人机系统的安全设计与评价１课件.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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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  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2024/8/17第第  6  页页表表5－－1 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2024/8/17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2024/8/17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5－2） 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2024/8/17第第  9  页页表表5 5－－2 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2024/8/17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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2024/8/17第第  11  页页•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5－4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2024/8/17第第  12  页页表表5－－3 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2024/8/17第第  13  页页表表5－－4 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2024/8/17第第  14  页页•2）刻度与刻度线设计）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  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2024/8/17第第  15  页页•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0.0015～0.1mm 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2024/8/17第第  16  页页图图5－－1  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2024/8/17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2024/8/17第第  18  页页•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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2024/8/17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5.54.12.30.5～～0.910.07.14.30.9～～1.820.014.08.61.8～～3.640.028.017.03.6～～6.067.048.029.0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2024/8/17第第  20  页页表表5－－5 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0.15～～0.3>0.3～～0.5>0.5～～0.8>0.8～～1.2>1.2～～2>2～～3>3～～5>5～～8L1（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2024/8/17第第  21  页页•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 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2024/8/17第第  22  页页表表5－－6 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 1000 3 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2024/8/17第第  23  页页•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 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2024/8/17第第  24  页页 图图5－－2  准线太粗准线太粗 图图5－－3  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2024/8/17第第  25  页页图图5－－4  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2024/8/17第第  26  页页•  字符设计字符设计 •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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2024/8/17第第  27  页页表表5－－7  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5.15.1～～7.67.63.63.6～～7.67.60.20.2～～5.15.13.03.0～～5.15.12.52.5～～5.15.10.20.2～～5.15.1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2024/8/17第第  28  页页表表5－－8 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1:51:51:51:51:61:6～～1:81:81:61:6～～1:81:81:51:51:81:8～～1:101:101:121:12～～1:201:201:51:5～～1:61:6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2024/8/17第第  29  页页•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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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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 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2024/8/17第第  39  页页图图5-5  电子数码显示电子数码显示 图图5－－6  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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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2 × 10-4 ～～8 × 10-100.5～～0.2浓浓 雾雾10-19 ～～10-340.1～～0.05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2024/8/17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2024/8/17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 5—7 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2024/8/17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2024/8/17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•① ① 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•② ② 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•③ ③ 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• ④④ 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  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2024/8/17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 •①  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10 dB以上•②  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500～600Hz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110 dB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2024/8/17第第  52  页页•③  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0.2Hz和不高于5 Hz，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•④  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1 S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•⑤ 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2024/8/17第第  53  页页•（（2））语言传示装置的设计语言传示装置的设计•⑴ ⑴ 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 5－－1010 ）。

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•⑵ ⑵ 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60～～80 dB之之间间 （（见图见图5 5））•⑶ ⑶ 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2024/8/17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65～～7575～～8585～～9696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5－－10  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2024/8/17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2024/8/17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5－11)。

