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第四节 控制器的设计
? 控制器是操作者用以控制机器运行状态的装
置或部件，是联系人和机的重要部件之一
? 生产中的许多事故是因控制器的设计未能充
分考虑人的因素所致
? 费茨（ P,M,Fitts）和琼斯（ R,E,Jones）
1947年在分析飞行驾驶中出现的 460个操作失
误中，发现其中 68％的错误是由于控制器设
计不当引起的。这足以说明控制器设计的重
要性
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? 一、控制器的类型与选择
? 1、按操纵的动力装置分,有三类：
? ? 手控装置 如按钮, 开关, 旋钮, 曲柄, 杠杆及手轮 。
? ? 脚控装置 如脚踏板, 脚踏钮, 膝控制器 等 。
? ? 其它 如声控, 光控 。
? 2、按控制器的功能分,有四类：
? ? 开关控制器 用于简单的开或关, 启动或停止的操纵
控制 。 常用的有按钮, 踏板, 手柄等 。
? ? 转换控制装置 用于系统当中不同状态之间的转换操
纵控制 。 如手柄, 选择开关, 转换开关, 操纵盘 。
? ? 调整控制装置 用于调整系统中工作参数定量增加或
减少的操纵控制 。 如旋钮, 手轮, 操纵盘等 。
? ? 紧急停车控制装置 用于紧急状态下启动或停止的
操纵控制 。 如制动闸, 操纵杆, 手柄 。
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? 二、控制器设计的一般原则
? 1、控制器设计的一般要求
? ? 控制器设计要适应人体运动的特征，考虑
操作者的人体尺寸和体力。 (表 5-16,17)
? ? 控制器操纵方向应与预期的功能方向和机
器设备的被控制方向一致。
? ? 控制器要利于辨认和记忆。
? ? 尽量利用控制器的结构特点进行控制（如
弹簧等）或借助操作者体位的重力（如脚踏
开关）进行控制。
? ? 尽量设计多功能控制器，并把显示器与之
有机结合，如带指示灯按钮等。
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表 5－ 16 常用操纵机构所允许的最大用力
操纵结构的形式 允许的最大用力（ N）
轻型按钮 5
重型按钮 30
脚踏按钮 20～ 90
轻型转换开关 4.5
重型转换开关 20
前后动作的杠杆 150
左右动作的杠杆 130
手轮 150
方向盘 150
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操 作 特 征 最大用力（ N）
用手操纵的转动机构 < 10
用手和前臂操纵的转动机构 19～ 38
用手和上肢操纵的转动机构 78～ 98
用手以最高速度旋转的机构 8.8～ 19
在精确安装时的转动工作 19～ 29
表 5－ 17 平稳转动控制器的最大用力
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? 2、设计控制器时应考虑的因素
? ? 控制信息的反馈
? 来自人体自身反馈信息的部位,眼睛观察手
脚的位移；手、臂、肩或脚、腿、臀感受的
位移或压力信息。
? 来自机反馈的信息,仪表显示、音响显示、
振动变化及操纵阻力四种形式。
? 1） 光显示。即在控制器上装有灯光显示，如图 1
所示。将按钮做成透明体，内设小灯，当按钮到位
时，按钮即发光。这样不仅可以表明操作控制器的
到位，还可以显示按钮的位置状态，提示操作者注
意。还可以在控制按钮以外的相应位置上用不同色
光的联动装置来表示操作控制器到位的情况。
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? 2）振动变化 。可以反映在控制器上，也
可反映在体觉上（如机动车辆）。振动也
常常转化为噪声的形式传递给操作者。
? 3）音响显示 。在控制器上设置到位音响装
置（如“卡嗒”声），这种音响常由控制
器定位机构中自动发出也可以装设专门的
联动音响装置。
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? 4）操纵阻力 主要有静摩擦力、弹性
力、粘滯力、惯性力四种形式。 其特
点见表 5-18。
? 阻力大小与控制器的类型、位置、移
动的距离、操作频率、力的方向等有
关。 表 5-19列出了不同控制器的最小
阻力 。
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类型 举例 特性 优点 缺点 用途
摩擦
力
闸
刀
开始时阻力大,
开关滑动时阻
力即下降
因阻力大可减少
意外动作 控制准确度低
宜作连续
控制
弹力 弹簧
阻力随控制器
移动距离加长
而增大
控制准确度高 ;控
制器能自动归回
空位
控制器移到中间
位置要定位时,
需设定位装置
可作连续
控制
粘滞
力
活
塞
阻力与控制器
移动速度相对
应
控制准确度高 ;运
动速度均匀 ;稳定
性好
造价高 宜作连续控制
惯性
力
摇
把
阻力由多级结
构的惯性产生,
一般较大
允许平滑移动 ;因
需较大作用力故
减少了意外移动
的可能
操作疲劳 ;移动准
确性差
可用于不
精确控制
表 5－ 18 摩擦、弹性、粘滯性、惯性等
控制器的阻力特性
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控 制 器 类 型 所需最小阻力（ N）
手动按钮 2.8
扳动开关 2.8
旋转选择开关 3.3
旋钮 0~1.7
摇柄 9~22
手轮 22
手柄 9
脚动按钮 5.6 （如果脚停留在控制器上）
17.8（如果脚不停留在控制器上）
脚踏板 44.5（如果脚停留在控制器上）
17.8（如果脚不停留在控制器上）
表
5
－
19
不
同
控
制
器
所
要
求
的
最
小
阻
力
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? ? 控制器的运动
? 由于控制器的主要目的是控制系统的
变化，因此，应尽量使控制器的操作
方向与系统过程的变化方向相一致，
这样可以使控制器的操作形象化，又
可使控制器的操作和系统的变化之间
产生一定的逻辑关系，有利于操作人
员记忆和辨认，提高操作效率。下图
给出几种操纵控制器与系统反应的对
应方向的关系。
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操
纵
控
制
与
系
统
反
应
的
对
应
方
向
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? ? 控制器上手或脚的使用部位的尺寸和结
构
? 手或脚操作的控制器尺寸, 首先取决于控制器上
手或脚使用部位的尺寸, 其次需根据操作时是否
戴手套, 或作业时鞋的形式来决定放宽的尺寸 。
显然对不同的控制器, 由于压或握的用力方式不
同, 操纵件尺寸和形状也不同 。
? 手或脚使用的部位还决定于控制器的重量分配 。
必须在保证空位时操纵者可以离开控制器自由活
动, 工作位时, 不会因负担控制器的重量而引起
疲劳 。
? 如果是手用工具, 又不是利用重力工作的, 就应
尽量使工作的重心落在手握的部位上, 以免手腕
肌肉承担较大的静力负荷而引起疲劳 。
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? 握把部位不宜太光滑或太粗糙, 若过于光滑,
操纵时不易抓稳或握住, 特别是手上有油或
水的情况下更加不利, 易发生失手事故, 或
因长时间过大的静力负荷而使手疲劳, 故一
般选用无光泽的软纹皮包层为宜 。
? 手柄的形状应尽量使手腕保持自然状态,
使手与小臂处于一条直线上, 如果使手腕向
某一方向弯曲, 就会使骨骼肌产生静力疲劳 。
因此设计原则是, 宁肯弯曲手柄也不要使手
臂弯曲, 。 对手动工具也是这样, 更需要使
握力充分发挥出来 。 影响握力的主要因素是
手柄直径, 手柄直径为 50mm时欧洲人握力
最大, 对亚洲人而言手柄直径可取 40～
50mm之间 。
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? 由于脚对动作和压力的敏感度均较低, 因此
脚用按钮或踏板应有足够大的行程, 以减小
误踏时产生误动作的可能 。 脚用按钮还应有
足够大的接触平面, 以便于寻找和踩稳 。 脚
踏板应有增加摩擦力的网纹 。
? 将控制器进行合理编码, 使每个控制器都
有自己的特征, 以便于操作者确认不误, 是
减少差错的有效措施之一 。 控制器编码一般
有 6种方式：形状, 位置, 大小, 操作方法,
色彩和文字符号编码 。 可根据需要, 采用一
种或几种方式的编码组合 。
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① 形状编码
图 5－ 20给出了常用旋钮的形状编码实例 。
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连续旋转钮（控制范围超过 360o）
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部分旋转钮（控制范围不超过 360o）
定位指示旋钮（控制范围有固定的边界限范
围有固定的边界限制）
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? 下图（左）是美国空军常用的操纵杆的形
状编码。
? 下图（右）为海军雷达系统中常用的控制钮。
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? ② 大小编码
以相同形状而不同大小来区别控制器的功
能和用途，这种形式的编码应用范围较小，
通常在同一系统中只能设计大、中、小三
种规格。由于大小编码的视觉和触觉感知
度小的原因，常与其他形式编码一起使用。
? ③ 位置编码
在人机操纵系统中，利用控制器相对于人
的不同位置进行编码。汽车上的离合器、
制动器和加速器的踏板，就是以位置编码
的。通常，位置编码的控制器数量不多，
并须与人的操作顺序和操作习惯相一致，
这样可以使人不用眼看，就可能正确地进
行操作。
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? ④ 操作方法编码
? ⑤ 色彩编码
? 利用不同颜色来区别控制器的功能。
色彩编码一般不单独使用，常与形状
编码、大小编码等合并使用。由于色
彩只能靠视觉辨认，有时也配以不同
的色光照明，以增加视认度。同时色
彩编码的色相种类不宜过多，颜色过
多，会降低对控制器的视认度。
? ⑥ 文字、符号编码
