人机系统的安全设计与评价１.ppt

安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第1页页第五章第五章人机系统的安全设计与评价人机系统的安全设计与评价人机系统的安全设计的内容人机系统的安全设计的内容1、人机界面的安全设计人机界面的安全设计2、作业环境设计作业环境设计3、安全防护装置设计安全防护装置设计4、人机系统的安全可靠性设计人机系统的安全可靠性设计安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第2页页第一节第一节人机界面的安全人机界面的安全设计设计一、显示器的设计一、显示器的设计1、显示器的性能要求、显示器的性能要求用用简简单单明明了了的的方方式式传传达达信信息息，使使传传递递信信息息的的形形式式尽尽量量能直接表达信息的内容，以减少译码的错误。能直接表达信息的内容，以减少译码的错误。显显示示精精度度要要适适当当，保保证证最最少少的的认认读读时时间间，避避免免因因精精度度超过需要，反而使阅读困难和误差增大。超过需要，反而使阅读困难和误差增大。显显示示形形式式要要符符合合操操作作者者的的习习惯惯及及操操作作能能力力极极限限，易易于于了了解解，避避免免换换算算，减减少少训训练练时时间间，减减少少受受习习惯惯干干扰扰造造成解释不一致的差错。成解释不一致的差错。根根据据作作业业条条件件（如如照照明明、速速度度、振振动动、操操作作者者的的位位置置、运运动动的的约约束束等等），运运用用最最有有效效的的显显示示技技术术和和显显示示方方法法，要要使使显显示示变变化化速速度度与与操操作作者者的的反反应应能能力力相相适适应应，不不要要让显示速度超过人的反应速度。让显示速度超过人的反应速度。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第3页页2 2、显示器设计的基本原则、显示器设计的基本原则明明显显度高度高可可见见度高度高可可读读性好性好阐阐明力明力强强简单简单明了明了确保安全确保安全使使视视力有缺陷者（如力有缺陷者（如视视弱、色弱者）也不会弱、色弱者）也不会误认误认。显示器的显示方式和操作者的思维过程应当显示器的显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致。和谐一致。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第4页页3 3、视觉显示器的设计、视觉显示器的设计视觉显示方式主要有数字显示和模拟显示两类：数字显示中有机械式，数码管式液晶式和屏幕式等。它直接用数码来显示有关参数和工作状态。模拟显示最常用的有刻度盘指针式和灯光显示式。它是用模拟量来显示机器有关参数和状态。手表表盘就是一个典型的模拟显示。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第5页页（1 1）指针式仪表的设计）指针式仪表的设计依刻度盘的形状，指针显示器可分为圆形、弧形和直线形（见表51）。设计指针式仪表时应考虑安全人机工程学的问题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能迅速而准确地识读；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。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第6页页表表51 1指针显示器的刻度盘分类指针显示器的刻度盘分类安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第7页页误读率比较:开窗型，由于指针不动，刻度数字动，窗中的数字易读，其误读率最小。与此相反，圆型，半圆型等，由于需在仪表中寻找和确认指针的位置，所以在较短的揭示时间内比开窗型的误读率高，但因可以用指针的倾角来推测显示量，因此高于水平型和竖直型显示。水平型和竖直由于寻找指针位置最费时间，在提示时间短的情况下，误读率最高，但与竖直型相比，水平型的误读率偏低，这是因为眼球的运动快的缘故。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第8页页1）刻度盘的设计刻度盘的形状。刻度盘的形状主要取决于仪表的功能和人的视觉运动规律。以数量识读仪表为例，其指针值必须能使识读者精确、迅速地识读。