安全人机工程学第6章 人机界面设计.ppt

《安全人机工程学第6章 人机界面设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安全人机工程学第6章 人机界面设计.ppt（80页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、1,第6章 人机界面设计,6.1 人机界面概述 6.2 信息显示装置的类型及设计原则 6.3 视觉显示装置设计 6.4 听觉显示装置设计 6.5 控制装置的类型及设计原则 6.6 控制装置设计 6.7 控制器和显示器的相合性 6.8 显示器和控制器的布置,掌握人机界面的定义及要素； 掌握信息显示装置的类型及相关的设计基本原则，在此基础上掌握主要显示装置（视觉显示、听觉显示装置）的设计； 掌握控制装置的类型及相关的设计基本原则，学习手动控制器及脚动控制器的一般设计要求； 理解控制器和显示器的相合性内容，显示器和控制的布置基本原则及具体布置设计要求。,2,学习目标,人机界面（HumanMachin

2、e Interface）是人与机器进行交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介，其中包括信息的输入和输出。好的人机界面美观易懂、操作简单且具有引导功能，使用户感觉愉快，能增强兴趣，从而提高使用效率。,3,6.1 人机界面概述,4,人机系统包括人、机和环境三个组成部分，它们相互联系构成一个整体。,在人机系统中，人与机之间存在一个相互作用的“面”，称为人机界面，人与机之间的信息交流和控制活动都发生在人机界面上。机器的各种显示都“作用”于人，实现机人信息传递；人通过视觉和听觉等感官接受来自机器的信息，经过人脑的加工、决策，然后作出反应，实现人机的信息传递。可见，人机界面的设计直接关系到人机关系

3、合理性，而研究人机界面则主要针对两个问题：显示与控制。,5,在人机界面上，向人表达机械运转状态的仪表或器件叫显示器（display），供人操纵机械运转的装置或器件叫控制器（controller）。 如果把感受器、中枢神经系统和运动器作为人的三个要素，而把机械的显示器、机体和控制器作为机械的三个要素，并将各要素之间的联系用图表示出来，就叫做三要素基本模型。,6,6.1.2 人机界面三要素,7,人机界面设计主要指显示器、控制器以及它们之间的关系的设计。应使人机界面符合人机信息交流的规律和特性。 人机界面的设计依据始终是系统中的人。 人机界面是人机系统中人和机进行信息传递和交换的媒介及平台，人也可以

4、通过该界面对机器进行控制。总体而言，整个人机界面主要包含显示器和控制器两大部分，他们是连接人与机的关键。,6.2.1 信息显示装置的类型,8,6.2 信息显示装置的类型及设计原则,6.2.2 信息显示装置设计原则 准确性原则 简单性原则 一致性原则 排列性原则,9,6.3 视觉显示装置设计,使用哪种显示类型和哪种显示方式，主要取决于显示的目的和被显示内容的性质,要根据不同的工作场合和工作要求来确定。 如：有的要求精确的数量显示；有的要求明显地显示某一种状态；有的要求显示各信息之间的比较。对于显示器的要求，是使操纵者能够快速辨别、准确认读、不易失误、不易疲劳。 以误认百分率、误解百分率、认读所需

5、时间三个参量评价。,10,（1）显示方式选择 视觉显示方式有两种：定量显示和定性显示。 1）定量显示包括数字式显示、指针式模拟显示等两类。 作为定量显示，在静态显示的条件下数字显示产生的误读率较低，且认读时间短。 格雷瑟在1949年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，对受过训练的飞行员和大学生进行认读实验。结果：三针式高度计误读率最高并且认读时间最长。,11,数字式显示的特点：认读过程简单速度快，读数准确精度高（适应于静态显示，误读率为指针模拟显示的1/10 ）。但反映不了偏差量； 指针式模拟显示的特点：能连续的、直观的反映机器的运行状态或预测机器的变化趋势。给人以形象化的启示，不但反映测量的

