安全人机工程(王保国)6

安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计教学内容6.1显示装置的类型及特点6.2显示装置的设计6.3控制装置的类型和特点6.4控制装置的设计6.5显示装置与控制装置的布局安全人机工程学SafetyErgonomics基本要求掌握显示装置、控制装置设计原则与方法，显示器与控制器的布局。正确理解人机界面的概念。本章重难点重点：显示装置、控制装置设计原则与方法；显示器与控制器的布局难点：控制装置设计原则在实际设计中的应用第六章人机界面的安全设计安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计什么是人机界面？在人机系统中，存在着一个人与机相互作用的“面”，所有的人机信息交流都发生在这个“面”上，通常人们称这个面为人机界面。人机界面设计内容：显示器、控制器以及它们之间的关系设计，使人机界面符合人机信息交流的规律与特性。安全人机工程学SafetyErgonomics6.1信息显示装置的类型及其特点1、信息显示方式的类型及其功能在人机系统中，按人接受信息的感觉通道不同，可将显示器分为视觉显示器、听觉显示器和触觉显示器。第六章人机界面的安全设计仪表是信息显示器中应用最广泛的一种视觉显示器。按显示形式分：数字式显示器和模拟式显示器按显示功能分：读数用仪表、检查用仪表、警戒用仪表、追踪用仪表、调节用仪表。安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计2、显示方式的选择方法与原则选择方法根据不同的工作场合和不同的工作要求来确定。选择原则（1）用简单明了的方式传达信息，使传递信息的形式尽量能直接表达信息的内容，以减少译码的错误。（2）显示精度要适当，保证最少的认读时间，避免因精度超过需要，反而使阅读困难和误差增大。安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计（3）显示形式要符合操作者的习惯及操作能力极限，易于了解，避免换算，减少训练时间，减少受习惯干扰造成解释不一致的差错。（4）根据作业条件（如照明、速度、振动、操作者的位置、运动的约束等），运用最有效的显示技术和显示方法，要使显示变化速度与操作者的反应能力相适应，不要让显示速度超过人的反应速度。安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计6.2显示装置的设计1、显示器设计的基本原则（1）准确性原则（2）简单性原则（3）一致性原则（4）排列性原则设计中考虑类型、大小、形状、颜色匹配、刻度、标记等。安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计①最常用的和最主要的显示器应尽可能安排在视野中心3°范围之内；②当显示器很多时，应按它们的功能分区排列，区与区之间应有明显界限；③显示器应尽量靠近，以缩小视野范围；④显示器的排列要适合人的视觉特性。如人眼的水平运动比垂直运动快且幅度宽，因此显示器水平排列的范围可以比垂直方向大。安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计2、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SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计（1）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6－1设计指针式仪表时应考虑安全人机工程学的问题①指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当；②刻度盘的形状与大小是否合理；③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；④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。前进安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计表6－1指针显示器的刻度盘分类安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计误读率比较: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。返回安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计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。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。安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计•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2.5～5°。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。怀特（W．J．White）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。（见表6-1）安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计表6－1认读速度和准确度与直径大小的关系（视距750mm）刻度盘直径mm观察时间s平均反应时间s读错率%250.820.766440.720.724700.755.7312结果表明，圆形刻度盘的最优直径是44mm。安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计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右表。刻度标记的数量刻度盘的最小允许直径观察距离500mm时观察距离900mm时3825.425.45025.432.57025.445.510036.464.315054.498.020072.8129.6300109.0196.0安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计2）刻度与刻度线设计①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0.6～1mm。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1～2.50mm之间选取,必要时也可采用4～8mm。采用放大镜读数时，刻度的大小一般取1／Xmm（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SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计②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6－1）。递增式刻度线的形象特征可以减少识读误差。③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6-2）。因此，刻度线宽度一般取刻度的5％～15％，普通刻度线通常取0.1±0.02mm；远距离观察时，可取0.6～0.8mm，精度高的测量刻度线取0.0015～0.1mm。前进安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计图6－1刻度线返回安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计图6-2刻度线宽度对误差的影响返回安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计④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6-3。当视距为L时，刻度线最小长度为：长刻度线长度＝L／90中刻度线长度＝L／125短刻度线长度＝L／200刻度线间距＝L／600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6－4选取。安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计表6-3刻度线的长度观察距离m长度mm长刻度线中刻度线短刻度线0.5以内5.54.12.30.5～0.910.07.14.30.9～1.820.014.08.61.8～3.640.028.017.03.6～6.067.048.029.0返回安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计表6-4刻度线长度选择表（㎜）刻度大小长度刻度线0.15～0.30.3～0.50.5～0.80.8～1.21.2～22～33～55～8L1（短）1.01.21.51.82.02.53.04.0L2（中）1.41.72.22.63.04.54.56.0L3（长）1.82.22.83.34.06.06.08.0安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计⑤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。⑥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6－5所示。这是美国海军的研究成果。安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计表6－5数字累进法优可差12345510152025102030405050100150200250246810204060801002004006008001000369124812161.252.557.515304560一般应采取表中“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SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计⑦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6－3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6－4所示；D、不要设计成间距不均匀的刻度，如图6－5所示。安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计图6－3准线太粗图6－4刻度线太长，排得太挤返回安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计图6－5不均匀刻度举例安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计3）字符设计①字符的形体②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6－6笔划宽与字高比值的推荐值如表6－7所示安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计表6－6仪表盘上仪表的字符高度（㎜）字母或数字的性质低亮度下（约0.103cd/m2）高亮度下（约3.43cd/m2）重要的（位置可变）重要的（位置固定）不重要的5.1～7.63.6～7.60.2～5.13.0～5.12.5～5.10.2～5.1返回安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计表6－7不同照明条件下字符笔划粗细取值照明和背景亮度情况字体笔划宽：字高低照度下字母与背景的亮度对比比较低时亮度对比值大于1:12（白底黑字）亮度对比值大于1:12（黑底白字）黑色字母于发光的背景上发光字母于黑色的背景上字母具有较高的明度视距较大而字母较小的情况下粗粗中粗～中中～细粗中～细极细粗～中粗1:51:51:6～1:81:6～1:81:51:8～1:101:12～1:201:5～1:6安全人机工程学SafetyErgonomics第六章人机界面的安全设计③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