实验研究表明，不同形式刻度盘的误读率亦不同（表52）安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第9页页表表5 52 52 5种显示器读数准确度的比较种显示器读数准确度的比较（圆型仪表为（圆型仪表为100）显示器类型显示器类型最大可见度盘尺寸最大可见度盘尺寸（mmmm）读数错误率读数错误率（%）开窗式开窗式圆形圆形半圆形半圆形水平直线形水平直线形竖直直线形竖直直线形42.342.354.054.01101101801801801804545100100153153252252325325安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第10页页刻度盘的大小。刻度盘的大小取决于盘上标记的数量和观察距离。以圆形刻度为例，当盘上标记数量多时，为了提高清晰度，须相应增大刻度盘。但是，这必将增加眼睛的扫描路线和仪表占用面积。而缩小刻度盘又会使标记密集不清晰。刻度盘的最佳直径与监控者的视角有关。实验证明，最佳视角为5。因此，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。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第11页页怀特（WJWhite）等人对圆形刻度盘最优直径作过实验，将仪表安装在仪表盘上，然后测试反应速度和误读率。结果表明，圆形刻度盘的最优直径是44mm（表53）。关于圆形刻度盘的直径、观察距离和标记数量的推荐值请参见表54。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第12页页表表53 3认读速度和准确度与直径大小的关系认读速度和准确度与直径大小的关系（视距（视距750mm）刻度盘直径刻度盘直径mm观察时间观察时间s平均反应时间平均反应时间s读错率读错率%250.820.766440.720.724700.755.7312安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第13页页表表54 4观察距离和标记数量与刻度盘直径的关系观察距离和标记数量与刻度盘直径的关系刻度标记的数量刻度标记的数量刻度盘的最小允许直径刻度盘的最小允许直径观察距离观察距离500mm时时观察距离观察距离900mm时时3825.425.45025.432.57025.445.510036.464.315054.498.020072.8129.6300109.0196.0安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第14页页2）刻度与刻度线设计）刻度与刻度线设计 刻度的大小 刻度盘上最小刻度线间的距离称为刻度。刻度的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。人眼直接读识刻度时，刻度的最小尺寸不应小于1mm。当刻度小于1mm时，误读率急剧增加。因此，刻度的最小尺寸一般在1之间选取,必要时也可采用48mm。采用放大镜读数时，刻度的大小一般取1X mm（X为放大镜放大倍数）。刻度线的最小值还受所用材料的限制，钢和铝的最小刻度为1mm；黄铜和锌白銅为0.5mm安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第15页页 刻度的类型 常见的刻度类型有单刻度线、双刻度线和递增式刻度线（见图51）。递增式刻度线的形象特征可以减少识读误差。刻度线的宽度即刻度线的粗细刻度线的宽度取决于刻度的大小，当刻度线宽度为刻度的10左右时，读数的误差最小（图1）。因此，刻度线宽度一般取刻度的515，普通刻度线通常取；远距离观察时，可取，精度高的测量刻度线取。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第16页页图图51刻度线刻度线安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第17页页图图1刻度线宽度对误差的影响刻度线宽度对误差的影响安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第18页页 刻度线长度 刻度线长度选择合适与否，对识读准确性影响很大。刻度线长度受照明条件和视距的限制，见表1。当视距为L时，刻度线最小长度为：长刻度线长度L90 中刻度线长度L125短刻度线长度L200刻度线间距L600刻度线长度还受刻度大小的影响，不同刻度范围的刻度线长度按表55选取。