《人机工程学》第7章-人机界面设计ppt课件

第7章人机界面设计,7.1信息显示器的类型及其特点7.2视觉显示器设计7.3信号灯和报警信号设计7.4控制器的类型及其适用范围7.5控制器设计的主要问题7.6控制器设计7.7显示器与控制器的布置与配合7.8控制台设计,7.1信息显示器的类型及其特点,三要素基本模型如图7-1所示。人-机-环境,图7-1三要素基本模型,图7-2是司机汽车的三要素基本模型实例。该模型表示人和机械整个系统的组成及其之间的相互关系，只要把图正确绘出，就可直观地得知人体的哪一部分与机械的哪一部分有联系，和有何等程度的联系。,图7-2司机汽车三要素基本模型,7.1.1信息显示的方式及特征按人接受信息的感觉通道的不同，可将显示方式分为视觉显示、听觉显示和触觉显示等。其中以视觉显示应用最为广泛。由于人对突然发生的声音具有特殊的反应能力，所以听觉显示器作为紧急情况下的报警装置，比视觉显示器具有更大的优越性。触觉显示是利用人的皮肤受到触压刺激后产生感觉而向人传递信息的一种方式。上述三种显示方式所传递的信息特征，如表7-1所示。,表71三种显示方式所传递的信息特征,7.1.2仪表显示器的种类仪表是信息显示器中应用极为广泛的一种视觉显示器。一般可按其显示形式和显示功能分类。1.按显示形式分类按显示形式可分为数字式显示器和模拟式显示器两大类。1)数字式显示器。是直接用数码来显示信息的仪表，如各种数码显示屏、机械的和电子的数字记数器等。,2)模拟式显示器。是用标定在刻度盘上的指针来显示信息的，如最常见的手表、电流表、电压表等。模拟式显示器式样繁多。按刻度盘的形式可分为八种，如表7-2所示。按指针与刻度盘的相对运动形式可分为两种，如图7-3所示。通常指针可动，刻度盘不动的形式应用较广。,表7-2显示器按刻度盘的形式分类,图7-3按指针与刻度盘相对运动的形式分类(a)指针可动，刻度盘不动；(b)刻度盘可动，指针不动,2.按显示功能分类按仪表的显示功能可分为读数用仪表、检查用仪表、警戒用仪表、追踪用仪表和调节用仪表。1)读数用仪表。用具体数值显示机器的有关参数和状态，如汽车上的时速表、飞机上的高度表等。2)检查用仪表。用以显示系统状态参数偏离正常值的情况，一般无需读出其确切数值。这类仪表宜采用指针运动刻度盘不动的显示器为好。3)警戒用仪表。用以显示机器是处于正常区、警戒区还是危险区。,在显示器上可用不同颜色或不同图形符号将警戒区、危险区与正常区明显区别开来。如用绿、黄、红三种不同的颜色分别表示正常区、警戒区、危险区。为避免照明条件对分辨颜色的影响，分区标志可采用图形符号，如图7-所示。,表7-3模拟式与数字式显示仪表的特点,图7-警戒用仪表的形式,4)追踪用仪表。追踪操纵是动态控制系统中最常见的操纵方式之一，它根据显示器所提供的信息，进行追踪操纵，以便使机器按照所要求的动态过程工作。5)调节用仪表。只用以显示操纵器调节的值，而不显示机器系统运行的动态过程。,7.1.3显示装置的选择原则显示装置的功能是让操作人员观察、接受、理解、处理和反馈来自生产过程的信息，对生产过程进行监控，进而操纵生产过程以求达到预定的目的。1.数量识读仪表的选择数量识读的主要目的是获取准确的数据。,2.状态识读仪表的选择状态识读仪表只需向操作者显示被测对象的参数变化趋势的信息：指示该参量在哪一范围是正常状态，哪一范围是不正常状态；被测对象的参数是增加了还是减少了，偏离给定值的哪一侧，而不需要显示精确的数值等等。因此，状态识读通常选用指针式仪表。,7.2视觉显示器设计,7.2.1显示装置设计的基本原则1.准确性原则设计显示装置的目的是为了使人能准确地获得机器的信息，正确地控制机器设备，避免事故。,2.