人因工程(機器要素)

人因工程

管理學(xué)院●工業(yè)工程

機器要素要素一、人機介面二、顯示器三、控制器四、C/D組合

人機系統(tǒng)指人與機器之間有互為補充，互相依賴的關(guān)系。顯然人機系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)，在其中人扮演著關(guān)鍵角色，因為決策是由人來做出的。在人機系統(tǒng)中，信息和命令一般是這樣傳遞的：一個記錄顯示生產(chǎn)過程的某一信息，操作人員通過視力接受這一信息，對這一信息進(jìn)行正確的理解和評估(解釋)。根據(jù)他的解釋,根據(jù)他過去的經(jīng)驗,他做出一個決策，下一步是通過控制器把這個決策告訴給機器,另一個關(guān)于控制的顯示器告訴操作者他的行動的后果(如試劑里已溶化了多少水)，然后機器按照預(yù)先編好的程序招執(zhí)行命令，當(dāng)操作者看到這一過程中的主要信息,如溫度和壓力被顯示出來后，這個周期就完成了。一、人機介面人機介面要素人機介面要素

傳統(tǒng)的顯示器主要是指生產(chǎn)過程中顯示信息的各種儀表?，F(xiàn)在顯示器的定義要廣得多。顯示器是指任何把信息由機器或環(huán)境傳遞給人的媒介，因此，各種工業(yè)儀表是顯示器，產(chǎn)品的說明書也是顯示器，各種交通符號是顯示器，各種警報也是顯示器。事實上，日常生活中的報紙、電視、收音機等都是顯示器，都是以不同方式把信息傳遞給人的。定義二、顯示器按照作用對象的不同，提供信息的顯示器大致可分為視覺顯示器，聽覺顯示器和觸覺顯示器等，其中以視覺顯示器最為普遍。常用的視覺顯示裝置，包括各種儀表、信號、標(biāo)記和符號、示波屏(示波器,電視屏幕,計算機屏幕等)、以及其它顯示信息,如地圖,圖表,說明書等。聽覺顯示雖然不如視覺顯示使用得那么普遍，但在作為警告或提醒注意的裝置上卻有著特別的價值，當(dāng)然，還有使用聽覺渠道的其它機會,例如當(dāng)視覺受損失或者在無法使用視覺的黑夜環(huán)境中。常用的聽覺顯示裝置有鈴、蜂鳴器、喇叭、汽笛和哨子等。當(dāng)不能使用聽覺和視覺顯示時，我們有時也運用觸覺顯示，即讓人通過觸覺進(jìn)行辨別的。分類顯示器分類顯示性所顯示的信息應(yīng)具有較好的可覺察性，可辨性,保證監(jiān)視者迅速,準(zhǔn)確地獲得信息。顯示器傳遞的信息量不宜過多，特別是應(yīng)減少顯示不必要的信息。顯示符號應(yīng)力求形象化，并與人的習(xí)慣相一致。在一種感覺負(fù)擔(dān)過重時，應(yīng)改用另一種感覺協(xié)助獲取信息。同樣的信息應(yīng)盡量地用一種方式顯示。使信息顯示精度與系統(tǒng)的要求相適應(yīng)。應(yīng)考慮到照明、噪聲、振動、微氣候、空氣條件等因素的影響。設(shè)計原則顯示器原則設(shè)計原則總之，設(shè)計顯示器的形狀、大小、顏色、分度、標(biāo)記、空間布置、強度、亮度、變化、照明、背景環(huán)境、以及聽覺信息的響度、頻率、持續(xù)和信號噪音比等多種有關(guān)因素，都必須適合人接受信息的認(rèn)識過程，使操作者對顯示器所顯示的信息辨認(rèn)速度快、可靠性高、誤讀少，并且減輕精神緊張和身體疲勞。要素

儀表是一種應(yīng)用最廣的信息顯示裝置,它在生產(chǎn)過程中起著重要作用,儀表顯示的好壞直接影晌工作效率,儀表的種類很多,可分為以下三大類:指針運動式儀表盤面運動式儀表數(shù)字式儀表顯示器儀表顯示