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第19页页表1刻度线的长度观察距离观察距离m长度长度mm长刻度线长刻度线中刻度线中刻度线短刻度线短刻度线0.5以内以内5.54.12.30.50.910.07.14.30.91.820.014.08.61.83.640.028.017.03.66.067.048.029.0安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第20页页表表55 5刻度线长度选择表刻度线长度选择表（）（）刻度大小刻度大小长度长度刻度线刻度线0.150.30.30.50.50.80.81.21.22233558L1（短）（短）1.01.21.51.82.02.53.04.0L2（中）（中）1.41.72.22.63.04.54.56.0L3（长）（长）1.82.22.83.34.06.06.08.0安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第21页页 刻度方向 刻度盘上刻度值的递增顺序称为刻度方向。刻度方向必须遵循视觉规律，水平直线型应从左至右；竖直直线型应从下到上；圆形刻度应按顺时针方向安排刻度值。数字累进法一个刻度所代表的被测值称为单位值。每一刻度线上所标度的数字的累进方法对提高判读效率、减少误读也有非常重要的作用。数字累进法的一般原则如表56所示。这是美国海军的研究成果。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第22页页表表56 6数字累进法数字累进法优优可可差差1 2 3 4 51 2 3 4 55 10 15 20 255 10 15 20 2510 20 30 40 5010 20 30 40 5050 100 150 200 25050 100 150 200 2502 4 6 8 102 4 6 8 1020 40 60 80 10020 40 60 80 100200 400 600 800 1000200 400 600 800 10003 6 9 123 6 9 124 8 12 164 8 12 161.25 2.5 5 7.51.25 2.5 5 7.515 30 45 6015 30 45 60一般应采取表中“优”的累进法，只是在不得已的情况下才使用“可”，而绝对不能使用“差”的累进法。人最易读取自然增加的数字。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第23页页刻度设计注意事项A、不要以点代替刻度线；B、刻度线的基线用细实线为好，图52中采用的粗线不利于识读；C、刻度线不可很长而且很挤，如图53所示；D、不要设计成间距不均匀的刻度，如图54所示。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第24页页图图52准线太粗准线太粗图图53刻度线太长，排得太挤刻度线太长，排得太挤安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第25页页图图54不均匀刻度举例不均匀刻度举例安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第26页页字符设计字符设计字符的形体 字符的大小对于安装在仪表盘上的仪表，视距为710时，其字符高度可参考表57笔划宽与字高比值的推荐值如表58所示安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第27页页表表57仪表盘上仪表的字符高度（）仪表盘上仪表的字符高度（）字母或数字字母或数字的性质的性质低亮度下（约低亮度下（约0.103cd/m20.103cd/m2）高亮度下（约高亮度下（约3.43cd/m23.43cd/m2）重要的重要的（位置可变）（位置可变）重要的重要的（位置固定）（位置固定）不重要的不重要的5.15.17.67.63.63.67.67.60.20.25.15.13.03.05.15.12.52.55.15.10.20.25.15.1安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第28页页表表58 8不同照明条件下字符笔划粗细取值不同照明条件下字符笔划粗细取值照明和背景亮度情况照明和背景亮度情况字字 体体笔划宽：字高笔划宽：字高低照度下低照度下字母与背景的亮度对比比较低时字母与背景的亮度对比比较低时亮度对比值大于亮度对比值大于1:121:12（白底黑字）（白底黑字）亮度对比值大于亮度对比值大于1:121:12（黑底白字）（黑底白字）黑色字母于发光的背景上黑色字母于发光的背景上发光字母于黑色的背景上发光字母于黑色的背景上字母具有较高的明度字母具有较高的明度视距较大而字母较小的情况下视距较大而字母较小的情况下粗粗粗粗中粗中中粗中中细中细粗粗中细中细极细极细粗中粗粗中粗1:51:51:51:51:61:61:81:81:61:61:81:81:51:51:81:81:101:101:121:121:201:201:51:51:61:6安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第29页页 