安全人機(jī)工程學(xué)第6章人機(jī)界面設(shè)計精課件

1、1 第6章 人機(jī)界面設(shè)計6.1 人機(jī)界面概述6.2 信息顯示裝置的類型及設(shè)計原則6.3 視覺顯示裝置設(shè)計6.4 聽覺顯示裝置設(shè)計6.5 控制裝置的類型及設(shè)計原則6.6 控制裝置設(shè)計6.7 控制器和顯示器的相合性6.8 顯示器和控制器的布置掌握人機(jī)界面的定義及要素；掌握信息顯示裝置的類型及相關(guān)的設(shè)計基本原則，在此基礎(chǔ)上掌握主要顯示裝置（視覺顯示、聽覺顯示裝置）的設(shè)計；掌握控制裝置的類型及相關(guān)的設(shè)計基本原則，學(xué)習(xí)手動控制器及腳動控制器的一般設(shè)計要求；理解控制器和顯示器的相合性內(nèi)容，顯示器和控制的布置基本原則及具體布置設(shè)計要求。2學(xué)習(xí)目標(biāo)人機(jī)界面（HumanMachine Interface）是人與

2、機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式，即用戶與機(jī)器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入和輸出。好的人機(jī)界面美觀易懂、操作簡單且具有引導(dǎo)功能，使用戶感覺愉快，能增強興趣，從而提高使用效率。36.1 人機(jī)界面概述4人機(jī)系統(tǒng)包括人、機(jī)和環(huán)境三個組成部分，它們相互聯(lián)系構(gòu)成一個整體。在人機(jī)系統(tǒng)中，人與機(jī)之間存在一個相互作用的“面”，稱為人機(jī)界面，人與機(jī)之間的信息交流和控制活動都發(fā)生在人機(jī)界面上。機(jī)器的各種顯示都“作用”于人，實現(xiàn)機(jī)人信息傳遞；人通過視覺和聽覺等感官接受來自機(jī)器的信息，經(jīng)過人腦的加工、決策，然后作出反應(yīng)，實現(xiàn)人機(jī)的信息傳遞?？梢?，人機(jī)界面的設(shè)計直接關(guān)系到人機(jī)關(guān)系合理性，而研究人機(jī)界面則主要針對兩個問題

3、：顯示與控制。56.2.1 信息顯示裝置的類型86.2 信息顯示裝置的類型及設(shè)計原則6.2.2 信息顯示裝置設(shè)計原則準(zhǔn)確性原則簡單性原則一致性原則排列性原則96.3 視覺顯示裝置設(shè)計使用哪種顯示類型和哪種顯示方式，主要取決于顯示的目的和被顯示內(nèi)容的性質(zhì),要根據(jù)不同的工作場合和工作要求來確定。 如：有的要求精確的數(shù)量顯示；有的要求明顯地顯示某一種狀態(tài)；有的要求顯示各信息之間的比較。對于顯示器的要求，是使操縱者能夠快速辨別、準(zhǔn)確認(rèn)讀、不易失誤、不易疲勞。以誤認(rèn)百分率、誤解百分率、認(rèn)讀所需時間三個參量評價。10（1）顯示方式選擇視覺顯示方式有兩種：定量顯示和定性顯示。 1）定量顯示包括數(shù)字式顯示、指

4、針式模擬顯示等兩類。 作為定量顯示，在靜態(tài)顯示的條件下數(shù)字顯示產(chǎn)生的誤讀率較低，且認(rèn)讀時間短。格雷瑟在1949年用八個指針式儀表和一個數(shù)字顯示儀表，對受過訓(xùn)練的飛行員和大學(xué)生進(jìn)行認(rèn)讀實驗。結(jié)果：三針式高度計誤讀率最高并且認(rèn)讀時間最長。11數(shù)字式顯示的特點：認(rèn)讀過程簡單速度快，讀數(shù)準(zhǔn)確精度高（適應(yīng)于靜態(tài)顯示，誤讀率為指針模擬顯示的1/10 ）。但反映不了偏差量；指針式模擬顯示的特點：能連續(xù)的、直觀的反映機(jī)器的運行狀態(tài)或預(yù)測機(jī)器的變化趨勢。給人以形象化的啟示，不但反映測量的偏差量，而且也顯示了偏差方向。適合于靜態(tài)。在現(xiàn)代化工業(yè)系統(tǒng)中，往往有數(shù)十只儀表需在幾分鐘的時間內(nèi)掃視一遍，對每個儀表的持續(xù)認(rèn)讀