6、偏差量，而且也显示了偏差方向。适合于静态。 在现代化工业系统中，往往有数十只仪表需在几分钟的时间内扫视一遍，对每个仪表的持续认读时间很短（例如只有0.5s左右）。这种情况下操纵人员来不及详细认读，主要是检查读数变化。轮船：75以上用指针式仪表检查设备的运行情况。,12,要求和目的：准确有效地表明机械设备的运行状态，而不需要记录和显示精确的数值。选用模拟式仪表更为有利。 有标志显示、形象化显示,标志显示（视觉编码） 用不同标志将机器或设备的运行状态进行分类，作出区分性的显示。如机械的准备状态、运行状态、停止状态、正常区、危险区等。 数字和文字：电梯显示器 几何图形：收录机键盘 色彩：安全色（GB

7、28932001）信息符号的颜色最多不超过10种。 实验表明，在数字、字母、几何形状、位置和色彩这五种常用的视觉编码方式中，数字和颜色编码最为有效，而按位置编码的效率最低。,13,2）定性显示方式,形象化显示 形象化显示可以具体直观地显示机器的状态。,14,（2）指针式仪表的设计 设计指针式仪表应考虑的安全人机工程学问题： 刻度盘的形状和大小是否合理； 指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当； 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。,15,表排列时显示形式,当用多表排列显示几个同类性

8、质的数量（或质量）的增高或下降是，采用竖放的直线刻度盘仪表最为有利 。,一表双显示,一表双显示可以克服两只仪表数值比较时的困难，但这种仪表易产生误读，只有表盘比较大时才会使用，这时必须使两个表针的形状、颜色、针尾不相同。,带式仪表,对于具有较多的刻度线，又需要控制刻度线密度时，可采用带式刻度仪表。,16,对称双指针仪表,这种表盘可以同时显示左右状态。如图所示，左右两个指针对称安排，可以明显看出两个相同或相反的控制状态。,直角坐标式仪表,图为两个相互垂直的刻度表标尺，和两条指线垂直相交构成的仪表，中央“+”形表示机器当前的状态，两条指线指出两个控制参数，这种仪表可用于二维函数的图解。,17,1）

9、仪表盘的设计 形状选择,有圆型、半圆型、竖直型、水平型和开窗型等五种。图表示在一定的照度下，各种表型显示的误读率比较。,试分析原因？,18,开窗型，由于指针不动，刻度数字动，显示的数字少，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，相对开窗型数字多，在较短的显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。圆形的扫描路线比直线短。 水平和竖直型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。,原因分析：,19,2）仪表盘尺寸设计 仪表盘的大小尺

10、寸也会影响误读率，一般主要取决于刻度标记的数量和视距。刻度数量越多，视距越大，表盘尺寸也越大。但是，无限制地增大表盘尺寸，会导致视线扫描路线和表盘占用面积增大。因此，在设计仪表表盘尺寸的时候，必须要确定表盘尺寸、刻度标记数量和视距之间的恰当比例。 以圆形仪表盘为例，假设表盘的最佳直径为D，视距为L，刻度标记数量为I，三者的恰当比例关系如图6-6所示。结果显示，L一定时，I增大时D增大；I一定时，L增大时D增大。,20,3）刻度与刻度线设计 识读速度、识读准确性还与刻度大小、刻度线的类型、刻度线的宽度和刻度线的长短有关。 刻度大小 刻度盘上最小刻度线间的距离称为刻度，刻度大小可根据人眼的最小分辨

11、能力（0.61mm,一般12.5mm）和刻度盘的材料性质(钢、铝等1.0mm，铜0.5mm）及视距而定。 刻度线宽度 即刻度线的粗细；刻度线宽度取决于刻度大小。研究表明，当刻度线宽度为刻度的10%左右时，读数地误差最小。一般取刻度大小的1015%；普通刻度线的宽度常取为0.20.02mm；远距离观察可取0.60.8mm，带有精密装置取0.00150.1mm,21,1）刻度线设计 刻度线的类型与刻度线的粗细、长短和方向有关。研究表明，刻度线的宽度与刻度有关，一般取刻度的5%-15%，且刻度线宽度为刻度的10%的时候误读率最小，普通刻度线的宽度通常为0.10.02mm；刻度线的长度与认读准确性有着

