人机工程学

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（3）观察视野 间范围。
保持身体在固定位置，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
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
头部和两眼放松状态，水平视线下
25°～35°的视线。
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图4-4 正常视线
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图4-5 最佳的直接视 野
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图4-6 最佳的眼动视野
a）仪表板的尺寸（mm）与分区： Ⅰ—最佳认读区，Ⅱ—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
图4-26 显示装置布置区域及认读效果的示例
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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4-27 弧围形、折弯形仪表板
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③按从左到右、从上到下、按顺时针方向布置。 ④按“功能分区”的原则布置。
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四、人的听觉特性
（一）人耳的听觉范围
影响听觉的因素有声波的频率和强度。常用声压级（dB，分 贝）度量声波强度。听觉能感受的最弱、最强限值为听阈、痛阈。 成年人能感受的频率为20～20 000Hz；最敏感的是1000～ 3000Hz， 人们讲话的频率基本在此范围内。听觉能感受的频率和声压级范围见图4-15。 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。 图4-15 听觉的频率和声压级范围
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2．听觉信号
①铃、蜂鸣器、哨笛、语言等听觉信号的即时性、警示性强； 尤其语言能传达复杂信息。 主要应用于报警、提示。 ②听觉信号侵扰无关人群，不宜持续提供。 ③听觉信号多需要人员守护管理。
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声压级范围/dB （距装置2.5m处） 50～60 低音蜂鸣 器 60～70 高音蜂鸣 器 1～3in的 60～65 铃 4～10in的 铃 哨笛、汽 笛 65～90 90～110
→传出神经
→运动器官。
图4-1 人的感知响应过程与人机系统
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二、视觉器官与视觉机制 1．视觉器官——眼睛的构造
图4-2 眼球的构造
前后依次为：①角膜；②前房；③虹膜；④晶状体；⑤玻璃体；⑥视网膜。 眼球壁从外向里依次为：①外膜；②中膜；③内膜，即视网膜。 眼球周围还有6块肌肉可使眼球转动。
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2．视觉机制
人机工程学设计应用
工学院机械系
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第一章 人机工程学概论 第二章 人体尺寸及其应用方法 第三章 桌椅设计 第四章 显示装置 第五章 操纵装置 第六章 产品设计人机学的若干专题 第七章 视觉传达设计与人机学 第八章 室内设计与人机学 第九章 工作空间与工作岗位设计 第十章 人机工程CAD软件及应用简介 第十一章 人机学的其他专题及未来展望
① 易受冲击和振动的影响 占用面积小，常不需另设照明 ② 占用面积较大，要求照明条件
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二、显示仪表设计的人机学因素
对比数字式仪表，刻度指针式仪表的人机学因素更加丰富。
（一）仪表刻度盘
1．仪表刻度盘的形
式
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图4-17 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
装置类型
主频率/Hz ≈200 400～1000 1200～800
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图4-21 三级刻度线的宽度长度
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表4-6 刻度线 长度与视距的关系
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（四）有关仪表结构因素的举例
1．指针与盘面
指针形状应有鲜明的指向性。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。
图4-22
指针造型的指向性示例
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图4-23
指针旋转与刻度线在同一平面上的方案示例
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视敏度＝1/临界视角
规定照度下，视距L＝5000mm，用白底黑环的“缺口圆环 视标”测试，所得视敏度称为视力。
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图4-10
缺口圆环视标
图中 D＝1.5mm，代入上式， 1.5＝（α /3438）×5000，∴ α ＝1′。 其视敏度即人的 视力＝1/α ＝1 。
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（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；反之为明适
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（二）视角及视敏度
1．视角与视距
D为物体的尺寸， L为视距，α为视角，三者关系是：
D＝（α /3438）L 。
上式中，视角α的单位是“分”： 1′＝（1/60）°。
图4-9
视距与视角
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2 .视敏度
临界视角
视敏度
眼睛对目标细节刚能区分状态下的视角。
临界视角（以分为单位）的倒数，即 （临界视角单位：分）
D == （L/350）～（L/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。
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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
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（三）刻度及刻度线
1．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
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2．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 α ＝5′～11′。 刻度间距D与视距L应有关系：
D≈（L/700）～（L/300） 。
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3．刻度线
短、中、长三级刻度线的宽度、长度示例见图4-22 、图4-23。
图4-20 三级长度的刻度线
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图4-7 最佳的观察视野
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(5)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
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2．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，在水平和铅垂两个方向上都只有1.5°～3°。
要看清更大的范围靠目光的 “巡视”。
2. 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。 立位的选择与指针盘面的相对运动有关。
两种情况， 左图、右图， 哪个合理？
图4-24 刻度盘结构与字符数码的立位
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三、显示仪表的布置
一般原则如下：
①所在平面与人的正常视线接近垂直。
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图4-25 显示装置平面与视线尽量垂直
②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4-28 美国SAEJ209号标准推荐的仪表功能分区布置
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⑤检查类、警戒类仪表的“零位”和辅助线。
图4-29 检查类仪表的零位选择和辅助线的应用
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⑥显示与被显示对象有容易理解的一一对应关系。
图4-30
显示与被显示对象对应关系正确与否的示例
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第三节 信号显示设计
一、信号显示的类型与特点
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。
图4-11 暗适应和明适应
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（四）目光巡视特性（视觉运动特性）
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①习惯方向 水平：左→右； 铅垂：上→下； 旋转：顺时针。 运动为跳跃如袋鼠、而非如蛇行。
②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。 ③两眼同时注视一处，设计应依据双眼视野。 ④对不同区域的视觉感知快慢不同。
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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、信号显示（信号灯、听觉 信号、触觉信号）、荧光屏显示等。 显示仪表的常见类型有：刻度指针式仪表和数字式显示仪表。
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
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视网膜内壁上有视杆细胞和视锥细胞，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。
3．视觉系统
眼睛、视神经和视觉中枢组成了视觉系统。
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。
信号显示有视觉、听觉、触觉信号3种类型。 各类型都可以是有源、或无源信号。
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表4-7 视觉、听觉和触觉的有源和无源信号的示例
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1．视觉信号
由稳光、或闪光的信号灯构成。 ①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。 ②易于管理维护，便于自动控制。 ③缺点是不适于传达复杂信息。
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第四章
显示装置
第1节 人的视觉与听觉特性
第2节 显示装置的类型、设计与布置
第3节 信号显示
第一节
人的视觉与听觉特性
一、感觉器官与感觉类型
1．人体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。 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。
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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
显示是有目的的信息传递。 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。 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、听觉、触觉显示装置。 视觉显示应用最广，听觉显示次之，触觉显示只用于辅 助显示。
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（二）方向敏感性
图4-16 听觉方向敏感性（右耳）与频率的关系
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（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”。
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。
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（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。