5、時間很短（例如只有0.5s左右）。這種情況下操縱人員來不及詳細(xì)認(rèn)讀，主要是檢查讀數(shù)變化。輪船：75以上用指針式儀表檢查設(shè)備的運行情況。12 要求和目的：準(zhǔn)確有效地表明機(jī)械設(shè)備的運行狀態(tài)，而不需要記錄和顯示精確的數(shù)值。選用模擬式儀表更為有利。 有標(biāo)志顯示、形象化顯示標(biāo)志顯示（視覺編碼） 用不同標(biāo)志將機(jī)器或設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行分類，作出區(qū)分性的顯示。如機(jī)械的準(zhǔn)備狀態(tài)、運行狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)、正常區(qū)、危險區(qū)等。數(shù)字和文字：電梯顯示器幾何圖形：收錄機(jī)鍵盤色彩：安全色（GB28932001）信息符號的顏色最多不超過10種。 實驗表明，在數(shù)字、字母、幾何形狀、位置和色彩這五種常用的視覺編碼方式中，數(shù)字和顏色編碼

6、最為有效，而按位置編碼的效率最低。132）定性顯示方式形象化顯示 形象化顯示可以具體直觀地顯示機(jī)器的狀態(tài)。14（2）指針式儀表的設(shè)計 設(shè)計指針式儀表應(yīng)考慮的安全人機(jī)工程學(xué)問題：刻度盤的形狀和大小是否合理；指針式儀表的大小與觀察距離是否比例適當(dāng)；刻度盤的刻度劃分、數(shù)字和字母的形狀、大小以及刻度盤色彩對比是否便于監(jiān)控者迅速而準(zhǔn)確地識讀；根據(jù)監(jiān)控者所處的位置，指針式儀表是否布置在最佳視區(qū)范圍內(nèi)。15表排列時顯示形式 當(dāng)用多表排列顯示幾個同類性質(zhì)的數(shù)量（或質(zhì)量）的增高或下降是，采用豎放的直線刻度盤儀表最為有利 。一表雙顯示 一表雙顯示可以克服兩只儀表數(shù)值比較時的困難，但這種儀表易產(chǎn)生誤讀，只有表盤比較

7、大時才會使用，這時必須使兩個表針的形狀、顏色、針尾不相同。 帶式儀表 對于具有較多的刻度線，又需要控制刻度線密度時，可采用帶式刻度儀表。 16對稱雙指針儀表 這種表盤可以同時顯示左右狀態(tài)。如圖所示，左右兩個指針對稱安排，可以明顯看出兩個相同或相反的控制狀態(tài)。直角坐標(biāo)式儀表 圖為兩個相互垂直的刻度表標(biāo)尺，和兩條指線垂直相交構(gòu)成的儀表，中央“+”形表示機(jī)器當(dāng)前的狀態(tài)，兩條指線指出兩個控制參數(shù)，這種儀表可用于二維函數(shù)的圖解。 171）儀表盤的設(shè)計形狀選擇有圓型、半圓型、豎直型、水平型和開窗型等五種。圖表示在一定的照度下，各種表型顯示的誤讀率比較。試分析原因？18開窗型，由于指針不動，刻度數(shù)字動，顯示

8、的數(shù)字少，其誤讀率最小。與此相反，圓型，半圓型等，由于需在儀表中尋找和確認(rèn)指針的位置，相對開窗型數(shù)字多，在較短的顯示時間內(nèi)比開窗型的誤讀率高，但因可以用指針的傾角來推測顯示量，因此高于水平型和豎直型顯示。圓形的掃描路線比直線短。水平和豎直型由于尋找指針位置最費時間，在提示時間短的情況下，誤讀率最高，但與豎直型相比，水平型的誤讀率偏低，這是因為眼球的運動快的緣故。原因分析：192）儀表盤尺寸設(shè)計儀表盤的大小尺寸也會影響誤讀率，一般主要取決于刻度標(biāo)記的數(shù)量和視距?？潭葦?shù)量越多，視距越大，表盤尺寸也越大。但是，無限制地增大表盤尺寸，會導(dǎo)致視線掃描路線和表盤占用面積增大。因此，在設(shè)計儀表表盤尺寸的時候

9、，必須要確定表盤尺寸、刻度標(biāo)記數(shù)量和視距之間的恰當(dāng)比例。以圓形儀表盤為例，假設(shè)表盤的最佳直徑為D，視距為L，刻度標(biāo)記數(shù)量為I，三者的恰當(dāng)比例關(guān)系如圖6-6所示。結(jié)果顯示，L一定時，I增大時D增大；I一定時，L增大時D增大。203）刻度與刻度線設(shè)計 識讀速度、識讀準(zhǔn)確性還與刻度大小、刻度線的類型、刻度線的寬度和刻度線的長短有關(guān)。 刻度大小刻度盤上最小刻度線間的距離稱為刻度，刻度大小可根據(jù)人眼的最小分辨能力（0.61mm,一般12.5mm）和刻度盤的材料性質(zhì)(鋼、鋁等1.0mm，銅0.5mm）及視距而定。 刻度線寬度即刻度線的粗細(xì)；刻度線寬度取決于刻度大小。研究表明，當(dāng)刻度線寬度為刻度的10%左右

