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人機關系與監控操作臺控制臺設計

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文章出處:責任編輯:作者:晶炬鈑金人氣:-發表時間:2016-04-30 10:43:00

   電子設備需由人來操作才能進行預期的工作,而人對信息的獲得、傳遞、處理是“人一機”系統極為重要的環節。人與機器間配合關系決定著人機系統的工作效率,系統電子工程項目中的控制臺就是典型的“人-機”系統。在系統控制中心,操作人員的一切行為、指令都可能在監控操作控制臺上完成。為了給操作人員創造一個較為理想的工作環境,宜人的操作條件以提高工作質量,利于在短時間內完成一系列的工作指令,因此在產品設計中如何運用“人類工程學”的基本知識達到“人--機”關系的諧調是控制臺結構設計任務的重要組成部分。

 

金炬牌監控操作臺案例

 

  一人類工程學的基本準則

  監控控制臺類型雖多種多樣,但它的設計卻有許多相似之處,如操作人員的視場范圍、手臂的活動區間、功能區的布置科學與否等。它們的設計依據直接影響操作功能的完善和操作人員的工作環境。所以,設計之初,有必要對人類工程學中與控制臺有關的知識有所了解。

  1人體特征尺寸

  據有關資料介紹,我國中等身高地區人體尺寸的平均值,是控制臺設計中的主要參考數據。

  2視覺特征

  人所獲得信息量的百分之八十是視覺得到的,因此,了解人的視覺生理特征對于控制臺設計有很大的意義。

  1

  視敏度

  人眼識別物體細節的能力稱為視敏度。

  若把物體的大小與人眼形成的角度α稱為視角,則它與觀察距離(D)和物體的大小(L)有關。

  可見視角越小,視敏度越高。

 

  2

  視野范圍

  當人正視前方,以視平線為基準,眼睛所能看到的空間范圍稱為視野。視野可分為水平視野和垂直視野。

  3視覺習慣與視距

  人眼的視覺習慣是從左到右,從上到下。眼的水平運動比垂直運動快,幅度寬,所以,人眼對左上限的視覺優于右上限的視覺。對物體形狀,先看到水平方向的形體,后看到垂直方向的形體。

  在正常視力情況下,物體離開人眼的視距為560mm,越過760mm時與不足380mm視距,對形體的辨認速度和辨認準確度都有影響。

  4手的運動特征

  控制臺的操作中,手動操作有很大的比例,與之有關的手的運動特征包括:

  手臂的水平運動范圍

  操作者坐姿工作時,在水平面上運動手臂所形成的運動軌跡范圍。

  手臂舒適運動與工作臺高度的關系

  工作臺面高度變化時,右手或左手活動的舒適工作范圍。

  手的運動習慣

  手的向前運動比后伸運動快,從左向右操作比從右向左操作快,這一點,與人眼的運動習慣較為一致。

 

  二人體特征與控制臺的“人機”關系

  控制臺通常是電子設備或系統的終端控制場所。其設計不僅要使操作人員便于觀察,而且還要根據觀察到的情況進行操作,以使整個系統正常工作為設計宗旨。由控制臺的特性可見,人與控制臺發生密切關系的部位是眼和手。

  1手與控制臺的關系

  手與控制臺的關系取決于控制臺面的高度和手至操作面的距離。

  臺面高度

  工作臺面的高度與手臂展開的范圍存在一定的關系。根據人體手臂不同高度的活動軌跡分析,當臺面高度為700mm時,手臂的舒適運動范圍較大,考慮到滿足男女體征下的工作情況,筆者認為坐姿狀態下控制臺面的高度一般在680mm~750mm之間為宜。

  同時,在人手舒適狀態時,臺面應有一定的坡度來滿足人體手臂骨骼的構造特點,體設計時,筆者建議這一坡度范圍3~5°為宜。

  收到操作面的距離

  由人體特征尺寸表可知,人手臂的長度,男約730mm,女約680mm。為保證操作的順利,對面板上伸手可及控制部位的較大距離應小于700mm,以滿足不同性別操作者的工作范圍。