标度数字的原则指针运动盘面固定的仪表标度的数字应直排（正立位）；盘面运动指针固定的仪表标度的数字应辐射定向安排；最小刻度可不标度数字，最大刻度必须标度数字；指针在仪表面内时，如果仪表盘面空间足够大，则数字应在刻度的外侧，以避免被指针挡住；指针在仪表外侧时，数字应标在刻度的内侧；开窗式仪表的窗口应能显示出被指出的数字及上下相邻的两个数字，标数应顺时针辐射定向安排。为了不干扰对显示信息的识读，刻度盘上除了刻度线和必要的字符外，一般不加任何附加装饰；一些说明仪表使用环境、精度的字符应安排在不显眼的地方。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第30页页指针设计指针设计的人机工程学问题，主要从下列几方面考虑：形状宽度长度颜色零点位置色彩匹配安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第31页页指针的形状指针形状要单纯、明确，不应有装饰。针身以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形的为好。图2为指针的基本形式。在设计指针箭头时可参考图3所示的各种箭头，以最右端的为最好。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第32页页图图2指针的基本形状安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第33页页图图3各种箭头形状的比较安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第34页页指针的宽度指针针尖宽度应与最短刻度线等宽，但不应大于两刻度线间的距离。指针不应接触刻度盘面，但要尽量贴近盘面。精度要求很高的仪表，其指针和刻度盘面应装配在同一平面内。指针的长度指针的针尖不要覆盖刻度，一般要离开刻度记号左右，圆形刻度盘的指针长度不要超过它的半径，需要超过半径时，其超过部分的颜色应与盘面的颜色相同。指针的颜色指针的颜色与刻度盘的颜色应有较鲜明的对比，但指针与刻度线的颜色和字符的颜色应该相同。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第35页页零点位置指针零点位置大都在相当于始终12点或9点的位置上。色彩匹配指针、刻度和表盘的配色关系要符合人的色觉原理，黑色配色的清晰度较高，但不是最高，见表4配色时要采取红绿等醒目色，以提高工作环境的美学效果。在现代生产中，要注意整体效果，即装在仪表板上所有仪表的颜色都要搭配好，使总体颜色看起来协调、淡雅、舒适和明快。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第36页页表表2配色的级次级次级次12345678910清晰清晰程度程度底色底色被衬色被衬色模糊模糊程度程度底色底色被衬色被衬色安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第37页页（2）数字显示器的设计数字显示器的设计数字显示是直接用数字和字符等显示数字显示是直接用数字和字符等显示参数或状态的仪表，除了少量机械式参数或状态的仪表，除了少量机械式数字显示器外，显示器几乎全是电子数字显示器外，显示器几乎全是电子显示器，其基本形式有两种：一种是显示器，其基本形式有两种：一种是以显示数字为主并有少量字符的显示以显示数字为主并有少量字符的显示器，多数为开窗式，如液晶显示器、器，多数为开窗式，如液晶显示器、数码管显示器等；一种是以显示参数、数码管显示器等；一种是以显示参数、表格、模拟曲线或图形，以及数量较表格、模拟曲线或图形，以及数量较多的各种字符为主的显示器，多数为多的各种字符为主的显示器，多数为屏幕式，如各种监视器、计算机显示屏幕式，如各种监视器、计算机显示器等。器等。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第38页页电子显示的主要问题有两个：一是因字型由直线段组成，因而失去常态的曲线，带来认读的不方便；二是各字间隔会因字的不同而变化，忽大忽小；如图55所示。