1、工业设计人机工程（工业设计人机工程（3 3版）版）阮宝湘等阮宝湘等 编著编著第三章第三章 桌椅设计桌椅设计第一节 桌椅设计概述一、座椅与一、座椅与坐姿工作坐姿工作坐姿的生理学、解剖学特点：解除上身对腿、踝、膝、髋等关节的压力，减轻全身及腿部肌肉的负荷，降低体能消耗。腿部血管静压降低，血液易于向心脏回流循环，能缓解疲劳。有利于情绪的安定，对脑力劳动、精细操作、视觉作业更适宜。腿脚能参与操作，还能利用靠背发挥腿脚的蹬力。不利方面：操作范围、动作幅度小；双臂操作力小；对环境振动敏感。二、桌椅的历史与现状二、桌椅的历史与现状1 古代桌椅在造型、装饰等审美、文化方面可供今人研究借鉴。但符合人体解剖学要求
2、、能长时间坐着舒适的座椅却鲜如凤毛麟角。图3-1 布劳耶钢管椅（1928）德国包豪斯学校的布劳耶（1902-1981）突破木制家具的传统，设计出第一把钢管椅，首开家具新材料使用的先河。沙发 瑞典医生阿克布罗姆阿克布罗姆的站与坐的姿势站与坐的姿势一书一书1948年问世，奠定解剖学指导座椅功能设计的基础。1954年发表了他的座椅靠背曲线设计。图3-2 阿克布罗姆靠背曲线座椅21968年IEA召开第一次座椅国际学术研讨会，掀起研究高潮。随后，各国纷纷制定或修订新的座椅技术标准，如学校课桌椅、办公用椅、工作椅、飞机座椅、火车座椅等的工业标准。1974年日本 把办公桌高度由740mm改为700mm（男用
3、或男女合用），与670mm（女用）的两种新标准。1980年代以前我国办公桌的通用高度为800mm。！近年我国市场上的新型办公桌已经降到较为合适的高度。我国已发布了一批家具的技术标准，如：GB/T 39762002 学校课桌椅功能尺寸，GB/T 147741993 工作座椅一般人类工效学要求，GB/T 332633281997（办公桌、文件柜、衣柜等家具尺寸标准等。合理的桌高合理的桌高 合理的椅面高合理的合理的椅面高合理的“桌椅面高度差桌椅面高度差”。因此，关键是座椅问题，优先分析。3第二节 坐姿生理解剖基础一、坐姿脊柱形态及其生理效应一、坐姿脊柱形态及其生理效应1脊柱、椎间盘与骨盆结构脊柱、椎
4、间盘与骨盆结构人体骨骼共有206块。图3-3 全身骨骼图 3-4 脊柱的构造支撑头颅与全身的骨结构为脊柱、骨盆与下肢。脊柱分4个区段，共24节椎骨；脊柱的下端是骶尾骨。脊椎骨间的软组织称椎间盘。全部椎间盘的厚度之和占脊柱总长的1/4。腰椎的椎间盘最厚。4骨盆由脊柱下端的骶尾段与髋骨构成，上接脊柱，下连下肢。骶尾骨嵌插在髋骨腔孔内，人的体重经骶尾骨传压在髋骨上。人坐着，体重由坐骨作用于椅面，腿脚不受力。人站着，体重通过腿脚作用于脚底支承面上。a）坐着 b）站着图3-5上身体重在骨盆处的传承情况52坐姿脊柱形态的变化及其生理效应坐姿脊柱形态的变化及其生理效应人直立时脊柱为正常生理弯曲状态，椎间盘受
5、压均匀且较小；形态特征是腰椎段为向前凸出，且曲度较大。坐姿引起脊柱形态改变：腰椎段由前凸变直甚至略向后凸，不利腰间盘受压均匀，因此坐姿下腰椎易感不适。a）站着，腰椎前凸 b）坐着腰椎凸向后图3-6 坐姿脊柱形态的变化6这种不利影响因靠背形式不同而明显不同。图3-7 靠背仰角、支承对第三腰椎椎间盘压力的影响可见坐姿脊柱形态的解剖学分析对于座椅设计很重要。7二、坐姿下的体压二、坐姿下的体压（一）椅面上臀部与大腿的体压（一）椅面上臀部与大腿的体压两坐骨粗大坚壮，皮肤厚实，适宜承受坐姿的大部分体压。但压力过于集中，则因对微血管局部神经末梢压力过重而有碍。影响椅面上体压的因素：椅面软硬、椅面高度、椅面倾