简单性原则为了读数迅速、准确，显示装置应尽量用简单明了的方式显示所传达的信息：应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；不使用不利于识读的装饰；尽量符合使用目的，如供状态识读的仪表，就是越简单越清晰越好。,3.一致性原则应使显示器的指针运动方向与机器本身或其控制器的运动方向一致。4.排列性原则关于显示器的装配位置或几种显示器的位置排列也需认真考虑，其位置排列应是：1)最常用的和最主要的显示器尽可能安排在视野中心3范围之内，因为在这一视野范围内，人的视觉效率最优，也最能引起人的注意。,2)显示器很多时，应当按照它们的功能分区排列，区与区之间应有明显的区分。3)显示器应尽量靠近，以缩小视野范围。4)显示器的排列应当适合人的视觉特征。,7.2.2模拟式显示器的设计1.刻度盘的设计刻度盘设计的内容包括刻度盘的形状和大小。1)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，其指示值必须能使识读者精确、迅速地识读。实验研究表明，不同形式刻度盘的识读率亦不同(见表7-)。,表7-5种显示器读数准确度的比较(圆型仪表为100),2)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。以圆形刻度盘为例，当盘上标记数量多时，为了提高清晰度，需相应增大刻度盘。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2.55。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。实验结果表明，圆形刻度盘的最优直径是44mm(见表7-5）。关于圆形刻度盘的直径、观察距离和标记数量的推荐值参见表7-6。,表7-5认读速度和准确度与直径大小的关系(视距750mm，圆形刻度盘),2.刻度与刻度线的设计识读速度、识读准确性还与刻度的大小、刻度线的类型、刻度线的宽度和刻度线的长短有关。1)刻度的大小。刻度盘上最小刻度线间的距离称为刻度。2)刻度线的类型。常见的刻度线类型有单刻度线、双刻度线和递增式刻度线(图7-5）。递增式刻度线的形象特征可以减少识读误差。,图7-5刻度线(a)单刻度线；(b)双刻度线；(c)递增式刻度线,3)刻度线的宽度。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(见图7-6）。,图7-6刻度线宽度对读数误差的影响,4)刻度线长度。刻度线长度选择得是否合适，对识读准确性关系甚大。刻度线长度受照明条件和视距的限制。当视距为L时，刻度线最小长度为长刻度线长度90中刻度线长度125短刻度线长度200刻度线间距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可参考表7-选取。,表7-刻度线长度选择表,5)刻度方向。刻度盘上刻度值的递增顺序称为刻度方向。6)数字累进法。一个刻度所代表的被测值称为单位值。,表7-数字累进法,7)刻度设计注意事项。不要以点代替刻度线；刻度线的基线用细实线为好，图7-7(a)中采用的粗线不利于识读；刻度线不可很长而且排得很挤，如图7-7(b)所示；不要设计成间距不均匀的刻度，如图7-7(c)所示。,图7-7不合理的刻度设计(a)基线太粗；(b)刻度线太长，排列太挤；(c)刻度间距不均匀,3.字符设计仪表刻度盘上印刻的数字、字母、汉字和一些专用的符号，统称为字符。由于刻度的功能通过字符加以完备，字符的形状、大小和立位又直接影响着识读效率，因此字符的设计应力求能清晰地显示信息，给人以深刻的印象。,图7-83与8混淆的情况,1)字符的形体。