第六章 工作地设计

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

第六章工作地设计

人在工作中所需要的活动空间，加上机器，设备，工具及被加工件所占的

空间统称为工作地.工作地设计的任务就是使机器，设备，工具及被加工物根据

人的操作要求进行空间布置，达到舒适，方便，提高工效的目的.工作地设计是

生产管理，生产组织和工艺设计人员的一个重要任务.工作地的设计包括工作高

度的设计，坐椅的设计，达到空间等多方面的内容.工作地设计与人体测量学是

密切相关的.

第一节工作高度

工作高度通常是指人的手在工作时相对于地面的高度.工作高度太低口寸，

人的视力受到影响，进而影响人的工作效果.为了改善视力，人也许不得不弯着

身子或低着头，这又会产生腰疼或脖子疼.相反，若工作高度太高了，人在工作

中不得不抬高手臂，这又会使肩膀疼.因此，设计合理的工作高度是十分必要的.

唯一最优的工作高度是不存在的，因为最优的工作高度不仅随着人的实际尺寸的

不同而变化，而且也与人的姿式，工作性质有关.

一.站立时的工作高度

一般而言，人站立工作时较舒适的工作高度是比站立时的肘高低5-10厘米.

我国男性站立时的平均肘高为102厘米，女性为96厘米，所以对男性较合适的

站立时的工作高度应为92—97厘米，女性为86—91厘米.但是人们站立工作时

工作台的高度与工作的性质有关.精密的工作要求较高的工作高度以改善视力，

重体力劳动要求较低的工作面以便于手部使劲.表6T给出了西方国家推荐的对

不同的工作站立时的工作高度.

表6T.站立工作时推荐的工作高度（单位:cm）

工作类型对男性的推荐高度对女性的推荐高度

精密工作100T1095-105

轻度工作90-9585-90

重工作75-9070-85

由于我国人的平均身高比西方国家人的平均身高要低5厘米左右，所以我们

在采用上面的数据时应考虑到这一差异，否则采用的值可能偏高.

从理论上来讲在设计站立时的工作高度时，稍高一点比稍低一点为好.因

为如果工作面太高了，可以通过放一块脚踏板来解决.而如果工作面太低了，则

只有通过人弯腰来解决.但在实际工作中也许会遇到问题.我们有的企业进口的

设备，工人工作时感到太高了，想加脚踏板，可是管理人员却不让，理由是这样

破坏了"文明生产

二.坐着时的工作高度

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

表6-2给出了西方国家推荐的坐着工作时桌面的高度.我国目前采用的写字

台的高度与表6-2中给出的值是相乎的.例如作者现在使用的桌面高度为79厘米,

计算机桌面的高度为68厘米.

表6-2.坐着工作时推荐的工作高度（单位:cm）

工作类型对男性的推荐高度对女性的推荐高度

精密工作90-11080-100

读书或写字74-7870-74

手工劳动（包括打字）6865

就当指出，在人们坐着工作时，最重要的设计尺寸是工作桌面与椅子坐面之

间的距离.当桌面太高或太矮时，人们可以通过调整椅子的高度使自己上部保持

较适合的姿式（当然以腿有地方休息为前提）.格郎金在一项研究中发现一般的办

公室工作人员比较喜欢的桌椅之间的距离是27-30cm.即对应于75厘米高的办公

室桌，椅子的合适高度为45厘米左右.

现在电子计算机在我国正在逐渐普及.许多人在买回计算机后，就简单地

把它放在自己的办公桌上，这样做是不好的.以桌子高75厘米为例，加上键盘高，

实际工作高度近80厘米.由于键盘操作需要手指的不断运动，工作高度应比读书

或写字时低.从表6-2中我们可以看出，计算机桌面的高度以65-68厘米较适宜.

把计算机把在办公桌上，会使手臂抬高，增加了不必要的疲劳.

三.站坐交替工作面的设计

从生理学的角度来讲，我们推荐能够交替站着或坐着进行的工作，这是因

为若老是站着，人的腿部的负荷过重，使人感到劳累，而总是坐着，人的运动量

太小，正如我们马上就要看到的，也会产生一些职业病.人在站着和坐着时对身

体内部的产生的压力是不同的，轮流站着和坐着工作，人体内的某些肌肉就象是

轮流工作和休息一样.另外许多学者相信，每次变换姿势都可以改善骨髓内营养

的供应，这对人的身体也是有好处的.

在设计站-坐可交替的工作面时，工作面的高度以站立时的工作高度为准，

为坐着工作时提供较高的椅子，椅子高以75-95厘米为宜，同时一定要提供较高

的脚踏板，使人坐着工作时脚有休息的地方，否则人们很难工作持久.图6-1给

出了一个站-坐交替工作的例子.

