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第一篇 人机工程设计基础3

第1章 概论3

1.1 人机工程学概述3

1.1.1 基本概念3

1.1.2 人—机—环境系统3

1.1.3 人机工程学的研究范畴4

1.1.4 人机工程学与其他学科的联系6

1.1.5 人机工程学发展概况7

1.2 工作系统设计的人类工效学原则9

1.2.1 工作系统设计的基本原则9

1.2.2 工作空间和工作设备设计原则10

1.2.3 工作环境设计原则11

1.2.4 工作过程设计原则12

1.3 以人为中心的交互系统设计过程12

1.3.1 概述12

1.3.2 以人为中心的设计原则12

1.3.3 策划以人为中心的设计过程13

1.3.4 以人为中心的设计活动14

1.3.5 符合性17

1.3.6 可用性评价报告结构示例18

1.4 产品和工作系统的可用性18

1.4.1 可用性的框架和目标19

1.4.2 使用背景19

1.4.3 可用性测量20

1.4.4 设计期间的可用性规范和评估21

1.4.5 可用性测量的示例21

1.4.6 可用性要求规范的示例23

1.5 人机工程学原则的工程化应用25

1.5.1 面向“X”的设计和应用25

1.5.2 人机工程标准化工作26

第2章 作业中的生理、心理特点及其应用28

2.1 人的心理现象28

2.1.1 心理过程28

2.1.2 个性心理30

2.1.3 心理状态31

2.2 行为33

2.2.1 人的行为实质33

2.2.2 行为的共同特征和个体差异33

2.2.3 激励34

2.2.4 群体凝聚力36

2.2.5 人际关系36

2.3 人的信息接收加工和输出过程37

2.3.1 概述37

2.3.2 人的信息接收38

2.3.3 人的信息加工42

2.3.4 人的信息输出45

2.4 作业疲劳48

2.4.1 工作负荷48

2.4.2 心理负荷49

2.4.3 应激50

2.4.4 精神疲劳51

2.4.5 作业疲劳的测定52

2.5 心理测验与人员选拔55

2.5.1 心理测验概述55

2.5.2 智力测验58

2.5.3 性向测验59

2.5.4 心理量表61

2.5.5 行为测量68

2.6 有关心理负荷的人机工程设计原则72

2.6.1 一般设计原则73

2.6.2 预防心理疲劳的设计原则74

2.6.3 预防类疲劳态的设计原则76

第3章 人体测量及人体尺寸的运用79

3.1 工程人体测量与测量方法79

3.1.1 工程人体测量79

3.1.2 人体尺寸测量79

3.1.3 人体测量基础项目与测量方法80

3.1.4 人体测量数据的统计84

3.2 人体参数85

3.2.1 中国成年人人体尺寸85

3.2.2 工作空间人体尺寸92

3.2.3 人体主要参数计算的经验公式95

3.3 人体测量数据的运用98

3.3.1 人体各个尺寸数据在设计中的应用98

3.3.2 人体尺寸的分析及应用时需考虑的因素99

3.3.3 运用人体尺寸百分位数的原则100

3.3.4 人体尺寸修正量及功能尺寸的确定104

3.3.5 人体模板及其应用106

3.4 工作岗位尺寸的设计原则113

3.4.1 工作岗位尺寸的类型113

3.4.2 与作业无关的工作岗位尺寸113

3.4.3 与作业有关的工作岗位尺寸113

3.4.4 工作岗位尺寸的设计114

第二篇 人机界面设计121

第4章 视觉显示系统121

4.1 视觉和视觉机能121

4.1.1 视觉121

4.1.2 视线123

4.1.3 视野124

4.1.4 视角与视距125

4.1.5 视力（视敏度）126

4.1.6 视觉机能各要素间的相互关系127

4.2 视觉信号128

4.2.1 信号的分类128

4.2.2 视觉信号的感知129

4.2.3 信号与操作者之间的位置关系——视区划分130

4.2.4 信号的对比度和视（认）度（可见度）131

4.2.5 视觉信号的编码133

4.2.6 视觉信号表面色和灯光信号色136

4.3 视觉显示器的显示设计138

4.3.1 视觉显示器的类型和设计原则138

4.3.2 模拟式显示器139

4.3.3 透射照明显示器142

4.3.4 功能集成式显示器144

4.3.5 屏幕显示器144

