《安全人机环境工程》PPT课件(PPT 109页)

1、 第五章 安全人机环境工程河南理工大学安全科学与工程学院7/18/20221第1页，共109页。本章主要内容第一节 安全人机环境工程基础第二节人机环境系统中的主体因素第三节人机环境系统第四节人机环境系统安全性分析7/18/20222安全第一，预防为主，综合治理第2页，共109页。第一节 安全人机环境工程基础一、 形成和发展 萌芽阶段：人类最初使用简单工具进行劳动时期； 形成阶段：更新型、更复杂、更精密的高性能设备的产生阶段； 发展阶段：电子计算机技术的迅速发展促进了人机环境工程学科的形成。7/18/20223安全第一，预防为主，综合治理第3页，共109页。第一节 安全人机环境工程基础起源于欧洲

2、形成于美国发展于日本作为一门独立学科的历史已有50余年Ergonomics 英国莫瑞尔/西欧Human Engineering 美国Human Factors Engineering 美国人间工学 日本 苏联 “人体工程学”、 “宜人学”、 中国 “人因工程学”、“人类工程学”中国 “工效学”、 “人机工程学”等 中国7/18/20224安全第一，预防为主，综合治理第4页，共109页。第一节 安全人机环境工程基础二、 基本概念和研究内容、基本概念 研究人机环境系统的安全本质，并使三者在安全上达到最佳匹配，以确保系统高效、经济运行的一门科学。、研究内容）人的安全特性研究）机的安全特性研究）环境的

3、安全特性研究）人机环境系统安全特性的研究7/18/20225安全第一，预防为主，综合治理第5页，共109页。第一节 安全人机环境工程基础三、基础理论与研究方法、基础理论）系统论）控制论）模型论）信息论、研究方法）实测法）实验模拟法）定性、定量分析法7/18/20226安全第一，预防为主，综合治理第6页，共109页。第二节人机环境系统中的主体因素一、 工程人体测量、人体的静态尺寸概念：立姿人体尺寸7/18/20227安全第一，预防为主，综合治理第7页，共109页。表51 人体主要尺寸 (单位：mm)7/18/20228安全第一，预防为主，综合治理第8页，共109页。 表5-2 立姿人体尺寸 (单

4、位：mm) 7/18/20229安全第一，预防为主，综合治理第9页，共109页。 表5-3 坐姿人体尺寸 (单位：mm) 7/18/202210安全第一，预防为主，综合治理第10页，共109页。表5-4 各区域的体重、身高和胸围三项参数的均值和标准差（单位：mm） 7/18/202211安全第一，预防为主，综合治理第11页，共109页。名 称计算式名 称计算式坐 高0.523H肘与肘间宽0.256H膝 高0.311H臀部宽0.203H坐姿臀高0.249H肩 宽0.229H座到肘高0.135H手前伸长度0.462H大腿厚0.086H坐位眼高0.454H臀部到膝高0.342H两手恻平伸长度1.03

5、2H臀部到小腿长0.280H坐面至举手指尖高0.795H表 5-5 静坐时人体尺寸与身高的关系 7/18/202212安全第一，预防为主，综合治理第12页，共109页。、人的动态测量参数：坐姿工作岗位上肢在水平面上的运动范围7/18/202213安全第一，预防为主，综合治理第13页，共109页。7/18/202214安全第一，预防为主，综合治理第14页，共109页。7/18/202215安全第一，预防为主，综合治理第15页，共109页。二、人对信息接收、处理和输出）人的信息接收（1）信息传递的基本模式信源载体编码信道噪声译码信宿按照系统论的观点，人机系统中典型的信息传递模式如下图 7/18/2

6、02216安全第一，预防为主，综合治理第16页，共109页。二、人对信息接收、处理和输出（2）人的信息接收能力人通过自己的感觉器官获得周围环境和自身的各种信息，感觉器官中的感受器是接受刺激的专门装置。感受器按其接受刺激的性质可以分为视、听、触觉感受器等多种。每一种感受器通常只对一种能量形式的刺激特别敏感。7/18/202217安全第一，预防为主，综合治理第17页，共109页。人的感官是一些性能有一定局限性的信息接受器，在一个范围之内。感官的这种对信号刺激能量范围要求称为该感官的绝对感觉阈限。那种刚能使感官神经兴奋引起感觉的最小信号刺激能量称为绝对感觉阈限下限，刚能引起感官不适或产生不正常感觉的

