logo
订做
·  当前位置:首页 > 控制台 > 订做
国内控制台的尺寸与型号介绍
作者:机柜 ;来源:www.deenglish.com    时间:2017-04-26 16:16:22

 随着科学技术的进步,在人-机系统中,劳动的作用逐步削弱,控制监视功能逐步增强。现代工业的主要特点是高度自动化,系统控制的主要形式,已由就地控制发展为以在控制中心的集中控制为主,而系统管理也发展为在调度室的集中调度管理。控制台是控制室、调度室的核心设备之一,人对系统的监视、控制、调度大多是通过控制和显示屏(或模拟屏)进行的。在人-机系统中,人是核心因素,控制台的设计应符合人的生理、心理特点,这方面考虑的失误,可能会损害系统的性能,影响控制台的可用性和作业人员的安全、健康和舒适。

1 控制台基本结构式及设计要点

控制台主要由三部分组成:台身,台面,台上结构。台身为基础支撑件,台面是主要工作面,台上结构则主要是仪表板,用以安装各类显示器和控制元件。坐姿控制台的基本结构型式。

控制台的结构设计应考虑三方面的因素:与人体相关尺寸的设计;与功能相关尺寸的设计;与外观(造型)相关尺寸的设计。主要研究与人体相关尺寸的设计。

控制台人机工程设计的基本要求为:人的舒适性(按人体尺寸设计);显示装置的可见度(考虑视觉几何参数);控制元件的易操作性(考虑人的手功能可及范围、人的动作特性)。此外,还应考虑操作者的工作性质,这里主要是指过程自动化的程度,其主要区别是:高度自动化过程中,操作人员的主要任务是监视,很少需要操作控制元件;而在主要用于手工控制和过程监控的控制室中,操作人员需持续地进行监视作业和相应的控制操作。

2 人体尺寸百分位数运用的基本原则

控制台的设计应适合人体的尺寸,这是很易理解的。但是,由于受人的年龄、性别、种族、地区等因素的影响,人的身材大小各不相同,那么该用哪一种身材的人作为控制台设计的依据?在对人群进行统计性的人体尺寸测量时,各种身材的人的频数分布状态(出现率)用百分位数表示。在国标GB10000中分别给出了不同年龄段1、5、10、50、90、95、99百分位的人体尺寸,在控制台设计中,常用的是18~60岁年龄组的第5百分位数(P5)和第95百分位数P95,它考虑了绝大多数的使用者群体。进一步分析这些人体尺测量值可以发现,高大女子与中等男子身高相近,而矮小男子与中等女子的身高相近,由此可将男女身高共分为四个等级:即很小、小、中、大等。

按人体尺寸确定相关结构与空间的尺寸的原则为:

a.包容空间尺寸设计按第95百分位数

包容空间是指以人为中心,包容人体(或某部分)的空间。例如:最小作业空间(区域)、通道、维修空间、肢体自由活动空间、门、舱口等,对于这类空间,要求其能包容大多数人,按大身材人(P95)设计,小身材的人当然也就包括在内。

b.被包容空间尺寸设计按第5百分位数(P5)

被包容空间是指以人为中心,被人体(或某部分)所包容的空间。例如,肢体的可及范围、椅面高度,搬运物的宽度等,对于这类空间,应使小身材人(p5)能包容其空间,大身材人当然也就没有问题。

工作台相关尺寸的包容关系。a/为包容(人)尺寸,b/为被(人)包容尺寸。

c.最佳作业区位置尺寸按第50百分位数(P50)

在包容与被包容关系中,要求空间适应人的极限状态,而对于某些频繁使用的操纵器,则是希望能以最舒适的状态来进行操作,才不易疲劳,并达到准确和高效。例如,重要的使用频繁的或需精细操作的开关、旋钮等控制器的设置,各类机械主要操作手柄的设置等。这是应按中等身材人(P50)设计,因第50百分位附近,人的密度最高,可使多数人处于舒适、高效的作业状态下。

d.可调结构尺寸的调节范围为第5至第95百分位数

由于人体尺寸的差异,欲使每个工作者都能处于一种舒适、准确和高效的工作状态,则应将有关结构设计成为可调节的,例如与控制台有关的座高度和踏脚板的高度等,应是可调节的,其尺寸应以P50为基准,调节范围扩展到P5~P95.

