1、人機工程學在控制面板設計中的應用XAPPLICATION OF MAN-MACHINE ENGINEERINGIN CONTROL PANEL DESIGN高鵬翔趙振宇牟世超邢筠(青島大學摘要在人-機系統中,視覺顯示器是最常用和最主要的顯示方式,手動控制器又是信息處理的主要方式。本文根據人體的行為特性,重點討論了視覺顯示器和手動控制器在設計控制面板時的技術。關鍵詞人機工程學;視覺顯示器;手動控制器;行為特性中國圖書資料分類法分類號T P273Gao PengxiangZhao Zhenyu Mu ShichaoXing Jun(Qin gdao UniversityAbstractIn th

2、e man-machine s ystem,the visual indica-tor is the most im por tant and common display m ode. M anual controllor is the primary m ethod of inform ation proces sing.Th is artical deals m ainly w ith the technology of th e visual indicator an d m anu al controllor in the p anel design accor ding to th

3、e behavior ch aracteristics.Key wordsman-mach ine engineering;vis ual indicator; manual controllor;b ehavior characteris tics第一作者簡介高鵬翔,副教授,1989年畢業于東北大學,獲工學碩士學位,現在主要從事管理信息系統、計算機控制、人-機-環境系統的研究與教學工作。0前言人機工程學是近幾十年才發展起來的一門新興的邊緣科學,它是研究人與機器、人與環境、機器與環境之間的關系,以及如何改善和設計這些關系,從而使產品的開發設計適合人體的特征,為操作人員創造出更為安全、舒適、高效

4、的工作條件。隨著微電子技術的發展,大部分產品都裝有視覺顯示器和手動控制器,從工廠的現代化設備到家用電器。大量的調查和研究表明,不管是科研人員、辦公人員,還是企業的工人都將工作在這種環境中。任何人機系統的正確運行很大程度上依賴于人的可靠性。據資料統計,由人誤引起的系統失效約占失效的20%90%,新技術對復雜任務的完成提供了越來越可靠的硬件系統,而系統中人的可靠性問題就顯得日益突出。所以,研究人-機-環境之間的關系尤為重要,根據人的行為特性設計安裝好控制面板是減少失誤的重要手段。筆者結合產品開發的經驗介紹人機工程學在控制面板設計中的應用。控制面板是產品表面上的一塊安裝板,上面裝有顯示器、控制器等元

5、器件,主要功能X收稿日期:1997-02-25高鵬翔等:人機工程學在控制面板設計中的應用是顯示和控制產品的工作狀態,它直接與人接觸,因此它的設計與安裝技術直接影響操作人員的質量。控制面板的設計應考慮以下兩個因素。(1科學性面板的設計包括了各種元器件的選擇、安裝、布局,面板上的刻度、文字、圖形、色彩、材質等。既要體現出設計水平,又要考慮人-機-環境系統的協調,使它既適應人體的不同需要,又適合工業生產并且經濟合理。(2時尚性設計應及時了解市場的動態和消費者的心理,使面板的造型形象根據時代的要求,做到新穎、宜人,以滿足人們的需要,提高產品的競爭力。由于面板上的元器件很多,本文是研究人與控制面板的關系

6、,所以主要是根據人的行為特性討論視覺顯示器和手動控制器。1人的行為特性在現代工業和生活中,所有的機器和設備都需要由人進行操縱,而為了實現生產的目的,人必須在一定的環境下使用機器和設備,因此,生產中的人和機器設備緊密地聯系在一起,形成一個不可分割的整體,即人-機-環境系統,在這個系統中人、機、環境三者相互作用,相互配合和相互制約,人始終起到主導作用。在人-機-環境系統中,人擔負著特殊而艱巨的任務,既作為安全因素,又是生產中要保護的對象。根據人-機-環境系統的要求,人在系統中的作用主要有作為勞動者、控制者、監視者這三種形式,人的行為直接影響著系統的安全與工作。根據人的行為特點,人的行為分為技能型行

7、為、規則型行為和知識型行為。其中機能型行為是指在信息輸入與人的響應之間存在非常緊密的耦合關系的行為,它是一種人對信息的直接反應,在這種行為中人的思想和習慣是一個很重要的因素;規則型行為是指由一組規則或協議所控制或支配的行為;而知識型行為是指在情況比較復雜而信息不充分的條件下,人依靠自己的知識和經驗進行認識和確定情況的一種行為。在人-機-環境系統中,人的行為受主觀因素和客觀因素的影響,而客觀因素的影響來源于機器和環境因素,其中人所操作的控制面板是最主要的客觀因素,所以研究設計好控制面板很有意義。1.1視區的劃分在頭部保持靜止,而眼睛正常活動的狀態下,在視野中,根據人眼對視覺信號的覺察效果的優劣可

8、分為三個區域:良好視區,有效視區和條件視區。水平方向視區劃分:左右各25°為良好視區;左25°到左50°和右25°到右50°為有效視區;其它區為條件視區。垂直方向視區劃分:下0°到下30°為良好視區;上0°到上25°和下30°到下55°為有效視區;其它區為條件視區。1.2信息交換原則(1信息交換空間與操作范圍和辯識視界協調操縱,顯示部件應落于人的最佳視區和有效操作范圍之內,操作中應通過分工和位置調整,以保證信息交換的空間協調。(2信息交換的方向與眼動規律協調。人機界面的分布與編排順序必