12、密切的联系，刻度线分为长刻度线、中刻度线和短刻度线三种，各刻度线和视距之间的比例关系如表6-3所示。 刻度方向是指刻度盘上刻度递增的方向，应该与人的视觉运动规律一致，即设计的时候应以从左向右，从上至下，顺时针为佳。,22,3）刻度与刻度线设计,2）刻度间距设计 刻度线之间的距离称为刻度间距。如果视距为L，小刻度的最小间距为L/600；大刻度的最小间距为L/50。根据认读效率与刻度大小之间的关系，最好将刻度间距与人眼形成的视角保持在10左右。当视距为750mm时，刻度间距宜为1mm-2.5mm。,23,3）设计刻度的标记及标数设计 当表盘上的刻度比较多时，宜将刻度分为大刻度标记、中刻度标记和小刻

13、度表记。 一般情况下，最大的刻度必须标数，最小的刻度不标数。如果表盘的空间足够大，数字应标记在刻度记号的外侧，避免其被指针挡住；表盘空间有限时，数字应标记在刻度记号的内侧，以扩大刻度间距。 但若指针处于表盘外侧，数字统一标于刻度记号内侧。圆形仪表的标数除了按照顺时针方向递增以外，0位应设置于时钟的12点或9点位置，以符合人们的认读习惯。,24,4）字符设计 仪表中文字符号的大小、形状、颜色、字符与背景不仅影响认读效果，而且也影响造型的美观。 字符的形状 字符的大小 一般字符高度为观察距离的1/200。 字符的高宽比一般为3：2； 拉丁字母的高宽比一般为5：3.5； 字符与背景的关系 观察者不需

14、要暗适应的条件下，以亮底暗字为好；当仪表在暗处、而观察者在明处时，即需要暗适应的条件下，以暗底亮字为好。 为避免眩光，不采用反射性很强的材料作为字符或底盘。,25,模拟显示大都是靠指针指示。为了使监控人员能准确而迅速地获得信息，指针的形状、宽窄、长短和色彩配置必须符合监控人员的生理与心理特性。,形状指针形状要单纯、明确，不应有装饰。一般以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形为好。,指针的基本形状,各种箭头形状的比较,5)指针设计,指针设计的人机学问题,26,27,宽度指针针尖宽度应与最短刻度线等宽。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。

15、 长度指针的针尖不要覆盖刻度，一般离开刻度记号1.6mm左右。 颜色指针的颜色与刻度盘的颜色应有较鲜明的对比。指针、刻度和表盘的配色关系要符合人的色觉原理。一般：亮底暗指针优于暗底亮指针。（墨绿色和淡黄色表盘配白色或黑色，误读率最小；黑色和灰黄色表盘配白色刻度，误读率最大）,（3）数字显示器的设计 其特点是显示简单、准确、可显示各种读数和状态的具体数值，对于需要记数或读取数值的作业来说，这类显示器具有认读速度快、精度高，且不易产生视觉疲劳等优点。 1）机械式数字显示器的设计 它是将数字印制在滚筒上或金属片上。 对于其数字设计，最重要的是保证是数字之间易于区别，如0、3、6、8、9等数字、字母B

16、、D等不易区别。因此改进字型设计，使数字间不易混淆，是数字设计中应予以认真研究的课题。 数字的适宜尺寸与观察距离、对比度、照明及显示时间等因素有关。,28,数字和字母适宜尺寸的计算公式： 式中：H字符高度，mm； L视距，mm； 最小视角，一般取值1030，由实验决定。 阅读条件差由于白底的光渗效应，即白光渗入到黑字区域而使黑字不易被看清的现象。,29,2）电子数字显示器的设计 常用的有液晶显示（LCD）和发光二极管（LED）显示。 优点： 显示出的数字总是落在观察者视网膜的同一位置，不发生数字闪动或滚过的现象； 发光二极管本身发光，不需外加照明，在暗处也可阅读； 能方便地与计算机或各种电气控