 •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１s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15～30°，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2024/8/17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0º～～1515º～～30º30º～～45º45º～～60º60º～～75º75º～～90º0.0001～～0.00050.00100.00150.00200.00250.0030表表5－－11    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2024/8/17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2024/8/17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2024/8/17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（P．M．Fitts）和琼斯（R．E．Jones）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2024/8/17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• 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2024/8/17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2024/8/17第第  63  页页表表5－－12  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20～～90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2024/8/17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2024/8/17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19～～38用手和上肢操纵的转动机构用手和上肢操纵的转动机构78～～98用手以最高速度旋转的机构用手以最高速度旋转的机构8.8～～19在精确安装时的转动工作在精确安装时的转动工作19～～29 表表5－－13 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2024/8/17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装置在控制器上设置到位音响装置（如（如“卡嗒卡嗒”声），这种音响常由控制器声），这种音响常由控制器定位机构中自动发出也可以装设专门的联定位机构中自动发出也可以装设专门的联动音响装置动音响装置 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2024/8/17第第  67  页页•操纵阻力操纵阻力主要有静摩擦力、弹性力、主要有静摩擦力、弹性力、粘滯力、惯性力四种形式粘滯力、惯性力四种形式其特点见其特点见表表5-145-14•阻力大小与控制器的类型、位置、移阻力大小与控制器的类型、位置、移动的距离、操作频率、力的方向等有动的距离、操作频率、力的方向等有关表表5-155-15列出了不同控制器的最小列出了不同控制器的最小阻力阻力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2024/8/17第第  68  页页类型类型举举例例特性特性优点优点缺点缺点用途用途摩摩 擦擦力力闸闸刀刀开开始始时时阻阻力力大大，，开开关关滑滑动动时时阻阻力即下降力即下降因因阻阻力力大大可可减减少少意外动作意外动作控制准确度低控制准确度低宜宜作作连连续续控制控制弹力弹力弹弹簧簧阻阻力力随随控控制制器器移移动动距距离离加加长长而增大而增大控控制制准准确确度度高高;控控制制器器能能自自动动归归回回空位空位控控制制器器移移到到中中间间位位置置要要定定位位时时，，需设定位装置需设定位装置可可作作连连续续控制控制粘粘 滞滞力力活活塞塞阻阻力力与与控控制制器器移移动动速速度度相相对对应应控控制制准准确确度度高高;运运动动速速度度均均匀匀;稳稳定定性好性好造价高造价高宜宜作作连连续续控制控制惯惯 性性力力摇摇把把阻阻力力由由多多级级结结构构的的惯惯性性产产生生，，一般较大一般较大允允许许平平滑滑移移动动;因因需需较较大大作作用用力力故故减减少少了了意意外外移移动动的可能的可能操操作作疲疲劳劳;移移动动准准确性差确性差可可用用于于不不精确控制精确控制表表5－－14  摩擦、弹性、粘滯性、惯性等摩擦、弹性、粘滯性、惯性等控制器的阻力特性控制器的阻力特性 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2024/8/17第第  69  页页控控 制制 器器 类类 型型所需最小阻力（所需最小阻力（N））手动按钮手动按钮2.8扳动开关扳动开关2.8旋转选择开关旋转选择开关3.3旋钮旋钮0~1.7摇柄摇柄9~22手轮手轮22手柄手柄9脚动按钮脚动按钮5.6 （如果脚停留在控制器上）（如果脚停留在控制器上）17.8（如果脚不停留在控制器上）（如果脚不停留在控制器上）脚踏板脚踏板44.5（如果脚停留在控制器上）（如果脚停留在控制器上）17.8（如果脚不停留在控制器上）（如果脚不停留在控制器上）表表5－－15  不不同同控控制制器器所所要要求求的的最最小小阻阻力力 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2024/8/17第第  70  页页•2 2）） 控制器的运动控制器的运动•由于控制器的主要目的是控制系统的变化，因此，应尽量使控制器的操作方向与系统过程的变化方向相一致，这样可以使控制器的操作形象化，又可使控制器的操作和系统的变化之间产生一定的逻辑关系，有利于操作人员记忆和辨认，提高操作效率。

下图给出几种操纵控制器与系统反应的对应方向的关系 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2024/8/17第第  71  页页•3 3）） 控制器上手或脚的使用部位的尺寸和控制器上手或脚的使用部位的尺寸和结构结构• 手手或或脚脚操操作作的的控控制制器器尺尺寸寸，，首首先先取取决决于于控控制制器器上上手手或或脚脚使使用用部部位位的的尺尺寸寸，，其其次次需需根根据据操操作作时时是是否否戴戴手手套套，，或或作作业业时时鞋鞋的的形形式式来来决决定定放放宽宽的的尺尺寸寸显显然然对对不不同同的的控控制制器器，，由由于于压压或或握握的的用用力力方方式式不不同，操同，操纵纵件尺寸和形状也不同件尺寸和形状也不同• 手手或或脚脚使使用用的的部部位位还还决决定定于于控控制制器器的的重重量量分分配配必必须须在在保保证证空空位位时时操操纵纵者者可可以以离离开开控控制制器器自自由由活活动动，，工工作作位位时时，，不不会会因因负负担担控控制制器器的的重重量量而而引引起起疲疲劳劳• 如如果果是是手手用用工工具具，，又又不不是是利利用用重重力力工工作作的的，，就就应应尽尽量量使使工工作作的的重重心心落落在在手手握握的的部部位位上上，，以以免免手手腕腕肌肉承担较大的静力负荷而引起疲劳。

