第五章第一節(jié)人機(jī)界面的安全設(shè)計(jì)=安全人機(jī)工程學(xué)=湖南工學(xué)院

第五章人機(jī)系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)與評價(jià)內(nèi)容：第一節(jié)人機(jī)界面的安全設(shè)計(jì)第二節(jié)作業(yè)環(huán)境的設(shè)計(jì)第三節(jié)安全防護(hù)裝置人機(jī)學(xué)設(shè)計(jì)第一節(jié)人機(jī)界面的安全設(shè)計(jì)一、顯示器的設(shè)計(jì)二、控制器的設(shè)計(jì)三、維修性的設(shè)計(jì)一、顯示器的設(shè)計(jì)1、顯示器的類型與設(shè)計(jì)原則2、顯示儀表設(shè)計(jì)3、信號(hào)顯示設(shè)計(jì)1）顯示裝置的類型與性能特點(diǎn)1、顯示器的類型與設(shè)計(jì)原則2005.3.1第5

頁2）顯示器設(shè)計(jì)原則明顯度高：醒目，消除背景干擾、提高區(qū)別能力可見度高：對觀察距離、角度、顯示符號(hào)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(dāng)，顯示器的大小、形狀不會(huì)因照明而發(fā)生畸變，認(rèn)讀時(shí)無幻影等；闡明力強(qiáng)：顯示的意義明確，推斷準(zhǔn)確可靠，易掌握；簡單明了：有利于認(rèn)讀、減少差錯(cuò)、提高效率；確保安全：重要的顯示器，應(yīng)設(shè)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(yīng)當(dāng)和諧一致。2、顯示儀表設(shè)計(jì)1）表盤形狀與尺寸2）刻度與刻度線3）數(shù)碼與字符4）指針與盤面5）盤面結(jié)構(gòu)與字符數(shù)碼的立位6）儀表色彩設(shè)計(jì)7）儀表面板形式及其布置8）儀表布置原則9）零點(diǎn)標(biāo)志的最優(yōu)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(rèn)讀它的速度度和準(zhǔn)確性就越高？儀表表盤的大小對儀表的認(rèn)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(yōu)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：刻度盤的直徑平均反應(yīng)時(shí)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(rèn)讀準(zhǔn)確性上沒有本質(zhì)差別，但直徑減少到17.5mm以下時(shí)，無錯(cuò)認(rèn)讀的速度大為降低。儀表刻度盤的適宜大??？（2）表盤尺寸（四）在選擇表盤的最小直徑時(shí)，必須考慮刻度盤上必需的刻度標(biāo)記數(shù)量和觀察的視距，實(shí)驗(yàn)得出了在兩個(gè)最常見視距（500和900mm）上標(biāo)記數(shù)量不同的儀表最小直徑：刻度標(biāo)記數(shù)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(biāo)記代表一定的讀數(shù)單位，為了方便認(rèn)讀和記憶，刻度標(biāo)記一般有三級(jí)，即大刻度標(biāo)記，中刻度標(biāo)記和小刻度標(biāo)記，各刻度標(biāo)記間有明顯的區(qū)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(dāng)視距為710mm時(shí)，普通刻度標(biāo)記的寬度如圖所示：2）刻度與刻度線（四）刻度標(biāo)記的高度也是刻度設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容。小刻度標(biāo)記的長度一般是刻度間距的1.5?2倍，大、中、小三級(jí)刻度標(biāo)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(biāo)值分析:刻度的標(biāo)數(shù)設(shè)計(jì)的合理性（一）使用扇形儀表易造成讀數(shù)方向倒錯(cuò)（即把數(shù)字增大的方向讀成減?。榱吮苊膺@種錯(cuò)誤，可使刻度標(biāo)記的長度隨數(shù)字增大而逐漸加長。3）數(shù)碼與字符4）指針與盤面（一）4）指針與盤面（二）5）盤面結(jié)構(gòu)與字符數(shù)碼的立位字符與數(shù)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(yùn)動(dòng)關(guān)系有關(guān)。6）儀表色彩設(shè)計(jì)（二）應(yīng)注意醒目色的使用，適于作儀表警戒部分或危險(xiǎn)/急信號(hào)部分的顏色，但醒目色不能大面積使用，否則會(huì)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(jìn)行組合排列按視覺特性排列按最佳零點(diǎn)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(qū)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(qū)第31

頁8）儀表布置原則（三）按“功能分區(qū)”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(shí)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(yīng)的關(guān)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(diǎn)標(biāo)志的最優(yōu)位置3、信號(hào)顯示設(shè)計(jì)1）信號(hào)顯示的類型與特點(diǎn)2）信號(hào)燈的設(shè)計(jì)1）信號(hào)顯示的類型與特點(diǎn)（1）視覺信號(hào)2005.3.1第38