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三、控制器的设计
? 1、手动控制器设计
? ? 旋钮功能
? ? 按钮设计
? ① 按钮直径
? ② 按钮阻力
? ③ 移动距离
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? ? 扳动开关
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? ? 杠杆
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? ? 转轮、手柄和曲柄
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? 补充内容 ----方向盘的设计
方向盘的要用于机动车辆的转向。方向盘设计中的
主要问题有：方向盘平面间的夹角 a、方向盘的直径
D和方向盘的构造三个问题，夹角的大小取决于不同
车型驾驶员的位置，直径的大小取决于司机施力的舒
适性限度。
1,a,D的取值范围
对于卡车及公共汽车，为了得到司机舒适位置,a
角可取为 15o～ 30o,D值可取为 400mm左右。这也是一
般车辆的取值范围。
对于大型载重车辆，需要较大的操作力矩，为了施
力的需要，可将方向盘的 a值取到接近 0o，直径 D可取
450～ 500mm。
对于小卧车，小卡车等因司机座椅较低，方向盘的
操纵力也较小,a可取 45o～ 60o,D值取为 350～ 400mm。
以上所述就是各种方向盘与驾驶员之间的舒适相对
位置，这是设计时要注意的。
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2．方向盘的构造
手握轮缘截面为圆形，直径在 19～ 28mm之间。轮辐
截面为椭圆形，如图 1所示。重型车辆的驾驶盘为便于
用力常在轮缘下部作出波浪形，其节距为 19mm左右。
图 2为两条轮幅的方向盘形状。
图 1 方向盘的椭圆形
截面轮辐
图 2 两条轮辐的
方向盘
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汽车方向盘最大转角为 120o,这样可以保证在急转
弯时，驾驶员能双手握住方向盘而不必倒手。汽车
方向盘与车轮转动角度的比值可取 1.5～ 3.0，如图 3
所示（方向盘与车轮 ）。
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第
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为驾驶中省力，同时也为车辆自动保持直线前进，
转向机构应设有自动归复到保持直线前进位置的复
位装置。
有些小型车辆设计了可调整方向盘角度的结构，
方向盘立柱的倾角可调，一般可调范围在 15o以内。
调整方向盘的角度，一是为了应不同体形驾驶员的
舒适度需要；二是为了使方向盘不遮挡观察仪表的
视线，如图 4（可调节方向盘 ）。
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3．安全设施
发生撞车事故时方向盘对司机最为危险，方向盘的安全设计：
①轮缘外层应用软体材料，驾驶部位的仪表及台面及台面均应
较软的包敷材料；
②立柱应低于手轮平面，以免撞车时插到司机的胸部，对于高
速汽车需要低得多些；
③高级轿车在方向盘中央设置了一个空气袋，平时折合在立柱
顶端的一个圆盆中，一旦汽车发生碰撞使汽车骤然停止时气袋
就会自动充气，以保护司机的面部和胸部，如图 5。同时还应保
证快速排气，及时排气，以免造成司机窒息。
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? 2、脚动控制器的设计
脚动控制器按功能和运动机构分为直动
式、往复式和回转式三种（见下图）
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? 脚踏板的设计
脚踏板有两种：一种是调节用脚踏板，如
汽车的制动踏板等，这种踏板应使之随移
动距离而增加阻力以便产生增量的反馈，
如图 1；另一种是开关踏板，如汽车起动马
达脚踏按钮等。
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图 1 刹车反应时间
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? 1）调节踏板
调节踏板有以鞋跟为转轴的（ 见图 1）
和脚悬空的两种。
以鞋跟为转轴的踏板典型例子如汽车
的油门踏板等，踏板下的舒适角不大于 20o，
一般控制在 15o左右，每脚与人的中线叉开
10o～ 15o为宜（ 见图 2） 。
图 1 以鞋跟为转轴
的踏板
图 2 脚的舒适叉
开角度
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? 2）踏板开关设计
脚踏开关多用于定位操纵，要很好地
安排它的位置，使操作者在不影响稳定性
的情况下即能使用，还要避免发生误踏的
危险。给出了踏板开关的形状和尺寸，踏
板的转角不宜超过 10o,转角太大需将脚抬离
地面才能操作，操作者单脚承重，很不安
全。
如果要求双脚均能踏动，或操作者连
续不断改换位置时也能踏动，最好采用踏
动标杆，踏动标杆距地面不应超过 15cm，
但伸长度不要大于 15cm。
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踏
板
开
关
操
纵
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? 四, 控制器的选择
? 机器设备的不同运行状态决定了控制器
的功能。如系统工作状态的启闭，选择
按钮开关就比较方便；系统的定量调节，
宜选用旋钮和手轮的形式；计算机的数
据输人则必须使用键盘等等。
? 表 l列出各种控制器适用不同功能的情况，
? 表 2为各种控制器的使用情况比较。
? （见教材 185页表 5-22,23）
控制装置名称
使用功能
启动 不连续调节 定量调节 连续控制 输入数据
按钮 O
钮子开关 O O
旋钮选择开关 O
旋钮 O O O
踏钮 O
踏板 O O
曲柄 O O
手轮 O O
操纵杆 O O
键盘 O
表 l 各种控制装置的使用功能
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使用情况 按钮 旋钮 旋转旋纽开 关 纽子开关 手摇 把 操纵 杆 子轮 踏板
需要的空间 小 小 -中 中 小 中 -大 中 -大 大 大
编码 小 好 好 较好 较好 好 较好 差
视觉辨别位置 可 好 好 好 可 好 较好 差
触觉辨别位置 差 可 好 好 可 较好 较好 较好
一排类似控制装置
的检查 差 好 好 好 差 好 差 差
一排控制装置的操
作 好 差 差 好 差 好 差 差
合并控制 好 好 较好 好 差 好 好 差
表 2 各种控制装置的使用情况比较
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在操作过程中，只有在用脚动控制器优于
用手动控制器时才选用。 一般在下列情况
时考虑选用,
1）需要连续进行操作，而用手操作又不方便的
场合；
2）无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵
力超过 50～ 100N的情况下；
3）手的控制工作量太大，不足以完成控制任务
时。
脚动控制器主要有脚踏板，脚踏钮和脚动开
关等。当操纵力超过 50～ 150N，或操纵力小于
50N，但需要连续操作时，宜选用脚踏板。对于
操纵力较小，且不需连续控制时，宜选用脚踏钮
或脚踏开关。
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五,显示器和 控制器配置设计
? 1,运动兼容性
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? 2、空间兼容性
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? 3、控制 — 显示比设计
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五
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第五节 作业环境设计
? 一、温度环境
? 1、高温作业环境
? ? 生产工艺和技术措施
? 合理设计生产工艺过程
? 屏蔽热源
? 降低湿度
? 增加气流速度
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第
五
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? ? 保健措施
? 合理供给饮料和补充营养
? 合理使用劳保用品
? 进行职业适应性检查
? ? 生产组织措施
? 合理安排作业负荷
? 合理安排休息场所
? 职业适应
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第
五
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安全与环境工程系2006.3 第 47 页
? 2、低温作业环境
? ? 做好采暖和保暖工作
? ? 提高作业负荷
? ? 个体保护
? ? 采用热辐射取暖
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第
五
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? 补充 --温度环境的综合评价
温度环境对人体产生影响的时候，
仅用温度指标是不充分的。因为人在
进入作业场所时必然受到温度、湿度、
风速和熟辐射等多种因素的综合影响，
这种综合感就是有效温度。
1．有效温度
当有效温度高时，人的判断力减退，
当有效温度超过 32oC时，作业者读取
误差增加，到 35oC左右时，误差就会
增加 4倍以上。
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第
五
章
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安全与环境工程系2006.3 第 49 页
? 有效温度的变化与下列组合条件有关：
(1)空气温度与周围物体表面的温度；
(2)空气温度与相对湿度；
(3)空气温度与空气流动的速度。
? 我国采暖通风和空调设计规范 (TJl9-
