DL575.3-1999T 控制中心人機工程設計導則 第3部分手可及范圍與操作區(qū)劃分.doc

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A 25 備案號：6751—2000 中華人民共和國電力行業(yè)標準 ? DL／T 575.3—1999 ? 控制中心人機工程設計導則 第3部分：手可及范圍與操作區(qū)劃分 ? Ergonomic principles for the design of control centres Part3：Hand reach and zones of control ? ? 2000-02-24 發(fā)布 2000-07-01 實施 ? 中華人民共和國國家經濟貿易委員會 發(fā)布 ? 控制中心人機工程設計導則 ? 總 前 言 ? 本系列標準是根據(jù)原電力工業(yè)部1997年電力行業(yè)計劃項目(技綜［1995］15號文)的安排制定的，其內容以ISO／TC 159有關文件為基礎，并參考和融入了其他國外標準、國家標準和新近研究成果。 現(xiàn)代工業(yè)的特點是高度自動化，工業(yè)控制已由局部控制、就地控制，逐步發(fā)展為以在各類控制室的集中控制為主，而系統(tǒng)管理也發(fā)展為在各級調度室的集中調度管理。 生產系統(tǒng)的安全與效率不僅取決于它自身的技術水平，而且還取決于它與人和環(huán)境的協(xié)調程度。在IEC964(=GB／T 13630—1992)《核電廠控制室的設計》中明確提出，控制室的設計和評價，應包括兩個方面：技術方面和人機工程方面。制定本系列標準的目的，就是要求在設計電力系統(tǒng)控制中心時，應充分運用人機工程學準則，結合生產、運行要求，使控制中心的布局、人機界面、環(huán)境和組織等方面能適合人的生理、心理特點，實現(xiàn)人、機、環(huán)境間的協(xié)調和整體優(yōu)化，使人能安全、健康、舒適和高效地進行工作。目前，控制中心的人一機一環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調水平，已是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的重要標志之一。 電力系統(tǒng)控制中心(包括調度中心)的功能是監(jiān)視和控制發(fā)電、輸電或配電網(wǎng)的運行。控制中心的人機工程設計要求，就是設計時應特別注意人的因素和人的特性，例如，人體尺寸、人的反應能力和限度；把人機工程準則及所需的技術方法滲透到控制中心的設計之中。強調以人為核心，使所設計的機器(包括設施)和環(huán)境條件適應于人，這既是對一些經驗教訓的總結，又是提高人的工作質量的需要，也是獲取良好經濟效益和社會效益的途徑之一。 將人機工程學(人類工效學)的諸多研究成果進行標準化，是將人機工程學原理應用于工程實際的重要環(huán)節(jié)。1975年國際標準化組織(ISO)專門設立了“Ergonomics”標準化技術委員會(ISO／TC159)。我國于1980年成立了相應的“全國人類工效學標準化技術委員會”，開展了卓有成效的工作。該標準化技術委員會積極支持并參與了本系列標準的制定工作。 