第六章-安全人机系统中信息界面设计ppt课件(全).ppt

第六章 安全人机系统中的信息界面设计第一节人机界面及其机具系统第二节 显示器设计第三节 操纵控制器设计2010年7月1刘景良第一节第一节 人机界面及其机具系统人机界面及其机具系统一、人机界面简述 人机界面为人与机器子系统的匹配面，可分为如下三部分：显示器与人的信息通道的匹配；操纵器与人的运动系统的匹配；人机与环境要素的匹配。在作业过程中，信息从人机界面流过，人、机要通过界面相互作用。人机界面设计优良，则信息畅通，各要素相互作用正常，系统则处于较佳状态。而不良的界面设计将影响系统效率和人的健康，甚至由于人的误操作引发安全事故。2010年7月2刘景良第一节第一节 人机界面及其机具系统人机界面及其机具系统二、人机界面的机具系统及其主要内容简述 机具系统通常是指由人机系统中所有机械设备、劳动工具组成的子系统。具体对人机界面设计来说，它是指系统中处于人机交界面的机具，主要包括显示器和操纵控制器两类。人机系统中信息界面设计的重点主要包括以下内容：1显示器的可识别性设计 设计目标包括：信息刺激量强度适宜，易使操作者眼能看到、耳能听到、触觉能感觉到；信息标志明确，易使操作者明了信息所代表的内容，不致误读、误听、误判；符合人的心理和生理特征；信息能真实反映“机”内真实情况；安全可靠，对人无伤害。2.操纵控制器的可控性设计 设计目标包括：尺寸、形状符合人体参数；控制力大小符合操作者的体力参数，尽量采用省力装置，保持合理的阻力；编码易于识别，不容易导致错控、误控、失控；灵活性好，可靠性高；手感舒适，对人无伤害，并配有安全装置。3.显示器和操纵控制器的布局设计 设计目标包括：显示器应布置在人接受信息最清晰最方便的区域。操纵控制器应区别使用频率、重要程度，分别置于最佳区、辅助区、一般区内，以有利于操作。2010年7月3刘景良 第二节 显示器设计显示器设计 在人机系统中，人对有关信息的感知可以是直接的，也可以是间接的。随着信息量的增加以及要求准确、及时、充分地获得信息，间接感知系统的信息越来越多，这就要通过信息显示装置及其系统来实现。信息显示装置又称显示器，是人-机系统中专门用来向人传达机器和设备性能参数、运转状态、工作指令，以及其他信息的装置，其共同的特征是能够把机器设备的有关信息以人能接受的形式显示给人。2010年7月4刘景良 第二节 显示器设计显示器设计一、显示器的类型与特点一、显示器的类型与特点1.显示器的类型 在人-机系统中，按人接受信息的感觉通道不同，可将显示装置分为视觉显示、听觉显示和触觉显示。其中以视觉和听觉显示应用最为广泛，视觉显示器所占比例最大，除特殊环境外，一般很少使用触觉显示。表6-1 视觉、听觉和触觉显示方式传递的信息特征2010年7月5刘景良 第二节 显示器设计显示器设计一、显示器的类型与特点一、显示器的类型与特点2视觉显示器的分类及特点（1）视觉显示器的分类 视觉显示器一般分为两大类，即数字显示和模拟显示。两者各有特点，各有其应用范围。数字显示是直接用数字来显示的，其认读过程简单、直观，只要对单一数字或符号辫认识别就可以了。这类显示器有机械式、数码管式、液晶式和屏幕式等。如计算器、电子表以及列车运行的时间显示屏幕等。模拟显示一般是用刻度和指针来显示的。其认读过程首先要确定指针与刻度盘的相对位置，然后读出指针所指的刻度值。这类显示器常用的有指针式指示器和指针式仪表，如汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表等。模拟显示器按刻度盘形式可分为圆形、半圆形、偏心半圆形、水平弧形、垂直弧形、水平直线形、垂直直线形和开窗形8种，如图6-1所示。经科学测试，开窗形读数准确性最好，垂直直线形最差，如表6-2所示。按指针与刻度盘相对运动方式，分为：指针运动刻度盘固定型，刻度盘运动指针固定型，指针与刻度盘均运动型等。2010年7月6刘景良 图6-1 刻度盘形式分类 表6-2 五种指示器读数准确性比较2010年7月7刘景良 第二节 显示器设计显示器设计一、显示器的类型与特点一、显示器的类型与特点 模拟显示的功用可分为：读数用仪表，检查用仪表，警戒用仪表，跟踪用仪表和调节用仪表等。读数用仪表。用具体数值显示机器的有关参数和状态，如高度表、时速表、煤气表等。检查用仪表。用以显示系统状态参数偏离正常值的情况。在使用时一般不需读出准确值，而是为了检查仪表指针的指示是否偏离了正常位置，如示波器类仪表。警戒用仪表。用以显示机器是否处于正常区、警戒区还是危险区。在显示器上可用不同颜色或不用图形符号将警戒区、危险区与正常区明显区别开来。