进行字符形体设计时，为了使字符形体简明醒目，必须加强各字符的特有笔划，突出“形”的特征，避免字体的相似性。如图7-所示“3”字的设计，图(a)的3易与8混淆；图(b)的3不易与8混淆。表7-9中的仪表体突出了字体的特征，误读率明显下降。图7-9中的数码管7段字体由于字体相似，当需要快速识读时很易误读。,表7-9字体的特征,图7-9铅字体与数码管7段字体,2)字符的大小。在刻度大小已定的条件下，为了便于识读，字符应尽量大一些。字符的高度通常取为L200，也可按下面近似公式计算：,(7-1),式中：字符高度(mm)；视距(mm)；最小视角()。视角一般由实验决定，常取1030。,对于安装在仪表盘上的仪表，视距为710mm时，其字符高度可参考表7-10。若视距不等于710mm时，需将表列数值乘以变化比率加以修正。,（7-2）,表7-10仪表盘上仪表的字符高度,笔划宽与字高之比还受照明条件的影响，笔划宽与字高比值的推荐值如表7-11所示。,表7-11字符笔划宽与字高的比,3)标度数字的原则。刻度盘上标度数字应遵守下述原则：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；指针在仪表面内侧时，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示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。数字标度的优劣比较见图7-10。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。,图7-10刻度标数优劣比较(a)刻度标数正确；(b)刻度标数不良,图7-10刻度标数优劣比较(a)刻度标数正确；(b)刻度标数不良,4.指针设计指针是仪表不可缺少的组成部分。其功能是用于指示所要显示的信息。为了使监控人员能准确而迅速地获得信息，指针的大小、宽窄、长短和色彩配置等必须符合监控人员的生理与心理特征。,5.仪表的色彩匹配为了精确地判读，指针、刻度线和字符的颜色与刻度盘的颜色应有鲜明的对比，即选择最清晰的配色，避免模糊的配色。A帕帕洛阿佐斯(APapaloizos)对仪表的颜色与误读率的关系进行了研究，结果如表7-12所示。,表712仪表颜色与误读率,7.3信号灯和报警信号设计,7.3.1信号灯设计信号灯的设计必须符合它的使用目的和使用条件。1.亮度确定信号灯的亮度应根据使用场合的背景照明强度和信号灯的颜色。由于强光信号比弱光信号刺激性大，容易引起注意，所以信号灯的亮度至少高于背景亮度的两倍。,2.颜色人们常常对不同的颜色赋予不同的意义。例如人们常把刺激强烈的红色与危险、故障、停止联系在一起，而把舒适宁静的绿色与安全、正常、通行联系在一起。信号灯的颜色设计必须与人们所形成的这些概念相一致。表7-13为我国目前用于电工成套装置中的指示信号灯的颜色。,表7-13指示灯的颜色及其含义,3.闪光信号闪光信号比稳光信号更引人注意，因此警告信号灯宜用闪光信号。闪光信号通常用于引起操作者特别注意，指示紧急情况，需要操作者立即采取行动。有时也用以表示速度快慢。4.信号形状当信号较多时，信号灯采用多维度同时编码，更能达到相互区别的目的，即不仅用颜色编码，而且还用形状编码。,5.信号灯的位置最重要的信号灯和警告灯应安置在视野中央3的范围内；所有警告灯均应安置在视野30的范围内。具体位置的确定还应考虑与其他显示器和控制器的空间兼容关系。,6.观察距离信号灯的观察距离受其光强、光色、闪动特性等因素的影响。对于红、绿色稳光信号的观察距离可按下列公式计算：D2000I（7-3）对于红、绿闪光信号的观察距离，应先按下列公式换算发光强度后，再代入式(7-3）计算观察距离,（7-）,7.3.2听觉报警信号的设计1.