1、視野與視距,視野：眼睛觀看正前方物體時所能看得見的空間范圍,常以角度來表示。(靜視野、注視視野、動視野 ) 動視野: 水平視野（單視野/雙視野）: 1.53.0特優(yōu)視區(qū)；（物象落在黃斑上） 10以內(nèi)最優(yōu)視區(qū)； 1020瞬息視區(qū)；（能在很短的時間內(nèi)看清物體） 2030有效視區(qū)；（需集中注意力看） 其余：良好視區(qū)。,視覺特征總結(jié),1,人的水平視野,在水平面內(nèi)最大固定雙眼視野為180，擴大的視野為190，在標(biāo)準(zhǔn)視線左右各1020視野內(nèi)可以辨別字。在標(biāo)準(zhǔn)視線左右各530視野內(nèi)可以辨別字母，在標(biāo)準(zhǔn)視線右3060范圍是顏色視野，人最敏銳的視力是在標(biāo)準(zhǔn)視線兩側(cè)各10的視野內(nèi)。,2,垂直視野: 水平視線上下1

2、.5 為特優(yōu)視區(qū)； 水平視線以下10為最優(yōu)視區(qū)； 水平視線以上10，以下1030內(nèi)為有效視區(qū)； 其余：良好視區(qū)。,舒適視線： 直立：水平視線以下15度； 放松立：水平視線以下30度； 放松坐：水平視線以下40度。,3,在垂直面內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)視線為水平視線，最大固定視野為115，標(biāo)準(zhǔn)視線上方50，下方70，擴大的視野為150，站立時的自然視線低于水平線10，坐著時自然視線代于水平視線15；人在很低松馳的狀態(tài)中，站著和坐著時的自然視線偏離標(biāo)準(zhǔn)視線分別是30和38。因此，人在輕松的時刻觀看展覽時，展示物的位置在低于標(biāo)準(zhǔn)視線30的區(qū)域里。,人的垂直視野,4,一般應(yīng)根據(jù)觀察目標(biāo)的大小和形狀以及工作要求確定視距

3、，普通操作的視距范圍在3876cm之間，在56cm處最為適宜。,視距：指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離，幾種工作視距推薦值參閱附表,5,返回,表3-2不同工作任務(wù)視距的推薦值,6,中央視覺和周圍視覺 中央視覺（明視覺）視維細(xì)胞（感色能力強、能清晰分辨物體）。 周圍視覺（暗視覺）視桿細(xì)胞（觀察空間范圍和正在運動的物體）。,操作者在進行作業(yè)時，除要注視操作對象外，還要求看到周圍情況。如果視野很小或缺損，將會對工作效率產(chǎn)生影響，甚至造成工作事故。因而，在選擇車、船駕駛員時，必須檢查其正常視野范圍。如果各方面的視野都縮小10以內(nèi)者稱為工業(yè)盲。,7,4. 雙眼視覺和立體視覺 雙眼視物：視野范圍較大；具有分

4、辨物體深淺、遠(yuǎn)近等相對位置的能力；能形成立體視覺。 5. 色覺和色視野 色視野是指顏色對眼的刺激能引起感覺的范圍。,8,眼睛的色視野,9,6. 暗適應(yīng)和明適應(yīng)(視覺的適應(yīng)) 人眼隨視覺環(huán)境中光亮度的變化而感受性發(fā)生變化的過程，有暗適應(yīng)和明適應(yīng)兩種。 見圖3-8 根據(jù)視覺的明暗適應(yīng)特征，要求在設(shè)計工作面照明時，需使其亮度均勻而且不產(chǎn)生陰影，否則，眼睛的頻繁明暗調(diào)節(jié)，不僅會增加眼睛的疲勞，而且會引起錯誤操作。 7、眩光 物體表面產(chǎn)生的刺眼和耀眼的強烈光線，稱為眩光。,10,目標(biāo)與背景有一定的對比度時，人眼才能看清其形狀。這種對比可以用顏色（背景與物體具有不同的顏色），也可以用亮度（背景與物體在亮度

5、上有一定的差別）。 人眼剛剛能看辨別到物體時，背景與物體之間的最小亮度差稱為臨界亮度差。臨界亮度差與背景亮度之比稱為臨界對比度；臨界對比的倒數(shù)稱為對比感度。,8、對比感度,式中：CP 臨界對比度 Lp臨界亮度差 Lp背景亮度 Lo 物體的亮度 SC對比感度,11,1. 疲勞程度：水平優(yōu)于垂直。 2. 視線變化習(xí)慣：左右，上下，順時針。 3. 準(zhǔn)確性：水平尺寸和比例的估計更準(zhǔn)確。 4. 觀察情況的優(yōu)先性：左上右上左下右下視區(qū),儀表的布置必須考慮這一點。 5. 設(shè)計依據(jù)：以雙眼視野為設(shè)計依據(jù)。 6 .接受程度：直線輪廓優(yōu)于曲線輪廓。,視覺特征,視覺的運動規(guī)律,12,7.顏色的易辨認(rèn)順序：紅、綠、黃