如用绿、黄、红三种不同的颜色分别表示正常区、警戒区、危险区。如图6-2所示。追踪用仪表。追踪操纵是动态控制系统中最常见的操纵方式之一，它根据显示器所提供的信息，进行追踪操纵，以便使机器按照所要求的动态过程工作。宜选择直线形仪表或指针运动的圆形仪表，最理想的追踪用仪表是选用荧光屏，它可以实时模拟显示机器动态参数。调节用仪表。主要用于指示操纵调节的量值，而不是指示机器系统的状态。一般采用指针运动式或刻度盘运动式，但最好采用由操纵者直接控制指针刻度盘运动的结构形式。图6-2 警戒用仪表的形式2010年7月8刘景良 第二节 显示器设计显示器设计一、显示器的类型与特点一、显示器的类型与特点（2）视觉显示器的特点数字显示的认读速度比模拟显示快，准确性也高；但数字显示反映不了偏差量。模拟显示给人以形象化的启示，使人对模拟值在全量程范围内一目了然，对于测量的偏差值，模拟显示不但反映了偏差量，而且也显示了偏差方向。对用数字显示做不到的，往往改用模拟显示，因此模拟显示在生产中被广泛采用。2010年7月9刘景良2010年7月10刘景良 第二节 显示器设计显示器设计二、视觉显示器的功能二、视觉显示器的功能1定量显示功能 这类显示器无论是以数字显示还是模拟式显示都能够准确地显示某一过程量的变化情况。如压力仪表、速度仪表及温度计等。2定性显示功能 这类显示器通常是以模拟显示的形式或以颜色等来表明机器的某种大概状态、变化倾向或描述事物的性质等。定性显示常注重情况和程度的比较，而较少注意精确的量值，例如，化工生产循环水表的显示只有“过冷”、“过热”和“正常”三个区域。3.警告显示功能 这类显示器通常具有非常明显的视觉显示功能。当量变累积到一定临界点时，就会发生质的突变，这时需设置警告性显示器。警告性显示一般分为两级，第一级为危险警告，预告已接近临界状态；第二级是非常警告，说明已进入质变过程。此类显示器通常以灯光和色彩的闪频为主要表现形式。2010年7月11刘景良 第二节 显示器设计显示器设计三、显示器的选择三、显示器的选择 在生产中，显示器的显示目的各有不同，如有的要求精确的数量显示，有的要求明显的显示某一状态，有的要求显示信息之间的比较等。显示器的显示状态还有静态显示和动态显示之分，静态显示的显示变化间隔时间较长，每次认读都有足够的时间，显示基本处于静止状态。动态显示则相反，显示处于变动状态，显示变化间隔时间很短，使显示不停地连续变化，处于动态显示过程。显示器显示方式的选择要根据不同的工作场合和不同的工作要求来确定。如定量显示，除尽可能提高其数字、指针、刻度、颜色等的认读率之外，选择静态显示就较为适宜；而警示显示，为满足信号的单纯明显易认之外，动态显示则更易增强其认读率。对显示器的显示方式的要求，是使操作者能够快速辨别，准确认读，不易失误，不易疲劳。因此，应遵循如下的选择原则：(1)用尽量简单明了的方式显示所传达的信息，使传达信息的形式有利于直接表达信息的内容，以减少认读失误率。(2)使用与信息精度要求相一致的显示精度，以求最少的认读时间。若精度超过需要，反而使认读困难，增大失误率。(3）采用与操作人员的操作能力及习惯相适应的信息显示形式，以减少训练的时间和受习惯的干扰而造成的解释不一致的差错。（4）所采用的显示技术和显示方法与观察条件（如照明、速度、振动、操作位置、运动约束等）相匹配，使显示变化速度与操作者的反应能力相适应。2010年7月12刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计在显示器的设计过程中要充分考虑人的视觉特征人的视觉特征，从而正确地进行视觉显示器的设计。人的视觉特征人的视觉特征主要包括:(1)视野视野是指人在眼球不动的情况下能够看见的范围，其中包括最佳视觉区（1.53）、有效视觉区（左右为1520；上30，下 40）、最大视野区（左右120；上5560，下7075）。2010年7月13刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计 （2）视距 视距是指人的眼睛的正常观察距离。一般认为700mm为最佳视距，过远和过近都会使人的认读速度和准确性降低。最大视距为760mm，最小视距300mm。（3）色视人眼对各种颜色的视野范围是不相同的，实验表明，人眼对白色的视野最大，对绿色视野最小。图6-4 人的色视 （4）运动特性眼睛的水平运动比垂直运动快；眼睛的垂直运动比水平运动 更易疲劳；对周围运动物体的感知力比静止物体容易。