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人机关系与监控操作台控制台设计

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文章出处:责任编辑:作者:晶炬钣金人气:-发表时间:2016-04-30 10:43:00

   电子设备需由人来操作才能进行预期的工作,而人对信息的获得、传递、处理是“人一机”系统极为重要的环节。人与机器间配合关系决定着人机系统的工作效率,系统电子工程项目中的控制台就是典型的“人-机”系统。在系统控制中心,操作人员的一切行为、指令都可能在监控操作控制台上完成。为了给操作人员创造一个较为理想的工作环境,宜人的操作条件以提高工作质量,利于在短时间内完成一系列的工作指令,因此在产品设计中如何运用“人类工程学”的基本知识达到“人--机”关系的谐调是控制台结构设计任务的重要组成部分。

 

金炬牌监控操作台案例

 

亿百体育app下载  一人类工程学的基本准则

  监控控制台类型虽多种多样,但它的设计却有许多相似之处,如操作人员的视场范围、手臂的活动区间、功能区的布置科学与否等。它们的设计依据直接影响操作功能的完善和操作人员的工作环境。所以,设计之初,有必要对人类工程学中与控制台有关的知识有所了解。

  1人体特征尺寸

  据有关资料介绍,我国中等身高地区人体尺寸的平均值,是控制台设计中的主要参考数据。

  2视觉特征

  人所获得信息量的百分之八十是视觉得到的,因此,了解人的视觉生理特征对于控制台设计有很大的意义。

  1

  视敏度

  人眼识别物体细节的能力称为视敏度。

亿百体育app下载  若把物体的大小与人眼形成的角度α称为视角,则它与观察距离(D)和物体的大小(L)有关。

  可见视角越小,视敏度越高。

 

  2

  视野范围

  当人正视前方,以视平线为基准,眼睛所能看到的空间范围称为视野。视野可分为水平视野和垂直视野。

  3视觉习惯与视距

亿百体育app下载  人眼的视觉习惯是从左到右,从上到下。眼的水平运动比垂直运动快,幅度宽,所以,人眼对左上限的视觉优于右上限的视觉。对物体形状,先看到水平方向的形体,后看到垂直方向的形体。

亿百体育app下载  在正常视力情况下,物体离开人眼的视距为560mm,越过760mm时与不足380mm视距,对形体的辨认速度和辨认准确度都有影响。

  4手的运动特征

  控制台的操作中,手动操作有很大的比例,与之有关的手的运动特征包括:

  手臂的水平运动范围

亿百体育app下载  操作者坐姿工作时,在水平面上运动手臂所形成的运动轨迹范围。

  手臂舒适运动与工作台高度的关系

  工作台面高度变化时,右手或左手活动的舒适工作范围。

  手的运动习惯

亿百体育app下载  手的向前运动比后伸运动快,从左向右操作比从右向左操作快,这一点,与人眼的运动习惯较为一致。

 

亿百体育app下载  二人体特征与控制台的“人机”关系

  控制台通常是电子设备或系统的终端控制场所。其设计不仅要使操作人员便于观察,而且还要根据观察到的情况进行操作,以使整个系统正常工作为设计宗旨。由控制台的特性可见,人与控制台发生密切关系的部位是眼和手。

  1手与控制台的关系

  手与控制台的关系取决于控制台面的高度和手至操作面的距离。

  台面高度

  工作台面的高度与手臂展开的范围存在一定的关系。根据人体手臂不同高度的活动轨迹分析,当台面高度为700mm时,手臂的舒适运动范围较大,考虑到满足男女体征下的工作情况,笔者认为坐姿状态下控制台面的高度一般在680mm~750mm之间为宜。

  同时,在人手舒适状态时,台面应有一定的坡度来满足人体手臂骨骼的构造特点,体设计时,笔者建议这一坡度范围3~5°为宜。

  收到操作面的距离

  由人体特征尺寸表可知,人手臂的长度,男约730mm,女约680mm。为保证操作的顺利,对面板上伸手可及控制部位的较大距离应小于700mm,以满足不同性别操作者的工作范围。