17、制系统连接； 可运用色彩编码显示。 缺点： 字型由直线段组成，失去常态的曲线，认读不便； 各字间隔会因字的不同而变化，忽大忽小。 为避免混淆，可使用点阵构成的数字。,30,电子数码显示,圆点阵显示,（4） 信号显示设计,1)信号显示特征,特点：面积小、视距远、引人注目且简单明了，但信息量有限，当信号太多时，会形成杂乱和干扰。 信号装置主要有两个作用，其一是指示性的，即引起操作者的注意，或指示操作，具有传递信息的作用；其二是显示工作状态，即反映某个指令、某种操作或某种运行过程的执行情况。,32,2)信号灯设计所依据的主要原则,信号灯的视距和亮度：在一定视距下，能引起人注意的信号灯，其亮度至少两倍

18、于背景的亮度，同时背景以灰暗无光为好，但信号灯的亮度太大会造成眩目而影响观察。见表6-4,信号灯的颜色：作为警戒、禁止、停顿或指示不安全情况的信号灯，最好使用红色；提请注意的信号灯用黄色；表示正常运行的信号灯用绿色。,33,表6-4 能见距离与空气透明度的关系,34,3）闪光信号,闪光信号较之固定光信号更能引起人 注意，闪光信号的作用是： 引起观察者的进一步注意； 指示操作者立即采取行动； 反映不符指令要求的信息； 用闪光的快慢指示机器或部件运动速度的快慢； 用以指示警觉或危险信号。,闪光信号的闪烁频率一般为0.61.67Hz，较优先和较紧急的信息可使用较高的闪烁频率（1020Hz） 。,35

19、,4）信号灯形象和复和显示,形象显示：为了使信号灯的显示与其代表的含意有逻辑上的联系，用一些形象化的办法效果最好。如用“”代表方向，用“”或“O”表示禁止；用“！”表示警觉、危险；用较快的闪光表示快速，用较慢的闪光表示慢速等，这就是信号灯的形象显示。,复合显示：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。,36,（5）符号标志设计 现代信息显示中，广泛应用各种类型的符号标志，从交通（铁路、公路、海上）路标、航标、气象标志，到毒物危险标志、工程图、地图、电子线路、商标、电子元器件等，种类繁多，形式不一，但通常都采用与其指示的含义相一致的简化

20、图形，以作为一种高度概括、简练、形象生动的通用信息载体来代替信号的传示。符号标志的应用，有利于操作者迅速观察和辨认，提高了信息的传递速度，在某些场合显得更经济。 符号标志的评价标准： 识别性、注目性、视认性、可读性、联想性。,37,38,1. 屏面设计 显示屏屏面的大小与目标物的大小和视距有关。认读周期短或者只需要检测一些微弱信号时，视距可减少。作业者也可以根据情况靠近屏幕观察。除了屏面大小，屏幕分辨率也是屏面设计的一个很重要的因素。 2. 目标亮度 通常目标的亮度达到65cd/m2时就能有效分辨目标物。总的来说，亮度适中为好，太亮会刺激眼睛且易疲劳，对于显示器的使用寿命也会有一定的影响。 3

21、. 亮度对比度 暗目标搭配亮背景的设计会使眼睛在读取时舒适感更强。缺点是容易产生闪烁，仅适合应用在一些高端的CRT。,39,6.3.3 显示屏设计,6.4 听觉显示设计 在人机系统中，也利用声音这一媒介来显示、传递人与机之间的信息。听觉显示器分成两大类：听觉信息显示器和言语信息显示器 （1）听觉信息显示器设计 1）听觉显示器的类型及特点 蜂鸣器：是音响装置中声压级最低、频率也较低的装置。适合于较宁静的环境，常配合信号灯一起使用，作为指示性听觉显示装置，提请操作者注意或提示操作者去完成某项工作、也可指示某种操作正在进行。还可以用作报警。 铃：因其用途不同，其声压级和频率有较大差别；既可在宁静的环