2010年7月14刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（一）仪表显示器设计的基本原则 仪表显示设计和选择应遵循以下原则：1.仪表显示设计应以人的视觉特征为依据，所显示的信息要有较好的可觉察性、可辨性，确保使用者迅速、准确地获取所需要的信息。2.仪表显示的信息种类和数目不宜过多。同样的参数应尽可能采用同一种显示方式，没有特殊原因，不应采用不同的方法进行显示。显示器传递的信息数量不宜过多，特别是次要信息过多，会增加接受者的心理负荷。当某一种感觉通道负荷过大时，可使用另一种通道协助接受信息。多重感觉通道比单通道更容易引起注意。3.仪表的指针、刻度标记、字符等与刻度盘之间在形状、颜色、尺度等方面应保持适当的对比关系，以使目标清晰可辨。一般目标应有确定的形状、较强的亮度和鲜明的颜色，而背景相对于目标应亮度较低、颜色较暗。4.显示格式应简单明了，显示意义应明确易懂，以利于使用者正确理解。使用的信息编码应尽可能做到统一和标准化。5.显示信息的量值应有足够的精度和可靠性。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，重要的显示器应在醒目的位置上。7.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。2010年7月15刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计(二)指针式仪表设计模拟显示的指针式仪表是最普遍和最常用的一种显示器。对模拟显示的指针式仪表的设计通常要考虑以下因素；是否选择了有利于显示与认读的最佳形式，如颜色、照明和其他感觉系统相配合的条件是否适宜；刻度的划分是否准确，刻度盘上的字符布局是否恰当；显示器是否可以及时发出信息，并能真实反映设备的当前状态；显示器的信息含意是否明确，是否会使人误解；在许多信息的情况下，信息是否容易混淆，是否可以明确区分同时显示的不同信息；显示器的布局是否合理，是否布置在人的最佳视觉范围内，并能符合人的视觉流程；显示器是否与操纵装置之间协调对应，与操纵者之间的观察距离是否恰当。2010年7月16刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计(二)指针式仪表设计 1指针式仪表的设计形式按照指针与刻度盘的不同相对运动方式，指针式仪表可分为回转式和平移式。（1）回转式指针绕固定点转动，在回转圆周上标有刻度。这类仪表通常为圆形、半圆形、扇形。指针固定，刻度盘转动，也属此类。（2）平移式指针与刻度之间的相对运动是沿一直线方向。2010年7月17刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计(二)指针式仪表设计 2.指针式仪表的刻度盘设计（1）刻度盘 试验表明，直径为3070mm的刻度盘，在认读的准确性上没有什么差别，在此范围之外过大或过小都会使误读率上升。（2）刻度 刻度盘上刻度线之间的距离为刻度。刻度的大小是根据人眼的最小分辨能力来确定的。一般在12.5mm之间选取，也可大到48mm。（3）刻度线 刻度线一般有长刻度线、中刻度线和短刻度线之分（如图6-5所示）。刻度线的宽度一般取刻度间距的5%15%。，普通刻度线的宽度通常为0.1mm左右。实验研究表明：当刻度线宽度为刻度间距的10%时，读数误差最小。刻度线的长度，在不同的观察距离可参考表6-4选取。表6-4 刻度线的长度 图6-5 刻度线的形式刻度方向是指刻度盘刻度值的递增顺序方向。通常是根据显示信息的特点及人的视觉习惯来确定。一般都是从左到右，从下到上的顺序方向。刻度单位是定量显示数值的表示方式，每一刻度线所代表的测量值应尽量取整数，避免采用小数或分数。通常每一刻度表示为1、2、5个单位值，或1x10、2x10、5x10倍。2010年7月18刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计(二)指针式仪表设计3.指针设计为了准确而迅速的显示信息，指针的大小、宽窄、长短和色彩配置等必须符合监控人员的生理与心理特征。指针形状应力求简单、指示明确、不附加装饰。指针尖的宽度应与最短的刻度线等宽。指针与刻度盘的配合应尽量贴近。对高精度的仪表，指针与刻度盘必须装配在同一平面内。指针的长度要合适，指针长会覆盖刻度标记，指针短会离开刻度，从而给准确判读带来困难。一般认为指针距刻度1.6mm左右为宜。图6-6 指针与刻度盘的关系2010年7月19刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计(二)指针式仪表设计4.