6、角及坐姿椅面软硬、椅面高度、椅面倾角及坐姿等。1 1椅面软硬与椅面体压椅面软硬与椅面体压 硬椅面上加薄软的垫子，坐骨下压力峰值大幅度下降，可改善体压分布。坐垫太软、太厚，使体压分布过于均匀，则有害无利。图3-8 椅面上适宜的体压分布（10Pa）82 2座高与椅面体压座高与椅面体压图3-9 三种座高下椅面体压等压线图（10Pa）3 3座面倾角与椅面体压座面倾角与椅面体压9 前倾工作时，座面倾角与椅面体压的关系甚大，如右图示。（二）腘窝的压力（二）腘窝的压力腘窝对压力很敏感，应避免受压。a）座面过高 b）座面过深图3-10 造成腘窝受压的两种原因10三、坐姿下的股骨、肩部、小腿与背肌三、坐姿下的股
7、骨、肩部、小腿与背肌1股骨与座面形状股骨与座面形状 椅面在冠状面内成较大的弧凹形，使股骨两侧往上推移，髋部肌肉受压，造成不适。图3-11 椅面形状和 扶手高度的解剖学分析2肩部与扶手高度肩部与扶手高度3小腿的支承与背肌小腿的支承与背肌 小腿支承在地面，大腿体压降低、背肌紧张缓解，上身平衡稳定而轻松。适宜不适宜11四、平衡调节理论四、平衡调节理论适时活动身体，使骨骼肌肉和体压状态得到调节变更，才符合生理要求。“翘二郎腿翘二郎腿”，是生理学的“不不良姿势良姿势”，但在不知不觉中不知不觉中“立正”与“稍息”。图3-12 “翘二郎腿”与正常坐姿的椅面体压12五、五、工作座椅工作座椅的一般人类工效学要求
8、的一般人类工效学要求 GB/T 14774-1993 工作座椅工作座椅一般人类工效学要求的要点如下。结构形式使操作者身体舒适、稳定，能准确进行操作。座高和腰靠高方便于调节，并能进行可靠的紧固。调节范围：从女子5百分位数到男子95百分位数 座高：360480mm，无级或20mm一挡的有级调节；腰靠高：165210mm，无级调节。外露部分没有易伤人的尖角、锐边、突头。结构材料无毒、阻燃、耐用；座垫、腰靠、扶手的覆盖层材料柔软、防滑、透气、吸汗、不导电。13第三节 座椅的功能尺寸座椅功能尺寸和形态随目的要求而异，可分为：工作椅，休息椅，办公室用椅、会议室用椅等。本节着重分析工作椅的功能尺寸，兼及其他
9、座椅。一、座面（前缘的）高度一、座面（前缘的）高度1工作座椅工作座椅座高的设计要点是：大腿基本水平，小腿铅垂支撑于地面；腘窝不受压；臀部边缘及腘窝后部的大腿在椅面获得“弹性支承”。即工作椅座高为即工作椅座高为：比坐姿人体尺寸的比坐姿人体尺寸的“3.8 3.8 小腿加足高小腿加足高”低低 101015mm15mm。由表2-3，P50男413mm，P50女382mm，加穿鞋修正量（男25mm，女20mm），穿裤修正量（6mm），得到工作椅合适座高：50百分位数身高的男子：413（256）10mm422mm，50百分位数身高的女子：382（206）10mm386mm。14同样查得，P95男448mm
10、，P5女383mm，从而得到：95百分位数身高的男子：448（256）10mm457mm，5百分位数身高的女子：342（206）10mm346mm。把两个数据四舍五入为圆整的数值，得到：中国男女通用工作椅座高的调节范围应为：中国男女通用工作椅座高的调节范围应为：350350460mm460mm。关于工作椅座高的几点讨论关于工作椅座高的几点讨论身材高矮的影响甚大，通用工作椅高度应该可调节；个人专用工作椅宜按个人情况确定座高；综合生理解剖的分析来看，工作椅座高宁低勿高。太高啦太高啦！2.2.其他椅子其他椅子 为了舒适，非工作椅座高宜于比工作椅低，从会议室椅、影剧院椅、候车室椅、公园休闲椅、沙发、安