第二节活动空间

活动空间在这里是指在人的身躯基本不动的情况下手或脚可达到的区间.

了解人的活动区间对于控制器的设计，加工部件在桌面上的布置，及工具置放的

位置是十分有用的.在设计达到空间时，一般是以小个子的尺寸为设计准则的,

因为显然，小个子能达到的地方大个子也能达到.

一.伸手能达到的高度

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

人的手能达到的最大高度与人的身高是成比例的.泰柏格(Thiberg)用回归

的方法计算出人手伸出能达到的最大范围与身高有下列线性关系：

最大静止摸高=1.24*身高

若身高为170厘米，则最大静止摸高为2.11厘米.应该指出，这只是一个

-一般结论，不能排除有的人手相对于他的身高特别长或特别短的情形.

把伸手最大摸高减去手指的长度，我们就可以得到人手的最大抓握高度.

最大抓握高度是一个较重要的指标，因为这决定东西最多可以放多高.但这只是

人手能达到的最大范围，而不是最舒适的范围.最舒适的范围比上面所得的值要

小30-40厘米.人在垂直方向的作业空间可以划为五个区间，每个区间适应于不

同的工作.

1.在0-50厘米高度之间适宜于脚控制，若用手操作，身体必须蹲下或弯腰,

这样会使身体弯曲，消耗体力，增加不舒适感.因此在此位置只能设计脚踏板，

脚踏钮.把工具或要装配的东西放在地下显然是违反了这•原则.我们有时也

看到这样的现象，工人用脚去踏手动控制器或用脚把工具或零件钩上来，就是因

为这些东西的放置位置太低的缘故.

2.在50-70厘米之间，手与脚的操作都不方便，所以不宜在此高度之间设

计控制器.

3.在70T60厘米高度之间，最适宜于物的操作和观察，各种重要的常用

的控制器，显示器，工作台面都设置在这段高度之间，特别是90T40厘米区间是

人最舒适的作业范围.

4.在160T80厘米之间，手的操作已不太方便，但视觉条件还可以，所以

在这一区段内较适宜于放置显示器.

5.在180厘米以上高度，手的操作极不方便，视觉条件也下降.在这个区

间只宜设置报警信号或极少使用的控制器，工具等.由于人在观察这一区间的显

示器时有仰角，容易误读，所以显示器也要向下倾15-30度为宜.

二.平面空间

人在坐着工作时，常常是身体伸直或稍向前倾10T5度，大腿平放，小腿垂

直或稍向前伸，这时人的手的运动范围被限制在工作台面以上的空间范围内.虽

然人手这时的最大伸及范围是--个立体空间，但一般来说，人手在工作面上所能

达到的范围对我们来说才是最有用的.下图给出了人坐着时桌面高度手的水平工

作范围.理想的工作范围是以两个肩膀为支点，以35-45厘米为半径的两个半圆

之内，其次是以55-65厘米为半径的两个半圆.人在工作时所需要的所有东西都

应放在这个区间，当然人的手偶尔超出这个范围也不会有什么负作用.

第三节坐椅的设计

随着科学技术的飞跃发展，许多传统的体力劳动工作正在被脑力劳动工作

所代替，其结果是坐着工作的白领工人的数量的急骤增加，现在在西方发达国家

坐着工作的人数已大大超过站着工作的人数，因此有人把二十世纪称为是人从站

立动物变成坐着动物的世纪.坐椅成了人们在工作中使用最多，最久的一个''工具

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

为作业者提供舒适的椅子，可以大大减轻人们的疲劳程度，提高劳动生产率.

因此人们对坐椅的设计进行了大量的研究.

一.坐着工作的优点

在日常生活中，我们对坐椅是十分熟悉的.坐椅是如何起源的？考古学家

发现坐椅最早是以一种身份的象征出现的.在部落开会时酋长坐在椅子上，而其

他人则坐在地上.后来发展到国王坐在龙椅上，大臣们站着或坐在侧面的椅子上

听候圣旨.既使现在，坐椅的这种象征地位的作用仍然是存在的.我们走进一

个工厂或一个公司，从一个人的坐椅就可以看出他在那时的地位，一般工人是坐

在木椅上的，年长的职员坐在有点海绵的折叠椅上，只有厂长或经理坐在舒适的

沙发椅上.如果一个女秘书坐椅特别好，很可能她对厂长或总经理有影响力等.