数字立位刻度线上标度数字在刻度盘上的位置，应与观察者的视觉特点相适应，尽量做到清晰、明了和利于认读，数字要垂直放置。在刻度盘上除刻度线和必须的数字外，不应有多余的装饰，一些说明仪表使用环境、精度的字符应安排在不显著位置。图6-7 刻度盘上数字的立位2010年7月20刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计(二)指针式仪表设计5色彩匹配刻度盘、指针、刻度线、数字之间的配色关系要以提高人眼的视认度为原则。配色要求醒目，条理性强，避免颜色过多而造成混乱。同时还要充分考虑仪表使用过程中与其他仪表之间配色协调，使总体效果舒适、明快。表6-5 配色的级次通常在刻度盘明亮的背景上配以黑色（暗色）标志、数字、指针要比在暗背景上配明亮的标志、读数和指针更有利于认读。2010年7月21刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（三）数字式仪表设计（三）数字式仪表设计1数字式仪表的设计形式数字式仪表的设计形式数字式仪表能够定量显示机器设备系统运行过程中的精确数值及量的变化。目前，最常用的有机械式数字显示和电子数字显示两种形式。（1）机械式数字显示机械式数字显示主要是依靠机械装置来实现数字的显示和变化。其中一种是把数字印制在可转动的卷筒上，通过感应器使卷筒转动，从而达到数字的变化和显示效果。这种形式结构简单，但不利于检索和控制。另外一种是把数字印制在可翻转的金属薄片上，通过金属片的可控制的翻转来显示数字，这种形式使用方便，且可准确控制显示，但容易出现阻卡现象。机械式数字显示时，两组数值变化的间隔时间不能少于0.5 s，否则会给认读带来不方便。机械式数字显示的数字符号不宜使用狭长形，否则会因移动而产生视觉变形，不利于认读；数字间隔不宜过大，否则不容易读全数，而造成失误；多位数时，后面零位须表示，而前面的空位可不必用零来补位，空起来反而容易看清楚。（2）电子数字显示电子数字显示常见液晶显示和发光二级管显示。由于电子显示具有很多优良性能，故被广泛用于各种显示器之中。电子显示可更方便地与计算机或各种电气系统连接，使之具有更好的可控性。利用不同颜色的电子显示，可以在显示数字的同时又可以进行颜色编码，从而实现多种用途的显示。发光二级管还具有在工作时不需外加照明就能具有较高清晰度的优势。2010年7月22刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（三）数字式仪表设计（三）数字式仪表设计2.字符设计仪表刻度盘上印刻的数字、字母、汉字和一些专用的符号，统称为字符。由于刻度的功能是通过字符加以完备的，字符的形状、大小和立位直接影响着识读效率。因此，字符的设计应力求能清晰地显示信息，给人以深刻的印象。字符形体设计时，为了使字符形体简单醒目，必须加强各字符本身的特有笔划，突出“形”的特征，避免字体的相似性。图6-8中的数码管七段字体由于字体相似，当需要快速识读时很容易误读。图6-8 铅字体与数码管七段字体汉字字体对识读效率也有影响，越是对字体进行修饰，误读率越高。在汉字大小一定的情况下，识读效率还受视距、照明条件和汉字笔划数的影响。为保证一定的识读效率，视距与笔划数和照明条件需满足下列关系。Y10.3-0.24n 3lgE b （6-1）式中Y最大视距，米；笔划数；E照度值，L x；b与字大小有关的待定参数。在刻度的大小已定的条件下，为了便于识读，字符应尽可能的大。2010年7月23刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（三）数字式仪表设计（三）数字式仪表设计2.字符设计 字符的宽度与高度之比一般取0.60.8，笔划宽与字高之比一般取0.120.16。笔划宽与字高之比还受照明条件的影响，笔划宽与字高比值的推荐值参见表6-6。表6-6 不同照明条件下字符笔划粗细取值 在字体设计当中还应同时考虑背景和照明的因素。一般情况下不建议采用光反射强的材料做字体的背景，因为强反射背景会产生眩目现象，从而影响认读效果。字体和背景在色彩明度上应对比强一些，以增加清晰度。此外还须根据显示仪表所处环境的照明条件来确定字体与背景的明暗关系。一般而言，仪表处在暗处时，用暗底亮字为好；仪表处在明亮处时，选择亮底暗字为好。2010年7月24刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（三）数字式仪表设计（三）数字式仪表设计2.