22、境下让人注意，也可在较高强度噪声的环境中使用。,40,角笛和汽笛：角笛的声音有吼声和尖叫声，常用作高噪声环境中的报警装置。汽笛声频率高，声强也高，较适合于紧急状态的音响报警装置。 警报器：它的声音强度大，可传播很远，频率由低到高，发出的声调有上升和下降的变化，可以抵抗其它噪声的干扰，特别能引起人们的注意，并强制性地使人们接受，主要用作危急状态报警。,41,一般音响显示和报警装置的强度和频率参数,2）听觉显示器的设计原则 音响信号必须保证位于信号接受范围的人员能够识别并按照规定的方式做出反应； 音响信号必须易于识别，特别是有噪声干扰时，必须能够明显地听到并能与其它噪声或信号区别； 为引起人注意，

23、可采用时间上均匀的脉冲信号； 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； 显示重要信号的音响装置和报警装置，最好与光信号同时使用，组成 “视听”双重报警信号，以防信号遗漏。,42,（2）言语信息显示器的设计 人与机之间也可用语言来传递信息；传递和显示语言信号的装置称为言语信息显示器。经常使用的语言传示系统有：无线电广播、电视、电话、报话器和对话器及其它录音、放音的电声装置等。 用语言作为信息载体，可使传递和显示的信号含义准确、接受迅速、信息量大、不受方向和光照的影响，但易受噪声的干扰。,设计时应注意的问题： 语言的清晰度：（人耳通过语言传达能听清的语言的百分数，可用标准的语句表通过

24、听觉显示器来测量）设计一个语言传示装置，其清晰度必须在75%以上，才能正确传示信息。,43,噪音对语言传示的影响：噪声影响语言传示的清晰度。当噪声声压级大于40dB（A）时，噪声对语言信号具有声音的掩蔽效应。,语言的强度：研究结果表明，语言的平均感觉阈限为2530dB（A）（即测听材料可有50%被听清楚），而汉语的平均感觉阈限时27dB。 120dB（A）时，受话者不舒服感；130dB（A） ，耳痒（最好在6080dB之间。,言语的清晰度评价,语音强度与清晰度的关系,6.5 控制装置的类型及设计原则,6.5.1 控制器的类型,（1）按操纵方式（身体器官）划分 1）手控制器 2）足控制器 （2）

25、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。常用的有按钮、踏板、手柄等。 2）转换控制器，适用于系统不同状态之间的转换。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。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。要求灵敏度高、可靠性强，如制动闸、操纵杆、手柄、按钮等。,44,1. 控制器的设计要求 （1）尺寸、形状要适应人体结构尺寸要求。适宜的操纵力不应该超出人的用力限度，并将操纵器控制在人施力适宜、方便的范围内。表6-8为一些控制器的允许的最大用力。表6-8为一些控制器的允许的最大用力。 （2）与人的

26、施力和运动输出特性相适应。 （3）多个控制器时，应易于辨认和记忆。（大小、颜色、空间位置上）。 （4）尽量利用控制器的结构特点或操作者体位的重力进行控制。重复性和连续性的控制动作应分布在各个器官，防止产生单调感和作业疲劳。 （5）尽量设计多功能控制器。,45,6.5.2 控制器的设计原则,2. 操纵阻力的设计 控制信息的反馈方式有仪表显示、音响显示、振动变化及操纵阻力。其中，操纵阻力是为了提高操作的准确性、平稳性和速度以及向操作者提供反馈信息，以判断操纵是否被执行同时防止控制器被意外碰撞而引起的偶发启动。因此，它是设计控制器的重要考虑因素。操纵阻力主要有静摩擦力、弹性力、粘滞力和惯性力，特点如