1975)中规定的工作场所的有关参数，
见表 1，
? 不同作业种类的有效温度见表 2。
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第
五
章
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表 1 工作场所的允许风速
室内温度湿度基数
允许风速
（米 /秒）
温度（ oC） 湿度（ %）
18 40～ 60 0.2
20 40～ 60 0.25
22 40～ 60 0.3
24 40～ 60 0.4
26 40～ 60 0.5
表 2 不同作业的有效温度
作业种类 脑力作业 轻作业 体力作业
舒适温度（ oC） 15.5～ 18.3 12.7～ 18.3 10～ 16.9
不适温度（ oC） 23.7 23.9 21.1～ 23.9
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程
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? 2．作业场所的适宜温度及湿度
生产作业场所的气温，一年四季不同。
夏天炎热，冬天寒冷，这是一种自然现象。
为了给操作人员创造舒适的工作场所，以
提高生产效率和排除潜在事故，就必须采
用人工的办法，对工作场所的温度环境进
行调节。如要得到使人舒服的温度，则必
须通过人为的调节，使热能产生与热能的
散发保持平衡。当然，这个适宜的温度还
随工作的种类和强度的不同而有所变化 (见
表 3)，以保证安全的高效率的生产活动。
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作业的种类 温度（ oC） 湿度（ %）
组装电气产品 22.2 40～ 45
一般印刷 25～ 26.7 50
棉纺织作业 26.7 70～ 85
毛精纺作业 26.7 75～ 80
尼龙织造 26.7 50～ 60
人造丝织造 26.7 50～ 65
胶片贮藏 21.1～ 23.9 40～ 65
啤酒酿造 (瓶装啤酒 ) 45～ 72 75以上
火柴干燥 21.1～ 23.9 40
洗涤物品干燥 79.4～ 81.2 25～ 40
表 3 适宜作业的温度和温度
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二、光环境
? 1,照度标准
? 照度标准是照明设计和管理的重要依据 。
我国的照度标准是采用间接法制定的, 即
从保证一定的视觉功能来选择最低照度值,
同时进行大量的调查, 实测, 并且考虑了
我国当前的电力生产和消费水平 。 而直接
法则主要是根据劳动生产率及单位产品成
本来选择照度标准 。
? 表 5— 24是利用自然光时的照度标准，表
5— 25是利用人工采光时的照度标准，表
5— 26列出了我国工厂的照度标准。
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视觉
工作
分级
视觉工作特征
室内天然
光照度
（ lx）
采光系数
标准值
× 100工作精确度 识别物件细节尺寸 d
（ mm）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
特别精细工作
很精细工作
精细工作
一般工作
粗糙仓库工作
d≤0.15
0.15<d≤0.3
0.3<d≤1.0
1.0<d≤5.0
5.0<d
250
150
100
50
25
5
3
2
1
0.5
表 5— 24 天然采光标准值
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识别对象的最小
尺寸或工作特征 d
（ mm）
视觉工作分类 识别对象
与背景的
亮度对比
最低照度（ lx）
等 级 混合照明 单独使用,一般照明
d≤0.15 Ⅰ 甲乙 大小 15001000 ――
0.15<d≤0.3 Ⅱ 甲乙 大小 750500 200150
0.3<d≤0.6 Ⅲ 甲乙 大小 500300 150100
0.6<d≤1.10 Ⅳ 甲乙 大小 300200 10075
1<d≤2 Ⅴ ― 150 50
2<d≤5 Ⅵ ― ― 30
d>5 Ⅶ ― ― 20
一般观察
生产过程 Ⅷ ― ― 10
大件存储 Ⅸ ― ― 5
有自行发光材料
的车间 Ⅹ ― ― 30
表 5-25 生产车间工作面上的照度标准值（人工照明）
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作业
种类 作 业 举 例
综 合 照 明 只用
一般
照 明局部照明 一般照明
超精
密
超精密机械操作, 超精密检查,
半导体微型件装配, 精密雕刻 5000～1000 100～50 ―
精
密
精密机械操作, 金属检验, 排
字, 电视机等小型产品装配,
暗色布检查, 裁缝
100～ 300 80～ 40 ―
汽车装配修理, 暗色物纺织,
精密油漆作业 ― ― 200～100
普
通
机械加工, 铸工造型, 明色布
检查, 裁缝, 控制盘 300～ 100 60～ 30 ―
金属热处理, 造纸, 化工, 喷
漆, 明色物纺织 ― ― 100～50
粗
粗木工, 钣金, 印刷 100～ 50 40～ 20 ―
金属冶炼, 铸造, 化工炉 ― ― 50～ 20
表 5－ 26 工厂的照度标准 （ lx）
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? 2,照明设计
? ? 照明方式
? 一般照明
? 局部照明
? 综合照明
? 特殊照明
? ? 光源选择
? 室内采用自然光照明是最理想的
? 选择人工光源时，应注意其光谱成分，
使其尽可能接近自然光
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? ? 避免眩光
? 限制光源亮度
? 合理分布光源
? 改变光源或工作面的位置
? 合理的照度
? ? 照度均匀度
? ? 亮度分布
? ? 照明的稳定性
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三、色彩环境
? 1、色彩调节
? 选择适当的色彩，利用色彩的效果，构成
良好的色彩环境，称为色彩调节。工作场
所具有良好的色彩环境可以得到以下效果：
? ①增加明亮程度，提高照明效果；
? ②标志明确，识别迅速，便于管理；
? ③注意力集中，减少差错和事故，提高工
作质量；
? ④舒适愉快，减少疲劳；
? ⑤环境整洁，层次分明，明朗美观。
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? （ 1） 工作房间的色彩调节
? 工作房间配色尽可能不要色调单一, 否则
会加速视觉疲劳或引起单调感 。
? 工作房间配色的明度不应太高和相差悬殊,
否则也会因为视觉适应性而促使视觉疲劳 。
? 工作房间配色的饱和度也不应太高, 不然
较强的刺激不仅会分散注意力, 而且也容易
加速视觉疲劳 。
? 进行色彩调节要根据工作房间的性质和用
途选择色彩 。 当工作间温度比较高及工作间
比较狭小时, 应选配冷色调；若工作房间的
温度比较低且工作间比较大时应选配暖色调
等 。
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? ? 机器设备和工作面的色彩调节
? 机器设备主要包括主机, 辅机和动力
设备, 以及控制, 显示和操纵装置,
其配色应主要考虑：
? ① 色彩与设备的功能相适应；
? ② 设备配色与环境色彩相协调；
? ③ 危险与示警部位的配色要醒目；
? ④ 操纵装置的配色要重点突出, 避免
误操作；
? ⑤ 显示装置要与背景有一定对比，以
引人注意，同时也有利于视觉认读。
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? 2,安全标志和技术标志的色彩应用
? 1）安全色与安全标志
? 用色彩传递安全和技术信息，早已为
世界各国所采用。国家标准
（ GB2893— 82）安全色规定了传递安
全信息的颜色（不包括灯光、荧光颜
色和航海、内河航运所用颜色），目
的是使人们能够迅速发现或分辨安全
标志和提醒人们注意，以防事故发生。
安全色是指表达安全信息含义的颜色。
该标准中规定红、蓝、黄、绿 4种颜
色为安全色，其含义和用途见表 5—
30。
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颜色 含 义 用 途 举 例
红色 禁止, 停止
禁止标志
停止信号：机器, 车辆的紧急停止手柄或按钮以及禁
止人们触动的部位
红色也表示防火
蓝色 指令必须遵守的规定 指令标志：如必须配戴个人防护用具, 道路上指引车
辆和行人行驶方向的指令
黄色
警告
注意
警告标志
警戒标志：如厂内危险机器和坑池边周围警戒线
行车道中线
机械上齿轮箱
安全帽
绿色
提示
安全状态
通行
提示标志
车间内的安全通道
行人和车辆通行标志
消防设备和其它安全防护设备的位置
表 5— 30 安全色的含义及用途（ GB2893-1982）
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? 2）色彩在技术标志中的应用
? 色彩还常用作运行技术信息的载体,
如红色表示紧急, 禁止, 停止, 事故
或操作错误等；黄色用作示警信号；
绿色表示工作正常, 允许进行等；蓝
色表示整机工作正常；白色表示电源
接通, 预热或准备运行等 。
? 色彩也应用于技术标志中, 表示材料,
设备设施或包装物等 。 表 5— 32是某
些管道的色彩标志 。
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种类 色彩 标准色
水
气
空气
氧
煤气
酸或碱
油
电气
真空
青
深红
白
蓝
黄
灰紫
深橙
浅橙
灰
2.5PB5/6
2.5R3/6
N 9.5
—
2.5Y8/12
2.5P5/5
7.5YR5/6
2.5YR9/6
—
表 5-32 一些管道色彩标志
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四,有害环境
? 1、有害环境的卫生标准
? 我国于 1979年颁布了, 工业企业设计
卫生标准, （ TJ36-1979），该标准
规定车间空气中有毒气体、蒸气及粉
尘等共 120种有毒物质的最高允许浓
度。其中一般作业环境可能接触的部
分有毒物体的最高允许浓度见表 5-33、
表 5-34。
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? 2,有害环境的防治途径
? ? 对空气污染的防治