4.3.6 其他显示器146

4.3.7 显示器的信号解释设计148

4.3.8 显示器的选用148

4.4 字符和图形符号的设计152

4.4.1 符号及其分类152

4.4.2 文字符号设计153

4.4.3 图形符号设计总则156

4.4.4 产品技术文件用图形符号157

4.4.5 设备用图形符号159

4.4.6 标志用图形符号161

4.4.7 图形标志169

4.5 作业的视觉工效174

4.5.1 信号因素对视觉效果的影响174

4.5.2 视觉生理因素对视觉效果的影响175

4.5.3 视错觉对视觉效果的影响176

4.5.4 环境因素对视觉效果的影响179

4.5.5 视觉效果的评价180

第5章 通信系统184

5.1 概述184

5.1.1 人—机系统中的通信系统184

5.1.2 通信系统的组成及发展184

5.1.3 通信系统的分类186

5.1.4 通信系统人机工程设计的若干问题187

5.2 听觉信号系统189

5.2.1 听觉信号的感知189

5.2.2 听觉信号编码191

5.2.3 听觉显示器192

5.3 语言通信系统194

5.3.1 语言通信系统的组成要素及设计步骤194

5.3.2 语音信号的特征196

5.3.3 语言听觉197

5.3.4 语音的质量评价——语言的清晰度或可懂度200

5.3.5 噪声环境下的语言通信203

5.3.6 语言通信网204

5.3.7 广播系统210

5.4 人—机语音通信系统211

5.4.1 概述211

5.4.2 语音合成212

5.4.3 语音识别214

5.4.4 语音增强221

5.4.5 人工神经网络在语音信号处理中的应用221

5.5 非语言通信223

5.5.1 文本通信基础223

5.5.2 文件体系和文件模板化227

5.5.3 文本通信（数据通信）系统232

5.6 多媒体通信236

5.6.1 概述236

5.6.2 人与人之间的音频视频应用238

5.6.3 CSCW共享工作空间239

5.6.4 工作场所的音频—视频发送240

5.6.5 音频—视频会议240

5.6.6 多媒体电子邮件241

5.6.7 网络超文本和超媒体241

5.6.8 虚拟现实243

5.7 系统专业通信业务的基本考虑244

5.7.1 概述244

5.7.2 系统通信业务及其要求244

5.7.3 系统通信的传输介质与通信方式248

5.7.4 通信网监测系统249

5.8 信息编码与检索250

5.8.1 概述250

5.8.2 信息分类251

5.8.3 信息编码252

5.8.4 编制代码的导则255

5.8.5 各种信息分类编码方法的优缺点257

5.8.6 信息检索258

5.9 通信系统人机工程设计步骤260

5.9.1 第一阶段——任务分析260

5.9.2 第二阶段——概念设计261

5.9.3 第三阶段——详细设计262

第6章 操作系统264

6.1 控制作业的空间范围264

6.1.1 坐姿操作手功能可及范围264

6.1.2 控制台台面上坐姿手操作区的划分265

6.1.3 立姿操作手可及范围和操作区的划分265

6.1.4 倾斜式作业面266

6.1.5 脚的作业区域267

6.2 生物力学和触觉机制268

6.2.1 人体运动与生物力学268

6.2.2 操纵力270

6.2.3 姿势272

6.2.4 触觉显示机制274

6.3 控制器的几何定向与运动方向275

6.3.1 几何定向275

6.3.2 三维方向和运动方向276

6.3.3 控制器的操作方向276

6.3.4 手动控制机构操作方向的标记277

6.4 控制器设计和选用的一般原则278

6.4.1 控制器的编码278

6.4.2 控制器设计的一般原则279

6.4.3 控制器的类型及其主要参数283

6.4.4 常用控制器特点及其选用要点287

6.5 手动控制器设计、选用的程序291

6.5.1 手动控制器的基本要素291

6.5.2 控制器的一般选用过程291

6.5.3 控制器的初步选择292

6.5.4 控制器的选定295

6.6 人机界面（MMI）操作规则298

6.6.1 基本规则298

6.6.2 操作顺序299

6.6.3 操作件的特殊应用要求299

第7章 显示—控制系统和报警系统301

7.1 显示—控制系统要求301