字符设计对于不同照明条件下字体与背景的色彩配置列于表6-7，可供设计或选型时参考。表6-7 不同照明条件下字体与背景的比较 设计时，只有充分考虑字体的大小、形状，处理好字体与背景、仪表所处环境的色彩、照明等参数的关系，才能提高认读速度，并减少误读率。2010年7月25刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（四）显示装置中报警信号设计（四）显示装置中报警信号设计 显示装置中报警信号是显示装置中不可缺少的组成部分，在机器和设备运行过程中发生事故、故障或异常情况时起到通报、警告或提醒的作用。在安全人机系统中，它可以及时提醒操作人员，避免人身伤害和财产损失，从而大大提高系统的安全性。1.报警信号的设计原则报警信号的设计原则(1)信号装置应布置在操作者或监视人员较容易发现和感觉到的位置。(2)信号装置的作用能力（如闪烁频率、持续时间、声压、响度等）应保证操作者能够迅速而准确地反应到信号的最佳可能性。(3)信号装置发出的信号应该简单、明显、清晰、单一，以保证操作者迅速反应和正确地采取措施。(4)要确保信号输出的可靠性，对极为重要和保证安全的信号装置要避免设置在噪音强、光色混乱及单一操作人员的作业环境内。2010年7月26刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（四）显示装置中报警信号设计（四）显示装置中报警信号设计2.常见的报警信号常见的报警信号显示装置中报警信号常用的有光信号器和音响显示器。（1）光信号器光信号器包括信号盘、仪表盘上光色显示器、信号灯。光信号器的主要作用是显示各种不同的工作状态，如静止状态、正常状态、特殊状态和紧急状态。操控者可以根据信号器显示的状态，进行设备的操纵。通常，光信号器可以通过不同的颜色（安全色）显示各种状态。还可配以各种图形和文字，进一步说明和显示。如表示“禁止”“前进”“后退”“通行”“暂停”等等。对于显示危险信号的光显示器可以采用闪频的形式，以提高人的注意力。对于红色，闪频率为24 Hz；黄色，闪频率为0.51Hz。发光和熄灭的时间比为1:1 4:1。（2）音响显示器音响显示器在示警、警告方面起着比其他显示器更为有效的作用。常见的音响显示装置有以下几种。(1)蜂音器，是音响显示器中声压级最低、频率也较低的一种装置。它较柔和地提醒人注意，一般不会使人感到紧张和惊恐，适用于较宁静的环境。(2)铃，比蜂音器有较高的声压级和频率，常用于有较高强度噪声的环境里。(3）角笛，可发出声压级在90一100 dB，低频率的吼声和高声强、高频率的尖叫声，适用于高噪声环境。(4）汽笛，具有高声频和高声强，适用于紧急状态的声音报警。(5）报警器，声音强度大，频率由低到高或由高到低，发出的声音明显而富有上升和下降的调子，可以抵抗其他噪声的干扰，以加强人们的注意和接受效果。在安全人机系统中，音响显示装置具有特殊价值，一般设计要求：要求音响信号传播距离很远时，音响显示器应使用大功率，且避免高频；在有背景噪声的场合，要把音响显示器的频率选择在噪声掩蔽效应最小的范围内；希望声音绕过障碍物或通过隔墙的时候，可使用低频率的音响显示器；希望引起人们注意的场合，音响显示器要用断续的音响信号或用改变频率的方法，使之富有上升和下降的音调；需要证实音响信号是否达到预定位置或辨别信号性质的场合，音响显示器要装有发出信号和接收返回信号的“开”与“关”的控制装置，并保持信号传递的连续性。2010年7月27刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（五）显示器布局（五）显示器布局1指针式仪表群的布局指针式仪表群的布局 指针式仪表群主要用于检查显示，监控者往往是对多个相同形式的仪表同时进行观察，这样多个相同形式的仪表就构成了一个仪表群，并表征机器或设备整个系统的运行状态。当机器或设备的整个系统运行状态正常时，许多仪表指针都处于稳定的显示状态；一旦某一部分出现异常，相关的那个仪表就会出现变位显示。因此，仪表群的布局应当有利于发现这种异常。实验研究表明，当每一个仪表在仪表群的排列中，其零点位置方向都一致时，认读异常变位时的效果最佳。图6-9 仪表群的布局效果比较2010年7月28刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（五）显示器布局（五）显示器布局2显示器板面布局显示器板面布局（1）显示器板面的尺度与视野界限显示器板面的水平方向和垂直方向的尺度应适合于人的视界范围。