? ① 选择无硫或低硫燃料, 或采取预处理法去
硫 。
? ② 排烟净化 。 从排烟中除去Ｓ iＯ 2和ＮＯ X。
? ③ 控制交通废气 。
? ④ 减少毒源 。
? ⑤ 降低作业场所毒物浓度, 如加强通风, 实
行湿式凿岩等 。
? ⑥ 实现设备, 管道或加工环节的密闭化, 防
止跑, 冒, 滴, 漏, 使毒源与操作者隔开 。
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? ⑦ 改革工艺, 使生产过程机械化, 自动化 。
? ⑧ 对于废气, 废水, 废渣在排放要先行处理
或回收, 最好能综合利用, 变废为宝 。
? ⑨ 加强个体防护 。
? ⑩ 包装及容器要有一定强度, 经得起运输过
程中正常的冲撞, 振动, 挤压和摩擦, 以防
毒物外泄, 封口要严, 且不易松脱 。
? 厂房要合理布局, 加强绿化 。
? ? 防尘途径
? 上面介绍的改进工艺、加强通风、密封操作，
水式作业等都是防尘的有效方法，不另赘述。
此外，还可设置高效除尘、除毒装置以及实
行遥控操作。
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五、振动与噪声环境
? １, 振动的评价及控制
? (1) 振动的评价标准化
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图 5— 41 全身振动容许界限和振动方向
（ a） — 全身振动方向 （ b） — 允许界限曲线
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第
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? (2) 振动的控制
? 在很多情况下, 振动是不能全部消除或避
免的, 对振动的防护主要是如何减少和避
免振动对作业者的损害 。 采取的主要措施
有：
? ① 改进作业工具, 对工具的重量, 振动频
率, 振动幅度进行改进和限制；
? ② 人员轮流作业；
? ③ 采用合理的防护用品, 采用防振垫等,
减少对作业者的损害；
? 定期体检，做好振动病的早期防治工作。
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? 2、噪声的控制
? （ 1） 控制声源
? ① 降低机械噪声
? ② 降低空气动力性噪声
? （ 2）控制噪声的传播
? ① 全面考虑工厂的总体布局
? ② 调整声源指向
? ③ 利用天然地形
? ④ 采用吸声材料和吸声结构
? ⑤ 采用隔声和声屏装置
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? （ 3） 加强个体防护
? （ 4） 通过调整班次, 增加休息次数,
轮换作业等也是很好的防护方法 。
? （ 5） 广泛进行安全教育, 使职工了
解噪声的危害和防治的意义, 并 了解
和掌握如何防止噪声的方法 。
? （ 6） 音乐调节
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第
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六、其它环境
? 1,电离辐射作业环境
? 2、非电离辐射作业环境
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第
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第六节 安全防护装置设计
? 一、安全防护装置的作用与分类
? 1、安全防护装置的作用
? ? 防止机械设备因超限运行而发生事故
? ? 通过自动监测与诊断系统排除故障或
中断危险
? ? 防止因人为的误操作而引发的事故
? ? 防止操作者误入危险区而发生的事故
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? 2,安全防护装置的分类
? ? 当操作者处于危险区或设备处于不安
全状态时，安全防护装置 能直接起安全保
护作用,此时可分为以下几类：① 隔离防
护装置 ② 联锁控制防护装置 ③ 超限保
险装置 ④ 紧急制动装置 ⑤ 报警装置
? ? 当操作者一旦进入危险区，则安全防
护装置可以控制机械不能启动或自动停止
过程，或将人从危险区排出，或控制人体
不能进入危险区，此类安全防护装置称为
安全防护控制装置，它 对人身安全起间接
防护作用 。这种装置有：双手按钮式开关、
光电式安全防护装置等。
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二、安全防护装置的设计原则
? 1、以保护人身安全为出发点进行设
计的原则。
? 2、安全防护装置必须安全可靠的原
则。
? 3、安全防护装置与机械装备配套设
计的原则。
? 4、简单、经济、方便的原则 。
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三、典型安全防护装置的设计
? 1、隔离防护安全装置的设计
? 要解决人机系统的安全问题，首先考虑的
是人的安全。隔离防护安全装置就是专为
保护人身安全而设置的。该装置有装在机
械设备上的防护罩，还有置于机械周围一
定距离的防护屏或防护栅栏，它们都是用
来防止人进入危险区与外露的高速运动或
传动的零件或带电导体等接触受伤害，或
飞溅出来的切屑、工件、刀具等外来物伤
人。
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? ? 防护罩
? 防护罩的作用, 一是使人体不能进入危险
区, 二是阻挡高速飞向人体的外来物 。 为
此, 防护罩的设计应满足如下基本要求：
? ① 有足够的强度和刚度, 结构和布局合
理, 而且应牢固地固定在设备或基础上 。
? ② 不允许防护罩给生产场所带来新的危
险, 其本身表面应光滑, 不得有毛刺或尖
锐棱角 。
? 防护罩不应影响操作者的视线和正常作业,
防护罩与运转零部件之间应留有足够的间
隙, 以免相互接触, 干扰运动或碰坏零件；
应便于设备的检查, 保养, 维修 。
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? ? 防护屏
? 防护屏是设置在离机械一定距离的地面上,
根据需要可以移动 。 它主要适用于不需要
人进行操作的机械, 如用于隔离机械手或
工业机器人的活动区域 。 防护屏一般用金
属材料制成, 并应有足够的强度, 可以采
用栅栏结构, 网状结构或孔板结构, 常见
的有围栏, 防护屏, 栏杆等 。 在设计防护
屏时, 其栅栏的横向或竖向间距, 网眼或
网孔的最大尺寸和防护屏高度, 以防护屏
放置的最小安全距离必须符合国空标准
（ GB8179— 1987表１ ） 。
? 防护屏除可以防止机械伤害外, 还可以防
止由于灼烫, 腐蚀, 触电等造成的伤害 。
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? 2、联锁防护安全装置的设计
? 联锁防护安全装置的特点主要体现在, 联锁, 二字
上，它表示既有联系，又相互制约（互锁）的两种
运动或两种操纵动作的协调动作，实现安全控制。
联锁装置可以通过机械的、电气的或液压、气动的
方法使机械的操纵机构相互联锁或操纵机构与电源
开关直接联锁。用来防止同时接通两个或两个以上
相互干扰的运动，如车床上刀架的纵向与横向运动
不允许同时接通，机床的启动或制动不允许同时发
生；防止几个运动同时传动某一个执行部件，如车
床中的丝杠与光杠不能同时传动刀架；防止颠倒顺
序动作，如机床上工件未夹紧，主轴不能起动；防
止误操作功能相反的按钮或手柄。它是各类机械用
的最多、最理想的一种安全装置。
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? ? 机械式联锁装置
手柄与脚踏板联锁装置
１ -手柄 ２ -脚踏板
３ -插销 ４ -启动杆
它表示压力机开始工作
时，只有先把手柄按下，
将插入启动杆上的销子
拨出，脚踏板才能踏下，
这时才能启动压力机进
行工作。这样使操作者
的手在压力机滑块下降
前自然地离开危险区，
防止脚误踩脚踏板而发
生冲手事故。
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? ? 电气联锁线路
? ① 顺序联锁
? ② 按钮控制的正反转联锁线路
? ③ 欠电压、欠电流联锁保护
? ? 液压（或气动）联锁回路
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? 3,超限保险安全装置的设计
? ? 超载安全装置
? ? 越位安全装置
? ? 超压安全装置
? ４、制动装置
? 5,报警装置
? ６、防触电安全装置
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第四节 控制器的设计
? 控制器是操作者用以控制机器运行状态的装
置或部件，是联系人和机的重要部件之一
? 生产中的许多事故是因控制器的设计未能充
分考虑人的因素所致
? 费茨（ P,M,Fitts）和琼斯（ R,E,Jones）
1947年在分析飞行驾驶中出现的 460个操作失
误中，发现其中 68％的错误是由于控制器设
计不当引起的。这足以说明控制器设计的重
要性
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? 一、控制器的类型与选择
? 1、按操纵的动力装置分,有三类：
? ? 手控装置 如按钮, 开关, 旋钮, 曲柄, 杠杆及手轮 。
? ? 脚控装置 如脚踏板, 脚踏钮, 膝控制器 等 。
? ? 其它 如声控, 光控 。
? 2、按控制器的功能分,有四类：
? ? 开关控制器 用于简单的开或关, 启动或停止的操纵
控制 。 常用的有按钮, 踏板, 手柄等 。
? ? 转换控制装置 用于系统当中不同状态之间的转换操
纵控制 。 如手柄, 选择开关, 转换开关, 操纵盘 。
? ? 调整控制装置 用于调整系统中工作参数定量增加或
减少的操纵控制 。 如旋钮, 手轮, 操纵盘等 。
? ? 紧急停车控制装置 用于紧急状态下启动或停止的
操纵控制 。 如制动闸, 操纵杆, 手柄 。
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? 二、控制器设计的一般原则
? 1、控制器设计的一般要求
? ? 控制器设计要适应人体运动的特征，考虑
操作者的人体尺寸和体力。 (表 5-16,17)
? ? 控制器操纵方向应与预期的功能方向和机
器设备的被控制方向一致。
? ? 控制器要利于辨认和记忆。