本系列標準DL／T575以《控制中心人機工程設計導則》為總標題，包括12個子標準： DL／T575.1 控制中心人機工程設計導則 第1部分：術語及定義； DL／T575.2 控制中心人機工程設計導則 第2部分：視野與視區(qū)劃分； DL／T575.3 控制中心人機工程設計導則 第3部分：手可及范圍與操作區(qū)劃分； DL／T575.4 控制中心人機工程設計導則 第4部分：受限空間尺寸； DL／T575.5 控制中心人機工程設計導則 第5部分：控制中心設計原則； DL／T575.6 控制中心人機工程設計導則 第6部分：控制中心總體布局原則； DL／T575.7 控制中心人機工程設計導則 第7部分：控制室的布局； DL／T575.8 控制中心人機工程設計導則 第8部分：工作站的布局和尺寸； DL／T575.9 控制中心人機工程設計導則 第9部分：顯示器、控制器及相互作用； DL／T575.10 控制中心人機工程設計導則 第10部分：環(huán)境要求原則； DL／T575.11 控制中心人機工程設計導則 第11部分：控制室的評價原則； DL／T575.12 控制中心人機工程設計導則 第12部分：視覺顯示終端(VDT)工作站。 本系列標準基本上涵蓋了控制中心各個層次設計所應考慮的人機工程學的基本原則。但人機工程學是一門多學科交叉科學，涉及眾多技術領域，不可能在一個系列標準中給出全部的具體參數(shù)，對各專業(yè)或專題性問題的解決，可參考列在各子標準中相應的附錄“主要參考文獻”。 本系列標準所給出的人機工程學基本原則，是一些通用原則，它適用于電力行業(yè)，也可用于其他行業(yè)的控制中心的設計。本系列標準基本上能滿足大中型控制中心設計的需要，對于小型控制室或就地控制點，可視具體情況，簡化設計步驟，選用有關內容進行設計。 本系列標準中所列的原則和參數(shù)，是人機工程學研究成果的濃縮。然而，考慮到某些設計準則還比較籠統(tǒng)，給出的某些具體參數(shù)也是在特定條件下的測量統(tǒng)計值，并非是嚴格的數(shù)值界定， 在應用各種設計準則與參數(shù)時，必須具體考慮其相互影響和制約，不應過于強調單個原則和單個參數(shù)，而應全面理解；再者，人機工程學準則在電力系統(tǒng)控制中心設計中的應用，是對現(xiàn)有技術設計的一種補充，可根據(jù)實際情況綜合協(xié)調，以取得系統(tǒng)整體的優(yōu)化。 鑒此，本系列標準在名稱中加入了“導則”二字，即《控制中心人機工程設計導則》，并作為推薦性標準提供使用。 本系列標準由原中華人民共和國電力工業(yè)部提出。 本系列標準由國家電力公司電力自動化研究院歸口。 本系列標準由國家電力公司電力自動化研究院負責起草，中國標準化與信息分類編碼研究所、國家電力公司勞動保護科學研究所、國家電力公司蘇州熱工研究所、南京鐵道醫(yī)學院、南京航空航天大學參加了編寫。 本系列標準由國家電力公司電力自動化研究院負責解釋。 ? 目 錄 ? 控制中心人機工程設計導則 總前言 DL／T575.3—1999 控制中心人機工程設計導則 第3部分：手可及范圍與操作區(qū)劃分； ? 前 言 ? 本標準系參考國內外人機工程標準化研究成果(見附錄B)中有關手可及范圍與操作區(qū)劃分的內容編制而成。其中與人體測量值有關的尺寸，均按GB10000-88《中國成年人人體尺寸》確定。 