动(移动).数字式仪表这类仪表不用指针,而直接用数码来指示有关参数或状态,常用的有条带式数字,荧光屏上呈现数字,以及用数码管或液晶呈现数码等等,应该根据系统对仪表的要求进行选择.显示器仪表显示

仪表的选择

读数用仪表检查用仪表控制用仪表

仪表的选择控制用仪表又可分为两类：追踪用仪表。如追踪和瞄准运动中的目标,这类仪表一般不需要精确读数,只需要看出实际状态与目标状态之间的差距以及变化趋势,数字式仪表不适合,使用荧光屏显示效率最优,在指示仪表中长条式最适合,其次是圆形仪表,。调节用仪表。这类仪表只是用来指示操纵器调节值,而不是指示机器系统的动态,如收音机调频显示就属于这类仪表,调节用仪表适用面较广,一般采用指针运动式仪表,也可以采用数字式仪表.

仪表的选择检查用仪表一般不是为了获得正确的数值,而的为了检查仪表的指示是否偏离正常,当偏离了时进行必要的调节；警戒用仪表也属于检查用仪表,仪表的指示范围一般分正常区,警戒区和危险区；对检查用仪表,不能采用数字式仪表,很容易出差错,也增加了操作人员的脑力负荷；读数用仪表：对于这类用途仪表采用指针运动式仪表为合适；指针在仪表面上应当很明显很突出,引人注目,警戒用仪表的警戒区、危险区和其它区域必须能明显地区别开来,可以得用不同颜色、标志等区分这类仪表指示各种状态和参数的具体数值,供操作者读出数值来使用,；数字式仪表最适合读数用,无论是读数速度还是读数精度,数字式仪表都高于其它类型的仪表；数字式显示有一个非常明显的弱点：在某一时刻只有一个数值可见，很难由此判断信息的变化；为了兼顾读数和了解变化情况,在很多时候,我们仍用指示形式的仪表作读数用。仪表的选择显示信息的不同方式显示的种类指针移动式圆盘移动式数字式读数容易程度可接受可接受很好辨别变化很好可接受很差控制过程很好可接受可接受显示器仪表显示

仪表的刻度

比仪表的外观更重要的是仪表的刻度的尺寸,设计刻度时应考虑以下内容:刻度高度刻度的数目和间距数字标法数字和字母的大小刻度标数原则

仪表的刻度刻度标数原则指针运动式仪表标数的数字应直排,仪表面运动标数的数字则应辐射定向安排；最小刻度一般可不标数,最大刻度必须标数；指针在仪表面内时,如果仪表空间中够大,则数字应在刻度的外侧,以避免被指针挡住；指针在仪表面外侧时,数字应标有刻度的内侧；开窗式仪表的窗口大小应显示出被指出的数字及上下相邻的两个数,以便看清指针运动的趋势,标数应顺时针直排仪表的刻度数字和字母的大小仪表刻度上标记的文字和数字的高度,也应根据视距的大小来确定,可以采用下列公式:H==L/200式中:H----数字或字母高;L----视距推荐的字母高度单位:毫米到眼睛的距离最小字母或数字的高度<5002.5501--9005.0901--18009.01801--360018.03601--600030.0字母和数字应当符合下列比例:宽度2/3高度笔划的厚度1/6高度两个字母之间的距离1/5高度单字之间的距离2/3高度仪表的刻度数字的标法仪表上使用的数字,其增加的方向和累进的方向对提高阅读效率,减少读错也有非常重要的作用；数字的增加一般服从以下原则:*顺时针方向为增加;*从左向右的方向为增加;*从下向上的方向为增加.数字应只用来表示大的刻度,小刻度一般不标出,为了便于读数,小刻度最好是大刻度的1/5或1/10.在不得已的情况下用2进位也可以，其他的划分读起来很困难,应尽量避免。仪表的刻度刻度的数目和间距仪表刻度数目首先应满足要求的精度；刻度的数目和间距也应当考虑操作人员读表时的距离,一般来说,应满足下列:刻度的厚度a/5000两个最小刻度的距离a/600两个大刻度的距离a/50刻度精度和视距也决定了仪表表盘的大小.阅读仪表时,如果视距近、仪表表盘，如圆形仪表的直径可小些。仪表刻度直径大小与刻度数最小限度为2.5厘米.仪表的刻度刻度高度仪表的刻度高度与视距有关,如果a是可能的最远的观察距离,建议用下列最小的刻度单位:最大刻度的高度:a/90中间刻度的单位:a/125最小刻度的高度:a/200如当观察距离是1米时,仪表的最小刻度的高度应为5毫米,最大刻度的高度应为1厘米。显示器仪表显示

仪表的指针

指针的形状和大小指针的零位

指针的形状应以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形为好，形状要尽可能简单，以便减少误读率；通过速示器对指针大小的实验结果表明：指针的长度对读数影响很大，而粗细对结果并没有显著的影响，因此在设计指针时,其长度必须慎重考虑；日本学者坪内和夫研究了指针与刻度线的间隔认为,当指针与刻度线的距离超过0.6厘米时,距离越大,读取误差就越大,相反,从0.6厘米开始,越接近于0,其误差越小,当间隔接近0.2厘米时,误差相同且保持不变,因此,指针与刻度线的间隔最好为0.2--0.1厘米；指针的针尖应与最小的刻度等宽,指针应尽量贴近仪表面,以减少读值时的误差。仪表的指针指针的零位

