人机系统安全设计

• 在设计大小时必须考虑操作者有效用力范围(表6.22)及 其合理尺寸，使之手握舒服，用力有效不产生滑动。
• 表6.22 手柄的适宜用力
移动、扳动式控制装置的设计 1、操纵杆
6.19 坐姿下的短操纵杆操作
6.20 手腕易达的转动角度
移动、扳动式控制装置的设计 2、扳动开关
• 扳动开关只有开和关两种功能。扳动开关具有操 作简便，动作迅速的优点。
• 3、适宜的反馈
• 操作过程中，操作者从手或足的用力大小中 取得有关操纵量大小的信息，操纵量的大小 要与操纵用力的大小成比例，这种比例关系 称为控制装置的用力级差或用力梯度。
三 控制装置的设计 （1）控制装置设计的一般要求
表6-18）
三 控制装置的设计 （1）控制装置设计的一般要求
1) 控制器设计要适应人体运动的特征，考虑人体 的尺寸和体力：
• 1、适宜的操纵力
• 从能量利用的角度看，在不同的用力条件下， 以使用最大肌力的1/2和最大收缩速度的1/4操作， 能量利用率最高，人较长时间工作也不会感到疲劳
• 为使必要的静态施力能保持较长时间而不导致 局部疲劳，最好使其保持在人体最大肌力的 15%∽20% 。
静态操纵：控制装置的操纵要求人的施力 部位始终在特定的位置（如用力握紧电动 工具把手的操纵），这种操纵称为静态操 纵。
二 控制装置的用力特征
• 2、适宜的阻力
• 只求快而精度不高的工作，操纵力应越小越好 • 操纵精度要求高，控制装置应具有一定的阻力 • 对于脚动控制装置，操纵过程中为防止脚动控
制装置被无意碰移或误操作，脚动控制装置应 设计一个起动阻力，它至少应超过脚休息时脚 动控制装置的承受力。
二 控制装置的用力特征
• 各类控制装置中，操纵动作需由人施加适当的 力和运动才能实现。所设计的控制装置的操纵 力不应超出人的用力限度，并使操纵力控制在 人施力适宜、方便的范围内，以保证操作质量 和效率。
二 控制装置的用力特征
• 应注意以下3个方面：
• 1、适宜的操纵力 • 2、适宜的阻力 • 3、适宜的反馈
二 控制装置的用力特征
• 作用力
对于单指按钮的阻力，大拇
指按钮可取为2.94～19.6N，其他手指按钮
可取为1.47～5.89N，按钮阻力不宜太小，
以免误碰就会起作用。
• 移动距离 按钮的移动距离不宜太小， 太小会不安全。一般情况下大型按钮移动
的距离也应大一些。
图6.23 产品上按钮的安置是否得当
按键
脚动控制装置的设计
（2）控制装置设计时应该考虑的因素
• 3）控制装置的运动
• 首先控制装置的操作方向与系统过程的变化方向 相一致，这样可以使控制操作形象化，又可使控 制操作和系统的变化之间产生一定的逻辑关系， 有利于操作人员记忆和辨认，提高操作效率。如 朝某一方向时，产生最大力量。
• 其次控制装置的移动范围不能超过操作者可能的 活动范围，并要给操作者留出足够的自由空间。
部分旋转钮（控制范围不超过360o）
（a）
（c）
定位指示旋钮
（b）
（d）
根据旋钮的形状，可分 为圆形旋钮，多边形旋 钮，指针形旋钮和手动 转盘等。
• 旋钮大小应根据操 作时使用手指和手 的不同部位而定， 旋钮直径以能够保 证动作速度和准确 性为前提。
• 为使手操纵旋钮时 不打滑，钮帽部分 做成各种齿纹或多 边形，以增强手的 握持力。 • 单层旋钮，直径以50mm为最佳。
① 从功能角度：向上扳或顺时针方向转动意味 着向上或加强
② 从被控设备角度：设备运动方向将向上运动 或向右运动。
如铲车的升降控制器是上下操纵 的；当被控元件转动时，控制器 宜采用手轮，如汽车转弯，宜采 用圆形方向盘。
三 控制装置的设计 （1）控制装置设计的一般要求
3）控制装置要利于辨认和记忆。 控制装置在外形、大小和颜色上进行区别 有明显的标志，并力求与其功能有逻辑上的联系 这样，控制装置无论数量，排列布置及操作顺序
• 以使用者最大肌力的一半和最大收缩速度的1/4操作，能量利 用率最高，人在较长时间内工作不会感到疲劳。
• 对于只要求快而精度要求不太高的工作(如点动开关) 来说，操纵力应在人能获得反馈的同时越小越好；操 纵精度要求很高，控制装置应具有一定阻力。
6-21
表 不 同 控 制 装 置 所 要 求 的 最 小 阻 力
（2）控制装置设计时应该考虑的因素
• 4）使用部位的尺寸和结构
• 不同的操纵器，由于压或握的用力方式不同，操 纵件的尺寸和形状不同。
• 首先取决于控制装置上手或脚使用部位的尺寸， • 其次需要根据操纵时是否戴手套，或作业时鞋的
形式来决定放宽的尺寸。
旋转式控制装置的设计
• 常用的手动转动式操纵器有旋钮、转轮、 手柄和曲柄、按钮、按键、杠杆等。
（2）控制装置设计时应该考虑的因素