本系列標準DL／T575以《控制中心人機工程設計導則》為總標題，包括12個子標準： DL／T575.1 控制中心人機工程設計導則 第1部分：術語及定義； DL／T575.2 控制中心人機工程設計導則 第2部分：視野與視區(qū)劃分； DL／T575.3 控制中心人機工程設計導則 第3部分：手可及范圍與操作區(qū)劃分； DL／T575.4 控制中心人機工程設計導則 第4部分：受限空間尺寸； DL／T575.5 控制中心人機工程設計導則 第5部分：控制中心設計原則； DL／T575.6 控制中心人機工程設計導則 第6部分：控制中心總體布局原則； DL／T575.7 控制中心人機工程設計導則 第7部分：控制室的布局； DL／T575.8 控制中心人機工程設計導則 第8部分：工作站的布局和尺寸； DL／T575.9 控制中心人機工程設計導則 第9部分：顯示器、控制器及相互作用； DL／T575.10 控制中心人機工程設計導則 第10部分：環(huán)境要求原則； DL／T575.11 控制中心人機工程設計導則 第11部分：控制室的評價原則； DL／T575.12 控制中心人機工程設計導則 第12部分：視覺顯示終端(VDT)工作站。 本標準的附錄A、附錄B都是提示的附錄。 本標準由原中華人民共和國電力工業(yè)部提出。 本標準由國家電力公司電力自動化研究院歸口。 本標準主要起草單位：國家電力公司電力自動化研究院、中國標準化與信息分類編碼研究所。 本標準主要起草人：童時中、馬長山、張錦華、滑東紅、劉偉。 ? 目 次 ? 前言 1 范圍 2 引用標準 3 定義 4 坐姿手功能可及范圍及操作區(qū)劃分 5 立姿手功能可及范圍和立式屏操作區(qū)劃分 附錄A(提示的附錄) 應用說明 附錄B(提示的附錄) 主要參考文獻 ? 中華人民共和國電力行業(yè)標準 ? DL／T 575.3—1999 ? 控制中心人機工程設計導則 第3部分：手可及范圍與操作區(qū)劃分 ? Ergonomic principles for the design of control centres Part3:Hand reach and zones of control ? ? 中華人民共和國國家經濟貿易委員會2000-02-24批準 2000-07-01實施 ? ? 1 范圍 ? 本標準規(guī)定了控制室(或調度室)中坐姿、立姿作業(yè)的手功能可及范圍和控制器布置中的操作區(qū)劃分，并給出了具體尺寸。 本標準不包括與監(jiān)控作業(yè)無直接關系的其他作業(yè)或姿勢的手可及范圍。 本標準適用于各類控制室、調度室中立式屏和控制臺上儀表板的設計，以及控制器的布置設計。 注：本標準的手功能可及范圍是指“手抓捏功能可及范圍”，詳見附錄A之A2。 ? 2 引用標準 ? 下列標準所包含的條文，通過在本標準中引用而構成為本標準的條文。本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。 DL／T 575.1—1999 控制中心人機工程設計導則 第1部分：術語及定義 DL／T 575.8—1999 控制中心人機工程設計導則 第8部分：工作站的布局和尺寸 ? 3 定義 ? 本標準采用的定義見DL／T 575.1—1999。 ? 4 坐姿手功能可及范圍及操作區(qū)劃分 ? 4.1 矢狀面內坐姿手功能可及范圍 在控制臺臺面上方，手功能可及范圍取決于臂長。當肘關節(jié)為180°，以肩關節(jié)中心為旋轉中心時，矢狀面內坐姿狀態(tài)手臂上下方向運動的側視圖如圖1所示。 ? ? 圖1 坐姿手功能可及范圍側視圖 ? 4.1.1 坐姿手功能可及范圍尺寸 矢狀面內坐姿手(抓捏)功能可及范圍(用三個手指抓捏控制器)尺寸，用第5百分位數(shù)男子人體模板確定。若無活動人體模板，可用作圖法近似地確定，如圖2所示。在此，手—臂系統(tǒng)被簡化為一個二桿系統(tǒng)。