[譯文]儀表中控室的宜人學(xué)研究

注：采用中等粗細(xì)的黑體字。

②聽(tīng)覺(jué)
過(guò)去利用聽(tīng)覺(jué)的信息傳輸手段是電鈴、蜂鳴器等的諧音效果。利用電鈴等發(fā)出的不同音質(zhì)的聲音，在實(shí)用上可傳輸3-4種信息，也可以利用長(zhǎng)音、短音的不同組合來(lái)傳輸最多5-6種的信息。目前，由于大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，可以利用聲音合成技術(shù)，制成聲音的信息系統(tǒng)。在應(yīng)用聲音信息時(shí)，重要的是應(yīng)知道音響信息的長(zhǎng)處和短處，同時(shí)應(yīng)根據(jù)信息內(nèi)容選擇不同的音質(zhì)。例如，操作控制時(shí)釆用溫和聲，警報(bào)時(shí)采用歇斯底里聲。

◆音響信息的優(yōu)點(diǎn)
a、與視覺(jué)信息比較，無(wú)明確的方向性，適于在緊急狀態(tài)下使用；
b、音響信息容易為人所理解，沒(méi)有必要進(jìn)行特殊培訓(xùn)。
◆音響信息的缺點(diǎn)
a、不能同時(shí)識(shí)別兩種以上的信息；
b、屬于一次性信息，不能保留(也可利用音頻保存信息)；
c、如果發(fā)生錯(cuò)聽(tīng)和漏聽(tīng)，容易造成危險(xiǎn)。

③其他感覺(jué)
在監(jiān)控系統(tǒng)中，視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以外的感覺(jué)的信息傳輸手段，幾乎很少被利用和開(kāi)拓。人-機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該將集中在視覺(jué)上的信息，分散到其他感覺(jué)上，充分利用人的能力，構(gòu)成有效的人-機(jī)系統(tǒng)。象飛機(jī)上的操作桿在緊急時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，給人以觸覺(jué)感。今后也希望監(jiān)控系統(tǒng)中開(kāi)拓出利用觸覺(jué)、振動(dòng)感覺(jué)等信息傳輸手段。

2、判斷、決定系統(tǒng)
人的信息接受能力是有限度的，一股認(rèn)為最多是6-7比特/秒，對(duì)于超過(guò)工作能力的信息量，人對(duì)它就忽視了，其結(jié)果對(duì)它沒(méi)有合適的相應(yīng)的響應(yīng)，甚至作出錯(cuò)誤的判斷和行動(dòng)，引起重大事故。因此在設(shè)計(jì)及表現(xiàn)方法上，必須考慮到使人易于接受。

信息表現(xiàn)方法主要從下面幾方面考慮：
①信息分階段表現(xiàn)，使人易于跟蹤操作步驟作出判斷；
②將信息變換成令人快意的用圖案識(shí)別的簡(jiǎn)單形式；
③將信息按功能分類，使人易于理解；
④將信息標(biāo)準(zhǔn)化(在顏色、形式上)， 使人易于理解。

特別是信息的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)表現(xiàn)信息是很有效的，但應(yīng)注意：將可變換成指示器指示的 “OPEN”、"CLOSE”，以“0”、“1”形式標(biāo)準(zhǔn)化，再加上使顏色也標(biāo)準(zhǔn)化(紅和綠分別表示異常和正常)，這樣既豐富了信息同時(shí)也易于理解。

3、信息輸出系統(tǒng)
人的信息輸出，通常是通過(guò)手、足等身體部位以及聲音進(jìn)行的，在監(jiān)控系統(tǒng)中則主要通過(guò)手、足進(jìn)行。為了將這種手足運(yùn)動(dòng)的特性在裝置的設(shè)計(jì)上反映出來(lái)，需要知道身體各部位的測(cè)量值(見(jiàn)圖3)。
圖3 操作者身高和體重的測(cè)定值
注：圖中的百分比是指(身高和體重)在某一特定值以下的操作者占全部操作者的百分?jǐn)?shù)(例如5%，是指體重為50.6kg的操作者占全部操作者的5%)

圖4所示是根據(jù)裝置設(shè)計(jì)中使用的基準(zhǔn)身長(zhǎng)所采用的作業(yè)區(qū)的部公數(shù)據(jù)。
圖4  操作范圍
注：圖中示值均以身長(zhǎng)(165cm)為基準(zhǔn)

