1、2023-1-171 安全人机环境工程安全人机环境工程河南理工大学安全科学与工程学院河南理工大学安全科学与工程学院安全第一，预防为主2023-1-172本章主要内容p第一节第一节 安全人机环境工程基础安全人机环境工程基础p第二节人机环境系统中的主体因素第二节人机环境系统中的主体因素p第三节人机环境系统第三节人机环境系统p第四节人机环境系统安全性分析第四节人机环境系统安全性分析安全第一，预防为主2023-1-173第一节 安全人机环境工程基础p一、一、形成和发展形成和发展 萌芽阶段：人类最初使用简单工具进行劳动时萌芽阶段：人类最初使用简单工具进行劳动时期；期；形成阶段：更新型、更复杂、更精密的高
2、性能形成阶段：更新型、更复杂、更精密的高性能设备的产生阶段；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。人机环境工程学科的形成。安全第一，预防为主2023-1-174第一节 安全人机环境工程基础 起源于欧洲起源于欧洲 形成于美国形成于美国 发展于日本发展于日本 作为一门独立学科的历史已有作为一门独立学科的历史已有50余年余年 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
3、“人因工程学”、“人类工程学”中国 “工效学”、“人机工程学”等 中国安全第一，预防为主2023-1-175第一节 安全人机环境工程基础p二、二、基本概念和研究内容基本概念和研究内容、基本概念、基本概念 研究人机环境系统的安全本质，并使三者在安全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、经济运行的上达到最佳匹配，以确保系统高效、经济运行的一门科学。一门科学。、研究内容、研究内容）人的安全特性研究）人的安全特性研究）机的安全特性研究）机的安全特性研究）环境的安全特性研究）环境的安全特性研究）人机环境系统安全特性的研究）人机环境系统安全特性的研究安全第一，预防为主2
4、023-1-176第一节 安全人机环境工程基础p三、基础理论与研究方法三、基础理论与研究方法、基础理论、基础理论）系统论）系统论）控制论）控制论）模型论）模型论）信息论）信息论、研究方法、研究方法）实测法）实测法）实验模拟法）实验模拟法）定性、定量分析法）定性、定量分析法安全第一，预防为主2023-1-177第二节人机环境系统中的主体因素p 一、一、工程人体测量工程人体测量、人体的静态尺寸概念：、人体的静态尺寸概念：立姿人体尺寸立姿人体尺寸安全第一，预防为主2023-1-1710 表表5-3 坐姿人体尺寸坐姿人体尺寸 (单位：单位：mm)安全第一，预防为主2023-1-1711表表5-4 各区
5、域的体重、身高和胸围三项参数的均值和标准差（单位：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）安全第一，预防为主2023-1-1712名名 称称计算式计算式名名 称称计算式计算式坐 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1.032H臀部到小腿长0.280H坐面至举手指尖高0.795H表表 5-5 静坐时人体尺寸与身高的关系静坐时人体尺寸与身高的关系 安全第一，预防为主2023-1-1713、人
6、的动态测量参数：、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坐姿工作岗位上肢在水平面上的运动范围安全第一，预防为主2023-1-1714安全第一，预防为主2023-1-1715安全第一，预防为主2023-1-1716二、人对信息接收、处理和输出）人的信息接收）人的信息接收（1）信息传递的基本模式）信息传递的基本模式 信源载体编码信道噪声译码信宿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模式如下图 安全第一，预防为主2023-1-1717二、人对信息接收、处理和输出（2）人的信息接收能力）人的信息接收能
7、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。的刺激特别敏感。安全第一，预防为主2023-1-1718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
8、的绝对感觉阈限。那种刚能使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最大信号刺激能量称为绝对感觉阈限上引起感官不适或产生不正常感觉的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。应尽可能地远离感觉阈限的上下限。安全第一，预防为主2023-1-1719 当信号刺激的能量分布
9、落在感觉阈限的上下限之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。知范围和对信号能量差异的辨别能力参数。安全第一，预防为主2023-1-1720
10、人体主要感觉阈值感觉感觉感感 觉觉 阈阈下下 限限上上 限限视觉视觉（2.22.25.75.7）1010-17-17J J（2.22.25.75.7）1010-8-8J J听觉听觉1 11010-12-12J/mJ/m2 21 110102 2J/mJ/m2 2嗅觉嗅觉2 21010-7-7mg/mmg/m3 3 味觉味觉4 41010-7-7(硫酸试剂摩尔浓度硫酸试剂摩尔浓度)触觉触觉2.62.61010-9-9J J 温度觉温度觉6.286.281010-9-9J/mJ/m2 2ss9.139.131010-6-6J/mJ/m2 2ss振动觉振动觉振幅振幅2.52.51010-4-4mmm
11、m 安全第一，预防为主2023-1-1721二、人对信息接收、处理和输出）人对信息的中枢加工）人对信息的中枢加工 它由三个交互作用的子系统所组成（它由三个交互作用的子系统所组成（1）感知系统；（）感知系统；（2）认知系统；（认知系统；（3）运动系统，每个子系统都有各自功能上）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的信息进行暂时储存以便转换到下一加工环节。是将感觉到的信息进行暂时储存以便转换到