11、乐椅、，到躺椅，座高依次降低。15二、座面倾角二、座面倾角常见工作椅的可为正值（前缘翘起），但用于读、写、打字、精细操作等身躯前倾工作的，取正值使腘窝处体压加大，则不合适。工作椅座面倾角问题可归结为3条：一般办公椅可取05，推荐34。前倾工作椅取负值；前倾度大，加大负值,如“平衡椅”和“云椅”。1工作座椅工作座椅16a）平衡椅 b）云椅图3-13 附设软垫膝靠的椅子 新式办公椅可在一定范围内自动调节和靠背倾角，使不同状态下都能较为舒适。图3-14 座面和靠背倾角可自动调节的工作椅172休息椅休息椅多为椅面前缘翘起、为正值，躯干稳定舒适。越是以休息放松为主的座椅，越应取较大数值。表3-1 几种非
12、工作椅的座面倾角参考值座椅类型会议室椅影剧院座椅公园休闲椅公交车座椅一般沙发安乐椅座面倾角55101010815可达20三、靠背的形式及倾角三、靠背的形式及倾角（一）不同座椅的靠背功能（一）不同座椅的靠背功能1工作椅工作椅工作椅的靠背主要是工作椅的靠背主要是腰靠腰靠，在第三、四腰椎的位置上在第三、四腰椎的位置上。2休息椅休息椅休息椅靠背后仰，功能转向支承躯干、放松背肌，位置在第八胸椎骨。安乐椅、躺椅等长时间休息用椅，为缓解颈椎负担，宜提供头枕。3办公椅办公椅介于工作椅和休息椅之间，可采用以支承躯干体重为主的靠背。18（二）四种座椅靠背形式（二）四种座椅靠背形式（小原二郎）表3-2 四种座椅靠背
13、形式及其适用条件（小原二郎等）名称支承特性支承中心位置靠背倾角*座面倾角适用条件低靠背1点支承第三、四腰椎骨930工作椅中靠背1点支承第八胸椎骨10548办公椅高靠背2点支承上：肩胛骨下部下：第三、四腰椎骨1151015大部分休息椅全靠背3点支承高靠背的2点支承再加头枕1271525安乐倚、躺椅等 中靠背座椅的功能尺寸（小原二郎）19图3-15 不同座椅部分功能尺寸的变化与对比四、其他功能尺寸四、其他功能尺寸1座深座深臀部边缘及大腿在椅面获得“弹性支承”，使上身稳定，减轻背肌负担。在腘窝不受压的条件下，腰背部能获得腰靠的支托。符合上述要求的工作椅座深为工作椅座深为：略小于坐姿人体尺寸略小于坐姿
14、人体尺寸“3.9坐深坐深”。中国成年人“坐深”：P5女 401mm，P95男 494mm。工作椅座深一般应“宁浅勿深”。GB/T 147741993给出的座深数值为 360390mm，推荐值 380mm。办公椅座深办公椅座深同于或稍大于工作椅座深。休息椅座深休息椅座深可以再大一些，20 但座深过大，使腰椎在座面和靠背交接处造成生理不适，也让老年人起站起困难。图3-16 座深过深，起立困难2座宽座宽 单人椅单人椅的座宽，略大于的座宽，略大于“4.6 坐姿臀宽坐姿臀宽”（男女公用者，取女性尺寸为设计依据）。中国人“坐姿臀宽”：P95女 382mm。因此，GB/T 14774-1993给出 座宽范围
15、 370420mm，推荐值 400mm。扶手椅座宽不够或过宽，坐着都不舒服。图3-17 座宽过小与过大 排椅排椅的单人座宽应大于的单人座宽应大于“4.7 坐姿两肘间宽坐姿两肘间宽”，并考虑穿衣引起的尺，并考虑穿衣引起的尺寸修正量寸修正量。中国人“坐姿两肘间宽”：P95男 489mm，考虑穿衣修正量，排椅的单人座宽宜不小于500mm。213扶手扶手扶手功能主要有：用手臂支撑起座、调节体位，尤其对躺椅、安乐椅；支承手臂重量，减轻肩部负担；对座位相邻者形成身体和心理上的隔离。扶手过高，使肩部被耸起；扶手过低，起不到支承大小臂的作用，均使肩部肌肉受力紧张，应避免。图3-18 扶手过高与过低扶手高度宜略