10、時，讀數(shù)地誤差最小。一般取刻度大小的1015%；普通刻度線的寬度常取為0.20.02mm；遠(yuǎn)距離觀察可取0.60.8mm，帶有精密裝置取0.00150.1mm211）刻度線設(shè)計刻度線的類型與刻度線的粗細(xì)、長短和方向有關(guān)。研究表明，刻度線的寬度與刻度有關(guān)，一般取刻度的5%-15%，且刻度線寬度為刻度的10%的時候誤讀率最小，普通刻度線的寬度通常為0.10.02mm；刻度線的長度與認(rèn)讀準(zhǔn)確性有著密切的聯(lián)系，刻度線分為長刻度線、中刻度線和短刻度線三種，各刻度線和視距之間的比例關(guān)系如表6-3所示?？潭确较蚴侵缚潭缺P上刻度遞增的方向，應(yīng)該與人的視覺運動規(guī)律一致，即設(shè)計的時候應(yīng)以從左向右，從上至下，順時針

11、為佳。223）刻度與刻度線設(shè)計2）刻度間距設(shè)計刻度線之間的距離稱為刻度間距。如果視距為L，小刻度的最小間距為L/600；大刻度的最小間距為L/50。根據(jù)認(rèn)讀效率與刻度大小之間的關(guān)系，最好將刻度間距與人眼形成的視角保持在10左右。當(dāng)視距為750mm時，刻度間距宜為1mm-2.5mm。233）設(shè)計刻度的標(biāo)記及標(biāo)數(shù)設(shè)計當(dāng)表盤上的刻度比較多時，宜將刻度分為大刻度標(biāo)記、中刻度標(biāo)記和小刻度表記。一般情況下，最大的刻度必須標(biāo)數(shù)，最小的刻度不標(biāo)數(shù)。如果表盤的空間足夠大，數(shù)字應(yīng)標(biāo)記在刻度記號的外側(cè)，避免其被指針擋??；表盤空間有限時，數(shù)字應(yīng)標(biāo)記在刻度記號的內(nèi)側(cè)，以擴(kuò)大刻度間距。但若指針處于表盤外側(cè)，數(shù)字統(tǒng)一標(biāo)于刻

12、度記號內(nèi)側(cè)。圓形儀表的標(biāo)數(shù)除了按照順時針方向遞增以外，0位應(yīng)設(shè)置于時鐘的12點或9點位置，以符合人們的認(rèn)讀習(xí)慣。24 4）字符設(shè)計 儀表中文字符號的大小、形狀、顏色、字符與背景不僅影響認(rèn)讀效果，而且也影響造型的美觀。字符的形狀字符的大小一般字符高度為觀察距離的1/200。 字符的高寬比一般為3：2； 拉丁字母的高寬比一般為5：3.5；字符與背景的關(guān)系觀察者不需要暗適應(yīng)的條件下，以亮底暗字為好；當(dāng)儀表在暗處、而觀察者在明處時，即需要暗適應(yīng)的條件下，以暗底亮字為好。為避免眩光，不采用反射性很強的材料作為字符或底盤。25模擬顯示大都是靠指針指示。為了使監(jiān)控人員能準(zhǔn)確而迅速地獲得信息，指針的形狀、寬窄

13、、長短和色彩配置必須符合監(jiān)控人員的生理與心理特性。形狀指針形狀要單純、明確，不應(yīng)有裝飾。一般以頭部尖、尾部平、中間等寬或狹長三角形為好。 指針的基本形狀各種箭頭形狀的比較5)指針設(shè)計指針設(shè)計的人機(jī)學(xué)問題26級次12345678910清晰程度底色被襯色模糊程度底色被襯色27寬度指針針尖寬度應(yīng)與最短刻度線等寬。指針不應(yīng)接觸刻度盤面，但要盡量貼近盤面。精度要求很高的儀表，其指針和刻度盤面應(yīng)裝配在同一平面內(nèi)。 長度指針的針尖不要覆蓋刻度，一般離開刻度記號1.6mm左右。 顏色指針的顏色與刻度盤的顏色應(yīng)有較鮮明的對比。指針、刻度和表盤的配色關(guān)系要符合人的色覺原理。一般：亮底暗指針優(yōu)于暗底亮指針。（墨綠色

14、和淡黃色表盤配白色或黑色，誤讀率最小；黑色和灰黃色表盤配白色刻度，誤讀率最大） （3）數(shù)字顯示器的設(shè)計 其特點是顯示簡單、準(zhǔn)確、可顯示各種讀數(shù)和狀態(tài)的具體數(shù)值，對于需要記數(shù)或讀取數(shù)值的作業(yè)來說，這類顯示器具有認(rèn)讀速度快、精度高，且不易產(chǎn)生視覺疲勞等優(yōu)點。 1）機(jī)械式數(shù)字顯示器的設(shè)計它是將數(shù)字印制在滾筒上或金屬片上。對于其數(shù)字設(shè)計，最重要的是保證是數(shù)字之間易于區(qū)別，如0、3、6、8、9等數(shù)字、字母B、D等不易區(qū)別。因此改進(jìn)字型設(shè)計，使數(shù)字間不易混淆，是數(shù)字設(shè)計中應(yīng)予以認(rèn)真研究的課題。數(shù)字的適宜尺寸與觀察距離、對比度、照明及顯示時間等因素有關(guān)。28數(shù)字和字母適宜尺寸的計算公式：式中：H字符高度，m