12、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，它接决策信息输出到运动系统。运动系统的功
13、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，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。同时将执行的信息反馈回感知系统。安全第一，预防为主2023-1-1722二、人对信息接收、处理和输出）人的信息输出）人的信息输出）影响人传递信息能力的主要因素）影响人传递信息能力的主要因素 信号方面的因素信号方面的因素 人的主体因素人的主体因素 环境因素环境因素安全第一，预防为主2023-1-1723第三节人机环境系统第三节人机环境系统p一、一、人机环境系统的整体设计人机环境系统的整体设计u（一）人机系统的类型：（一）人机系统的类型：.闭环和开环
14、人机系统：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；个封闭的回路结构；安全第一，预防为主2023-1-1724第三节人机环境系统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。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；动化系统、自动化系统；安全第一，预防为主2023-1-1725一、人机环境系统的整体设计u（二）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：设计步骤如下：）
15、人机环境系统分析：）人机环境系统分析：系统整体的必要条件、系统整体的必要条件、系统的外部环境、系统的内部环境、系统组成、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器的协调和有机结合关系、要素的决定和选择评价方法；价方法；2）人机环境系统的设计程序：）人机环境系统的设计程序：人机环境系统的预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。的综合与评价。安全第一，预防为主2023-1-1726第三节人机环境系
16、统第三节人机环境系统p二、二、人机环境系统中的人机关系人机环境系统中的人机关系u（一）人机功能特征的比较（一）人机功能特征的比较u（二）显示装置的设计（二）显示装置的设计u（三）操纵装置的设计（三）操纵装置的设计安全第一，预防为主2023-1-1727第三节人机环境系统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，以便研究人与机器的功机器各自所具有的不同特点，以便研究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
17、产生人的不安器的各自优点；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。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：个方面：人的功能的限度是准确性、体力、速度和知觉能力；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。力、造价及运营费用。安全第一，预防为主2023-1-1728人与机的优缺点比较项项 目目机机 器器人人速速 度度占优势占优势时间延时为时间延时为1s逻
18、辑逻辑推理推理擅长于演绎而不易改变其演绎擅长于演绎而不易改变其演绎程序程序擅长于归纳，容易改变其推理程序擅长于归纳，容易改变其推理程序计计 算算快且精确，但不善于修正误差快且精确，但不善于修正误差慢且易产生误差，但善于修正误差慢且易产生误差，但善于修正误差可可 靠靠 性性按照恰当设计制造的机器，在按照恰当设计制造的机器，在完成规定的作业中可靠性很高，完成规定的作业中可靠性很高，而且保持恒定，不能处理意外而且保持恒定，不能处理意外的事态。在超负荷条件下可靠的事态。在超负荷条件下可靠性突降性突降人脑可靠性远超过机械，但极度疲劳与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，人的紧
19、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可靠性很有影响，可处理意外紧急事态连连 续续 性性能长期连续工作，适应单调专能长期连续工作，适应单调专业，需要适当维护业，需要适当维护容易疲劳，不能长时间连续工作，且受容易疲劳，不能长时间连续工作，且受性别、年龄和健康状态等影响，不适应性别、年龄和健康状态等影响，不适应单调作业单调作业灵灵 活活 性性如果是专用机械，不经调整则如果是专用机械，不经调整则不能改作其它用途不能改作其它用途通过教育训练，可具有多方面的适应能通过教育训练，可具有多方面的适应能力力安全第一
20、，预防为主2023-1-1729人与机的优缺点比较（续）项项 目目机机 器器人人输输 入入灵敏度灵敏度具有某些超人的感觉，如有具有某些超人的感觉，如有感觉电离辐射的能力感觉电离辐射的能力在较宽的能量范围内承受刺激因素，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，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、信号，易受（超过规定限度的）热、冷、噪声和振动的影响冷、噪声和振动的影响智智 力力无无（智能机例外）（智能机例外）能应付意外事
21、件和不可能预测事件，能应付意外事件和不可能预测事件，并能采取预防措施并能采取预防措施操作处操作处理能力理能力操纵力、速度精密度、操作操纵力、速度精密度、操作量、操作范围等均优于人的量、操作范围等均优于人的能力。在处理液体、气体、能力。在处理液体、气体、粉体方面比人强，但对柔软粉体方面比人强，但对柔软物体的处理能力比人差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的信息可以完全反馈给控制器安全第一，预防为