圖2中： 坐姿肩關節(jié)中心高(相對于坐椅面)：530mm； 軀干線距控制臺臺面前緣：100mm； 臂(手)功能最大旋轉半徑rA：610mm； 前臂(手)功能最大旋轉半徑rUA：350mm。 ? ? SDP—肩關節(jié)中心；EDP—肘關節(jié)中心 圖2 矢狀面內坐姿手功能可及范圍尺寸 ? 4.1.2 坐姿手功能可及范圍的延伸 當軀體向前彎曲時，肩關節(jié)中心前移，第5百分位數(shù)男子手功能可及范圍可向前延伸150mm～200mm。 4.2 水平面內坐姿手功能可及范圍 4.2.1 坐姿手功能可及范圍 4.2.1.1 若無活動人體模板，可用作圖法近似地確定水平面內正直坐姿手功能可及范圍。圖3所示為圖2的俯視圖。圖中： 肩關節(jié)中心間距：325mm(即SDPR與SDPL的間距)； EDPM：肩關節(jié)水平面內，位于正中矢狀面上的肘關節(jié)中心； ：手在控制臺臺面上時，位于正中矢狀面的肘關節(jié)中心。 4.2.1.2 肩關節(jié)水平面內，手功能可及范圍如圖3中的虛線所示。它是以EDPM為中心、rUA為半徑的圓弧與以SDPR或SDPL為中心、rA為半徑的圓弧相切處連接所構成。其上臂轉動角度為臂內側36°至外側106°。 4.2.1.3 控制臺臺面上手功能可及范圍，如圖3中的實線所示。它是以為中心、為半徑的圓弧與以SDPR或SDPL為中心、rA為半徑的圓弧相切處連接所構成。 DL／T 575.3—1999控制臺臺面上手功能可及范圍的和，取決于控制臺與椅面的高度差h，其值可由圖2推算而得。若座位參考面高度為420mm(見DL／T 575.8—1999 中A2.5)，對于控制臺臺面高度為770mm或700mm，和尺寸如表1所示。 ? 表1 幾種和的計算值 mm ? 椅面高度 臺面高度 椅面與臺面的高度差 h 420 770 583 335 350 680 547 314 260 ? ? SDPR—右肩關節(jié)中心； SDPL—左肩關節(jié)中心 圖3 坐姿手功能可及范圍俯視圖 ? 4.2.2 坐姿手功能可及范圍的延伸 當人的軀干短時間向前、向左或向右傾斜彎曲時，可使手功能可及范圍在一定范圍內延伸。水平面內延伸的手功能可及范圍可由圖4近似地表達(僅表示出右半部分)。 延伸的手功能可及范圍是：SDPRE以150mm～200mm為半徑，圍繞SDPR轉動，并在手臂伸直狀態(tài)下，圍繞SDPRE所畫圓弧的包絡線。其中，虛線是肩關節(jié)水平面內的延伸的手功能最大可及范圍；實線是控制臺臺面上的延伸的手功能最大可及范圍。由圖4可看出： 肩關節(jié)水平面內：rAE＝rA+(150mm～200mm) 控制臺臺面上：r′AE＝+(150mm～200mm) ? ? SDPRE—延伸后的右肩關節(jié)中心； rAE—延伸的最大手功能可及半徑 圖4 延伸的手功能可及范圍 ? 4.3 控制臺臺面上坐姿手操作區(qū)劃分 水平面內手的操作區(qū)可分為三個部分：舒適操作區(qū)(Ⅰ)、有效操作區(qū)(Ⅲ)、擴展操作區(qū)(Ⅳ) 。一般情況下，坐姿操作時，控制臺臺面上的操作區(qū)劃分如圖5所示(椅面與臺面高度差為260mm)?？紤]到控制臺臺面上的手功能可及范圍受臺面與椅面高度差的影響，可運用4.1、4.2給出的原則，準確計算出操作區(qū)的范圍。 ? ? 圖5 控制臺臺面上手操作區(qū)劃分 ? 4.3.1 舒適操作區(qū)(Ⅰ) 舒適操作區(qū)是上臂靠近身體、曲肘，前臂平伸作回轉運動所包括的范圍。 舒適操作區(qū)亦稱正常操作區(qū)。 4.3.2 有效操作區(qū)(Ⅲ) 正直坐姿狀態(tài)，手臂伸直，手能達到的操作區(qū)域稱為有效操作區(qū)，其范圍相當于手功能可及范圍。 