6、、白； 顏色相配時的易辨認(rèn)順序：黃底黑字、黑底白字、藍底白字、白底黑字、白底紅字。 8、物體的顏色在有色光源的照射下會產(chǎn)生變化，顯現(xiàn)的顏色與物體本色，照射光線的顏色之間的關(guān)系有一定規(guī)律性。 9、眼睛在直視方向的最小分辨角和分辨顏色的情況。 10、視覺損傷 11、視覺疲勞,13,第五章 人的運動與輸出,第五章 人的運動與輸出,14,機器,運動 大腦 感覺 系統(tǒng) 系統(tǒng),執(zhí)行,信息,信息收集,人,處理,第五章 人的運動與輸出,15,16,在中樞信息處理系統(tǒng)之后, 是人的反應(yīng)系統(tǒng), 它執(zhí)行中樞信息系統(tǒng)發(fā)出的命令, 產(chǎn)生人的信息處理系統(tǒng)的輸出.,人類的信息加工模型可以分解為“知道事件的狀態(tài)、知道如何去做

7、，以及去做”三部分。去做就是輸出控制。,人的信息輸出必須通過反應(yīng)器官 有手, 腳, 口等 按反應(yīng)器官可以將人的信息輸出分為手動輸出、足動輸出、言語輸出、眼動輸出。,1. 信息輸出的形式,5.1 人的信息輸出特性,運動輸出的質(zhì)量指標(biāo)：反應(yīng)時間、運動速度和準(zhǔn)確性。,控制：反應(yīng)的選擇與執(zhí)行,17,反應(yīng)速度是人機系統(tǒng)實現(xiàn)人機間優(yōu)化匹配的重要因素。 人的反應(yīng)速度一般用反應(yīng)時測量。 反應(yīng)時從刺激出現(xiàn)開始到做出反應(yīng)為止所花的時間，也即從信息輸入至信息輸出所花費的時間。 反應(yīng)時包括兩部分： 1）從刺激開始至反應(yīng)開始之間的時間潛伏期 2）從反應(yīng)開始到反應(yīng)完成的時間反應(yīng)運動時,2. 信息輸出的速度,貝塞爾 天文學(xué)

8、家通過觀測天體經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡目鏡中的一條線,定義,即 RT=tz+td,18,具體地來說，以蹲距或起跑為例，如果我們把運動員手開始離地作為個體外部反應(yīng)的開始，那么反應(yīng)時就是指發(fā)令槍響到運動員手開始離地這段時間。而運動員手離地后所跑完50米所需的時間則不屬于反應(yīng)時，應(yīng)把它歸納為運動時間。整個動作完成所需的時間則為反應(yīng)時與運動時間之和。,19,反應(yīng)時的分類： 簡單反應(yīng)時：對單一刺激做出規(guī)定反應(yīng)的時間 選擇反應(yīng)時：有若干種刺激，不同的刺激觸發(fā)不同的反應(yīng)，要求被試分別對不同的刺激做不同的反應(yīng) ； 析取反應(yīng)時：有若干種刺激，但只需對其中一種刺激作出反應(yīng)，對其它刺激不做反應(yīng)，被試在刺激呈現(xiàn)到做出辨別反應(yīng)的這段

9、時間。 選擇反應(yīng)時大于析取反應(yīng)時，析取反應(yīng)時大于簡單反應(yīng)時； 析取反應(yīng)時比簡單反應(yīng)時有一個對刺激的辨認(rèn)時間，而選擇反應(yīng)時又比析取反應(yīng)時多了一個反應(yīng)的選擇時間。,唐德斯提出： 簡單反應(yīng)時=A反應(yīng)時間 選擇時間=B反應(yīng)時間-A反應(yīng)時間 辨別時間=C反應(yīng)時間-A反應(yīng)時間,20,19世紀(jì)進行反應(yīng)時實驗的情景,21,反應(yīng)時的長短受許多因素的影響。最重要的因素有刺激通道、刺激強度、刺激出現(xiàn)的時間的不確定程度以及操作者內(nèi)部狀況等。 刺激通道對反應(yīng)時的影響十分明顯。,22,視覺簡單反應(yīng)時 研究者進行了視覺簡單反應(yīng)時實驗： 和聽覺簡單反應(yīng)時相比，視覺簡單反應(yīng)時較長，其原因在于感官換能時間較長。 研究表明：觸覺和

10、聽覺的反應(yīng)時最短，其次是視覺。 例如：以聽覺刺激作為告警刺激形式。,23,1）不同的感覺器官（不同性質(zhì)的刺激） （1）不同的感覺器官簡單反應(yīng)的時間不同； 以觸覺與聽覺最優(yōu)，視覺次之。參閱表3-9。 （2）同一感覺器官接受的刺激不同，反應(yīng)時間不同； （3）相同感覺器官接受相同的刺激，不同部位反應(yīng)時間不同。,影響反應(yīng)時間的主要因素,24,不同感覺通道的簡單反應(yīng)時,25,人對各種不同性質(zhì)刺激的反應(yīng)時間是不同的，,2）.刺激信號的性質(zhì)和強度,對各種刺激的反應(yīng)時間,26,對于同一種性質(zhì)的刺激來說，一般情況是對弱刺激的反應(yīng)時間較長，刺激增加到中等強度與極強時，反應(yīng)時間短。刺激方式影響反應(yīng)時間。,“不可減的

