DL575.3-1999T 控制中心人机工程设计导则 第3部分手可及范围与操作区划分.doc

A 25备案号：67512000 中华人民共和国电力行业标准DLT 575.31999控制中心人机工程设计导则第3部分：手可及范围与操作区划分Ergonomic principles for the design of control centresPart3：Hand reach and zones of control2000-02-24 发布 2000-07-01 实施中华人民共和国国家经济贸易委员会 发布控制中心人机工程设计导则总 前 言 本系列标准是根据原电力工业部1997年电力行业计划项目(技综199515号文)的安排制定的，其内容以ISOTC 159有关文件为基础，并参考和融入了其他国外标准、国家标准和新近研究成果。 现代工业的特点是高度自动化，工业控制已由局部控制、就地控制，逐步发展为以在各类控制室的集中控制为主，而系统管理也发展为在各级调度室的集中调度管理。 生产系统的安全与效率不仅取决于它自身的技术水平，而且还取决于它与人和环境的协调程度。在IEC964(=GBT 136301992)核电厂控制室的设计中明确提出，控制室的设计和评价，应包括两个方面：技术方面和人机工程方面。制定本系列标准的目的，就是要求在设计电力系统控制中心时，应充分运用人机工程学准则，结合生产、运行要求，使控制中心的布局、人机界面、环境和组织等方面能适合人的生理、心理特点，实现人、机、环境间的协调和整体优化，使人能安全、健康、舒适和高效地进行工作。目前，控制中心的人一机一环境系统的协调水平，已是电力系统现代化的重要标志之一。 电力系统控制中心(包括调度中心)的功能是监视和控制发电、输电或配电网的运行。控制中心的人机工程设计要求，就是设计时应特别注意人的因素和人的特性，例如，人体尺寸、人的反应能力和限度；把人机工程准则及所需的技术方法渗透到控制中心的设计之中。强调以人为核心，使所设计的机器(包括设施)和环境条件适应于人，这既是对一些经验教训的总结，又是提高人的工作质量的需要，也是获取良好经济效益和社会效益的途径之一。 将人机工程学(人类工效学)的诸多研究成果进行标准化，是将人机工程学原理应用于工程实际的重要环节。1975年国际标准化组织(ISO)专门设立了“Ergonomics”标准化技术委员会(ISOTC159)。我国于1980年成立了相应的“全国人类工效学标准化技术委员会”，开展了卓有成效的工作。该标准化技术委员会积极支持并参与了本系列标准的制定工作。 本系列标准DLT575以控制中心人机工程设计导则为总标题，包括12个子标准： DLT575.1 控制中心人机工程设计导则 第1部分：术语及定义； DLT575.2 控制中心人机工程设计导则 第2部分：视野与视区划分； DLT575.3 控制中心人机工程设计导则 第3部分：手可及范围与操作区划分； DLT575.4 控制中心人机工程设计导则 第4部分：受限空间尺寸； DLT575.5 控制中心人机工程设计导则 第5部分：控制中心设计原则； DLT575.6 控制中心人机工程设计导则 第6部分：控制中心总体布局原则； DLT575.7 控制中心人机工程设计导则 第7部分：控制室的布局； DLT575.8 控制中心人机工程设计导则 第8部分：工作站的布局和尺寸； DLT575.9 控制中心人机工程设计导则 第9部分：显示器、控制器及相互作用； DLT575.10 控制中心人机工程设计导则 第10部分：环境要求原则； DLT575.11 控制中心人机工程设计导则 第11部分：控制室的评价原则； DLT575.12 控制中心人机工程设计导则 第12部分：视觉显示终端(VDT)工作站。 本系列标准基本上涵盖了控制中心各个层次设计所应考虑的人机工程学的基本原则。但人机工程学是一门多学科交叉科学，涉及众多技术领域，不可能在一个系列标准中给出全部的具体参数，对各专业或专题性问题的解决，可参考列在各子标准中相应的附录“主要参考文献”。 本系列标准所给出的人机工程学基本原则，是一些通用原则，它适用于电力行业，也可用于其他行业的控制中心的设计。本系列标准基本上能满足大中型控制中心设计的需要，对于小型控制室或就地控制点，可视具体情况，简化设计步骤，选用有关内容进行设计。 本系列标准中所列的原则和参数，是人机工程学研究成果的浓缩。然而，考虑到某些设计准则还比较笼统，给出的某些具体参数也是在特定条件下的测量统计值，并非是严格的数值界定， 在应用各种设计准则与参数时，必须具体考虑其相互影响和制约，不应过于强调单个原则和单个参数，而应全面理解；再者，人机工程学准则在电力系统控制中心设计中的应用，是对现有技术设计的一种补充，可根据实际情况综合协调，以取得系统整体的优化。 