4.3.3 擴展操作區(qū)(Ⅳ) 在坐姿情況下，身體改變姿勢，手能達到的操作區(qū)域稱為擴展操作區(qū)。其范圍相當于延伸的手功能可及范圍。 4.4 矢狀面內坐姿手操作區(qū)劃分 矢狀面內坐姿手操作區(qū)的劃分(按第5百分位數(shù)男子尺寸)，如圖6所示。 ? ? 圖6 矢狀面內坐姿手操作區(qū)劃分 ? 4.4.1 舒適操作區(qū)(Ⅰ) 手功能可及范圍內，坐姿肩關節(jié)中心的高度與臺面之間所包括的空間。 4.4.2 精確操作區(qū)(Ⅱ) 手功能可及范圍內，坐姿眼高與臺面之間所包括的空間。 4.4.3 有效操作區(qū)(Ⅲ) 在坐姿眼高以上、手功能可及范圍內的空間。 4.4.4 擴展操作區(qū)(Ⅳ) 在坐姿情況下，人的軀干前傾，肩關節(jié)中心前移150mm～200mm，手功能可及范圍可向前方擴展，如圖6中虛線所示。 ? 5 立姿手功能可及范圍和立式屏操作區(qū)劃分 ? 5.1 矢狀面內立姿手功能可及范圍 5.1.1 立姿手功能可及范圍尺寸 矢狀面內立姿手功能可及范圍尺寸，一般可用第5百分位數(shù)男子人體模板確定。若無活動人體模板，也可用作圖法近似地確定。具體尺寸如下： a) 立姿肩關節(jié)中心高：1270mm； b) 臂(手)最大功能旋轉半徑：rA＝610mm。 5.1.2 立式屏前雙手最大功能可及高度的上限、下限 當操作者站在立式屏前(見圖7，鞋尖距屏約150mm)，雙手最大功能可及高度的上限、下限如下： a) 上限：1790mm(按第5百分位數(shù)男子雙手上伸)； b) 下限：840mm(按第95百分位數(shù)男子雙手下伸)。 ? ? 圖7 矢狀面內立姿手 功能可及范圍(mm) ? 5.2 立式屏手操作區(qū)劃分 立姿(矢狀面內)操作區(qū)的劃分需綜合考慮人體結構尺寸、人的視野范圍、人肢體的有效活動范圍、肢體最適宜的用力范圍、操作速度和精度要求等。對于以立式屏、柜為代表的立姿操作而言，立姿手操作區(qū)可分為三個部分：舒適操作區(qū)、精確操作區(qū)、有效操作區(qū)，如圖8所示。 ? ? 圖8 立式屏手操作區(qū)劃分(mm) ? 5.2.1 舒適操作區(qū) 舒適操作區(qū)是介于立姿肩高與立姿肘高之間的空間范圍。在此范圍內，肌肉活動程度和能量代謝率最低。舒適操作區(qū)尺寸按第50百分位數(shù)男子的尺寸(加鞋跟高25mm)確定，其尺寸范圍為1400mm～1050mm。 5.2.2 精確操作區(qū) 精確操作區(qū)也是立式屏前作業(yè)的最佳顯示區(qū)。其尺寸按下述因素確定： a) 以第50百分位數(shù)男子的尺寸(加鞋跟高25mm)為基準； b) 設定眼與立式屏屏面的距離為400mm，綜合考慮眼與立式屏的觀察距離以及手操作的易行性； c) 精確操作區(qū)尺寸上限按水平視線以上15°確定；下限按水平視線以下30°確定。其尺寸范圍為1690mm～1350mm。 5.2.3 有效操作區(qū) 5.2.3.1 上限尺寸 以立式屏前雙手最大功能可及高度尺寸的上限(見5.1.2)，作為有效操作高度的上限尺寸，取1790mm。 5.2.3.2 下限尺寸 以第95百分位數(shù)男子的單腿跪姿肘高尺寸，作為有效操作高度的下限尺寸，取650mm。 ? 附錄A (提示的附錄) ? 應 用 說 明 ? A1 控制器位置布置的原則 ? 控制器數(shù)量較少時，應將控制器布置在舒適操作區(qū)內的最佳位置上；控制器數(shù)量較多時，則應考慮布置優(yōu)先權問題?？