实验表明，由亮小圆点阵来构造字符（如图56），认读性好，使混淆的可能性大为减小。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第39页页图图5-5电子数码显示电子数码显示图图56圆点阵显示圆点阵显示安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第40页页数字式显示的优点数字式显示的优点使用数字式显示不但认读快，而且误读率低格雷瑟在1949年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，作为飞机高度计，显示飞机不同的高度，如图4所示。对受过训练的飞行员和大学生进行认读实验。发现飞机上原来采用的三针式高度计误读率最高并且认读时间最长。1958年4月晚一架子爵号飞机在准备向普斯威克机场降落时，机长将三针式高度计的2500英尺误读为12500英尺，结果飞机撞毁在地面上。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第41页页图图4格雷瑟的实验仪表(1)安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第42页页图图4格雷瑟的实验仪表(2)安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第43页页模拟显示与数字显示的功能比较模拟显示与数字显示的功能比较比较项比较项目目模拟显示仪表模拟显示仪表数字显示仪表数字显示仪表指针活动式指针活动式指针固定式指针固定式数量信数量信息息中：指针活动时读数困难中：指针活动时读数困难中：刻度移动时读数困难中：刻度移动时读数困难好好：能能读读出出精精确确数数值值，速速度度快快、差错少差错少质量信质量信息息好好：易易判判定定指指针针位位置置，不不需需读读出出数数值值和和刻刻度度就就能能迅迅速发现指针的变动趋势速发现指针的变动趋势差差：未未读读出出数数值值和和刻刻度度时时，难以确定变化方向和大小难以确定变化方向和大小差差：必必须须读读出出数数字字，否否则则难难以以得得知变化的方向和大小知变化的方向和大小调节性调节性能能好好：指指针针运运动动与与调调节节活活动动有有简简单单而而直直接接的的关关系系，便便于调节和控制于调节和控制中中：调调节节运运动动方方向向不不明明显显，指指示示的的变变动动难难控控制制，快快速速调节时不易读数。调节时不易读数。好好：数数字字调调节节的的监监测测结结果果精精确确，数数字字调调节节与与调调节节运运动动无无直直接接关关系系，快速调节时难以读数快速调节时难以读数监控性监控性能能好好：能能很很快快确确定定指指针针位位置置并并进进行行监监控控，指指针针与与调调节节监控活动关系最简单监控活动关系最简单中中：指指针针无无变变化化有有利利监监控控，但但指指针针与与调调节节监监控控活活动动的的关系不明显关系不明显差：不便按变化的趋势进行监控差：不便按变化的趋势进行监控安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第44页页一一般般性性能能中中：占占用用面面积积大大，照照明明可可设设在在控控制制台台上上，刻刻度度的的长长短短有有限限，尤尤其其在在使使用多指针显示时认读性差用多指针显示时认读性差中中：占占用用面面积积小小，仪仪表表需需局局部部照照明明，只只在在很很小小一一段段范范围围内认读，认读性好内认读，认读性好好好：占占用用面面积积小小，照照明明面面积积也也是是最最小小，表表盘盘的的长短只受字符的限制长短只受字符的限制综综合合性性能能可靠性高可靠性高稳定性好稳定性好易于显示信号的变化趋向易于显示信号的变化趋向易于判断信号值与额定值之差易于判断信号值与额定值之差精度高精度高认读速度快认读速度快无差补误差无差补误差过载能力强过载能力强易与计算机联用易与计算机联用局局限限性性显示速度较慢显示速度较慢易受冲击和振动的影响易受冲击和振动的影响环境因素影响较大环境因素影响较大过载能力差过载能力差质量控制困难质量控制困难显示易跳动或失效显示易跳动或失效干扰因素多干扰因素多需内附或外附电源需内附或外附电源元件或焊接件存在失效元件或焊接件存在失效问题问题发发展展趋趋势势提高精度与速度提高精度与速度采用模拟与数字混合型显示仪表采用模拟与数字混合型显示仪表提高可靠性提高可靠性采用智能化显示仪表采用智能化显示仪表安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第45页页（3）信号灯设计信号灯设计信号灯设计的原则信号灯设计的原则清晰、醒目和必要的视距清晰、醒目和必要的视距(见表见表2)2)合乎使用目的合乎使用目的按信号性质设计按信号性质设计信号灯位置与颜色的选择信号灯位置与颜色的选择信号灯与操纵杆和其他显示器的配合信号灯与操纵杆和其他显示器的配合 