16、小于扶手高度宜略小于“3.5 坐姿肘高坐姿肘高”。中国人“坐姿肘高”：P50男 263mm，P50女 251mm。平均值257mm，GB/T 147741993对公用座椅的扶手高度推荐值为（23020）mm。22五、五、GB/T 14774GB/T 1477419931993的推荐值的推荐值GB/T 147741993 工作座椅一般人 类工效学要求23图3-19 工作座椅的结构*课堂讨论课堂讨论你体验过、考虑过不同坐姿的不同感受吗？a）b）图3-20 两种坐姿，不同感受这是啥？这是啥？你的新椅子你的新椅子试试！试试！谁？谁？24一、椅垫的生理学评价要素一、椅垫的生理学评价要素第四节 坐垫与靠垫
17、两个方面：椅垫的软硬（即力学或机械性能）；椅垫材质对于体肤的生理舒适性。二、椅垫的软硬性能二、椅垫的软硬性能 硬椅面硬椅面 局部体压过大，让人难受。椅垫过厚过软椅垫过厚过软 体压太均匀，不利于理调节，不舒适，使人无精打采。硬座面加薄软垫子硬座面加薄软垫子 软硬适中。图3-21 椅垫的软硬性能25三、椅垫材质的生理舒适性三、椅垫材质的生理舒适性1、椅垫材质的皮肤触感、椅垫材质的皮肤触感应柔软、暖和、粗糙而不是硬挺、僵冷、光滑。2、椅垫的微气候条件、椅垫的微气候条件 应该：透气性好，使皮肤的干爽；保温性适当，不过强或过弱；表面触感好，不过于光滑。图3-22 椅垫与人体接触面上的湿度状况26第五节
18、办公桌的功能尺寸一、桌面高度（桌椅配合）一、桌面高度（桌椅配合）桌面过高桌面过高 使人难受，还是引起青少年近视的原因之一。桌面过低桌面过低 工作时脊柱曲度加大，腹部受压，妨碍呼吸和有关部位的血液循环，颈椎弯曲尤其厉害。桌高的确定方法：桌高座高合理的桌椅高度差桌高座高合理的桌椅高度差合理的桌椅高度差合理的桌椅高度差（Czy）可依据坐姿的“坐高”确定，例如：书写用的桌子 Czy（坐高/3）（2030）mm，学生用的课桌 Czy（坐高/3）10mm，等。27据此，推算中等身材男子、女子书写用桌的桌高如下：书写用桌高座高Czy座高（坐高/3）20mm 对50百分位数身高的男子，座高50男422mm，坐
19、高50男908mm，啊哈，啊哈，“座高座高”与与“坐高坐高”还有什么不同吗？！还有什么不同吗？！由此可得 书写用桌高50男男422+（908/3）20mm705mm对50百分位数身高的女子，座高50女386mm，坐高50女852mm，由此可得 书写用桌高50女女386+（852/3）25mm655mm办公桌办公桌与书写专用桌略有区别，难以区别男用或女用。GB/T 33261982规定 办公桌桌高范围为 H700760mm，级差S20mm。28我国中等身材者办公桌的适宜尺寸。a）中等尺寸的办公桌椅 b）可调尺寸的办公桌椅 图3-23 办公桌椅的尺寸29二、中屉深度二、中屉深度桌高降到700760
20、mm，中屉得减浅，否则大腿位置局促，甚至放不进去。桌椅高度差的尺寸组成为：abxcd ef式中 a 桌椅高度差 b 桌子面板的厚度 x 中屉的深度 c 中屉底板的厚度 d 坐姿人体尺寸“3.6 坐姿大腿厚”e 穿衣修正量 f 中屉下面大腿的（小幅度）活动空间对中等身材的男子：a（908/3）20mm283mm，d130mm，设取 b20mm，c10mm，e（26mm）12mm，f30mm，于是得到 x28320101213030mm81mm。可见新式办公桌的中屉深度仅80mm左右，相当浅。30走马看花走马看花 轻松浏览：轻松浏览：各种座椅各种座椅313233 骨质疏松磁疗椅 （陈慎任 马海波
