1、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内容：内容：第一节 人机界面的安全设计第二节 作业环境的设计第三节 安全防护装置人机学设计第一节第一节 人机界面的安全设计人机界面的安全设计o 一、显示器的设计o 二、控制器的设计o 三、维修性的设计一、显示器的设计一、显示器的设计o 1、显示器的类型与设计原则o 2、显示仪表设计o 3、信号显示设计1）显示装置的类型与性能特点）显示装置的类型与性能特点2005.3.12005.3.12005.3.1第第第第第第 5 5 5 页页页页页页6人机人机界面界面安全安全设计设计2）显示器设计原则）显示器设计原则o 明显度高：醒目，消除背景
2、干扰、提高区别能力o 可见度高：对观察距离、角度、显示符号大小，给以最佳处理；o 可读性好：形状、图案等与底板间的分辨力高，颜色和明亮度反差恰当，显示器的大小、形状不会因照明而发生畸变，认读时无幻影等；o 阐明力强：显示的意义明确，推断准确可靠，易掌握；o 简单明了：有利于认读、减少差错、提高效率；o 确保安全：重要的显示器，应设置仪表失效警告装置（光、声等）以免肇事；o 显示器显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致。7人机人机界面界面安全安全设计设计2、显示仪表设计、显示仪表设计o 3）数码与字符）数码与字符o 4）指针与盘面）指针与盘面o 5）盘面结构与字符数码的立位）盘面结构与字符数码的
3、立位8人机人机界面界面安全安全设计设计1）、）、o（1）仪表刻度盘的形式9人机人机界面界面安全安全设计设计问:仪表的直径越大，认读它的速度度和准确性就越高？仪表表盘的大小对仪表的认读速度和精度有很大的影响。10人机人机界面界面安全安全设计设计 WJ怀特对圆形刻度盘的最优直径作过研究:直径25、44和70mm的仪表，视距500 mm，研究其可读性,实验结果如下表：刻度盘的直径 平均反应时间误读率25mm44mm70mm0.76S0.72S0.73S6%4%12%11人机人机界面界面安全安全设计设计一般来说35 70 mm的刻度盘在认读准确性上没有本质差别，但直径减少到17.5 mm以下时，无错认
4、读的速度大为降低。仪表刻度盘的适宜大小？12人机人机界面界面安全安全设计设计在选择表盘的最小直径时，必须考虑刻度盘上必需的刻度标记数量刻度标记数量和观察的视距观察的视距，实验得出了在两个最常见视距（500和900mm）上标记数量不同的仪表最小直径：刻度标记数量两种视距下表盘的最小直径500mm900mm38507010025.425.425.436.425.432.545.564.313人机人机界面界面安全安全设计设计14人机人机界面界面安全安全设计设计15人机人机界面界面安全安全设计设计每一刻度标记代表一定的读数单位，为了方便认读和记忆，刻度标记一般有三级，即大刻度标记大刻度标记，中刻度标记
5、中刻度标记和小刻度标记小刻度标记，各刻度标记间有明显的区别，如图所示。16人机人机界面界面安全安全设计设计17人机人机界面界面安全安全设计设计刻度线的宽度一般取小刻度间距的1/5-1/5-1/201/20为宜。当视距为710mm时，普通刻度标记的宽度如图所示：18人机人机界面界面安全安全设计设计刻度标记的高度也是刻度设计的一个重要内容。小刻度标记的长度一般是刻度间距的1.51.52 2倍倍，大、中、小三级刻度标记的比例一般是2 2：1.51.5：1 1或1.71.7：1.31.3：1 1。19人机人机界面界面安全安全设计设计o 刻度标值20人机人机界面界面安全安全设计设计21人机人机界面界面安