7、最大信号刺激能量称为绝对感觉阈限上限。在人机系统中，为保证信息的有效传递，机器信源发出的信号能量值应尽可能地远离感觉阈限的上下限。7/18/202218安全第一，预防为主，综合治理第18页，共109页。当信号刺激的能量分布落在感觉阈限的上下限之间时，人不仅可觉察到信号的存在，还能觉察到信号刺激的能量分布差异。刚刚能引起差别感觉的刺激间的最小差别称为差别感觉阀限，也叫最小可觉差别。对最小差别量的感受能力叫差别感受性。下表列出了人类各种感官对信号能量的感知范围和对信号能量差异的辨别能力参数。7/18/202219安全第一，预防为主，综合治理第19页，共109页。人体主要感觉阈值感觉感 觉 阈下 限

8、上 限视觉（2.25.7）10-17J（2.25.7）10-8J听觉110-12J/m21102J/m2嗅觉210-7mg/m3味觉410-7(硫酸试剂摩尔浓度)触觉2.610-9J温度觉6.2810-9J/m2s9.1310-6J/m2s振动觉振幅2.510-4mm7/18/202220安全第一，预防为主，综合治理第20页，共109页。二、人对信息接收、处理和输出）人对信息的中枢加工它由三个交互作用的子系统所组成（1）感知系统；（2）认知系统；（3）运动系统，每个子系统都有各自功能上相对独立记忆的记忆储存器和加工处理器。感知系统由感觉器官及与其相关的记忆缓冲器组成。这些储存器的功能是将感觉到

9、的信息进行暂时储存以便转换到下一加工环节。这些缓冲器保存着感觉器官输出的全部信息，在此把信息进行编码并输送到下一加工环节。认知系统接收从感知系统传入的经过编码后的信息，并将这些信息存入本系统的工作记忆中，同时从长时记忆中提取以前存入的有关信息和加工规律，进行综合分析后做出如何反应的决策，并将决策信息输出到运动系统。运动系统的功能较简单，它接收认知系统输出的信息并将它付之实行、做出相应的运动，同时将执行的信息反馈回感知系统。7/18/202221安全第一，预防为主，综合治理第21页，共109页。二、人对信息接收、处理和输出）人的信息输出）影响人传递信息能力的主要因素信号方面的因素人的主体因素环境

10、因素7/18/202222安全第一，预防为主，综合治理第22页，共109页。第三节人机环境系统一、 人机环境系统的整体设计（一）人机系统的类型：. 闭环和开环人机系统：闭环人机系统：就是反馈控制人机系统，它有一个封闭的回路结构；7/18/202223安全第一，预防为主，综合治理第23页，共109页。第三节人机环境系统开环人机系统：系统的输出对控制作用没有影响。. 手工操作与自动化系统：手工操作系统、半自动化系统、自动化系统；7/18/202224安全第一，预防为主，综合治理第24页，共109页。一、 人机环境系统的整体设计（二）人机环境系统的整体设计：设计步骤如下：）人机环境系统分析：系统整体

11、的必要条件、系统的外部环境、系统的内部环境、系统组成、组成系统各要素的机能特性和限制条件、人和机器的协调和有机结合关系、要素的决定和选择评价方法；2）人机环境系统的设计程序：人机环境系统的预备设计、人机界面的设计、作业辅助设计和系统的综合与评价。7/18/202225安全第一，预防为主，综合治理第25页，共109页。第三节人机环境系统二、 人机环境系统中的人机关系（一）人机功能特征的比较（二）显示装置的设计（三）操纵装置的设计7/18/202226安全第一，预防为主，综合治理第26页，共109页。第三节人机环境系统在人机系统设计中，首先要按照科学的观点分析人和机器各自所具有的不同特点，以便研究

12、人与机器的功能分配，从而扬长避短，各尽所长，充分发挥人与机器的各自优点；从设计开始就尽量防止产生人的不安全行动和机器的不安全状态，做到安全生产。人和机各有自己的能力和长处，归纳起来各表现在四个方面：人的功能的限度是准确性、体力、速度和知觉能力；机器功能的限度是性能维持能力、正常动作、判断能力、造价及运营费用。 7/18/202227安全第一，预防为主，综合治理第27页，共109页。人与机的优缺点比较项 目机 器人速 度占优势时间延时为1s逻辑推理擅长于演绎而不易改变其演绎程序擅长于归纳，容易改变其推理程序计 算快且精确，但不善于修正误差慢且易产生误差，但善于修正误差可 靠 性按照恰当设计制造的

