《安全人机工程学》 课件 第6章 人机界面的安全设计

《安全人机工程学》第六章

人机界面的安全设计

6.1显示器的设计6.2控制器的设计6.3显示器与控制器的配置设计6.1显示器的设计

6.1.1显示器的类型与设计原则6.1.2视觉显示器设计6.1.3听觉显示器设计视觉显示器听觉显示器触觉显示器显示器按显示的形式可分为：按照人接受信息的感觉器官可将显示器分为：仪表显示、信号显示(信号灯、听觉信号、触觉信号)、荧光屏显示等。6.1.1.1显示器类型6.1.1.2显示器设计基本原则（1）较好的可觉察性、可辨性（2）显示器传递的信息数量不宜过多（3）应考虑人接受信息能力的特性，多重感觉通道比单通道更容易引起注意。（4）同种类的信息应尽量用同样方式传递。（5）显示的信息变化时，其方向和幅度要与信息变化所带来的作用和趋向相一致。（6）在有多种显示器的情况下，要根据技术过程、各种信息的重要程度和使用频数来布置，重要的显示器应设在醒目的位置上。（7）为便于识别，在某些情况下可应用两个或两个以上的方式编码（8）显示信息的量值应有足够的精度和可靠性。（9）必须保证在特定作业环境下实现显示信息的功能和作用，保证接受者有最佳的工作条件。（10）各个国家、地区或行业部门使用的信息编码应尽可能做到统一和标准化。6.1.2视觉显示器设计

数字式显示仪表刻度指针式显示仪表6.1.2视觉显示器设计

6.1.2.1刻度指针式显示仪表设计

指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当。刻度盘的形状与大小是否合理。刻度盘的刻度划分、数字和字母的形状、大小以及刻度盘色彩对比是否便于监控者迅速而准确地识读。123考虑安全人机工程学的问题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。46.1.2.1刻度指针式显示仪表设计设计内容：刻度盘的设计刻度设计字符设计指针设计仪表的颜色设计123451.刻度盘的设计

(1)刻度盘的形状

开窗式刻度盘优于其它形式

圆形和半圆形刻度盘的识读效果优于直线形刻度盘

水平直线优于垂直直线式

大小02形状011.刻度盘的设计

(2)刻度盘的大小

刻度盘的最佳直径与监控者的视角有关，实验表明，最佳视角为2.5～5°

由最佳直径和最佳视角便可确定最佳视距，或已知视距和最佳视角便可推算出仪表刻度盘的最佳直径

认读速度和读错率与刻度盘直径大小的关系（视距750mm）刻度盘直径mm观察时间s平均反应时间s读错率%250.820.766440.720.724700.755.7312刻度盘的大小应有一个适宜的尺寸----(刻度盘直径越大越好还是越小越好？)刻度盘的直径过小时，刻度标记、数码等细小而密集，认读时难以辨认，从而影响认读速度和准确性。过大的刻度盘，使人眼的中心视力分散，扫描路线变长，视敏度降低，也影响认读速度和准确性。2.刻度设计

060504010203六种心理刻度大小刻度线类型刻度线宽度刻度线长度刻度方向数字累进法2.刻度设计

(1)刻度大小

刻度盘上最小刻度线间的距离称为刻度；刻度大小可根据人眼的最小分辨能力和刻度盘的材料性质及视距而确定；刻度线的最小值还受所用材料的限制

2.刻度设计

(2)刻度类型

单刻度线、双刻度线和递增式刻度线

递增式刻度线的形象特征可以减少识读误差

(3)刻度线宽度当刻度线宽度为刻度的10％时，读数的误差最小

2.刻度设计

(4)刻度线长度

刻度线长度受照明条件和视距及刻度大小的影响长刻度线长度＝L/90短刻度线长度＝L/200中刻度线长度＝L/125刻度线间距＝L/6002.刻度设计

2.刻度设计

(5)刻度方向：刻度方向必须遵循视觉规律2.刻度设计

（6）数字累进法：数字标注应取整数、避免小数或分数、避免换算2.刻度设计

（7）刻度设计注意事项不要以点代替刻度线刻度线的基线用细实线为好刻度线不可很长而且很挤不要设计成间距不均匀的刻度不均匀刻度举例

3.字符设计

(1)字符的形体加强各字符的特有笔划，突出“形”的特征，避免字体的相似性拉丁或英文字母时，一般情况下应用大写印刷体；汉字时，最好是仿宋体字的印刷体

(2)字符的大小字符应尽量大一些；字符的高度通常取为Ｌ／200，也可按近似公式计算（3）标度数字的原则4.指针设计一般应以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形为好。指针与刻度线的间距宜取0.1～0.2cm。长度02形状01仪表指针零位一般设在时钟12时或9时的位置上。5.仪表的颜色设计研究表明，最清晰的搭配是黑与黄，最模糊的搭配是黑与蓝；墨绿色和淡黄色仪表面分别配上白色和黑色的刻度时，其误读率最小；而墨绿色和灰黄色仪表面分别配上白色刻度线时，其误读率最大，不宜采用。6.1.2.2信号装置的设计