儀表種類儀表種類指針運動儀表

這類儀表應(yīng)用極廣,它是用不同形式的指針來指示有關(guān)參數(shù)或狀態(tài),這類儀表式樣很多,如圓形,半圓形,水平長條形,垂直長條形,扇形等,一般指針處在儀表面內(nèi),其特點是指針運動而儀表面不動。盤面運動式儀表這種儀表式樣也很多,大體如指針運動式儀表的幾種式樣,其特點是指針不動而儀表盤面轉(zhuǎn)動(移動).數(shù)字式儀表這類儀表不用指針,而直接用數(shù)碼來指示有關(guān)參數(shù)或狀態(tài),常用的有條帶式數(shù)字,熒光屏上呈現(xiàn)數(shù)字,以及用數(shù)碼管或液晶呈現(xiàn)數(shù)碼等等,應(yīng)該根據(jù)系統(tǒng)對儀表的要求進(jìn)行選擇.顯示器儀表顯示

儀表的選擇

讀數(shù)用儀表檢查用儀表控制用儀表

儀表的選擇控制用儀表又可分為兩類：追蹤用儀表。如追蹤和瞄準(zhǔn)運動中的目標(biāo),這類儀表一般不需要精確讀數(shù),只需要看出實際狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)之間的差距以及變化趨勢,數(shù)字式儀表不適合,使用熒光屏顯示效率最優(yōu),在指示儀表中長條式最適合,其次是圓形儀表,。調(diào)節(jié)用儀表。這類儀表只是用來指示操縱器調(diào)節(jié)值,而不是指示機器系統(tǒng)的動態(tài),如收音機調(diào)頻顯示就屬于這類儀表,調(diào)節(jié)用儀表適用面較廣,一般采用指針運動式儀表,也可以采用數(shù)字式儀表.

儀表的選擇檢查用儀表一般不是為了獲得正確的數(shù)值,而的為了檢查儀表的指示是否偏離正常,當(dāng)偏離了時進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)；警戒用儀表也屬于檢查用儀表,儀表的指示范圍一般分正常區(qū),警戒區(qū)和危險區(qū)；對檢查用儀表,不能采用數(shù)字式儀表,很容易出差錯,也增加了操作人員的腦力負(fù)荷；讀數(shù)用儀表：對于這類用途儀表采用指針運動式儀表為合適；指針在儀表面上應(yīng)當(dāng)很明顯很突出,引人注目,警戒用儀表的警戒區(qū)、危險區(qū)和其它區(qū)域必須能明顯地區(qū)別開來,可以得用不同顏色、標(biāo)志等區(qū)分這類儀表指示各種狀態(tài)和參數(shù)的具體數(shù)值,供操作者讀出數(shù)值來使用,；數(shù)字式儀表最適合讀數(shù)用,無論是讀數(shù)速度還是讀數(shù)精度,數(shù)字式儀表都高于其它類型的儀表；數(shù)字式顯示有一個非常明顯的弱點：在某一時刻只有一個數(shù)值可見，很難由此判斷信息的變化；為了兼顧讀數(shù)和了解變化情況,在很多時候,我們?nèi)杂弥甘拘问降膬x表作讀數(shù)用。儀表的選擇顯示信息的不同方式顯示的種類指針移動式圓盤移動式數(shù)字式讀數(shù)容易程度可接受可接受很好辨別變化很好可接受很差控制過程很好可接受可接受顯示器儀表顯示

儀表的刻度

比儀表的外觀更重要的是儀表的刻度的尺寸,設(shè)計刻度時應(yīng)考慮以下內(nèi)容:刻度高度刻度的數(shù)目和間距數(shù)字標(biāo)法數(shù)字和字母的大小刻度標(biāo)數(shù)原則