安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第46页页表表2能见距离与空气透明度的关系大气状态大气状态透明系数透明系数能见距离能见距离km空气绝对纯净空气绝对纯净0.99200透明度非常好透明度非常好0.97150很透明很透明0.96100透明度良好透明度良好0.9250透明度中等透明度中等0.8120空气稍许混浊空气稍许混浊0.6610空气混浊（霾）空气混浊（霾）0.364空气很混浊（浓霾）空气很混浊（浓霾）0.122薄薄雾雾0.0151中中雾雾210-4810-100.50.2浓浓雾雾10-1910-340.10.05极浓雾极浓雾10-34几十几十几米几米安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第47页页（4）符号标记设计符号标记设计符号标记的评价标准为：识别性、注目性、视认性、可读性、联想性。路标的具体评价依次是：标记的识别距离，文字的识认距离，认读时间，判断时间动作时间安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第48页页为了防止色盲、色弱、色觉异常者（多为红绿色盲）对交通信号的误认，有的城市采用如图5-7所示的信号灯。图图5 57 7 改进的交通信号灯改进的交通信号灯安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第49页页当所要显示的信息内容较复杂时，往往单个信号灯难以胜任，在此情况下，可采用多个信号灯的复合显示来实现。现代汽车尾灯的设计就采用了颜色编码。汽车的尾灯是给后方汽车驾驶员指示前方车辆行驶情况的，对避免前后相撞有重要意义，其复合灯光指示：有车、刹车、转弯等。白灯用于夜间行驶时倒车用，如下图所示安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第50页页4 4、听觉显示器的设计、听觉显示器的设计（1）音响及报警装置的设计音响及报警装置的设计 音响和报警装置的类型及特点音响和报警装置的类型及特点 蜂蜂鸣鸣器器 常常配配合合信信号号灯灯一一起起使使用用，作作为为提提示示性性听听觉觉显显示示装装置置，提提示示操操作作者者注注意意，或或提提示示操操作作者者去去完完成成某某种种操操作作，也也可用于指示某种操作正在可用于指示某种操作正在进进行。行。铃铃 铃铃因因其其用用途途不不同同，其其声声压压级级和和频频率率也也有有较较大大差差别别。用用做做指指示示上上下下班班的的铃铃声声和和报报警警器器的的铃铃声声，其其声声压压和和频频率率就就较较高，因而可用于具有高，因而可用于具有较较高高强强度噪声的度噪声的环环境中。境中。角角笛笛和和汽汽笛笛 角角笛笛常常用用作作高高噪噪声声环环境境中中的的报报警警装装置置；汽汽笛笛较较适合于适合于紧紧急状急状态态的音响的音响报报警装置。警装置。警警报报器器主要用作危急状主要用作危急状态报态报警，如防空、救火警，如防空、救火报报警等。警等。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第51页页2）音响和报警装置的设计原则音响和报警装置的设计原则音响信号必须保证使位于信号接受范围内的人员能够识别并按照规定的方式作出反应。因此，音响信号的声级必须超过听阈，最好能在一个或多个倍频程范围内超过听阈10dB以上。音响信号必须易于识别，特别是有噪声干扰时，音响信号必须能够明显地听到并可与其它噪声和信号区别。因此，音响和报警装置的频率选择应在噪声掩蔽效应最小的范围内。例如，报警信号的频率应在500600Hz之间。其最高倍频带声级的中心频率同干扰声中心频率的区别越大，该报警信号就越容易识别。当噪声声级超过110dB时，最好不用声信号来作报警信号。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第52页页为引起人注意，可采用时间上均匀变化的脉冲声信号，其脉冲声信号频率不低于和不高于5Hz，其脉冲持续时间和脉冲重复频率不能与随时间周期性起伏的干扰声脉冲的持续时间和脉冲重复频率重合。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，例如紧急信号，其音频应在1S内由最高频（1200Hz）降低到最低频（500Hz），然后听不见，再突然上升，以便再次从最高频降低到最低频。这种变频声可使信号变得特别刺耳，可明显地与环境噪声和其它声信号相区别。