安全人機(jī)工程學(xué)6

1、安全人機(jī)工程學(xué)6 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 第四節(jié) 掌握器的設(shè)計(jì) 掌握器是操用以掌握機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的裝 置或部件，是聯(lián)系人和機(jī)的重要部件之一 生產(chǎn)中的很多事故是因掌握器的設(shè)計(jì)未能充 分考慮人的因素所致 費(fèi)茨(p.m.fitts)和瓊斯(r.e.jones) 1947年在分析飛行駕駛中消失的460個(gè)操作失 誤中，發(fā)覺其中68%的錯(cuò)誤是由于掌握器設(shè) 計(jì)不當(dāng)引起的。這足以說明掌握器設(shè)計(jì)的重 要性2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 1 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 一、掌握器的類型與選擇 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 1、按操縱的動(dòng)力裝置分，有三類： 手控裝置 如按鈕、開關(guān)

2、、旋鈕、曲柄、杠桿及手輪。 腳控裝置 如腳踏板、腳踏鈕、膝掌握器等。 其它 如聲控、光控。 2、按掌握器的功能分，有四類： 開關(guān)掌握器 用于簡(jiǎn)潔的開或關(guān)，啟動(dòng)或停止的操縱 掌握。常用的有按鈕、踏板、手柄等。 轉(zhuǎn)換掌握裝置 用于系統(tǒng)當(dāng)中不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換操 縱掌握。如手柄、選擇開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、操縱盤。 調(diào)整掌握裝置 用于調(diào)整系統(tǒng)中工作參數(shù)定量增加或 削減的操縱掌握。如旋鈕、手輪、操縱盤等。 緊急停車掌握裝置 用于緊急狀態(tài)下啟動(dòng)或停止的 操縱掌握。如制動(dòng)閘、操縱桿、手柄。2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 2 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 二、掌握器設(shè)計(jì)的一般原則 1

3、、掌握器設(shè)計(jì)的一般要求 掌握器設(shè)計(jì)要適應(yīng)人體運(yùn)動(dòng)的特征，考慮 操的人體尺寸和體力。(表5-16、17) 掌握器操縱方向應(yīng)與預(yù)期的功能方向和機(jī) 器設(shè)備的被掌握方向全都。 掌握器要利于辨認(rèn)和記憶。 盡量利用掌握器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行掌握(如 彈簧等)或借助操體位的重力(如腳踏 開關(guān))進(jìn)行掌握。 盡量設(shè)計(jì)多功能掌握器，并把顯示器與之 有機(jī)結(jié)合，如帶指示燈按鈕等。2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 3 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 表5-16 常用操縱機(jī)構(gòu)所允許的最大用力 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 操縱結(jié)構(gòu)的形式 輕型按鈕 重型按鈕 腳踏按鈕 輕型轉(zhuǎn)換開關(guān) 重型轉(zhuǎn)換開關(guān) 允許的最大用力(n) 5 30

4、2090 4.5 20 前后動(dòng)作的杠桿左右動(dòng)作的杠桿 手輪 方向盤 150130 150 150 2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 4 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 表5-17 平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)掌握器的最大用力 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 操作特征 用手操縱的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 用手和前臂操縱的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 用手和上肢操縱的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 用手以最高速度旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu) 在精確安裝時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)工作 最大用力(n) 10 1938 7898 8.819 1929 2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 5 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 2、設(shè)計(jì)掌握器時(shí)應(yīng)考慮的因素 掌握信息的反饋 來自人體自身反饋信息的

5、部位：眼睛觀看手 腳的位移；手、臂、肩或腳、腿、臀感受的 位移或壓力信息。 來自機(jī)反饋的信息：儀表顯示、音響顯示、 振動(dòng)變化及操縱阻力四種形式。 1)光顯示。即在掌握器上裝有燈光顯示，如圖1所示。將按鈕做成透亮體，內(nèi)設(shè)小燈，當(dāng)按鈕到位 時(shí)，按鈕即發(fā)光。這樣不僅可以表明操作掌握器的 到位，還可以顯示按鈕的位置狀態(tài)，提示操注 意。還可以在掌握按鈕以外的相應(yīng)位置上用不同色 光的聯(lián)動(dòng)裝置來表示操作掌握器到位的狀況。2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 6 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 2)振動(dòng)變化?？梢苑从吃谡莆掌魃?，也 可反映在體覺上(如機(jī)動(dòng)車輛)。振動(dòng)也 經(jīng)常轉(zhuǎn)化為噪聲