22、主2023-1-1730人与机的优缺点比较项项 目目机机 器器人人功率功率输出输出恒定恒定不论大的，固定不论大的，固定的或标准的的或标准的1471KW的功率输出只能维持的功率输出只能维持10s，367.75KW的功率输出可维持几分的功率输出可维持几分钟，钟，150KW以下的功率输出能持以下的功率输出能持续一天续一天综合综合能力能力多种途径多种途径单一手段单一手段记记 忆忆最适用于文字的再现和长最适用于文字的再现和长期存储期存储可存储大量信息，并进行多种途可存储大量信息，并进行多种途径的存取，擅长于对原则和策略径的存取，擅长于对原则和策略的记忆的记忆安全第一，预防为主2023-1-1731人机的
23、功能分配 1、人机功能分配的含义、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。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：劳动人与机器的结合形式，依复杂程度不同可分为：劳动者者-工具；操作者工具；操作者-机器；监控者机器；监控者-自动化机器；监督自动化机器；监督者者-智能机器等几种。智能机器等几种。机器的自动化与智能化使操纵复杂程度提高因而对操机器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纵者提出了严格要求。
24、同时操纵者的功能限制也对机器设计提出特殊要求。器设计提出特殊要求。安全第一，预防为主2023-1-1732 人机结合的原则改变了传统的只考虑机器设计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，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。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
25、最佳效果的设计思想。反应速度，这便是获得最佳效果的设计思想。安全第一，预防为主2023-1-17332、人机功能分配的一般原则、人机功能分配的一般原则 人能完成并能胜过机器的工作人能完成并能胜过机器的工作：发觉微量的光和声，：发觉微量的光和声，接受和组织声、光的型式，随机应变和应变程度，长接受和组织声、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。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目前机器能完成并胜过人的工作：对控制信号迅速作：对控制信号迅速作出反应，平稳而准
26、确地产生出反应，平稳而准确地产生“巨大力量巨大力量”，做重复的，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，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。快速运算，同一时间执行多种不同的功能。安全第一，预防为主2023-1-1734采用人、机时有利点采用人、机时有利点 采用机器时的有利点采用机器时的有利点采用人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、重复性的操作、计算，大量的情报资料存储料存储1、由于各种干扰，需要判断信息时、由于各种干扰，需要判断信息时2、迅速施加大的物理力时、迅速施加大的物理力时2、在图形变化情况下
27、，要求判断图、在图形变化情况下，要求判断图形时形时3、大量的数据处理、大量的数据处理3、要求判断各种各样的输入时、要求判断各种各样的输入时4、根据某一特定范围，多次重复作出判、根据某一特定范围，多次重复作出判断断4、对发生频率非常低时的事态需要、对发生频率非常低时的事态需要进行判断时进行判断时5、由于环境约束，对人有危险或操作容、由于环境约束，对人有危险或操作容易犯错误时易犯错误时5、解决问题需要归纳、判断时、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、当调节、操作速度非常重要，具有决定意义时定意义时6、预测不测事件的发生时、预测不测事件的发生时7、控制力的施加要求非常严格时
28、、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、必须长时间地施加控制力时 安全第一，预防为主2023-1-1735人机功能分配的一般原则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，机器系统的监控、维修、设计、
29、创造、故障处理及应付突器系统的监控、维修、设计、创造、故障处理及应付突然事件等工作，由人承担然事件等工作，由人承担 安全第一，预防为主2023-1-17363、人机功能匹配对人机系统的影响、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（即生在工作负荷过高的情况下，人往往
30、出现应激反应（即生理紧张），导致重大事故的发生。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。失调导致工伤事故，进而采取改进对策。安全第一，预防为主2023-1-17374、人机分工不合理的表现、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
31、或速度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互联系的途径与手段安全第一，预防为主2023-1-17385、人机功能分配应注意问题、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。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信息从人的运动器官传递给机器，应考虑人的
32、权限能力和操作范围，控制器设计要安全、高效、可靠、灵敏。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。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不超过人的能力，以使人机结合面的信息通道数和传递频率不超过人的能力，以及机适合大多数人的应用。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。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