頁1）信號(hào)顯示的類型與特點(diǎn)（2）聽覺信號(hào)2005.3.1第39

頁1）信號(hào)顯示的類型與特點(diǎn)（3）觸覺信號(hào)2）信號(hào)燈的設(shè)計(jì)（1）信號(hào)燈的視距與亮度（2）信號(hào)燈的顏色（3）穩(wěn)光與閃光信號(hào)的閃頻（4）信號(hào)燈的形狀、組合和編碼信號(hào)顯示設(shè)計(jì)信號(hào)裝置的作用？能見距離與氣象能見距離?信號(hào)燈的顏色設(shè)計(jì)與應(yīng)用？閃光信號(hào)的作用？閃光信號(hào)的閃爍頻率？不同背景下人對信號(hào)燈的辨認(rèn)？信號(hào)燈的布置？熒光屏顯示設(shè)計(jì)熒光屏的顯示特征？熒光屏目標(biāo)亮度不能超過多小?熒光屏目標(biāo)呈現(xiàn)時(shí)間一般為多??？最佳？目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對視覺辨別的影響？屏面不同形狀目標(biāo)辨認(rèn)的優(yōu)劣次序？屏面目標(biāo)顏色設(shè)計(jì)？熒光屏上字符大小規(guī)格？屏面亮度與環(huán)境亮度的關(guān)系？常見的兩種矩形屏面寬高比？圖形符號(hào)設(shè)計(jì)二、控制器的設(shè)計(jì)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(shí)別編碼6、操縱器的布置7、常用操縱器的設(shè)計(jì)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(zhuǎn)式操縱器腳控操縱器移動(dòng)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(gè)班次工效較高，其操縱頻次高的操縱力應(yīng)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(zhǔn)確度操縱力大小與操縱準(zhǔn)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(diǎn)合理的施力體位避免靜態(tài)施力提供操縱依托支點(diǎn)5、操縱器的識(shí)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(hào)，以互相區(qū)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(qū)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(yīng)顯示器布置的互動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)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(dòng)操縱器（2）腳動(dòng)操縱器2）按功能分區(qū)布置，按操作順序排列（1）按功能分區(qū)布置例如：挖掘機(jī)、汽車吊等工程機(jī)械，有行車操作的操縱器，又有現(xiàn)場作業(yè)操作的操作器，應(yīng)把兩者分區(qū)布置。（2）按操作順序排列依照操作的順序、與肢體的優(yōu)勢活動(dòng)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(guān)應(yīng)特殊處置總電源開關(guān)、緊急剎車、報(bào)警等特殊操作器應(yīng)與普通操縱器分開，標(biāo)志明顯醒目，尺寸較大，安置在無障礙區(qū)域。（4）不妨礙、不干擾視覺操縱器及其對應(yīng)的顯示器雖宜于相鄰安置，但需要避免操作時(shí)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(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系操控主從協(xié)調(diào)關(guān)系的重要性有操縱器必有操縱對象，兩者的互動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系稱“操控主從協(xié)調(diào)關(guān)系”如：汽車操縱盤的主從關(guān)系水氣管閥門的開與關(guān)頂燈、吊扇與所對應(yīng)的開關(guān)音量、亮度的調(diào)節(jié)操控主從協(xié)調(diào)的一般原則操控主從運(yùn)動(dòng)方向的一致性1）操控主從運(yùn)動(dòng)方向一致性的基本形式要求被操縱對象向右運(yùn)動(dòng)，則操作方向也向右；其他向左、向上、向下、向前、向后、順時(shí)針、逆時(shí)針，均相同

操控主從協(xié)調(diào)的一般原則操控主從運(yùn)動(dòng)方向的一致性2）操控主從運(yùn)動(dòng)方向一致性的其他形式若操縱器和顯示器都是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且兩者離得很近，兩者臨近（相切）那個(gè)點(diǎn)都向同一方向運(yùn)動(dòng)同為順時(shí)轉(zhuǎn)或逆時(shí)轉(zhuǎn)兩者相切的點(diǎn)同向運(yùn)動(dòng)3）以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)操縱直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)使操縱器上靠近被操縱對象那個(gè)點(diǎn)與被操縱的運(yùn)動(dòng)方向一致。主從兩者靠近那個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向相一致操控主從在不同平面時(shí)的互動(dòng)協(xié)調(diào)操縱主從在不同平面時(shí)的互動(dòng)協(xié)調(diào)示例操縱方向與某些功能要求的協(xié)調(diào)關(guān)系操縱方向與功能的協(xié)調(diào)關(guān)系表操縱方向與功能的協(xié)調(diào)關(guān)系操控主從在空間的相似對應(yīng)、順序?qū)?yīng)原則若同時(shí)存在多個(gè)操縱器和多個(gè)被操縱對象，在空間布置時(shí)使兩者具有相似且一一對應(yīng)的關(guān)系，主從協(xié)調(diào)關(guān)系最佳。若做不到，則提高兩者的順序?qū)?yīng)性，可以改善主從協(xié)調(diào)關(guān)系。如果還做不到可用圖形符號(hào)、文字或指引線等進(jìn)行標(biāo)識(shí)。操控主從在空間的相似對應(yīng)或順序?qū)?yīng)如：煤氣灶旋鈕開關(guān)布局開關(guān)與灶眼的對應(yīng)指引線增強(qiáng)主從對應(yīng)性遵循右螺旋運(yùn)動(dòng)的規(guī)則