6、的形式傳遞給操。 3)音響顯示。在掌握器上設(shè)置到位音響裝 置(如“卡嗒”聲),這種音響常由掌握 器定位機(jī)構(gòu)中自動(dòng)發(fā)出也可以裝設(shè)特地的 聯(lián)動(dòng)音響裝置。2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 7 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 4)操縱阻力主要有靜摩擦力、彈性 力、粘滯力、慣性力四種形式。其特 點(diǎn)見表5-18。 阻力大小與掌握器的類型、位置、移 動(dòng)的距離、操作頻率、力的方向等有 關(guān)。表5-19列出了不同掌握器的最小 阻力。 2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 8 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 表5-18 摩擦、彈性、粘滯性、慣性等 掌握器的阻力特性 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五

7、 章 類型 舉 例 特性 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 用途 摩 擦 力 閘 刀 開頭時(shí)阻力大， 因阻力大可削減 開關(guān)滑動(dòng)時(shí)阻 意外動(dòng)作 力即下降 阻力隨掌握器 移動(dòng)距離加長(zhǎng) 而增大 阻力與掌握器 移動(dòng)速度相對(duì) 應(yīng) 掌握精確度高;控 制器能自動(dòng)歸回 空位 掌握精確度高;運(yùn) 動(dòng)速度勻稱;穩(wěn)定 性好 掌握精確度低 宜作連續(xù) 掌握 彈力 彈 簧 掌握器移到中間 位置要定位時(shí)， 需設(shè)定位裝置 可作連續(xù) 掌握 粘 滯 力 活 塞 造價(jià)高 宜作連續(xù) 掌握 慣 性 力 搖 把 允許平滑移動(dòng);因 阻力由多級(jí)結(jié) 需較大作用力故 構(gòu)的慣性產(chǎn)生， 削減了意外移動(dòng) 一般較大 的可能 操作疲憊;移動(dòng)準(zhǔn) 確性差 可用于不 精確掌握 202

8、1.3 平安與環(huán)境工程系 第 9 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 掌握器類型手動(dòng)按鈕 所需最小阻力(n)2.8 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 扳動(dòng)開關(guān)旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān) 2.83.3 表 5 - 19 不 同 控 制 器 所 要 求 的 最 小 阻 力第 10 頁 旋鈕搖柄 手輪 手柄 腳動(dòng)按鈕 01.7922 22 9 5.6 (假如腳停留在掌握器上) 17.8(假如腳不停留在掌握器上) 44.5(假如腳停留在掌握器上) 17.8(假如腳不停留在掌握器 上) 腳踏板 2021.3 平安與環(huán)境工程系 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 掌握器的運(yùn)動(dòng) 由于掌握器的主要目的是掌握系統(tǒng)的

9、 變化，因此，應(yīng)盡量使掌握器的操作 方向與系統(tǒng)過程的變化方向相全都， 這樣可以使掌握器的操作形象化，又 可使掌握器的操作和系統(tǒng)的變化之間 產(chǎn)生肯定的規(guī)律關(guān)系，有利于操作人 員記憶和辨認(rèn)，提高操作效率。下圖 給出幾種操縱掌握器與系統(tǒng)反應(yīng)的對(duì) 應(yīng)方向的關(guān)系。平安與環(huán)境工程系 2021.3 第 11 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 操 縱 控 制 與 系 統(tǒng) 反 應(yīng) 的 對(duì) 應(yīng) 方 向 2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 12 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 掌握器上手或腳的使用部位的尺寸和結(jié) 構(gòu) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 手或腳操作的掌握器尺寸，首先取決于掌握器上 手