13、机器，在完成规定的作业中可靠性很高，而且保持恒定，不能处理意外的事态。在超负荷条件下可靠性突降人脑可靠性远超过机械，但极度疲劳与紧急事态下很可能变成极不可靠，人的技术水平、经验以及生理和心里状况对可靠性很有影响，可处理意外紧急事态连 续 性能长期连续工作，适应单调专业，需要适当维护容易疲劳，不能长时间连续工作，且受性别、年龄和健康状态等影响，不适应单调作业灵 活 性如果是专用机械，不经调整则不能改作其它用途通过教育训练，可具有多方面的适应能力7/18/202228安全第一，预防为主，综合治理第28页，共109页。人与机的优缺点比较（续）项 目机 器人输 入灵敏度具有某些超人的感觉，如有感觉电离

14、辐射的能力在较宽的能量范围内承受刺激因素，支配感受器适应刺激因素的变化，如眼睛能感受各种位置、运动和颜色，善于鉴别图象，能够从高噪声中分辨信号，易受（超过规定限度的）热、冷、噪声和振动的影响智 力无 （智能机例外）能应付意外事件和不可能预测事件，并能采取预防措施操作处理能力操纵力、速度精密度、操作量、操作范围等均优于人的能力。在处理液体、气体、粉体方面比人强，但对柔软物体的处理能力比人差可进行各种控制，手具有非常大的自由度，能极巧妙地进行各种操作。从视觉、听觉、变位和重量感觉上得到的信息可以完全反馈给控制器7/18/202229安全第一，预防为主，综合治理第29页，共109页。人与机的优缺点比

15、较项 目机 器人功率输出恒定不论大的，固定的或标准的1471KW的功率输出只能维持10s，367.75KW的功率输出可维持几分钟，150KW以下的功率输出能持续一天综合能力多种途径单一手段记 忆最适用于文字的再现和长期存储可存储大量信息，并进行多种途径的存取，擅长于对原则和策略的记忆7/18/202230安全第一，预防为主，综合治理第30页，共109页。人机的功能分配 1、人机功能分配的含义 对人和机的特性进行权衡分析，将系统的不同功能恰当地分配给人或机，称为人机的功能分配。 人与机器的结合形式，依复杂程度不同可分为：劳动者-工具；操作者-机器；监控者-自动化机器；监督者-智能机器等几种。机器

16、的自动化与智能化使操纵复杂程度提高因而对操纵者提出了严格要求。同时操纵者的功能限制也对机器设计提出特殊要求。 7/18/202231安全第一，预防为主，综合治理第31页，共109页。人机结合的原则改变了传统的只考虑机器设计的思想，提出了同时考虑人与机器两方面因素，即在机器设计的同时把人看成是有知觉有技术的控制机、能量转换机、信息处理机。凡需要由感官指导的间歇操作，要留出足够间歇时间；机器设计中，要使操纵要求低于人的反应速度，这便是获得最佳效果的设计思想。 7/18/202232安全第一，预防为主，综合治理第32页，共109页。2、人机功能分配的一般原则人能完成并能胜过机器的工作：发觉微量的光和

17、声，接受和组织声、光的型式，随机应变和应变程度，长时间大量储存信息并能回忆有关的情节，进行归纳推理和判断并形成概念和创造方法等。目前机器能完成并胜过人的工作：对控制信号迅速作出反应，平稳而准确地产生“巨大力量”，做重复的和规律性的工作，短暂地储存信息然后废除这些信息，快速运算，同一时间执行多种不同的功能。 7/18/202233安全第一，预防为主，综合治理第33页，共109页。采用人、机时有利点 采用机器时的有利点采用人时的有利点1、重复性的操作、计算，大量的情报资料存储1、由于各种干扰，需要判断信息时2、迅速施加大的物理力时2、在图形变化情况下，要求判断图形时3、大量的数据处理3、要求判断各