7.1.1 显示—控制系统301

7.1.2 显示器、控制器及相互作用301

7.1.3 显示—控制系统设计原则302

7.2 显示—控制系统设计步骤304

7.2.1 基本要求304

7.2.2 概念设计304

7.2.3 详细设计305

7.2.4 系统评价310

7.3 面板和屏面的布局设计310

7.3.1 基本原则310

7.3.2 显示控制的相应性312

7.3.3 面板布局中的编组技术与功能区域表达315

7.3.4 面板布局中的构图设计317

7.3.5 标记（标牌）设计要求323

7.4 显示器和控制器的编码原则324

7.4.1 编码的基本方法324

7.4.2 视觉代码326

7.4.3 听觉和触觉代码328

7.4.4 应用要求和示例329

7.5 报警系统设计方法335

7.5.1 报警系统及其技术要求335

7.5.2 报警系统设计程序338

7.5.3 报警系统设计中的人机工程应用规范344

7.5.4 操作员响应系统——报警控制系统346

7.5.5 报警系统设计评审348

7.6 报警系统的技术设计349

7.6.1 险情听觉信号设计349

7.6.2 险情视觉信号设计352

7.6.3 险情和非险情声光信号体系设计353

7.6.4 紧急撤离听觉信号设计356

7.6.5 应急声系统357

7.6.6 应急照明系统359

第8章 人—计算机硬件界面设计363

8.1 人—计算机界面的人机工程学要求363

8.1.1 人—计算机界面的要求363

8.1.2 视觉显示终端（VDTs）及其工作站364

8.1.3 用VDTs进行显示的优点和缺点364

8.1.4 对VDTs的基本要求365

8.2 基于VDT的信息处理系统的任务设计365

8.2.1 任务设计的目标和要求365

8.2.2 设计要求的确定365

8.2.3 制定实施计划366

8.2.4 系统的评估和维护366

8.3 VDTs设计的前提条件366

8.3.1 影响设计的因素366

8.3.2 预期目的和用途367

8.3.3 主用户367

8.3.4 可靠性要求或失效准则367

8.3.5 系统性能要求367

8.3.6 针对信息需求而采用不同的设计程序368

8.4 视觉显示格式的设计368

8.4.1 总体设计368

8.4.2 一般要求369

8.4.3 实施370

8.5 VDTs组件的设计要求370

8.5.1 视觉显示器370

8.5.2 输入设备374

8.6 视觉显示器的使用和评价378

8.6.1 视觉显示器信息的调用方法378

8.6.2 视觉显示器的评价378

第9章 人—计算机软件界面设计379

9.1 软件的人机工程学要求379

9.1.1 软件设计的心理学因数379

9.1.2 软件维护界面要求382

9.1.3 软件人机交互界面的要求384

9.2 人—计算机对话原则385

9.2.1 总则385

9.2.2 任务的适宜性385

9.2.3 自我描述性385

9.2.4 可控性386

9.2.5 与用户期望的符合性386

9.2.6 容错性387

9.2.7 适宜个性化387

9.2.8 适宜学习388

9.3 菜单对话方式388

9.3.1 菜单对话方式的适用范围388

9.3.2 菜单结构388

9.3.3 选项在组内的次序389

9.3.4 菜单导航389

9.3.5 选项的选用方式389

9.3.6 菜单的表达392

9.4 命令对话方式394

9.4.1 命令对话方式的应用范围394

9.4.2 结构与语法395

9.4.3 命令的表达395

9.4.4 输入与输出问题396

9.4.5 反馈与求助396

9.5 直接操作对话方式397

9.5.1 概述397

9.5.2 直接操作对话方式的适用范围397

9.5.3 通用资料398

9.5.4 对象的操作399

9.6 填表对话方式401

9.6.1 填表对话方式的适用范围401

9.6.2 填表结构401

9.6.3 输入问题402

9.6.4 反馈403

9.6.5 导航403

9.7 对话技术的选择和组合404

9.7.1 对话技术对照表内容405

9.7.2 对话技术对照表应用实例405

9.7.3 组合对话技术405

9.8 多媒体用户界面的软件设计原则406

9.8.1 概述406

9.8.2 多媒体设计原则406