从人类工效学的观点来看，椅子的主要作用不应是它的象征意义，而是它

的减少疲劳的功能.相对于站着工作，坐着工作有下面几个好处：

1.减轻人的腿部的负荷.人在站着时，人的全身的重量是由大腿承受的，

而在坐着时，人的上半部的重量直接由臀部承受的.人身体在两种姿式下所承受

的压力如下图所示.显然在站立时，人腿承受的重量要大得多.

2.人在坐着时，能量的消耗也减少.这是由于人身体所承受的重量也减少,

静负荷减少，因而能量消耗自然减少.由于能量消耗的减少，对血液的需求量也

随之减少.

3.人在坐着工作时，能更好是完成比较精确和精细的工作.

总之，人坐着工作一天不象站着一天那样累了.

二.坐着工作产生的问题

坐着工作使人一天的运动量大大地减少，这既是一个优点，也是一个缺点.

如长期坐着使人的腹肌松驰，不仅使人行动变得迟缓，也影响到人的消化和呼吸

功能.但最常见的问题是由于长期坐着不动而带来的肌骨疼痛.表6-3给出了在

瑞典对246个办公人员进行的一项问卷调查的结果.从表中可以看出坐着工作带

来的疼痛区域是广泛的，涉及到人体从头到脚儿乎各个部位，其中以腰疼最为严

重.56%的人抱怨他们曾感到过腰疼.

表6-3.坐着办公人员的抱怨

部位百分比（阶

头疼14

脖子疼或肩膀疼24

腰疼56

大腿疼19

膝盖和小腿疼29

为什么坐着工作看起来舒服，而又有这样高的比例的抱怨呢？这是因为坐

着工作时，人的脊椎的压力发生了根本的转变.

下图给出了在站立时和坐下时人的脊椎的形状.在站立时，人的脊椎相对

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

的直一些.在坐下时，人的脊椎是弯曲的，而且在腰椎以下要承受较大的扭力.

图6-4给出了纳切森(Nachemson)测出的在四种不同姿式下人的第三根腰

椎与第四根腰椎之间的压力，以站立时的压力为100%直着坐着时，压力为140,

弯着身子坐下时，压力为190%,增加了近一倍.

人的脊椎在短时间内是能够承受高于空手直立时所产生的压力的.问题是

坐着工作的人长所累月地使脊椎超负荷运行.由于尚不知道的原因，脊椎之间的

脊椎盘慢慢地失去了弹性，功能开始下降，在严重的情况下，脊椎盘之内的液汁

甚至被挤出脊椎盘，使脊椎的功能彻底丧失.而不正确的坐姿，不合适的椅子更

加快了这种速度，这使得许多科学家投身于坐椅的研究了.

三.坐椅的设计

根据大量的研究结果，人们为座椅设计提出了以下原则：

1.座面高度

座面高度应合适.若太高，两脚被悬空，使下肢和背部肌肉紧张，同时大

腿的下表面受坐椅前缘的压迫而血流不畅，感到酸麻.但座面太低，则为了使人

体重心落在支持面内，躯干势必前倾，这样就不能保证脊椎的关节处于合适的夹

角，而且增加了背，腰部肌肉的负荷.合适的座面高度应取略低于小腿高度，

一般在40-45厘米之间.设计通常满足较高的95%,而对余下的5%只要采用脚垫

也会感到合适.如有可能，座椅的高度应能够调整最好.

2.座面纵长

座面纵向太长，椅面的前缘会妨碍小腿活动，也无法有效地利用靠背，但

太短显然也不好，座面应能保证臀部全部得到支撑，一般以臀膝距的3/4为设计

依据，通常取45厘米左右.

3.座宽

一般来说座宽宽些，人坐着要舒服些，但座椅的成本和占有的空间增加，

显然座宽要满足臀部的宽度，对于有扶手的座椅更是如此，否则人便坐不下去.

设计座宽时，要以臀部最宽的5%为依据，一般为40厘米左右，当然在成本和空

间允许的情况下，座宽是高于这个最低要求的.

4.座面

研究表明，当座面向后倾时，人的腰椎受力要合理些.但倾多大最好呢？

当座椅是休息用的椅子时，这个角度为与水平面成14-24度为最好，但当座椅是

工作用椅时，座面倾斜的角度应小些，以与水平面成5度左右为宜.

5.座椅的靠背.

大量的研究表明，靠背是减少由于坐着工作带来的腰疼的最好方法.所以

对于常年坐着工作的人，座椅一定要有靠背.靠背的高度应有48—52厘米，这样

不仅腰可以得到休息，肩也可以得到休息，靠背的宽度以32—36厘米为宜，并应

有弧形.靠背应向后倾斜15—20度(与垂直面)，靠背应用较柔软的材料做成.

下图是一个现代化的椅子.