  臺面的寬度與深度

  坐姿操作時,操作中心與人中心距離在400~500mm之間。所以,臺面的深度一般在400~500mm之間選擇為宜,400mm較佳。

  從手活動范圍可見,一般單人控制臺的有效操作寬度應控制在800~1200mm之間,不大于1500mm。1000mm寬度以外區域,原則上安排一般的起動元器件或甚少操作的設備。

  2眼與控制臺的關系

  在正常條件下,為保證視覺的工作效率及判讀數據、信息的準確性,視覺特征與控制臺有下列關系存在:

 

  坐姿眼高

  坐姿眼高是控制臺設計中一個很重要的設計參數,它決定控制臺高度或面板的布置。

  坐姿眼高 = 眼到坐距 + 實際坐高

  雖然列出的男女坐高不同,但在實際工作環境中其實際坐高應該是一致的,據有關資料介紹,一般工作椅的實際坐高約在400~450mm之間,并且椅坐高度的設計原則上不超過小腿(膝高)的高度。并兼顧男女人體特征,我們取椅坐高430mm為設計依據。

  則:坐姿眼高(男)= 774+430 = 1204mm,(女) = 728 + 430 = 1158mm。

  所以,通常情況下,坐姿眼高的實際設計參數取為1160mm左右為宜。

  顯示面板的空間位置

  垂直方向人眼的視區是水平視線下方30°,考慮到視線特征,則面板應與人的視線成直角關系。

  由此,在正常情況下,主視面板后仰角較大值為30°,如取視區30°的中心視線,則主視面板的后仰角角度為15°。

  當設計雙折面板控制臺時,到面板的低點一般不得低于45°視線,故此面板的后仰角一般在35°~45°,取值范圍一般在45°~55°之間為宜。

 

  水平視野與面板布局

  人眼的優視覺區為3°,這一范圍內人的視覺效率,也能引起注意,故較為重要的顯控裝置應盡可能配置在這一視區內。

  常用的指示器、顯控器件可配置在30°左右的良好視野范圍內。

  次要的顯控器可考慮放在40°~60°的正常工作視區內。

  70°以外的視野,視覺效率較差,一般不配置顯示器,但可放置一般的操作器件。

  總之,所有視覺顯示器或主要的操作裝置的配置位置設計原則應是以不轉動頭部和身體即可觀察為佳。

  視覺習慣與面板

  由于人眼的視覺習慣,因此,面板上顯控器在水平方向的排列應多于垂直方向的排列,且排列位置應遵循人眼順時針圓周運動的習慣,較為重要的顯控原器件配置在視區中心范圍的偏左上角為宜。

  控制面板與人眼的視距,應滿足認讀視距,面板遠點應在760mm以內為佳,近點應在450mm左右為佳,筆者建議面板的中心點離人眼的視距在500~650mm為宜。

  3操作區

  由上述“人機關系”可知,控制臺上控制器位置的合理設計,由手的活動范圍與眼的視覺特征所決定。結合人體特征知識,控制臺坐姿操作時的設計操作區。

  可見,坐姿操作時,其操作區為座位以上250~500mm之間,左右寬度以肩寬為界,操作者對控制器位置的合適程度隨其離開操作區的距離增加而減少,故常用的顯控器應考慮安裝在符合人體特征的便于操作的操作區域內。

 

  監控三控制臺的設計

  依據上述控制“人機關系”的基本特征而設計的某型電視監控系統控制臺中?,F就其宜人性設計和結構設計特點作一簡要分析,旨在讀者對控制臺設計由一個初步的了解。

  設計要求:

  本控制臺常規操作者為一人。

  控制臺的總高度應低于坐姿操作者水平視線下方,以不阻擋其視線觀察前方電視屏幕墻上的視像為宜。

  滿足系統擴容時對控制臺的要求。

  1宜人設計

  按系統要求本控制臺設計為主副式雙折形面板控制臺,為便于操作人員觀察和操作,將14寸計算機CRT和視頻監視器安排在控制臺主面板的中間位置,操作鍵盤在臺面板的中間位置,二臺主要控制設備放置在副面板的中間位置,而將甚少操作的錄像機、打印機等輔助設備配置在控制區之外。其體設計尺寸和布置。

