電氣設備操作面板人機工程學設計研究

巴怡文

摘 要：基于人機工程學原理，探討電氣設備操作面板的顯示、操作裝置的位置，布局等設計，使其設計最大限度的與人體結構相匹配，為操作者提供一個安全、合理、健康的使用及操作環境。

關鍵詞：電氣設備;操作面板;人機工程學

隨著科技的進步，電氣設備正在朝著高速度、高精度、高可靠性、智能化方向發展，電氣設備的操作面板作為人和機器之間交互的接口，直接影響到電氣設備的工作效率以及設備操作的安全性、可靠性和準確性。因而電氣設備操作面板的設計顯得格外重要。人機工程學是近幾十年發展起來的一門新興科學，它旨在研究不同作業中人、機器及環境之間的關系，以及如何改善這些關系。因此在電氣設備實際設計中，應基于人機工程學原理對電氣設備的操作面板進行設計開發，使之更適合人的使用。

1 操作面板的概念

操作面板一般安裝在電氣設備的表面，一般由一個或者一組顯示裝置（顯示屏、指示燈等）及操作裝置（觸摸屏、按鈕等）組成，是操作者與電氣設備交互的媒介，屬于人機接口范疇。操作者通過顯示裝置獲取電氣設備的信息，再通過操作裝置向電氣設備下發指令設定電氣設備參數，控制操作電氣設備運轉。

2 電氣設備操作面板人機工程設計的基本原則

2.1以操作者為中心。

電氣設備的操作面板在設計時應以操作者的生理、心理特點為基礎，將與操作者有關的各個因素進行綜合考慮并加以分析，統一協調各個因素之間的關系，使設計的操作面板更為簡單、方便、舒適、安全。考慮操作者的生理、心理特性，在操作簡單、方便、舒適、安全的前提條件下進行開發設計。

2.2人機功能合理分配。

操作者和設備在功能和特點上有非常大的區別，操作面板作為設備的一部分，在考慮人機功能分配時，應根據操作者和操作面板的各自特點進行功能分配。適合操作者的功能宜分配到操作者功能區，適合操作面板的功能應分配到操作面板上完成。例如，單調持續或者對速度精度要求高的或者長時間監視的任務應有操作面板完成，而那些需要判斷、預測但是對精度要求不高的任務則應有操作者完成。

2.3、安全優于效率。

在設計操作面板時，操作者的安全應是第一考慮要素。操作者通過操作面板操作設備時，操作者的安全必須得到保障，因此需要考慮操作面板在設備中所處的位置等細節問題。在此基礎上，可以進行適當設計以此來提高操作效率。

2.4要有防錯容錯能力。

首先需要明確的一點是，由于人本身存在的局限性，操作者的操作失誤是無法避免的。因此，設計操作面板時，要有防錯容錯能力。通過防錯設計，可以降低操作者操作失誤的幾率;通過容錯設計，即使發生了操作失誤，設備也可以快速恢復、正常運行，不至于造成事故發生。

3 電氣設備操作面板的設計

3.1操作面板位置設計

操作面板的位置和操作者操作姿勢有關，操作者操作姿勢一般為站姿操作和坐姿操作。操作姿勢的不同，決定了操作區域不同。操作區域是指操作者在操作設備時，手能夠觸及的范圍。國家標準[1]對不同操作姿勢操作區域進行了劃分。

對于坐姿，操作區域劃分如下：

對于立姿，操作區域劃分如下：

操作面板的設計原則上應盡可能布置在精確操作區，這樣操作者在操作設備時能夠更加的準確、方便，而且這種設計還能讓操作者心理上和生理上更加舒適，從而進一步提高了操作人員的工作效率。當操作面板的位置因尺寸受限或者其他必要因素不能滿足布置于精確操作區時，則可延伸布置在舒適操作區。原則上，不把操作面板的組件布置于精確操作區及舒適操作區之外。

3.2操作面板布局設計

操作面板的布局應注意內在聯系，貼合操作者的操作邏輯。

首先進行功能分組，對操作面板整體區域進行劃分功能組，相同功能的組件應在布局時放在一起;其次對功能組次序確認，根據人體眼球實際情況，在不同區域人眼的觀察力在有著明顯的差異的，其中左上為最好，右上其次，左下再其次，右下最差[2]。重要的、常用的功能組應優先布局于左上，其他功能組按照重要、常用程度依次按照“左上-右上-左下-右下”的順序布置，盡可能的避開右下;再次是功能組內次序確認，原則上市在程序上有操作順序的組件應按照操作次序進行布局。另外，操作組件特別是按鈕、指示燈顏色應遵守通用標準，例如一般紅色為緊急危險、黃色為異常、綠色表示正常[3]。

4 操作面板設計實例

下面就設計一臺鋰電池分選設備的操作面板為例，闡述一下操作面板設計的過程及遵守的原則。

此鋰電池分選設備操作面板要求如下：1、操作面板需要站立操作，2、操作面板需要提供生產數據顯示、操作電源的開關、手自動模式切換、維護模式切換、蜂鳴器報警、急停操作等功能。

首先，確認操作面板高度范圍。根據操作者站立操作這個要求，設計操作面板的高度范圍為1350mm～1690mm區間。

然后是設計操作面板的布局。根據操作面板的基本設計原則和布局的設計原則，設計操作面板如下圖：

整個操作面板分為兩個大的功能組區：軟操作區，硬操作區。

軟操作區為觸摸屏，主要完成設備狀態、功能監視，底層、精細化、復雜的操作，例如：設備產能的監控、設備工藝流程的設定等;軟操作區還需要結合觸摸屏軟件設計（如菜單及畫面設計）來實現上述功能。

硬操作區為帶燈按鈕，主要完成設備頂層操作邏輯。如：設備的啟停、模式切換、報警的復位等。硬操作區則需要結合硬件電路（如啟停回路、安全回路）設計來實現上述功能。

在硬操作區，根據功能又分為如下幾個小功能組：設備急停組，作為一種特殊的、緊急的按鈕，只有在設備緊急的情況下才可以按下，而且對此按鈕的誤操作會導致設備停機，所以將此組單獨放置在硬操作區的右側，考慮緊急情況下，手指可能無法緊急操作，緊急按鈕選擇大型按鈕，手掌亦可操作，此外，為防止可能帶來的誤操作，緊急按鈕應增加按鈕保護圈;設備啟停組，作為設備最重要頂層的邏輯，放置硬操作區左上，ON＼OFF按鈕根據操作順序排列;設備手自動模式切換組，放置于設備啟停組右側;設備維護模式切換組，重要但是不常用，放置硬操作區右上;設備的自動運行操作組，作為設備模式其中之一放置于硬操作區左下，各個按鈕按照操作順序排列;設備異常復位組，放置在自動操作區右側;右下區域空置，硬操作區帶燈按鈕顏色按照相關標準實施。

結語：

操作面板作為操作者與設備最重要的交互界面，它的正確操作影響著設備的運轉和設備效率，因此合理的人機工程學設計可以讓操作者和電氣設備的交互更為和諧。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家經濟貿易委員會.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劃分[S].北京：中國電力出版社，2000

[2]趙鵬睿.電氣控制柜設計的人機工程學評價與設計[D].北京：華北電力大學，2013

[3]中國國家標準化管理委員會.GB18209.1-2010 機械電氣安全指示、標志和操作第1部分：關于視覺、聽覺和觸覺信號的要求[S].北京：中國標準出版社，2011

（上海富安通智能裝備工程有限公司，上海市 200333）