18、种各样的输入时4、根据某一特定范围，多次重复作出判断4、对发生频率非常低时的事态需要进行判断时5、由于环境约束，对人有危险或操作容易犯错误时5、解决问题需要归纳、判断时6、当调节、操作速度非常重要，具有决定意义时6、预测不测事件的发生时7、控制力的施加要求非常严格时8、必须长时间地施加控制力时7/18/202234安全第一，预防为主，综合治理第34页，共109页。人机功能分配的一般原则笨重的、快速的、精细的、规律性的、单调的、高阶运算的、支付大功率的、操作复杂的、环境条件恶劣的作业以及需要检测人不能识别的物理信号的作业，分配给机器承担 指令和程序的安排，图形的辨认或多种信息输入时，机器系统的监

19、控、维修、设计、创造、故障处理及应付突然事件等工作，由人承担 7/18/202235安全第一，预防为主，综合治理第35页，共109页。3、人机功能匹配对人机系统的影响过去，由于不明人与机的匹配关系特性，使机的设计与人的功能不适应而造成的失误很多，如作战飞机的高度计等仪表的设计与人的视觉不适应是造成飞机失事的主要原因.在工作负荷过高的情况下，人往往出现应激反应（即生理紧张），导致重大事故的发生。进行合理的人机功能分配，也就是使人机结合面布置得恰当，从安全人机工程学的观点出发，分析人机结合面失调导致工伤事故，进而采取改进对策。 7/18/202236安全第一，预防为主，综合治理第36页，共109页

20、。4、人机分工不合理的表现可以由人很好执行的功能分配给机器而把设备能更有效地执行的功能分配给人 让人承担超过其能力所能承担的负荷或速度不能根据人执行功能的特点而找出人机之间最适宜的相互联系的途径与手段7/18/202237安全第一，预防为主，综合治理第37页，共109页。5、人机功能分配应注意问题(1) 信息由机器的显示器传递到人，选择适宜的信息通道，避免信息通道过载而失误，以及显示器的设计应符合安全人机工程的原则。(2) 信息从人的运动器官传递给机器，应考虑人的权限能力和操作范围，控制器设计要安全、高效、可靠、灵敏。(3) 充分适用人和机的各自优势。(4) 使人机结合面的信息通道数和传递频率

21、不超过人的能力，以及机适合大多数人的应用。(5) 一定要考虑到机器发生故障的可能性，以及简单排除故障的方法和使用的工具。(6) 要考虑到小概率事件的处理，有些偶发性事件如果对系统无明显影响，可以不必考虑，但有的事件一旦发生就会造成功能的破坏，对这种事件就要事先安排监督和控制方法。 7/18/202238安全第一，预防为主，综合治理第38页，共109页。显示装置设计 一、显示器的性能要求1、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。2、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。3、显示形式要符合操作者的习惯及操作

22、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。4、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。 7/18/202239安全第一，预防为主，综合治理第39页，共109页。二、显示器设计的基本原则1、明显度高2、可见度高3、可读性好4、阐明力强5、简单明了6、确保安全7、使视力有缺陷者（如视弱、色弱者）也不会误认。8、显示器的显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致。7/18/202240安全第一，预防为主，综合治理第40页，共109页。三、

23、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。 7/18/202241安全第一，预防为主，综合治理第41页，共109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516）。设计指针式仪表时应考虑安全人机工程学的问题指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当；刻度盘的形状与大小是否合理；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

24、能迅速而准确地识读；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。 7/18/202242安全第一，预防为主，综合治理第42页，共109页。表516 指针显示器的刻度盘分类 7/18/202243安全第一，预防为主，综合治理第43页，共109页。 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517） 7/18/202244安全第一，预防为主，综合治理第44页，共109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

25、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，所以在较短的提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。 7/18/202245安全第一，预防为主，综合治理第45页，共109页。表517 5种显示器读数准确度的比较（圆型仪表为100） 显示器类型最大可见度盘尺寸（mm）读数错误率（%）开窗式圆形半圆形水平直线形竖直直线形42.354.0110180180451001532523257/18/20

26、2246安全第一，预防为主，综合治理第46页，共109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2.55。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。7/18/202247安全第一，预防为主，综合治理第47页，共109页。怀特（WJWhite）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

27、率。结果表明，圆形刻度盘的最优直径是44mm。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518。7/18/202248安全第一，预防为主，综合治理第48页，共109页。表518 认读速度和准确度与直径大小的关系（视距750mm） 刻度盘直径 mm观察时间 s平均反应时间 s读错率 %250.820.766440.720.724700.755.73127/18/202249安全第一，预防为主，综合治理第49页，共109页。表518 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盘的最小允许直径观察距离 500mm 时观察距离 900mm 时3825.425.45025.4

