第五章第一节人机界面的安全设计=安全人机工程学=湖南工学院

第五章人机系统的安全设计与评价内容：第一节人机界面的安全设计第二节作业环境的设计第三节安全防护装置人机学设计第一节人机界面的安全设计一、显示器的设计二、控制器的设计三、维修性的设计一、显示器的设计1、显示器的类型与设计原则2、显示仪表设计3、信号显示设计1）显示装置的类型与性能特点1、显示器的类型与设计原则2005.3.1第5

页2）显示器设计原则明显度高：醒目，消除背景干扰、提高区别能力可见度高：对观察距离、角度、显示符号大小，给以最佳处理；可读性好：形状、图案等与底板间的分辨力高，颜色和明亮度反差恰当，显示器的大小、形状不会因照明而发生畸变，认读时无幻影等；阐明力强：显示的意义明确，推断准确可靠，易掌握；简单明了：有利于认读、减少差错、提高效率；确保安全：重要的显示器，应设置仪表失效警告装置（光、声等）以免肇事；显示器显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致。2、显示仪表设计1）表盘形状与尺寸2）刻度与刻度线3）数码与字符4）指针与盘面5）盘面结构与字符数码的立位6）仪表色彩设计7）仪表面板形式及其布置8）仪表布置原则9）零点标志的最优位置1）、表盘形式与尺寸（1）仪表刻度盘的形式1）表盘形状与尺寸问:仪表的直径越大，认读它的速度度和准确性就越高？仪表表盘的大小对仪表的认读速度和精度有很大的影响。（2）表盘尺寸（一）（2）表盘尺寸（二）

W·J·怀特对圆形刻度盘的最优直径作过研究:直径25、44和70mm的仪表，视距500mm，研究其可读性,实验结果如下表：刻度盘的直径平均反应时间误读率25mm44mm70mm0.76S0.72S0.73S6%4%12%（2）表盘尺寸（三）

一般来说35~70mm的刻度盘在认读准确性上没有本质差别，但直径减少到17.5mm以下时，无错认读的速度大为降低。仪表刻度盘的适宜大小？（2）表盘尺寸（四）在选择表盘的最小直径时，必须考虑刻度盘上必需的刻度标记数量和观察的视距，实验得出了在两个最常见视距（500和900mm）上标记数量不同的仪表最小直径：刻度标记数量两种视距下表盘的最小直径500mm900mm38507010025.425.425.436.425.432.545.564.3（2）表盘尺寸（五）（2）表盘尺寸（五）2）刻度与刻度线（一）每一刻度标记代表一定的读数单位，为了方便认读和记忆，刻度标记一般有三级，即大刻度标记，中刻度标记和小刻度标记，各刻度标记间有明显的区别，如图所示。2）刻度与刻度线（二）2）刻度与刻度线（三）刻度线的宽度一般取小刻度间距的1/5-1/20为宜。当视距为710mm时，普通刻度标记的宽度如图所示：2）刻度与刻度线（四）刻度标记的高度也是刻度设计的一个重要内容。小刻度标记的长度一般是刻度间距的1.5〜2倍，大、中、小三级刻度标记的比例一般是2：1.5：1或1.7：1.3：1。2）刻度与刻度线（五）刻度标值分析:刻度的标数设计的合理性（一）使用扇形仪表易造成读数方向倒错（即把数字增大的方向读成减小）。为了避免这种错误，可使刻度标记的长度随数字增大而逐渐加长。3）数码与字符4）指针与盘面（一）4）指针与盘面（二）5）盘面结构与字符数码的立位字符与数码的上下朝向称为立位。立位的正确选择与指针盘面的相对运动关系有关。6）仪表色彩设计（二）应注意醒目色的使用，适于作仪表警戒部分或危险/急信号部分的颜色，但醒目色不能大面积使用，否则会过分刺激人眼，引起视觉疲劳。7）仪表面板形式及其布置多块组合式三块折式8）仪表布置原则（一）按仪表的重要程度排列按使用顺序排列按功能进行组合排列按视觉特性排列按最佳零点方向排列按显示与操纵相合性排列布置紧凑，按重要性、观视频度布置在合适的视区8）仪表布置原则（二）布置紧凑，按重要性、观视频度布置在合适的视区第31

页8）仪表布置原则（三）按“功能分区”的原则布置仪表第32

页8）仪表布置原则（四）按视觉特性排列所在平面与人的正常视线接近于垂直按从左到右、从上到下、按顺时针方向布置2005.3.1第33

页8）仪表布置原则（五）显示装置与被显示的对象有容易理解的一一对应的关系2005.3.1第34

页8）仪表布置原则（六）显示与操纵相合性排列8）仪表布置原则（七）9）零点标志的最优位置3、信号显示设计1）信号显示的类型与特点2）信号灯的设计1）信号显示的类型与特点（1）视觉信号2005.3.1第38

