電氣設(shè)備操作面板人機工程學(xué)設(shè)計研究

巴怡文

摘 要：基于人機工程學(xué)原理，探討電氣設(shè)備操作面板的顯示、操作裝置的位置，布局等設(shè)計，使其設(shè)計最大限度的與人體結(jié)構(gòu)相匹配，為操作者提供一個安全、合理、健康的使用及操作環(huán)境。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備;操作面板;人機工程學(xué)

隨著科技的進(jìn)步，電氣設(shè)備正在朝著高速度、高精度、高可靠性、智能化方向發(fā)展，電氣設(shè)備的操作面板作為人和機器之間交互的接口，直接影響到電氣設(shè)備的工作效率以及設(shè)備操作的安全性、可靠性和準(zhǔn)確性。因而電氣設(shè)備操作面板的設(shè)計顯得格外重要。人機工程學(xué)是近幾十年發(fā)展起來的一門新興科學(xué)，它旨在研究不同作業(yè)中人、機器及環(huán)境之間的關(guān)系，以及如何改善這些關(guān)系。因此在電氣設(shè)備實際設(shè)計中，應(yīng)基于人機工程學(xué)原理對電氣設(shè)備的操作面板進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，使之更適合人的使用。

1 操作面板的概念

操作面板一般安裝在電氣設(shè)備的表面，一般由一個或者一組顯示裝置（顯示屏、指示燈等）及操作裝置（觸摸屏、按鈕等）組成，是操作者與電氣設(shè)備交互的媒介，屬于人機接口范疇。操作者通過顯示裝置獲取電氣設(shè)備的信息，再通過操作裝置向電氣設(shè)備下發(fā)指令設(shè)定電氣設(shè)備參數(shù)，控制操作電氣設(shè)備運轉(zhuǎn)。

2 電氣設(shè)備操作面板人機工程設(shè)計的基本原則

2.1以操作者為中心。

電氣設(shè)備的操作面板在設(shè)計時應(yīng)以操作者的生理、心理特點為基礎(chǔ)，將與操作者有關(guān)的各個因素進(jìn)行綜合考慮并加以分析，統(tǒng)一協(xié)調(diào)各個因素之間的關(guān)系，使設(shè)計的操作面板更為簡單、方便、舒適、安全?？紤]操作者的生理、心理特性，在操作簡單、方便、舒適、安全的前提條件下進(jìn)行開發(fā)設(shè)計。

2.2人機功能合理分配。

操作者和設(shè)備在功能和特點上有非常大的區(qū)別，操作面板作為設(shè)備的一部分，在考慮人機功能分配時，應(yīng)根據(jù)操作者和操作面板的各自特點進(jìn)行功能分配。適合操作者的功能宜分配到操作者功能區(qū)，適合操作面板的功能應(yīng)分配到操作面板上完成。例如，單調(diào)持續(xù)或者對速度精度要求高的或者長時間監(jiān)視的任務(wù)應(yīng)有操作面板完成，而那些需要判斷、預(yù)測但是對精度要求不高的任務(wù)則應(yīng)有操作者完成。

2.3、安全優(yōu)于效率。

在設(shè)計操作面板時，操作者的安全應(yīng)是第一考慮要素。操作者通過操作面板操作設(shè)備時，操作者的安全必須得到保障，因此需要考慮操作面板在設(shè)備中所處的位置等細(xì)節(jié)問題。在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計以此來提高操作效率。

2.4要有防錯容錯能力。

首先需要明確的一點是，由于人本身存在的局限性，操作者的操作失誤是無法避免的。因此，設(shè)計操作面板時，要有防錯容錯能力。通過防錯設(shè)計，可以降低操作者操作失誤的幾率;通過容錯設(shè)計，即使發(fā)生了操作失誤，設(shè)備也可以快速恢復(fù)、正常運行，不至于造成事故發(fā)生。

3 電氣設(shè)備操作面板的設(shè)計

3.1操作面板位置設(shè)計

操作面板的位置和操作者操作姿勢有關(guān)，操作者操作姿勢一般為站姿操作和坐姿操作。操作姿勢的不同，決定了操作區(qū)域不同。操作區(qū)域是指操作者在操作設(shè)備時，手能夠觸及的范圍。國家標(biāo)準(zhǔn)[1]對不同操作姿勢操作區(qū)域進(jìn)行了劃分。

對于坐姿，操作區(qū)域劃分如下：

對于立姿，操作區(qū)域劃分如下：

操作面板的設(shè)計原則上應(yīng)盡可能布置在精確操作區(qū)，這樣操作者在操作設(shè)備時能夠更加的準(zhǔn)確、方便，而且這種設(shè)計還能讓操作者心理上和生理上更加舒適，從而進(jìn)一步提高了操作人員的工作效率。當(dāng)操作面板的位置因尺寸受限或者其他必要因素不能滿足布置于精確操作區(qū)時，則可延伸布置在舒適操作區(qū)。原則上，不把操作面板的組件布置于精確操作區(qū)及舒適操作區(qū)之外。

