第五章第一節人機界面的安全設計=安全人機工程學=湖南工學院

第五章人機系統的安全設計與評價內容：第一節人機界面的安全設計第二節作業環境的設計第三節安全防護裝置人機學設計第一節人機界面的安全設計一、顯示器的設計二、控制器的設計三、維修性的設計一、顯示器的設計1、顯示器的類型與設計原則2、顯示儀表設計3、信號顯示設計1）顯示裝置的類型與性能特點1、顯示器的類型與設計原則2005.3.1第5

頁2）顯示器設計原則明顯度高：醒目，消除背景干擾、提高區別能力可見度高：對觀察距離、角度、顯示符號大小，給以最佳處理；可讀性好：形狀、圖案等與底板間的分辨力高，顏色和明亮度反差恰當，顯示器的大小、形狀不會因照明而發生畸變，認讀時無幻影等；闡明力強：顯示的意義明確，推斷準確可靠，易掌握；簡單明了：有利于認讀、減少差錯、提高效率；確保安全：重要的顯示器，應設置儀表失效警告裝置（光、聲等）以免肇事；顯示器顯示方式和操作者的思維過程應當和諧一致。2、顯示儀表設計1）表盤形狀與尺寸2）刻度與刻度線3）數碼與字符4）指針與盤面5）盤面結構與字符數碼的立位6）儀表色彩設計7）儀表面板形式及其布置8）儀表布置原則9）零點標志的最優位置1）、表盤形式與尺寸（1）儀表刻度盤的形式1）表盤形狀與尺寸問:儀表的直徑越大，認讀它的速度度和準確性就越高？儀表表盤的大小對儀表的認讀速度和精度有很大的影響。（2）表盤尺寸（一）（2）表盤尺寸（二）

W·J·懷特對圓形刻度盤的最優直徑作過研究:直徑25、44和70mm的儀表，視距500mm，研究其可讀性,實驗結果如下表：刻度盤的直徑平均反應時間誤讀率25mm44mm70mm0.76S0.72S0.73S6%4%12%（2）表盤尺寸（三）

一般來說35~70mm的刻度盤在認讀準確性上沒有本質差別，但直徑減少到17.5mm以下時，無錯認讀的速度大為降低。儀表刻度盤的適宜大?。浚?）表盤尺寸（四）在選擇表盤的最小直徑時，必須考慮刻度盤上必需的刻度標記數量和觀察的視距，實驗得出了在兩個最常見視距（500和900mm）上標記數量不同的儀表最小直徑：刻度標記數量兩種視距下表盤的最小直徑500mm900mm38507010025.425.425.436.425.432.545.564.3（2）表盤尺寸（五）（2）表盤尺寸（五）2）刻度與刻度線（一）每一刻度標記代表一定的讀數單位，為了方便認讀和記憶，刻度標記一般有三級，即大刻度標記，中刻度標記和小刻度標記，各刻度標記間有明顯的區別，如圖所示。2）刻度與刻度線（二）2）刻度與刻度線（三）刻度線的寬度一般取小刻度間距的1/5-1/20為宜。當視距為710mm時，普通刻度標記的寬度如圖所示：2）刻度與刻度線（四）刻度標記的高度也是刻度設計的一個重要內容。小刻度標記的長度一般是刻度間距的1.5?2倍，大、中、小三級刻度標記的比例一般是2：1.5：1或1.7：1.3：1。2）刻度與刻度線（五）刻度標值分析:刻度的標數設計的合理性（一）使用扇形儀表易造成讀數方向倒錯（即把數字增大的方向讀成減?。榱吮苊膺@種錯誤，可使刻度標記的長度隨數字增大而逐漸加長。3）數碼與字符4）指針與盤面（一）4）指針與盤面（二）5）盤面結構與字符數碼的立位字符與數碼的上下朝向稱為立位。立位的正確選擇與指針盤面的相對運動關系有關。6）儀表色彩設計（二）應注意醒目色的使用，適于作儀表警戒部分或危險/急信號部分的顏色，但醒目色不能大面積使用，否則會過分刺激人眼，引起視覺疲勞。7）儀表面板形式及其布置多塊組合式三塊折式8）儀表布置原則（一）按儀表的重要程度排列按使用順序排列按功能進行組合排列按視覺特性排列按最佳零點方向排列按顯示與操縱相合性排列布置緊湊，按重要性、觀視頻度布置在合適的視區8）儀表布置原則（二）布置緊湊，按重要性、觀視頻度布置在合適的視區第31

頁8）儀表布置原則（三）按“功能分區”的原則布置儀表第32

頁8）儀表布置原則（四）按視覺特性排列所在平面與人的正常視線接近于垂直按從左到右、從上到下、按順時針方向布置2005.3.1第33

頁8）儀表布置原則（五）顯示裝置與被顯示的對象有容易理解的一一對應的關系2005.3.1第34

頁8）儀表布置原則（六）顯示與操縱相合性排列8）儀表布置原則（七）9）零點標志的最優位置3、信號顯示設計1）信號顯示的類型與特點2）信號燈的設計1）信號顯示的類型與特點（1）視覺信號2005.3.1第38