人的身體特征值因人而異(如圖3所示)。在裝置設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)中，如果釆用平均值，那么手短的操作者就不能操作開(kāi)關(guān)，而視力低的人就不能辨識(shí)信息。因而，在設(shè)計(jì)時(shí)什么地方采用什么樣的值，應(yīng)充分考慮，數(shù)據(jù)選用例子如圖5所示。因此，為了使人-機(jī)接口在宜人學(xué)上最優(yōu)先化，在設(shè)計(jì)階段需要規(guī)定操作員的身體特征，即要規(guī)定操作員的合格條件。
圖5  在裝置設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)中需要規(guī)定操作員的身體特征
圖中：A為適用于平均值(即圖3中50%之值)；B為適用于最小值(即圖3中5%之值)；C為適用于最大值(即圖3中95%之值)；D為適用于最小值至最大值。

利用聽(tīng)覺(jué)作為信息輸入的技術(shù)，由于聲音合成技術(shù)的發(fā)展而有了很大的發(fā)展。以聲音作為信息輸出的技術(shù)也是這樣，以聲音會(huì)話為形式的人-機(jī)接口將會(huì)被利用。

四、中控室自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1、DCS系統(tǒng)構(gòu)成
DCS系統(tǒng)由以太網(wǎng)和使用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的控制網(wǎng)絡(luò)連接的各工程師站、操作員站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、通訊控制站、數(shù)據(jù)服務(wù)器組成的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，完成大型、中型分布式控制系統(tǒng)(DCS)、大型數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)功能。
①DCS系統(tǒng)硬件
工程師站、操作站、現(xiàn)場(chǎng)控制站(包括主控單元設(shè)備和I/O單元設(shè)備)、通訊控制站、打印服務(wù)站、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)等組成。
②DCS系統(tǒng)軟件
DCS系統(tǒng)軟件包含工程師站組態(tài)軟件、操作員站在線軟件、現(xiàn)場(chǎng)控制器運(yùn)行軟件、服務(wù)器軟件等。
③DCS系統(tǒng)中“站”
◆工程師站
工程師站運(yùn)行對(duì)應(yīng)的組態(tài)管理程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和管理。工程師站主要有以下功能：組態(tài)(包括系統(tǒng)硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)、控制算法、圖形、報(bào)表)和相關(guān)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。
◆操作員站
操作員含運(yùn)行相應(yīng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控程序，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。操作員站主要完成以下功能：各種監(jiān)視信息的顯示、查詢和打印，主要有工藝流程圖顯示、趨勢(shì)顯示、參數(shù)列表顯示、報(bào)警監(jiān)視、日志查詢、系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)視等。
◆現(xiàn)場(chǎng)控制站
現(xiàn)場(chǎng)控制站由主控單元、智能IO單元、電源單元、現(xiàn)場(chǎng)總線和專用機(jī)柜等部分組成，采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、擴(kuò)展性強(qiáng)。

2、CRT顯示器
CRT顯示器由于使用頻度高，液晶顯示器一般被安放在距離操作員近的操作臺(tái)上或操作臺(tái)旁支架上，比較常見(jiàn)的有一字排列或上下兩行一字排列。但同時(shí)要注意到液晶顯示器和鍵盤、鼠標(biāo)等之間的合適位置。作為CRT使用上的宜人學(xué)問(wèn)題有如下幾方面：
①畫(huà)面的反射；
②畫(huà)像的明度和照度的關(guān)系；
③文字顯示的形體、大小，
④圖形、曲線的設(shè)計(jì)；
⑤色彩的使用；
⑥器為上下兩行布置的，通常最上一行CRT用于顯示參數(shù)報(bào)警和參數(shù)調(diào)整，最下一行CRT用于顯示工藝流程及測(cè)量參數(shù)


3、監(jiān)視信號(hào)盤
對(duì)于墻壁式的模擬屏，在操作員的通常視野內(nèi)不能有絲毫干擾物，以便操作員有效地明辨信息。
◆模擬屏的色彩
在模擬屏設(shè)計(jì)中最重要的是“色彩選定”，當(dāng)選定色彩時(shí)既要考慮顏色對(duì)人的聯(lián)想效果，眼睛疲勞等心理、生理影響也要考慮色凋，使顏色和環(huán)境、設(shè)備等相協(xié)調(diào)、統(tǒng)一。

一般BG(青綠)系的顏色對(duì)眼晴刺激小，能使環(huán)境產(chǎn)生素潔的效果。反過(guò)來(lái)，它又使環(huán)境顯得陰暗，很久以前的儀表盤大多是這個(gè)顏色。為使操作員獲得舒適愉快的環(huán)境，目前流行的中控室儀表盤、操作臺(tái)顏色為國(guó)際灰。在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)各種顏色的不同特點(diǎn)，選定適合于不同用途和特性的模擬屏的顏色。
 