上述四个原则应用中,尚需考虑控制台使用者主要是男性还是女性的问题。主要是男(女)性使用的控制台,则采用男(女)性的相应百分位数,如男女混合使用的,则应按性别来考虑,下限取女性P5,上限取男性P95。

3 台面与台身尺寸

1工作面高度

确定工作面高度需考虑人体尺寸与工作性质(视觉的要求与操作的要求)这两类因素。工作面高度必须与操作者的身高相适应,台面太高,操作时需抬起上臂,时间久了会引起肩膀酸痛,台面太低,需低头弓背,久之会劲酸背痛;工作面的高度又因工作性质而异,对于以视力为主的精细作业,工作面宜高些,对于使用臂力为主的作业,工作面宜低些。控制台的台面上,主要用于安装按钮、开关及旋钮等用力甚小的小型操纵器和尽可能少的显示元件,台面有时也用作书写,属于以操纵为主对视力有一般要求的作业。人在坐姿下进行操作时,上臂自然下垂(在向前0~10°范围内)、前臂接近水平,这种姿势耗能小,人最不易疲劳。由于控制台面属于固定式台面,其工作面高度一般按男子P95的尺寸进行设计。控制台台面的最大高度可由下式确定:

H=A+BC=448+298+25=771mm(取770mm)式中:A为小腿加足高(腘窝部高,座平面高);B为坐姿肘高;C为穿鞋修正量(25mm)。

几种控制条的尺寸。弧内的尺寸是文中的推荐尺寸,可作为出口产品设计的参考。如在控制台上加键盘,则台面高度应扣除键盘的高度(键盘的平均高度)可取700~710mm。

一般工业用的控制台的台面是固定式的,对各种人都是通用的,为使大身材的人能舒适地使用,就以男性P95尺寸为基础来确定工作面的高度。对小身材的人可升高座椅面高度,使自己处于一种舒适状态,但同时脚就可能悬空,大腿肌肉会因受压而感到麻木,所以设置搁脚板是作为高度调节的一个基本需求。搁脚板最好是可调的,搁脚板与座椅面见得高度应是“小腿加足高”的高度(还应考虑鞋底高度)。可调搁脚板的调节范围应不小于125MM。

应注意,上面确定的工作面高度是指最大高度。笔者认为,当不喜欢使用搁脚板时,也可按男子P50的尺寸来考虑,工作面高度则为700mm(台面有键盘时取680mm)。但此时应验证,容膝空间和台面内安装监控元件的空间。由于自动化程度的提高,操作人员主要任务是监视,已很少需要操作,所以,尽管工作面较高,小身材在不升高座椅面的情况下,进行少量操作,并不会导致上臂的疲劳,因而在控制室中的控制台下方一般很少设搁脚板。然而,对于在流水线上进行手工操作的作业来说,可调座椅与可调搁脚板是不可缺少的。

2工作面深度

工作面深度尺寸主要取决于坐姿手的最大功能可及范围的基础。控制台工作面深度。

对于以手工控制为主的控制台,工作面深度不超过500mm。对于以监视为主的全自动化或半自动化的控制过程,工作面深度不大于790mm,第5百分位男性可通过躯干前倾、肩部前移而达到前方最远的待控制部位。当控制台台面设有书写台面(水平面)时,其深度不大于300~360mm,当然,这个面上也可用于安装显示和/或控制元件。

3工作面长度

对单座为操纵台,工作面最大长度为1120mm,当要求大于这一长度时,可考虑采用表面平滑的、组合的、两翼台面的尺寸,可以操作者左、右肩关节为转动中心,由男性P5的手最大功能可及范围(或台面深度加100mm)为半径的弧线来确定。两翼部分的长度一般以不超过610mm为宜,即前仪表板的总视角不超过190°,并且只要有可能,就应通过适当的配置来减少总视角。