儀表的刻度刻度標(biāo)數(shù)原則指針運動式儀表標(biāo)數(shù)的數(shù)字應(yīng)直排,儀表面運動標(biāo)數(shù)的數(shù)字則應(yīng)輻射定向安排；最小刻度一般可不標(biāo)數(shù),最大刻度必須標(biāo)數(shù)；指針在儀表面內(nèi)時,如果儀表空間中夠大,則數(shù)字應(yīng)在刻度的外側(cè),以避免被指針擋?。恢羔樤趦x表面外側(cè)時,數(shù)字應(yīng)標(biāo)有刻度的內(nèi)側(cè)；開窗式儀表的窗口大小應(yīng)顯示出被指出的數(shù)字及上下相鄰的兩個數(shù),以便看清指針運動的趨勢,標(biāo)數(shù)應(yīng)順時針直排儀表的刻度數(shù)字和字母的大小儀表刻度上標(biāo)記的文字和數(shù)字的高度,也應(yīng)根據(jù)視距的大小來確定,可以采用下列公式:H==L/200式中:H----數(shù)字或字母高;L----視距推薦的字母高度單位:毫米到眼睛的距離最小字母或數(shù)字的高度<5002.5501--9005.0901--18009.01801--360018.03601--600030.0字母和數(shù)字應(yīng)當(dāng)符合下列比例:寬度2/3高度筆劃的厚度1/6高度兩個字母之間的距離1/5高度單字之間的距離2/3高度儀表的刻度數(shù)字的標(biāo)法儀表上使用的數(shù)字,其增加的方向和累進(jìn)的方向?qū)μ岣唛喿x效率,減少讀錯也有非常重要的作用；數(shù)字的增加一般服從以下原則:*順時針方向為增加;*從左向右的方向為增加;*從下向上的方向為增加.數(shù)字應(yīng)只用來表示大的刻度,小刻度一般不標(biāo)出,為了便于讀數(shù),小刻度最好是大刻度的1/5或1/10.在不得已的情況下用2進(jìn)位也可以，其他的劃分讀起來很困難,應(yīng)盡量避免。儀表的刻度刻度的數(shù)目和間距儀表刻度數(shù)目首先應(yīng)滿足要求的精度；刻度的數(shù)目和間距也應(yīng)當(dāng)考慮操作人員讀表時的距離,一般來說,應(yīng)滿足下列:刻度的厚度a/5000兩個最小刻度的距離a/600兩個大刻度的距離a/50刻度精度和視距也決定了儀表表盤的大小.閱讀儀表時,如果視距近、儀表表盤，如圓形儀表的直徑可小些。儀表刻度直徑大小與刻度數(shù)最小限度為2.5厘米.儀表的刻度刻度高度儀表的刻度高度與視距有關(guān),如果a是可能的最遠(yuǎn)的觀察距離,建議用下列最小的刻度單位:最大刻度的高度:a/90中間刻度的單位:a/125最小刻度的高度:a/200如當(dāng)觀察距離是1米時,儀表的最小刻度的高度應(yīng)為5毫米,最大刻度的高度應(yīng)為1厘米。顯示器儀表顯示

儀表的指針

指針的形狀和大小指針的零位

指針的形狀應(yīng)以頭部尖、尾部平、中間等寬或狹長三角形為好，形狀要盡可能簡單，以便減少誤讀率；通過速示器對指針大小的實驗結(jié)果表明：指針的長度對讀數(shù)影響很大，而粗細(xì)對結(jié)果并沒有顯著的影響，因此在設(shè)計指針時,其長度必須慎重考慮；日本學(xué)者坪內(nèi)和夫研究了指針與刻度線的間隔認(rèn)為,當(dāng)指針與刻度線的距離超過0.6厘米時,距離越大,讀取誤差就越大,相反,從0.6厘米開始,越接近于0,其誤差越小,當(dāng)間隔接近0.2厘米時,誤差相同且保持不變,因此,指針與刻度線的間隔最好為0.2--0.1厘米；指針的針尖應(yīng)與最小的刻度等寬,指針應(yīng)盡量貼近儀表面,以減少讀值時的誤差。儀表的指針指針的零位

儀表指針零位一般都在時鐘9點或12點位置,圓形讀數(shù)儀表可視需要安排或設(shè)在12點鐘位置,警戒用儀表的警戒區(qū)應(yīng)設(shè)在12點鐘處,危險區(qū)和安全區(qū)處于其兩側(cè),許多檢查時,儀表的指針即使稍稍偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),立即可以發(fā)現(xiàn),讀到時間和誤讀率較少,如果儀表排成一行,應(yīng)排成2行,以避免觀察儀表時眼睛和身體有較大的移動.顯示器符號和圖形