为了在水平方向上能使视线迅速有效地扫视，显示器板面的宽度应在人的视角3040范围内，当头部转动时，水平视界的范围不超过90。在垂直方向上，最佳的视角范围为视平线以下030范围。允许布置的界限是从视平线起，向上30，向下45。图6-10为在垂直方向上，站坐综合式使用的显示器板面的尺寸及视野界限。图6-10 盘面尺寸与视野界限2010年7月29刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（五）显示器布局（五）显示器布局2显示器板面布局显示器板面布局（2）显示器板面的最佳认读范围及布局根据实验结果，在距离显示器板面80 cm的情况下，若眼球不动，水平视野20范围内为最佳认读范围，其正确认读时间约为1 s左右。当水平视野超过24以后，正确认读时间开始急剧增加。因此，水平视野24以内为最佳认读范围。各种显示仪表在板面上的布局首先要根据视觉运动的规律，使仪表的排列顺序与它们的认读顺序相一致。将互相关联的仪表尽量靠近排列。比如，同一工序所用仪表要布置在同一仪表盘面上。当仪表数量较多时，为了便于区分和认读，可划分成若干个功能区，并用不同的括线和线框加以区分。图6-11 不同功能区的划分2010年7月30刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（五）显示器布局（五）显示器布局2显示器板面布局显示器板面布局（2）显示器板面的最佳认读范围及布局根据显示器板面最佳认读范围的划分可将板面划分为6个布局区域。按仪表的功能和重要程度在这6个区域内进行布局。区为最佳认读区，可布置最重要的显示仪表，如重要设备、关键仪器运行情况的仪表；区可布置需要经常观察和记录的各式仪表；区可布置对生产过程有指导意义的生产管理仪表，如总电压电流表、物料总流量及紧急报警装置等，它们的位置应在人的身高以上比较醒目的地方；区是显示盘面的操纵部分，可布置启动、停车的按钮，显示转换键等装置；区可布置不常用的操纵和控制显示转换的一些装置及电话等；区一般布置不重要或不常用的显示装置。图6-12 仪表群功能区的划分2010年7月31刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（五）显示器布局（五）显示器布局 3显示器板面的总体形式为了保证工作效率和减少疲劳，在设计显示器总体形式时，应当考虑让操纵者减少头部和眼睛的运动，更不必移动座位，就可较方便地认读全部仪表。为了达到这个要求，一般可根据仪表板面的数量和控制室的容量，选择下列几种布局方式，如图6-13所示。图6-13 显示器板面的总体布局(1)直线形布局，见图6-13(a)。这种形式结构简单，安装方便，适用于显示盘面尺度小的情况。(2)弧形布局，如图6-13(b)所示。这种形式的结构可以整体呈弧形，也可组合成弧形，在结构和安装上较复杂，但视觉条件好，眩光不严重，一般适用于中型控制室。(3)弯折形布局，如图6-13(c)所示。这种形式一般为组合成型，结构和安装比较简单，视觉条件好，可根据需要和仪表数量的多少灵活地组合。图中的几种弯折形式适合于大中型控制室。2010年7月32刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（五）显示器布局（五）显示器布局 3显示器板面的总体形式 显示装置的布局要充分考虑认得认读方便性。图6-14中示出了几种错误的显示布局方式。图6-15中给出了单人使用显示装置板面及控制台的基本尺寸。图6-14 几种错误的显示布局方式图6-15 单人使用显示装置板面及控制台的基本尺寸2010年7月33刘景良 第二节 显示器设计显示器设计四、显示器设计四、显示器设计（五）显示器布局（五）显示器布局 4.信号灯的位置 信号灯应布置在良好的视野范围内，使观察者有利于发现信号。并尽量不要使观察者扭转头部或躯干才能发现。当操纵控制台上有多种视觉显示器时，应避免与信号灯互相干扰和重复。如强亮度信号灯应离弱照明的显示仪表远些，以免干扰对该仪表的认读。当必须靠近布置时，信号灯的亮度与仪表照明亮度相差不宜过大。多个信号灯同时使用时，往往会冲淡对主要信号的警觉性，所以应按功能的重要程度加以区分或划出间隔。2010年7月34刘景良 第三节 操纵控制器设计操纵控制器设计当操纵者通过显示装置得到机器设备或环境的显示信息之后，就要通过控制装置将人的控制信息传输给机器。显示装置与控制装置是协调人机关系的一座“桥梁”。人们通过这个“桥梁”来合理地使用机器，实现预计的目的。任何一台机器或设备的控制装置是人们有效地使用机器的重要部件之一。