10、或腳使用部位的尺寸，其次需依據(jù)操作時(shí)是否 戴手套，或作業(yè)時(shí)鞋的形式來打算放寬的尺寸。 明顯對(duì)不同的掌握器，由于壓或握的用力方式不 同，操縱件尺寸和外形也不同。 手或腳使用的部位還打算于掌握器的重量安排。 必需在保證空位時(shí)操縱者可以離開掌握器自由活 動(dòng)，工作位時(shí)，不會(huì)因負(fù)擔(dān)掌握器的重量而引起 疲憊。 假如是手用工具，又不是利用重力工作的，就應(yīng) 盡量使工作的重心落在手握的部位上，以免手腕 肌肉擔(dān)當(dāng)較大的靜力負(fù)荷而引起疲憊。2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 13 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 握把部位不宜太光滑或太粗糙，若過于光滑， 操縱時(shí)不易抓穩(wěn)或握住，特殊是手上有

11、油或 水的狀況下更加不利，易發(fā)生失手事故，或 因長(zhǎng)時(shí)間過大的靜力負(fù)荷而使手疲憊，故一 般選用無光澤的軟紋皮包層為宜。 手柄的外形應(yīng)盡量使手腕保持自然狀態(tài)， 使手與小臂處于一條直線上，假如使手腕向 某一方向彎曲，就會(huì)使骨骼肌產(chǎn)生靜力疲憊。 因此設(shè)計(jì)原則是“寧肯彎曲手柄也不要使手 臂彎曲”。對(duì)手動(dòng)工具也是這樣，更需要使 握力充分發(fā)揮出來。影響握力的主要因素是 手柄直徑，手柄直徑為50mm時(shí)歐洲人握力 最 大 ， 對(duì) 亞 洲 人 而 言 手 柄 直 徑 可 取 40 50mm之間。2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 14 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 由于腳對(duì)動(dòng)作和壓力

12、的敏感度均較低，因此 腳用按鈕或踏板應(yīng)有足夠大的行程，以減小 誤踏時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作的可能。腳用按鈕還應(yīng)有 足夠大的接觸平面，以便于查找和踩穩(wěn)。腳 踏板應(yīng)有增加摩擦力的網(wǎng)紋。 將掌握器進(jìn)行合理編碼，使每個(gè)掌握器都 有自己的特征，以便于操確認(rèn)不誤，是 削減差錯(cuò)的有效措施之一。掌握器編碼一般 有6種方式：外形、位置、 大小、操作方法、 顏色和文字符號(hào)編碼?？梢罁?jù)需要，采納一 種或幾種方式的編碼組合。 2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 15 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 外形編碼 圖5-20給出了常用旋鈕的外形編碼實(shí)例。 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 16 頁 平安人

13、機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 連續(xù)旋轉(zhuǎn)鈕(掌握范圍超過360o)2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 17 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 部分旋轉(zhuǎn)鈕(掌握范圍不超過360o) 定位指示旋鈕(掌握范圍有固定的邊界限范 圍有固定的邊界限制)2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 18 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 下圖(左)是美國(guó)空軍常用的操縱桿的形 狀編碼。 下圖(右)為海軍雷達(dá)系統(tǒng)中常用的掌握鈕。 2021.3 平安與環(huán)境工程系 第 19 頁 平安人機(jī)工程學(xué) 安 全 人 機(jī) 工 程 學(xué) 第 五 章 大我碼 以相同外形而不同大小來區(qū)分掌握器的功 能和用途，這種形式的編碼應(yīng)用范圍較小， 通常在同一系統(tǒng)中只能設(shè)計(jì)大、中、小三 種規(guī)格。由于大我碼的視覺和觸覺感知 度小的緣由，常與其他形式編碼一起使用。 位置編碼 在人機(jī)操縱系統(tǒng)中，利用掌握器相對(duì)于人 的不同位置進(jìn)行編碼。汽車上的離合器、 制動(dòng)器和加速器的踏板，就是以位置編碼 的。通常，位置編碼的掌握器數(shù)量不多， 并須與人的操作挨次和操作習(xí)慣相全都， 這樣可以使人不用眼看，就可能正確地進(jìn) 行操作。2