11、最少限”：反應(yīng)時間不再減少的刺激強度增量的上限值。,27,3）.刺激的清晰度和可辯性（環(huán)境影響）,（1）信號與背景的亮度、顏色、信噪比及頻率的對比程度越強，反應(yīng)時間越短； （2）刺激信號的刺激時間； （3）刺激的數(shù)目、顏色； （4）顯示器及操縱器的設(shè)計。,28,29,30,影響選擇反應(yīng)速度的因素 飛機駕駛和高速公路駕駛，縮短反應(yīng)時可能挽救很多人的性命 影響反應(yīng)時的主要因素有： 1)感覺通道種類 2）效應(yīng)器官的特點 3）刺激的強度和刺激的性質(zhì) 4） 刺激出現(xiàn)時間的不確定性 5）訓(xùn)練程度,31,3.決策復(fù)雜性 ?？硕?在選擇反應(yīng)試驗中,希克發(fā)現(xiàn)： 反應(yīng)時間與可供選擇的反應(yīng)的數(shù)目和它發(fā)生的概率有關(guān)

12、, 可供選擇的反應(yīng)的數(shù)目越多, 人的反應(yīng)就越慢, 某一反應(yīng)發(fā)生的概率越低. 而反應(yīng)的選擇數(shù)目和概率可以用信息理論來測量, 這樣就可以建立起反應(yīng)時間與信息量之間的關(guān)系. 因此，減少選擇數(shù)目，提高刺激信號的清晰度和可辯性，是縮短反應(yīng)時的的一種方法。,RT=a+bHT,（HT為信息量）,信息量守恒：作出少量復(fù)雜決策的效率要高于作出大量簡單的決策。,32,4. 相容性定位運動速度（費茨定律）,射擊運動員舉槍瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處的靶心最后摳動扳擊,射出子彈。 整個過程一般需要好幾秒鐘的時間。 如果可以改變規(guī)則，怎樣才能盡可能縮短瞄準(zhǔn)過程所需的時間呢？,很顯然，如果槍口原來的方向就正對著靶心，或者說靶子上所有環(huán)的圓圈

13、都成倍地放大，那么瞄準(zhǔn)所需的時間都可以得到縮短。,33,再來看汽車上的剎車踏板和油門踏板：它們相距很近，并且剎車踏板要比油門踏板大很多，那么它們?yōu)槭裁礇]有被設(shè)計成相距很遠(yuǎn)，或者將兩者的大小顛倒過來呢？,樸素的使用經(jīng)驗告訴我們，這樣的設(shè)計可以使得駕駛員能夠以最短的時間把腳從油門踏板移動到剎車踏板上，從而達到以最快的速度準(zhǔn)確制動的目的。,美國空軍人類工程學(xué)部門主任的 Paul M. Fitts 博士對人類運動操作過程中的運動特征、運動時間、運動范圍和運動準(zhǔn)確性進行了研究，提出了著名的Fitts定律。,34,費茨用信息理論來決定人的手運動的時間, 他認(rèn)為人的手的運動與人的其他的信息處理系統(tǒng)是一樣的,

14、 也遵循一定的規(guī)律. 他從試驗中發(fā)現(xiàn)人的手的運動時間與運動距離, 要求的準(zhǔn)確程度有關(guān), 可以用下式表示: MT=k*LOG(2*D/W) 式中MT是手的運動時間, 單位是秒； D是運動距離, W是目標(biāo)的寬度； K是一個常量, 約為0.1。 D/W統(tǒng)稱為運動難度系數(shù)。,35,該定律指的是：使用指點設(shè)備到達一個目標(biāo)的時間同以下兩個因素有關(guān)： 1.設(shè)備當(dāng)前位置和目標(biāo)位置的距離（A）。距離越長，所用時間越長； 2.目標(biāo)的大?。╓）。目標(biāo)越大，所用時間越短。,Fitts定律示意圖,該定律可用以下公式表示：t = a + b log2 (2A / W) 其中a，b是經(jīng)驗參數(shù)，它們依賴于具體的指點設(shè)備的物理

15、特性，以及操作人員和環(huán)境等因素。,36,費茨定律從提出以來經(jīng)過了廣泛的驗證, 證明是準(zhǔn)確的. Fitts定律量化了一個事實，即目標(biāo)離當(dāng)前光標(biāo)（控制器）位置越遠(yuǎn)或越小，將光標(biāo)移動到目標(biāo)的時間就越長。,位置相容：控制器的位置應(yīng)當(dāng)靠近被控制的顯示器。,37,指點設(shè)備的當(dāng)前位置和目標(biāo)位置相距越遠(yuǎn)，我們就需要越多的時間來移動； 目標(biāo)的大小又會限制我們移動的速度，因為如果移動得太快，到達目標(biāo)時就會停不住，因此我們不得不根據(jù)目標(biāo)的大小提前減速，這就會減緩到達目標(biāo)的速度, 延長到達目標(biāo)的時間。目標(biāo)越小，就需要越早減速，從而花費的時間就越多。 較短的時間限制內(nèi)做出一定的移動幅度（A）時，隨移動目標(biāo)位置的不確定性