21、设计）34353637室外休闲椅：遮阳伞位置角度均便于调节38工业设计人机工程（工业设计人机工程（3 3版）版）阮宝湘等阮宝湘等 编著编著第四章第四章 显示装置显示装置第一节 人的视觉与听觉特性一、感觉器官与感觉类型一、感觉器官与感觉类型1人的主要感觉器官与感觉类型人的主要感觉器官与感觉类型作用于人感觉器官的外界物理量在心理学中称为刺激。刺激。表4-1 人的感觉类型与感觉器官感觉类型感觉器官刺激类型感觉、识别的信息视觉眼睛一定频率范围的电磁波形状、位置、色彩、明暗听觉耳朵一定频率范围的声波声音的强弱、高低、音色嗅觉鼻子某些挥发或飞散的物质微粒香、臭、酸、焦等味觉舌头某些被唾液溶解的物质甜、咸、
22、酸、苦、辣等皮肤觉皮肤及皮下组织温度、湿度、对皮肤的触压、某些物质对皮肤的作用冷热、干湿、触压、疼、光滑或粗糙等平衡觉半规管肌体的直线加速度、旋转加速度 人体的旋转、直线加速度运动觉肌体神经及关节肌体的转动、移动和位置变化人体的运动、姿势、重力等39 视觉信息在外界刺激中比例最大，听觉次之，皮肤觉（温度、触压、干湿）再次之。显示装置也有这几种刺激类型。2人的感知响应过程人的感知响应过程人接受外界信息（刺激）而作出反应的过程称为感知响应过程感知响应过程。图4-1 人的感知响应过程与人机系统感知响应过程：感知响应过程：感觉器官感觉器官 传入神经传入神经 大脑皮层大脑皮层 传出神经传出神经 运动器官
23、。运动器官。40二、视觉器官与视觉机制二、视觉器官与视觉机制1视觉器官视觉器官眼睛的构造眼睛的构造图4-2 眼球的构造前后依次为：角膜；角膜；前房；前房；虹膜；虹膜；晶状体；晶状体；玻璃体；玻璃体；视网膜视网膜。眼球壁从外向里依次为：外膜；外膜；中膜；中膜；内膜，内膜，即视网膜。视网膜。眼球周围还有6块肌肉可使眼球转动。412 2视觉机制视觉机制可见光在电磁波频谱中只占很小的范围。图4-3 电磁波频谱中的可见光视网膜内壁上有视杆细胞视杆细胞和视锥细胞视锥细胞，功能互相不同。人眼能“即时”看清的区域很小。眼球转动依次看清较大范围叫目光的巡视目光的巡视。3 3视觉系统视觉系统 眼睛、视神经和视觉中
24、枢组成了视觉系统。两眼视神经交叉交迭，分左、右两支到达大脑而使人获立体感。42三、人的视觉特性三、人的视觉特性（一）视野及视区（一）视野及视区 亦称视场视场，基本定义是：头部和眼睛在规定的条件下，人眼可观察头部和眼睛在规定的条件下，人眼可观察到的水平面与铅垂面内的空间范围到的水平面与铅垂面内的空间范围。分为直接视野、眼动视野和观察视野。（1）直接视野直接视野 当头部和两眼静止不动时，人眼可观察到的水平面与铅垂面内的空间范围。（2）眼动视野眼动视野 头部保持在固定位置，眼睛为了注视目标而移动时，能依次注视到的水平面与铅垂面内的空间范围。又分单眼和双眼眼动视野。（3）观察视野观察视野 保持身体在固
25、定位置，头部与眼睛转动注视目标时，能依次注视到的水平面与铅垂面内的空间范围。1 1视野视野 在铅垂面内，水平线下的视野大于水平面上的视野。（4）正常视线正常视线 头部和两眼放松状态，水平视线下2535的视线。43图4-4 正常视线 图4-5 最佳的直接视野 图4-6 最佳的眼动视野 图4-7 最佳的观察视野44色觉视野（色视野）色觉视野（色视野）：白色最大，黄色、蓝色，红色依次递减，绿色视野最小。图4-8 色视野2 2视区视区 按辨认清晰度和速度，分4个。表4-2 不同视区的空间范围及辨认效果中心视区很小中心视区很小，在水平和铅垂两个方向上都只有1.53。要看清更大的范围靠目光的“巡视”。45