◆兩種不同明度的顏色的特點(diǎn)
1、明度較高的顏色
①室內(nèi)氣氛歡快舒適；
②容易和地板、墻壁、頂蓬等環(huán)境色彩溶為一體；
③與底色較暗的模擬屏相比，指示燈應(yīng)具有較高輝度，通常，紅色指示燈的視認(rèn)效果校好；
④室內(nèi)照明效率高；
⑤用于成套裝置的模擬屏及比較復(fù)雜的系統(tǒng)。

2、明度較低的顏色
①室內(nèi)氣氛莊重，但容易使操作人員感到沉重、郁悶；
②通常與環(huán)境色調(diào)也有關(guān)系，但應(yīng)以模擬屏的顏色為主；
③與底色較亮的模擬盤相比，指示燈的輝度應(yīng)該較低，這對(duì)提高視認(rèn)性有利；
④如果底色較暗，容易使操作者感覺(jué)色調(diào)太濃(涂色時(shí)，應(yīng)用色度較淡的顏色)；
⑤適用于圖面少，比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。

4、裝置布置
裝置布置應(yīng)以操作員為中心，應(yīng)考慮它和環(huán)境間相互影響、功能的充分發(fā)揮。裝置布置計(jì)劃的注意特點(diǎn)是：
①應(yīng)注意操作員的身體特性(視野、 視力、作業(yè)區(qū)等)以及它們間的合適關(guān)系；
②人-環(huán)境系統(tǒng)，以及兩者間的相互作用；
③操作員的操作范圍。
裝置布置注意點(diǎn)例示于圖8，圖中視角A最好大于45°。

5、信號(hào)操作器具
①外觀造型不僅要求裝飾漂亮，而且要求功能單純。色彩的應(yīng)用要根據(jù)功能的要求靈活運(yùn)用。要適合人的生理、心理上的要求。
②器具布置應(yīng)根據(jù)人的身體特性、習(xí)慣等，要整齊有規(guī)則。布置的一般原則：
a、按操作順序、監(jiān)視順序從左到右，從上到下進(jìn)行排列；
b、使用頻度高的器具安排在視野中央最佳作業(yè)區(qū)內(nèi)；
c、將與某一功能有關(guān)的器具組合起來(lái)布置，組合方法可參考圖9；
d、無(wú)誤操作的操作器布置在常用作業(yè)區(qū)外，最大作業(yè)區(qū)內(nèi)；
e、器具的布置間隔，應(yīng)防止誤操作，還要考慮儀表盤的強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性等；
f、明確區(qū)分操作部分和信號(hào)部分。但相互有關(guān)系的信號(hào)器和操作器應(yīng)布置在接近的地方。
③器具名稱定名的巧拙，對(duì)傳遞信息的正確性、迅速性影響很大，因此在器具選定、布置的設(shè)計(jì)階段，確定器具名稱時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
a、采用分層定名法，以避免重復(fù)；
b、在不會(huì)引起誤解的情況下簡(jiǎn)略化；
c、避免難于判別的名稱；
d、標(biāo)志牌統(tǒng)一布置在器具上方。

六、環(huán)境設(shè)計(jì)
人-機(jī)系統(tǒng)不能不考慮環(huán)境影響，人的能力本是在某種特定條件下被發(fā)揮出來(lái)的，對(duì)機(jī)器來(lái)說(shuō)，發(fā)揮其特性也要有環(huán)境條件。特別是在人和環(huán)境的關(guān)系中，環(huán)境不僅對(duì)監(jiān)視性、操作性、而且對(duì)人的生理、心理方面都有很大的影響。

所謂監(jiān)控室的環(huán)境設(shè)計(jì)，就是對(duì)房間的大小、形狀、出入口位置、色彩調(diào)節(jié)等的空間構(gòu)成要素，使光、聲音、大氣等環(huán)境條件最佳化，以滿足人和設(shè)備的要求，而進(jìn)行的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。