? ? 尽量利用控制器的结构特点进行控制（如
弹簧等）或借助操作者体位的重力（如脚踏
开关）进行控制。
? ? 尽量设计多功能控制器，并把显示器与之
有机结合，如带指示灯按钮等。
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表 5－ 16 常用操纵机构所允许的最大用力
操纵结构的形式 允许的最大用力（ N）
轻型按钮 5
重型按钮 30
脚踏按钮 20～ 90
轻型转换开关 4.5
重型转换开关 20
前后动作的杠杆 150
左右动作的杠杆 130
手轮 150
方向盘 150
安
全
人
机
工
程
学
︵
第
五
章
︶
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操 作 特 征 最大用力（ N）
用手操纵的转动机构 < 10
用手和前臂操纵的转动机构 19～ 38
用手和上肢操纵的转动机构 78～ 98
用手以最高速度旋转的机构 8.8～ 19
在精确安装时的转动工作 19～ 29
表 5－ 17 平稳转动控制器的最大用力
安
全
人
机
工
程
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五
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? 2、设计控制器时应考虑的因素
? ? 控制信息的反馈
? 来自人体自身反馈信息的部位,眼睛观察手
脚的位移；手、臂、肩或脚、腿、臀感受的
位移或压力信息。
? 来自机反馈的信息,仪表显示、音响显示、
振动变化及操纵阻力四种形式。
? 1） 光显示。即在控制器上装有灯光显示，如图 1
所示。将按钮做成透明体，内设小灯，当按钮到位
时，按钮即发光。这样不仅可以表明操作控制器的
到位，还可以显示按钮的位置状态，提示操作者注
意。还可以在控制按钮以外的相应位置上用不同色
光的联动装置来表示操作控制器到位的情况。
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机
工
程
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第
五
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? 2）振动变化 。可以反映在控制器上，也
可反映在体觉上（如机动车辆）。振动也
常常转化为噪声的形式传递给操作者。
? 3）音响显示 。在控制器上设置到位音响装
置（如“卡嗒”声），这种音响常由控制
器定位机构中自动发出也可以装设专门的
联动音响装置。
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第
五
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? 4）操纵阻力 主要有静摩擦力、弹性
力、粘滯力、惯性力四种形式。 其特
点见表 5-18。
? 阻力大小与控制器的类型、位置、移
动的距离、操作频率、力的方向等有
关。 表 5-19列出了不同控制器的最小
阻力 。
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类型 举例 特性 优点 缺点 用途
摩擦
力
闸
刀
开始时阻力大,
开关滑动时阻
力即下降
因阻力大可减少
意外动作 控制准确度低
宜作连续
控制
弹力 弹簧
阻力随控制器
移动距离加长
而增大
控制准确度高 ;控
制器能自动归回
空位
控制器移到中间
位置要定位时,
需设定位装置
可作连续
控制
粘滞
力
活
塞
阻力与控制器
移动速度相对
应
控制准确度高 ;运
动速度均匀 ;稳定
性好
造价高 宜作连续控制
惯性
力
摇
把
阻力由多级结
构的惯性产生,
一般较大
允许平滑移动 ;因
需较大作用力故
减少了意外移动
的可能
操作疲劳 ;移动准
确性差
可用于不
精确控制
表 5－ 18 摩擦、弹性、粘滯性、惯性等
控制器的阻力特性
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控 制 器 类 型 所需最小阻力（ N）
手动按钮 2.8
扳动开关 2.8
旋转选择开关 3.3
旋钮 0~1.7
摇柄 9~22
手轮 22
手柄 9
脚动按钮 5.6 （如果脚停留在控制器上）
17.8（如果脚不停留在控制器上）
脚踏板 44.5（如果脚停留在控制器上）
17.8（如果脚不停留在控制器上）
表
5
－
19
不
同
控
制
器
所
要
求
的
最
小
阻
力
安
全
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机
工
程
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? ? 控制器的运动
? 由于控制器的主要目的是控制系统的
变化，因此，应尽量使控制器的操作
方向与系统过程的变化方向相一致，
这样可以使控制器的操作形象化，又
可使控制器的操作和系统的变化之间
产生一定的逻辑关系，有利于操作人
员记忆和辨认，提高操作效率。下图
给出几种操纵控制器与系统反应的对
应方向的关系。
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操
纵
控
制
与
系
统
反
应
的
对
应
方
向
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? ? 控制器上手或脚的使用部位的尺寸和结
构
? 手或脚操作的控制器尺寸, 首先取决于控制器上
手或脚使用部位的尺寸, 其次需根据操作时是否
戴手套, 或作业时鞋的形式来决定放宽的尺寸 。
显然对不同的控制器, 由于压或握的用力方式不
同, 操纵件尺寸和形状也不同 。
? 手或脚使用的部位还决定于控制器的重量分配 。
必须在保证空位时操纵者可以离开控制器自由活
动, 工作位时, 不会因负担控制器的重量而引起
疲劳 。
? 如果是手用工具, 又不是利用重力工作的, 就应
尽量使工作的重心落在手握的部位上, 以免手腕
肌肉承担较大的静力负荷而引起疲劳 。
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? 握把部位不宜太光滑或太粗糙, 若过于光滑,
操纵时不易抓稳或握住, 特别是手上有油或
水的情况下更加不利, 易发生失手事故, 或
因长时间过大的静力负荷而使手疲劳, 故一
般选用无光泽的软纹皮包层为宜 。
? 手柄的形状应尽量使手腕保持自然状态,
使手与小臂处于一条直线上, 如果使手腕向
某一方向弯曲, 就会使骨骼肌产生静力疲劳 。
因此设计原则是, 宁肯弯曲手柄也不要使手
臂弯曲, 。 对手动工具也是这样, 更需要使
握力充分发挥出来 。 影响握力的主要因素是
手柄直径, 手柄直径为 50mm时欧洲人握力
最大, 对亚洲人而言手柄直径可取 40～
50mm之间 。
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? 由于脚对动作和压力的敏感度均较低, 因此
脚用按钮或踏板应有足够大的行程, 以减小
误踏时产生误动作的可能 。 脚用按钮还应有
足够大的接触平面, 以便于寻找和踩稳 。 脚
踏板应有增加摩擦力的网纹 。
? 将控制器进行合理编码, 使每个控制器都
有自己的特征, 以便于操作者确认不误, 是
减少差错的有效措施之一 。 控制器编码一般
有 6种方式：形状, 位置, 大小, 操作方法,
色彩和文字符号编码 。 可根据需要, 采用一
种或几种方式的编码组合 。
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① 形状编码
图 5－ 20给出了常用旋钮的形状编码实例 。
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连续旋转钮（控制范围超过 360o）
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部分旋转钮（控制范围不超过 360o）
定位指示旋钮（控制范围有固定的边界限范
围有固定的边界限制）
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? 下图（左）是美国空军常用的操纵杆的形
状编码。
? 下图（右）为海军雷达系统中常用的控制钮。
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? ② 大小编码
以相同形状而不同大小来区别控制器的功
能和用途，这种形式的编码应用范围较小，
通常在同一系统中只能设计大、中、小三
种规格。由于大小编码的视觉和触觉感知
度小的原因，常与其他形式编码一起使用。
? ③ 位置编码
在人机操纵系统中，利用控制器相对于人
的不同位置进行编码。汽车上的离合器、
制动器和加速器的踏板，就是以位置编码
的。通常，位置编码的控制器数量不多，
并须与人的操作顺序和操作习惯相一致，
这样可以使人不用眼看，就可能正确地进
行操作。
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? ④ 操作方法编码
? ⑤ 色彩编码
? 利用不同颜色来区别控制器的功能。
色彩编码一般不单独使用，常与形状
编码、大小编码等合并使用。由于色
彩只能靠视觉辨认，有时也配以不同
的色光照明，以增加视认度。同时色
彩编码的色相种类不宜过多，颜色过
多，会降低对控制器的视认度。
? ⑥ 文字、符号编码
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三、控制器的设计
? 1、手动控制器设计
? ? 旋钮功能
? ? 按钮设计
? ① 按钮直径
? ② 按钮阻力
? ③ 移动距离
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? ? 扳动开关
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? ? 杠杆
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? ? 转轮、手柄和曲柄
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安全与环境工程系2006.3 第 26 页
? 补充内容 ----方向盘的设计
方向盘的要用于机动车辆的转向。方向盘设计中的
主要问题有：方向盘平面间的夹角 a、方向盘的直径
D和方向盘的构造三个问题，夹角的大小取决于不同
车型驾驶员的位置，直径的大小取决于司机施力的舒