26、（二）视角及视敏度（二）视角及视敏度1 1视角与视距视角与视距 D为物体的尺寸，L为视距视距，为视角，视角，三者关系是：图4-9 视距与视角D D（/3438/3438）L L 。上式中，视角的单位是“分”：1（1/60）。46 2.2.视力视力 正常视力正常视力 人眼对观察目标的分辨能力称为视力。能分辨目标对应的视角越小，表示视力越好。测定记录视力的“小数记录”法，以视角分值的倒数作为视力值，所以视力值越大，视力越好。在规定的条件下，能分辨1视角的视力称为正常视力。1的倒数等于1.0，所以“小数记录”法的正常视力值为1.0。47图4-10 标准对数视力表 （GB/T 11533-2011）图
27、中第9行，视标“E”每一笔画或间隙均为D=1.5mm，当视距L=5m=5000mm，由式4-1可得视标笔画或间隙对应的视角分值为 =34381.55000=1。即在规定的照度等条件下，被测者在视力表前5米处能单眼分辨第9行视标的笔画或间隙，即为正常视力。能分辨第9行以下的小图标，视力值大于1.0，视力优于正常视力；反之，视力值小于1.0，视力比正常视力差。（三）明暗适应（三）明暗适应人眼从看亮物体到能看清暗物体的过程称为暗适应暗适应；反之为明适应明适应。在反复且较大强度的明、暗适应中，易发生观察错误，使眼睛疲劳甚至伤害。暗适应和明适应（四）目光巡视特性（四）目光巡视特性（视觉运动特性）习惯方向
28、 水平：左右；铅垂：上下；旋转：顺时针。目光巡视为点点跳跃如袋鼠、而非绵延连续如蛇行。水平运动快于铅垂方向，且不易疲劳；水平方向上尺寸与比例的估测较准确。两眼总是协调地同时注视一处；设计常应依据双眼视野。对不同区域的视觉感知快慢不同。48（五）视错觉（五）视错觉视错觉有形状错觉、色彩错觉形状错觉、色彩错觉和物体运动错觉运动错觉。图4-11 视错觉的一些例子49设计中有时要避免视错觉的发生，有时又利用视错觉来达到一定目标。图4-12 视错觉在设计中应用的例子 电子天平和天平（陈慎任 沈熊键 马海波 设计）50 （一）人耳的听觉范围（一）人耳的听觉范围影响听觉的因素有声波的频率频率和强度强度。图4
29、-13 听觉的频率 和声压级范围四、人的听觉特性四、人的听觉特性常用声压级（声压级（dBdB，分贝）度量声波强度，分贝）度量声波强度。除个体差异外，影响听觉的因素主要是年龄。年龄增大，对高频声波的感受衰减。听觉能感受的最弱、最强限值为听阈听阈、痛阈痛阈。听觉能感受的频率和声压级范围见图4-13。成年人能感受的频率为2020000Hz；最敏感的是10003000Hz，人们讲话的频率基本在此范围内。（二）方向敏感性（二）方向敏感性两耳听觉的微小差异，使人辨别声音方向，称为“双耳效应双耳效应”。51频率越高，声波波长越短，辨别声音方向越容易。右耳的方向敏感性与频率的关系见图4-16。图4-14 听觉
30、方向敏感性（右耳）与频率的关系（三）遮蔽效应（三）遮蔽效应一个声音（主体声）被另一个声音（遮蔽声）掩盖的现象，称为遮蔽遮蔽。遮蔽的效应遮蔽的效应，与遮蔽声、主体声的相对频率和相对强度有关，对听觉传达和语言通讯的设计关系甚大。52第二节 显示装置的类型、设计与布置一、显示装置的类型与性能特点一、显示装置的类型与性能特点显示是有目的的信息传递。显示是有目的的信息传递。显示设计的基本要求显示设计的基本要求是将信息分配给合适的信息通道，使之顺利通过人机界面将信息分配给合适的信息通道，使之顺利通过人机界面。兼顾传递信息能产生情感或审美上的愉悦。显示装置有：视觉视觉、听觉听觉、触觉显示装置触觉显示装置。视