：人的信息处理系统的基本结构

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

以上我们介绍了几个关于人的信息处理系统的基本模型，从这些模型中我

们对人的信息处理系统有一个初步的了解，我们把这些模型中的主要观点综合

起来,可以得到以下关于人的信息处理系统的基本组成部分的结构图.图中的每

一个方框分别代表信息处理的各个阶段，箭头表示信息流通方向.下面先对图中

的各个元素给一个简单的说明：

人的信息处理的第一个阶段感觉.在这一阶段，人通过各种感觉器官接受

外界的信.息，然后把这些信息传递给中枢信息处理系统.感觉内部有存贮器，以

便在中枢信息处理系统未接受感觉信息之前，把这些信息先暂时存贮一段时间，

通常在1-2秒钟之内，若在这段时间内，信息还无法进行中枢信息处理系统，

则信息就在这里消失掉.在感觉之后是人的中枢信息处理系统，也被称作认知系

统，或决策系统，在这里，人对获得的信息进行编译，整理，选择，决定采取什

么，这期间，要不断地与人的记忆发生联系，从记忆中取决相关的信息，把有用

的信息贮存到大脑中.在中枢信息处理系统之后，是人的反应系统，它执行中枢

信息系统发出的命令，产生人的信息处理系统的输出.在信息经过感觉，决策，反

应的三个阶段时，儿乎都离不开注意.人的注意资源量是有限的，假如有些阶段

的信息处理占用了较多的信息资源，那么其他阶段能分配到的就比较少，它们处

理信息的效率就会因此而降低.人的注意能力可以随着努力程度的提高而有一定

的提高，通过学习和训练，信息处理过程对注意的要求也可以降低.例如我们能

够一过走路一•边聊天，这两种活动之所以能顺利进行，就是因为我们对走路已经

相当熟练，只要给予少量注意资源就可以了.

第二节感觉

人通过自己的感觉器官获得关于周围环境的各种信息，因此感觉是人的信

息处理系统的输入子系统.感觉器官中的感受器是接受刺激的专门装置.在刺激

物的作用下，感受器的神经末梢发生兴奋，兴奋沿神经通道传送到大脑皮层感觉

区产生感觉.一般来说，一种感觉器只对某种形式的刺激特别敏感，这种刺激就

叫该种感觉器的适宜刺激.除适宜刺激外，感觉器对其他刺激不敏感或根本不反

应.例如可见光是眼的适宜刺激，一定频率范围的声波是耳的适宜刺激.电或机

械刺激虽然也能在眼内引起感觉，但需要较大能量，而且这种感觉是相当粗糙的.

人的感觉有视觉，听觉，肤觉，嗅觉，味觉，动觉等多种，其中视觉和听

觉是信息输入的主要感觉通道.每种感觉通道都有其特殊的功能和作用，但也都

有其局限性.这肿局限性可能直接影响信息输入，进而可能影响更高水平的信息

处理.例如，眼睛视网膜中视维细胞和视杆细胞这两类感受器的感光特性限制了

信息显示中颜色编码的使用范围.

感觉器官可接受外界刺激的范围被称为感觉阈限，感觉阈限有绝对阈限和

相对阈限两个概念.

外界刺激必须达到一定强度才能引起人的感觉.刚刚能引起感觉的最小刺

激量，叫绝对感觉阈限的下限.强度比这个值低的刺激不能引起人的感觉.感觉

器官不仅有下限，而且还有上限.能产生正常感觉的最大刺激量，叫绝对感觉阈

限的上限.作用于感觉器官的刺激强度若超过这个上限，就会引起痛觉，严重时

甚至于造成感觉器官的损伤.

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

人借助于感觉器官不仅能够确定刺激的有无，而且能觉察刺激的变化或差

别.刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量，叫差别感觉阈限，也叫最小

可觉差.每一种感觉器官的差别感觉阈限不是一个绝对数值，它随最初的刺激

强度而变化，并且两者之比是一个常数.这一关系被称为韦伯定律，可用下式表

示：

△I/I=K

式中I是初始刺激强度，为引起差别感觉的刺激强度的增量，K以与水

平面成5度左右为宜.

5.座椅的靠背.

大量的研究表明，靠背是减少由于坐着工作带来的腰疼的最好方法.所以

对于常年坐着工作的人，座椅一定要有靠背.靠背的高度应有48—52厘米，这样

不仅腰可以得到休息，肩也可以得到休息，靠背的宽度以32—36厘米为宜，并应

有弧形.靠背应向后倾斜15—20度（与垂直面），靠背应用较柔软的材料做成.

余息目^.doc

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

第七章显示器

第一节人机系统

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.