肌肉承担较大的静力负荷而引起疲劳 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2024/8/17第第  72  页页• 握把部位不宜太光滑或太粗糙，若过于光滑，操纵时不易抓稳或握住，特别是手上有油或水的情况下更加不利，易发生失手事故，或因长时间过大的静力负荷而使手疲劳，故一般选用无光泽的软纹皮包层为宜• 手柄的形状应尽量使手腕保持自然状态，使手与小臂处于一条直线上，如果使手腕向某一方向弯曲，就会使骨骼肌产生静力疲劳因此设计原则是“宁肯弯曲手柄也不要使手臂弯曲”对手动工具也是这样，更需要使握力充分发挥出来影响握力的主要因素是手柄直径，手柄直径为50mm时欧洲人握力最大，对亚洲人而言手柄直径可取40～50mm之间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2024/8/17第第  73  页页• 由于脚对动作和压力的敏感度均较低，因此脚用按钮或踏板应有足够大的行程，以减小误踏时产生误动作的可能脚用按钮还应有足够大的接触平面，以便于寻找和踩稳脚踏板应有增加摩擦力的网纹• 将控制器进行合理编码，使每个控制器都有自己的特征，以便于操作者确认不误，是减少差错的有效措施之一。

控制器编码一般有6种方式：形状、位置、大小、操作方法、色彩和文字符号编码可根据需要，采用一种或几种方式的编码组合 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2024/8/17第第  74  页页①①形状编码形状编码 图图5－－9 9 给出了常用旋钮的形状编码实例给出了常用旋钮的形状编码实例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2024/8/17第第  75  页页连续旋转钮（控制范围超过连续旋转钮（控制范围超过360o）） 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2024/8/17第第  76  页页部分旋转钮（控制范围不超过部分旋转钮（控制范围不超过360o）） 定位指示旋钮（控制范围有固定的边界限范定位指示旋钮（控制范围有固定的边界限范                     围有固定的边界限制）围有固定的边界限制） 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2024/8/17第第  77  页页• 下图（左）是美国空军常用的操纵杆的形状编码•下图（右）为海军雷达系统中常用的控制钮。

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2024/8/17第第  78  页页•②②  大小编码大小编码    以相同形状而不同大小来区别控制器的功能和用途，这种形式的编码应用范围较小，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 •③③  位置编码位置编码 在人机操纵系统中，利用控制器相对于人的不同位置进行编码汽车上的离合器、制动器和加速器的踏板，就是以位置编码的通常，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，这样可以使人不用眼看，就可能正确地进行操作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2024/8/17第第  79  页页•④④  操作方法编码操作方法编码 •⑤⑤  色彩编码色彩编码 •利用不同颜色来区别控制器的功能利用不同颜色来区别控制器的功能色彩编码一般不单独使用，常与形状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由于色编码、大小编码等合并使用由于色彩只能靠视觉辨认，有时也配以不同彩只能靠视觉辨认，有时也配以不同的色光照明，以增加视认度。

同时色的色光照明，以增加视认度同时色彩编码的色相种类不宜过多，颜色过彩编码的色相种类不宜过多，颜色过多，会降低对控制器的视认度多，会降低对控制器的视认度•⑥⑥ 文字、符号编码文字、符号编码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2024/8/17第第  80  页页3 3、控制器的设计、控制器的设计 •（（1））手动控制器设计手动控制器设计 •1）旋钮功能 •2）按钮设计 •①  按钮直径 •②  按钮阻力 •③  移动距离 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2024/8/17第第  81  页页•3）按键 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2024/8/17第第  82  页页•⑶  扳动开关 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2024/8/17第第  83  页页•⑷  杠杆 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2024/8/17第第  84  页页•⑸⑸  转轮、手柄和曲柄转轮、手柄和曲柄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2024/8/17第第  85  页页•补充内容补充内容----方向盘的设计方向盘的设计   方向盘的要用于机动车辆的转向。