适性限度。
1,a,D的取值范围
对于卡车及公共汽车，为了得到司机舒适位置,a
角可取为 15o～ 30o,D值可取为 400mm左右。这也是一
般车辆的取值范围。
对于大型载重车辆，需要较大的操作力矩，为了施
力的需要，可将方向盘的 a值取到接近 0o，直径 D可取
450～ 500mm。
对于小卧车，小卡车等因司机座椅较低，方向盘的
操纵力也较小,a可取 45o～ 60o,D值取为 350～ 400mm。
以上所述就是各种方向盘与驾驶员之间的舒适相对
位置，这是设计时要注意的。
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第
五
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安全与环境工程系2006.3 第 27 页
2．方向盘的构造
手握轮缘截面为圆形，直径在 19～ 28mm之间。轮辐
截面为椭圆形，如图 1所示。重型车辆的驾驶盘为便于
用力常在轮缘下部作出波浪形，其节距为 19mm左右。
图 2为两条轮幅的方向盘形状。
图 1 方向盘的椭圆形
截面轮辐
图 2 两条轮辐的
方向盘
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第
五
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安全与环境工程系2006.3 第 28 页
汽车方向盘最大转角为 120o,这样可以保证在急转
弯时，驾驶员能双手握住方向盘而不必倒手。汽车
方向盘与车轮转动角度的比值可取 1.5～ 3.0，如图 3
所示（方向盘与车轮 ）。
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第
五
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安全与环境工程系2006.3 第 29 页
为驾驶中省力，同时也为车辆自动保持直线前进，
转向机构应设有自动归复到保持直线前进位置的复
位装置。
有些小型车辆设计了可调整方向盘角度的结构，
方向盘立柱的倾角可调，一般可调范围在 15o以内。
调整方向盘的角度，一是为了应不同体形驾驶员的
舒适度需要；二是为了使方向盘不遮挡观察仪表的
视线，如图 4（可调节方向盘 ）。
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第
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安全与环境工程系2006.3 第 30 页
3．安全设施
发生撞车事故时方向盘对司机最为危险，方向盘的安全设计：
①轮缘外层应用软体材料，驾驶部位的仪表及台面及台面均应
较软的包敷材料；
②立柱应低于手轮平面，以免撞车时插到司机的胸部，对于高
速汽车需要低得多些；
③高级轿车在方向盘中央设置了一个空气袋，平时折合在立柱
顶端的一个圆盆中，一旦汽车发生碰撞使汽车骤然停止时气袋
就会自动充气，以保护司机的面部和胸部，如图 5。同时还应保
证快速排气，及时排气，以免造成司机窒息。
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第
五
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安全与环境工程系2006.3 第 31 页
? 2、脚动控制器的设计
脚动控制器按功能和运动机构分为直动
式、往复式和回转式三种（见下图）
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第
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安全与环境工程系2006.3 第 32 页
? 脚踏板的设计
脚踏板有两种：一种是调节用脚踏板，如
汽车的制动踏板等，这种踏板应使之随移
动距离而增加阻力以便产生增量的反馈，
如图 1；另一种是开关踏板，如汽车起动马
达脚踏按钮等。
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安全与环境工程系2006.3 第 33 页
图 1 刹车反应时间
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第
五
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安全与环境工程系2006.3 第 34 页
? 1）调节踏板
调节踏板有以鞋跟为转轴的（ 见图 1）
和脚悬空的两种。
以鞋跟为转轴的踏板典型例子如汽车
的油门踏板等，踏板下的舒适角不大于 20o，
一般控制在 15o左右，每脚与人的中线叉开
10o～ 15o为宜（ 见图 2） 。
图 1 以鞋跟为转轴
的踏板
图 2 脚的舒适叉
开角度
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第
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安全与环境工程系2006.3 第 35 页
? 2）踏板开关设计
脚踏开关多用于定位操纵，要很好地
安排它的位置，使操作者在不影响稳定性
的情况下即能使用，还要避免发生误踏的
危险。给出了踏板开关的形状和尺寸，踏
板的转角不宜超过 10o,转角太大需将脚抬离
地面才能操作，操作者单脚承重，很不安
全。
如果要求双脚均能踏动，或操作者连
续不断改换位置时也能踏动，最好采用踏
动标杆，踏动标杆距地面不应超过 15cm，
但伸长度不要大于 15cm。
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第
五
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踏
板
开
关
操
纵
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安全与环境工程系2006.3 第 37 页
? 四, 控制器的选择
? 机器设备的不同运行状态决定了控制器
的功能。如系统工作状态的启闭，选择
按钮开关就比较方便；系统的定量调节，
宜选用旋钮和手轮的形式；计算机的数
据输人则必须使用键盘等等。
? 表 l列出各种控制器适用不同功能的情况，
? 表 2为各种控制器的使用情况比较。
? （见教材 185页表 5-22,23）
控制装置名称
使用功能
启动 不连续调节 定量调节 连续控制 输入数据
按钮 O
钮子开关 O O
旋钮选择开关 O
旋钮 O O O
踏钮 O
踏板 O O
曲柄 O O
手轮 O O
操纵杆 O O
键盘 O
表 l 各种控制装置的使用功能
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第
五
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使用情况 按钮 旋钮 旋转旋纽开 关 纽子开关 手摇 把 操纵 杆 子轮 踏板
需要的空间 小 小 -中 中 小 中 -大 中 -大 大 大
编码 小 好 好 较好 较好 好 较好 差
视觉辨别位置 可 好 好 好 可 好 较好 差
触觉辨别位置 差 可 好 好 可 较好 较好 较好
一排类似控制装置
的检查 差 好 好 好 差 好 差 差
一排控制装置的操
作 好 差 差 好 差 好 差 差
合并控制 好 好 较好 好 差 好 好 差
表 2 各种控制装置的使用情况比较
安
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机
工
程
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第
五
章
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安全与环境工程系2006.3 第 40 页
在操作过程中，只有在用脚动控制器优于
用手动控制器时才选用。 一般在下列情况
时考虑选用,
1）需要连续进行操作，而用手操作又不方便的
场合；
2）无论是连续性控制还是间歇性控制，其操纵
力超过 50～ 100N的情况下；
3）手的控制工作量太大，不足以完成控制任务
时。
脚动控制器主要有脚踏板，脚踏钮和脚动开
关等。当操纵力超过 50～ 150N，或操纵力小于
50N，但需要连续操作时，宜选用脚踏板。对于
操纵力较小，且不需连续控制时，宜选用脚踏钮
或脚踏开关。
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第
五
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安全与环境工程系2006.3 第 41 页
五,显示器和 控制器配置设计
? 1,运动兼容性
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第
五
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安全与环境工程系2006.3 第 42 页
? 2、空间兼容性
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第
五
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? 3、控制 — 显示比设计
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第
五
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第
五
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安全与环境工程系2006.3 第 45 页
第五节 作业环境设计
? 一、温度环境
? 1、高温作业环境
? ? 生产工艺和技术措施
? 合理设计生产工艺过程
? 屏蔽热源
? 降低湿度
? 增加气流速度
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第
五
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? ? 保健措施
? 合理供给饮料和补充营养
? 合理使用劳保用品
? 进行职业适应性检查
? ? 生产组织措施
? 合理安排作业负荷
? 合理安排休息场所
? 职业适应