辛格顿在给世界健康组织的一项报告中指出机器可以执行更快，更准确的

工作，也更有力量，相反，人的行动是很慢的，能使出的力量也很有限.但另一

方面，人的灵活性和适应能力很强.如果能够充分发挥人和机器各自的优点，那

么人机组成的系统是一个效率很高的系统.

对机器的控制直到最近才成为一个大问题.随着电子技术的发展，需要对

机器进行更快更准确的控制，要求操作人员对使显示的信息进行更准确的解释,

这使操作人员的工作变得更精细，对操作人员提出了更高的要求.结果是人的因

素在人机系统中变得越发重要了.在飞机驾驶中，飞行员的反应速度是至关重要

的.在对化学系统的控制中，保持高度的警惕，做出正确的决策本身就可以防止

事故的发生.所以现代系统的设计更应该从工类工效学的角度入手进行考虑.

人机系统的介面包括下面两方面的内容：

1.从显示器上接受信息；

2.通过控制器对机器进行控制.

下面我们从人类工效学的角度来考虑这些问题.这一章我们讨论显示器的

设计问题，下一章我们讨论控制器的设计问题.

第二节显示器的种类及设计原则

一.显示器的定义

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.

二.显示器的分类

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,

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

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.在

日常工作和生活中，由于读错显示装置（如仪表）而发生的事故是屡见不鲜的.因

此合理地利用视觉显示，对保证生产顺利进行是十分重要的.

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.

三.显示器设计的原则

1.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.如对视觉显示器，要使被显示的信息清晰可见.对听觉显示器,

声音应该有一定的强度使人能够听到等.各种显示都不应低于人对应的最低感觉

阈限.

2.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.前面

我们已经讲过，人在工作时接受的信息都被放在工作记忆中，而工作记忆的容量

是非常有限的，显示过多的信息，不仅增加了人接受信息的时间和负担，而且使

主要的信息更容易被遗露.

3.显示符号应力求形象化，并与人的习惯相一致.应尽量采用形象直观的

和与人的认知特点相匹配的显示格式.显示格式愈复杂，人们认读和译码的时间

愈长，也愈容易发生差错.应尽量提高显示格式与所表示意义间的逻辑联系.

4.在一种感觉负担过重时，应改用另一种感觉协助获取信息.多重感觉信

号比单个感觉通道更易引起注意.在某些情况下，可以应用两个或两个以上的方

式编码，如符号的形状和颜色相结合，这样可以加快人对信息的接受.

5.同样的信息应尽量地用一种方式显示.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.这样有两个好处.一是可以减少错误的

发生.二是由于信息显示有一致对应性，使人的自动控制系统得到发展，进而降

低人的脑力负荷.

6.使信息显示精度与系统的要求相适应.显示精度过低，不能提供保证系

统正常运行的信息，这显然不行.但若信息显示精度过高，会提高认读难度和增

大工作负荷，导致信息接收速度和正确性的下降，显然，显示器应该只显示那些

操作人员需要的信息.例如，显示他可能读到的一位数做最小单位，如果他需要

读压力到最靠近的lOOmmgh,那么最小的分隔单位应该是lOOmmhg,有些仪器并不

需要显示某一具体数字,而是某一区域，比方说在一个‘冷‘区间，’暖和‘区间，和‘

太热’区间，在这种情况下，移动指针最好，各种不同的区间应该用不同的颜色,

或类型表示出来.

7.应考虑到照明，噪声，振动，微气候，空气条件等因素的影响.

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，度且减轻精神紧张和身体疲劳.

第三节仪表显示

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

一.仪表的种类

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：

1.指针运动式仪表，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.

2.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儿种

式样，其特点是指针不动而仪表盘面转动（移动）.

3.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.

二.仪表的选择

1.读数用仪表.

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，显然,

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，但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，因此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.

第二次世界大战之后，人们认识到了显示仪器的设计对快速,准确地阅读数

据对飞机和其他机动车辆是多么重要，人们对显示器的设计和布置进行了大量的

研究，这--类研究通常采用一个速显器，某一信息在速显器的屏幕上出现零点儿

秒，然后找出人在各种显示方式下的读错率.

图7-1给出了斯雷特的研究结果，在斯雷特的研究中，每一种方式向总共

60个被试者各显者17次，每次显示0.12秒的时间，从图中我们可以看到在不同

的显示情况下人的读错率是有显著的不同的.天窗式显示器的读错率仅为0.5%,

显然是最好的，原因似乎是在天窗式的显示中，被试者不用花时间去找指针的位

直.

默瑞尔等人怀疑用速显性的适用性，因为在实践中，操作人员只要认为有

必要可以尽可能长地阅读数据，尽管有这样的反对意见，我们还是同意桑德斯等

人的观点，即在一般情况下，开窗式的显示比其他的显示读错率要少，竖向刻度

没有横向刻度好，但在当要比较儿个不同的读数时，竖向显示比横向显示好.