鉴此，本系列标准在名称中加入了“导则”二字，即控制中心人机工程设计导则，并作为推荐性标准提供使用。 本系列标准由原中华人民共和国电力工业部提出。 本系列标准由国家电力公司电力自动化研究院归口。 本系列标准由国家电力公司电力自动化研究院负责起草，中国标准化与信息分类编码研究所、国家电力公司劳动保护科学研究所、国家电力公司苏州热工研究所、南京铁道医学院、南京航空航天大学参加了编写。 本系列标准由国家电力公司电力自动化研究院负责解释。目 录控制中心人机工程设计导则 总前言DLT575.31999 控制中心人机工程设计导则 第3部分：手可及范围与操作区划分；前 言 本标准系参考国内外人机工程标准化研究成果(见附录B)中有关手可及范围与操作区划分的内容编制而成。其中与人体测量值有关的尺寸，均按GB10000-88中国成年人人体尺寸确定。 本系列标准DLT575以控制中心人机工程设计导则为总标题，包括12个子标准： DLT575.1 控制中心人机工程设计导则 第1部分：术语及定义； DLT575.2 控制中心人机工程设计导则 第2部分：视野与视区划分； DLT575.3 控制中心人机工程设计导则 第3部分：手可及范围与操作区划分； DLT575.4 控制中心人机工程设计导则 第4部分：受限空间尺寸； DLT575.5 控制中心人机工程设计导则 第5部分：控制中心设计原则； DLT575.6 控制中心人机工程设计导则 第6部分：控制中心总体布局原则； DLT575.7 控制中心人机工程设计导则 第7部分：控制室的布局； DLT575.8 控制中心人机工程设计导则 第8部分：工作站的布局和尺寸； DLT575.9 控制中心人机工程设计导则 第9部分：显示器、控制器及相互作用； DLT575.10 控制中心人机工程设计导则 第10部分：环境要求原则； DLT575.11 控制中心人机工程设计导则 第11部分：控制室的评价原则； DLT575.12 控制中心人机工程设计导则 第12部分：视觉显示终端(VDT)工作站。 本标准的附录A、附录B都是提示的附录。 本标准由原中华人民共和国电力工业部提出。 本标准由国家电力公司电力自动化研究院归口。 本标准主要起草单位：国家电力公司电力自动化研究院、中国标准化与信息分类编码研究所。 本标准主要起草人：童时中、马长山、张锦华、滑东红、刘伟。目 次前言1 范围2 引用标准3 定义4 坐姿手功能可及范围及操作区划分5 立姿手功能可及范围和立式屏操作区划分附录A(提示的附录) 应用说明附录B(提示的附录) 主要参考文献中华人民共和国电力行业标准DLT 575.31999控制中心人机工程设计导则第3部分：手可及范围与操作区划分Ergonomic principles for the design of control centresPart3:Hand reach and zones of control中华人民共和国国家经济贸易委员会2000-02-24批准 2000-07-01实施1 范围 本标准规定了控制室(或调度室)中坐姿、立姿作业的手功能可及范围和控制器布置中的操作区划分，并给出了具体尺寸。 本标准不包括与监控作业无直接关系的其他作业或姿势的手可及范围。 本标准适用于各类控制室、调度室中立式屏和控制台上仪表板的设计，以及控制器的布置设计。 注：本标准的手功能可及范围是指“手抓捏功能可及范围”，详见附录A之A2。2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 DLT 575.11999 控制中心人机工程设计导则 第1部分：术语及定义 DLT 575.81999 控制中心人机工程设计导则 第8部分：工作站的布局和尺寸3 定义 本标准采用的定义见DLT 575.11999。4 坐姿手功能可及范围及操作区划分4.1 矢状面内坐姿手功能可及范围 在控制台台面上方，手功能可及范围取决于臂长。当肘关节为180，以肩关节中心为旋转中心时，矢状面内坐姿状态手臂上下方向运动的侧视图如图1所示。图1 坐姿手功能可及范围侧视图4.1.1 坐姿手功能可及范围尺寸 矢状面内坐姿手(抓捏)功能可及范围(用三个手指抓捏控制器)尺寸，用第5百分位数男子人体模板确定。若无活动人体模板，可用作图法近似地确定，如图2所示。在此，手臂系统被简化为一个二杆系统。图2中： 坐姿肩关节中心高(相对于坐椅面)：530mm； 躯干线距控制台台面前缘：100mm； 臂(手)功能最大旋转半径rA：610mm； 前臂(手)功能最大旋转半径rUA：350mm。