9.8.3 设计宜考虑的事项409

9.8.4 设计和开发过程409

9.9 多媒体用户界面的媒体选择和组合410

9.9.1 概述410

9.9.2 媒体选择和组合的一般指南410

9.9.3 信息类型的媒体选择412

9.9.4 媒体整合414

9.9.5 引导用户的注意力415

9.9.6 若干相关问题的指南419

第三篇 工作场所设计431

第10章 控制室的布局设计431

10.1 控制室布局设计的原则和步骤431

10.1.1 控制室系统的新概念431

10.1.2 控制室系统设计的基本原则433

10.1.3 控制室布局设计的步骤434

10.1.4 控制室布局设计的一般原则435

10.1.5 建筑学方面的建议436

10.2 共享显示屏的布置437

10.2.1 共享显示屏的类型437

10.2.2 共享屏布置的一般原则438

10.2.3 共享屏与控制台的空间关系439

10.3 工作站的布置与组合440

10.3.1 控制室内工作站的布置440

10.3.2 工作站的组合形式441

10.4 布局设计中的相关要素444

10.4.1 人员流动和维修的通道444

10.4.2 控制室的面积446

10.4.3 工作站与窗户间的位置安排447

10.4.4 人机界面位置与照明系统的关系447

10.4.5 辅助控制点和就地控制点的设计准则449

10.4.6 其他要素的考虑451

10.5 控制室总体布局设计452

10.5.1 控制室的布局类型及布局图452

10.5.2 总体布局设计中的若干具体问题453

10.5.3 布局中的技术美学考虑457

10.5.4 控制室布局实例分析459

第11章 工作站的布局和尺寸466

11.1 工作站设计466

11.1.1 工作站设计的基本因素466

11.1.2 工作站的设计原则469

11.1.3 工作站的其他要求471

11.2 控制台设计472

11.2.1 概述472

11.2.2 控制台的人机工程设计原则473

11.2.3 坐姿控制台的结构尺寸474

11.2.4 立姿控制台的设计477

11.2.5 应用参考图例477

11.3 工作座椅设计478

11.3.1 座椅设计原理478

11.3.2 座椅设计479

11.3.3 工作座椅483

11.3.4 可调式工作座椅的应用485

11.3.5 不同用途的工作座椅举例485

第12章 受限空间尺寸和安全距离488

12.1 受限空间设计总则488

12.1.1 受限空间的类型488

12.1.2 受限空间设计应考虑的主要因素488

12.2 受限作业空间488

12.2.1 人体作业的最小空间尺寸488

12.2.2 双臂作业出入口的最小尺寸488

12.2.3 单臂作业出入口的最小尺寸489

12.2.4 单手作业出入口（伸入至腕关节）的最小尺寸489

12.2.5 手指作业出入口（伸入至第一指关节）的最小尺寸490

12.2.6 几种作业姿势所需工作区的最小尺寸490

12.3 受限活动空间490

12.3.1 作业人员的纵向活动间距490

12.3.2 作业人员的横向活动间距491

12.3.3 通道尺寸491

12.3.4 工作岗位的活动面积492

12.3.5 人体及肢体的自由活动空间493

12.4 安全空间494

12.4.1 概述494

12.4.2 防止上肢触及危险区的安全距离495

12.4.3 避免人体各部位挤压的最小间距498

12.4.4 防止下肢触及危险区的安全距离498

12.4.5 防护屏的安全要求500

12.4.6 防止烧伤的安全距离501

12.4.7 建筑物的防火安全距离503

12.4.8 防止有害物质和有害因素的安全距离506

12.5 防电击的安全距离506

12.5.1 触电事故类型及其防护的一般原则506

12.5.2 利用遮栏或外壳的完全防护509

12.5.3 设置阻挡物的部分防护510

12.5.4 带电部分置于伸臂范围之外的防护510

12.5.5 低压配电装置及线路的安全距离511

12.5.6 户内设施操作和维修通道的安全距离511

12.5.7 户外设施操作和维修通道的安全距离511

12.5.8 对裸露带电部分的最小接近距离513

12.5.9 通道出入口和门514

12.6 个人的社会心理空间514

12.6.1 个人心理空间514

