控制室设计中人机工程学案例分析

控制室设计中人机工程

学案例分析

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

控制室设计中人机工程学案例分析

一、控制室设计的人机工程学要求

该控制室的形成，是将一个发电厂或变电站的全部控制、观测与操纵仪器集中于一个室内。要求把操纵台和控制室作为功能上相互有关的部件来看待，其中控制室室内结构造型为一个单元，操纵台和仪表板构成一个单元。应把两者看作技术上和工程上不可缺少的单元来设计。

控制室、仪表板和操纵台设计的优劣，首先影响的是在室内工作的人，以及控制室所具有的功能。控制室设计的人机工程学要求是，使操作者在其岗位上能较轻松地观察其视觉范围内的一切目标，并能无差错地读清一切信号。照明必须有足够的光度，尽量避免眩光，反光要以不影响读清仪器上所示符号为原则。噪声电平应处于最低点，设备应保持无尘。操作台上的各种操作装置，都设计成相协调的组合。选择操纵台形式，要保证读清仪器上所显示的读数，并保证开关具有良好的性能和便于维修，允许操作者变换作业姿势。

二、控制室影响因素综合分析

1．控制室设计要素控制室设计主要包括控制室空间、仪表板和操纵台三大部分，每一部分的主要设计内容列于表 1-1。

表1-1控制室设计内容

2．影响控制室设计的因素

1）影响控制室设计的因素包括技术因素、经济因素和人机工程学因一素，这三类因素所包含的指标，分别对表1-1中的各项设计内容产生影响，有关指标对各项设计内容的综合影响关系分析如图1-1所示。

由图 1-1的综合分析可知，对设计内容产生影响的三大类因素共有23项指标，其中属于技术因素为7项；属于经济因素为3项；而属于人的因素有17项。由图可见，在控制室设计中，人机工程学因素影响最大，认真分析人机工程学影响因素显得非常重要。

图1-1控制室影响因素综合分析

三、控制室组成部分设计

1．控制室空间设计要点

①控制室的大小取决于控制装置和信息量的大小。信息是通过各种类型的信息仪器而获得，信息量则取决于信息仪器的大小。其中仪器有照明的、书写的、显示的和声学的测量仪表和信号仪器。仪器大小取决于仪表工业的科学技术水平，并且还受到显示读数的最佳识别程度的限制。

②仪表板墙面呈半圆形，由此使控制室操作者在操作台旁的位置至全部仪表板的距离大致相等，而对仪表的能见度无视差。半圆的中点和操纵台后面的距离要求正好使操作者不受反射回声的干扰。具体布置见图1-2所示的控制室平面设计。

③天花板高度的设计要求是，应使控制室的照明达到均匀的程度，并能避免干扰的照射和刺目的光线。

④照明设备和强度选择原则是，使光线照在所有仪表上都无阴影。在仪表玻璃上不出现反光现象，并容易读出所示数字。同时，发光信号的能见度良好。

⑤操纵台和仪表板的色彩在考虑到色彩心理学知识的情况下，其适应程度能使操作者在工作效率上不受妨害。此外，在色彩和材料的选择上必须符合技术和经济上的基本要求。

⑥天花板和墙的材料选择在考虑到惯常的生产噪声以及其它人为噪声的情况下，必须符合声学要求。

2．仪表板的设计要点

①仪表板的大小取决于仪表板上安装仪器的数量以及仪器的大小，仪器的大小取决于测量技术的状况。所使用的材料和仪表上所示数字易读程度的限制。易读程度还取决于操作者的观测距离（指操纵台至仪表板的距离）。仪表板总的大小还与仪表在板面的布置形式有关。