  台面的宽度与深度

  坐姿操作时,操作中心与人中心距离在400~500mm之间。所以,台面的深度一般在400~500mm之间选择为宜,400mm较佳。

亿百体育app下载  从手活动范围可见,一般单人控制台的有效操作宽度应控制在800~1200mm之间,不大于1500mm。1000mm宽度以外区域,原则上安排一般的起动元器件或甚少操作的设备。

  2眼与控制台的关系

  在正常条件下,为保证视觉的工作效率及判读数据、信息的准确性,视觉特征与控制台有下列关系存在:

 

  坐姿眼高

  坐姿眼高是控制台设计中一个很重要的设计参数,它决定控制台高度或面板的布置。

  坐姿眼高 = 眼到坐距 + 实际坐高

  虽然列出的男女坐高不同,但在实际工作环境中其实际坐高应该是一致的,据有关资料介绍,一般工作椅的实际坐高约在400~450mm之间,并且椅坐高度的设计原则上不超过小腿(膝高)的高度。并兼顾男女人体特征,我们取椅坐高430mm为设计依据。

亿百体育app下载  则:坐姿眼高(男)= 774+430 = 1204mm,(女) = 728 + 430 = 1158mm。

  所以,通常情况下,坐姿眼高的实际设计参数取为1160mm左右为宜。

  显示面板的空间位置

  垂直方向人眼的视区是水平视线下方30°,考虑到视线特征,则面板应与人的视线成直角关系。

  由此,在正常情况下,主视面板后仰角较大值为30°,如取视区30°的中心视线,则主视面板的后仰角角度为15°。

  当设计双折面板控制台时,到面板的低点一般不得低于45°视线,故此面板的后仰角一般在35°~45°,取值范围一般在45°~55°之间为宜。

 

  水平视野与面板布局

亿百体育app下载  人眼的优视觉区为3°,这一范围内人的视觉效率,也能引起注意,故较为重要的显控装置应尽可能配置在这一视区内。

  常用的指示器、显控器件可配置在30°左右的良好视野范围内。

亿百体育app下载  次要的显控器可考虑放在40°~60°的正常工作视区内。

  70°以外的视野,视觉效率较差,一般不配置显示器,但可放置一般的操作器件。

  总之,所有视觉显示器或主要的操作装置的配置位置设计原则应是以不转动头部和身体即可观察为佳。

  视觉习惯与面板

  由于人眼的视觉习惯,因此,面板上显控器在水平方向的排列应多于垂直方向的排列,且排列位置应遵循人眼顺时针圆周运动的习惯,较为重要的显控原器件配置在视区中心范围的偏左上角为宜。

  控制面板与人眼的视距,应满足认读视距,面板远点应在760mm以内为佳,近点应在450mm左右为佳,笔者建议面板的中心点离人眼的视距在500~650mm为宜。

  3操作区

  由上述“人机关系”可知,控制台上控制器位置的合理设计,由手的活动范围与眼的视觉特征所决定。结合人体特征知识,控制台坐姿操作时的设计操作区。

  可见,坐姿操作时,其操作区为座位以上250~500mm之间,左右宽度以肩宽为界,操作者对控制器位置的合适程度随其离开操作区的距离增加而减少,故常用的显控器应考虑安装在符合人体特征的便于操作的操作区域内。

 

  监控三控制台的设计

  依据上述控制“人机关系”的基本特征而设计的某型电视监控系统控制台中。现就其宜人性设计和结构设计特点作一简要分析,旨在读者对控制台设计由一个初步的了解。

  设计要求:

  本控制台常规操作者为一人。

  控制台的总高度应低于坐姿操作者水平视线下方,以不阻挡其视线观察前方电视屏幕墙上的视像为宜。

亿百体育app下载  满足系统扩容时对控制台的要求。

  1宜人设计

  按系统要求本控制台设计为主副式双折形面板控制台,为便于操作人员观察和操作,将14寸计算机CRT和视频监视器安排在控制台主面板的中间位置,操作键盘在台面板的中间位置,二台主要控制设备放置在副面板的中间位置,而将甚少操作的录像机、打印机等辅助设备配置在控制区之外。其体设计尺寸和布置。

  控制台宽度为1350mm,虽大于手的活动范围,但由于主要操作设备均安排在1000mm以内,故对正常操作无太大影响。

 

亿百体育app下载  根据人机关系准则:涉及控制台设计的几个主要尺寸确定如下:

  控制台面的高度700;控制台面的深度:420台面坡度取3°。

  坐姿操作者眼到控制台A点的水平视距:眼 = 500mm。

  面板空间位置的分析

  A:α2的确定:90°- β2

亿百体育app下载  已知:H2=700 眼XA=arc tg460 / 500 = 42°30·

亿百体育app下载  考虑到视觉特征及实际设备安装的位置,副面板的后仰角取为40°,即:α2 = 90°-40°=50°(β2=40°)

  B:α1的确定副面板AB点的尺寸为120mm

 

  α1 = 90°-β1;眼XB=500+(cos50°X120) = 577mm

亿百体育app下载  眼YB = 1160 - (700+sin50°X120) = 368mm;则β1 = arc tg眼YB/眼XB = arc tg368/577 = 32°30。

  可见:面板上的显控设备基本上在操作员水平视线下方30°的视区范围内,考虑坐姿及对控制台高度的要求,则主面板的后仰角取为20°,即α1为70°。

  C:视距的验定

  确定了α1和α2,则眼到D点的水平视距为:已知:主面板BD点的尺寸为330mm。

  则:眼XD = 眼XB+(cos70°X330) = 577~690mm满足人眼的视距关系。

  同时,实际控制点到人眼的视距大约670mm左右,也满足了手臂较大触及长度要求。

  水平视野分析

  主面板上所要观察的二个14寸显示屏外沿处为605mm,二屏中心距为335mm。当α1=70°,α2=50°时,主面板中心点C到眼的视距为:696mm;所以,人眼到所需观察的二个显示屏中心的计算视距为696mm。

 

  则:人眼水平视线与二屏外沿夹角为:

  α外沿=2arc tgL/2D=2arc tg605/2X696=49°

  人眼水平视线与二屏中心夹角为:

  α中=2arc tgL中/2D = 2arc tg335/2X696=27°

  从上述计算结果可以看出,当操作员观察主面板上两显示屏外沿时,水平视线已达49°,超出30°水平视觉区,但仍在40°~60°的正常视野范围内。而当操作员观察两显示屏中心时,水平视野为27°,正好在视觉区内,但操作员在体工作时,只要稍微转动头部,就可以看见每个显示屏上的图像信号。

 

  同时,两显示所反映的不是波形信号,而是视频图像,所以,上述二个角度均基本满足了视觉的要求。

亿百体育app下载  副面板上二个主要设备单元虽比显示器外沿宽,其基本部分仍在50°左右的正常视野范围。当操作时,它们的操作顺序是逐个操作,视线肯定落在被操作设备上,则仍可以满足视觉的要求。

  操作键盘位置

  键盘位置所示:

亿百体育app下载  眼XE = 500 - (170+60)= 270mm 眼YX = 1160-700=460mm

  则:β3 = arc tg眼YE/眼XE = arc tg460/270 = 60°

  可见,键盘位置亦在人眼垂直视野的视区内。同时,键盘操作位E点到眼的水平距离:

  眼XE = 500 - 230 = 270mm;对照操作位置,可知,键盘区在坐姿操作区内。

 

  台面下空间高度

  由人体特征尺寸知,标准坐姿时腿高(膝上到足底)男约500mm,女约470mm。取男性特征设计依据,考虑鞋底高度及舒适状态下人体腿部的特征,桌面下空间高度应不小于540~580mm之间,略带坡度,以满足标准坐姿时腿部对空间的要求。

亿百体育app下载  取H3 = 580mm H4 = 550mm均大于人体腿高。

  控制台高度的核算

  H = 700Xsin50°X120+sin70°X330+20=1122mm

  计算结果控制台高度低于水平视线38mm,与水平视线夹角约为3°。

  综上所述可见,该控制台的二个观察用显示器均在人的视觉区内,二个经常操作的控制设备和操作键盘也处于或紧邻操作区的范围内,控制台高度符合设计要求的通透性,不阻挡操作人员的水平视线与视觉的通过。故本控制台的宜人设计时完全符合人机关系的基本原则和设计要求的。

 