16、增加，移動精度下降。,38,Fitts定律在軟件界面設(shè)計中的應(yīng)用 Fitts定律在軟件界面設(shè)計中的主要作用是提高軟件的可用性。更準(zhǔn)確地說，它所提高的是軟件可用性中的效率指標(biāo)，即使得用戶能夠更快速地完成某個操作或任務(wù)。 軟件界面中的主要指點設(shè)備是指鼠標(biāo)和軌跡球等設(shè)備，而目標(biāo)則是指用戶所要操作的對象，比如按鈕、菜單等界面上的可視元素。從Fitts定律不難看出，要想縮短到達目標(biāo)的時間不外乎兩個方面：或者是縮短到目標(biāo)的距離，或者是增大目標(biāo)的大小。,39,縮短當(dāng)前位置到目標(biāo)區(qū)域的距離 右鍵菜單技術(shù)（或上下文菜單）是采取這種思路的一個很好的例子。為了彈出這種菜單，用戶只要將鼠標(biāo)指針移動到需要對其進行操作的

17、某個對象所占據(jù)的區(qū)域中并單擊右鍵即可。而在一般情況下，這個移動的距離要遠(yuǎn)小于將鼠標(biāo)指針移動到應(yīng)用程序主窗口頂部的下拉菜單區(qū)域。,40,另一個例子是Windows XP操作系統(tǒng)中的一個有關(guān)鼠標(biāo)的設(shè)置。在系統(tǒng)控制面版中打開“鼠標(biāo)”項，然后選擇“指針選項”，如圖所示,41,42,43,2 增大目標(biāo)大小以縮短定位時間 這方面最經(jīng)典的例子是Windows操作系統(tǒng)和Macintosh 操作系統(tǒng)中的應(yīng)用程序菜單區(qū)域位置的設(shè)計。實際測試和理論計算結(jié)果都表明，在使用Macintosh時，用戶點擊某個菜單所需的平均時間要比Windows上快0.4秒（The humane InterfaceJef Raskin ）

18、。,44,除了菜單之外， 另一個顯著的例子是各種按鈕的大小，包括對話框和工具條上的按鈕。例如，在圖所示的IE中，工具條上的所有按鈕都做得比較大，其中“后退”按鈕最大，這使得用戶能夠很容易地點中該按鈕。類似地，WinZip圖的工具條中的所有按鈕也都做得很大。,當(dāng)然，增大按鈕大小的做法并不是在所有的情況下都是可行的，因為屏幕空間是有限的。如果功能太多，就不可能在有限的空間里以較大尺寸顯示全部按鈕，這是一個需要做出權(quán)衡的問題。,45,Fitts定律在Web頁面設(shè)計中的應(yīng)用,46,47,Fitts定律是界面設(shè)計中的一個非常重要的指導(dǎo)原理，它能夠幫助設(shè)計人員對界面上的各種視覺元素的設(shè)計進行評估，從而發(fā)現(xiàn)

19、一些當(dāng)用戶使用指點輸入設(shè)備進行操作時的可用性問題。更進一步，設(shè)計人員還可以根據(jù)該定律的要求，通過采取增大目標(biāo)區(qū)域或減小當(dāng)前位置到目標(biāo)區(qū)域的方法來改善界面在這方面的易操作性，提高用戶的操作效率和使用滿意度。,運用較廣：將手移動到身體的某個部位、腳踩踏板、組裝線路板類。鍵盤布局,48,運動的相容：控制器的運動方向應(yīng)當(dāng)與反饋指示器的運動方向以及系統(tǒng)本身的運動方向一致。,49,5. 運動的準(zhǔn)確度 一般有如下規(guī)律 1）右手較左手運動速度快，右手由左向右運動又比由右向左運動速度快。 2）手朝向身體的運動比離開身體的運動速度快。前后往復(fù)運動比左右往復(fù)運動速度快。 3）水平面內(nèi)的運動比垂直面內(nèi)的運動快； 4）

20、從下往上運動比從下往上運動速度快； 5）向下按的按鈕比向前按的按鈕操作準(zhǔn)確；水平安裝的旋鈕比垂直安裝的旋鈕操作準(zhǔn)確。 6）手操縱旋鈕、指輪、滑塊的準(zhǔn)確度，以操縱旋鈕為最佳，指輪次之、滑塊最差。,50,4。人的操作動作分析,51,52,53,54,人的操作動作分析 動作經(jīng)濟原則： 同時使用兩手，避免一手操作一手空閑； 力求減少動作數(shù)量，避免一切不必要的動作； 盡可能減少動作距離，避免出現(xiàn)全身性動作； 尋求舒適的工作環(huán)境，減少動作的難度，避免不合理的工作姿態(tài)或作業(yè)方法。,分析手段：目視動作分析和攝影分析,55,人體各部分的活動范圍,5.2 人體各部分運動特性,56,人體上部及上肢固定姿勢活動角度范

21、圍,57,58,表36 身體主要部位肌肉所產(chǎn)生的力（單位：N，2030歲）,返回,結(jié)論：女性的肌力比男性底20%30%，右手比左手強 10%，而習(xí)慣有左手的人，其左手的肌力比右手強 6%7%。,59,立姿彎臂時的力量分布,180,圖T2,返回,60,立姿直臂時拉力和推力分布,拉力,推力,61,圖T1 坐姿時手臂的操縱力的測試方位,返回,62,表37 手臂在坐姿下對不同角度和方向的操縱力（單位：N）,63,不同體位下的蹬力,返回,64,65,66,67,圖T3,圖T4,結(jié)論：由最大值衰減到1/4，只需要min，操作力最大肌力的20， 不容易疲勞,操作力最大肌力的15,操作可無限持續(xù)。,返回,68