15、m； L視距，mm； 最小視角，一般取值1030，由實驗決定。閱讀條件差由于白底的光滲效應(yīng)，即白光滲入到黑字區(qū)域而使黑字不易被看清的現(xiàn)象。29 2）電子數(shù)字顯示器的設(shè)計常用的有液晶顯示（LCD）和發(fā)光二極管（LED）顯示。 優(yōu)點：顯示出的數(shù)字總是落在觀察者視網(wǎng)膜的同一位置，不發(fā)生數(shù)字閃動或滾過的現(xiàn)象；發(fā)光二極管本身發(fā)光，不需外加照明，在暗處也可閱讀；能方便地與計算機(jī)或各種電氣控制系統(tǒng)連接；可運用色彩編碼顯示。 缺點：字型由直線段組成，失去常態(tài)的曲線，認(rèn)讀不便；各字間隔會因字的不同而變化，忽大忽小。 為避免混淆，可使用點陣構(gòu)成的數(shù)字。30 電子數(shù)碼顯示圓點陣顯示（4） 信號顯示設(shè)計1)信號顯示特

16、征特點：面積小、視距遠(yuǎn)、引人注目且簡單明了，但信息量有限，當(dāng)信號太多時，會形成雜亂和干擾。信號裝置主要有兩個作用，其一是指示性的，即引起操作者的注意，或指示操作，具有傳遞信息的作用；其二是顯示工作狀態(tài)，即反映某個指令、某種操作或某種運行過程的執(zhí)行情況。 322)信號燈設(shè)計所依據(jù)的主要原則 信號燈的視距和亮度：在一定視距下，能引起人注意的信號燈，其亮度至少兩倍于背景的亮度，同時背景以灰暗無光為好，但信號燈的亮度太大會造成眩目而影響觀察。見表6-4信號燈的顏色：作為警戒、禁止、停頓或指示不安全情況的信號燈，最好使用紅色；提請注意的信號燈用黃色；表示正常運行的信號燈用綠色。 33表6-4 能見距離與

17、空氣透明度的關(guān)系大氣狀態(tài)透明系數(shù)能見距離 km空氣絕對純凈0.99200透明度非常好0.97150很透明0.96100透明度良好0.9250透明度中等0.8120空氣稍許混濁0.6610空氣混濁（霾）0.364空氣很混濁（濃霾）0.122薄 霧0.0151中 霧2 10-4 8 10-100.50.2濃 霧10-19 10-340.10.05極濃霧10-34幾十 幾米343）閃光信號 閃光信號較之固定光信號更能引起人注意，閃光信號的作用是：引起觀察者的進(jìn)一步注意；指示操作者立即采取行動；反映不符指令要求的信息；用閃光的快慢指示機(jī)器或部件運動速度的快慢；用以指示警覺或危險信號。 閃光信號的閃爍頻

18、率一般為0.61.67Hz，較優(yōu)先和較緊急的信息可使用較高的閃爍頻率（1020Hz） 。 354）信號燈形象和復(fù)和顯示 形象顯示：為了使信號燈的顯示與其代表的含意有邏輯上的聯(lián)系，用一些形象化的辦法效果最好。如用“”代表方向，用“”或“O”表示禁止；用“！”表示警覺、危險；用較快的閃光表示快速，用較慢的閃光表示慢速等，這就是信號燈的形象顯示。 復(fù)合顯示：當(dāng)所要顯示的信息內(nèi)容較復(fù)雜時，往往單個信號燈難以勝任，在此情況下，可采用多個信號燈的復(fù)合顯示來實現(xiàn)。 36（5）符號標(biāo)志設(shè)計現(xiàn)代信息顯示中，廣泛應(yīng)用各種類型的符號標(biāo)志，從交通（鐵路、公路、海上）路標(biāo)、航標(biāo)、氣象標(biāo)志，到毒物危險標(biāo)志、工程圖、地圖、

19、電子線路、商標(biāo)、電子元器件等，種類繁多，形式不一，但通常都采用與其指示的含義相一致的簡化圖形，以作為一種高度概括、簡練、形象生動的通用信息載體來代替信號的傳示。符號標(biāo)志的應(yīng)用，有利于操作者迅速觀察和辨認(rèn)，提高了信息的傳遞速度，在某些場合顯得更經(jīng)濟(jì)。符號標(biāo)志的評價標(biāo)準(zhǔn)： 識別性、注目性、視認(rèn)性、可讀性、聯(lián)想性。37381. 屏面設(shè)計顯示屏屏面的大小與目標(biāo)物的大小和視距有關(guān)。認(rèn)讀周期短或者只需要檢測一些微弱信號時，視距可減少。作業(yè)者也可以根據(jù)情況靠近屏幕觀察。除了屏面大小，屏幕分辨率也是屏面設(shè)計的一個很重要的因素。2. 目標(biāo)亮度通常目標(biāo)的亮度達(dá)到65cd/m2時就能有效分辨目標(biāo)物?？偟膩碚f，亮度適