常用的几种听觉报警器1)蜂鸣器。是一种低声压级、低频率的声音柔和的音响装置。在较宁静的工作环境中，蜂鸣器与信号灯同时使用，可提请操作者注意，提示操作者去完成某种操作或者指示某种操作正在进行。2)铃。随用途的不同，铃的声压级和频率也不同。,3)角笛和汽笛。角笛有低声压级、低频率和高声压级、高频率两种。汽笛声强高、频率也高，可作远距离传送，适用于紧急状态时报警。4)警报器。是一种高强度，频率由低到高的报警装置，适用于高强度噪声环境中，可用于危险紧急状态时报警。,表7-1为音响传达和报警器的强度和频率参数。,2.听觉报警信号的设计原则对于听觉报警信号的设计，最为重要的是，报警声音必须同操作者工作环境中的其他声音有明显区别，易于引起操作者的警觉。一般应注意如下设计原则。1)在噪声环境中，为使报警信号易于为操作者所识别，必须将噪声掩蔽效应减至最小。因此，应选择与任何背景噪声频率区别较大的频率作为报警信号频率。,2)一般应以听觉最为敏感的音频5003000z，作为报警信号的频率。长距离传送报警信号时，应使用低于1000Hz的频率，而绕过障碍或者穿过隔板传递报警信号，应使用低于500Hz的频率。3)为使报警信号与环境噪声以及其他正常信号有明显区别，以引起人们的特别注意，可采用突发的高强度的音响信号、音调有高低变化的变频信号或者间断的声音信号。,4)对于特别重要的报警信息，最好同时使用听觉通道和视觉通道传递信息，以防信号脱漏。5)听觉报警信号的配置不宜过多。听觉显示装置除传递告警信息，也可传递低水平的定量信息、定性信息和简单的一维跟踪信息。,7.控制器的类型及其适用范围,控制器的分类方法很多。按操纵控制器的身体部位的不同，控制器可分为手动控制器和脚动控制器；按控制器运动的类别的不同，控制器可分为旋转控制器、摆动控制器、按压控制器、滑动控制器和牵拉控制器，如表7-15所示。,表7-15控制器的分类,图7-11所示的各类控制器在各种情况下的适用性列于表7-16中，各类控制器的特性及其适用范围列于表7-17表7-21中，可供选择和设计时参考。,图7-11控制器的形状,表7-16各类控制器的适用性选择,表7-17旋转控制器的特性及其适用范围,表7-18摆动控制器的特性及其适用范围,表7-19按压控制器的特性及其适用范围,表7-20滑动控制器的特性及其适用范围,表7-21牵拉控制器的特点及其适用范围,7.5控制器设计的主要问题,7.5.1控制器设计的人机工程学因素1.控制器编码1)形状编码。形状编码是将不同用途的控制器设计成不同的形状，以便使各控制器彼此之间不易混淆。控制器的形状应尽可能地反映控制器的功能，从而使人能由控制器的形状联想到该控制器的用途。,控制器的形状应使操作者在无视觉指导下，仅凭触觉也能分辨不同的控制器，因此编码所选用的各种形状不宜过分复杂。应使操作者在戴有手套的情况下，也可以通过触摸而区分不同的控制器。图7-12为亨特(D.P.Hunt)通过实验在31种旋钮形状中筛选出的三类16种适合于不同情况的识别效果好的用于形状编码的旋钮。,图7-12三类用于形状编码的旋钮,2)大小编码。大小编码是通过控制器的尺寸大小不同来分辨控制器，因此，控制器的大小之间的尺寸等级差必须达到触觉的识别阈限。3)颜色编码。将不同功能的控制器，涂以不同的颜色，以示彼此之间的区别，称为颜色编码。,4)标记编码。在不同控制器的上方或侧旁，标注不同的文字或符号，通过这些文字或符号区分控制器，即为标记编码。,2.控制器的外形结构和尺寸控制器的尺寸设计不仅应当与操纵控制器的身体部位的尺寸相适应，而且还必须最大限度地适合于人的使用，所以应考虑操作者的操作方式。