方向盘设计中的方向盘的要用于机动车辆的转向方向盘设计中的主要问题有：方向盘平面间的夹角主要问题有：方向盘平面间的夹角a、方向盘的直径、方向盘的直径D和方向盘的构造三个问题，夹角的大小取决于不同车和方向盘的构造三个问题，夹角的大小取决于不同车型驾驶员的位置，直径的大小取决于司机施力的舒适型驾驶员的位置，直径的大小取决于司机施力的舒适性限度1．．a、、D的取值范围的取值范围   对于卡车及公共汽车，为了得到司机舒适位置，对于卡车及公共汽车，为了得到司机舒适位置，a角角可取为可取为15o～～30o,D值可取为值可取为400mm左右这也是一般左右这也是一般车辆的取值范围车辆的取值范围   对于大型载重车辆，需要较大的操作力矩，为了施对于大型载重车辆，需要较大的操作力矩，为了施力的需要，可将方向盘的力的需要，可将方向盘的a值取到接近值取到接近0o，直径，直径D可取可取450～～500mm   对于小卧车，小卡车等因司机座椅较低，方向盘的对于小卧车，小卡车等因司机座椅较低，方向盘的操纵力也较小，操纵力也较小，a可取可取45o～～60o, D值取为值取为350～～400mm   以上所述就是各种方向盘与驾驶员之间的舒适相对以上所述就是各种方向盘与驾驶员之间的舒适相对位置，这是设计时要注意的。

位置，这是设计时要注意的 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2024/8/17第第  86  页页2．方向盘的构造．方向盘的构造   手握轮缘截面为圆形，直径在手握轮缘截面为圆形，直径在19～～28mm之间轮辐之间轮辐截面为椭圆形，如图截面为椭圆形，如图1所示重型车辆的驾驶盘为便于所示重型车辆的驾驶盘为便于用力常在轮缘下部作出波浪形，其节距为用力常在轮缘下部作出波浪形，其节距为19mm左右图图2为两条轮幅的方向盘形状为两条轮幅的方向盘形状 图图1 方向盘的椭圆形方向盘的椭圆形截面轮辐截面轮辐 图图2 两条轮辐的两条轮辐的方向盘方向盘 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2024/8/17第第  87  页页 汽车方向盘最大转角为汽车方向盘最大转角为120o ，这样可以保证在急转，这样可以保证在急转弯时，驾驶员能双手握住方向盘而不必倒手汽车弯时，驾驶员能双手握住方向盘而不必倒手汽车方向盘与车轮转动角度的比值可取方向盘与车轮转动角度的比值可取1.5～～3.0，如图，如图3所示（方向盘与车轮所示（方向盘与车轮 ） 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2024/8/17第第  88  页页为驾驶中省力，同时也为车辆自动保持直线前进，为驾驶中省力，同时也为车辆自动保持直线前进，转向机构应设有自动归复到保持直线前进位置的复转向机构应设有自动归复到保持直线前进位置的复位装置。

位装置   有些小型车辆设计了可调整方向盘角度的结构，有些小型车辆设计了可调整方向盘角度的结构，方向盘立柱的倾角可调，一般可调范围在方向盘立柱的倾角可调，一般可调范围在15o以内调整方向盘的角度，一是为了应不同体形驾驶员的调整方向盘的角度，一是为了应不同体形驾驶员的舒适度需要；二是为了使方向盘不遮挡观察仪表的舒适度需要；二是为了使方向盘不遮挡观察仪表的视线，如图视线，如图4（可调节方向盘（可调节方向盘 ） 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2024/8/17第第  89  页页3．安全设施．安全设施   发生撞车事故时方向盘对司机最为危险，方向盘的安全设计：发生撞车事故时方向盘对司机最为危险，方向盘的安全设计：   ①①轮缘外层应用软体材料，驾驶部位的仪表及台面及台面均应轮缘外层应用软体材料，驾驶部位的仪表及台面及台面均应较软的包敷材料；较软的包敷材料；   ②②立柱应低于手轮平面，以免撞车时插到司机的胸部，对于高立柱应低于手轮平面，以免撞车时插到司机的胸部，对于高速汽车需要低得多些；速汽车需要低得多些；   ③③高级轿车在方向盘中央设置了一个空气袋，平时折合在立柱高级轿车在方向盘中央设置了一个空气袋，平时折合在立柱顶端的一个圆盆中，一旦汽车发生碰撞使汽车骤然停止时气袋就顶端的一个圆盆中，一旦汽车发生碰撞使汽车骤然停止时气袋就会自动充气，以保护司机的面部和胸部，如图会自动充气，以保护司机的面部和胸部，如图5。