20、中為好，太亮?xí)碳ぱ劬η乙灼?，對于顯示器的使用壽命也會有一定的影響。3. 亮度對比度暗目標(biāo)搭配亮背景的設(shè)計會使眼睛在讀取時舒適感更強。缺點是容易產(chǎn)生閃爍，僅適合應(yīng)用在一些高端的CRT。396.3.3 顯示屏設(shè)計6.4 聽覺顯示設(shè)計在人機(jī)系統(tǒng)中，也利用聲音這一媒介來顯示、傳遞人與機(jī)之間的信息。聽覺顯示器分成兩大類：聽覺信息顯示器和言語信息顯示器 （1）聽覺信息顯示器設(shè)計 1）聽覺顯示器的類型及特點蜂鳴器：是音響裝置中聲壓級最低、頻率也較低的裝置。適合于較寧靜的環(huán)境，常配合信號燈一起使用，作為指示性聽覺顯示裝置，提請操作者注意或提示操作者去完成某項工作、也可指示某種操作正在進(jìn)行。還可以用作報警。

21、鈴：因其用途不同，其聲壓級和頻率有較大差別；既可在寧靜的環(huán)境下讓人注意，也可在較高強度噪聲的環(huán)境中使用。40角笛和汽笛：角笛的聲音有吼聲和尖叫聲，常用作高噪聲環(huán)境中的報警裝置。汽笛聲頻率高，聲強也高，較適合于緊急狀態(tài)的音響報警裝置。警報器：它的聲音強度大，可傳播很遠(yuǎn)，頻率由低到高，發(fā)出的聲調(diào)有上升和下降的變化，可以抵抗其它噪聲的干擾，特別能引起人們的注意，并強制性地使人們接受，主要用作危急狀態(tài)報警。使用范圍裝置類型平均聲壓級 dB可聽到的主要頻率 /HZ應(yīng)用舉例距離裝置 2.5m處距離裝置 1m處用于較大區(qū)域（或高噪聲場所）4英寸鈴656775831000用于工廠、學(xué)校、機(jī)關(guān)上下班的信號；以及

22、報警的信號6英寸鈴7483849460010英寸鈴859095100300角笛951001001105000主要用于報警汽笛1001101101217000用于較大區(qū)域（或低噪聲場所）低音蜂鳴器506070200用作指示性信號高音蜂鳴器607070804001000可作報警用1英寸鈴60701100用于提請人注意的場合，如電話、門鈴：也可用于小范圍內(nèi)的報警信號用作報時。2英寸鈴627210003英寸鈴6373650鐘6978500100041一般音響顯示和報警裝置的強度和頻率參數(shù) 2）聽覺顯示器的設(shè)計原則音響信號必須保證位于信號接受范圍的人員能夠識別并按照規(guī)定的方式做出反應(yīng)；音響信號必須易于識

23、別，特別是有噪聲干擾時，必須能夠明顯地聽到并能與其它噪聲或信號區(qū)別；為引起人注意，可采用時間上均勻的脈沖信號；報警裝置最好采用變頻的方式，使音調(diào)有上升和下降的變化；顯示重要信號的音響裝置和報警裝置，最好與光信號同時使用，組成“視聽”雙重報警信號，以防信號遺漏。42（2）言語信息顯示器的設(shè)計人與機(jī)之間也可用語言來傳遞信息；傳遞和顯示語言信號的裝置稱為言語信息顯示器。經(jīng)常使用的語言傳示系統(tǒng)有：無線電廣播、電視、電話、報話器和對話器及其它錄音、放音的電聲裝置等。用語言作為信息載體，可使傳遞和顯示的信號含義準(zhǔn)確、接受迅速、信息量大、不受方向和光照的影響，但易受噪聲的干擾。設(shè)計時應(yīng)注意的問題：語言的清晰

24、度：（人耳通過語言傳達(dá)能聽清的語言的百分?jǐn)?shù)，可用標(biāo)準(zhǔn)的語句表通過聽覺顯示器來測量）設(shè)計一個語言傳示裝置，其清晰度必須在75%以上，才能正確傳示信息。言語清晰度百分率 100人的主觀感覺96言語聽覺完全滿意8596很滿意7585滿意6575言語可以聽懂，但非常費勁65以下不滿意43噪音對語言傳示的影響：噪聲影響語言傳示的清晰度。當(dāng)噪聲聲壓級大于40dB（A）時，噪聲對語言信號具有聲音的掩蔽效應(yīng)。 語言的強度：研究結(jié)果表明，語言的平均感覺閾限為2530dB（A）（即測聽材料可有50%被聽清楚），而漢語的平均感覺閾限時27dB。 120dB（A）時，受話者不舒服感；130dB（A） ，耳癢（最好在6