使用符號的好處

在人的信息接受過程中,若是文字顯示,則必須要經(jīng)過一次編碼的過程,而若符號選用得當(dāng)?shù)脑?就可以省去編碼的過程。人對文字的接受是順序的,而對簡單的符號的接受幾乎是同時的,這樣在時間緊迫的情況下,符號比文字要接受得快些。文字是受到國界限制的,而一個明確的符號是不受國界限制的。當(dāng)他不懂得該國語言的國家時,會遇到很多困難,而用符號,可以克服這個問題。用文字顯示就必須假定接受信息的人一定懂得文字,世界上還有近四分之一的人是文盲,用符號顯示可以使沒有文化水平或文化水平很低的人也能了解要傳遞的信息的內(nèi)容。符號的設(shè)計

在符號的設(shè)計中應(yīng)遵循下列原則:

符號不應(yīng)產(chǎn)生誤解,要避免使用會產(chǎn)生多重含義的符號,特別是有可能產(chǎn)生相反含義的符號。符號應(yīng)與人的習(xí)慣相一致。西方在使用符號方面積累了豐富的經(jīng)驗,我們可以借鑒,以便少走彎路,這樣也可以增加符號在世界范圍內(nèi)的通用性。在符號使用的開始,由于人們對符號還不太熟悉,應(yīng)與文字同時使用。顯示器符號和圖形

顯示器符號和圖形

圖形的應(yīng)用文字顯示說明書=+圖文并茂與產(chǎn)品不可分有深有淺語言簡煉要素要素控制器定義

控制器是操作者(人)用來操作機器的裝置，是人將信息傳遞給機器的一種工具?？刂破鹘M成了人-機交往的第二個界面，控制器與顯示器一道,構(gòu)成了一個完整的人--機系統(tǒng)的信息循環(huán)?？刂破鞯脑O(shè)計是否合理,直接關(guān)系到人機系統(tǒng)的工作效率。不少控制操作差錯所引起的事故與控制器本身設(shè)計不合理有關(guān)。設(shè)計及制造機器設(shè)備時,應(yīng)考慮與使用機器的人有關(guān)的操作動作、能力、習(xí)慣等生理、心理限度，使控制器的設(shè)計更為合理?？刂破饔歇M義和廣義兩個概念。狹義的控制器,也就是傳統(tǒng)的控制器是指人控制機器和機械的裝置,如各種按鈕,操縱桿,腳踏板等。而廣義的控制器則是任何把人發(fā)出的信息傳遞給系統(tǒng)的媒介,如鋼筆,筷子等廣義地講也屬于控制器的范疇。

定義要素控制器種類

第一類控制器為手動控制器第二類控制器為腳動控制器第三類控制器為鍵盤式裝置第四類控制器是平面控制控制器分為四大類控制器分為四大類第一類控制器為手動控制器這是最常見的一類控制器.手動控制器,顧名思義,是由操作者用手控制的設(shè)置.常見的手動控制器有各種旋鈕,按鍵,手柄,轉(zhuǎn)輪等等.第二類控制器為腳動控制器操作者用腳控制的裝置。腳動控制器主要有兩種：一種是腳踏板,一種是腳踏鈕。第三類控制器為鍵盤式裝置在人--計算機系統(tǒng)中，人機交往之間的控制器主要是鍵盤。嚴(yán)格地講，鍵盤也屬于手動控制器。但由于隨著計算機的普及，鍵盤成為一種使用越來越廣的輸入工具，所以把它列為專門的一類。第四類控制器是平面控制平面控制就是控制器本身是一塊平面,當(dāng)平面受到一定的壓力之后,平面下的電路就被接通,控制器所對應(yīng)的命令就傳給了機器。許多現(xiàn)代化的家用電器和一些電子設(shè)備就是采取這樣的控制方式。要素控制器引起錯誤許多事實說明：不少差錯是由于設(shè)計控制裝置時沒有充分考慮人的因素所造成的。操作人員可能出現(xiàn)的操作上差錯，概括起來主要有：置換差錯調(diào)節(jié)錯誤逆轉(zhuǎn)錯誤無意的操作錯誤