,控制器的形状应方便于人的使用，有利于人对控制器的施力。对于手动控制器，其形状设计应考虑手的生理特点。由于指球肌、大鱼际肌和小鱼际肌是手掌上肌肉最丰富的部位，而掌心是肌肉最少的部位，指骨间肌则是布满神经末稍的部位(见图7-13(a)，因此，手柄形状应使手柄被握住的部位与掌心和指骨间肌之间留有空隙，以改善掌心和指骨间肌受力集中状态，保证手掌血液循环良好，神经不受过强压迫。据此，图7-13(b)中的、两种形状的手柄，适用于持续时间较长的操作；、两种形状用于瞬间操作或施力不大时的操作。,图7-13手柄形状设计与手掌生理特点(a)手掌生理特点；(b)手柄形状,3.控制器的阻力不论手动控制器还是脚动控制器都应有一定的操作阻力。操作阻力的作用在于向操作者提供控制反馈信息，改善操作的准确度和速度，降低控制器对振动和过载力的敏感性，防止控制器被无意碰撞而引起偶发启动。,控制器的操作阻力主要有静摩擦力、弹性阻力、粘滞阻尼和惯性等4种，其特性列于表7-22中。静摩擦力适宜于不连续控制。弹性阻力和粘滞阻尼可提供操纵反馈信息，帮助操作者提高控制的准确度，适宜于连续控制。惯性可用于准确度要求不高的控制。,表722控制器的4种阻力的特性,操作阻力的大小与控制器的类型、安装位置、运动距离、使用频率、持续时间、施力方向等因素有关。操作阻力大小的选择，既不宜过小也不宜过大。阻力过小，起不到上述有益于控制的作用，阻力过大则影响操作速度和容易引起肢体的疲劳。一般操作阻力的最大值应在大多数操作者的用力能力范围之内，以保证绝大多数操作者操作时不感到困难。操作阻力的最小值可根据控制器类型参照表7-23选取。,表7-23不同类型控制器所需的最小阻力,4.操作反馈设计控制器时，应考虑通过一定的反馈形式，使操作者获得关于调节控制器的结果的信息，以便使操作者及时纠正错误反应。5.防止控制器的偶发启动为避免控制器被无意碰撞或牵拉而引起机器意外的启动，从而造成伤人、损机事故，在设计控制器时，应考虑防范措施。,7.5.2设计和选择控制器的基本要求在设计和选择控制器时，除应考虑上述人机工程学因素之外，还应考虑下列基本要求：1)控制器应根据人体测量数据、生物力学以及人体运动特征进行设计。2)控制器的运动方向应与预期的功能和机器设备的被控方向相一致。预期功能和操作动作的合理配合如表7-2所示。,表7-2预期功能与操作动作的合理配合,3)应尽量利用控制器的结构特点(如利用弹簧、杠杆原理等)或利用操作者身体部位的重力进行控制。对于连续性或重复性的操作，应使身体用力均匀，而不应只集中于某一部位用力，以减轻疲劳和避免产生单调厌倦感。4)在可能条件下，尽量设计和选用多功能控制器，如多功能旋钮、操纵杆、手柄等，以节省空间并减少手的运动和操作的复杂性。,7.6控制器设计,7.6.1手动控制器设计1.旋钮旋钮是一种应用广泛的手动控制器。根据功能要求，旋钮可分为旋转一圈(360)或一圈以上、不满一圈、旋转型选择开关等三类；根据形状，旋钮可分为圆形、多边形、指针形和手动转盘形等多种，如图7-1所示。,图7-14旋钮形状(a)圆形;(b)多边形；(c)指针形;(d)转盘形,1)圆形旋钮。这种旋钮多呈圆柱状或圆锥台状，钮帽边缘有各种槽纹，常用于需要连续旋转一圈或一圈以上的场合。,在控制板空间有限的情况下，可选择同心成层旋钮。这种旋钮可做成两极或三级。当同心成层旋钮为三级时，可采用的尺寸为，中级旋钮的直径386mm；三级旋钮三个圆形旋转表面之间的距离应大于19mm，且下级旋钮的长度应大于6.5mm。图7-15给出了由于尺寸设计不当而造成操作过程中无意碰触的情况。,图7-15设计不当的同心成层旋钮(a)直径太大；(b)长度太大；(c)长度太小；(d)直径差别太小,2)多边形旋钮一般用于不需要连续旋转，旋转定位精度不高，调节范围不足一圈的地方。