25、080dB之間。言語的清晰度評價 語音強度與清晰度的關(guān)系 6.5 控制裝置的類型及設(shè)計原則6.5.1 控制器的類型（1）按操縱方式（身體器官）劃分1）手控制器2）足控制器 （2）按控制器的功能劃分 1）開關(guān)控制器，用于簡單的開或關(guān)，啟動或停止。常用的有按鈕、踏板、手柄等。2）轉(zhuǎn)換控制器，適用于系統(tǒng)不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。如手柄、選擇開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、操縱盤等。3）調(diào)整控制器，用于調(diào)整系統(tǒng)中工作參數(shù)定量增加或減少。如旋鈕、手輪、操縱盤等。4）制動控制器，用于緊急狀態(tài)下啟動或停止。要求靈敏度高、可靠性強，如制動閘、操縱桿、手柄、按鈕等。441. 控制器的設(shè)計要求（1）尺寸、形狀要適應(yīng)人體結(jié)構(gòu)尺寸要求。適

26、宜的操縱力不應(yīng)該超出人的用力限度，并將操縱器控制在人施力適宜、方便的范圍內(nèi)。表6-8為一些控制器的允許的最大用力。表6-8為一些控制器的允許的最大用力。（2）與人的施力和運動輸出特性相適應(yīng)。（3）多個控制器時，應(yīng)易于辨認(rèn)和記憶。（大小、顏色、空間位置上）。（4）盡量利用控制器的結(jié)構(gòu)特點或操作者體位的重力進(jìn)行控制。重復(fù)性和連續(xù)性的控制動作應(yīng)分布在各個器官，防止產(chǎn)生單調(diào)感和作業(yè)疲勞。（5）盡量設(shè)計多功能控制器。456.5.2 控制器的設(shè)計原則2. 操縱阻力的設(shè)計控制信息的反饋方式有儀表顯示、音響顯示、振動變化及操縱阻力。其中，操縱阻力是為了提高操作的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性和速度以及向操作者提供反饋信息，以

27、判斷操縱是否被執(zhí)行同時防止控制器被意外碰撞而引起的偶發(fā)啟動。因此，它是設(shè)計控制器的重要考慮因素。操縱阻力主要有靜摩擦力、彈性力、粘滯力和慣性力，特點如表6-9。操縱阻力的大小與控制器的類型、位置、移動距離、操作頻率、力的方向等因素有關(guān)。一般操縱力必須控制在施力方向的最佳施力范圍內(nèi)，而最小阻力應(yīng)大于操作人員手腳的最小敏感壓力。 46表6-9 摩擦、彈性、粘滯性等控制器的阻力特性類型舉例特性優(yōu) 點缺 點用途摩擦力開關(guān)閘刀開始時阻力較大，開關(guān)滑動時阻力即下降因阻力大，可減少意外動作控制準(zhǔn)確度低宜作不連續(xù)控制彈 力彈簧作用等阻力隨控制器移動距離加長而增大控制準(zhǔn)度確高；控制器能自動歸回空位控制器到中間位

28、置要定位時，需設(shè)定位裝置可作連續(xù)控制粘滯力活塞作用等阻力與控制器移動速度相對應(yīng)控制準(zhǔn)度高；運動速度均勻；穩(wěn)定性好造價高宜作連續(xù)控制慣性力起重機(jī)的搖把等阻力由多級結(jié)構(gòu)的慣性產(chǎn)，一般較大允許平滑移動；因需較大作用力，故減少了意外移動的可能操作疲勞；移動準(zhǔn)確性差可用于不精確控制473.控制器編碼 編碼的目的：一是為了說明控制器的位置或狀態(tài)，以便確認(rèn)操作的準(zhǔn)確性；二是使不同的控制器各具特點，便于記憶、尋找和感受信息，保證操作的正確性。 1）形狀和表紋編碼 根據(jù)控制器的用途，將控制器設(shè)計成不同的形狀和觸覺能辨認(rèn)的表紋，以使視覺上和觸覺上易于區(qū)分。幾何形狀15 注意：（1）形狀編碼要盡量簡單易識別； （2

29、）形狀編碼的形態(tài)設(shè)計要盡量與其使用功能的特點相吻合； （ 3）控制器的形狀編碼的手感要好；當(dāng)戴手套操作時，也應(yīng)能較好地分辨和使用。48三類旋鈕控制器連續(xù)旋轉(zhuǎn)鈕（控制范圍超過360o） 部分旋轉(zhuǎn)鈕（控制范圍不超過360） 定位指示旋鈕（控制范圍有固定的邊界限） 492）大小編碼 應(yīng)用范圍較小，通常在同一系統(tǒng)中只能設(shè)計大、中、小三種規(guī)格。由于大小編碼的視覺和觸覺感知度小的原因，常與其他形式編碼一起使用。幾何大小5 3）位置編碼 要求：位置編碼的控制器數(shù)量不多，并須與人的操作順序和操作習(xí)慣相一致 。（盲位定位）位置編碼的標(biāo)準(zhǔn)化；操作方法編碼4）色彩編碼 色彩編碼一般不單獨使用，常與形狀編碼、大小編碼