頁1）信號顯示的類型與特點（2）聽覺信號2005.3.1第39

頁1）信號顯示的類型與特點（3）觸覺信號2）信號燈的設計（1）信號燈的視距與亮度（2）信號燈的顏色（3）穩光與閃光信號的閃頻（4）信號燈的形狀、組合和編碼信號顯示設計信號裝置的作用？能見距離與氣象能見距離?信號燈的顏色設計與應用？閃光信號的作用？閃光信號的閃爍頻率？不同背景下人對信號燈的辨認？信號燈的布置？熒光屏顯示設計熒光屏的顯示特征？熒光屏目標亮度不能超過多小?熒光屏目標呈現時間一般為多?。孔罴?？目標運動狀態對視覺辨別的影響？屏面不同形狀目標辨認的優劣次序？屏面目標顏色設計？熒光屏上字符大小規格？屏面亮度與環境亮度的關系？常見的兩種矩形屏面寬高比？圖形符號設計二、控制器的設計1、操縱器的類型2、操縱器的形狀和式樣3、操縱器的尺寸和操作行程4、操縱器的操縱力5、操縱器的識別編碼6、操縱器的布置7、常用操縱器的設計1、操縱器的類型（一）操縱裝置的類型（二）操縱裝置的類型（三）操縱裝置的類型手控操縱器旋轉式操縱器腳控操縱器移動式操縱器按壓式操縱器2、操縱器的形狀和式樣

3、操縱器的尺寸和操作行程4、操縱器的操縱力A操縱力與肌力體能的適宜性一個班次工效較高，其操縱頻次高的操縱力應不大于最大肌力的二分之一；低頻次的操縱力允許略大。B操縱力與操縱準確度操縱力大小與操縱準確度位移-操縱力特性2005.3.1第56

頁C施力體位與操縱依托支點合理的施力體位避免靜態施力提供操縱依托支點5、操縱器的識別編碼編碼就是使其中每一事物具有特征或給予特定代號，以互相區別，避免混淆。

6、操縱器的布置1）布置在手腳操作靈便自如的位置2）按功能分區布置，按操作順序排列3）避免誤操作與操作干擾4）操縱器與相應顯示器布置的互動協調關系

1）布置在手腳操作靈便自如的位置2005.3.1第65

頁（1）手動操縱器（2）腳動操縱器2）按功能分區布置，按操作順序排列（1）按功能分區布置例如：挖掘機、汽車吊等工程機械，有行車操作的操縱器，又有現場作業操作的操作器，應把兩者分區布置。（2）按操作順序排列依照操作的順序、與肢體的優勢活動方向排列操縱器，以便于操縱3）避免誤操作與操作干擾（1）各操縱器間保持足夠距離2005.3.1（2）操縱器不安置在胸腹高度的近身水平面上（3）總電源、緊急剎車等特殊開關應特殊處置總電源開關、緊急剎車、報警等特殊操作器應與普通操縱器分開，標志明顯醒目，尺寸較大，安置在無障礙區域。（4）不妨礙、不干擾視覺操縱器及其對應的顯示器雖宜于相鄰安置，但需要避免操作時手或手臂遮擋了觀察顯示器的視線。4)操縱與被操縱對象的互動協調關系操控主從協調關系的重要性有操縱器必有操縱對象，兩者的互動協調關系稱“操控主從協調關系”如：汽車操縱盤的主從關系水氣管閥門的開與關頂燈、吊扇與所對應的開關音量、亮度的調節操控主從協調的一般原則操控主從運動方向的一致性1）操控主從運動方向一致性的基本形式要求被操縱對象向右運動，則操作方向也向右；其他向左、向上、向下、向前、向后、順時針、逆時針，均相同

操控主從協調的一般原則操控主從運動方向的一致性2）操控主從運動方向一致性的其他形式若操縱器和顯示器都是旋轉運動，且兩者離得很近，兩者臨近（相切）那個點都向同一方向運動同為順時轉或逆時轉兩者相切的點同向運動3）以旋轉運動操縱直線運動時，應使操縱器上靠近被操縱對象那個點與被操縱的運動方向一致。主從兩者靠近那個點的運動方向相一致操控主從在不同平面時的互動協調操縱主從在不同平面時的互動協調示例操縱方向與某些功能要求的協調關系操縱方向與功能的協調關系表操縱方向與功能的協調關系操控主從在空間的相似對應、順序對應原則若同時存在多個操縱器和多個被操縱對象，在空間布置時使兩者具有相似且一一對應的關系，主從協調關系最佳。若做不到，則提高兩者的順序對應性，可以改善主從協調關系。如果還做不到可用圖形符號、文字或指引線等進行標識。操控主從在空間的相似對應或順序對應如：煤氣灶旋鈕開關布局開關與灶眼的對應指引線增強主從對應性遵循右螺旋運動的規則