28、32.57025.445.510036.464.315054.498.020072.8129.6300109.0196.07/18/202250安全第一，预防为主，综合治理第50页，共109页。（2）刻度线设计 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0.61mm。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12.5Omm之间选取,必要时也可采用48mm。采用放大镜读数时，刻度的大小一般取1X 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

29、的最小刻度为1mm；黄铜和锌白銅为0.5mm 7/18/202251安全第一，预防为主，综合治理第51页，共109页。 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513）。递增式刻度线的形象特征可以减少识读误差。 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。因此，刻度线宽度一般取刻度的515，普通刻度线通常取0.10.02mm；远距离观察时，可取0.60.8mm，精度高的测量刻度线取0.00150.1mm。 7/18/202252安全第一，预防为主，综合治理第52页，共109页。图513 刻度线 7/18/2

30、02253安全第一，预防为主，综合治理第53页，共109页。 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5-19。当视距为L时，刻度线最小长度为：长刻度线长度L90 中刻度线长度L125短刻度线长度L200刻度线间距L600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520选取。7/18/202254安全第一，预防为主，综合治理第54页，共109页。表5-19 刻度线的长度 观察距离 m长度 mm长刻度线中刻度线短刻度线0.5以内5.54.12.30.50.910.07.14.30.91.820.014.08.61.83.64

31、0.028.017.03.66.067.048.029.07/18/202255安全第一，预防为主，综合治理第55页，共109页。表520 刻度线长度选择表 （） 刻度大小长度刻度线0.150.30.30.50.50.80.81.21.22233558L1（短）1.01.21.51.82.02.53.04.0L2（中）1.41.72.22.63.04.54.56.0L3（长）1.82.22.83.34.06.06.08.07/18/202256安全第一，预防为主，综合治理第56页，共109页。 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

32、直线型应从下到上；圆形刻度应按顺时针方向安排刻度值。 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521所示。这是美国海军的研究成果。 7/18/202257安全第一，预防为主，综合治理第57页，共109页。表521 数字累进法 优可差1 2 3 4 55 10 15 20 2510 20 30 40 5050 100 150 200 2502 4 6 8 1020 40 60 80 100200 400 600 800 10003 6 9 124 8 12 161.25 2.5 5 7.5

33、15 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。 7/18/202258安全第一，预防为主，综合治理第58页，共109页。 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,采用粗线不利于识读；C、刻度线不可很长而且很挤。D、不要设计成间距不均匀的刻度。 7/18/202259安全第一，预防为主，综合治理第59页，共109页。 字符设计 字符的形体 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522笔划宽与字高比值的推荐值如表523所示7/18/2022

34、60安全第一，预防为主，综合治理第60页，共109页。表522 仪表盘上仪表的字符高度（） 字母或数字的性质低亮度下（约0.103cd/m2）高亮度下（约3.43cd/m2）重要的（位置可变）重要的（位置固定）不重要的5.17.63.67.60.25.13.05.12.55.10.25.17/18/202261安全第一，预防为主，综合治理第61页，共109页。表523 不同照明条件下字符笔划粗细取值 照明和背景亮度情况字 体笔划宽：字高低照度下字母与背景的亮度对比比较低时亮度对比值大于1:12（白底黑字）亮度对比值大于1:12（黑底白字）黑色字母于发光的背景上发光字母于黑色的背景上字母具有较高

35、的明度视距较大而字母较小的情况下粗粗中粗中中细粗中细极细粗中粗1:51:51:61:81:61:81:51:81:101:121:201:51:67/18/202262安全第一，预防为主，综合治理第62页，共109页。 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

36、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。7/18/202263安全第一，预防为主，综合治理第63页，共109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 7/18/202264安全第一，预防为主，综合治理第64页，共109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。 7/18/202265安全第一，预防为主，综合治理第65页，

37、共109页。图2 指针的基本形状 7/18/202266安全第一，预防为主，综合治理第66页，共109页。图3 各种箭头形状的比较 7/18/202267安全第一，预防为主，综合治理第67页，共109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

38、和字符的颜色应该相同。7/18/202268安全第一，预防为主，综合治理第68页，共109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5-24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。 7/18/202269安全第一，预防为主，综合治理第69页，共109页。表5-24 配色的级次 级次12345678910清晰程度底色被衬色模糊程度底色被衬色7/18/202270安全