30、等合并使用。5種5）符號編碼在控制器上標(biāo)以不同的文字或圖形符號以區(qū)別不同的控制器。示意性符號減少了大腦譯碼的過程。符號應(yīng)力求簡單、達(dá)意、明顯、易認(rèn)。50操作控制系統(tǒng)的安全因素l操作誤差的種類 資料表明，58%78%的操作誤差所引起的事故是由于人機(jī)關(guān)系協(xié)調(diào)性不夠造成的。 1）置換差錯。 其主要原因是不同功用的控制器位置安排不適當(dāng)或控制器的識別標(biāo)志不明顯。2）調(diào)節(jié)錯誤。 調(diào)節(jié)控制時，調(diào)錯控制器的位置，致使機(jī)器或設(shè)備的運行狀態(tài)發(fā)生錯誤。如自動走刀機(jī)床的進(jìn)刀深度及速度的控制。513）逆轉(zhuǎn)錯誤。 操作控制器時，操作的方向與實際需要的方向相反，因而產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)錯誤。 原因是控制器的運動方向不合人的操作習(xí)慣，控

31、制器的方向與機(jī)器的運轉(zhuǎn)方向或與指示器的方向缺邏輯上的聯(lián)系，或控制器本身缺乏醒目的導(dǎo)向標(biāo)志。 4）無意的操作錯誤 在使用控制器時忘記復(fù)位或固定，操作時間不準(zhǔn)確，以及操作不小心等，都能造成無意的錯誤。 其原因有：控制器本身缺乏復(fù)位裝置或某種報警信號系統(tǒng)；操縱部件的阻力不夠，手感不強，操作時難以感覺出操縱量的大??；控制器的配置量和操縱力超過了人的操作能力，使人難以方便地操作。526.6 控制裝置設(shè)計（1）手動控制器設(shè)計 手的運動有如下特征：垂直面內(nèi)手的運動速度比在水平面內(nèi)快，準(zhǔn)確度高；手從上往下運動比從下往上運動為快；在水平面內(nèi)，手的前后運動比左右運動快，作旋轉(zhuǎn)運動比作直線運動的速度快。對一般人來說

32、，右手運動比左手快，且右手向右運動比向左運動為快；手向接近身體方向運動比離開身體方向這兩個運動時，速度最慢；順時針方向運動比逆時針方向運動為快；單手操作的精確度高，速度快。 53根據(jù)功能要求，旋鈕可以旋轉(zhuǎn)一圈、多圈、或不滿一圈、可以連續(xù)多次旋轉(zhuǎn)，也可以定位旋轉(zhuǎn)。 根據(jù)旋鈕的形狀，可分為圓形旋鈕，指針形旋鈕和手動轉(zhuǎn)盤等。 旋鈕設(shè)計54 按鈕有兩種結(jié)構(gòu)：一種是按則下降，松則彈起，這是單作用按鈕；還有一種按下之后可以鎖住，再撳時才能彈回，這是具有保持位的雙作用按鈕。 按鈕有三個主要參數(shù)：直徑、作用力及移動距離。直徑，對大拇指可取20mm，其它手指可取為15mm。直徑大于15mm時，可將頂部做成球面線

33、凹坑，以便于手感定位。單指按鈕的阻力，大拇指按鈕可取為2.9419.6N，其他手指按鈕可取為1.475.89N 。 按鈕設(shè)計5556扳動開關(guān)一般有“開”、“關(guān)”兩個位置，手柄長度最大可取50mm，最小不得小于5mm。其中以船形開關(guān)翻轉(zhuǎn)速度最快，推拉開關(guān)和滑動開關(guān)由于行程和阻力的原因，動作時間較長。扳動開關(guān)具有操作簡便、動作迅速的優(yōu)點。扳動開關(guān)設(shè)計57（2）操縱桿設(shè)計 操縱桿多用在拖拉機(jī)，起重機(jī)，履帶式機(jī)動車輛，飛機(jī)等交通工具和各種重型的控制系統(tǒng)。 優(yōu)點： 可以利用較大的杠桿比，操縱阻力較大的控制器。使操縱桿的運動方向與被控機(jī)器的運動方向一致，可以實現(xiàn)模擬操作。操縱桿宜作推、拉等直線運動，較旋轉(zhuǎn)

34、式操縱動作反應(yīng)快。缺點：搬動角度不能很大，因此不宜作大幅度連續(xù)控制，而且調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性也較差。 58（3）腳和腿操縱的控制器設(shè)計 適用條件：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510kg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。 腳動控制器主要有腳踏板，腳踏鈕和腳動開關(guān)等。當(dāng)操縱力超過515kg，或操縱力小于5kg，但需要連續(xù)操作時，宜選用腳踏板。對于操縱力較小，且不需連續(xù)控制時，宜選用腳踏鈕或腳踏開關(guān)。 59腳踏板有兩種：一種是調(diào)節(jié)用腳踏板，如汽車的制動踏板等，這種踏板應(yīng)使之隨移動距離而增加阻力以便產(chǎn)生增量的反饋，如圖；