22、,影響人體能的因素,69,肢體的動作速度與頻率,、動作速度 (1)肢體肌肉收縮的速度：不同的肌肉，肌力、阻力； (2)動作方向和動作軌跡等特征(動作特征） 、動作頻率 取決于動作部位和動作方式。參閱表3-8。,3、人體動作的靈活性：是指操作時動作速度和頻率，由人體的生物力學(xué)特性所決定。人體重量輕的部位比重的部位、短的部位比長的部位、肢體末端比主干部位的動作更靈活。因此，設(shè)計機器及其操縱裝置時，應(yīng)當(dāng)充分考慮人體動作靈活性的特點。參閱表B5,70,表38 人體各部位動作速度與頻率限度,返回,71,表B5 人體各部分的最大運動頻率,返回,72,作業(yè) 1. 對用戶使用手機時的動作進行分析，選擇使用手機

23、的某個功能進行分析，比如接聽電話的動作過程。得出是否合理的結(jié)論 2. 找出3個界面設(shè)計或產(chǎn)品設(shè)計中不符合fitts定理的設(shè)計實例。,73,5.3 控制器 控制器：把人的控制信號傳遞給機器系統(tǒng)的工具。 人機系統(tǒng)中，控制器是人和機器之間的紐帶，是把人的控制意愿轉(zhuǎn)化為機器運作命令的手段。,74,5.2 控制器設(shè)計人的信息輸出設(shè)計 控制器的概念,75,第五章 人的運動與輸出,76,2、控制器的類型 操縱控制器的類型很多，一般常用下列方法分類。 1）按傳遞信息的特性 離散型和連續(xù)型控制器,離散型 離散型控制器所傳遞的控制信息是離散的。是有限值域內(nèi)的選擇。如開、關(guān) 連續(xù)型 傳遞的信號是連續(xù)的。是連續(xù)值域上

24、的一個選擇則。如聲音、壓力、溫度。,77,2、控制器的類型 操縱控制器的類型很多，一般常用下列方法分類。 2按操縱方式劃分1）手動控制器，如各種手柄、按鈕、旋鈕、選擇器、杠桿、手輪等。2）腳動控制器，如腳踏板、腳踏鈕、膝控制器等。這些控制器與人的肢體有關(guān)，其外形、大小、位置、運動方向、運動范圍和操作力等，都要適合于人的生理特征，便于手和腳的操縱。,78,2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)，啟動或停止的操縱控制。常用的有按鈕、踏板、手柄等。2）轉(zhuǎn)換控制器，適用于系統(tǒng)當(dāng)中不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換操縱控制。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

25、加或減少的操縱控制。如旋鈕、手輪、操縱盤等。4）制動控制器，用于緊急狀態(tài)下啟動或停止的操縱控制。要求靈敏度高、可靠性強，如制動閘、操縱桿、手柄、按鈕等。3其他控制器 其他控制器主要有光控制器和聲控制器，它們通常是利用一些傳感元件將非電量信號轉(zhuǎn)換成電信號，以便進行啟閉開關(guān)或開關(guān)電路，實現(xiàn)控制的目的。這類控制器在安全生產(chǎn)當(dāng)中較少使用，故不贅述。,79,2控制器的選擇原則 正確地選擇控制器的類型對于安全生產(chǎn)、提高功效極為重要，一般原則：1）快速而精確度高的操作一般采用手控或指控裝置，用力的操作則采用手臂及下肢控制；2）手控制器應(yīng)安排在肘和肩高度之間且容易接觸到的位置，并且易于看見；3）緊急制動的控制

26、器要盡量與其他控制器有明顯區(qū)分，避免混淆；4）控制器的類型及方式應(yīng)盡可能適合人的操作特性，避免操作失誤。,80,3. 控制器的設(shè)計原則 一、控制器編碼 二、控制器信息的反饋 三、控制運動方向與系統(tǒng)的關(guān)系 四、操作控制系統(tǒng)的安全因素,81,一、控制器編碼 對控制器進行編碼有兩個目的：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。當(dāng)許多相同形式的控制器排列在一起的時候，給操作過程中的操作者帶來區(qū)分上的不方便，不僅影響工作效率，也會引起誤操作。所以采取區(qū)別不同控制器特點的編碼具有重要意義?？刂破鞯木幋a形式有三種： 視覺編

27、碼、觸覺編碼、位置編碼,82,83,1. 視覺編碼,84,85,2,86,1）形狀編碼根據(jù)控制器的用途，將控制器設(shè)計成不同的形狀，以使視覺上和觸覺上易于區(qū)分。通常在設(shè)計形狀編碼時要注意以下幾點。形狀編碼要盡量簡單易識別。實驗證明，簡單的形狀要比復(fù)雜形狀識別的準(zhǔn)確性高，易記憶，識別速度快。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，以使人容易識別控制器的功能和用途?？刂破鞯男螤罹幋a的手感要好，不會引起人的不舒適；當(dāng)戴手套操作時，也應(yīng)能較好地分辨和使用。,美國空軍常用的控制器形狀編碼,海軍雷達系統(tǒng)中常用的控制鈕,87,88,89,90,91,92,3位置編碼 在人機操縱系統(tǒng)中，利用控制器相對