• 1）控制信息的反馈 • 2）控制装置的适宜用力 • 3）控制装置的运动 • 4）使用部位的尺寸和结构
（2）控制装置设计时应该考虑的因素
• 1）控制信息的反馈
• 人在操纵控制装置时，需要通过一定的反馈来获 得有关操纵的信息。有两类反馈信息，
• 一类来自人体自身的反馈信息，如眼睛观察手脚 的位移，手、臂、肩或脚、腿、臀感受的位移或 压力信息。
• 据有关实验研究资料确定的各种手控操纵装 置与人体尺度有关的尺寸参数见表6.20；
• 尺寸含义见图6.16。
表6.20 手控操纵装置与人体尺度有关的尺寸参数
表6.20 手控操纵装置与人体尺度有关的尺寸参数
三 控制装置的设计 （1）控制装置设计的一般要求
2）控制器操纵方向应与预期的功能方向和机器 设备的被控制方向一致。向上扳或顺时针方向转动
• 按钮直径大于15mm时，可将顶部做成球面线凹坑 ，以便于手感定位。
• 若按钮的关系重大，为防止疏忽，可将按钮设置 在一凹坑中。这时按钮直径应不小于25mm，若需 戴手套操作，则按钮直径不应小于50mm 。
• 对于发生疏忽会产生严重事故的按钮，应加防护 装置。例如可以加装小盖或护栏。
凹坑按钮
加装护拦的按钮
• 1）手控操纵器适用于精细、快速调节，也 可用于分级和连续调节
• 2）脚控操纵器适用于动作简单、快速、需 用较大操纵力的调节。脚控操纵器一般在 坐姿有靠背的条件下选用。
二 控制装置的用力特征
• 控制装置的形状、大小、位置、运动状态和操 纵力等，都要符合人的生理、心理特性，以保 证操作时的舒适和方便。
图6.25a 以鞋跟为转轴的踏板 图6.25b 脚的舒适叉开角度
（2）踏板开关
脚动控制装置的操纵力
四 控制装置的特征编码与识别
根据控制器的用途，将控制器设计成不同 的形状，以使视觉上和触觉上易于区分。
• 以不同大小来区别控制器 的功能和用途，通常在同 一系统中只能设计大、中、 小三种规格。
① 应根据人体生物力学特性，按操作人员的中下 限能力进行设计，使控制装置能适合大多数人 的操作能力。
② 快速准确的操作，应采取手动控制或指动控制 装置，如按钮、转动式开关等；用力较大的操 作，应设计为手臂或下肢操作的控制装置，如 手柄、曲柄、转轮等。
③ 操纵装置的大小必须与人手尺寸相适应，以 使操纵准确无误、灵活方便、舒适而高效。
• 由于大小编码的视觉和触 觉感知度小的原因，常与 其他形式编码一起使用。
、蓝
(文字或图形)
6.2.3 显示装置和控制装置的相合性设计
运动相合性
图6.33
空间相合性
最好控制器就放置在显示器对应位置的下方或右方 （右手操作）。
控制----显示比
• 控制显示比是指控制装置(C)和显示装置 (D)移动量之比，即C/D。
• 另一类来自机的反馈信息。主要有：仪表显示、 光显示、振动变化、音响显示、操纵阻力。
（2）控制装置设计时应该考虑的因素
• 2）控制装置的适宜用力
• 操纵阻力不能过小，用力太小则操纵精度难以控制， 人不能从操纵力中得到有关操纵量的反馈信息，不利 于正确操纵。
• 阻力也不能过大，否则会使控制器的动作不灵敏，难 以驾驭，而且也会使操纵者提前产生疲劳。
旋钮
• 旋钮供单手操纵使用。旋钮可以旋转一圈、多圈或 不满一圈，可以连续多次旋转，也可以定位旋转。
• 连续旋转钮（控制范围超过360o），图（a）（b）
；部分旋转钮（控制范围不超过360o）， 图（c）
；定位指示旋钮（控制范围有固定的边界限范围有
固定的边界限制），图（d）。
连续旋转钮（控制范围超过360o）
• 可用来表示系统的灵敏度高低。
操纵杆移动20mm，显示器目标位 移5mm，其控制显示比： C/D ＝ 20/5＝4；（精调） 当旋钮转动1个单位，指示器指针 移动5个单位，则C/D ＝1/5＝0.2。
图6.36 C/D与调节 时间的关系
图6.36
如何，每个控制装置都能明确地被操作者辨认出 来。
三 控制装置的设计 （1）控制装置设计的一般要求
4) 尽量利用控制器的结构特点进行控制（如弹簧 等）或借助操作者体位的重力（如脚踏开关） 进行控制。 对重复性、连续性的控制操作，不应集中某一 部分的力，以防产生作业疲劳和工作单调感。
5) 尽量设计多功能控制器，并与显示器有机地结 合，如带指示灯的按钮等。
6.2.2 控制装置设计
新课导入
• 控制器是操作者用以控制机器运 行状态的装置或部件，是联系人 和机的重要部件之一。
• 生产中的许多事故都是因控制器 设计未充分考虑人的因素所致。
• 费茨和琼斯在1947年分析了飞行 驾驶中出现的460个操作失误， 发现其中68％的错误是由于控制 器设计不当引起的。
• 另一种是开关踏板（冲床、剪床上的踏板）。
（1）调节踏板
• 调节踏板有以脚后跟为转轴的（如汽车的加速踏板，见图 6.25a）和脚悬空（见图6.26）的两种。