6、全安全设计设计22人机人机界面界面安全安全设计设计使用扇形仪表易造成读数方向倒错（即把数字增大的方向读成减小）。为了避免这种错误，可使刻度标记的长度随数字增大而逐渐加长。23人机人机界面界面安全安全设计设计3）数码与字符）数码与字符24人机人机界面界面安全安全设计设计4）指针与盘面（一）指针与盘面（一）25人机人机界面界面安全安全设计设计4）指针与盘面（二）指针与盘面（二）26人机人机界面界面安全安全设计设计5）盘面结构与字符数码的立位）盘面结构与字符数码的立位o 字符与数码的上下朝向称为立位。立位的正确选择与指针盘面的相对运动关系有关。27人机人机界面界面安全安全设计设计应注意应注意醒目醒目
7、色色的使用，适于的使用，适于作仪表警戒部分作仪表警戒部分或危险或危险/急信号部急信号部分的颜色，但醒分的颜色，但醒目色不能大面积目色不能大面积使用，否则会过使用，否则会过分刺激人眼，引分刺激人眼，引起视觉疲劳。起视觉疲劳。28人机人机界面界面安全安全设计设计多块组合式三块折式29人机人机界面界面安全安全设计设计1.按仪表的重要程度排列2.按使用顺序排列3.按功能进行组合排列4.按视觉特性排列5.按最佳零点方向排列6.按显示与操纵相合性排列30人机人机界面界面安全安全设计设计o 布置紧凑，按重要性、观视频度布置在合适的视区31人机人机界面界面安全安全设计设计o 布置紧凑，按重要性、观视频度布置在
8、合适的视区第第第第第第 313131 页页页页页页32人机人机界面界面安全安全设计设计o 按按“功能分区功能分区”的原则布置仪表的原则布置仪表第第第第第第 323232 页页页页页页33人机人机界面界面安全安全设计设计按按视觉视觉特性排列特性排列o 所在平面与人的正常视线接近于垂直o 按从左到右、从上到下、按顺时针方向布置2005.3.12005.3.12005.3.1第第第第第第 333333 页页页页页页34人机人机界面界面安全安全设计设计o 显示装置与被显示的对象有容易理解的一一对应的关系2005.3.12005.3.12005.3.1第第第第第第 343434 页页页页页页35人机人机
9、界面界面安全安全设计设计36人机人机界面界面安全安全设计设计37人机人机界面界面安全安全设计设计3、信号显示设计、信号显示设计o 1）信号显示的类型与特点o 2）信号灯的设计38人机人机界面界面安全安全设计设计1）信号显示的类型与特点）信号显示的类型与特点o（1）视觉信号2005.3.12005.3.12005.3.1第第第第第第 383838 页页页页页页39人机人机界面界面安全安全设计设计1）信号显示的类型与特点）信号显示的类型与特点o（2）听觉信号2005.3.12005.3.12005.3.1第第第第第第 393939 页页页页页页40人机人机界面界面安全安全设计设计1）信号显示的类型
10、与特点）信号显示的类型与特点o（3）触觉信号41人机人机界面界面安全安全设计设计2）信号灯的设计）信号灯的设计o（1）信号灯的视距与亮度42人机人机界面界面安全安全设计设计o（2）信号灯的颜色43人机人机界面界面安全安全设计设计o（3）稳光与闪光信号的闪频44人机人机界面界面安全安全设计设计o（4）信号灯的形状、组合和编码45人机人机界面界面安全安全设计设计1.信号装置的作用？2.能见距离与气象能见距离?3.信号灯的颜色设计与应用？4.闪光信号的作用？5.闪光信号的闪烁频率？6.不同背景下人对信号灯的辨认？7.信号灯的布置？46人机人机界面界面安全安全设计设计1.荧光屏的显示特征？2.荧光屏目
11、标亮度不能超过多小?3.荧光屏目标呈现时间一般为多小？最佳？4.目标运动状态对视觉辨别的影响？5.屏面不同形状目标辨认的优劣次序？6.屏面目标颜色设计？7.荧光屏上字符大小规格？8.屏面亮度与环境亮度的关系？9.常见的两种矩形屏面宽高比？47人机人机界面界面安全安全设计设计48人机人机界面界面安全安全设计设计二、控制器的设计二、控制器的设计o 1、操纵器的类型o 2、操纵器的形状和式样o 3、操纵器的尺寸和操作行程o 4、操纵器的操纵力o 5、操纵器的识别编码o 6、操纵器的布置o 7、常用操纵器的设计49人机人机界面界面安全安全设计设计1、操纵器的类型（一）、操纵器的类型（一）50人机人机界