12.6.2 个人领域515

12.7 两级平面间的通路517

12.7.1 概述517

12.7.2 工作平台和通道的要求和尺寸519

12.7.3 楼梯、阶梯和护栏的要求和尺寸520

12.7.4 固定式直梯的要求和尺寸521

12.8 用于机械安全的开口尺寸确定原则524

12.8.1 通则525

12.8.2 ISO标准中的人体测量数据525

12.8.3 全身进入的通道开口尺寸526

12.8.4 人体局部进入的开口尺寸527

12.8.5 进入开口的配置528

第13章 室内工作系统环境要求531

13.1 照明531

13.1.1 光及其度量531

13.1.2 室内工作系统的视觉工效学原则532

13.1.3 照明准则533

13.1.4 眩光的限制535

13.1.5 选择灯具以限制眩光的方法537

13.1.6 工作场所的照明设计539

13.1.7 照明的测量542

13.2 声学环境542

13.2.1 声和噪声强弱的客观表示法542

13.2.2 噪声的测量543

13.2.3 噪声限值544

13.2.4 噪声控制基本程序545

13.2.5 噪声状况评价和预测546

13.2.6 工作场所中噪声控制规划547

13.3 振动548

13.3.1 概述548

13.3.2 全身振动的测量549

13.3.3 人体全身振动暴露的舒适性降低界限和评价准则551

13.4 热环境555

13.4.1 环境温度效应及其防护555

13.4.2 热环境的综合评价指标557

13.4.3 代谢产热值559

13.4.4 服装隔热值560

13.4.5 至适温度560

13.4.6 预测处于中等热环境中人对热的感觉和不舒适程度方法561

13.4.7 推荐的控制室热舒适值570

13.4.8 使用主观判定量表评价热环境的影响570

13.5 室内空气环境572

13.5.1 控制室和机房内的气流组织573

13.5.2 室内空气污染源及防护措施573

13.5.3 室内空气质量要求575

13.6 室内色彩环境578

13.6.1 色彩概述578

13.6.2 颜色体系580

13.6.3 工作室的色彩设计586

第四篇 人机系统的设计与评价593

第14章 控制中心的总体设计593

14.1 系统工程与控制中心的人机系统593

14.1.1 系统工程原理和方法的运用593

14.1.2 并行工程方法在人机系统设计中的运用595

14.1.3 控制中心的人机系统597

14.2 人机工程设计原则和程序599

14.2.1 人机工程设计基本原则599

14.2.2 人机工程设计过程600

14.3 系统功能设计604

14.3.1 功能设计方法与步骤604

14.3.2 功能分析605

14.3.3 任务分析607

14.3.4 人机功能分配608

14.3.5 作业分析与设计612

14.3.6 系统的统一性验证615

14.4 控制中心总体布局原则615

14.4.1 控制中心总体布局设计程序615

14.4.2 控制中心总体布局的几个方面618

14.4.3 与控制中心相关的工作区和设施619

14.4.4 控制中心布局的验证620

14.5 人机系统的容错设计620

14.5.1 容错设计的必要性620

14.5.2 差错自动控制技术621

14.5.3 冗余技术622

14.5.4 纠错技术623

14.5.5 防错技术624

第15章 人机系统的运行和管理设计625

15.1 概述625

15.1.1 系统运行管理的基本问题625

15.1.2 运行和管理系统设计的基本要求626

15.1.3 运行和管理系统设计需考虑的诸要素627

15.2 工作设计630

15.2.1 职务（工作岗位）设计630

15.2.2 作业人员配置631

15.2.3 工时（作息）制度的安排633

15.3 操作规程设计636

15.3.1 规程和规程体系636

15.3.2 各类操作规程内容的构成637

15.3.3 规程编制过程及要求640

15.3.4 规程内容的编写641

15.3.5 规程文本的格式和文体643

15.4 人员培训和选拔647

15.4.1 人的技能与能力647

15.4.2 人员培训649

15.4.3 模块式技能培训大纲（教材）653

15.4.4 人员选拔（职业适应性选择）654