27、表6-9。 操纵阻力的大小与控制器的类型、位置、移动距离、操作频率、力的方向等因素有关。一般操纵力必须控制在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。,46,表6-9 摩擦、弹性、粘滞性等控制器的阻力特性,47,3.控制器编码,编码的目的：一是为了说明控制器的位置或状态，以便确认操作的准确性；二是使不同的控制器各具特点，便于记忆、寻找和感受信息，保证操作的正确性。,1）形状和表纹编码 根据控制器的用途，将控制器设计成不同的形状和触觉能辨认的表纹，以使视觉上和触觉上易于区分。 几何形状15,注意：（1）形状编码要尽量简单易识别； （2）形状编码的形态设计要尽量与其使用

28、功能的特点相吻合； （ 3）控制器的形状编码的手感要好；当戴手套操作时，也应能较好地分辨和使用。,48,三类旋钮控制器,连续旋转钮（控制范围超过360o）,部分旋转钮 （控制范围不超过360）,定位指示旋钮 （控制范围有固定的边界限）,49,2）大小编码 应用范围较小，通常在同一系统中只能设计大、中、小三种规格。由于大小编码的视觉和触觉感知度小的原因，常与其他形式编码一起使用。几何大小5 3）位置编码 要求：位置编码的控制器数量不多，并须与人的操作顺序和操作习惯相一致 。（盲位定位）位置编码的标准化；操作方法编码 4）色彩编码 色彩编码一般不单独使用，常与形状编码、大小编码等合并使用。5种 5

29、）符号编码 在控制器上标以不同的文字或图形符号以区别不同的控制器。示意性符号减少了大脑译码的过程。符号应力求简单、达意、明显、易认。,50,操作控制系统的安全因素,l操作误差的种类 资料表明，58%78%的操作误差所引起的事故是由于人机关系协调性不够造成的。 1）置换差错。 其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。 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。,51,3）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。 原因是控制器的运动方向不合人的操作习惯，控制器

30、的方向与机器的运转方向或与指示器的方向缺逻辑上的联系，或控制器本身缺乏醒目的导向标志。 4）无意的操作错误 在使用控制器时忘记复位或固定，操作时间不准确，以及操作不小心等，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，使人难以方便地操作。,52,6.6 控制装置设计,（1）手动控制器设计,手的运动有如下特征： 垂直面内手的运动速度比在水平面内快，准确度高； 手从上往下运动比从下往上运动为快； 在水平面内，手的前后运动比左右运动快，作旋转运动比作直线运动的速度快。对一

31、般人来说，右手运动比左手快，且右手向右运动比向左运动为快； 手向接近身体方向运动比离开身体方向这两个运动时，速度最慢； 顺时针方向运动比逆时针方向运动为快； 单手操作的精确度高，速度快。,53,根据功能要求，旋钮可以旋转一圈、多圈、或不满一圈、可以连续多次旋转，也可以定位旋转。,根据旋钮的形状，可分为圆形旋钮，指针形旋钮和手动转盘等。,旋钮设计,54,按钮有两种结构：一种是按则下降，松则弹起，这是单作用按钮；还有一种按下之后可以锁住，再揿时才能弹回，这是具有保持位的双作用按钮。 按钮有三个主要参数：直径、作用力及移动距离。直径，对大拇指可取20mm，其它手指可取为15mm。直径大于15mm时，

32、可将顶部做成球面线凹坑，以便于手感定位。单指按钮的阻力，大拇指按钮可取为2.9419.6N，其他手指按钮可取为1.475.89N 。,按钮设计,55,56,扳动开关一般有“开”、“关”两个位置，手柄长度最大可取50mm，最小不得小于5mm。,其中以船形开关翻转速度最快，推拉开关和滑动开关由于行程和阻力的原因，动作时间较长。扳动开关具有操作简便、动作迅速的优点。,扳动开关设计,57,（2）操纵杆设计,操纵杆多用在拖拉机，起重机，履带式机动车辆，飞机等交通工具和各种重型的控制系统。,优点： 可以利用较大的杠杆比，操纵阻力较大的控制器。 使操纵杆的运动方向与被控机器的运动方向一致，可以实现模拟操作。