9、須符合人的眼動規律。青島大學學報第13卷(3信息交換的視距與顯示器盤大小協調。顯示器的大小和位置,應考慮操作人員的觀察距離。操作中應根據顯示器度盤尺寸的大小而調整位置,使視角控制在最佳范圍:另一方面根據操作人員的工作位置設計顯示器度盤尺寸。(4信息交換的內容與人的行為特征協調。顯示器提供的信息不但應圍繞使用的目的,為操作動作的進行提供條件,而且應力求全面,具有提示操作和便于比較的功能。2控制面板的設計技術2.1視覺顯示器的設計選擇視覺顯示器,既要考慮到人,又要考慮到工作特點。要根據具體情況和顯示信息的不同用途選擇其類型,而速度、精度和靈敏度是鑒別顯示價值的基本標準,但是它們不是相互獨立的,如速

10、度快準確度不高的顯示器是沒有用的,精度高而不靈敏的顯示器也是沒有意義的。所以,顯示器的選擇要同時考慮到易讀和準確兩個方面。對于定量讀數的顯示,數字式和模擬式二者都準確易讀,數字顯示有機械式數字顯示和電子式數字顯示,機械式數字顯示是由滾筒帶動,因此有時不能完整地看到數字,而且由于數字顯示是跟進的,所以顯示不穩,容易使視覺疲勞;而電子式數字顯示,是使數字的不同區段發光,以線段或小圓點的形式顯示出不同的數字,因此數字總是落在視網膜同一位置,避免了上述缺點,如液晶顯示,計算機控制的電子顯示,既可顯示數字,又可顯示文字和圖像,因此,被人們所重視,并得到了廣泛的應用。在校核讀數時,它不但需要準確的定量信息

11、,而且還要對顯示的讀數進行比較,對工作狀態起一定的預示作用,此時,模擬顯示比數字顯示更有其優越性。對于定性讀數的顯示,由于它不要求具體的數字,所以模擬顯示更為靈敏、方便。可用指針式顯示,或用圖象顯示。顯示器的空間排列,可與實際操的順序一致,相互聯系多的顯示器應靠近,還要照顧到它們彼此間的邏輯關系。大多情況是按功能分區排列,顯示器之間盡力緊湊,以縮小視野范圍。2.2手動控制器的設計手動控制器是面板上的常用的信息處理方式,以轉動式或移動式最多,如旋鈕、按鈕、操縱桿等。在設計時要選用其形狀和式樣新,且能反映出功能特征或與其功能有邏輯上聯系的、要適合人手操作,又便于記憶,使用起來輕松、舒適、不易疲勞,

12、如計算機的鍵盤,在鍵的表面有凹面,使指感舒適,鍵盤的安排不僅考慮到鍵間的距離,而且還考慮到各鍵的最佳組合,使錄入人員不致在一天的繁忙工作后,手指過分疲勞。控制器的靈敏度要根據不同的功能分別設計,有的開關要求操作時用力,有的開關要求操作時輕松,如,控制柜的電源開關要求用力才能合上或斷開,但不應過分,如,對按鍵式的開關都應有消抖動功能,否則會引起誤操作。控制器所在面板應置于操作者的正前方效果最佳,越靠近邊緣,操作效果越降低,當操作員不動時,控制按鈕的區域應在以肩為圓心,半徑為610mm的半球形區域。要求精確調節的旋鈕,最好設在與肩水平的上下區域內,盡量靠近被它控制的顯示器附近。總之,高鵬翔等:人機

13、工程學在控制面板設計中的應用手動控制器放在人手活動靈敏、辨別力最強、反應最快、用力最大的空間范圍為佳,可以按操作順序、重要性、使用頻繁程度安排,當控制器較多時,可按其功能分區,各區間可用線框、色彩等方法加以區分。在設計和安裝控制器按扭時,為了減少事故,人操作動作應與控制器的功能協調一致。如前進功能操作動作向上、向右;增加功能操作動作向前、向上等。2.3整體配合技術在空間位置上,應以操作者的手不妨礙對顯示的認讀效果為依據來確定顯示與控制的空間位置,顯示與其相應的控制應有明顯的聯系,要盡力符合人的習慣,以達到較高的工作效率,如:旋轉式控制器與指針式顯示器相配合使用;直線式控制器與帶狀顯示器相配合使

14、用。面板的位置應保證操作人員不受任何影響地觀察到顯示器和接觸到所有控制器。色彩的設計也很重要,不同的顏色在生理上不僅會引起不人們不同的感覺,而且使人們的心理上會產生不同的反差,同樣的材質,不同的顏色,可產生不同的質量感,因此設計面板的顏色,要注意與其安裝在它上面的元器件間的顏色和諧,要與設備的顏色和諧,又要體現面板自身顏色的宜人性,另外,還與使用環境協調,要考慮工作場所的采光和照明條件。面板上的顯示器和手動控制器的設計要有一個整體布局,首先以適應操作人員的行為特性為主要依據,保證控制面板的正確操作,為人提供一個良好的操作界面,其次再從美學的角度考慮各器件的布局,達到美觀、協調的目的。3結語控制面板是整個機器和設備的控制中心,它的正確操作直接影響機器和設