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，组成“视听”双重报警信号，以防信号遗漏。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第53页页（2）语言传示装置的设计语言传示装置的设计 语言的清晰度语言的清晰度 语言清晰度（室内）语言清晰度（室内）与主观感觉的关系（与主观感觉的关系（见表见表5 51010 ）。设计）。设计一个语言传示装置，其语言的清晰度必须一个语言传示装置，其语言的清晰度必须在在7575以上，才能正确传示信息。以上，才能正确传示信息。语言的强度语言的强度 语语言言传传示装置的示装置的语语言言强强度最好在度最好在6080dB之之间间。（见图见图5 5）噪声对语言传示的影响噪声对语言传示的影响 当噪声声压级当噪声声压级大于大于40dB40dB时，这时噪声对语言信号有掩蔽时，这时噪声对语言信号有掩蔽作用，从而影响语言传示的效果。作用，从而影响语言传示的效果。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第54页页语言清晰度百分率语言清晰度百分率100人的主观感觉人的主观感觉65以下以下65757585859696以上以上不满意不满意可以听懂，但很费劲可以听懂，但很费劲满意满意很满意很满意完全满意完全满意表表510语言清晰度的评价语言清晰度的评价安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第55页页图图5语音强度与清晰度的关系安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第56页页5 5、仪表盘总体布局设计仪表盘总体布局设计（1）仪表盘的识读特点与最佳识读区仪表盘的识读特点与最佳识读区以视中心线为基准，在其上下各15的区域内误读概率最小，视角增大差错率增高(表511)。当视距为800时，若眼球不动，水平视野20范围为最佳识读范围，其正确识读时间为s。当水平视野超过24以外范围的仪表时，需通过头部区域，然后再观察右部区域，所以24角以外区域的左半部正确识读时间比右半部正确识读时间短。视线与盘面垂直，可以减少视觉误差。当人坐在控制台前时，头部一般略向前倾，所以仪表盘面应相应后仰1530，以保证视线与盘面垂直。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第57页页视线上下的角度区域视线上下的角度区域误误读读概概率率015153030454560607575900.00010.00050.00100.00150.00200.00250.0030表表511不同视线角度不同视线角度与误读概率与误读概率安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第58页页（2）仪表盘的总体设计仪表盘的总体设计为了保证工作效率和减少疲劳，一目了然地看清全部仪表，一般可根据仪表盘的数量选择一字形、弧形、弯折形布置形式。一字开布置的结构简单，安装方便，是目前控制室仪表盘的较少的小型控制室。弧形布置的结构比较复杂，它既可以是整体弧形，也可以是组合弧形。这种弧形结构改善了视距变化较大的缺点，常用于10块盘以上的中型控制室，弯折式布置由多个一字形构成，其结构比弧形式简单，又使视距变化较大的缺点得到克服。因此该种布置形式常用于大中型控制室。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第59页页（3）仪表盘的垂直立面布置仪表盘的垂直立面布置安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第60页页二、二、控制器的设计控制器的设计控制器是操作者用以控制机器运行状态的装置或部件，是联系人和机的重要部件之一生产中的许多事故是因控制器的设计未能充分考虑人的因素所致费茨（PMFitts）和琼斯（REJones）1947年在分析飞行驾驶中出现的460个操作失误中，发现其中68的错误是由于控制器设计不当引起的。这足以说明控制器设计的重要性安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第61页页1 1、控制器的类型、控制器的类型（1）按操纵的动力装置分按操纵的动力装置分，有三类：，有三类：手控装置手控装置如按如按钮钮、开关、旋、开关、旋钮钮、曲柄、杠杆及手、曲柄、杠杆及手轮轮。脚控装置脚控装置如脚踏板、脚踏如脚踏板、脚踏钮钮、膝控制器、膝控制器等。等。其它其它 如声控、光控。如声控、光控。