1、空間設(shè)計(jì)
①房間大小、形狀、監(jiān)控室的大小、形狀應(yīng)根據(jù)被設(shè)置的機(jī)器、裝置的大小和布置的位置關(guān)系、通行距離、維修間距、以及保持操作員精神穩(wěn)定的“空間余地”等綜合考慮來(lái)決定。
②天花板的高度應(yīng)根據(jù)房間的大小， 機(jī)器、裝置的大小，空調(diào)、音響、照明以及對(duì)操作員的壓迫感等因素來(lái)決定。一般在2.6-4m范圍內(nèi)，多半設(shè)計(jì)在3m左右。
③監(jiān)控室位置、出入口位置的設(shè)計(jì)，與設(shè)備、計(jì)算機(jī)室、事務(wù)室等有關(guān)，應(yīng)使設(shè)計(jì)有利于提高操作員的作業(yè)效率；
④監(jiān)控室的窗戶應(yīng)能望見(jiàn)設(shè)備的位置，能有效地掌握設(shè)備的狀態(tài)。
⑤地板的設(shè)計(jì)要方便配線，最好用易于對(duì)接的自由活動(dòng)式地板以便于設(shè)備移動(dòng)，而且還要能提高或降低一部分地板的高度，進(jìn)行監(jiān)視控制。
⑥對(duì)于監(jiān)控室的色彩調(diào)節(jié)具有兩方面的要求：一是利用顏色給人以感情效果，給人以聯(lián)想，使之產(chǎn)生心理的、情緒的影響，在提高快適性和美觀上發(fā)揮作用,二是利用顏色具有的前進(jìn)、后退、對(duì)比等性能，在提高視覺(jué)辨識(shí)性、安全性和減輕疲勞上發(fā)揮作用。

2、環(huán)境條件
①照度(亮度)及其分布
視力和周圍的亮度有密切關(guān)系。在Jis(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Z9H0)中規(guī)定控制室的照度是5001x(350-7501x)，中控室等的儀表盤、控制盤的照度是20001x(1500-30001x)。但現(xiàn)今的監(jiān)控系統(tǒng)是以監(jiān)視自發(fā)光型信號(hào)器(信號(hào)燈、CRT等)為作業(yè)主體的。顯然信號(hào)器的發(fā)光輝度和照度間的比例關(guān)系對(duì)易見(jiàn)度有很大影響。綜合以上幾點(diǎn)，確定的適宜照度如圖10所示。監(jiān)控室的照度如果分布不均勻，容易引起眼睛的疲勞，特別是通常視野內(nèi)的照度要求做到均一分布，而在視野外，在不妨礙監(jiān)視的地方，可附設(shè)適當(dāng)?shù)牧炼龋苊馐覂?nèi)有單調(diào)感。
圖10 適當(dāng)照度的布置
圖中：A為監(jiān)控室平均照度5001x；B為控制機(jī)水平面照度6001x；C為CRT畫(huà)面照度4001X；D為監(jiān)視信號(hào)盤垂直面照度5001x。

②晃眼(耀眼)
有直接晃眼和反射晃眼兩種。直接晃眼是光源的光直接進(jìn)入眼睛引起的晃眼。為了防止這種晃眼，不要在操作員的視野的晃眼區(qū)內(nèi)設(shè)置光源(照明器具、窗戶)。反射晃眼是指光源的光反射到裝置上，引起晃眼。為了防止這種晃眼，應(yīng)對(duì)光源、裝置、操作員的眼睛、各自的位置關(guān)系，進(jìn)行充分的研究。防止晃眼可采取如圖10所示的措施。即在1處裝窗簾，2處裝反射板，3處裝無(wú)反射濾色器，4處裝遮光罩。

③窗戶
基于窗戶的釆光所形成的亮度，因時(shí)間、季節(jié)、氣象等條件而差異很大。對(duì)于那些必須保持監(jiān)視條件不變的監(jiān)控室來(lái)說(shuō)，應(yīng)避免用窗戶來(lái)產(chǎn)生所需要的亮度。但如果照度能夠調(diào)整，又不會(huì)對(duì)監(jiān)視產(chǎn)生影響，那么從節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā),還是希望釆用自然光。為了防止晃眼和安定操作員的情緒，在操作員的通常視野內(nèi)和背后不設(shè)置窗戶，在設(shè)置窗戶的地方應(yīng)加窗簾。

④照明
為了使監(jiān)控室的視覺(jué)環(huán)境合適，選擇照明器具時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
a、從效率和變色性考慮，以使用白色光系的燈為光源和變色性好的3波長(zhǎng)區(qū)發(fā)光系的燈為好；
b、為了防止晃眼和得到均一的照度，所有照明器具最好附有防止直射的燈罩，或附加上乳白色濾色器；
c、為了使照明能夠調(diào)節(jié)，希望在每個(gè)照明系統(tǒng)上設(shè)置能夠調(diào)節(jié)的電路或調(diào)光裝置。

⑤音響
如果監(jiān)視室的音響條件不合適，有噪音等，可使用有隔音效果和吸音效果的材料作地 板、墻壁、天花板。

⑥大氣
大氣中的溫度、濕度、塵埃等對(duì)操作員的工作效率、對(duì)機(jī)器的性能都有很大的影響，因此，在規(guī)劃空調(diào)、換氣時(shí)，要充分考慮到人和機(jī)器所需的條件。

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