31、觉显示应用最广，听觉显示次之，触觉显示只用于辅助显示。视觉显示的优点：能传示数字、文字、图形图表、公式等复杂信息，便于延时保留和储存，受环境干扰小。听觉显示的优点：即时性警示性强，能向所有方向传示且不易受到阻隔，但与环境间的相互干扰较大。显示装置按形式可分为：仪表显示仪表显示、信号显示信号显示（信号灯、听觉信号、触觉信号）、荧光屏显示荧光屏显示等。显示仪表的常见类型有：刻度指针式仪表刻度指针式仪表和数字式显示仪表数字式显示仪表。53表4-3 刻度指针式仪表与数字式仪表的性能对比对比内容刻度指针式仪表数字式仪表信息 读数不够快捷准确 显示形象化、直观，能反映显示 值在全量程范围内所处的位置形象化
32、地显示动态信息的变化趋势 认读简单、迅速、准确不能反映显示值在全量程范围内所处的位置反映动态信息的变化趋势不直观跟踪调节 难以完成很精确的调节 跟踪调节较为得心应手 能进行精确的调节控制 跟踪调节困难其他 易受冲击和振动的影响 占用面积较大，要求照明条件占用面积小，常不需另设照明54二、显示仪表设计的人机学因素二、显示仪表设计的人机学因素（一）仪表刻度盘（一）仪表刻度盘1 1仪表刻度盘的形式仪表刻度盘的形式图4-15 刻度指针式仪表的形式a）开窗式 b）半圆形 c）圆形 d）水平直线形e）铅垂直线形 f）、g）、h）非整圆形对比数字式仪表，刻度指针式仪表的人机学因素更加丰富。55图4-16 几
33、种仪表刻度盘的形式与误读率2 2仪表刻度盘的尺寸仪表刻度盘的尺寸在基本保证清晰分辨刻度条件下，宜选取较小的直径。刻度盘外轮廓对应的视角，一般 （2.55）。同时考虑刻度线的数量、光照条件、空间限制等因素的影响。刻度盘外轮廓尺寸D与视距L的关系如下：D D（L L/23/23）（）（L L/11/11）。即刻度盘外轮廓尺寸宜在视距L的（的（1/231/11）间选取。56表4-4 刻度盘最小尺寸、标记数量与视距的关系 仪表盘外边缘的宽窄、颜色深浅，以能“拢”住视线，又不过于“抢眼”、不干扰认读为佳。（二）数码与字符（二）数码与字符 因素有：尺寸大小；字符宽高比和笔画粗细；字体选择；数码、字符主体色
34、与背景色的搭配等。数码字符对应的视角为1030。由此算出字符尺寸D与视距L的关系：D D=（L L/350/350）（）（L L/110/110）影响因素还有：光照强弱、字符与背景的明度色彩对比、认读快慢要求等。57中等光照及通常条件下，D L/250。表4-5 仪表盘上 字符的高度与视距（三）刻度及刻度线（三）刻度及刻度线1刻度标值刻度标值只在长刻度线上标注整数，按左到右、从到下，顺时针方向递增。a）适宜 b）不适宜图4-19 适宜与不适宜的刻度标值示例582 2刻度间距刻度间距刻度太小，分辨困难；过大，则认读速度降低。一般照明下，刻度对应的视角取 511。刻度间距D与视距L的关系：D D（
35、L L/700/700）（）（L L/300/300）。3刻度线刻度线 短、中、长三级刻度线的宽度、长度示例见图4-18。图4-18 三级长度的刻度线 表4-6 刻度线长度与视距的关系59（四）有关仪表结构因素的举例（四）有关仪表结构因素的举例1 1指针与盘面指针与盘面指针形状应有鲜明的指向性。图4-19 指针造型的指向性示例为避免读数误差，指针旋转平面与刻度线盘面在同一平面上。方案示例见右图。602.盘面结构与字符数码的立位盘面结构与字符数码的立位字符与数码的上下朝向称为立位立位。立位的选择与指针盘面的相对运动有关。图4-20 刻度盘结构与字符数码的立位三、显示仪表的布置三、显示仪表的布置一