对多座位操纵台,两相邻工作岗位(中心线)的间距不小于1000mm。

4工作面倾斜度

当在控制台的工作面上安装显示和/或控制元件时,根据显示装置的易读性和控制元件操纵的舒适性,当台面与水平面的倾角α小于10°时,倾斜台面与水平面相比,无明显优势。一般,台面倾角可取10°~15°,倾斜工作面的弱点是,在某些情况下会使台子尺寸增加,并使前方视域界限线升高,从而使控制台后方的盲区加大。对于(d)中在仪表盘上设有前置延伸台面的结构,除可采用水平台面外,也中采用倾角为20°~50°的倾斜台面,操作者站立时可看到倾斜台面上的显示器。

5容膝空间尺寸

容膝空间是指人在坐姿工作时,控制台身所留出的人腿自由伸展所需的三维空间。一般要求台面下沿与大腿之间的垂直间隙应大于20mm。容膝空间尺寸应按男性P95的尺寸设计。控制台台身的最小容膝空间可按下式确定。

h=A+C+D+E=448+25+151+20=644mm(取650mm)式中:D--坐姿大腿厚;E--台面下沿与大腿间最小间隙(20mm)。

几种类型控制台的最小容膝空间,腿前伸的前端空间可允许仅容下脚的尺寸,也可采用点划线的结构。

腿部空间的宽度不小于480mm。

高度方向的容膝空间将影响到台面的厚度,设计时应顾及安装于台面内的显示元件和操纵元件的高度,如台面不安装显示、操纵元件时,容膝空间大一点是有益的。在有些文献中台面下沿高度的值比较小。这种情况下,大身材人可能需略降低座椅面高度,此时小腿可前伸或采取其它较舒适的姿态。也就是说大身材人坐较矮椅子可以适应,但小身材人坐高椅子肯定是不舒适的。

4 前仪表板的尺寸

1设计眼点的确定

设计眼点事设计视觉条件和确定控制室盲区的基准,一般当操作者处于坐姿,头部处于放松状态时,设计眼点位于控制台台面前缘的垂直参考线上,设计眼点高度按男子P50的尺寸设计。设计眼点高为座椅面高和坐姿眼高之和。根据小腿长、足高和鞋底高确定座椅面高为430mm,由此可得出,理论上的设计眼点高度为125mm。但这里的“坐姿眼高”值,是在人体最大限度地挺直,肩胛骨区紧贴着墙的状态下测得的,而人工作时一般取放松的姿势,其高度值下降可达60mm,然而,当在一个工作位置上要持续长时间工作,认得姿势是挺直和放松想交替的,所以应对上述眼点的理论值进行修正,坐姿眼高的姿势修正量为44mm,可得设计眼点距地面的高度为1190mm。

对高度自动化过程的控制室,可以后倾坐姿作为确定设计眼点的基础,此时,设计眼点可定在:距地面高度为1180~1190mm,在垂直参考线之后水平距离为150mm~160mm。

具有前仪表板的控制台

具有低前仪表板和中前仪表板的控制台的尺寸。其中,α分别与垂直坐姿与后倾坐姿相适应。垂直坐姿(手工过程控制)时,正常视线(人处于舒适状态)为25°~35°,可与前仪表板垂直;在后倾坐姿时,正常视线与水平视线间夹角变为10°~20°,仪表板倾角设计为10°~20°,以便与视线垂直。当台子后边有模拟盘或显示屏时,控制台的整个高度不应超过1190mm。

具有分段式前仪表板的控制台

具有分段式前仪表板的控制台的尺寸,水平前桌面(300~360mm)可用于记录安装显示和/或控制元件。整个组合式前仪表板的布局,可近似地设置在一个半径为550~600mm的园弧上,其中心则是垂直坐姿时的设计眼点。表面与水平面程30°倾角,此外很适宜于设置控制元件。表面用于需持久和经常监视的显示装置,其倾角α原则选用。垂直A3设置一般的显示器和控制器。表面可设置类似元件,它相对于垂直面前倾20°~40°。

控制台,具有三部分组成的前仪表板。表面上信息元件的有用面积比较大。垂直面特别适合于设置显示器和流程图,在布局时应注意,将使用比较频繁的显示器设置在下半部分,在不转动头部情况下就可使显示其处于眼的舒适视野范围内。