3)指针形旋钮可具有324个控制位置，调节范围不足一圈。在调节过程中，刻度盘不动，通过旋转呈指针状的钮，达到预定控制位置。图7-16为用手的不同部位操纵旋钮时，旋钮的尺寸范围。图7-17为根据操纵力大小不同，所确定的旋钮尺寸。,图7-16手的不同部位操纵旋钮时旋钮的最佳直径(mm),图7-17操纵力与旋钮尺寸(mm),2.按钮按钮或按键是指仅在一个方向操作的控制器。按钮的尺寸，主要根据人的手指指端尺寸确定。3.肘节开关肘节开关也称扳动开关或扳钮开关，如图7-18所示。它一般只有开和关两种功能，但可分为两种控制位置(开和关)和三种控制位置(关低速高速)。,图7-18肘节开关,图719控制杆,4.控制杆控制杆是一种需要用较大的力操纵的控制器。控制杆的运动多为前后推拉或左右推拉，适用于小范围内的快速调节。控制杆的长度根据设定的位移量和操作力决定。当操作角度较大时，控制杆端部应设置球状手把。球状手把用指尖抓住时，其直径为12.5mm；用手握住时，其直径为12.525mm，最大不超过75mm。控制杆的操纵角度以3060为宜，一般不超过90(见图7-19)。,表7-25控制杆的最大阻力,5.曲柄曲柄具有快速回转和连续调节的特点，适用于大范围的精调和粗调。曲柄的形状和尺寸，可参考图7-20。,图7-20曲柄的形状和尺寸,6.手轮手轮的功能相当于旋钮或曲柄，但它的转动力量很大，故适宜于要求控制力量较大的情况下。手轮可连续旋转，因此操作时没有明确的定位位置，常用作汽车，轮船的驾驶盘，也用于机械设备的控制。,手轮可单手操作或双手操作。当单手操作时，其直径最小为50mm,最大为110mm。当双手操作时，其直径最小为180mm,最大为530mm。轮圈直径为1950mm,为便于施力，可在其边缘刻上手指状凹槽。手轮的操作阻力，在单手操作时，为22133N；在双手操作时为22220。手轮、曲柄的适宜安装位置和旋转半径之间的关系，如表7-26所示。安装位置如图7-21所示。,表7-26手轮、曲柄的适宜安装位置和尺寸,图7-21手轮、曲柄的适宜安装位置,7.6.2脚动控制器设计在操作过程中，脚的操作速度和准确度都不如手，因此只有在下列情况下才考虑选用脚动控制器：需要连续进行操作，而用手又不方便时；无论是连续控制或间歇性控制，其操纵力超过49147N时；手的控制工作负荷过大，需要使用脚以减轻手的负担时。,脚动控制器主要有脚踏板、脚踏钮两种。当操纵力超过49147N，或操纵力小于49N但需要连续控制时，宜选用脚踏板。当操纵力较小，且不需连续控制时，宜选用脚踏钮。,图7-22脚踏板的类型(a)往复式；(b)回转式；(c)直动式,1.脚踏板脚踏板可分为往复式、回转式和直动式，如图7-22所示。直动式脚踏板有以鞋跟为转轴和脚悬空两种。如汽车的油门踏板为以鞋跟为转轴的踏板，汽车的制动踏板为脚悬空的踏板。脚悬空踏板的位置有3种，图7-23(a表示座位较高，小腿与地面的夹角很大，脚的下压力不能超过90N；,图7-23(b)表示座位较低，小腿与地面夹角较小，此时脚的踏力不能超过180N；图7-23(c)表示座位很低，此时小腿较平，一般蹬力能达600N。由图可知，脚踏板与人保持适宜的位置关系，有利于人向踏板施力。当需要大的操纵力时，踏板的安装高度应与座椅面同高或略低于座椅面高。,图7-23脚悬空踏板(a)座位较高；(b)座位较低；(c)座位很低,图7-24踏板角度与脚的最大操纵力的关系,踏板与垂直面的角度的大小也是影响脚施力的重要因素。实验结果表明，1535时，不论腿处于自然位置还是处于伸直位置，脚均可使出最大的力，如图7-24所示。,表7-27脚踏板设计参数推荐值,表7-28各种形式脚踏板效率比较,2.