SDP肩关节中心；EDP肘关节中心图2 矢状面内坐姿手功能可及范围尺寸4.1.2 坐姿手功能可及范围的延伸 当躯体向前弯曲时，肩关节中心前移，第5百分位数男子手功能可及范围可向前延伸150mm200mm。4.2 水平面内坐姿手功能可及范围4.2.1 坐姿手功能可及范围4.2.1.1 若无活动人体模板，可用作图法近似地确定水平面内正直坐姿手功能可及范围。图3所示为图2的俯视图。图中： 肩关节中心间距：325mm(即SDPR与SDPL的间距)； EDPM：肩关节水平面内，位于正中矢状面上的肘关节中心； ：手在控制台台面上时，位于正中矢状面的肘关节中心。4.2.1.2 肩关节水平面内，手功能可及范围如图3中的虚线所示。它是以EDPM为中心、rUA为半径的圆弧与以SDPR或SDPL为中心、rA为半径的圆弧相切处连接所构成。其上臂转动角度为臂内侧36至外侧106。4.2.1.3 控制台台面上手功能可及范围，如图3中的实线所示。它是以为中心、为半径的圆弧与以SDPR或SDPL为中心、rA为半径的圆弧相切处连接所构成。 DLT 575.31999控制台台面上手功能可及范围的和，取决于控制台与椅面的高度差h，其值可由图2推算而得。若座位参考面高度为420mm(见DLT 575.81999 中A2.5)，对于控制台台面高度为770mm或700mm，和尺寸如表1所示。表1 几种和的计算值 mm椅面高度台面高度椅面与台面的高度差h420770583335350680547314260SDPR右肩关节中心；SDPL左肩关节中心图3 坐姿手功能可及范围俯视图4.2.2 坐姿手功能可及范围的延伸 当人的躯干短时间向前、向左或向右倾斜弯曲时，可使手功能可及范围在一定范围内延伸。水平面内延伸的手功能可及范围可由图4近似地表达(仅表示出右半部分)。 延伸的手功能可及范围是：SDPRE以150mm200mm为半径，围绕SDPR转动，并在手臂伸直状态下，围绕SDPRE所画圆弧的包络线。其中，虚线是肩关节水平面内的延伸的手功能最大可及范围；实线是控制台台面上的延伸的手功能最大可及范围。由图4可看出： 肩关节水平面内：rAErA+(150mm200mm) 控制台台面上：rAE+(150mm200mm)SDPRE延伸后的右肩关节中心；rAE延伸的最大手功能可及半径图4 延伸的手功能可及范围4.3 控制台台面上坐姿手操作区划分 水平面内手的操作区可分为三个部分：舒适操作区()、有效操作区()、扩展操作区() 。一般情况下，坐姿操作时，控制台台面上的操作区划分如图5所示(椅面与台面高度差为260mm)。考虑到控制台台面上的手功能可及范围受台面与椅面高度差的影响，可运用4.1、4.2给出的原则，准确计算出操作区的范围。图5 控制台台面上手操作区划分4.3.1 舒适操作区() 舒适操作区是上臂靠近身体、曲肘，前臂平伸作回转运动所包括的范围。 舒适操作区亦称正常操作区。4.3.2 有效操作区() 正直坐姿状态，手臂伸直，手能达到的操作区域称为有效操作区，其范围相当于手功能可及范围。4.3.3 扩展操作区() 在坐姿情况下，身体改变姿势，手能达到的操作区域称为扩展操作区。其范围相当于延伸的手功能可及范围。4.4 矢状面内坐姿手操作区划分 矢状面内坐姿手操作区的划分(按第5百分位数男子尺寸)，如图6所示。图6 矢状面内坐姿手操作区划分4.4.1 舒适操作区() 手功能可及范围内，坐姿肩关节中心的高度与台面之间所包括的空间。4.4.2 精确操作区() 手功能可及范围内，坐姿眼高与台面之间所包括的空间。4.4.3 有效操作区() 在坐姿眼高以上、手功能可及范围内的空间。4.4.4 扩展操作区() 在坐姿情况下，人的躯干前倾，肩关节中心前移150mm200mm，手功能可及范围可向前方扩展，如图6中虚线所示。5 立姿手功能可及范围和立式屏操作区划分5.1 矢状面内立姿手功能可及范围5.1.1 立姿手功能可及范围尺寸 矢状面内立姿手功能可及范围尺寸，一般可用第5百分位数男子人体模板确定。若无活动人体模板，也可用作图法近似地确定。具体尺寸如下： a) 立姿肩关节中心高：1270mm； b) 臂(手)最大功能旋转半径：rA610mm。5.1.2 立式屏前双手最大功能可及高度的上限、下限 当操作者站在立式屏前(见图7，鞋尖距屏约150mm)，双手最大功能可及高度的上限、下限如下： a) 上限：1790mm(按第5百分位数男子双手上伸)； b) 下限：840mm(按第95百分位数男子双手下伸)。