36、般原则如下：所在平面与人的正常视线接近垂直。图4-21 显示装置平面与视线尽量垂直两种情况，两种情况，左图、右图，左图、右图，哪个合理？哪个合理？61 布置应紧凑，按重要性和观视频度分别布置在合适的视区内。图4-22 显示装置布置区域及认读效果的示例a）仪表板的尺寸（mm）与分区：最佳认读区，一般认读区b）不同区域的正确认读时间：1认读右半部，2认读左半部 显示装置较多时，仪表板改为弧围或折弯形。a）弧围形 b）折弯形图4-23 弧围形、折弯形仪表板62按从左到右、从上到下、按顺时针方向布置。按“功能分区功能分区”的原则布置。图4-24 美国SAEJ209号标准推荐的仪表功能分区布置63 检查
37、类检查类、警戒类仪警戒类仪表的表的“零位”和辅助线。显示与被显示对象有容易理解的一一对应关系。图4-26 显示与被显示对象对应关系正确与否的示例图4-25 检查类仪表的零位选择和辅助线的应用64第四节 信号显示设计一、信号显示的类型与特点一、信号显示的类型与特点信号显示有视觉、听觉、触觉视觉、听觉、触觉信号3种类型。各类型都可以是有源有源、或无源信号无源信号。表4-7 视觉、听觉和触觉的有源和无源信号的示例651 1视觉信号视觉信号由稳光、或闪光的信号灯构成。远距离信息显示远距离信息显示常用，主要优点：刺激持久、明确、醒目；闪光信号灯刺激强度更高。易于管理维护，便于自动控制。缺点是不适于传达复
38、杂信息。2听觉信号听觉信号铃、蜂鸣器、哨笛、语言等听觉信号的即时性、警示性强即时性、警示性强；尤其语语言能传达复杂信息言能传达复杂信息。主要应用于报警、提示报警、提示。听觉信号侵扰无关人群，不宜持续提供。听觉信号多需要人员守护管理。66表4-8 听觉信号功能参数和应用场合装置类型声压级范围/dB（距装置2.5m处）主频率/Hz适用条件、应用场合举例低音蜂鸣器5060200低噪声、小区域的提示信号高音蜂鸣器13in的铃60704001000低噪声、小区域内的报警60651200800电话铃、门铃，低噪声、小区域内的报警410in的铃6590800300学校、企业上下班铃，哨笛、汽笛9011050
39、007000不大区域内的报警噪杂的、大区域中的报警 3 3触触觉信号觉信号近身传递信息的辅助方法。图4-27 仅用触觉可识别形状的示例67二、信号灯二、信号灯（一）信号灯的视距与亮度（一）信号灯的视距与亮度1 1信号灯与背景的亮度及亮度比信号灯与背景的亮度及亮度比亮度比应大于2。为避免过亮的“眩光眩光”刺激，背景亮度应较低。2 2信号灯的亮度与视距信号灯的亮度与视距由环境、气象、警戒级别等因素决定，参照相关技术资料。（二）信号灯的颜色（二）信号灯的颜色与图形符号颜色的使用规则相同，例如：红色红色 警戒、禁止、停顿等；黄色黄色 提请注意；蓝色蓝色 指令；绿色绿色 安全或正常；白色白色 无特定含义
40、，等。68表4-9 险情信号颜色分类表（三）稳光与闪光信号的闪频（三）稳光与闪光信号的闪频闪光信号灯造成紧迫感，用于警示，险情警示及紧急警告等。一般警示，如路障警示等，可用1Hz以下的低闪频；紧急、重大险情，用高闪频，并与声信号结合，如消防车、急救车等。69（四）信号灯的形状、组合和编码（四）信号灯的形状、组合和编码信号灯与图形符号结合，增加其信息含量，已被广泛应用。例如：用箭头“”、“”、“”、“表示前进方向；用“”、“”、“/”或“”中加一45红杠表示禁止；用“！”表示注意险情或警告，等等。多个信号灯的组合，可显示复杂的信息内容。图4-28 显示飞机着陆高程的信号灯系统70汽车尾灯系统的 信号编码示例哇，那么多仪表！不让人看晕吗？哇，那么多仪表！不让人看晕吗？对啦，那才要设计呐，抓对啦，那才要设计呐，抓“人机工程”！尺寸、形式、色彩、排布件件都得细考究！7172