脚踏钮脚踏钮与按钮具有相同的功能。可用脚尖或脚掌操纵。踏压表面应粗糙。应能提供操作反馈信息。脚踏钮的设计如图7-25和表7-29所示。,图7-25脚踏钮,表7-29脚踏钮设计参数推荐值,7.7显示器与控制器的布置与配合,7.7.1显示器和控制器的布置原则一台复杂的机器，往往在很小的操作空间集中了多个显示器和控制器。为了便于操作者迅速、准确地认读和操作，获得最佳的人机信息交流系统，布置显示器和控制器时，应遵循如下原则。,1.使用顺序原则如果控制器或显示器是按某一固定使用顺序操作的，则控制器或显示器也应按同一顺序排列布置，以方便操作者的记忆和操作。2.功能原则按照控制器或显示器的功能关系安排其位置，将功能相同或相关的控制器或显示器组合在一起。,3.使用频率原则将使用频率高的显示器或控制器布置在操作者的最佳视区或最佳操作区，即布置在操作者最容易看到或触摸到的位置。对于只是偶尔使用的显示器或控制器，则可布置在次要区域。4.重要性原则按照控制器或显示器对实现系统目标的重要程度安排其位置。对于重要的控制器或显示器应安排在操作者操作或认读最为方便的区域。,7.7.2视觉显示器的布置对于视觉显示器，在确定它在仪表板上的安装位置时，除考虑上述原则以及它与相对应的控制器的空间关系外，还必须考虑它的可见度。因为视觉显示器是否能发挥作用，完全依赖于它是否能被操作者看见。然而，人对显示反应的速度和准确度则是随显示器在人的视野中的位置的不同而不同。图7-26为视野中的等反应时的曲线，可用于确定重要程度不同的显示器的位置。,1单眼视野；2双眼视野图7-26视野中的等反应时曲线,人眼的分辨能力，也是随视区而异的。以视中心线为基准，视线向上15到向下15，是人出现最少差错的易见范围。在此范围内布置显示器误读率最小。若超出此范围，误读率将增大。对于用作检查目的的显示仪表群，往往是由多个相同的仪表构成的。如果将这种仪表群中各个仪表的指针的正常位按一定的规律组合排列图案，对于发现异常则极为方便。如图7-27(a)所示构型效果比图7-27(b)所示构型效果好。,图727仪表群的构型(每种构型中都有一个指针反常),7.7.3控制器的布置控制器可根据其重要性、使用频率、施力大小等安排其空间位置。图7-28是考虑人体尺寸和运动生物力学特性所确定的在操作者正前方的垂直控制板上布置控制器的4个区域。对于不同的控制器，由于其操作动作的不同，它们的最佳操作区域范围是有区别的。图7-29示出了在合理操作时间内，三种控制器的分布范围。由图可知，按钮、旋钮的最佳操作区域范围都比肘节开关大，说明肘节开关对安装位置的要求较高。,图7-28手控制器在垂直面板上的布置区域,图7-29左手操作的按钮、旋钮和肘节开关最佳位置布置区域,许多控制器排列在一起时，控制器之间应有适宜的间距，若彼此之间间隔距离太大，将增加操作者四肢不必要的运动量，且不利于控制板空间的充分利用；若间隔距离太小，又极易发生无意触动，造成误操作。控制器之间的最小间距，主要取决于控制器的类型(用手还是用脚操纵)、控制操作的方式(按顺序还是随机的，双手还是单手，手同时操纵几个控制器等)以及操作者有无防护衣等。,表7-30和图7-30给出了手动按钮、肘节开关、踏板、旋钮、曲柄、操纵杆等控制器的最小和最佳间距值。在没有限制保持最小间距时，应尽可能取表中的最佳值，以减少偶发启动。,图7-30各种控制器的间距(a)手动按钮；(b)肘节开关；(c)踏板；(d)旋钮；(e)曲柄；(f)操纵杆,表7-30各种控制器之间的间隔距离值,7.7.4显示器与控制器的配合1.控制显示比在考虑控制器与显示器的配合时，应考虑两者位移大小的比例关系，即控制显示比。