页1）信号显示的类型与特点（2）听觉信号2005.3.1第39

页1）信号显示的类型与特点（3）触觉信号2）信号灯的设计（1）信号灯的视距与亮度（2）信号灯的颜色（3）稳光与闪光信号的闪频（4）信号灯的形状、组合和编码信号显示设计信号装置的作用？能见距离与气象能见距离?信号灯的颜色设计与应用？闪光信号的作用？闪光信号的闪烁频率？不同背景下人对信号灯的辨认？信号灯的布置？荧光屏显示设计荧光屏的显示特征？荧光屏目标亮度不能超过多小?荧光屏目标呈现时间一般为多小？最佳？目标运动状态对视觉辨别的影响？屏面不同形状目标辨认的优劣次序？屏面目标颜色设计？荧光屏上字符大小规格？屏面亮度与环境亮度的关系？常见的两种矩形屏面宽高比？图形符号设计二、控制器的设计1、操纵器的类型2、操纵器的形状和式样3、操纵器的尺寸和操作行程4、操纵器的操纵力5、操纵器的识别编码6、操纵器的布置7、常用操纵器的设计1、操纵器的类型（一）操纵装置的类型（二）操纵装置的类型（三）操纵装置的类型手控操纵器旋转式操纵器脚控操纵器移动式操纵器按压式操纵器2、操纵器的形状和式样

3、操纵器的尺寸和操作行程4、操纵器的操纵力A操纵力与肌力体能的适宜性一个班次工效较高，其操纵频次高的操纵力应不大于最大肌力的二分之一；低频次的操纵力允许略大。B操纵力与操纵准确度操纵力大小与操纵准确度位移-操纵力特性2005.3.1第56

页C施力体位与操纵依托支点合理的施力体位避免静态施力提供操纵依托支点5、操纵器的识别编码编码就是使其中每一事物具有特征或给予特定代号，以互相区别，避免混淆。

6、操纵器的布置1）布置在手脚操作灵便自如的位置2）按功能分区布置，按操作顺序排列3）避免误操作与操作干扰4）操纵器与相应显示器布置的互动协调关系

1）布置在手脚操作灵便自如的位置2005.3.1第65

页（1）手动操纵器（2）脚动操纵器2）按功能分区布置，按操作顺序排列（1）按功能分区布置例如：挖掘机、汽车吊等工程机械，有行车操作的操纵器，又有现场作业操作的操作器，应把两者分区布置。（2）按操作顺序排列依照操作的顺序、与肢体的优势活动方向排列操纵器，以便于操纵3）避免误操作与操作干扰（1）各操纵器间保持足够距离2005.3.1（2）操纵器不安置在胸腹高度的近身水平面上（3）总电源、紧急刹车等特殊开关应特殊处置总电源开关、紧急刹车、报警等特殊操作器应与普通操纵器分开，标志明显醒目，尺寸较大，安置在无障碍区域。（4）不妨碍、不干扰视觉操纵器及其对应的显示器虽宜于相邻安置，但需要避免操作时手或手臂遮挡了观察显示器的视线。4)操纵与被操纵对象的互动协调关系操控主从协调关系的重要性有操纵器必有操纵对象，两者的互动协调关系称“操控主从协调关系”如：汽车操纵盘的主从关系水气管阀门的开与关顶灯、吊扇与所对应的开关音量、亮度的调节操控主从协调的一般原则操控主从运动方向的一致性1）操控主从运动方向一致性的基本形式要求被操纵对象向右运动，则操作方向也向右；其他向左、向上、向下、向前、向后、顺时针、逆时针，均相同

操控主从协调的一般原则操控主从运动方向的一致性2）操控主从运动方向一致性的其他形式若操纵器和显示器都是旋转运动，且两者离得很近，两者临近（相切）那个点都向同一方向运动同为顺时转或逆时转两者相切的点同向运动3）以旋转运动操纵直线运动时，应使操纵器上靠近被操纵对象那个点与被操纵的运动方向一致。主从两者靠近那个点的运动方向相一致操控主从在不同平面时的互动协调操纵主从在不同平面时的互动协调示例操纵方向与某些功能要求的协调关系操纵方向与功能的协调关系表操纵方向与功能的协调关系操控主从在空间的相似对应、顺序对应原则若同时存在多个操纵器和多个被操纵对象，在空间布置时使两者具有相似且一一对应的关系，主从协调关系最佳。若做不到，则提高两者的顺序对应性，可以改善主从协调关系。如果还做不到可用图形符号、文字或指引线等进行标识。操控主从在空间的相似对应或顺序对应如：煤气灶旋钮开关布局开关与灶眼的对应指引线增强主从对应性遵循右螺旋运动的规则