1.信号装置的作用2.信号装置的特点3.信号装置的一般设计要求1.信号装置的作用0102信号装置具有指示性信号装置可以显示工作状态2.信号装置的特点

信号装置的特点是面积小、视距远、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。3.信号装置的一般设计要求

信号装置和报警信号的设计必须符合视觉特征信号装置一般采用单色光，颜色采用国家标准安全色闪光信号较固定光信号更能引起人们注意123设计要求信号装置的形象显示46.1.2.3数字式显示仪表的设计1.机械式数字显示器设计2.电子数字显示器设计1.机械式数字显示器设计

机械显示器缺点是容易出现卡住或在窗口显出上下各半个字符等现象。字符印制在可翻转的薄金属片上02字符印制在卷筒上012.电子数字显示器设计发光二极管显示(LED)02液晶显示(LCD)016.1.2.4符号标志设计1.符号标志设计的一般原则2.符号标志的评价1.符号标志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010203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0405And2.符号标志的评价符号标志的评价标准为：识别性注目性视认性可读性联想性6.1.3听觉显示器设计6.1.3.1音响及报警装置的设计6.1.3.2语言传示装置的设计6.1.3.1音响及报警装置的设计1.音响和报警装置的类型及特点1234蜂鸣器铃角笛和汽笛警报器2.音响和报警装置的设计原则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做出反应。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。音响信号必须易于识别音响信号必须易于识别为引起人注意，可采用时间上均匀变化的脉冲声信号0102030405And报警装置最好采用变频的方式，使音调有上升和下降的变化。6.1.3.2语言传示装置的设计

语言的清晰度

语言的清晰度语言的强度噪声对语言传示的影响123设计要求言语的清晰度评价言语清晰度百分率×100人的主观感觉96言语听觉完全满意85～96很满意75～85满意65～75言语可以听懂，但非常费劲65以下不满意语音强度与清晰度的关系

6.2控制器的设计6.2.1控制器的类型6.2.2控制器的设计原则6.2.3手动控制器的设计6.2.4脚动控制器的设计6.2.5控制器的选择原则6.2.1控制器的类型

按操控运动轨迹分类旋转式控制器-手轮、旋钮、摇柄、十字把手等

移动式控制器

-操纵杆、手柄和刀闸开关等

按压式控制-各式各样的按钮、按键等

6.2.1控制器的类型

1.旋转式操纵器：包括手轮、旋钮、摇柄、十字把等。改变机器的工作状态，将系统的工作状态保持在规定的工作参数上。手轮6.2.1控制器的类型手轮6.2.1控制器的类型旋钮6.2.1控制器的类型旋钮6.2.1控制器的类型摇柄6.2.1控制器的类型

2.移动式操纵器：包括操纵杆、手柄、刀闸开关等。将系统从一个工作状态转换到另一个工作状态，或做紧急制动之用。操纵杆6.2.1控制器的类型

3.按压式操纵器：包括按键和按钮等。只有两个工作位置：接通和断开。常用在机器的开停、制动、停车控制上。按钮6.2.1控制器的类型按键6.2.1控制器的类型6.2.2控制器的设计原则0103020405控制器设计要适应人体运动的特征，考虑操作者的人体尺寸和体力。控制器操纵方向应与预期的功能方向和机器设备的被控制方向一致。控制器要利于辨认和记忆。尽量设计多功能控制器，并把显示器与之有机结合。尽量利用控制器的结构特点进行控制(如弹簧等)或借助操作者体位的重力(如脚踏开关)进行控制。1.控制器设计的一般原则控制信息的反馈控制器的适宜用力控制器的运动控制器上手或脚使用部位的尺寸和结构控制器的编码123452.控制器设计时应考虑的因素6.2.2控制器的设计原则6.2.2控制器的设计原则

（1）控制信息的反馈位移和压力人机器0102仪表显示音响显示振动变化操纵阻力6.2.2控制器的设计原则

（2）控制器的适宜用力操纵力不宜太大或太小，为什么？

操纵力不宜太大，因为用力太大操作困难，容易疲劳。操纵力也不宜太小，因为用力太小则操纵精度难以控制，同时人也不能从操纵力中得到有关操纵量的反馈信息，因而不利于正确操纵。（5）控制器的编码（5）控制器的编码位置编码色彩编码大小编码操作方法编码形状编码文字、符号编码6.2.2控制器的设计原则