控制显示比(简称C/D比)是指控制器的位移量与对应的显示器可动元件的位移量之比。,图7-31控制显示比低控制显示比；(b)高控制显示比,2.显示器与控制器在空间位置上的配合一致显示器与控制器位置关系配合一致时，可减少发生操作错误的次数，缩短操作时间，对提高操作质量有明显效果。为此，控制器应尽可能地靠近与其相联系的显示器，并配置于显示器的正下方或右侧旁(右手操作)，如图7-32(a)、(b)所示。将所有控制器置于所有显示器下方的配置方式也是可行的，但两者排列顺序必须完全一致，如图7-32(c)所示。,图7-32控制器与显示器空间位置配合一致示例,若控制器为同心成层旋钮，则显示器可布置成沿顺时针排列的圆弧形或由左向右排列的直线形，上层的小旋钮控制左边的显示器，下方的大旋钮控制右边的显示器，如图7-33所示。,图7-33同心成层旋钮与显示器在空间的位置关系,3.控制器与显示器在运动方向上的配合一致控制器的运动方向与相应显示器的运动方向符合人的习惯模式时(如控制器向上运动，相应显示信息也向上运动)，即运动方向协调时，对于提高操作质量、减轻人的疲劳尤其是对于防止人在紧急情况下的误操作，具有重要意义。控制器与显示器的最佳运动方向的对应关系随两者的相对位置、运动方式等因素而改变。一般可遵循如下要求。,1)在同一平面上，圆形显示器指针的旋转方向应与旋钮同方向旋转。显示器指针从左到右表示增加，反之表示减少；旋钮顺时针旋转表示被控量增加，反之则表示减少。2)在同一平面上，直线型显示器的活动指针应与旋钮离它最近的点同向运动，或直线型显示器的活动指针应与旋钮位于标尺边一侧同向运动。3)在不同平面上的控制器与显示器的运动方向关系如图7-34所示。,图7-34在不同平面上的显示器与控制器的运动关系,7.8控制台设计,7.8.1仪表面板设计仪表面板是用以安装显示器和控制器的装置，是人机对话的窗口，也是人们在使用产品时观察、操作最频繁的部位。对于仪表面板的人机工程学设计，主要包括仪表板的形式、空间位置和仪表的排列布置。,1.仪表面板的形式和空间位置确定仪表面板形式的原则是使操作者在不转动头部和眼球的情况下，即可看清全部仪表。由这一原则出发，根据仪表数量和控制室容量，可选择如下仪表面板形式。1)直线形。此种形式结构简单、安装方便，但视觉条件较差。适用于显示仪表数量较少的小型控制室，如图7-35(a)所示。2)圆弧形。此种形式视觉条件较好，但结构安装较复杂。适用于仪表数量较多的中型控制室，如图7-35(b)、(c)所示。,图7-35仪表面板的形式直线形；(b)弧线形；(c)半圆形；(d)V形；(e)直U形；(f)U形；(g)展开U形,图7-36坐姿操作时面板与地面的倾角,3)弯折形。此种形式可根据需要组合成可大可小灵活多样的各种形式，如图7-35(d)、(e)、(f)、(g)所示。弯折式的优点是眩光较少，视觉条件较好，结构和安装比较简单，适用于仪表数量多的大中型控制室。对于单人操作的展开U形，其两侧板面与中央板面的夹角为130，双人操作时，则为155。,仪表面板的空间位置，应设于操作者的正前方，最好与操作者的视线成直角(至少不小于60)，视距710mm。通常采用坐姿时，仪表面板与地面成7080。仪表面板的高度一般不高于视水平线10，不低于视水平线45，最好与操作者的眼高相平，如图7-36所示。仪表面板的颜色应采用柔和较暗的色调，以减轻眼睛的疲劳。,2.仪表的排列布置仪表的排列布置应遵循以下原则：1)控制室内仪表板的最佳尺寸应根据人的视觉特点确定。实验表明，当视距为800mm时，眼球不动，水平视野20范围内为较佳认读区，其正确认读时间为1s左右。当水平视野超过24时，正确认读所需的时间急剧增加。因此，较好的认读范围为水平视野最大不超过24，如图7-37(a)中的区