3.2操作面板布局設(shè)計

操作面板的布局應(yīng)注意內(nèi)在聯(lián)系，貼合操作者的操作邏輯。

首先進(jìn)行功能分組，對操作面板整體區(qū)域進(jìn)行劃分功能組，相同功能的組件應(yīng)在布局時放在一起;其次對功能組次序確認(rèn)，根據(jù)人體眼球?qū)嶋H情況，在不同區(qū)域人眼的觀察力在有著明顯的差異的，其中左上為最好，右上其次，左下再其次，右下最差[2]。重要的、常用的功能組應(yīng)優(yōu)先布局于左上，其他功能組按照重要、常用程度依次按照“左上-右上-左下-右下”的順序布置，盡可能的避開右下;再次是功能組內(nèi)次序確認(rèn)，原則上市在程序上有操作順序的組件應(yīng)按照操作次序進(jìn)行布局。另外，操作組件特別是按鈕、指示燈顏色應(yīng)遵守通用標(biāo)準(zhǔn)，例如一般紅色為緊急危險、黃色為異常、綠色表示正常[3]。

4 操作面板設(shè)計實例

下面就設(shè)計一臺鋰電池分選設(shè)備的操作面板為例，闡述一下操作面板設(shè)計的過程及遵守的原則。

此鋰電池分選設(shè)備操作面板要求如下：1、操作面板需要站立操作，2、操作面板需要提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示、操作電源的開關(guān)、手自動模式切換、維護(hù)模式切換、蜂鳴器報警、急停操作等功能。

首先，確認(rèn)操作面板高度范圍。根據(jù)操作者站立操作這個要求，設(shè)計操作面板的高度范圍為1350mm～1690mm區(qū)間。

然后是設(shè)計操作面板的布局。根據(jù)操作面板的基本設(shè)計原則和布局的設(shè)計原則，設(shè)計操作面板如下圖：

整個操作面板分為兩個大的功能組區(qū)：軟操作區(qū)，硬操作區(qū)。

軟操作區(qū)為觸摸屏，主要完成設(shè)備狀態(tài)、功能監(jiān)視，底層、精細(xì)化、復(fù)雜的操作，例如：設(shè)備產(chǎn)能的監(jiān)控、設(shè)備工藝流程的設(shè)定等;軟操作區(qū)還需要結(jié)合觸摸屏軟件設(shè)計（如菜單及畫面設(shè)計）來實現(xiàn)上述功能。

硬操作區(qū)為帶燈按鈕，主要完成設(shè)備頂層操作邏輯。如：設(shè)備的啟停、模式切換、報警的復(fù)位等。硬操作區(qū)則需要結(jié)合硬件電路（如啟?；芈?、安全回路）設(shè)計來實現(xiàn)上述功能。

在硬操作區(qū)，根據(jù)功能又分為如下幾個小功能組：設(shè)備急停組，作為一種特殊的、緊急的按鈕，只有在設(shè)備緊急的情況下才可以按下，而且對此按鈕的誤操作會導(dǎo)致設(shè)備停機，所以將此組單獨放置在硬操作區(qū)的右側(cè)，考慮緊急情況下，手指可能無法緊急操作，緊急按鈕選擇大型按鈕，手掌亦可操作，此外，為防止可能帶來的誤操作，緊急按鈕應(yīng)增加按鈕保護(hù)圈;設(shè)備啟停組，作為設(shè)備最重要頂層的邏輯，放置硬操作區(qū)左上，ON＼OFF按鈕根據(jù)操作順序排列;設(shè)備手自動模式切換組，放置于設(shè)備啟停組右側(cè);設(shè)備維護(hù)模式切換組，重要但是不常用，放置硬操作區(qū)右上;設(shè)備的自動運行操作組，作為設(shè)備模式其中之一放置于硬操作區(qū)左下，各個按鈕按照操作順序排列;設(shè)備異常復(fù)位組，放置在自動操作區(qū)右側(cè);右下區(qū)域空置，硬操作區(qū)帶燈按鈕顏色按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實施。

結(jié)語：

操作面板作為操作者與設(shè)備最重要的交互界面，它的正確操作影響著設(shè)備的運轉(zhuǎn)和設(shè)備效率，因此合理的人機工程學(xué)設(shè)計可以讓操作者和電氣設(shè)備的交互更為和諧。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.DL-T575.3-1999.控制中心人機工程設(shè)計導(dǎo)則第3部分：手可及范圍與操作區(qū)劃分[S].北京：中國電力出版社，2000

[2]趙鵬睿.電氣控制柜設(shè)計的人機工程學(xué)評價與設(shè)計[D].北京：華北電力大學(xué)，2013

[3]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB18209.1-2010 機械電氣安全指示、標(biāo)志和操作第1部分：關(guān)于視覺、聽覺和觸覺信號的要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011

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