电气设备操作面板人机工程学设计研究

巴怡文

摘 要：基于人机工程学原理，探讨电气设备操作面板的显示、操作装置的位置，布局等设计，使其设计最大限度的与人体结构相匹配，为操作者提供一个安全、合理、健康的使用及操作环境。

关键词：电气设备;操作面板;人机工程学

随着科技的进步，电气设备正在朝着高速度、高精度、高可靠性、智能化方向发展，电气设备的操作面板作为人和机器之间交互的接口，直接影响到电气设备的工作效率以及设备操作的安全性、可靠性和准确性。因而电气设备操作面板的设计显得格外重要。人机工程学是近几十年发展起来的一门新兴科学，它旨在研究不同作业中人、机器及环境之间的关系，以及如何改善这些关系。因此在电气设备实际设计中，应基于人机工程学原理对电气设备的操作面板进行设计开发，使之更适合人的使用。

1 操作面板的概念

操作面板一般安装在电气设备的表面，一般由一个或者一组显示装置（显示屏、指示灯等）及操作装置（触摸屏、按钮等）组成，是操作者与电气设备交互的媒介，属于人机接口范畴。操作者通过显示装置获取电气设备的信息，再通过操作装置向电气设备下发指令设定电气设备参数，控制操作电气设备运转。

2 电气设备操作面板人机工程设计的基本原则

2.1以操作者为中心。

电气设备的操作面板在设计时应以操作者的生理、心理特点为基础，将与操作者有关的各个因素进行综合考虑并加以分析，统一协调各个因素之间的关系，使设计的操作面板更为简单、方便、舒适、安全。考虑操作者的生理、心理特性，在操作简单、方便、舒适、安全的前提条件下进行开发设计。

2.2人机功能合理分配。

操作者和设备在功能和特点上有非常大的区别，操作面板作为设备的一部分，在考虑人机功能分配时，应根据操作者和操作面板的各自特点进行功能分配。适合操作者的功能宜分配到操作者功能区，适合操作面板的功能应分配到操作面板上完成。例如，单调持续或者对速度精度要求高的或者长时间监视的任务应有操作面板完成，而那些需要判断、预测但是对精度要求不高的任务则应有操作者完成。

2.3、安全优于效率。

在设计操作面板时，操作者的安全应是第一考虑要素。操作者通过操作面板操作设备时，操作者的安全必须得到保障，因此需要考虑操作面板在设备中所处的位置等细节问题。在此基础上，可以进行适当设计以此来提高操作效率。

2.4要有防错容错能力。

首先需要明确的一点是，由于人本身存在的局限性，操作者的操作失误是无法避免的。因此，设计操作面板时，要有防错容错能力。通过防错设计，可以降低操作者操作失误的几率;通过容错设计，即使发生了操作失误，设备也可以快速恢复、正常运行，不至于造成事故发生。

3 电气设备操作面板的设计

3.1操作面板位置设计

操作面板的位置和操作者操作姿势有关，操作者操作姿势一般为站姿操作和坐姿操作。操作姿势的不同，决定了操作區域不同。操作区域是指操作者在操作设备时，手能够触及的范围。国家标准[1]对不同操作姿势操作区域进行了划分。

对于坐姿，操作区域划分如下：

对于立姿，操作区域划分如下：

操作面板的设计原则上应尽可能布置在精确操作区，这样操作者在操作设备时能够更加的准确、方便，而且这种设计还能让操作者心理上和生理上更加舒适，从而进一步提高了操作人员的工作效率。当操作面板的位置因尺寸受限或者其他必要因素不能满足布置于精确操作区时，则可延伸布置在舒适操作区。原则上，不把操作面板的组件布置于精确操作区及舒适操作区之外。

3.2操作面板布局设计

操作面板的布局应注意内在联系，贴合操作者的操作逻辑。

首先进行功能分组，对操作面板整体区域进行划分功能组，相同功能的组件应在布局时放在一起;其次对功能组次序确认，根据人体眼球实际情况，在不同区域人眼的观察力在有着明显的差异的，其中左上为最好，右上其次，左下再其次，右下最差[2]。重要的、常用的功能组应优先布局于左上，其他功能组按照重要、常用程度依次按照“左上-右上-左下-右下”的顺序布置，尽可能的避开右下;再次是功能组内次序确认，原则上市在程序上有操作顺序的组件应按照操作次序进行布局。另外，操作组件特别是按钮、指示灯颜色应遵守通用标准，例如一般红色为紧急危险、黄色为异常、绿色表示正常[3]。

4 操作面板设计实例

下面就设计一台锂电池分选设备的操作面板为例，阐述一下操作面板设计的过程及遵守的原则。

此锂电池分选设备操作面板要求如下：1、操作面板需要站立操作，2、操作面板需要提供生产数据显示、操作电源的开关、手自动模式切换、维护模式切换、蜂鸣器报警、急停操作等功能。

首先，确认操作面板高度范围。根据操作者站立操作这个要求，设计操作面板的高度范围为1350mm～1690mm区间。

然后是设计操作面板的布局。根据操作面板的基本设计原则和布局的设计原则，设计操作面板如下图：

整个操作面板分为两个大的功能组区：软操作区，硬操作区。

软操作区为触摸屏，主要完成设备状态、功能监视，底层、精细化、复杂的操作，例如：设备产能的监控、设备工艺流程的设定等;软操作区还需要结合触摸屏软件设计（如菜单及画面设计）来实现上述功能。

硬操作区为带灯按钮，主要完成设备顶层操作逻辑。如：设备的启停、模式切换、报警的复位等。硬操作区则需要结合硬件电路（如启停回路、安全回路）设计来实现上述功能。

在硬操作区，根据功能又分为如下几个小功能组：设备急停组，作为一种特殊的、紧急的按钮，只有在设备紧急的情况下才可以按下，而且对此按钮的误操作会导致设备停机，所以将此组单独放置在硬操作区的右侧，考虑紧急情况下，手指可能无法紧急操作，紧急按钮选择大型按钮，手掌亦可操作，此外，为防止可能带来的误操作，紧急按钮应增加按钮保护圈;设备启停组，作为设备最重要顶层的逻辑，放置硬操作区左上，ON＼OFF按钮根据操作顺序排列;设备手自动模式切换组，放置于设备启停组右侧;设备维护模式切换组，重要但是不常用，放置硬操作区右上;设备的自动运行操作组，作为设备模式其中之一放置于硬操作区左下，各个按钮按照操作顺序排列;设备异常复位组，放置在自动操作区右侧;右下区域空置，硬操作区带灯按钮颜色按照相关标准实施。

结语：

操作面板作为操作者与设备最重要的交互界面，它的正确操作影响着设备的运转和设备效率，因此合理的人机工程学设计可以让操作者和电气设备的交互更为和谐。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL-T575.3-1999.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[S].北京：中国电力出版社，2000

[2]赵鹏睿.电气控制柜设计的人机工程学评价与设计[D].北京：华北电力大学，2013

[3]中国国家标准化管理委员会.GB18209.1-2010 机械电气安全指示、标志和操作第1部分：关于视觉、听觉和触觉信号的要求[S].北京：中国标准出版社，2011

（上海富安通智能装备工程有限公司，上海市 200333）