同时还应保证同时还应保证快速排气，及时排气，以免造成司机窒息快速排气，及时排气，以免造成司机窒息 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2024/8/17第第  90  页页•（（2））脚动控制器的设计脚动控制器的设计                1）脚动控制器的形式）脚动控制器的形式（见图（见图5-135-13））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2024/8/17第第  91  页页各种踏板效率比较各种踏板效率比较（见图（见图5-145-14））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2024/8/17第第  92  页页操操纵纵方式方式操操纵纵特征特征整个踏板整个踏板操操纵纵力力较较大大（（大大于于50N）），，操操纵纵频频率率较较低低，，适适用于用于紧紧急制急制动动器的踏板器的踏板脚掌踏脚掌踏操操纵纵力力在在50N左左右右，，操操纵纵频频率率较较高高，，适适用用于于启启动动、机床刹、机床刹车车的脚踏板的脚踏板脚脚掌掌或或脚脚跟踏跟踏操操纵纵力力小小于于50N，，操操纵纵迅迅速速，，可可连连续续操操纵纵，，适适用于用于动动作作频频繁的踏板繁的踏板表表5-17  脚踏板与操脚踏板与操纵纵方式方式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2024/8/17第第  93  页页•2）脚动控制器的适宜用力     脚脚动动控制器控制器推荐的用力推荐的用力值值脚休息脚休息时时脚踏板的承受力脚踏板的承受力18～～32悬悬挂的脚蹬（如汽挂的脚蹬（如汽车车的加速器）的加速器）45～～68功率制功率制动动器器直至直至68离合器和机械制离合器和机械制动动直至直至136飞飞机方向舵机方向舵272可允可允许许脚蹬力最大脚蹬力最大值值2268创记录创记录的脚蹬力最大的脚蹬力最大值值4082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2024/8/17第第  94  页页•3）脚动控制器的设计）脚动控制器的设计   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2024/8/17第第  95  页页•3）脚动控制器的设计）脚动控制器的设计   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2024/8/17第第  96  页页•调节踏板调节踏板       调节踏板有以鞋跟为转轴的（见图1）和脚悬空的两种。

       以鞋跟为转轴的踏板典型例子如汽车的油门踏板等，踏板下的舒适角不大于20o，一般控制在15o左右，每脚与人的中线叉开10o～15o为宜（见图2）   图图1   以鞋跟为转轴以鞋跟为转轴的踏板的踏板 图图2  脚的舒适叉脚的舒适叉开角度开角度 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2024/8/17第第  97  页页•踏板开关设计踏板开关设计       脚踏开关多用于定位操纵，要很好地安排它的位置，使操作者在不影响稳定性的情况下即能使用，还要避免发生误踏的危险给出了踏板开关的形状和尺寸，踏板的转角不宜超过10o,转角太大需将脚抬离地面才能操作，操作者单脚承重，很不安全       如果要求双脚均能踏动，或操作者连续不断改换位置时也能踏动，最好采用踏动标杆，踏动标杆距地面不应超过15cm，但伸长度不要大于15cm 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2024/8/17第第  98  页页 踏踏板板开开关关操操纵纵 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2024/8/17第第  99  页页•4、控制器的选择控制器的选择•机器设备的不同运行状态决定了控制器的功能。