28、于人的不同位置進行編碼。汽車上的離合器、制動器和加速器的踏板，就是以位置編碼的。通常，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，這樣可以使人不用眼看，就可能正確地進行操作。,93,94,4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。這種編碼的優(yōu)點是，可以用示意性符號對每個控制器的作用給以直觀性指示，不需要事先去記憶每個控制器的功能和用途，減少了大腦譯碼的過程，因此效率和準(zhǔn)確度都較高。在設(shè)計符號碼時，這些符號應(yīng)力求簡單、達意、明顯、易認(rèn),95,二、控制器信息的反饋,96,1）光顯示。即在控制器上裝有燈光顯示，如圖所示。,97,2）振動變化?？梢苑从吃诳刂破魃?/p>

29、，也可反映在體覺上（如機動車輛）。振動也常常轉(zhuǎn)化為噪聲的形式傳遞給操作者。3）音響顯示。在控制器上設(shè)置到位音響裝置（如“卡嗒”聲），這種音響常由控制器定位機構(gòu)中自動發(fā)出也可以裝設(shè)專門的聯(lián)動音響裝置。4）操縱阻力。操縱阻力是控制反饋的主要因素。阻力過小會使操縱者感覺不到反饋信息對操作情況心中無數(shù)；阻力過大又會使控制器的動作不靈敏，難以駕馭，而且也會使操縱者提前產(chǎn)生疲勞。表5列出各種阻力的類型及特性。,98,99,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該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。表6列出不同控制器

30、的最小阻力。,100,控制器到位時應(yīng)使阻力發(fā)生一種變化，作為反饋信息傳達給操縱者。這種變化可以是操縱到位時阻力突然變小或阻力突然變大兩種情況，見圖2。如果是多擋位控制器，每個擋位都應(yīng)該有這種阻力的變化反饋給操縱者。,101,三、控制運動方向與系統(tǒng)的關(guān)系 由于控制器的主要目的是控制系統(tǒng)的變化，因此，應(yīng)盡量使控制器的操作方向*與系統(tǒng)過程的變化方向相一致，這樣可以使控制器的操作形象化，又可使控制器的操作和系統(tǒng)的變化之間產(chǎn)生一定的邏輯關(guān)系，有利于操作人員記憶和辨認(rèn)，提高操作效率。 幾種操縱控制器與系統(tǒng)反應(yīng)的對應(yīng)方向的關(guān)系圖。,102,103,四、操作控制系統(tǒng)的安全因素 l操作誤差的種類人們在操縱控制器

31、時，除機器設(shè)備或系統(tǒng)本身的故障引起事故之外，生產(chǎn)中的許多事故往往是由于操作失誤引起的。這些操作失誤不僅與操作人員缺乏訓(xùn)練或思想不集中有關(guān)，而且還與控制器設(shè)計沒有充分考慮人機協(xié)調(diào)關(guān)系有關(guān)。操作誤差所引起的事故在所有事故中占很大比例，如在汽車運輸事故中占90%，在飛機飛行事故中占50%60%，在化學(xué)工業(yè)中占30%，在煉油工業(yè)中占12%。有關(guān)資料表明，58%78%的事故是由于人機關(guān)系協(xié)調(diào)性不夠造成的。因此，充分重視控制系統(tǒng)中的人機協(xié)調(diào)性，是提高工效、保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。,104,操作誤差通常有以下4種情況。 1）置換差錯。不同功用的控制器安裝在一起，其相互關(guān)系不易辨別時，常常操作者本應(yīng)操作甲控制

32、器卻操作了乙控制器而易致差錯的發(fā)生。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，致使機器或設(shè)備的運行狀態(tài)發(fā)生錯誤。如自動走刀機床的進刀深度及速度的控制，通常是：淺進刀，速度大；深進刀，速度小。如果在控制調(diào)節(jié)錯誤地把進刀深度與速度控制調(diào)節(jié)搞反，設(shè)備便會損壞，造成事故。,105,3）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，控制器的方向與機器的運轉(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

33、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。,106,2操作誤差的相關(guān)因素 引起操作誤差的因素除人機系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)性不夠之外，還有其他很多因素。如控制器與操作者的相對位置、作業(yè)環(huán)境、操作者的精神狀態(tài)和疲勞程度等。這些因素在有關(guān)章節(jié)中專門研究。這里僅討論在安全生產(chǎn)中，由于勞動保護的特殊裝置而引起誤差的相關(guān)因素。,107,1）手套戴手套會防礙手部感受控制器的反饋信息。原因是手套在皮膚與控制器之間起到軟隔層的作用，