控制装置的可靠性及有效度，直接关系到人机系统的安全性。合理的控制装置可使操纵者能够准确、迅速、安全地进行操作，并可以增加操纵者的舒适性，减少紧张和疲劳。生产中的许多失误和事故往往和控制装置的不合理设计有关。控制装置除具有完成对机器的基本控制功能之外，还必须充分考虑人的因素，如控制装置的形式、位置、方向、精度、作用力等参数都要适合于人的生理特点和心理习惯。2010年7月35刘景良 第三节 操纵控制器设计操纵控制器设计一、操纵控制器的类型及选择（一）操纵控制器的类型（一）操纵控制器的类型操纵控制器的类型很多，一般常用下列方法分类。1按操纵方式划分按操纵方式划分 (1)手动控制器，如各种手柄、按钮、旋钮、选择器、手轮等。(2）脚动控制器，如脚踏板、脚踏钮等。这些控制器与人的肢体有关，其外形、大小、位置、运动方向、运动范围和所需操纵力等，都要适合于人的生理特征，以便于手和脚的操纵。2.按控制器的功能划分按控制器的功能划分 (1)开关控制器，用于简单的开或关，启动或停止的操纵控制，常用的有按钮、踏板、手柄等。(2）转换控制器，适用于系统当中不同状态之间的转换操纵控制，如手柄、选择开关、转换开关、操纵盘等。(3)调整控制器，用于调整系统中工作参数定量增加或减少的操纵控制，如旋钮、手轮、操纵盘等。(4）制动控制器，用于紧急状态下启动或停止的操纵控制。要求灵敏度高，可靠性强，如制动闸、操纵杆、手柄、按钮等。3其他控制器其他控制器 其他控制器主要指光控制器和声控制器等，它们通常是利用传感元件将非电量信号转换成电信号，以便进行启闭开关或开关电路，实现控制的目的。2010年7月36刘景良 第三节 操纵控制器设计操纵控制器设计一、操纵控制器的类型及选择（二）控制器的选择 1按控制器功能的选择 机器设备的不同运行状态决定了控制器的功能。如系统工作状态的启闭，选择按钮开关比较适宜；系统的定量调节，宜选用旋钮和手轮的形式；计算机的数据输人则使用键盘等等。表6-8 各种控制器适用使用功能表 6-9 各种控制器使用情况的比较2010年7月37刘景良 第三节 操纵控制器设计操纵控制器设计一、操纵控制器的类型及选择（二）控制器的选择2按工作要求选择 控制器的工作要求主要包括：工作精度、操纵力大小等内容。表6-10 不同工况下，选择控制器的建议 表6-11 为用于追踪的控制器选择 2010年7月38刘景良 第三节 操纵控制器设计操纵控制器设计一、操纵控制器的类型及选择（二）控制器的选择3操纵控制器的选择原则 控制器选择的一般原则可包括：对于快速而精确度高的操作，一般采用手控或指控装置；对于操纵力较大的操作，采用手臂及下肢控制；手动控制器应安排在肘和肩高度之间且容易接触到的位置，并且易于看到；用于紧急制动的控制器应尽量与其他控制器有明显区分，避免混淆；控制器的类型及方式应能适合人的操作特性，以避免操作失误。2010年7月39刘景良 第三节 操纵控制器设计操纵控制器设计二、控制系统的影响因素（一）操作失误及其相关因素 1操作失误的种类操作失误的种类 操作失误通常有以下4种情况：(1)置换错误 即不同功用的控制器安装在一起，其相互关系不易辨别时，操作者本应操作甲控制器却操作了乙控制器而发生的错误。导致置换错误的主要原因是不同功用的控制器位置安排不适当或控制器的识别标志不明显。(2）调节错误 即调节控制时，调错控制器的位置，致使机器或设备的运行状态发生错误。如自动走刀机床的进刀深度及速度的控制，通常是浅进刀，速度大，深进刀，速度要小。如果在控制调节时，错误地把进刀深度与速度控制调节搞反，设备便会损坏，造成事故。(3）逆转错误 操作控制器时，操作的方向与实际需要的方向相反，因而产生逆转错误。导致逆转错误的原因是控制器的运动方向不符合人的操作习惯，控制器的方向与机器的运转方向或与指示器的方向缺乏逻辑上的联系，或控制器本身缺乏醒目的导向标志。(4)无意的操作错误 如在使用控制器时忘记复位或固定、操作时间不准确或操作不小心等，都能造成无意的错误。其原因有：控制器本身缺乏复位装置或某种报警信号系统；操纵部件的阻力不够，手感不强，操作时难以感觉出操纵量的大小；控制器的配置量和操纵力超过了人的操作能力，使人难以顺利地完成操作。2010年7月40刘景良 第三节 操纵控制器设计操纵控制器设计二、控制系统的影响因素（一）操作失误及其相关因素 2.操作失误的相关因素操作失误的相关因素 引起操作失误的因素除人机系统中的协调性不够之外，还有其他很多因素，如控制器与操作者的相对位置、作业环境、操作者的精神状态和疲劳程度等。这些因素在本教材的其它章节中专门研究。