如果需要看一个过程的情况,或注意到变化的大小，两类指针式仪表都比数

字式仪表要好得多，而指针运动式显示器更好，可以提供更多的信.息，圆盘移动

式显示也可以达到这个目的，但圆盘式显示有不容易记忆读过的信息和不能评估

变化的范围等缺点，如果一个过程需要把某一变量设到某一值（如液体的压力，

电压等），用指针移动式显示较容易，因为可以用人事先确定另一个指针的位置,

当两个指针接近时，过程可以得到较精确的控制，如果过程变化得很慢，那么，

移动指针或圆盘这两种形式的显示都可以，桑德斯等认为一般来讲指针移动式显

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

示（即固定刻盘，移动指针）比反过来（即固定指针，移动刻盘）要好些，移动指针可

以吸引眼睛的注意，并可以较快地读数，但是另一方面，固定刻盘有它的局限性,

如果变化的区间很大，刻盘就变得太大了，这时固定指针，只显露某一区域的数

值，即用刻盘移动式显示就更好.

2.检查用仪表.

使用这类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，当仪表指示进入警戒或危险区时,

即需及时处理.

显然，对检查用仪表，不能采用数字式仪表，因为这样操作人员就不得不把

各个标准记在脑子里，很容易出差错，也增加了操作人员的脑力负荷，对于这类

用途仪表采用指针运动式仪表为合适，仪表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，不同标志等区分.图7-2为两种不同表面的检查用仪表，显然,

右边的显示比左边的要好得多.

3.控制用仪表

控制用仪表又可分为两类，一类为追踪用仪表，这类仪表是为了追踪操纵

而使用的，追踪操纵是动态控制系统中最常用的操纵方式之一，目的是通过人的

手控，使机器系统按照人所要求的动态过程或者按照客观环境的某种动态过程去

工作，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，另一类控制用仪

表为调节用仪表，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.

下表显示了三种显示方式的相对优缺点和它们各自的适用范围.

表7-1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

三.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:

1.刻度高度

仪表的刻度高度与视距有关，职果a是可能的最远的观察距离，我们建议用

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

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.

2.刻度的数目和间距

仪表刻度数目首先应满足要求的精度，如只要求读到分的仪表，最小刻度

单位应为分，略去秒以下的刻度，当然，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，应满足下列并系：

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.其次，仪表刻度直径大小与刻度数最小限度为

2.5厘米.

3.数字标法

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：

(1)顺时针方向为增加；

(2)从左向右的方向为增加；

(3)从下向上的方向为增加.

数字应只用来表示大的刻度，小刻度一般不标此为了便于读数，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.

4.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.

表7-2给出了根据上式换算的推荐的高度.

表7-2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

<5002.5

501—9005.0

901—18009.0

1801—360018.0

3601—600030.0

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

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

应当指出，上面的标准是通过对数字和字母实验得出的，因此只适用于数

字和英文字母，是否适用汉字有待于研究，因为汉字笔划多少不匀，对一些简单

字，上面的值可能适应，对于笔划很多的字，如繁字，每一画应多粗人才能看得

清，还没有进行研究.

6.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.

四.仪表的刻度

1.指针的形状和大小

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，困此在设计指针时，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.

2.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.

第四节符号和图形

符号的作用

人类社会很早就开始使用符号了，事实上我们的汉字就是一种象形字,可以

说是在符号的基础上发展起来的，不仅我们中华民族的文化是如此，世界其他国

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

家的文化中，符号，特别是图形似的符号，也有着十分重要的作用，国外一学者

曾在世界各地搜集到20000余种各类符号.

使用符号一般认为有以有以下儿个好处.

第一，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，因为文字本身是没有意义的，只有把文字与贮藏在大脑里的意思对应起来，

文字才能有意思，这种对应尽管在许多情况下是自动的，无意识，但也需要占用

人的一定的时间和精力，而符号显示，若符号选用得当的话，就可以省去编码的

过程，如在公路旁边画一个鹿站在路中央，人们很快知道前面路上有鹿，而用“小

心前方有鹿穿行〃,人们还必须得先理解这句话，（因为我们的教材是用文字写得，

所以好像觉得文字比符号好）.