33、的事件一旦发生就会造成功能明显影响，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。的破坏，对这种事件就要事先安排监督和控制方法。安全第一，预防为主2023-1-1739显示装置设计显示装置设计 一、显示器的性能要求一、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、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。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、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。超过需要
34、，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能力极限，易于、显示形式要符合操作者的习惯及操作能力极限，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。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、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，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。显示速度超过人的反应速度
35、。安全第一，预防为主2023-1-1740二、显示器设计的基本原则二、显示器设计的基本原则 1 1、明显度高、明显度高 2 2、可见度高可见度高 3 3、可读性好、可读性好 4、阐明力强阐明力强 5 5、简单明了、简单明了 6 6、确保安全、确保安全 7 7、使视力有缺陷者（如视弱、色弱者）也不会误、使视力有缺陷者（如视弱、色弱者）也不会误认。认。8 8、显示器的显示方式和操作者的思维过程应当和、显示器的显示方式和操作者的思维过程应当和谐一致。谐一致。安全第一，预防为主2023-1-1741 三、视觉显示器的设计三、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视觉显示方式主要有数字
36、显示和模拟显示两类：类：数字显示中有机械式，数码管式液晶式和屏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幕式等。它直接用数码来显示有关参数和工作状态。作状态。模拟显示最常用的有刻度盘指针式和灯光显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。状态。手表表盘就是一个典型的模拟显示。安全第一，预防为主2023-1-1742 1 1、指针式仪表的设计、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、弧形和直依刻度盘的形状，指针显示器可分为圆形、弧形和直线
37、形（见表线形（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；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能迅速而准确地识读；刻度盘色彩对比是否便于监控者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。佳视区范围内。安全第一，预防为主2023-1-1743表表5
38、16 指针显示器的刻度盘分类指针显示器的刻度盘分类 安全第一，预防为主2023-1-1744 刻度盘的设计刻度盘的设计 刻度盘的形状刻度盘的形状。刻度盘的形状主要取决于。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、读仪表为例，其指针值必须能使识读者精确、迅速地识读。迅速地识读。实验研究表明，不同形式刻度盘的误读率亦实验研究表明，不同形式刻度盘的误读率亦不同（表不同（表51717）安全第一，预防为主2023-1-1745误读率比较误读率比较:开窗型，由于指针不动，刻度数字动，窗中的数字易读，其开窗型，由
39、于指针不动，刻度数字动，窗中的数字易读，其误读率最小。与此相反，圆型，半圆型等，由于需在仪表中寻找和确认指误读率最小。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
40、动快的缘故。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。安全第一，预防为主2023-1-1746表表5 517 517 5种显示器读数准确度的比较种显示器读数准确度的比较（圆型仪表为（圆型仪表为100）显示器类型显示器类型最大可见度盘尺寸最大可见度盘尺寸（mmmm）读数错误率读数错误率（%）开窗式开窗式圆形圆形半圆形半圆形水平直线形水平直线形竖直直线形竖直直线形42.342.354.054.01101101801801801804545100100153153252252325325安全第一，预防为主2023-1-1747 刻度盘的大小刻度盘的大小。刻度盘的大小取决于盘上标。刻度
41、盘的大小取决于盘上标记的数量和观察距离。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，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。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。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，最佳视角为验证明，最佳视角为2.52.55 5。因此，由最。因此，由最佳直径和最佳视角便可确定最佳视距，或已佳直径和最佳视角便可确定最佳视距，或已知视距和最