这类控制台的高度不应超过1600mm,这样,设置在顶部的显示装置扔处于最佳观察视野范围之内。

5 控制台与显示屏、盘之间的控制位置设计

显示屏的设置

对具有屏幕显示器的显示屏来说,重要的基本尺寸是视距d和屏面相对于垂直面的倾角Y,应根据设计眼点的视觉几何尺寸来确定。

模拟盘(仪表盘)的设置

模拟盘(模拟屏、仪表盘)主要用于安装信息显示元件,它在控制室中常形成为一个有边界。

模拟盘与操作者之间的相对空间配置,取决于控制室的功能。其中为仅具有模拟盘的控制室,例如用于配电系统或化工系统的调度室和控制室;为仅具有控制台的控制室,例如需直接观察生产过程的控制室;为具有控制台和模拟盘的控制室,例如,电站或生产过程的集控室,例如,用于大型发电站的成套控制装置。

6 不同文献中台面高度的差异及分析

工作面高度的确定应考虑人体尺寸和工作性质两个因素。在不同文献中台面高度有不同的值,是由于考虑问题的前提不同而造成的,主要由下述方面:

a.”舒适”概念的模糊性

台面高度的确定,是以工作的“舒适”为条件。然而,“舒适”本身是一种定性的要素,在量化时就具有一定的伸缩性,其中既有经验问题,也有传统习惯问题(如我国习惯于较高的台面)。例如手操作的舒适姿态,一般认为与肘同高为佳,但工作面确定在人肘上、下25mm之间,对工作效率无明显不良影响。

b.工作性质的不同

工作面(指手操作平面)高度随工作性质不同而不同。给出了以手工操作为主的坐姿工作岗位的相对高度(手操作平面与座位平面之间的距离),它以男性P95的尺寸做为设计依据,共分为三类:

1.使用视力为主的手工精细作业(如调整作业,检验工作,精密元件装配),为550mm。

2.使用臂力为主,对视力也有一般要求的作业(如分捡作业,包装作业,体力消耗大的重大工件组装),为250mm;

3.兼顾视力和臂力的作业(如布线作业,体力消耗小的小零件组装)为450mm。

这些尺寸均大于男子P95的坐姿肘高尺寸(298mm)。也就是说,这些作业的手操作平面高于肘高50mm~250mm。

另外,在前面第3.1节中,确定的操纵控制台的姿势是:上臂自然下垂,前臂接近水平;但控制台的操作姿势是不相同的。

c.人体尺寸的差异

作为确定工作面高度基本依据的人的高度不同。列出中、德、美国与坐姿工作台有关的几个人体测量数据(第95百分位)。

由于存在着上述这些因素,形成了控制台台面高度的差异。在美国军标中,就标准操纵台书写台面规定了三种高度供选用:650mm;810mm;910mm。其中910mm适用于坐式和坐--站式,后二者设有脚踏板。在从总台台面高度为700~750mm,并特别说明,这一尺寸适用于身高1750mm左右的男性体型。CRT操纵台的台面或键盘中心高为737mm。对应的座椅面高为457mm。在实际工程中,对于以女性为主的工作台,则采用女性P95的尺寸为设计依据;有时则根据作业性质采用某些经验数据。鉴于上述种种情况,在有些文献中,对工作面高度,给出的是一个数值范围,由设计者据控制台的实际使用对象和实际使用要求来确定。

结束语

控制台各部分结构尺寸的设计,应以人体尺寸为基准,在分析控制台各构成功能的基础上,合理运用人体尺寸百分位数,这样,控制台才可能具有良好的使用性,达到安全、健康、舒适和高效。但由于各国的人体尺寸不同,对控制台工作性质理解上的差异,“舒适”这个概念的含糊性,以及各自不同的经验和习惯,形成各种文献中控制台尺寸的差异,推荐的控制台结构尺寸,主要是参照ISO的标准草案,在对其各部分尺寸确定原则进行深入分析的基础上,根据“中国成年人人体尺寸”和应考虑相关的控制台方面的国家标准来确定,可作为控制室用坐姿控制台设计的基本依据。 

上一篇:返回列表
下一篇:本司定制定做控制台