  2 监控操作台结构设计的一些特点

  本着便于运输、维修、扩容的考虑,本控制台为框架形组合结构设计,整个控制台分上下二截,其侧板、盖板、前后门、台面板等均可拆卸。

  可拆卸的上下二截式设计,主要介于入室安装和运输的考虑,一般门的宽度约为800`~900mm,控制台的整体进入会有一定的困难,故分成上下二截式设计较妥。

  上部主要以面板及设备的安装为主,主体结构形式由需要安装设备尺寸而定。

  下部可设计成多厢式19寸机架形式,配置部分隔板、导轨,便于系统非面板式设备的安放。

  可拆卸式侧板和盖板的设计,主要是为了便于设备的安装、维修需要,拆去盖板,可直接对面板上放置的设备调整、维修,而拆去侧板,当有扩容要求时,只要拼上一组新的控制台,即成一体,同时,可拆卸式设计对于色彩的搭配也有好处。

 

  门与台面板

亿百体育app下载  前后门均可拆卸。前门为轴转式,后门为搭扣式,比较铰式门,前门有外形结构的连续性、可脱卸性,后门有开门不占用地域,不必考虑开门幅度对空间的要求,适用于较小的控制室,对于靠墙放的控制台,只需在墙与控制台之间留有维修通道即可。

亿百体育app下载  掀动式台面板,通过半轴形设计与控制台相连,掀动台板时,台板依自身重量在轴套里转动,使台面板可开启,若想取下台面板,只要稍上抬,轴与轴套脱离,台面板即可取下,对维修极为方便。掀起台板的厢斗里可以放置物品,如配上抽屉则更好。

  四色彩在控制台设计中的应用

亿百体育app下载  色彩是一个产品外观表现形式的重要组成部分,直接影响到设计的成功与人机关系的协调,适度的色调设计,能使操作者产生舒适、轻快、振作的感受,从而形成有利于工作的情绪,同时,色彩设计与工作环境的匹配也有重要的关系。

  在控制台色彩设计中,主要面板颜色与整体色彩的协调,及与工作环境色彩的匹配。

 

  控制台面板颜色

  面板的色彩,一般以冷色调与中性色较多,考虑到控制台的使用环境与控制设备的关系,笔者推荐使用白色、黑色、浅驼色。

亿百体育app下载  A、白色:是光明的象征色。属非彩色,有明色、畅快、朴素的特征,使人产生一种轻盈、有前倾和扩张的感觉。在白色的面板上配上蓝色字体,间或点缀几个醒目色的字体,作为深色调显控设备的面板,会产生一种亲切、明快的效果,一般可用在中小控制台上。

亿百体育app下载  B、黑色:黑色是无彩之色,与灰色调和,能产生深铁灰色,有安详、庄重、大方、耐脏的特征,使人产生静柔、朴实的感觉,在此色彩的基础上配以白色字体,作为浅色调显控设备的面板,会产生互相衬托、活泼的效果。一般可用于在工作环境宽敞下使用的较大型控制台或单折面式控制台上。

亿百体育app下载  C、浅驼色或浅灰色:属含灰的隐艳色,介乎白与黑色之间,适用于各种控制台作为面板色使用,与浅色调或深色调的显控装置相配均能产生柔和、素雅明快的感觉。

  控制台色彩

  控制台的色彩处理与工作环境色调有密切的关系,宜采用与环境色彩相近的色调的处理。考虑目前大部分墙体的外装饰色,笔者推荐仍以驼色系列为主,在色调的处理上宜采用渐进或分布规律求得谐调、大方。

  偏暖色调的采用,加上周围环境的冷色调或者中性色调,会有利于操作者减轻或推迟疲劳现象的发生,消除紧张心理。

 

  综上所述,在本控制台的色彩设计中,考虑到显控设备为深色调和电脑色,所以。

  A框架采用黑色

  B二侧板与顶盖为驼灰色,色调为中度。

  C前后门与面板为浅驼色,与B项的色调上稍有变化。

  D面板采用白色缀蓝色字体,设备框线蓝色为主。

  这样的色彩(调)设计,强调了监控控制台亿百体育app下载结构的镶嵌性造型设计,突出了前后门与框架的立体感和面板与显控设备的相互谐调的特性,框架与柜体色彩形成了门四周镶有深色框线的感觉,也为操作的环境增添了柔和的氛围。

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