34、較小的反饋作用力會被手套吸收掉，使皮膚感覺不到。特別是較厚材質(zhì)較硬的手套，使操縱者對控制器的壓力更不敏感，對利用形狀進行編碼的小型控制器更難以識別。手套還會防礙手指的靈活動作，使之抓握操縱器發(fā)生困難，或手部過早出現(xiàn)靜力疲勞。在生產(chǎn)中，手套上的油污易造成抓握時打滑。因此，在設(shè)計控制器時要事先明確操作時是否戴手套或帶什么材質(zhì)的手套，以便在設(shè)計時夸大控制器的形狀特征和加大防滑的粗糙程度。,108,2）鞋鞋底的性質(zhì)也會影響腳對反饋信息的感受。使用腳操縱控制器時，過厚、過硬的鞋底會影響到工作質(zhì)量和引起誤差。有人對17名女汽車司機穿高跟鞋與平底鞋工作時，做對比實驗。結(jié)果表明，穿高跟鞋時反應(yīng)時間減慢0.1s

35、，因而增加了不安全因素。所以在安全人機系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)控制器的不同特點和操作情況對手套和鞋子提出技術(shù)要求。,109,3）工作服 工作服的作用是，在生產(chǎn)中用于抵抗外界對人體的各種不利影響。如火車司機、飛機駕駛員、重型機械操作人員、寒冷或過熱條件下的操作人員、輻射或其他對人有傷害條件下的操作人員、宇航人員、水下人員等，都需要根據(jù)操縱工作的特點、勞動效率和安全防護要求等，穿著專用的工作服。工作服裝對生產(chǎn)中的人機系統(tǒng)安全性及效率起著重要影響，主要有以下三個方面。,110, 保證人的生命得以正常維持。應(yīng)考慮的因素有衣服的保性能、隔熱性能、透氣性能、吸濕性能 為生產(chǎn)勞動提供最大的方便，有利于提高工作效率。相

36、關(guān)因素有衣服的厚度、硬度、彈性、強度等。過硬、過厚或過于緊身的服裝會影響動作靈巧性和準(zhǔn)確性；服裝的樣式、合體程度也會影響操作的方便性。 保障操作系統(tǒng)安全。不同的控制裝置，根據(jù)人身安全和機器安全的需要，對服裝有著不同的技術(shù)和式樣要求。如對衣料的防水、防火、防塵、防污染、不產(chǎn)生靜電和絕緣有要求；式樣要考慮到能防止衣服被機器絞住，以防意外傷害。,111,第三節(jié) 典型控制器設(shè)計 一、手操縱小型控制器設(shè)計 二、方向盤的設(shè)計 三、操縱桿設(shè)計 四、腳和腿操縱的控制器設(shè)計,112,一、手操縱小型控制器設(shè)計 手的運動有如下特征：在垂直面內(nèi)手的運動速度比在水平面內(nèi)為快，準(zhǔn)確度也高；手從上往下運動比從下往上運動為快

37、；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，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。,113,手的操作功能有數(shù)十種之多。影響“眼腦手”之間配合的因素也十分復(fù)雜，既有生理因素，也有心理因素。因此如何科學(xué)地開發(fā)手的功能，設(shè)計出高效率，高可靠性的控制器，是人機工程中一項極為重要的課題。手動操縱器設(shè)計涉及到人體測量學(xué)與人體生物力不學(xué)兩個方面因素，習(xí)慣、風(fēng)俗等民族特點以及技術(shù)審美要求等，是一種較為細(xì)致的工作，這里重點是從人體尺寸及力學(xué)

38、性能兩方面進行研究。,114,1旋鈕設(shè)計根據(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。對于圓形旋鈕設(shè)計的主要尺寸為直徑和高度。實驗表明對于單旋鈕，直徑以50mm為最佳。多層旋鈕必須使之在旋動某一層旋鈕時不會無意中觸動其他層旋鈕。當(dāng)三層旋鈕中間一層旋鈕直徑取50mm時，最上面的小鈕直徑應(yīng)小于25mm，最下面的一個大旋鈕直徑以80mm左右為宜。鈕的厚度上面的兩個可取為8mm，最下面的一個可取6mm。各層旋鈕之間應(yīng)不相接觸，多層旋鈕應(yīng)有足夠的旋動阻力，才能保證不會發(fā)生相互影響。,115,2按鈕設(shè)計 按鈕有兩

39、種結(jié)構(gòu)：一種是撳則下降，松則彈起，這是單作用按鈕；還有一種撳下之后可以鎖住，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。,116,1）按鈕直徑 用指尖撳的按鈕直徑，對大拇指可取20mm，其它手指可取為15mm。如果設(shè)計需要整個手端壓撳的按鈕（如要求壓力較大的按鈕或使用頻率較高，要求容易撳到的按鈕），鈕面直徑可設(shè)計得大一些，但一般不大于30mm，最小按鈕直徑可取6.5mm，戴手套時最小按鈕直徑為13mm。 按鈕直徑大于15mm時，可將頂部做成球面線凹坑，以便于手感定位，當(dāng)按鈕布置在暗處時應(yīng)在其內(nèi)部裝一小燈泡，按扭用透明材料制作，以保證快速準(zhǔn)確的操作。,

40、117,若按鈕的關(guān)系重大，為防止疏忽，可將按鈕設(shè)置在一凹坑中，如圖7-8所示。這時按鈕直徑應(yīng)不小于25mm，若需戴手套操作，則按鈕直徑不應(yīng)小于50mm 。對于發(fā)生疏忽會產(chǎn)生嚴(yán)重事故的按鈕，應(yīng)加防護裝置。防護裝置種類很多，例如可以加裝小蓋，還可以如圖7-9那樣加固裝護欄。,118,2）按鈕阻力 對于單指按鈕的阻力，大拇指按鈕可取為2.9419.6N,其他手指按鈕可取為1.475.89N，按鈕阻力不宜太小，以免稍有誤碰就會起作用，造成事故。按鈕開關(guān)一般用音響，如“卡塔”聲，或以阻力的變化作為到位的反饋信息，如果配備指示燈作為反饋信息時，也應(yīng)有音響或阻力變化信息。因為指示燈有時也會因未注意而被忽略。