33、 操纵杆宜作推、拉等直线运动，较旋转式操纵动作反应快。 缺点： 搬动角度不能很大，因此不宜作大幅度连续控制，而且调节的准确性也较差。,58,（3）脚和腿操纵的控制器设计,适用条件： 1）需要连续进行操作，而用手操作又不方便的场合； 2）无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵力超过510kg的情况下； 3）手的控制工作量太大，不足以完成控制任务时。,脚动控制器主要有脚踏板，脚踏钮和脚动开关等。当操纵力超过515kg，或操纵力小于5kg，但需要连续操作时，宜选用脚踏板。对于操纵力较小，且不需连续控制时，宜选用脚踏钮或脚踏开关。,59,脚踏板有两种：一种是调节用脚踏板，如汽车的制动踏板等，这种踏板应

34、使之随移动距离而增加阻力以便产生增量的反馈，如图；另一种是开关踏板，如汽车起动马达脚踏按钮等。,脚踏板的设计,60,61,对于蹬力要求较大的脚操纵器，其空间位置应考虑到施力的方便性，即使脚和整个腿在操作时形成一个施力单元。大、小腿间的夹角应在105135 范围内，以120 为最佳，这种姿势下脚的蹬力可达2250N。,62,对于蹬力要求较小的脚操纵器，考虑坐姿时脚的施力方便，大、小腿夹角以105 -110 为宜。,63,6.7.1 空间关系的相合性 著名的恰帕尼斯试验：出现操作差错的次数分别为0、76、116、129。由此可见，控制器应尽可能地靠近相联系的显示器，并配置于显示器的正下方或右侧。

35、6.7.2 运动关系的相合性 显示器指针或光点的运动方向与操纵器的运动方向应当互相一致。控制器的运动方向与显示器或执行系统的运动方向在逻辑上一致，符合人的习惯定势，即控制显示的运动相合性好。,64,6.7 控制器和显示器的相合性,6.7.3 控制显示移动比率设计,定义：指控制器的位移量(C)与显示器（指示器）的位移量(D)之间的一种比例关系。其表达式为BC/D。,65,如操作当中，操纵杆移动20mm，显示器上的目标位移5mm，其控制显示比：BC/D20/54 (B大）称之为低灵敏度控制显示系统 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：BC/D1/50.2 (B小）称为高

36、灵敏度控制显示系统 控制显示系统的灵敏度取决于控制器与显示器移动量的比率，即控制显示比。,控制显示比的设计选择 系统如何选择最佳比率，完全取决于该系统的设计要求和工作性质。 B值小的调节控制器适用于粗调或要求快速调到预定位置的场合。它的调节时间短，但不可控制精度。 B值大的调节控制器，适用于微调，容易控制，但调到预定位置的时间，相对地要长得多。,66,6.8 显示装置与控制装置综合布局,显示装置及控制装置的设计基本要求就是要保证人、机双方的信息能够迅速准确地交流。减少信息加工的复杂性，从而提高工作效率。,6.8.1显示器与控制装置器综合布局的原则,67,功能顺序原则 这是指按多个控制器的作用顺

37、序排列布置显示器及控制器。如果功能的顺序不止一个时，应按主要功能顺序排列。显示器或控制器按功能顺序排成直线时，由左向右或由上向下排列；如果是圆形排列应取顺时针方向。,使用频率原则 使用频率最高的显示器或控制器应布置在最佳的信息接受区域或最佳操作区。,重要性原则 重要的显示器或控制器即便使用的频率不高，也应布置在比较方便的位置。,运动方向性原则 在仪表板上布置的显示器和控制器，其旋转方向或移动方向应遵守下表所示的运动方向原则 。,68,6.8.2 视觉显示器的布置,显示器布置得当，可提高认读效果，减少巡检时间，提高工作效率。 显示器布局中的主要问题有两个：一是选择最佳认读区域；二是仪表的配置方法