这里仅讨论在生产过程中，由于劳动保护用品引起操作失误的相关因素。（1）手套 戴手套会防碍手部感受控制器的反馈信息。原因是手套在皮肤与控制器之间起到软隔层的作用，较小的反馈作用力会被手套吸收掉，使皮肤感觉不到。特别是较厚材质且较硬的手套，使操纵者对控制器的压力更不敏感，对利用形状进行编码的小型控制器更难以识别。在生产过程中，手套上的油污易造成抓握时打滑。因此，在设计控制器时要事先明确操作时是否戴手套或带什么材质的手套，以便在设计时夸大控制器的形状特征和加大防滑的粗糙程度。（2）鞋 鞋底的性质也会影响脚对反馈信息的感受。使用脚操纵控制器时，过厚、过硬的鞋底会影响到工作质量和引起操作失误。在安全人机系统中，应根据控制器的不同特点和操作情况对工作用鞋提出相应的技术要求。（3）工作服 工作服的作用是，在生产中用于抵抗外界对人体的各种不利影响。如火车司机、飞机驾驶员、重型机械操作人员、寒冷或过热条件下的操作人员、辐射或其他对人有伤害条件下的操作人员、宇航人员、水下人员等，都需要根据操纵工作的特点、劳动效率和安全防护要求等，穿着专用的工作服。工作服装对生产中的人机系统安全性及效率起着重要影响，主要有以下3个方面。保证人的生命得以正常维持，应考虑的因素有衣服的保温性能、隔热性能、透气性能、吸湿性能等。为操作控制提供最大的方便，有利于提高工作效率。保障操作系统安全。不同的控制装置，根据人身安全和机器安全的需要，对服装有着不同的技术和式样要求。如对衣料的防水、防火、防尘、防污染、防静电和绝缘等的要求；式样要考虑到能避免诸如衣服被机器绞住等情况，以防止意外伤害。2010年7月41刘景良 第三节 操纵控制器设计操纵控制器设计二、控制系统的影响因素（二）控制器的工效因素 1控制反馈 人在操纵控制器时，控制器的状态要及时地通过人的手、脚、眼或其他器官反馈给操作者，以保证操作的可靠性及有效性。控制器反馈的方式除已介绍过的仪表显示之外，还常用以下几种形式。（1）光显示。即在控制器上装有灯光显示。比如，将按钮做成透明体，内设小灯，当按钮到位时，按钮即发光。(2)声响显示。即在控制器上设置声响装置（如“卡嗒”声）。(3）操纵阻力。阻力过小会使操纵者感觉不到反馈信息而对操作情况心中无数；阻力过大又会使控制器的动作不灵敏，难以驾驭，而且也容易造成操纵者提前产生疲劳。操纵阻力的大小与控制器的类型、位置、移动距离、操作频率、作用力的方向等因素有关。一般操纵力必须控制在该施力方向的最佳施力范围内，而最小阻力应大于操作人员手脚的最小敏感压力。表6-12列出不同控制器的最小阻力。2010年7月42刘景良 控制器到位时应使阻力发生明显的变化，以作为反馈信息传达给操纵者。这种变化可以是操纵到位时阻力突然变小或阻力突然变大两种情况，如图6-16所示。表6-12 不同控制器所要求的最小阻力图6-16 控制器操纵阻力的变化2010年7月43刘景良 第三节 操纵控制器设计操纵控制器设计二、控制系统的影响因素（二）控制器的工效因素2控制显示比它是指控制器的操作量与显示器（指示器）的显示量之间的一种比例关系，如图6-17所示。其表达式为 式6-1 3控制器的运动方向 应尽量使控制器的操作方向与系统过程的变化方向一致，这样设计有利于操作人员记忆和辨认，以提高操作效率。试验研究也表明，控制器的操作方向与系统变化方向的偏离越大，操作者所产生的操作误差越大。图6-17 控制显示比如操作时，操纵杆移动20mm，显示器上的目标位移为5mm，其控制显示比：B=C/D=20/5=4 又如旋钮调节时，当旋钮转动1个单位，指示器指针移动5个单位，则控制显示比：B=C/D=1/5=0.2显然，B值大，说明控制器改变量大，而显示器的改变量小；B值小，则说明控制器很小的改变量即可产生较大的显示器改变量。通常，在定量调节和连续控制中，对于粗调节或要求快速到位的场合采用较小的B值；而对于精调采用较大的B值更容易控制，但到位耗时较长。2010年7月44刘景良 第三节 操纵控制器设计操纵控制器设计二、控制系统的影响因素（三）操纵装置的特征编码与识别 当许多操纵方式相同的操纵装置设置在一起时，赋予每个操纵装置的独特的特征和代号，就是所谓操纵装置的编码。显然，操纵装置编码在设计中具有非常重要的意义，有利于减少误操作和提高工作效率。编码的形式通常有以下几种：1 形状编码 2.位置编码 3 颜色编码 4 符号编码2010年7月45刘景良1 形状编码将各种不同功能的操纵装置设计成各种不同形状，以其特有的形状实现便于区分的目的的编码称为形状编码。形状编码可以减轻视觉负担，便于利用视觉和触觉进行识别。操纵装置形状编码最好能反映其功能特征，力求使