仪表指针零位一般都在时钟9点或12点位置,圆形读数仪表可视需要安排或设在12点钟位置,警戒用仪表的警戒区应设在12点钟处,危险区和安全区处于其两侧,许多检查时,仪表的指针即使稍稍偏离标准状态,立即可以发现,读到时间和误读率较少,如果仪表排成一行,应排成2行,以避免观察仪表时眼睛和身体有较大的移动.显示器符号和图形

使用符号的好处

在人的信息接受过程中,若是文字显示,则必须要经过一次编码的过程,而若符号选用得当的话,就可以省去编码的过程。人对文字的接受是顺序的,而对简单的符号的接受几乎是同时的,这样在时间紧迫的情况下,符号比文字要接受得快些。文字是受到国界限制的,而一个明确的符号是不受国界限制的。当他不懂得该国语言的国家时,会遇到很多困难,而用符号,可以克服这个问题。用文字显示就必须假定接受信息的人一定懂得文字,世界上还有近四分之一的人是文盲,用符号显示可以使没有文化水平或文化水平很低的人也能了解要传递的信息的内容。符号的设计

在符号的设计中应遵循下列原则:

符号不应产生误解,要避免使用会产生多重含义的符号,特别是有可能产生相反含义的符号。符号应与人的习惯相一致。西方在使用符号方面积累了丰富的经验,我们可以借鉴,以便少走弯路,这样也可以增加符号在世界范围内的通用性。在符号使用的开始,由于人们对符号还不太熟悉,应与文字同时使用。显示器符号和图形

显示器符号和图形

图形的应用文字显示说明书=+图文并茂与产品不可分有深有浅语言简炼要素要素控制器定义

控制器是操作者(人)用来操作机器的装置，是人将信息传递给机器的一种工具。控制器组成了人-机交往的第二个界面，控制器与显示器一道,构成了一个完整的人--机系统的信息循环。控制器的设计是否合理,直接关系到人机系统的工作效率。不少控制操作差错所引起的事故与控制器本身设计不合理有关。设计及制造机器设备时,应考虑与使用机器的人有关的操作动作、能力、习惯等生理、心理限度，使控制器的设计更为合理。控制器有狭义和广义两个概念。狭义的控制器,也就是传统的控制器是指人控制机器和机械的装置,如各种按钮,操纵杆,脚踏板等。而广义的控制器则是任何把人发出的信息传递给系统的媒介,如钢笔,筷子等广义地讲也属于控制器的范畴。

定义要素控制器种类

第一类控制器为手动控制器第二类控制器为脚动控制器第三类控制器为键盘式装置第四类控制器是平面控制控制器分为四大类控制器分为四大类第一类控制器为手动控制器这是最常见的一类控制器.手动控制器,顾名思义,是由操作者用手控制的设置.常见的手动控制器有各种旋钮,按键,手柄,转轮等等.第二类控制器为脚动控制器操作者用脚控制的装置。脚动控制器主要有两种：一种是脚踏板,一种是脚踏钮。第三类控制器为键盘式装置在人--计算机系统中，人机交往之间的控制器主要是键盘。严格地讲，键盘也属于手动控制器。但由于随着计算机的普及，键盘成为一种使用越来越广的输入工具，所以把它列为专门的一类。第四类控制器是平面控制平面控制就是控制器本身是一块平面,当平面受到一定的压力之后,平面下的电路就被接通,控制器所对应的命令就传给了机器。许多现代化的家用电器和一些电子设备就是采取这样的控制方式。要素控制器引起错误许多事实说明：不少差错是由于设计控制装置时没有充分考虑人的因素所造成的。操作人员可能出现的操作上差错，概括起来主要有：置换差错调节错误逆转错误无意的操作错误

控制器引起错误

置换差错：当不同功能的控制器安装在一起，但其相互关系又不容易辨别时，常常引起操作者本来应操作A控制器而结果造成操作B控制器的错误。其主一原因是控制器位置安设不适当或缺乏使操作人员凭触觉(或其他感觉)就能确认的标记符号。调节错误：调节控制开关时,调错开关位置,以致机器运行太快或太慢,这就是调节错误。逆转错误：操作控制器时,操作的方向与实际需要的方向相反,这就是逆转错误。造成这类错误的原因是控制器的转动方向不合人的操作习惯,控制器的转向与指示器或系统的运转的方向缺乏逻辑上的联系;控制器本身缺乏醒目的导转标志等。无意的操作错误：在使用控制器时忘记复位或固定,以及操作时间不准确,操作不小心等,均能造成无意的错误。引起错误的原因可能：控制器本身缺乏复位装置或某种报警信号系统；旋钮阻力不够；手感不强，操作时无法感觉出操纵量的大小，从而容易产生碰移或凝滞；控制器的配置或操纵力，超过了人的操作能力，使人无法触及或操作困难等。控制器编码