控制器引起錯誤

置換差錯：當(dāng)不同功能的控制器安裝在一起，但其相互關(guān)系又不容易辨別時，常常引起操作者本來應(yīng)操作A控制器而結(jié)果造成操作B控制器的錯誤。其主一原因是控制器位置安設(shè)不適當(dāng)或缺乏使操作人員憑觸覺(或其他感覺)就能確認(rèn)的標(biāo)記符號。調(diào)節(jié)錯誤：調(diào)節(jié)控制開關(guān)時,調(diào)錯開關(guān)位置,以致機器運行太快或太慢,這就是調(diào)節(jié)錯誤。逆轉(zhuǎn)錯誤：操作控制器時,操作的方向與實際需要的方向相反,這就是逆轉(zhuǎn)錯誤。造成這類錯誤的原因是控制器的轉(zhuǎn)動方向不合人的操作習(xí)慣,控制器的轉(zhuǎn)向與指示器或系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)的方向缺乏邏輯上的聯(lián)系;控制器本身缺乏醒目的導(dǎo)轉(zhuǎn)標(biāo)志等。無意的操作錯誤：在使用控制器時忘記復(fù)位或固定,以及操作時間不準(zhǔn)確,操作不小心等,均能造成無意的錯誤。引起錯誤的原因可能：控制器本身缺乏復(fù)位裝置或某種報警信號系統(tǒng)；旋鈕阻力不夠；手感不強，操作時無法感覺出操縱量的大小，從而容易產(chǎn)生碰移或凝滯；控制器的配置或操縱力，超過了人的操作能力，使人無法觸及或操作困難等。控制器編碼

減少操作錯誤的一個方法,就是把控制器進(jìn)行編碼,使每個控制器都有自己的特征或代號,以便操作者確認(rèn)而不混淆。在使用許多控制器的復(fù)雜操作場合,編碼尤其重要。編碼的方法一般是利用形狀、大小、位置、顏色或標(biāo)號等進(jìn)行編碼的。要素控制器設(shè)計原則

習(xí)慣控制比控制器與顯示器的一致性控制器之間的距離阻力控制器設(shè)計的其他原則

控制器設(shè)計原則

在設(shè)計控制臺時應(yīng)該考慮以下五條原則:顯示器應(yīng)與它相應(yīng)的控制器盡可能地靠近?？刂破鲬?yīng)該或者在顯示器的下方,或者在顯示器的右方。如果控制器安置在控制臺,而顯示器在顯示臺,那么控制臺與顯示臺的設(shè)計應(yīng)對應(yīng)起來?？刂破鞯臉?biāo)簽應(yīng)在控制器的上方,對應(yīng)的顯示器的上方也應(yīng)當(dāng)也相同的標(biāo)簽。如果要連續(xù)操作一系列控制器,那么對應(yīng)的顯示器在控制臺的安置也應(yīng)該這樣,從左到右。如果控制臺上的操作不是按順序進(jìn)行的,那么對控制器和顯示器應(yīng)按功能分類,這樣也可以使控制臺顯得有次序些.可以用顏色,標(biāo)簽,不同尺寸或形狀的旋鈕,或用行和列來對控制器進(jìn)行分組.。最常用的控制器和顯示器應(yīng)該在操作人員的正前方,比較次要的控制器放在控制臺的兩邊.控制器設(shè)計原則

如果要自由地正確地操作控制器而不受附近控制器的影響,控制器之間應(yīng)當(dāng)有一個最小的分開距離。相鄰控制器之間的距離(單位:毫米)

控制器操作方式最小距離最佳距離按鈕一個指頭2050肘節(jié)開關(guān)一個指頭2550主開關(guān)一個手50100兩個手75125手輪兩個手75125旋鈕一只手2550踏板用同一只腳50100