（2 2）、按控制器的功能分）、按控制器的功能分，有四类：，有四类：开开关关控控制制器器用用于于简简单单的的开开或或关关，启启动动或或停停止止的的操操纵纵控控制。常用的有按钮、踏板、手柄等。制。常用的有按钮、踏板、手柄等。转转换换控控制制装装置置用用于于系系统统当当中中不不同同状状态态之之间间的的转转换换操操纵纵控制。如手柄、选择开关、转换开关、操纵盘。控制。如手柄、选择开关、转换开关、操纵盘。调调整整控控制制装装置置用用于于调调整整系系统统中中工工作作参参数数定定量量增增加加或或减减少的操纵控制。如旋钮、手轮、操纵盘等。少的操纵控制。如旋钮、手轮、操纵盘等。紧紧急急停停车车控控制制装装置置 用用于于紧紧急急状状态态下下启启动动或或停停止止的的操操纵纵控制。如制动闸、操纵杆、手柄。控制。如制动闸、操纵杆、手柄。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第62页页2、控制器设计的一般原则、控制器设计的一般原则（1 1）控制器设计的一般要求）控制器设计的一般要求控制器设计要适应人体运动的特征，考虑操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。作者的人体尺寸和体力。(表表5-125-12、13)13)控制器操纵方向应与预期的功能方向和机器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。设备的被控制方向一致。控制器要利于辨认和记忆。控制器要利于辨认和记忆。尽量利用控制器的结构特点进行控制（如弹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（如脚踏开簧等）或借助操作者体位的重力（如脚踏开关）进行控制。关）进行控制。尽量设计多功能控制器，并把显示器与之有尽量设计多功能控制器，并把显示器与之有机结合，如带指示灯按钮等。机结合，如带指示灯按钮等。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第63页页表表512常用操纵机构所允许的最大用力常用操纵机构所允许的最大用力操纵结构的形式操纵结构的形式允许的最大用力（允许的最大用力（N）轻型按钮轻型按钮5重型按钮重型按钮30脚踏按钮脚踏按钮2090轻型转换开关轻型转换开关4.5重型转换开关重型转换开关20前后动作的杠杆前后动作的杠杆150左右动作的杠杆左右动作的杠杆130手轮手轮150方向盘方向盘150安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第64页页（2）、设计控制器时应考虑的因素、设计控制器时应考虑的因素1 1）控制信息的反馈）控制信息的反馈来自人体自身反馈信息的部位来自人体自身反馈信息的部位：眼睛观察手：眼睛观察手脚的位移；手、臂、肩或脚、腿、臀感受的脚的位移；手、臂、肩或脚、腿、臀感受的位移或压力信息。位移或压力信息。来自机反馈的信息来自机反馈的信息：仪表显示、音响显示、：仪表显示、音响显示、振动变化及操纵阻力四种形式。振动变化及操纵阻力四种形式。光显示。即在控制器上装有灯光显示，如图光显示。即在控制器上装有灯光显示，如图1 1所示。所示。将按钮做成透明体，内设小灯，当按钮到位时，按将按钮做成透明体，内设小灯，当按钮到位时，按钮即发光。这样不仅可以表明操作控制器的到位，钮即发光。这样不仅可以表明操作控制器的到位，还可以显示按钮的位置状态，提示操作者注意。还还可以显示按钮的位置状态，提示操作者注意。还可以在控制按钮以外的相应位置上用不同色光的联可以在控制按钮以外的相应位置上用不同色光的联动装置来表示操作控制器到位的情况。动装置来表示操作控制器到位的情况。安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第65页页操操作作特特征征最大用力（最大用力（N）用手操纵的转动机构用手操纵的转动机构10用手和前臂操纵的转动机构用手和前臂操纵的转动机构1938用手和上肢操纵的转动机构用手和上肢操纵的转动机构7898用手以最高速度旋转的机构用手以最高速度旋转的机构8.819在精确安装时的转动工作在精确安装时的转动工作1929表表513平稳转动控制器的最大用力平稳转动控制器的最大用力安全人机工程学第五章湖南工学院安全工程系湖南工学院安全工程系2022/10/27第第66页页振动变化振动变化。可以反映在控制器上，也可反。可以反映在控制器上，也可反映在体觉上（如机动车辆）。振动也常常映在体觉上（如机动车辆）。振动也常常转化为噪声的形式传递给操作者。转化为噪声的形式传递给操作者。音响显示音响显示。在控制器上设置到位音响