  控制臺寬度為1350mm,雖大于手的活動范圍,但由于主要操作設備均安排在1000mm以內,故對正常操作無太大影響。

 

  根據人機關系準則:涉及控制臺設計的幾個主要尺寸確定如下:

  控制臺面的高度700;控制臺面的深度:420臺面坡度取3°。

  坐姿操作者眼到控制臺A點的水平視距:眼 = 500mm。

  面板空間位置的分析

  A:α2的確定:90°- β2

  已知:H2=700 眼XA=arc tg460 / 500 = 42°30·

  考慮到視覺特征及實際設備安裝的位置,副面板的后仰角取為40°,即:α2 = 90°-40°=50°(β2=40°)

  B:α1的確定副面板AB點的尺寸為120mm

 

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

  眼YB = 1160 - (700+sin50°X120) = 368mm;則β1 = arc tg眼YB/眼XB = arc tg368/577 = 32°30。

  可見:面板上的顯控設備基本上在操作員水平視線下方30°的視區范圍內,考慮坐姿及對控制臺高度的要求,則主面板的后仰角取為20°,即α1為70°。

  C:視距的驗定

  確定了α1和α2,則眼到D點的水平視距為:已知:主面板BD點的尺寸為330mm。

  則:眼XD = 眼XB+(cos70°X330) = 577~690mm滿足人眼的視距關系。

  同時,實際控制點到人眼的視距大約670mm左右,也滿足了手臂較大觸及長度要求。

  水平視野分析

  主面板上所要觀察的二個14寸顯示屏外沿處為605mm,二屏中心距為335mm。當α1=70°,α2=50°時,主面板中心點C到眼的視距為:696mm;所以,人眼到所需觀察的二個顯示屏中心的計算視距為696mm。

 

  則:人眼水平視線與二屏外沿夾角為:

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

  人眼水平視線與二屏中心夾角為:

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

  從上述計算結果可以看出,當操作員觀察主面板上兩顯示屏外沿時,水平視線已達49°,超出30°水平視覺區,但仍在40°~60°的正常視野范圍內。而當操作員觀察兩顯示屏中心時,水平視野為27°,正好在視覺區內,但操作員在體工作時,只要稍微轉動頭部,就可以看見每個顯示屏上的圖像信號。

 

  同時,兩顯示所反映的不是波形信號,而是視頻圖像,所以,上述二個角度均基本滿足了視覺的要求。

  副面板上二個主要設備單元雖比顯示器外沿寬,其基本部分仍在50°左右的正常視野范圍。當操作時,它們的操作順序是逐個操作,視線肯定落在被操作設備上,則仍可以滿足視覺的要求。

  操作鍵盤位置

  鍵盤位置所示:

  眼XE = 500 - (170+60)= 270mm 眼YX = 1160-700=460mm

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

  可見,鍵盤位置亦在人眼垂直視野的視區內。同時,鍵盤操作位E點到眼的水平距離:

  眼XE = 500 - 230 = 270mm;對照操作位置,可知,鍵盤區在坐姿操作區內。

 

  臺面下空間高度

  由人體特征尺寸知,標準坐姿時腿高(膝上到足底)男約500mm,女約470mm。取男性特征設計依據,考慮鞋底高度及舒適狀態下人體腿部的特征,桌面下空間高度應不小于540~580mm之間,略帶坡度,以滿足標準坐姿時腿部對空間的要求。

  取H3 = 580mm H4 = 550mm均大于人體腿高。

  控制臺高度的核算

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

  計算結果控制臺高度低于水平視線38mm,與水平視線夾角約為3°。

  綜上所述可見,該控制臺的二個觀察用顯示器均在人的視覺區內,二個經常操作的控制設備和操作鍵盤也處于或緊鄰操作區的范圍內,控制臺高度符合設計要求的通透性,不阻擋操作人員的水平視線與視覺的通過。故本控制臺的宜人設計時完全符合人機關系的基本原則和設計要求的。

 