图7 矢状面内立姿手功能可及范围(mm)5.2 立式屏手操作区划分 立姿(矢状面内)操作区的划分需综合考虑人体结构尺寸、人的视野范围、人肢体的有效活动范围、肢体最适宜的用力范围、操作速度和精度要求等。对于以立式屏、柜为代表的立姿操作而言，立姿手操作区可分为三个部分：舒适操作区、精确操作区、有效操作区，如图8所示。图8 立式屏手操作区划分(mm)5.2.1 舒适操作区 舒适操作区是介于立姿肩高与立姿肘高之间的空间范围。在此范围内，肌肉活动程度和能量代谢率最低。舒适操作区尺寸按第50百分位数男子的尺寸(加鞋跟高25mm)确定，其尺寸范围为1400mm1050mm。5.2.2 精确操作区 精确操作区也是立式屏前作业的最佳显示区。其尺寸按下述因素确定： a) 以第50百分位数男子的尺寸(加鞋跟高25mm)为基准； b) 设定眼与立式屏屏面的距离为400mm，综合考虑眼与立式屏的观察距离以及手操作的易行性； c) 精确操作区尺寸上限按水平视线以上15确定；下限按水平视线以下30确定。其尺寸范围为1690mm1350mm。5.2.3 有效操作区5.2.3.1 上限尺寸 以立式屏前双手最大功能可及高度尺寸的上限(见5.1.2)，作为有效操作高度的上限尺寸，取1790mm。5.2.3.2 下限尺寸 以第95百分位数男子的单腿跪姿肘高尺寸，作为有效操作高度的下限尺寸，取650mm。附录A (提示的附录)应 用 说 明A1 控制器位置布置的原则 控制器数量较少时，应将控制器布置在舒适操作区内的最佳位置上；控制器数量较多时，则应考虑布置优先权问题。控制器布置位置的优先权，一般应考虑：使用频次原则、重要性原则、使用逻辑原则，并应对安排的优先次序进行综合考虑。A1.1 使用频次原则 按使用频次考虑控制器布置位置的优先权，将使用频次最高的布置在最靠近操作者的位置； 使用频次高的控制器布置在舒适操作区；使用频次低的则依次向边缘布置，设置在有效操作区和扩展操作区。A1.2 重要性原则 对于需进行精细操作的一些重要的控制器应布置在精确操作区内，设置位置应考虑观察被控信号的清晰性和准确性。次要的控制器则依次布置在有效操作区和扩展操作区内。 紧急控制器涉及系统运行的安全，也应布置在舒适操作区或精确操作区内。A1.3 使用逻辑原则 在控制器布置中，考虑到系统的安全和效率，一般按一定的使用逻辑关系与显示器进行编组。例如，按功能、使用顺序或操作程序等编组。一个组内的控制器虽符合使用逻辑，但可能有较大的使用频次差异或重要性差异。 在实际应用中，应按具体情况，综合考虑上述三项原则。A2 手可及范围的三种类型 手的可及范围与手抓握状态有关： a) 手(中指)可及范围：手中指指尖点所能触及的空间范围； b) 手抓捏(功能)可及范围：手三指(拇指、食指、中指)抓捏状态，抓捏中心所达到的范围。这是控制室系统最常用的手操作方式。本标准的手功能可及范围是采用“三指捏”状态。 c) 手握轴(功能)可及范围：手握轴状态，轴中心所达到的空间范围。 注：据对若干资料所提供的测量值分析，手抓捏可及范围最大尺寸，约在手可及范围最大尺寸与手握轴可及范围最大尺寸之间。A3 各参数值的使用说明 本标准给出的有关手功能可及范围和手操作区划分的各个参数值是在特定条件下的测量统计值，在使用中可根据实际情况及使用者群体的特征加以修正。附录B(提示的附录)主要参考文献1 DIN33414-1(1985) 控制室人机工程设计 坐姿工作台 术语、定义、原则、尺寸2 GBT15759-1995人体模板设计和使用要求3 GB10000-88中国成年人人体尺寸4 GBT14779-93坐姿人体模板功能设计要求5 GJB2873-97(eqv MILSTD1472D，1981)军事装备和设施的人机工程设计准则6 朱祖祥主编，人类工效学，浙江教育出版社，19947 曹琦主编，人机工程，四川科技出版社，19918 马江彬主编，人机工程学及其应用，机械工业出版社，19939 M.施密德编著捷，朱有庭译，人机功效参数，化学工业出版社，198810 日本造船学会造船设计委员会第2分会编，田训珍等译，人机工程学舣装设计基准11 GB1354792工作空间人体尺寸12 GB570385人体测量方法13 GBT1298591在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则14 曹琦等编，人机工程设计，西南交通大学出版社，198815 赖维铁，人机工程，华中工学院出版社，198316 邱成悌等编著，电子设备结构设计原理(第二册)，江苏科学技术出版社，198617 陈毅然，人机工程学，航空工业出版社，199018 W.朗格主编(德)，黄金凤译，袖珍工效学数据汇编，中国标准出版社，1985