刂破鞑贾梦恢玫膬?yōu)先權，一般應考慮：使用頻次原則、重要性原則、使用邏輯原則，并應對安排的優(yōu)先次序進行綜合考慮。 A1.1 使用頻次原則 按使用頻次考慮控制器布置位置的優(yōu)先權，將使用頻次最高的布置在最靠近操作者的位置； 使用頻次高的控制器布置在舒適操作區(qū)；使用頻次低的則依次向邊緣布置，設置在有效操作區(qū)和擴展操作區(qū)。 A1.2 重要性原則 對于需進行精細操作的一些重要的控制器應布置在精確操作區(qū)內，設置位置應考慮觀察被控信號的清晰性和準確性。次要的控制器則依次布置在有效操作區(qū)和擴展操作區(qū)內。 緊急控制器涉及系統(tǒng)運行的安全，也應布置在舒適操作區(qū)或精確操作區(qū)內。 A1.3 使用邏輯原則 在控制器布置中，考慮到系統(tǒng)的安全和效率，一般按一定的使用邏輯關系與顯示器進行編組。例如，按功能、使用順序或操作程序等編組。一個組內的控制器雖符合使用邏輯，但可能有較大的使用頻次差異或重要性差異。 在實際應用中，應按具體情況，綜合考慮上述三項原則。 ? A2 手可及范圍的三種類型 ? 手的可及范圍與手抓握狀態(tài)有關： a) 手(中指)可及范圍：手中指指尖點所能觸及的空間范圍； b) 手抓捏(功能)可及范圍：手三指(拇指、食指、中指)抓捏狀態(tài)，抓捏中心所達到的范圍。這是控制室系統(tǒng)最常用的手操作方式。本標準的手功能可及范圍是采用“三指捏”狀態(tài)。 c) 手握軸(功能)可及范圍：手握軸狀態(tài)，軸中心所達到的空間范圍。 注：據(jù)對若干資料所提供的測量值分析，手抓捏可及范圍最大尺寸，約在手可及范圍最大尺寸與手握軸可及范圍最大尺寸之間。 ? A3 各參數(shù)值的使用說明 ? 本標準給出的有關手功能可及范圍和手操作區(qū)劃分的各個參數(shù)值是在特定條件下的測量統(tǒng)計值，在使用中可根據(jù)實際情況及使用者群體的特征加以修正。 ? ? 附錄B(提示的附錄) ? 主要參考文獻 ? ［1］ DIN33414-1(1985) 控制室人機工程設計 坐姿工作臺 術語、定義、原則、尺寸 ［2］ GB／T15759-1995人體模板設計和使用要求 ［3］ GB10000-88中國成年人人體尺寸 ［4］ GB／T14779-93坐姿人體模板功能設計要求 ［5］ GJB2873-97(eqv MIL—STD—1472D，1981)軍事裝備和設施的人機工程設計準則 ［6］ 朱祖祥主編，人類工效學，浙江教育出版社，1994 ［7］ 曹琦主編，人機工程，四川科技出版社，1991 ［8］ 馬江彬主編，人機工程學及其應用，機械工業(yè)出版社，1993 ［9］ M.施密德編著［捷］，朱有庭譯，人機功效參數(shù)，化學工業(yè)出版社，1988 ［10］ 日本造船學會造船設計委員會第2分會編，田訓珍等譯，人機工程學艤裝設計基準 ［11］ GB13547—92工作空間人體尺寸 ［12］ GB5703—85人體測量方法 ［13］ GB／T12985—91在產品設計中應用人體尺寸百分位數(shù)的通則 ［14］ 曹琦等編，人機工程設計，西南交通大學出版社，1988 ［15］ 賴維鐵，人機工程，華中工學院出版社，1983 ［16］ 邱成悌等編著，電子設備結構設計原理(第二冊)，江蘇科學技術出版社，1986 ［17］ 陳毅然，人機工程學，航空工業(yè)出版社，1990 ［18］ W.朗格主編(德)，黃金鳳譯，袖珍工效學數(shù)據(jù)匯編，中國標準出版社，1985