39、第一，预防为主，综合治理第70页，共109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。 7/18/202271安全第一，预防为主，综合治理第71页，共109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

40、图518所示。实验表明，由亮小圆点阵来构造字符（如图519），认读性好，使混淆的可能性大为减小。 7/18/202272安全第一，预防为主，综合治理第72页，共109页。图5-18 电子数码显示 图519 圆点阵显示 7/18/202273安全第一，预防为主，综合治理第73页，共109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5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

41、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。 7/18/202274安全第一，预防为主，综合治理第74页，共109页。图5 格雷瑟的实验仪表 (1)7/18/202275安全第一，预防为主，综合治理第75页，共109页。图5 格雷瑟的实验仪表 (2)7/18/202276安全第一，预防为主，综合治理第76页，共109页。模拟显示与数字显示的功能比较 比较项目模拟显示仪表数字显示仪表指针活动式指针固定式数量信息中：指针活动时读数困难中：刻度移动时读数困难好：能读出精确数值，速度快、差错少质量信息好：易判定指针位置，不需读出数值和刻度就能迅速发现指针的变动趋势差

42、：未读出数值和刻度时，难以确定变化方向和大小差：必须读出数字，否则难以得知变化的方向和大小调节性能好：指针运动与调节活动有简单而直接的关系，便于调节和控制中：调节运动方向不明显，指示的变动难控制，快速调节时不易读数。好：数字调节的监测结果精确，数字调节与调节运动无直接关系，快速调节时难以读数监控性能好：能很快确定指针位置并进行监控，指针与调节监控活动关系最简单中：指针无变化有利监控，但指针与调节监控活动的关系不明显差：不便按变化的趋势进行监控7/18/202277安全第一，预防为主，综合治理第77页，共109页。一般性能中：占用面积大，照明可设在控制台上，刻度的长短有限，尤其在使用多指针显示时

43、认读性差中：占用面积小，仪表需局部照明，只在很小一段范围内认读，认读性好好：占用面积小，照明面积也是最小，表盘的长短只受字符的限制综合性能可靠性高稳定性好易于显示信号的变化趋向易于判断信号值与额定值之差精度高认读速度快无差补误差过载能力强易与计算机联用局限性显示速度较慢易受冲击和振动的影响环境因素影响较大过载能力差质量控制困难显示易跳动或失效干扰因素多需内附或外附电源元件或焊接件存在失效问题发展趋势提高精度与速度采用模拟与数字混合型显示仪表提高可靠性采用智能化显示仪表7/18/202278安全第一，预防为主，综合治理第78页，共109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(

44、见表1) 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7/18/202279安全第一，预防为主，综合治理第79页，共109页。表1 能见距离与空气透明度的关系 大气状态透明系数能见距离 km空气绝对纯净0.99200透明度非常好0.97150很透明0.96100透明度良好0.9250透明度中等0.8120空气稍许混浊0.6610空气混浊（霾）0.364空气很混浊（浓霾）0.122薄 雾0.0151中 雾2 10-4 8 10-100.50.2浓 雾10-19 10-340.10.05极浓雾10-34几十 几米大气透明度：太阳光线在到达大气层上界时，垂直

45、于太阳射线方向的表面上的辐射强度I0=1353W/m2（I0 称为太阳常数）当日射垂直地面，到达地面的太阳辐射强度是衡量大气透明程度的标志。P值愈接近1，大气愈清澈，一般为0.65-0.75。7/18/202280安全第一，预防为主，综合治理第80页，共109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7/18/202281安全第一，预防为主，综合治理第81页，共109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5-20所示的信号灯。

46、图520 改进的交通信号灯7/18/202282安全第一，预防为主，综合治理第82页，共109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 7/18/202283安全第一，预防为主，综合治理第83页，共109页。四、听觉显示器的设计 1、音响及报警装置的设计 音响和报警装置的类型及特点 蜂鸣器 常配合信号灯一起使用，作为提示性听觉显示装置，提示操作者注