在空間任意方向，右旋運動對應著“前進”、“向前”，因此，符合按右旋運動規則的操控主從關系一般是協調的。符合右旋螺紋規則的主從關系7、常用操縱器的設計操縱裝置的類型旋轉式操縱器設計移動式操縱器設計按壓式操縱器設計腳動操縱器設計操縱裝置編碼與選擇旋轉式操縱器：類型旋轉式操縱器的類型旋鈕手輪搖把十字把旋鈕：外形旋鈕是應用廣泛，其外形特征是由功能決定的。旋鈕的分類＞360度角度位置不重要＜360度角度位置不重要＜360度角度位置重要旋鈕的形體設計：大小旋鈕的大小應根據操作時使用手指和手的不同部位而定，其直徑以能夠保證動作的速度和準確性為前提，圖5一8。為了使手操縱旋鈕時不打滑，常把鈕帽部分做成各種齒紋或多邊形，以增強手的握執力。對于帶凸棱的指示型旋鈕，手執握和施力的部分是凸棱，因而凸棱的大小必須與手的結構和操縱活動相適應，以提高操作效率，圖5一9。圖5-8圖5-9移動式操縱器：類型移動式操縱器可分為手柄、操縱桿、推鈕、滑移式操縱器和刀閘等。操縱手把設計手把的形狀應與手的生理特點相適應，見圖5-10手把的形狀便于觸覺對其進行識別，見圖5-11尺寸應符合人手尺度的需要，見圖5-12適宜的用力范圍，參閱表5-18，表5-19操縱器的適宜尺寸，與人體尺度的關系參閱表5-20，見圖5-13圖5-10圖5-11圖5-12圖5-13按壓式操縱器設計按其外形和使用情況，大體可分為兩類：按鈕按鍵兩種工作狀態接通斷開按鈕設計（一）外形：常為圓形和矩形，有的還帶有信號功能：通常用作系統的啟動和關停。工作狀態：單工位和雙工位單工位按鈕是手按下按鈕后，它處于工作狀態，手指一離開按鈕就自動脫離工作狀態，回復原位。雙工位的按鈕是一經手指按下就一直處于工作狀態，當手指I再按一下時，它才回復到原位。按鈕設計（二）按鈕的尺寸主要按成人手指端的尺寸和操作要求而定。一般圓弧形按鈕直徑以8-18mm為宜，矩形按鈕以10X10，10X15或15X20mm為宜，按鈕應高出盤面5-12mm，行程為3-6mm,按鈕間距一般為12.5-25mm,最小不得小于6mm。按鍵設計（一）隨著科學技術的發展，在現代工業品和日用品中，按鍵用得日益廣泛，如計算機的鍵盤、打字機、傳真機、電話機、家用電器等，都大量使用了按鍵。使用按鍵的好處是節省空間，便于于操作，便于記憶，使用熟練后，不用視覺也能迅速操作。從操縱情況來看，按鍵有機械式、機電式和光電式，各種形式的按鍵設計都應符合人的使用。按鍵設計（二）鍵盤的設計應考慮人手指按壓鍵盤的力度、回彈時間及使用頻度、手指移動距離等因素。人們使用鍵盤的最高擊鍵速度可以達到15次/s,一個熟練的使用者平均擊鍵速度為5次/s。按鍵設計（三）腳控操縱器的類型腳控操縱器的類型腳踏板直動式腳踏鈕擺動式回轉式腳控操縱器的適宜用力腳控操縱器之左右腳對于用力大、速度快和準確性高的操作，宜用？左腳OR右腳對于操作頻繁、容易疲勞，且不是很重要的操作，宜用？左腳右腳OR左右腳能交替使用在什么情況選用腳控操縱器一般在下列情況時考慮選用：

1、需要連續進行操作，而用手操作又不方便的場合；

2、無論是連續性控制還是間歇性控制，其操縱力超過50-100N的情況下；

3、手的控制工作量太大，不足以完成控制任務時。腳控操縱器設計（一）腳踏板設計和相關尺寸腳控操縱器設計（二）腳踏鈕設計和相關尺寸腳控操縱器設計（三）空間位置影響之一對于蹬力要求較大的腳操縱器：腳控操縱器設計（四）空間位置影響之二對于蹬力要求較小的腳操縱器：形狀編碼操縱器的形狀和它的功能最好有邏輯上的聯系，這樣便于形象記憶；操縱器的形狀應能在不能目視或戴著手套的情況下，單靠觸覺也能分辨清楚。位置編碼

在人機操縱系統中，利用控制器相對于人的