38、。,69,1)显示器位置与反应速度的关系,1973年海恩斯（Haines）和吉利兰（Gililand）将信号灯布置在视野的不同区域上的等反应时曲线。,从图中可得出如下的结论： 最快的反应区域在视中心上下8，右45左10的范围内，这个区域明显地偏向右方，在此，视中心区域也是视力最好，最清晰，因而认读效率最高的区域。,随着反应速度下降，等反应时间曲线的扩大，上述偏右的现象逐渐减弱，但始终有一定偏量，可见仪表布置靠右比靠左有利； 在对角线上，右下角135方向的视区优于其它三个（45、225、315）方向的视区。,70,2)刻度盘指针式仪表群的布局,仪表群的排列,检查用显示的目的是监视机器的运行状态。

39、当机器处于正常情况时，很多仪表指针都处于稳定的显示状态；一旦某部分出现异常，相关的那支仪表才会出现变位显示。,71,显示器的空间位置安放原则,方向：表盘应与视线垂直，面板应后仰30角。 位置：位于操作者的正前方，视距71cm为宜，和眼平齐； 范围：水平方向在人的视角30 45 范围内，垂直向上最佳视角范围为水平视线以下0 30 范围，最大布置范围上30 ，下45 。,72,仪表板上的仪表布置,依据： 人的视野、眼的运动规律等特征。 仪表的使用频率、顺序、重要程度和功能。即：重要性原则、使用频率原则、功能原则和使用顺序原则。,区：重要显示，最佳认读区； 区为经常观察和记录的仪表； 区为生产管理仪

40、表，如总电压电流表、物流总流量及紧急报警装置； 区为显示盘面的操纵部分，可布置启动、停车的按钮； 区布置不常用的操纵和控制显示转换的一些装置及电话； 区布置不重要或不常用的显示装置。,73,6.8.3 控制器的布置,控制器布局中主要有三个问题：一是控制器应布置在什么位置；二是各控制器之间的间隔；三是防止意外误操作的措施。,1）控制器的位置设计 原则:考虑各种控制器本身操作特点，将其布置在这种控制的最佳操作区域之内。如颜色编码；位置编码控制器；联系较多的控制器应尽量互相靠近，控制器的排列和位置要符合其操作程序和逻辑关系，还应适合人左右手及左右脚的能力。,74,75,将旋钮、板动开关和按钮三种控制

41、器分别布置在三个距操作者760mm的控制板上，作操纵实验，从区域图上可看出，板动开关的适应操作区域最小，其次是旋钮，操作区域最大的是按钮。产生这样的结果主要取决于各种控制器的手动方法，动作距离及移动方向。,图6-18 不同控制器的操作域,76,2）控制器的间隔设计,控制器之间过小间隔会明显地增加误操作率。控制器的间距取决于控制器的形式，操作顺序和是否需要防护等因素。控制器的安排和间隔应尽可能做到在盲目定位等动作时，有较好的操作效率。 控制器的形式对于控制器间隔的影响很大。 不同形式的控制器要求不同的使用方式。,77,3）防止误操作设计,对重要的控制器为避免发生误操作，可以采取以下的措施： 将按钮或旋钮设置在凹入的底座之中，或加装栏杆等； 选择工作方式与可能出现的误操作方式相反的控制器。例如，如果人们有可能通过靠或压方式而意外启动控制器，那么就应选用通过拉动方式启动的控制器。但应该考虑到，控制器仍应能朝着人们期望的方向运动。 在控制器上加盖或加锁； 按固定顺序操作的控制器，可以设计成联锁的形式，使之必须依次操作才能动作； 增加操作阻力，使较小外力不起作用。,78,79,谢 谢！,80,