在空間任意方向，右旋運(yùn)動(dòng)對應(yīng)著“前進(jìn)”、“向前”，因此，符合按右旋運(yùn)動(dòng)規(guī)則的操控主從關(guān)系一般是協(xié)調(diào)的。符合右旋螺紋規(guī)則的主從關(guān)系7、常用操縱器的設(shè)計(jì)操縱裝置的類型旋轉(zhuǎn)式操縱器設(shè)計(jì)移動(dòng)式操縱器設(shè)計(jì)按壓式操縱器設(shè)計(jì)腳動(dòng)操縱器設(shè)計(jì)操縱裝置編碼與選擇旋轉(zhuǎn)式操縱器：類型旋轉(zhuǎn)式操縱器的類型旋鈕手輪搖把十字把旋鈕：外形旋鈕是應(yīng)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(shè)計(jì)：大小旋鈕的大小應(yīng)根據(jù)操作時(shí)使用手指和手的不同部位而定，其直徑以能夠保證動(dòng)作的速度和準(zhǔn)確性為前提，圖5一8。為了使手操縱旋鈕時(shí)不打滑，常把鈕帽部分做成各種齒紋或多邊形，以增強(qiáng)手的握執(zhí)力。對于帶凸棱的指示型旋鈕，手執(zhí)握和施力的部分是凸棱，因而凸棱的大小必須與手的結(jié)構(gòu)和操縱活動(dòng)相適應(yīng)，以提高操作效率，圖5一9。圖5-8圖5-9移動(dòng)式操縱器：類型移動(dòng)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(shè)計(jì)手把的形狀應(yīng)與手的生理特點(diǎn)相適應(yīng)，見圖5-10手把的形狀便于觸覺對其進(jìn)行識(shí)別，見圖5-11尺寸應(yīng)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(guān)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(shè)計(jì)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(tài)接通斷開按鈕設(shè)計(jì)（一）外形：常為圓形和矩形，有的還帶有信號(hào)功能：通常用作系統(tǒng)的啟動(dòng)和關(guān)停。工作狀態(tài)：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(tài)，手指一離開按鈕就自動(dòng)脫離工作狀態(tài)，回復(fù)原位。雙工位的按鈕是一經(jīng)手指按下就一直處于工作狀態(tài)，當(dāng)手指I再按一下時(shí)，它才回復(fù)到原位。按鈕設(shè)計(jì)（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(yīng)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(shè)計(jì)（一）隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)品和日用品中，按鍵用得日益廣泛，如計(jì)算機(jī)的鍵盤、打字機(jī)、傳真機(jī)、電話機(jī)、家用電器等，都大量使用了按鍵。使用按鍵的好處是節(jié)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(jī)械式、機(jī)電式和光電式，各種形式的按鍵設(shè)計(jì)都應(yīng)符合人的使用。按鍵設(shè)計(jì)（二）鍵盤的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮人手指按壓鍵盤的力度、回彈時(shí)間及使用頻度、手指移動(dòng)距離等因素。人們使用鍵盤的最高擊鍵速度可以達(dá)到15次/s,一個(gè)熟練的使用者平均擊鍵速度為5次/s。按鍵設(shè)計(jì)（三）腳控操縱器的類型腳控操縱器的類型腳踏板直動(dòng)式腳踏鈕擺動(dòng)式回轉(zhuǎn)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(zhǔn)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(shí)考慮選用：

1、需要連續(xù)進(jìn)行操作，而用手操作又不方便的場合；

2、無論是連續(xù)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(wù)時(shí)。腳控操縱器設(shè)計(jì)（一）腳踏板設(shè)計(jì)和相關(guān)尺寸腳控操縱器設(shè)計(jì)（二）腳踏鈕設(shè)計(jì)和相關(guān)尺寸腳控操縱器設(shè)計(jì)（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(shè)計(jì)（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(lián)系，這樣便于形象記憶；操縱器的形狀應(yīng)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(jī)操縱系統(tǒng)中，利用控制器相對于人的