41、指示燈的優(yōu)點是可以在按扭工作時保持光亮以提醒操作者。不宜用音響長時間的鳴叫作提示信號，因為這樣會增加噪音，污染環(huán)境。 3）移動距離 按鈕的移動距離不宜太小，太小會不安全。一般情況下大型按鈕移動的距離也應(yīng)大一些。,119,3開關(guān)設(shè)計開關(guān)有兩種：一種是扳動開關(guān)，另一種是旋轉(zhuǎn)式選擇開關(guān)。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。旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)可以有多種位置，一般設(shè)計在324個位置之間，太多的位置會因過密而不易控制。旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)的結(jié)構(gòu)有兩種：一種是刻度盤固定不動，旋鈕帶指針一起轉(zhuǎn)動；另一種是指針不動，旋鈕帶動刻度盤一起轉(zhuǎn)動，見圖7-10所示。這兩種形式各有特點：

42、指針轉(zhuǎn)動的顯示方式，指針的位置有較好的記憶作用，便于監(jiān)視操作情況；指針不動的形式調(diào)節(jié)時視點不需移動，有利于操作，但不便于顯示旋鈕位置，容易發(fā)生誤讀。,120,二、方向盤的設(shè)計 方向盤的要用于機動車輛的轉(zhuǎn)向。方向盤設(shè)計中的主要問題有：方向盤平面間的夾角a、方向盤的直徑D和方向盤的構(gòu)造三個問題，夾角的大小取決于不同車型駕駛員的位置，直徑的大小取決于司機施力的舒適性限度。,121,1a、D的取值范圍對于卡車及公共汽車，為了得到司機舒適位置，a角可取為15o30o,D值可取為400mm左右。這也是一般車輛的取值范圍。對于大型載重車輛，需要較大的操作力矩，為了施力的需要，可將方向盤的a值取到接近0o，直

43、徑D可取450500mm。對于小臥車，小卡車等因司機座椅較低，方向盤的操縱力也較小，a可取45o60o, D值取為350400mm。以上所述就是各種方向盤與駕駛員之間的舒適相對位置，這是設(shè)計時要注意的。,122,2方向盤的構(gòu)造手握輪緣截面為圓形，直徑在1928mm之間。輪輻截面為橢圓形，如圖7-11所示。重型車輛的駕駛盤為便于用力常在輪緣下部作出波浪形，其節(jié)距為19mm左右。圖7-12為兩條輪幅的方向盤形狀。,方向盤的橢圓形截面輪輻,兩條輪輻的方向盤,123,汽車方向盤最大轉(zhuǎn)角為120 ，這樣可以保證在急轉(zhuǎn)彎時，駕駛員能雙手握住方向盤而不必倒手。汽車方向盤與車輪轉(zhuǎn)動角度的比值可取1.53.0，

44、如圖所示。,方向盤與車輪,124,為駕駛中省力，同時也為車輛自動保持直線前進，轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)設(shè)有自動歸復(fù)到保持直線前進位置的復(fù)位裝置。 有些小型車輛設(shè)計了可調(diào)整方向盤角度的結(jié)構(gòu)，方向盤立柱的傾角可調(diào)，一般可調(diào)范圍在15以內(nèi)。調(diào)整方向盤的角度，一是為了應(yīng)不同體形駕駛員的舒適度需要；二是為了使方向盤不遮擋觀察儀表的視線，如圖所示。,可調(diào)節(jié)方向盤,125,3安全設(shè)施在發(fā)生撞車事故時方向盤對司機最為危險為此方向盤要作如下的安全設(shè)計：輪緣外層應(yīng)用軟體材料，駕駛部位的儀表及臺面及臺面均應(yīng)較軟的包敷材料；立柱應(yīng)低于手輪平面，以免撞車時插到司機的胸部，對于高速汽車需要低得多些；高級轎車在方向盤中央設(shè)置了一個空氣袋，平時折合在立柱頂端的一個圓盆中，一旦汽車發(fā)生碰撞使汽車驟然停止時氣袋就會自動充氣，以保護司機的面部和胸部，如圖所示。同時還應(yīng)保證快速排氣，及時排氣，以免造成司機窒息。 有的設(shè)計是將方向盤的立柱作成可壓縮的，當(dāng)方向盤受到一定的沖擊。,126,安全氣囊,127,三、操縱桿設(shè)計操縱桿多用在拖拉機，起重機，履帶式機動車輛，飛機等交通工具和各種重型的控制系統(tǒng)中。操縱桿的主要優(yōu)點可歸納為以下三點：可以利用較大的杠桿比，操縱阻力較大的控制器。例如大型機械的手動制動器等。使操縱桿的運動方向與被控機器的運動方向一致，可以實現(xiàn)模擬操作。例如飛機即俯沖，向后拉時飛機即仰起上升