控制器設(shè)計原則

控制器的設(shè)計應(yīng)考慮人的四肢的骨胳及其功能.手指和手應(yīng)該用來作快速的準(zhǔn)確的運動,手臂和腳應(yīng)該用來做需要力量的操作。手操作的控制器應(yīng)該易于達(dá)到和抓起,在肘高和肩高之間,眼睛完全可以看到?？刂破髦g的距離應(yīng)考慮到人的生理特性,用指頭操作的旋鈕或開關(guān)之間的距離最小應(yīng)為1.5厘米.需要用整個手操作的控制器之間的距離應(yīng)當(dāng)不小于50厘米。按鈕,反向開關(guān),旋鈕適合于只需要很少運動,很小力,高精度的操作，可以是連續(xù)性的,也可以是間斷性的操作。長杠桿,曲柄,吊車,手輪,踏板等適合于用力,運行距離較遠(yuǎn),精度較低的控制。控制器的設(shè)計原則阻力操作控制器時應(yīng)該有一定的阻力,這樣可以使控制行為更準(zhǔn)確,不會由于手的顫抖或其他原因而不必要地把開關(guān)打開或關(guān)上.下面是schmidtke推薦的各種控制器的阻力.一只手的旋轉(zhuǎn)2.0-2.0Nm用一只手的壓力10.0-15.0Nm踏板的壓力40.0-80.0Nm有時為了區(qū)別某一控制器而故意采用高于上面阻力的值.下列控制器比較適合不需要力量,但精度要求較高的控制:轉(zhuǎn)向開關(guān),手杠桿,旋鈕.控制器的設(shè)計原則控制比為了把顯示器的狀態(tài)固定在某一位置,操作人員首先用控制器把顯示指針迅速地調(diào)到要達(dá)到的狀態(tài)附近,然后再用控制器慢慢地做準(zhǔn)確的調(diào)整?？刂破鞯氖直蛐o移動的距離和顯示器指針的移動距離之間的關(guān)系。比較粗略的調(diào)整,指針的移動快于控制器的移動更好,但比較精細(xì)的控制,控制器的手柄的移動比顯示器指針的移動快些更好。引用Shackel的推薦值：他認(rèn)為當(dāng)控制器是一個作圓形運動的旋鈕,顯示器是沿水平方向運動的指針時,旋鈕走一圈指針走50-100毫米比較合適,這里允許的讀數(shù)誤差是0.2到0.4毫米。如果讀數(shù)的誤差較高,在0.4-2.5毫米之間,那么控制器每走控制器的設(shè)計原則習(xí)慣當(dāng)控制器向右方移動時,圓形的或水平的顯示器的指針也應(yīng)向左移動。在直方向顯示器,指針應(yīng)向上移動。當(dāng)控制器向上或向前運動時,指針應(yīng)向上或向右運動。右手轉(zhuǎn)或順時針轉(zhuǎn)意味著增加,所以顯示器也應(yīng)該顯示增加。Hoyos推薦對于圓盤移動式顯示器,當(dāng)控制器向右移動時,刻度應(yīng)向右移動,但是刻度從左到右應(yīng)是增加的,這樣向右轉(zhuǎn)可以使讀數(shù)增大。當(dāng)控制器向上,向前,或向右移動時,顯示器的讀數(shù)應(yīng)增大,或開關(guān)應(yīng)當(dāng)在‘開’的位置,為了使讀數(shù)減少,或關(guān)掉開關(guān),控制器的手柄應(yīng)向內(nèi),或向左,或向下移動。要素控制器設(shè)計

用手或手指操作的按鈕肘節(jié)開關(guān)旋鈕曲柄手輪踏板控制器設(shè)計小力矩時的手柄長度60-120毫米大力矩時的手柄長度150-220毫米快速定位的手柄長度<120毫米根據(jù)摩根的研究,下面是曲柄半徑所對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度:半徑(毫米)2050120240旋轉(zhuǎn)速度(rmp)270255185140因此,旋轉(zhuǎn)的速度越慢,曲柄的長度就越長,反之也成立.曲柄與操作阻力的關(guān)系為:曲柄長度為240毫米阻力為0.5-2.5Nm曲柄長度為120毫米阻力為3.0-4.0Nm120毫米--240毫米是曲柄的理想長度.在這一