12、面界面安全安全设计设计51人机人机界面界面安全安全设计设计操纵装置的类型手控操纵器旋转式操纵器脚控操纵器移动式操纵器按压式操纵器52人机人机界面界面安全安全设计设计2、操纵器的形状和式样、操纵器的形状和式样o53人机人机界面界面安全安全设计设计3、操纵器的尺寸和操作行程、操纵器的尺寸和操作行程54人机人机界面界面安全安全设计设计4、操纵器的操纵力、操纵器的操纵力A 操纵力与肌力体能的适宜性o 一个班次工效较高，其操纵频次高的操纵力应不大于最大肌力的二分之一；低频次的操纵力允许略大。55人机人机界面界面安全安全设计设计B 操纵力与操纵准确度操纵力与操纵准确度o 操纵力大小与操纵准确度56人机人机
13、界面界面安全安全设计设计o 位移位移-操纵力特性操纵力特性2005.3.12005.3.12005.3.1第第第第第第 565656 页页页页页页57人机人机界面界面安全安全设计设计C 施力体位与操纵依托支点施力体位与操纵依托支点o 合理的施力体位58人机人机界面界面安全安全设计设计o 避免静态施力避免静态施力59人机人机界面界面安全安全设计设计o 提供操纵依托支点提供操纵依托支点60人机人机界面界面安全安全设计设计5、操纵器的识别编码、操纵器的识别编码o 编码就是使其中每一事物具有特征或给予特定代号，以互相区别，避免混淆。61人机人机界面界面安全安全设计设计62人机人机界面界面安全安全设计设
14、计63人机人机界面界面安全安全设计设计64人机人机界面界面安全安全设计设计6、操纵器的布置、操纵器的布置o 1）布置在手脚操作灵便自如的位置o 2）按功能分区布置，按操作顺序排列o 3）避免误操作与操作干扰o 4）操纵器与相应显示器布置的互动协调关系65人机人机界面界面安全安全设计设计1）布置在手脚操作灵便自如的位置）布置在手脚操作灵便自如的位置2005.3.12005.3.12005.3.1第第第第第第 656565 页页页页页页o（1）手动操纵器66人机人机界面界面安全安全设计设计o（2）脚动操纵器67人机人机界面界面安全安全设计设计2）按功能分区布置，按操作顺序排列）按功能分区布置，按操
15、作顺序排列o（1）按功能分区布置o 例如：挖掘机、汽车吊等工程机械，有行车操作的操纵器，又有现场作业操作的操作器，应把两者分区布置。o（2）按操作顺序排列o 依照操作的顺序、与肢体的优势活动方向排列操纵器，以便于操纵68人机人机界面界面安全安全设计设计3）避免误操作与操作干扰）避免误操作与操作干扰o（1）各操纵器间保持足够距离2005.3.12005.3.12005.3.169人机人机界面界面安全安全设计设计（2）操纵器不安置在胸腹高度的近身水平面上）操纵器不安置在胸腹高度的近身水平面上70人机人机界面界面安全安全设计设计（3）总电源、紧急刹车等特殊开关应特殊处置）总电源、紧急刹车等特殊开关应
16、特殊处置o 总电源开关、紧急刹车、报警等特殊操作器应与普通操纵器分开，标志明显醒目，尺寸较大，安置在无障碍区域。（4）不妨碍、不干扰视觉）不妨碍、不干扰视觉 操纵器及其对应的显示器虽宜于相邻安置，但需要避免操作时手或手臂遮挡了观察显示器的视线。71人机人机界面界面安全安全设计设计4)操纵与被操纵对象的互动协调关系操纵与被操纵对象的互动协调关系操控主从协调关系的重要性操控主从协调关系的重要性o 有操纵器必有操纵对象，两者的互动协调关系称“操控主从协调关系”o 如：汽车操纵盘的主从关系o 水气管阀门的开与关o 顶灯、吊扇与所对应的开关o 音量、亮度的调节72人机人机界面界面安全安全设计设计操控主从