第二，人对文字的接受是顺序的，而对简单的符号的接受儿乎是同时的，

这样在时间紧迫的情况下,符号比文字要接受得快些，仍以上面的例子，在高速

公路上，一眼可以看清鹿站在路中间的一张画，而用同样的时间，无法读完'小心

前方有鹿穿行'八个字，正是由于这个原因，西方国家高速公路上都尽量用各种

符号来代替语言

第三，导是受到国界限制的，而一个明确的符号是不受国界限制的，随

着科学技术的发展，交通变得越来越快，方便，世界变得越来越小.当一个人走

进一个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，下图是三个关于男厕所的显示.左边是用中文写的男厕所三个字，对于一

个不懂中文的人来说，他是不知道这是男厕所的.中间一个是英文的男厕所，对于

一个不懂得英文的人,显然也不会知道这是男厕所，这对于一个懂一点英文的人

可能也是一个问题，因为他可能以为这是指'人'或'男士'，而不知这是男厕所.

右边一个图是用符号表示的男厕所，不管你是懂中文还是英文，或者这两种语言

一种也不懂，只要遇到过一次就可以永远知道这是男厕所了.

第四.用文字显示就必须假定接受信息的人一定懂得文字，不幸的是在即

将走进二十一世纪的今天，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.下图是关于

戴安全帽的两种显示方法，左边是文字显示，右边是图形似的符号显示，显然，

右迪的显示比左边好

符号显示的优点是明显的，可是我国的广大设计人员似乎没有认识到这一

问题，在日常生活和工作中，我们使用符号的频率已远远低于西方国家，这与我

们这个以象形字为文化起源的国家是不相称的，我们应当迎头赶上.

二.符号的设计

上一节我们谈到了使用符号的许多优点，这是建立在符号的意义很清楚这

样一个假定基础上的.所以为了发挥符号显示的优点，我们必须首先得使用意义

清楚，不容易混淆的符号，而这做起来是不容易的，用不同的符号表示同一个意

思，所产生的效果是很不一样的.

图7-5是几个不同的建筑物的出口标记，两位学者做了这样一个试验，他们

在速显器上把某一种符号显示给被试者，然后让他们回答这是不是一个出口符号,

图中也给出了各种符号的错误率，我们看到，每一种符号都有一定的错误率，有

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

的错误率竟高达42%.当然这与符号显示的时间很短及被试者对符号不熟悉有关,

事实上，我们到现在仍未找到一个理想的出口符号.

图7-6是五种不要横穿马路的符号，显然最右边的一种符号最好，意思最清

楚，可是我们现在绝大多数地方使用的是右边第二种符号，即招手的符号，试验

结果表明，右边的符号最好，70%的被试者希望这是不要横穿马路的符号，右边

第二种次之，有23%的人希望这是不要横穿马路的符号.

正是符号显示有它的优点，但也容易产生混淆，所以设计好的符号显示就

显得特别重要，在符号的设计中应遵循下列原则：

第一，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.

第二，符号应与人的习惯相一致.

第三，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，正如我们已经讨论过的，这

正是使用符号的优势所在.

第四，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.

三.图形的应用

常言说一张好图抵得上一千个字，在许多情况下，这一点也不夸张，在人

的信息处理过程中，图形与符号属于同一类型，因此，符号具有的一些优点，图

形也具有.而且图形的象形作用比符号要强得多，图形在表示物体之间的相对位

置，表示物体的相对大小等方面比文字有不可比拟的优势.图7-7是从华中理工

大学校门口到外宾招持所的两种表示方法，左边是文字表示，右边是图形显示,

显然右边的方法要好得多.

进校门后，沿着左手（西边）的

一条道一直向前走，走了大约

十分钟在右手边可看到邮局，

是一个两层楼的房子，过了邮

局往前走一个街口就可看到左

手边有一个很好的院子.这个

院子就是外宾招待所，这时向

左拐走下去就可看到招待所的

大门.

图7-7两种指路方法

图形不仅在表示地图时有伏优越性，在表示其他方面，有时也有很大的优点,

图7-8是表示试验数据的两种方法，左边是文字述示，右边是图形显示，显然

图形显示比文字述示给人的印象深些.

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

我们有两个试验变量，一个是

控制的飞机架数，一个是模拟

的更新时间，每一变量有两个

试验水平，我们发现脑力负荷

是随着这两处试验变量而改变

的.控制的飞机数目增加，人

的脑力负荷增加，模拟更新时

间加快，人的脑力负荷也增加

试验结果见表7-2

表7-2试验条件下的脑力负荷

飞机架数36

更新时间

356.395.2

624.574.2

图7-8试验结果的两种显示方法

正是由于有上述优点，图形的应用已越来越广，特别是在科学学术交流中

更是如此.

应当注意的是，图形若使用不当，有时会给人带来错觉，图7-9是一个这样

的例子，从上面的一个图看，似乎是随着变量X的增加，A和B的Y值的差越来

越大，实际并不是这样，下面的图直接反映了这两个图之间差别，所以若使用图

形的目的是反映A和B之间的差异，应直接用下面的图而不是上面的一个图.