42、佳视角便可推算出仪表刻度盘的知视距和最佳视角便可推算出仪表刻度盘的最佳直径。最佳直径。安全第一，预防为主2023-1-1748 怀特（怀特（W WJ JWhiteWhite）等人对圆形刻度盘最）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，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率。结果表明，然后测试反应速度和误读率。结果表明，圆形刻度盘的最优直径是圆形刻度盘的最优直径是44mm44mm。关于圆形。关于圆形刻度盘的直径、观察距离和标记数量的推刻度盘的直径、观察距离和标记数量的推荐值请参见表荐值请参见表5 51818。安全第一，预防为主2023-1-1749表表51
43、8 认读速度和准确度与直径大小的关系认读速度和准确度与直径大小的关系（视距（视距750mm）刻度盘直径刻度盘直径 mm观察时间观察时间 s平均反应时间平均反应时间 s读错率读错率%250.820.766440.720.724700.755.7312安全第一，预防为主2023-1-1750表表51 18 观察距离和标记数量与刻度盘直径的关系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标记的数量刻度盘的最小允许直径刻度盘的最小允许直径观察距离观察距离 500mm 时时观察距离观察距离 900mm 时时3825.425.45025.432.57025.445.510036.464.315
44、054.498.020072.8129.6300109.0196.0安全第一，预防为主2023-1-1751（2）刻度线设计）刻度线设计 刻度的大小刻度的大小 刻度盘上最小刻度线间的距离称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度时，刻度的最小尺寸不应小于0.60.61mm1mm。当刻度。当刻度小于小于1mm1mm时，误读率急剧增加。因此，刻度的最小时，误读率急剧增加。因此，刻度的最小尺寸一般在尺寸一般在
45、1 12.5Omm2.5Omm之间选取之间选取,必要时也可采用必要时也可采用4 48mm8mm。采用放大镜读数时，刻度的大小一般取。采用放大镜读数时，刻度的大小一般取1 1X mmX mm（X X为放大镜放大倍数）。为放大镜放大倍数）。刻度线的最小值还受所用材料的限制，钢和铝的最刻度线的最小值还受所用材料的限制，钢和铝的最小刻度为小刻度为1mm；黄铜和锌白銅为；黄铜和锌白銅为0.5mm 安全第一，预防为主2023-1-1752 刻度的类型刻度的类型 常见的刻度类型有单刻度线、常见的刻度类型有单刻度线、双刻度线和递增式刻度线双刻度线和递增式刻度线（见图（见图5 51313）。递。递增式刻度线的形
46、象特征可以减少识读误差。增式刻度线的形象特征可以减少识读误差。刻度线的宽度刻度线的宽度即刻度线的粗细即刻度线的粗细 刻度线的宽刻度线的宽度取决于刻度的大小，当刻度线宽度为刻度的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，刻度线左右时，读数的误差最小。因此，刻度线宽度一般取刻度的宽度一般取刻度的515，普通刻度线通，普通刻度线通常取常取0.10.02mm；远距离观察时，可取；远距离观察时，可取0.60.8mm，精度高的测量刻度线取，精度高的测量刻度线取0.00150.1mm。安全第一，预防为主2023-1-1753图图513 刻度线刻度线 安全第一，预防为主2023
47、-1-1754 刻度线长度刻度线长度 刻度线长度选择合适与否，对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，见表视距的限制，见表5-195-19。当视距为。当视距为L L时，刻度线最时，刻度线最小长度为：小长度为：长刻度线长度长刻度线长度L L90 90 中刻度线长度中刻度线长度L L125125 短刻度线长度短刻度线长度L L200200 刻度线间距刻度线间距L L600600 刻度线长度还受刻度大小的影响，不同刻度范围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的刻度线长度按表5 52020选取。选
48、取。安全第一，预防为主2023-1-1755表5-19 刻度线的长度 观察距离观察距离 m长度长度 mm长刻度线长刻度线中刻度线中刻度线短刻度线短刻度线0.5以内以内5.54.12.30.50.910.07.14.30.91.820.014.08.61.83.640.028.017.03.66.067.048.029.0安全第一，预防为主2023-1-1756表表520 刻度线长度选择表刻度线长度选择表 （）（）刻度大小刻度大小长度长度刻度线刻度线0.150.30.30.50.50.80.81.21.22233558L1（短）（短）1.01.21.51.82.02.53.04.0L2（中）（中
49、）1.41.72.22.63.04.54.56.0L3（长）（长）1.82.22.83.34.06.06.08.0安全第一，预防为主2023-1-1757 刻度方向刻度方向 刻度盘上刻度值的递增顺序称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；竖直直线型应从下到上；平直线型应从左至右；竖直直线型应从下到上；圆形刻度应按顺时针方向安排刻度值。圆形刻度应按顺时针方向安排刻度值。数字累进法数字累进法 一个刻度所代表的被测值称为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单位值。每一刻度线上所标度的
50、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作用。数字累进法的一般原则如表52 21所示。所示。这是美国海军的研究成果。这是美国海军的研究成果。安全第一，预防为主2023-1-1758表表52 21 数字累进法数字累进法 优优可可差差1 2 3 4 51 2 3 4 55 10 15 20 255 10 15 20 2510 20 30 40 5010 20 30 40 5050 100 150 200 25050 100 150 200 2502 4 6 8 102 4 6 8 1020 40 60 80 1002
