人机系统的安全设计与评价１.ppt

2019/3/2,第 1 页,第五章 人机系统的安全设计与评价,人机系统的安全设计的内容 1、人机界面的安全设计 2、作业环境设计 3、安全防护装置设计 4、人机系统的安全可靠性设计,2019/3/2,第 2 页,第一节 人机界面的安全设计,一、显示器的设计 1、显示器的性能要求 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 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 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 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2019/3/2,第 3 页,2、显示器设计的基本原则 明显度高 可见度高 可读性好 阐明力强 简单明了 确保安全 使视力有缺陷者（如视弱、色弱者）也不会误认 显示器的显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致2019/3/2,第 4 页,3、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2019/3/2,第 5 页,（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5－1） 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2019/3/2,第 6 页,表5－1 指针显示器的刻度盘分类,,2019/3/2,第 7 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。

2019/3/2,第 8 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5－2）,2019/3/2,第 9 页,表5－2 5种显示器读数准确度的比较 （圆型仪表为100％）,2019/3/2,第 10 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2019/3/2,第 11 页,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结果表明，圆形刻度盘的最优直径是44mm（表5－3）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5－42019/3/2,第 12 页,表5－3 认读速度和准确度与直径大小的关系（视距750mm）,2019/3/2,第 13 页,表5－4 观察距离和标记数量与刻度盘直径的关系,2019/3/2,第 14 页,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1～2.5Omm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／X 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,2019/3/2,第 15 页,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5－1）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1）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0.0015～0.1mm2019/3/2,第 16 页,,图5－1 刻度线,2019/3/2,第 17 页,,图1 刻度线宽度对误差的影响,2019/3/2,第 18 页,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1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5－5选取2019/3/2,第 19 页,表1 刻度线的长度,2019/3/2,第 20 页,表5－5 刻度线长度选择表 （㎜）,2019/3/2,第 21 页,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5－6所示这是美国海军的研究成果2019/3/2,第 22 页,表5－6 数字累进法,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2019/3/2,第 23 页,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5－2 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5－3所示； D、不要设计成间距不均匀的刻度，如图5－4所示。

2019/3/2,第 24 页,,图5－2 准线太粗,,图5－3 刻度线太长，排得太挤,2019/3/2,第 25 页,,,,图5－4 不均匀刻度举例,2019/3/2,第 26 页,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5－7 笔划宽与字高比值的推荐值如表5－8所示,2019/3/2,第 27 页,表5－7 仪表盘上仪表的字符高度（㎜）,2019/3/2,第 28 页,表5－8 不同照明条件下字符笔划粗细取值,2019/3/2,第 29 页,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。

2019/3/2,第 30 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,2019/3/2,第 31 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2019/3/2,第 32 页,,图2 指针的基本形状,2019/3/2,第 33 页,,图3 各种箭头形状的比较,2019/3/2,第 34 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1.6mm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2019/3/2,第 35 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2019/3/2,第 36 页,表2 配色的级次,2019/3/2,第 37 页,（2）数字显示器的设计 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、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、计算机显示器等2019/3/2,第 38 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5－5所示 实验表明，由亮小圆点阵来构造字符（如图5－6），认读性好，使混淆的可能性大为减小2019/3/2,第 39 页,,,图5-5 电子数码显示,图5－6 圆点阵显示,2019/3/2,第 40 页,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2019/3/2,第 41 页,,图4 格雷瑟的实验仪表 (1),2019/3/2,第 42 页,,图4 格雷瑟的实验仪表 (2),2019/3/2,第 43 页,模拟显示与数字显示的功能比较,2019/3/2,第 44 页,2019/3/2,第 45 页,（3）信号灯设计 信号灯设计的原则 清晰、醒目和必要的视距(见表2) 合乎使用目的 按信号性质设计 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,2019/3/2,第 46 页,表2 能见距离与空气透明度的关系,2019/3/2,第 47 页,（4）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,2019/3/2,第 48 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。