17、协调的一般原则操控主从协调的一般原则操控主从运动方向的一致性操控主从运动方向的一致性o 1）操控主从运动方向一致性的基本形式o 要求被操纵对象向右运动，则操作方向也向右；其他向左、向上、向下、向前、向后、顺时针、逆时针，均相同73人机人机界面界面安全安全设计设计 操控主从协调的一般原则操控主从协调的一般原则o操控主从运动方向的一致性操控主从运动方向的一致性o 2）操控主从运动方向一致性的其他形式o 若操纵器和显示器都是旋转运动，且两者离得很近，两者临近（相切）那个点都向同一方向运动74人机人机界面界面安全安全设计设计同为顺时转或逆时转 两者相切的点同向运动75人机人机界面界面安全安全设计设计o
18、 3）以旋转运动操纵直线运动时，应使操纵器上靠近被操纵对象那个点与被操纵的运动方向一致。主从两者靠近那个点的运动方向相一致76人机人机界面界面安全安全设计设计o操控主从在不同平面时的互动协调操控主从在不同平面时的互动协调操纵主从在不同平面时的互动协调示例77人机人机界面界面安全安全设计设计操纵方向与某些功能要求的协调关系操纵方向与某些功能要求的协调关系操纵方向与功能的协调关系表 操纵方向与功能的协调关系78人机人机界面界面安全安全设计设计操控主从在空间的相似对应、顺序操控主从在空间的相似对应、顺序对应原则对应原则o 若同时存在多个操纵器和多个被操纵对象，在空间布置时使两者具有相似且一一对应的关
19、系，主从协调关系最佳。若做不到，则提高两者的顺序对应性，可以改善主从协调关系。如果还做不到可用图形符号、文字或指引线等进行标识。79人机人机界面界面安全安全设计设计操控主从在空间的相似对应或顺序对应80人机人机界面界面安全安全设计设计o 如：煤气灶旋钮开关布局开关与灶眼的对应 指引线增强主从对应性81人机人机界面界面安全安全设计设计 遵循右螺旋运动的规则遵循右螺旋运动的规则 在空间任意方向，右旋运动对应着“前进”、“向前”，因此，符合按右旋运动规则的操控主从关系一般是协调的。符合右旋螺纹规则的主从关系82人机人机界面界面安全安全设计设计7、常用操纵器的设计、常用操纵器的设计操纵装置的类型旋转式
20、操纵器设计移动式操纵器设计按压式操纵器设计脚动操纵器设计操纵装置编码与选择83人机人机界面界面安全安全设计设计旋转式操纵器的类型旋钮手轮摇把十字把84人机人机界面界面安全安全设计设计 旋钮是应用广泛，其外形特征是由功能功能决定的。旋钮的分类1.360度2.角度位置不重要1.360度2.角度位置不重要1.360度2.角度位置重要85人机人机界面界面安全安全设计设计 旋钮的大小应根据操作时使用手指和手使用手指和手的不同部位而定的不同部位而定，其直径以能够保证动作的速度和准确性为前提，图5一8。为了使手操纵旋钮时不打滑，常把钮帽部分做成各种齿纹或多边形，以增强手的握执力。对于带凸棱的指示型旋钮，手执
21、握和施力的部分是凸棱，因而凸棱的大小必须与手的结构和操纵活动相适应，以提高操作效率，图5一9。86人机人机界面界面安全安全设计设计87人机人机界面界面安全安全设计设计88人机人机界面界面安全安全设计设计 移动式操纵器可分为手柄、操纵杆、推钮、滑移式操纵器和刀闸等。89人机人机界面界面安全安全设计设计1.手把的形状应与手的生理特点相适应，见图5-102.手把的形状便于触觉对其进行识别，见图5-113.尺寸应符合人手尺度的需要，见图5-124.适宜的用力范围，参阅表5-18，表5-195.操纵器的适宜尺寸，与人体尺度的关系参阅表5-20，见图5-1390人机人机界面界面安全安全设计设计91人机人机
22、界面界面安全安全设计设计92人机人机界面界面安全安全设计设计93人机人机界面界面安全安全设计设计94人机人机界面界面安全安全设计设计按其外形和使用情况，大体可分为两类：按钮按键两种工作状态接通断开95人机人机界面界面安全安全设计设计外形：常为圆形和矩形，有的还带有信号功能：通常用作系统的启动和关停。工作状态：单工位和双工位单工位按钮单工位按钮是手按下按钮后，它处于工作状态，手指一离开按钮就自动脱离工作状态，回复原位。双工位的按钮是一经手指按下就一直处于工作状态，当手指I再按一下时，它才回复到原位。96人机人机界面界面安全安全设计设计按钮的尺寸主要按成人手指端的尺寸按成人手指端的尺寸和操作要求而