（5）控制器的编码控制器进行编码的目的？

将控制器进行合理编码，使不同的控制器各具特点，便于记忆、寻找和感受信息，是减少差错的有效措施之一。6.2.3手动控制器的设计1.旋钮2.按钮3.杠杆4.转轮、手柄和曲柄5.按键1.旋钮

连续平稳旋转的旋钮一般设计成圆柱形或锥台形；轮缘的外形为槽形和齿形，以防止转动时打滑；旋钮的顶面标有动作位置的标记。切换或分级旋转的旋钮一般设计成长型或长与圆的综合型，外部形状要明显地指示出切换和分级的位置。切换分级的旋转角最小为左右30º，最大不超过60º。2.按钮（1）按钮的形态通常按钮的手触及的端面为圆形或方形，并应符合按压时手指的形状，使手指与它们接触时有舒适感。2.按钮（2）按钮阻力按钮开关一般用声响（如卡塔声）或以阻力的变化作为到位的反馈信息3.杠杆杠杆相对于操纵者的位置和角度是设计杠杆的主要依据。其操纵角度通常为30º～60º站姿工作时，操纵杆手柄的位置应与人肩同高或略低坐姿工作时，操纵杆的手柄应设在与人肘部差不多高的位置上4.转轮、手柄和曲柄转轮可以单手操作或双手操作，并可自由地连续旋转操作。因此，操作时没有明确的定位值。5.按键按键应凸出面板一定的高度;各按键之间应有一定距离6.2.4脚动控制器的设计1.脚动控制器的形式2.脚动控制器的适宜用力3.脚动控制器的设计1.脚动控制器形式1.脚动控制器形式1.脚动控制器形式(c)、(d)两种形式用于操作频繁且用力不大的情况下(如脚踏开关)，脚可以不离开踏板，靠脚跟支持，脚尖动作来完成操作。(a)、(b)两种形式适用于用力较大的操作状态(如汽车刹车制动器)，并且操作不频繁的情况下，脚不能经常落在上面，着力完后即离开。2.脚动控制器的适宜用力3.脚动控制器的设计为便于脚施力，脚踏板多采用矩形和椭圆形平面板，而脚踏钮有矩形也有圆形。脚踏板和脚踏钮的表面都应设计成齿纹状，以避免脚在用力时滑脱。3.脚动控制器的设计蹬力要求较大：大、小腿间的夹角应在105°～135°范围内，以120°为最佳。3.脚动控制器的设计蹬力要求较小：大、小腿夹角以105°～110°为宜。6.2.5控制器的选择原则快速而精确的操作主要采用手控或手指控制装置，用力的操作则采用手臂及下肢控制。长臂杠杆、曲柄、手轮及踏板则适合于用力、移动幅度大和低精度的操作。手控装置应安排在肘、肩高度之间而容易接触到的位置处，并易于看到。手指控制装置之间的间距可为15mm，手控装置之间的间距则为50mm。0102030405And手揿按钮、钮子开关或旋钮开关适用于用力小，移动幅度不大及高精度的阶梯式或连续式调节。6.2.5控制器的选择原则需要进行连续操作，而用手操作又不方便的场合。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。无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵力为50～150N的情况。手的工作控制量太大，不足以完成控制任务时。0102030405And当操纵力为50～150N或操纵力为50～150N，但需要连续操作时，宜选用脚踏板。考虑选用脚动控制器：6.3显示器与控制器的配置设计6.3.1显示器和控制器的布置原则6.3.2视觉显示器的布置6.3.3控制器的布置6.3.4显示器和控制器的配置设计6.3.1显示器和控制器的布置原则01使用顺序原则02功能原则03使用频率原则04重要性原则6.3.2视觉显示器的布置1.仪表盘的识读特点与最佳识读区2.显示器位置与反应速度的关系3.仪表盘的总体设计4.仪表盘的垂直立面布置5.指针式仪表群的布置1.仪表盘的识读特点与最佳识读区

视线上下的角度区域误

读

概

率0º～15º15º～30º30º～45º45º～60º60º～75º75º～90º0.0001～0.00050.00100.00150.00200.00250.0030视线与误读概率视线与盘面垂直，可以减少视觉误差（仪表盘后仰15～30º）2.显示器位置与反应速度的关系2.显示器位置与反应速度的关系

分析：最快的反应区域在视中心上下8°，右45°左10°的范围内，这个区域明显地偏向右方，在此，视中心区域也是视力最好，最清晰，因而认读效率最高的区域。

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，但始终有一定的偏量，可见仪表布置靠右比靠左有利。在对角线上，右下角135°方向的视区优于其它三个（45°、225°、315°）方向的视区。0102033.仪表盘的总体设计4.仪表盘的垂直立面布置图中x是监控者眼睛高度（约为1.5m），y是监控者俯位（约为1.3m）。无论监控者的视距为2m，还是0.6m处，均能保证各类仪表在监控者的良好视区内。A区域可