35、另一種是開關(guān)踏板，如汽車起動馬達(dá)腳踏按鈕等。 腳踏板的設(shè)計6061對于蹬力要求較大的腳操縱器，其空間位置應(yīng)考慮到施力的方便性，即使腳和整個腿在操作時形成一個施力單元。大、小腿間的夾角應(yīng)在105135 范圍內(nèi)，以120 為最佳，這種姿勢下腳的蹬力可達(dá)2250N。62對于蹬力要求較小的腳操縱器，考慮坐姿時腳的施力方便，大、小腿夾角以105 -110 為宜。636.7.1 空間關(guān)系的相合性著名的恰帕尼斯試驗：出現(xiàn)操作差錯的次數(shù)分別為0、76、116、129。由此可見，控制器應(yīng)盡可能地靠近相聯(lián)系的顯示器，并配置于顯示器的正下方或右側(cè)。6.7.2 運動關(guān)系的相合性顯示器指針或光點的運動方向與操縱器的運動

36、方向應(yīng)當(dāng)互相一致?？刂破鞯倪\動方向與顯示器或執(zhí)行系統(tǒng)的運動方向在邏輯上一致，符合人的習(xí)慣定勢，即控制顯示的運動相合性好。646.7 控制器和顯示器的相合性6.7.3 控制顯示移動比率設(shè)計 定義：指控制器的位移量(C)與顯示器（指示器）的位移量(D)之間的一種比例關(guān)系。其表達(dá)式為BC/D。65 如操作當(dāng)中，操縱桿移動20mm，顯示器上的目標(biāo)位移5mm，其控制顯示比：BC/D20/54 (B大）稱之為低靈敏度控制顯示系統(tǒng)又如旋鈕調(diào)節(jié)時，當(dāng)旋鈕轉(zhuǎn)動1個單位，指示器指針移動5個單位，則：BC/D1/50.2 (B?。┓Q為高靈敏度控制顯示系統(tǒng) 控制顯示系統(tǒng)的靈敏度取決于控制器與顯示器移動量的比率，即控制

37、顯示比?？刂骑@示比的設(shè)計選擇 系統(tǒng)如何選擇最佳比率，完全取決于該系統(tǒng)的設(shè)計要求和工作性質(zhì)。 B值小的調(diào)節(jié)控制器適用于粗調(diào)或要求快速調(diào)到預(yù)定位置的場合。它的調(diào)節(jié)時間短，但不可控制精度。 B值大的調(diào)節(jié)控制器，適用于微調(diào)，容易控制，但調(diào)到預(yù)定位置的時間，相對地要長得多。 666.8 顯示裝置與控制裝置綜合布局 顯示裝置及控制裝置的設(shè)計基本要求就是要保證人、機(jī)雙方的信息能夠迅速準(zhǔn)確地交流。減少信息加工的復(fù)雜性，從而提高工作效率。 6.8.1顯示器與控制裝置器綜合布局的原則67功能順序原則 這是指按多個控制器的作用順序排列布置顯示器及控制器。如果功能的順序不止一個時，應(yīng)按主要功能順序排列。顯示器或控制器

38、按功能順序排成直線時，由左向右或由上向下排列；如果是圓形排列應(yīng)取順時針方向。 使用頻率原則 使用頻率最高的顯示器或控制器應(yīng)布置在最佳的信息接受區(qū)域或最佳操作區(qū)。 重要性原則重要的顯示器或控制器即便使用的頻率不高，也應(yīng)布置在比較方便的位置。 運動方向性原則在儀表板上布置的顯示器和控制器，其旋轉(zhuǎn)方向或移動方向應(yīng)遵守下表所示的運動方向原則 。 運動形式增減旋轉(zhuǎn)運動順時針反時針豎直移動向上向下水平移動向右向左前后移動遠(yuǎn)離靠近686.8.2 視覺顯示器的布置 顯示器布置得當(dāng)，可提高認(rèn)讀效果，減少巡檢時間，提高工作效率。 顯示器布局中的主要問題有兩個：一是選擇最佳認(rèn)讀區(qū)域；二是儀表的配置方法。 691)顯示器位置與反應(yīng)速度的關(guān)系 1973年海恩斯（Haines）和吉利蘭（Gililand）將信號燈布置在視野的不同區(qū)域上的等反應(yīng)時曲線。 從圖中可得出如下的結(jié)論：最快的反應(yīng)區(qū)域在視中心上下8，右45左10的范圍內(nèi)，這個區(qū)域明顯地偏向右方，在此，視中心區(qū)域也是視力最好，最清晰，因而認(rèn)讀效率最高的區(qū)域。隨著反應(yīng)速度下降，等反應(yīng)時間曲