23、定和操作要求而定。一般圆弧形按钮直径以8-18mm为宜，矩形按钮以10X10，10X15或15X20mm为宜，按钮应高出盘面5-12mm，行程为3-6mm,按钮间距一般为12.5-25mm,最小不得小于6mm。97人机人机界面界面安全安全设计设计随着科学技术的发展，在现代工业品和日用品中，按键用得日益广泛，如计算机的键盘、打字机、传真机、电话机、家用电器等，都大量使用了按键。使用按键的好处是节省空间，便于于操作，便于记忆，使用熟练后，不用视觉也能迅速操作。从操纵情况来看，按键有机械式、机电式和光电式，各种形式的按键设计都应符合人的使用。98人机人机界面界面安全安全设计设计键盘的设计应考虑人手指
24、按压键盘的力度、回弹时间及使用频度、手指移动距离等因素。人们使用键盘的最高击键速度可以达到15次/s,一个熟练的使用者平均击键速度为5次/s。99人机人机界面界面安全安全设计设计100人机人机界面界面安全安全设计设计脚控操纵器的类型脚踏板直动式脚踏钮摆动式回转式101人机人机界面界面安全安全设计设计102人机人机界面界面安全安全设计设计对于用力大、速度快和准确性高的操作，宜用？左脚 OR 右脚对于操作频繁、容易疲劳，且不是很重要的操作，宜用？左脚右脚OR左右脚能交替使用103人机人机界面界面安全安全设计设计一般在下列情况时考虑选用：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
25、性控制还是间歇性控制，其操纵力超过50-100N的情况下；3、手的控制工作量太大，不足以完成控制任务时。104人机人机界面界面安全安全设计设计脚踏板设计和相关尺寸105人机人机界面界面安全安全设计设计脚踏钮设计和相关尺寸106人机人机界面界面安全安全设计设计空间位置影响之一对于蹬力要求较大的脚操纵器：107人机人机界面界面安全安全设计设计空间位置影响之二对于蹬力要求较小的脚操纵器：108人机人机界面界面安全安全设计设计1.操纵器的形状和它的功能最好有逻辑上的联系，这样便于形象记忆；2.操纵器的形状应能在不能目视或戴着手套的情况下，单靠触觉也能分辨清楚。109人机人机界面界面安全安全设计设计 在
26、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。汽车上的油门及刹车踏板，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。110人机人机界面界面安全安全设计设计操纵器采用大小编码时，一般说来，大操作器的尺寸要比小操纵器的大20%20%以上，才有准确操纵的把握，而这一点是较难保证的，所以，大小编码形式的使用是有限的。111人机人机界面界面安全安全设计设计形体和颜色是物体的外部特征，因此，可用颜色编码来区分操纵器，人眼虽然分辨各种颜色,但用于操纵器的编码颜色，一般只有红、橙、黄、绿等五种，色相多了，容易混淆。操纵
27、器的颜色编码一般只能同形状和大小编码合并使用，而且只能靠视觉辨认，还容易受照度的影响，故使用范围有限。112人机人机界面界面安全安全设计设计当操纵器数量很多，而形状又难区分时，可采用标志编码，即在操纵器上刻以适当的符号以示区别，符号的设计应只靠触觉就能清楚地识别。因此，符号应当简明易辨，有很强的外形特征。如下列所示：113人机人机界面界面安全安全设计设计114人机人机界面界面安全安全设计设计操纵显示的编码和编排相合的目的目的主要是减少信息加工的复杂性，从而提高工作效率。其中比较重要的一个原则就是应使操纵应使操纵器编码尽可能与显示器编码相一致器编码尽可能与显示器编码相一致。115人机人机界面界面安全安全设计设计116人机人机界面界面安全安全设计设计117人机人机界面界面安全安全设计设计1.简述仪表标数的原则？2.简述仪表位置设计的原则3.论述与图结合解释：手柄的形状和尺寸应按手的结构特征设计？4.简述操纵显示相合性设计的原则？5.举例说明操纵显示相合性在汽车上的应用？