在空间任意方向，右旋运动对应着“前进”、“向前”，因此，符合按右旋运动规则的操控主从关系一般是协调的。符合右旋螺纹规则的主从关系7、常用操纵器的设计操纵装置的类型旋转式操纵器设计移动式操纵器设计按压式操纵器设计脚动操纵器设计操纵装置编码与选择旋转式操纵器：类型旋转式操纵器的类型旋钮手轮摇把十字把旋钮：外形旋钮是应用广泛，其外形特征是由功能决定的。旋钮的分类＞360度角度位置不重要＜360度角度位置不重要＜360度角度位置重要旋钮的形体设计：大小旋钮的大小应根据操作时使用手指和手的不同部位而定，其直径以能够保证动作的速度和准确性为前提，图5一8。为了使手操纵旋钮时不打滑，常把钮帽部分做成各种齿纹或多边形，以增强手的握执力。对于带凸棱的指示型旋钮，手执握和施力的部分是凸棱，因而凸棱的大小必须与手的结构和操纵活动相适应，以提高操作效率，图5一9。图5-8图5-9移动式操纵器：类型移动式操纵器可分为手柄、操纵杆、推钮、滑移式操纵器和刀闸等。操纵手把设计手把的形状应与手的生理特点相适应，见图5-10手把的形状便于触觉对其进行识别，见图5-11尺寸应符合人手尺度的需要，见图5-12适宜的用力范围，参阅表5-18，表5-19操纵器的适宜尺寸，与人体尺度的关系参阅表5-20，见图5-13图5-10图5-11图5-12图5-13按压式操纵器设计按其外形和使用情况，大体可分为两类：按钮按键两种工作状态接通断开按钮设计（一）外形：常为圆形和矩形，有的还带有信号功能：通常用作系统的启动和关停。工作状态：单工位和双工位单工位按钮是手按下按钮后，它处于工作状态，手指一离开按钮就自动脱离工作状态，回复原位。双工位的按钮是一经手指按下就一直处于工作状态，当手指I再按一下时，它才回复到原位。按钮设计（二）按钮的尺寸主要按成人手指端的尺寸和操作要求而定。一般圆弧形按钮直径以8-18mm为宜，矩形按钮以10X10，10X15或15X20mm为宜，按钮应高出盘面5-12mm，行程为3-6mm,按钮间距一般为12.5-25mm,最小不得小于6mm。按键设计（一）随着科学技术的发展，在现代工业品和日用品中，按键用得日益广泛，如计算机的键盘、打字机、传真机、电话机、家用电器等，都大量使用了按键。使用按键的好处是节省空间，便于于操作，便于记忆，使用熟练后，不用视觉也能迅速操作。从操纵情况来看，按键有机械式、机电式和光电式，各种形式的按键设计都应符合人的使用。按键设计（二）键盘的设计应考虑人手指按压键盘的力度、回弹时间及使用频度、手指移动距离等因素。人们使用键盘的最高击键速度可以达到15次/s,一个熟练的使用者平均击键速度为5次/s。按键设计（三）脚控操纵器的类型脚控操纵器的类型脚踏板直动式脚踏钮摆动式回转式脚控操纵器的适宜用力脚控操纵器之左右脚对于用力大、速度快和准确性高的操作，宜用？左脚OR右脚对于操作频繁、容易疲劳，且不是很重要的操作，宜用？左脚右脚OR左右脚能交替使用在什么情况选用脚控操纵器一般在下列情况时考虑选用：

1、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50-100N的情况下；

3、手的控制工作量太大，不足以完成控制任务时。脚控操纵器设计（一）脚踏板设计和相关尺寸脚控操纵器设计（二）脚踏钮设计和相关尺寸脚控操纵器设计（三）空间位置影响之一对于蹬力要求较大的脚操纵器：脚控操纵器设计（四）空间位置影响之二对于蹬力要求较小的脚操纵器：形状编码操纵器的形状和它的功能最好有逻辑上的联系，这样便于形象记忆；操纵器的形状应能在不能目视或戴着手套的情况下，单靠触觉也能分辨清楚。位置编码

在人机操纵系统中，利用控制器相对于人的