  2 監控操作臺結構設計的一些特點

  本著便于運輸、維修、擴容的考慮,本控制臺為框架形組合結構設計,整個控制臺分上下二截,其側板、蓋板、前后門、臺面板等均可拆卸。

  可拆卸的上下二截式設計,主要介于入室安裝和運輸的考慮,一般門的寬度約為800`~900mm,控制臺的整體進入會有一定的困難,故分成上下二截式設計較妥。

  上部主要以面板及設備的安裝為主,主體結構形式由需要安裝設備尺寸而定。

  下部可設計成多廂式19寸機架形式,配置部分隔板、導軌,便于系統非面板式設備的安放。

  可拆卸式側板和蓋板的設計,主要是為了便于設備的安裝、維修需要,拆去蓋板,可直接對面板上放置的設備調整、維修,而拆去側板,當有擴容要求時,只要拼上一組新的控制臺,即成一體,同時,可拆卸式設計對于色彩的搭配也有好處。

 

  門與臺面板

  前后門均可拆卸。前門為軸轉式,后門為搭扣式,比較鉸式門,前門有外形結構的連續性、可脫卸性,后門有開門不占用地域,不必考慮開門幅度對空間的要求,適用于較小的控制室,對于靠墻放的控制臺,只需在墻與控制臺之間留有維修通道即可。

  掀動式臺面板,通過半軸形設計與控制臺相連,掀動臺板時,臺板依自身重量在軸套里轉動,使臺面板可開啟,若想取下臺面板,只要稍上抬,軸與軸套脫離,臺面板即可取下,對維修極為方便。掀起臺板的廂斗里可以放置物品,如配上抽屜則更好。

  四色彩在控制臺設計中的應用

  色彩是一個產品外觀表現形式的重要組成部分,直接影響到設計的成功與人機關系的協調,適度的色調設計,能使操作者產生舒適、輕快、振作的感受,從而形成有利于工作的情緒,同時,色彩設計與工作環境的匹配也有重要的關系。

  在控制臺色彩設計中,主要面板顏色與整體色彩的協調,及與工作環境色彩的匹配。

 

  控制臺面板顏色

  面板的色彩,一般以冷色調與中性色較多,考慮到控制臺的使用環境與控制設備的關系,筆者推薦使用白色、黑色、淺駝色。

  A、白色:是光明的象征色。屬非彩色,有明色、暢快、樸素的特征,使人產生一種輕盈、有前傾和擴張的感覺。在白色的面板上配上藍色字體,間或點綴幾個醒目色的字體,作為深色調顯控設備的面板,會產生一種親切、明快的效果,一般可用在中小控制臺上。

  B、黑色:黑色是無彩之色,與灰色調和,能產生深鐵灰色,有安詳、莊重、大方、耐臟的特征,使人產生靜柔、樸實的感覺,在此色彩的基礎上配以白色字體,作為淺色調顯控設備的面板,會產生互相襯托、活潑的效果。一般可用于在工作環境寬敞下使用的較大型控制臺或單折面式控制臺上。

  C、淺駝色或淺灰色:屬含灰的隱艷色,介乎白與黑色之間,適用于各種控制臺作為面板色使用,與淺色調或深色調的顯控裝置相配均能產生柔和、素雅明快的感覺。

  控制臺色彩

  控制臺的色彩處理與工作環境色調有密切的關系,宜采用與環境色彩相近的色調的處理??紤]目前大部分墻體的外裝飾色,筆者推薦仍以駝色系列為主,在色調的處理上宜采用漸進或分布規律求得諧調、大方。

  偏暖色調的采用,加上周圍環境的冷色調或者中性色調,會有利于操作者減輕或推遲疲勞現象的發生,消除緊張心理。

 

  綜上所述,在本控制臺的色彩設計中,考慮到顯控設備為深色調和電腦色,所以。

  A框架采用黑色

  B二側板與頂蓋為駝灰色,色調為中度。

  C前后門與面板為淺駝色,與B項的色調上稍有變化。

  D面板采用白色綴藍色字體,設備框線藍色為主。

  這樣的色彩(調)設計,強調了監控控制臺結構的鑲嵌性造型設計,突出了前后門與框架的立體感和面板與顯控設備的相互諧調的特性,框架與柜體色彩形成了門四周鑲有深色框線的感覺,也為操作的環境增添了柔和的氛圍。

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