图7-10是另一个图形带来错觉的例子.上图是一个立体图，使人感到X从

1到3,Y增加了许多倍.可是我们把同样的数字画在平图上，如下面的一个

图所示，就发现并不是这样，X从1到3时，Y也只是线性地从10增加到30.

还值得一提的是，图形虽然给人的印象比较直观，但理解一个图形还是需

要一定的时间的.图形并不是越多越好.应尽量减少不必要的或不太重要的信息.

现在在学术交流会议上，一般允许的发言时间是15分钟左右.许多人在这样短的

时间内显示出30-40张图片-，希望人们对他的科研有一个详细的了解，结果适得

其反.根据人类工效学的研究成果，人们平均需要卜3分钟才能对一张图片进

行较好的理解，所以15分钟的学术交流使用的图片应一般不超过15张.

四.文字显示

尽管与符号和图形相比，文字显示有它的弱点，但文字显示也有符号和图

形显示取代不了的优点.第一，文字显示的顺序性比较强，这在描述一个过程或

写说明书时非常有用.第二，文字显示可以根据需要进行补充和精简，这一点符

号不可能做到，图形做起来也不灵活.第三，也是最重要的，许多信息无法用

符号或图形表示.这就是为什么到现在文字显示仍是日常生活中最主要的显示媒

介.只要看看报纸，看看各种书籍就能了解文字显示的普及性了.

文字显示，包括说话，属于信息沟通的范畴.为了使信息沟通有效的一个

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

重要的原则是地考虑信息接受者的特性.对文字显示也是这样.在设计文字显示

时，应首先了解谁，将在什么条件下接受这些信息.在工作中的文字显示应尽量

简单，易懂.图7T1给出了一个很好的这样的例子.这是一个自动电梯上的英文

说明，看了左边的说明，即使是英文水平相当不错的人，可能也不能够理解它的

真正含义.即使是英文水平很一般的人，也应知道右边的说明的意思.实际是,

这两个说明想传递的信息是一样的，但结果却很不一样.

PLEASETOGOUPONEFLOOR

WALKUPONEFLOOROR

WALKDOWNTWOFLOORSDOWNTWOFLOORS

FORIMPROVEDELEVATEDSERVICEPLEASEWALK

图7TL两种英文文字显示的比较

五.说明书

说明书也是一种显示.人们通过说明书了解对一个产品或消费品的使用.

多少年来，人们对说明书特别不重视，往往是产品生产好了，在投放市场之前，

匆匆忙忙地写一个说明书应付差事.这带来一系列问题.最常见的问题是，消

费者或使用者买回新产品或消费品后，不知道怎么用，需要别人指教.第二个问

题是产品的许多功能发挥不了作用，正象我们平时所说的把高级东西当傻子用.

第三个问题是安全问题.例如，有的热水器因为消费者不知道如何安全使用造成

人员死亡的恶性事故.根据大量的经验，我们认为说明书应遵循以下原则：

1.图文并茂.正如我们前面已经讨论过的，文字有顺序性好，清楚的特点，

而图形有表现方位好，直观的特点.而说明书即要求清楚，也要求有直观，有方

位，所以说明书应该图文并茂.图7-12是一个这方面的例子.

2.与产品不可分.说明书应与产品成为一个整体.说明书离开了产品是一

堆废纸，而产品离开了说明书不能充分地发挥其作用.只要产品在，说明书就应

该在，而不是两个分开的部分.若是两个分开的部分，天长日久，就会出现找不

到说明书的现象.现在有许多说明书就贴在产品上就是这个原则的一个很好的利

用.

3.有深有浅.随着科学技术的进步，现在各种产品，特别是电子产品的功

能越来越多，因而说明书也越来越厚，令人望而生畏.作者曾有在看完一本录相

机的说明后还不知道该如何放相的经历.据报道，现在许多日本老人宁愿要简单

的录相机而不要复杂的录相机，一个重要的原因是使用问题.说明书应该分成儿

等，首先是最基本的用法，然后才介绍比较现代的用法.

4.语言简炼.说明书的目的是实用，所以说明书的语言应当简炼，花俏的

语言是不应该写在说明书里的.鳍一脑蝴鞘褂梦侍*.说明书应该分成几等,

首先是最基本的用法，然后才介绍比较现代的用法.

4.语言简炼.说明书的目的是实用，所以说明书的语言应当简炼，花俏的

语言是不应该写在说明书里的.崎一

接效益并没有增加，直接成本却增加了，只有当事故的后果特别严重时，这

第八章控制器

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