47、意，或提示操作者去完成某种操作，也可用于指示某种操作正在进行。 铃 铃因其用途不同，其声压级和频率也有较大差别。用做指示上下班的铃声和报警器的铃声，其声压和频率就较高，因而可用于具有较高强度噪声的环境中。 角笛和汽笛 角笛常用作高噪声环境中的报警装置；汽笛较适合于紧急状态的音响报警装置。 警报器 主要用作危急状态报警，如防空、救火报警等。 7/18/202284安全第一，预防为主，综合治理第84页，共109页。 音响和报警装置的设计原则 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

48、以上。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500600Hz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。7/18/202285安全第一，预防为主，综合治理第85页，共109页。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

49、合。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。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。 7/18/202286安全第一，预防为主，综合治理第86页，共109页。2、语言传示装置的设计语言的清晰度 语言清晰度（室内）与主观感觉的关系（见表514 ）。设计一个语言传示装置，其语言的清晰度必须在75以上，才能正确传示信息。语言的

50、强度 语言传示装置的语言强度最好在6080 dB之间。 （见图）噪声对语言传示的影响 当噪声声压级大于40dB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。 7/18/202287安全第一，预防为主，综合治理第87页，共109页。语言清晰度百分率100人的主观感觉65以下65757585859696以上不满意语言可以听懂，但非常费劲满意很满意完全满意表514 语言清晰度的评价 7/18/202288安全第一，预防为主，综合治理第88页，共109页。图 语音强度与清晰度的关系 7/18/202289安全第一，预防为主，综合治理第89页，共109页。五、 仪表盘总体布局设计 1、 仪表

51、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515)。 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s。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1530，以保证视线与盘面垂直。 7/18/202290安全第一，预防为主，综合治理第90页，共109页。视线上下的角度区域误 读 概 率0151530304545606075

52、75900.00010.00050.00100.00150.00200.00250.0030表515 视角与差错率的关系 7/18/202291安全第一，预防为主，综合治理第91页，共109页。2、 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。一字形布置的结构简单，安装方便，适用于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

53、克服。因此该种布置形式常用于大中型控制室。 7/18/202292安全第一，预防为主，综合治理第92页，共109页。3、 仪表盘的垂直立面布置 7/18/202293安全第一，预防为主，综合治理第93页，共109页。第三节人机环境系统三、人机环境系统中的环境因素作业环境是指人、机器共处的特殊条件。主要有：热环境、照明、噪声、振动、粉尘、失重、异常气压、电离辐射及有害物质等。创造一个舒适的、安全的作业环境，不仅有利于保护劳动者的健康与安全，还有利于最大限度地提高系统的综合效能。7/18/202294安全第一，预防为主，综合治理第94页，共109页。第三节人机环境系统、作业环境区域划分：最舒适区：

54、各项指标最佳，使人在劳动过程中感到满意；舒适区：在正常条件下，环境的各项指标符合要求，使人能够接受，且不会感到刺激和疲劳不舒适区：作业环境的某种指标偏离了舒适指标的正常值，较长时间处于此环境下，会使人疲劳或影响功效，甚至会损害操作者的健康，造成职业病。不能忍受区：在这种环境工作，若无相应的保护措施，人将难以生存。7/18/202295安全第一，预防为主，综合治理第95页，共109页。决定舒适程度的环境因素范围7/18/202296安全第一，预防为主，综合治理第96页，共109页。三、人机环境系统中的环境因素 、微气候：作业场所内的空气温度、湿度、流速及各种物体辐射热等因素共同作用形成的微小环境

55、气候。根据能量转换和守恒定律可得人体热平衡方程式： S= MRCEW 式中 S人体蓄热率，W/m2； M人体新陈代谢率（Metabolic Rate ），取决于人体的活动量的大小，W/m2； R穿衣人体与环境的辐射热交换，W/m2； C穿衣人体与环境的对流热交换，W/m2； E穿衣人体与环境的蒸发热交换，W/m2； W人体所作的机械功，W/m2。7/18/202297安全第一，预防为主，综合治理第97页，共109页。在稳定的环境条件下，S应该为零，这时，人体保持了能量平衡。如果周围环境温度(空气温度及围护结构、周围物体表面温度)提高，则人体的对流和辐射散热量将减少，为了保持热平衡，人体会运用自身的自动调节机能来加强汗腺的分泌。这样，由于排汗量和消耗在汗液蒸发上热量的增加，在一定程度上会补偿人体对流和辐射散热的减少。当人体余热量难以全部散出时，余热量就会在体内蓄存起来，于是S变为正值，导致体温上升，人体会感到很不舒服，体温