②仪表板上只安排信号仪器和测量仪器。仪表板这样编排的目的是便于观察并尽可能地无差错认读数字在仪表板中部安排所有最重要装置。具体布置区域参见图1-2 。

图1-2 控制室平面设计

布置要点是：

在仪表中部安排所有最重要的装置，附有回答装置的断路器和断路开关及能显示的测量仪器。一切装置要求在不改变装置本身的条件下能使人认读迅速，并予以控制。

其两侧安装次要的装置：带文字的发光信号装置。通过装置本身的变化，可看清信号予以控制。

靠右边外面的这一部分安装有记录、测量仪器。操作者位置的改变也可控制该仪器。

③仪表板高度受到视角大小的限制。视角大小对仪表板上所有仪器具有最佳但又不刺目的能见度。仪表板高度确定及其能见度情况如图1-3(a）所示。

④仪表板上的接口是由钢板的供应尺寸和所选择仪表板的加工方法所决定的。其它部分的接口是由最佳仪表板支架尺寸所决定的。但总体尺寸都得符合预先规定的运输车辆的长度和企业内部的运输规定。

⑤仪表板底边高度（+530mm）应使坐着的观察者观看最低的仪器而不被操作台所遮蔽，见图1-3（a）。

3.操作台设计要点

①操纵台大小取决于操纵台上面安排控制仪表和控制器的数量和大小。仪器的大小取决于仪表科学领域的技术水平。操纵台控制仪器的数量与仪表板显示仪表数量相一致。

②操纵台编排在中间部分。中间部分只安装控制机构，并且是立姿操作的，亦可达到立姿和坐姿交替操作。如此设计可避免因单调而致使人体疲劳，以保持工作效率。控制机构应适应操作者迅速操作要求，能正确识别和轻易操作示仪表，应作相应的组合并具有相同的功能特征。

③操纵台断面确定的主要依据是，从操作者角度来观察仪器，前排是水平位置的，而后排问下倾斜一点。因此，在立姿操作时，对观察前后两排仪表应有一个大约相等的视角，且对操作者有一个大概相等的距离，如图1-3(a)所示。

④两侧电话机台的高度要适应坐着弯曲前臂的高度，目的是按键时方便，并能通观全部按键范围。操作者在立姿或坐姿操作时视野如图1-3(b)所示。

图1-3操作者视野设计

四、控制室总体方案设计

根据上述控制室设计影响因素综合分析和各分部设计要点研究，先后对控制室总体设计考虑了二种方案。并对二种方案进行分析、比较和选择。

1．方案一

方案一总体布置如图1-4 所示。由图可见，将操作板成弯曲形地安装在室内，与天花板和墙紧密接合。天花板是倾斜的，照明是安装在天花板与墙之间的。操纵台用钢板结构制作，其主体部分（插入格层）直接与形成一定角度的书写台相连接，并安装有可以眺望户外的大型窗户。

对方案一进行分析，发现该方案存在着几处不符合人机工程学的设计要求：例如，抬高操纵台两侧的书写台，按人机工程学要求是不适合的；手头放电话机的地方也不够。以1 ：1比例的样品来研究的装在天花板和墙之间的照明是不太理想的。因为最大亮度在天花板和墙之间的弯曲处。天花板和墙之间的结构太复杂。

图1-4方案一总体布置

2．方案二

图1-5操作台结构示意图

在分析方案一的基础上，进而提出了方案二。与方案一相比，在控制室主要部件设计方面作了改进。由于仪表板是构成控制室的重要部件，将是控制室的视觉中心。出于控制室造型的审美原因，将依表板与墙面平整地衔接。由于声学的原因，墙上装设有清晰的木质条纹，并镶上适当的隔音材料，天花板可起声学覆板作用。照明灯安装在建筑物设置好的照明通道里。为了满足操作舒适性、高效性要求，对操纵台作了改进设计。

图1-6方案二的整体效果

图1-5 是方案二中操纵台结构示意图。由图可见，将操纵台的主要部分设计得比书写台面要高出一点，两侧安放电话机台，一切开关器件和信号元件全都一目了然，并易读易懂。方案二的整体效果见图1-6，整个室内的印象在功能和造型上都符合对现代控制室在人机工程学方面的要求。因此，该方案确定为控制室总体方案。