15.5 组织管理和组织建设664

15.5.1 概述664

15.5.2 组织失误和组织控制667

15.5.3 安全文化建设669

15.5.4 以人为本的团队建设674

15.5.5 管理信息系统建设679

第16章 人机系统可靠性分析与设计682

16.1 人机系统可靠性分析基础682

16.1.1 概念682

16.1.2 系统可靠性模型682

16.1.3 提高人可靠度的主要环节684

16.2 人因失误及防止687

16.2.1 人因失误687

16.2.2 人的可靠性分析方法688

16.2.3 人的失误概率数据库693

16.2.4 防止人的失误的措施693

16.2.5 人因事故纵深防御系统模型699

16.3 系统可靠性分析方法701

16.3.1 失效模式、后果与严重度分析701

16.3.2 事件树分析705

16.3.3 故障树分析基础705

16.4 系统可靠性设计与评价710

16.4.1 可靠性设计的一些基本原则710

16.4.2 人—机系统可靠性的分析与评价711

16.5 系统维修性设计713

16.5.1 概述713

16.5.2 维修性设计的一般准则714

第17章 人机系统安全性分析及设计722

17.1 一般要求722

17.1.1 安全工作目标和实施程序722

17.1.2 安全性设计要求和评价724

17.2 系统安全分析及其实施725

17.2.1 概述725

17.2.2 初步危险分析727

17.2.3 分系统危险分析731

17.2.4 系统危险分析732

17.2.5 使用和保障危险分析736

17.2.6 职业健康危险分析739

17.3 常用安全分析方法739

17.3.1 故障模式、影响及危害性分析739

17.3.2 故障危险分析740

17.3.3 故障树分析741

17.3.4 潜在通路分析743

17.3.5 区域安全性分析744

17.4 安全性设计747

17.4.1 安全性设计思路和方法747

17.4.2 设计准则754

17.5 危险及其控制761

17.5.1 概述761

17.5.2 选择安全措施的对策763

17.5.3 通过设计减小风险764

17.5.4 安全防护769

17.5.5 使用信息771

17.5.6 附加预防措施773

17.6 风险评价的原则774

17.6.1 总则774

17.6.2 机器限制的确定和危险识别776

17.6.3 风险评估776

17.6.4 风险评定和评价文件777

第18章 人机系统的评价779

18.1 评价要点和工作程序779

18.1.1 评价要点和内容779

18.1.2 评价时机的选定779

18.1.3 评价的一般工作程序780

18.2 全新型设计的评价781

18.2.1 功能设计的评价781

18.2.2 控制室系统的评价782

18.3 改进型设计的评价785

18.3.1 改进型设计的特点785

18.3.2 功能设计的验证和确认786

18.3.3 控制室系统的验证和确认786

18.4 评价方法及其选用787

18.4.1 人机特性评价方法的一般问题787

18.4.2 评价方法790

18.4.3 评价方法的选择过程792

18.5 控制室某些评价要素分析793

18.5.1 功能性能评价的分析793

18.5.2 认知方面的分析794

18.5.3 典型的评价方法分析795

18.6 现有控制室人机系统的审查方法798

18.6.1 审查的目的与范围798

18.6.2 控制室各主要构成部分的调查804

18.6.3 控制室审查的数据管理806

18.6.4 核查表（checklist）方法的应用及价值807

18.6.5 访问和问卷法的运用809

18.6.6 控制室审查的报告文件811

18.7 人机工程不符合项的评估和设计改进813

18.7.1 不符合项的记录和改正目标813

18.7.2 不符合项的评估813

18.7.3 设计改进的选择814

18.7.4 设计改进的实施816

附录1 人机工程设计基本术语及定义817

1 一般术语817

2 人体测量术语825

3 视觉与颜色术语827

4 信息和显示术语830

5 控制术语833

6 控制室环境术语834

7 安全与报警术语838

附录2 本手册引用标准明细841

主要参考文献851