减少操作错误的一个方法,就是把控制器进行编码,使每个控制器都有自己的特征或代号,以便操作者确认而不混淆。在使用许多控制器的复杂操作场合,编码尤其重要。编码的方法一般是利用形状、大小、位置、颜色或标号等进行编码的。要素控制器设计原则

习惯控制比控制器与显示器的一致性控制器之间的距离阻力控制器设计的其他原则

控制器设计原则

在设计控制台时应该考虑以下五条原则:显示器应与它相应的控制器尽可能地靠近。控制器应该或者在显示器的下方,或者在显示器的右方。如果控制器安置在控制台,而显示器在显示台,那么控制台与显示台的设计应对应起来。控制器的标签应在控制器的上方,对应的显示器的上方也应当也相同的标签。如果要连续操作一系列控制器,那么对应的显示器在控制台的安置也应该这样,从左到右。如果控制台上的操作不是按顺序进行的,那么对控制器和显示器应按功能分类,这样也可以使控制台显得有次序些.可以用颜色,标签,不同尺寸或形状的旋钮,或用行和列来对控制器进行分组.。最常用的控制器和显示器应该在操作人员的正前方,比较次要的控制器放在控制台的两边.控制器设计原则

如果要自由地正确地操作控制器而不受附近控制器的影响,控制器之间应当有一个最小的分开距离。相邻控制器之间的距离(单位:毫米)

控制器操作方式最小距离最佳距离按钮一个指头2050肘节开关一个指头2550主开关一个手50100两个手75125手轮两个手75125旋钮一只手2550踏板用同一只脚50100

控制器设计原则

控制器的设计应考虑人的四肢的骨胳及其功能.手指和手应该用来作快速的准确的运动,手臂和脚应该用来做需要力量的操作。手操作的控制器应该易于达到和抓起,在肘高和肩高之间,眼睛完全可以看到。控制器之间的距离应考虑到人的生理特性,用指头操作的旋钮或开关之间的距离最小应为1.5厘米.需要用整个手操作的控制器之间的距离应当不小于50厘米。按钮,反向开关,旋钮适合于只需要很少运动,很小力,高精度的操作，可以是连续性的,也可以是间断性的操作。长杠杆,曲柄,吊车,手轮,踏板等适合于用力,运行距离较远,精度较低的控制。控制器的设计原则阻力操作控制器时应该有一定的阻力,这样可以使控制行为更准确,不会由于手的颤抖或其他原因而不必要地把开关打开或关上.下面是schmidtke推荐的各种控制器的阻力.一只手的旋转2.0-2.0Nm用一只手的压力10.0-15.0Nm踏板的压力40.0-80.0Nm有时为了区别某一控制器而故意采用高于上面阻力的值.下列控制器比较适合不需要力量,但精度要求较高的控制:转向开关,手杠杆,旋钮.控制器的设计原则控制比为了把显示器的状态固定在某一位置,操作人员首先用控制器把显示指针迅速地调到要达到的状态附近,然后再用控制器慢慢地做准确的调整。控制器的手柄或旋钮移动的距离和显示器指针的移动距离之间的关系。比较粗略的调整,指针的移动快于控制器的移动更好,但比较精细的控制,控制器的手柄的移动比显示器指针的移动快些更好。引用Shackel的推荐值：他认为当控制器是一个作圆形运动的旋钮,显示器是沿水平方向运动的指针时,旋钮走一圈指针走50-100毫米比较合适,这里允许的读数误差是0.2到0.4毫米。如果读数的误差较高,在0.4-2.5毫米之间,那么控制器每走控制器的设计原则习惯当控制器向右方移动时,圆形的或水平的显示器的指针也应向左移动。在直方向显示器,指针应向上移动。当控制器向上或向前运动时,指针应向上或向右运动。右手转或顺时针转意味着增加,所以显示器也应该显示增加。Hoyos推荐对于圆盘移动式显示器,当控制器向右移动时,刻度应向右移动,但是刻度从左到右应是增加的,这样向右转可以使读数增大。当控制器向上,向前,或向右移动时,显示器的读数应增大,或开关应当在‘开’的位置,为了使读数减少,或关掉开关,控制器的手柄应向内,或向左,或向下移动。要素控制器设计

用手或手指操作的按钮肘节开关旋钮曲柄手轮踏板控制器设计小力矩时的手柄长度60-120毫米大力矩时的手柄长度150-220毫米快速定位的手柄长度<120毫米根据摩根的研究,下面是曲柄半径所对应的旋转速度:半径(毫米)2050120240旋转速度(rmp)270255185140因此,旋转的速度越慢,曲柄的长度就越长,反之也成立.曲柄与操作阻力的关系为:曲柄长度为240毫米阻力为0.5-2.5Nm曲柄长度为120毫米阻力为3.0-4.0Nm120毫米--240毫米是曲柄的理想长度.在这一