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第
五
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? 2、低温作业环境
? ? 做好采暖和保暖工作
? ? 提高作业负荷
? ? 个体保护
? ? 采用热辐射取暖
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第
五
章
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安全与环境工程系2006.3 第 48 页
? 补充 --温度环境的综合评价
温度环境对人体产生影响的时候，
仅用温度指标是不充分的。因为人在
进入作业场所时必然受到温度、湿度、
风速和熟辐射等多种因素的综合影响，
这种综合感就是有效温度。
1．有效温度
当有效温度高时，人的判断力减退，
当有效温度超过 32oC时，作业者读取
误差增加，到 35oC左右时，误差就会
增加 4倍以上。
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第
五
章
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? 有效温度的变化与下列组合条件有关：
(1)空气温度与周围物体表面的温度；
(2)空气温度与相对湿度；
(3)空气温度与空气流动的速度。
? 我国采暖通风和空调设计规范 (TJl9-
1975)中规定的工作场所的有关参数，
见表 1，
? 不同作业种类的有效温度见表 2。
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第
五
章
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安全与环境工程系2006.3 第 50 页
表 1 工作场所的允许风速
室内温度湿度基数
允许风速
（米 /秒）
温度（ oC） 湿度（ %）
18 40～ 60 0.2
20 40～ 60 0.25
22 40～ 60 0.3
24 40～ 60 0.4
26 40～ 60 0.5
表 2 不同作业的有效温度
作业种类 脑力作业 轻作业 体力作业
舒适温度（ oC） 15.5～ 18.3 12.7～ 18.3 10～ 16.9
不适温度（ oC） 23.7 23.9 21.1～ 23.9
安
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第
五
章
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安全与环境工程系2006.3 第 51 页
? 2．作业场所的适宜温度及湿度
生产作业场所的气温，一年四季不同。
夏天炎热，冬天寒冷，这是一种自然现象。
为了给操作人员创造舒适的工作场所，以
提高生产效率和排除潜在事故，就必须采
用人工的办法，对工作场所的温度环境进
行调节。如要得到使人舒服的温度，则必
须通过人为的调节，使热能产生与热能的
散发保持平衡。当然，这个适宜的温度还
随工作的种类和强度的不同而有所变化 (见
表 3)，以保证安全的高效率的生产活动。
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第
五
章
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安全与环境工程系2006.3 第 52 页
作业的种类 温度（ oC） 湿度（ %）
组装电气产品 22.2 40～ 45
一般印刷 25～ 26.7 50
棉纺织作业 26.7 70～ 85
毛精纺作业 26.7 75～ 80
尼龙织造 26.7 50～ 60
人造丝织造 26.7 50～ 65
胶片贮藏 21.1～ 23.9 40～ 65
啤酒酿造 (瓶装啤酒 ) 45～ 72 75以上
火柴干燥 21.1～ 23.9 40
洗涤物品干燥 79.4～ 81.2 25～ 40
表 3 适宜作业的温度和温度
安
全
人
机
工
程
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第
五
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安全与环境工程系2006.3 第 53 页
二、光环境
? 1,照度标准
? 照度标准是照明设计和管理的重要依据 。
我国的照度标准是采用间接法制定的, 即
从保证一定的视觉功能来选择最低照度值,
同时进行大量的调查, 实测, 并且考虑了
我国当前的电力生产和消费水平 。 而直接
法则主要是根据劳动生产率及单位产品成
本来选择照度标准 。
? 表 5— 24是利用自然光时的照度标准，表
5— 25是利用人工采光时的照度标准，表
5— 26列出了我国工厂的照度标准。
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视觉
工作
分级
视觉工作特征
室内天然
光照度
（ lx）
采光系数
标准值
× 100工作精确度 识别物件细节尺寸 d
（ mm）
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
特别精细工作
很精细工作
精细工作
一般工作
粗糙仓库工作
d≤0.15
0.15<d≤0.3
0.3<d≤1.0
1.0<d≤5.0
5.0<d
250
150
100
50
25
5
3
2
1
0.5
表 5— 24 天然采光标准值
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识别对象的最小
尺寸或工作特征 d
（ mm）
视觉工作分类 识别对象
与背景的
亮度对比
最低照度（ lx）
等 级 混合照明 单独使用,一般照明
d≤0.15 Ⅰ 甲乙 大小 15001000 ――
0.15<d≤0.3 Ⅱ 甲乙 大小 750500 200150
0.3<d≤0.6 Ⅲ 甲乙 大小 500300 150100
0.6<d≤1.10 Ⅳ 甲乙 大小 300200 10075
1<d≤2 Ⅴ ― 150 50
2<d≤5 Ⅵ ― ― 30
d>5 Ⅶ ― ― 20
一般观察
生产过程 Ⅷ ― ― 10
大件存储 Ⅸ ― ― 5
有自行发光材料
的车间 Ⅹ ― ― 30
表 5-25 生产车间工作面上的照度标准值（人工照明）
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作业
种类 作 业 举 例
综 合 照 明 只用
一般
照 明局部照明 一般照明
超精
密
超精密机械操作, 超精密检查,
半导体微型件装配, 精密雕刻 5000～1000 100～50 ―
精
密
精密机械操作, 金属检验, 排
字, 电视机等小型产品装配,
暗色布检查, 裁缝
100～ 300 80～ 40 ―
汽车装配修理, 暗色物纺织,
精密油漆作业 ― ― 200～100
普
通
机械加工, 铸工造型, 明色布
检查, 裁缝, 控制盘 300～ 100 60～ 30 ―
金属热处理, 造纸, 化工, 喷
漆, 明色物纺织 ― ― 100～50
粗
粗木工, 钣金, 印刷 100～ 50 40～ 20 ―
金属冶炼, 铸造, 化工炉 ― ― 50～ 20
表 5－ 26 工厂的照度标准 （ lx）
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? 2,照明设计
? ? 照明方式
? 一般照明
? 局部照明
? 综合照明
? 特殊照明
? ? 光源选择
? 室内采用自然光照明是最理想的
? 选择人工光源时，应注意其光谱成分，
使其尽可能接近自然光
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? ? 避免眩光
? 限制光源亮度
? 合理分布光源
? 改变光源或工作面的位置
? 合理的照度
? ? 照度均匀度
? ? 亮度分布
? ? 照明的稳定性
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三、色彩环境
? 1、色彩调节
? 选择适当的色彩，利用色彩的效果，构成
良好的色彩环境，称为色彩调节。工作场
所具有良好的色彩环境可以得到以下效果：
? ①增加明亮程度，提高照明效果；
? ②标志明确，识别迅速，便于管理；
? ③注意力集中，减少差错和事故，提高工
作质量；
? ④舒适愉快，减少疲劳；
? ⑤环境整洁，层次分明，明朗美观。
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? （ 1） 工作房间的色彩调节
? 工作房间配色尽可能不要色调单一, 否则
会加速视觉疲劳或引起单调感 。
? 工作房间配色的明度不应太高和相差悬殊,
否则也会因为视觉适应性而促使视觉疲劳 。
? 工作房间配色的饱和度也不应太高, 不然
较强的刺激不仅会分散注意力, 而且也容易
加速视觉疲劳 。
? 进行色彩调节要根据工作房间的性质和用
途选择色彩 。 当工作间温度比较高及工作间
比较狭小时, 应选配冷色调；若工作房间的
温度比较低且工作间比较大时应选配暖色调
等 。
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? ? 机器设备和工作面的色彩调节
? 机器设备主要包括主机, 辅机和动力
设备, 以及控制, 显示和操纵装置,
其配色应主要考虑：
? ① 色彩与设备的功能相适应；
? ② 设备配色与环境色彩相协调；
? ③ 危险与示警部位的配色要醒目；
? ④ 操纵装置的配色要重点突出, 避免
误操作；
? ⑤ 显示装置要与背景有一定对比，以
引人注意，同时也有利于视觉认读。
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? 2,安全标志和技术标志的色彩应用
? 1）安全色与安全标志
? 用色彩传递安全和技术信息，早已为
世界各国所采用。国家标准
（ GB2893— 82）安全色规定了传递安
全信息的颜色（不包括灯光、荧光颜
色和航海、内河航运所用颜色），目
的是使人们能够迅速发现或分辨安全
标志和提醒人们注意，以防事故发生。
安全色是指表达安全信息含义的颜色。
该标准中规定红、蓝、黄、绿 4种颜
色为安全色，其含义和用途见表 5—
30。
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颜色 含 义 用 途 举 例
红色 禁止, 停止
禁止标志
停止信号：机器, 车辆的紧急停止手柄或按钮以及禁
止人们触动的部位
红色也表示防火