如系统工作状态的启闭，选择按钮开关就比较方便；系统的定量调节，宜选用旋钮和手轮的形式；计算机的数据输人则必须使用键盘等等•表l列出各种控制器适用不同功能的情况，•表2为各种控制器的使用情况比较•（见教材1145页表5-19，20） 控制装置名称控制装置名称使用功能使用功能启动启动不连续调节不连续调节定量调节定量调节连续控制连续控制输入数据输入数据按钮按钮O    钮子开关钮子开关OO   旋钮选择开关旋钮选择开关 O   旋钮旋钮 OOO 踏钮踏钮O    踏板踏板   OO曲柄曲柄   OO手轮手轮   OO操纵杆操纵杆   OO键盘键盘    O表表l   各种控制装置的使用功能各种控制装置的使用功能 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2024/8/17第第  101  页页使用情况使用情况按按钮钮旋旋钮钮旋转旋纽开旋转旋纽开关关纽子纽子开关开关手摇手摇把把操纵操纵杆杆子子轮轮踏踏板板需要的空间需要的空间小小小小-中中中中小小中中-大大中中-大大大大大大编码编码小小好好         好好较好较好较好较好好好较较好好差差视觉辨别位置视觉辨别位置可可好好好好   好好可可好好较较好好差差触觉辨别位置触觉辨别位置差差可可         好好好好可可较好较好较较好好较较好好一排类似控制装置一排类似控制装置的检查的检查差差好好         好好好好  差差好好差差差差一排控制装置的操一排控制装置的操作作好好差差差差好好差差好好差差差差合并控制合并控制好好好好较好较好好好差差好好好好差差表表2  各种控制装置的使用情况比较各种控制装置的使用情况比较 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2024/8/17第第  102  页页表表5-20   不同工作情况下选择控制器的建议不同工作情况下选择控制器的建议工工   作作   情情   况况建建议议使用的控制器使用的控制器操操纵纵力力较较小小情况情况2个分开的装置个分开的装置4个分开的装置个分开的装置4—24个分开的装置个分开的装置25个以上分开的装置个以上分开的装置小区域的小区域的连续连续装置装置较较大区域的大区域的连续连续装置装置按按钮钮、踏、踏钮钮、、拨动拨动开关、开关、摇动摇动开关开关按按钮钮、、拨动拨动开关、旋开关、旋钮钮、、选择选择开关开关  同心成同心成层层旋旋钮钮、、键盘键盘、、拨动拨动开关、开关、旋旋转选择转选择开关开关键键 盘盘旋旋 钮钮曲曲 柄柄操操纵纵力力较较大大情况情况2个分开的装置个分开的装置3—24个分开的装置个分开的装置小区域小区域连续连续装置装置大区域大区域连续连续装置装置扳手、杠杆、大按扳手、杠杆、大按钮钮、踏、踏钮钮扳手、杠杆扳手、杠杆手手轮轮、踏板、杠杆、踏板、杠杆大大 曲曲 柄柄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2024/8/17第第  103  页页     在操作过程中，只有在用脚动控制器优于在操作过程中，只有在用脚动控制器优于用手动控制器时才选用。

用手动控制器时才选用一般在下列情况一般在下列情况时考虑选用时考虑选用：：   1）需要连续进行操作，而用手操作又不方便的）需要连续进行操作，而用手操作又不方便的场合；场合；   2）无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵）无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵力超过力超过50～～100N的情况下；的情况下；   3）手的控制工作量太大，不足以完成控制任务）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关等当操纵力超过50～～150N，或操纵力小于，或操纵力小于50N，但需要连续操作时，宜选用脚踏板对于操，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，宜选用脚踏钮或纵力较小，且不需连续控制时，宜选用脚踏钮或脚踏开关脚踏开关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2024/8/17第第  104  页页5 5、、  显示器和显示器和控制器配置设计控制器配置设计 •（（1）运动相合性）运动相合性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2024/8/17第第  105  页页•2、空间相合性、空间相合性 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2024/8/17第第  106  页页•3、控制、控制—显示比显示比 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2024/8/17第第  107  页页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2024/8/17第第  108  页页三、可维修性三、可维修性设计设计 1、维修性与可维修性设计、维修性与可维修性设计•（1）维修性•在规定的时间、条件、程序和方法等约束下完成维修地能力称为维修性。

所谓“规定地条件”，主要是指维修地机构和场所以及相应地资料条件（包括维修人员、设施、设备技术资料等）所谓“规定的程序和方法”，是指按规程规定的维修工作类型、步骤和方法等而“维修”作为维修与检修的统称，则是为保持、恢复或改善设施或设备的规定技术状态而进行的全部活动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2024/8/17第第  109  页页•（2）可维修性设计•可维修性设计就是在产品（包括系统、设施或设备）设计中除了满足其他设计要求外，还要使设施或设备具有实现“安全、及时、快速、有效、经济”的维修能力其任务是一旦设施或设备发生故障，要保证能安全地尽快修理好，甚至能在未出故障前就已经采取措施来消除故障产生的条件从安全人机工程学的角度考虑维修性设计，从“便利于人维修”和“安全地维修”出发来进行设计，这就是可维修性设计的主要要求，它使维修工作系统中“人-机-环境系统”整体协调，以有利于提高人的维修工作绩效、减少维修差错、实现维修安全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2024/8/17第第  110  页页2  可维修性设计的一般指导原则可维修性设计的一般指导原则•（1）确保维修安全•（2）尽可能简化以减轻维修人员负担•（3）改善维修和检测时的可达性•（4）尽量采用模块化•（5）尽量实行标准化和通用化•（6）增强易识别性和防错容错能力•（7）尽可能采用有效的综合诊断手段。