蓝色 指令必须遵守的规定 指令标志：如必须配戴个人防护用具, 道路上指引车
辆和行人行驶方向的指令
黄色
警告
注意
警告标志
警戒标志：如厂内危险机器和坑池边周围警戒线
行车道中线
机械上齿轮箱
安全帽
绿色
提示
安全状态
通行
提示标志
车间内的安全通道
行人和车辆通行标志
消防设备和其它安全防护设备的位置
表 5— 30 安全色的含义及用途（ GB2893-1982）
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? 2）色彩在技术标志中的应用
? 色彩还常用作运行技术信息的载体,
如红色表示紧急, 禁止, 停止, 事故
或操作错误等；黄色用作示警信号；
绿色表示工作正常, 允许进行等；蓝
色表示整机工作正常；白色表示电源
接通, 预热或准备运行等 。
? 色彩也应用于技术标志中, 表示材料,
设备设施或包装物等 。 表 5— 32是某
些管道的色彩标志 。
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种类 色彩 标准色
水
气
空气
氧
煤气
酸或碱
油
电气
真空
青
深红
白
蓝
黄
灰紫
深橙
浅橙
灰
2.5PB5/6
2.5R3/6
N 9.5
—
2.5Y8/12
2.5P5/5
7.5YR5/6
2.5YR9/6
—
表 5-32 一些管道色彩标志
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四,有害环境
? 1、有害环境的卫生标准
? 我国于 1979年颁布了, 工业企业设计
卫生标准, （ TJ36-1979），该标准
规定车间空气中有毒气体、蒸气及粉
尘等共 120种有毒物质的最高允许浓
度。其中一般作业环境可能接触的部
分有毒物体的最高允许浓度见表 5-33、
表 5-34。
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? 2,有害环境的防治途径
? ? 对空气污染的防治
? ① 选择无硫或低硫燃料, 或采取预处理法去
硫 。
? ② 排烟净化 。 从排烟中除去Ｓ iＯ 2和ＮＯ X。
? ③ 控制交通废气 。
? ④ 减少毒源 。
? ⑤ 降低作业场所毒物浓度, 如加强通风, 实
行湿式凿岩等 。
? ⑥ 实现设备, 管道或加工环节的密闭化, 防
止跑, 冒, 滴, 漏, 使毒源与操作者隔开 。
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? ⑦ 改革工艺, 使生产过程机械化, 自动化 。
? ⑧ 对于废气, 废水, 废渣在排放要先行处理
或回收, 最好能综合利用, 变废为宝 。
? ⑨ 加强个体防护 。
? ⑩ 包装及容器要有一定强度, 经得起运输过
程中正常的冲撞, 振动, 挤压和摩擦, 以防
毒物外泄, 封口要严, 且不易松脱 。
? 厂房要合理布局, 加强绿化 。
? ? 防尘途径
? 上面介绍的改进工艺、加强通风、密封操作，
水式作业等都是防尘的有效方法，不另赘述。
此外，还可设置高效除尘、除毒装置以及实
行遥控操作。
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五、振动与噪声环境
? １, 振动的评价及控制
? (1) 振动的评价标准化
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图 5— 41 全身振动容许界限和振动方向
（ a） — 全身振动方向 （ b） — 允许界限曲线
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? (2) 振动的控制
? 在很多情况下, 振动是不能全部消除或避
免的, 对振动的防护主要是如何减少和避
免振动对作业者的损害 。 采取的主要措施
有：
? ① 改进作业工具, 对工具的重量, 振动频
率, 振动幅度进行改进和限制；
? ② 人员轮流作业；
? ③ 采用合理的防护用品, 采用防振垫等,
减少对作业者的损害；
? 定期体检，做好振动病的早期防治工作。
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? 2、噪声的控制
? （ 1） 控制声源
? ① 降低机械噪声
? ② 降低空气动力性噪声
? （ 2）控制噪声的传播
? ① 全面考虑工厂的总体布局
? ② 调整声源指向
? ③ 利用天然地形
? ④ 采用吸声材料和吸声结构
? ⑤ 采用隔声和声屏装置
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? （ 3） 加强个体防护
? （ 4） 通过调整班次, 增加休息次数,
轮换作业等也是很好的防护方法 。
? （ 5） 广泛进行安全教育, 使职工了
解噪声的危害和防治的意义, 并 了解
和掌握如何防止噪声的方法 。
? （ 6） 音乐调节
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六、其它环境
? 1,电离辐射作业环境
? 2、非电离辐射作业环境
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第六节 安全防护装置设计
? 一、安全防护装置的作用与分类
? 1、安全防护装置的作用
? ? 防止机械设备因超限运行而发生事故
? ? 通过自动监测与诊断系统排除故障或
中断危险
? ? 防止因人为的误操作而引发的事故
? ? 防止操作者误入危险区而发生的事故
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? 2,安全防护装置的分类
? ? 当操作者处于危险区或设备处于不安
全状态时，安全防护装置 能直接起安全保
护作用,此时可分为以下几类：① 隔离防
护装置 ② 联锁控制防护装置 ③ 超限保
险装置 ④ 紧急制动装置 ⑤ 报警装置
? ? 当操作者一旦进入危险区，则安全防
护装置可以控制机械不能启动或自动停止
过程，或将人从危险区排出，或控制人体
不能进入危险区，此类安全防护装置称为
安全防护控制装置，它 对人身安全起间接
防护作用 。这种装置有：双手按钮式开关、
光电式安全防护装置等。
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二、安全防护装置的设计原则
? 1、以保护人身安全为出发点进行设
计的原则。
? 2、安全防护装置必须安全可靠的原
则。
? 3、安全防护装置与机械装备配套设
计的原则。
? 4、简单、经济、方便的原则 。
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三、典型安全防护装置的设计
? 1、隔离防护安全装置的设计
? 要解决人机系统的安全问题，首先考虑的
是人的安全。隔离防护安全装置就是专为
保护人身安全而设置的。该装置有装在机
械设备上的防护罩，还有置于机械周围一
定距离的防护屏或防护栅栏，它们都是用
来防止人进入危险区与外露的高速运动或
传动的零件或带电导体等接触受伤害，或
飞溅出来的切屑、工件、刀具等外来物伤
人。
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? ? 防护罩
? 防护罩的作用, 一是使人体不能进入危险
区, 二是阻挡高速飞向人体的外来物 。 为
此, 防护罩的设计应满足如下基本要求：
? ① 有足够的强度和刚度, 结构和布局合
理, 而且应牢固地固定在设备或基础上 。
? ② 不允许防护罩给生产场所带来新的危
险, 其本身表面应光滑, 不得有毛刺或尖
锐棱角 。
? 防护罩不应影响操作者的视线和正常作业,
防护罩与运转零部件之间应留有足够的间
隙, 以免相互接触, 干扰运动或碰坏零件；
应便于设备的检查, 保养, 维修 。
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? ? 防护屏
? 防护屏是设置在离机械一定距离的地面上,
根据需要可以移动 。 它主要适用于不需要
人进行操作的机械, 如用于隔离机械手或
工业机器人的活动区域 。 防护屏一般用金
属材料制成, 并应有足够的强度, 可以采
用栅栏结构, 网状结构或孔板结构, 常见
的有围栏, 防护屏, 栏杆等 。 在设计防护
屏时, 其栅栏的横向或竖向间距, 网眼或
网孔的最大尺寸和防护屏高度, 以防护屏
放置的最小安全距离必须符合国空标准
（ GB8179— 1987表１ ） 。
? 防护屏除可以防止机械伤害外, 还可以防
止由于灼烫, 腐蚀, 触电等造成的伤害 。
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? 2、联锁防护安全装置的设计
? 联锁防护安全装置的特点主要体现在, 联锁, 二字
上，它表示既有联系，又相互制约（互锁）的两种
运动或两种操纵动作的协调动作，实现安全控制。
联锁装置可以通过机械的、电气的或液压、气动的
方法使机械的操纵机构相互联锁或操纵机构与电源
开关直接联锁。用来防止同时接通两个或两个以上
相互干扰的运动，如车床上刀架的纵向与横向运动
不允许同时接通，机床的启动或制动不允许同时发
生；防止几个运动同时传动某一个执行部件，如车
床中的丝杠与光杠不能同时传动刀架；防止颠倒顺
序动作，如机床上工件未夹紧，主轴不能起动；防
止误操作功能相反的按钮或手柄。它是各类机械用
的最多、最理想的一种安全装置。
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? ? 机械式联锁装置
手柄与脚踏板联锁装置
１ -手柄 ２ -脚踏板
３ -插销 ４ -启动杆
它表示压力机开始工作
时，只有先把手柄按下，
将插入启动杆上的销子
拨出，脚踏板才能踏下，
这时才能启动压力机进
行工作。这样使操作者
的手在压力机滑块下降
前自然地离开危险区，
防止脚误踩脚踏板而发
生冲手事故。
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第
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? ? 电气联锁线路
? ① 顺序联锁
? ② 按钮控制的正反转联锁线路
? ③ 欠电压、欠电流联锁保护
? ? 液压（或气动）联锁回路
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? 3,超限保险安全装置的设计
? ? 超载安全装置
? ? 越位安全装置
? ? 超压安全装置
? ４、制动装置
? 5,报警装置
? ６、防触电安全装置
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