ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ

Критерии выбора СОИ и ОУ. При выборе СОИ и ОУ следует учитывать, что объем информации должен быть необходимым, так как увеличение объема ведет к снижению надежности.

Основные технико-экономические показатели СОИ:

функциональные- —функциональные возможности, размеры сим­волов, яркость, многоцветность, контрастность, угол обзора;

электрические — потребляемая мощность, совместимость с ИМС, сложность автономных цепей питания и управления;

конструктивные —устойчивость к внешним воздействиям, по­казатели, надежности, конструктивное оформление и удобство закрепления.

Все ОУ состоят из узла переключения или регулировки и приводного устройства, передающего усилия оператора. По виду приводного устройства ОУ разделяют на кнопки (клавиши), тумблеры, поворотные переключатели и регуляторы. Различают: функциональные показатели ОУ — характер управляющих движе­ний и степень их соответствия стереотипам движения, управля­ющие усилия; электрические — число переключаемых цепей, токи, диапазон частот; конструктивные—удобство установки, габарит­ные размеры, конструкция приводного устройства и его эстетичес­кое оформление.

 

 

 

 

Во всех случаях при выборе СОИ и ОУ следует учитывать их стоимость, соответствие принципам построения РЭС (аналоговый или цифровой) и перспективность.

Знакосинтезирующие индикаторы. В матричных индикаторах со знакосинтезированием любой допустимый символ формируют из постоянного набора элементов (сегментов), высвечиваемых в тех или иных сочетаниях. Этот способ построения цифр или букв алфавита хорошо сочетается с дискретным комбинаторным управлением, лег­ко реализуемым в РЭС на цифровых микросхемах. Поскольку слож­ность СОИ и управляющих устройств зависит от числа сегментов, то естественно стремление к их уменьшению, однако из рис. 5.5, а вид­но, что семисегментные индикаторы даже для изображения цифр да­ют начертания символов, значительно отличающиеся от стандартных шрифтовых. Семнадцатисегментный индикатор (рис. 5.5,6) позволяет воспроизводить цифры, буквы латинского и русского алфавитов.

По физическому принципу работы СОИ со знакосинтезированием делят на электролюминесцентные, вакуумные люминисцентные, светоизлучающие диодные и жидкокристаллические.

Электролюминесцентные индикаторы имеют плоскую конструк­цию, дающую большой угол обзора, высокую механическую проч­ность, низкую стоимость. Они многоцветны, что обеспечивает допол­нительное цветовое кодирование информации. Основные недостатки: невысокая яркость и ее уменьшение в несколько раз в течение первой тысячи часов эксплуатации; необходимость специальных цепей питания и управления, не согласующихся с цепями питания ИМС.

Вакуумные люминесцентные индикаторы обладают высокой яркостью, возможностью получения символов нескольких цветов на одном индикаторе, малой потребляемой мощностью, способ­ностью переключения с помощью обычных цифровых ИМС, но низкой механической прочностью.

У светодиодных индикаторов высокая механическая прочность, совместимые с ИМС рабочие напряжения, большой срок службы. Основной недостаток — малые размеры светящихся поверхностей.

У жидкокристаллических индикаторов высокие значения кон­трастности (до 100:1) получают при ярком освещении, например на открытом воздухе. Индикаторы имеют плоскую конструкцию, малую потребляемую мощность, невысокую стоимость, совмести­мы с ИМС. Недостатки: ограниченный температурный диапазон, малое быстродействие, необходимость подсветки при низких уровнях освещенности.

Все типы индикаторов выпускают как в одноразрядном, так и многоразрядном иcполнениях, что упрощает их крепление на передней панели, улучшает внешний вид прибора.

Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) позволяют представить информацию в виде наиболее быстро опознаваемых оператором наглядных моделей—изображений, например обстановки на ин­дикаторе РЛС, осциллограмм сигналов и прочее.

При конструировании РЭС следует принять во внимание, что ЭЛТ обычно являются наиболее сложными и габаритными изделиями, требующими дополнительного введения значительных по объему и массе узлов, например высоковольтных, электромаг­нитного экранирования трубки и т. п.

Плоские матричные экраны фактически представляют собой знакосинтезирующие индикаторы с точечными сегментами. Газо­разрядные индикаторные панели переменного тока содержат достаточно большое количество элементов (1024 х 1024), имеют хорошую разрешающую способность (5... 10 элементов на сан­тиметр), могут быть красного, желтого, зеленого и синего цветов свечения. Несмотря на относительно небольшие габариты, плоские матричные индикаторы представляют собой довольно сложные изделия, например индикатор ИВ Л Г1-128/128 с матрицей 128х 128 точек при размерах информационного поля 127 х 127 мм имеет 579 выводов. В настоящее время созданы электролюминесцентные матричные вакуумные и безвакуумные экраны.

Светоизлучающие элементы и световые табло. Для подачи предупредительных или аварийных сигналов, индикации двух-трех состояний РЭС применяют светодиоды, малогабаритные прибор­ные лампы накаливания и сигнальные газосветные лампочки.

Приборные лампы накаливания и газосветные лампочки являются ненадежными элементами (срок службы от 10 до 1000 ч), поэтому их необходимо располагать в легкодоступных местах, устанавливать в легкоразъемные держатели — патроны, которые закрывают полупрозрачными колпаками разных цветов.

Световые табло применяют в тех случаях, когда необходимо сообщить оператору дополнительную текстовую информацию, например указания к действию, или индицировать относительно большое число состояний. Световое табло состоит из арматуры, элементов крепления, транспарантов с нанесенными надписями и лампочек подсвечивания. При разработке конструкции табло необходимо предусмотреть возможность быстрой замены лам­почек. Значительно удобнее серийно выпускаемые табло, фактичес­ки представляющие собой знакосинтезирующие индикаторы с сег­ментами специальной формы (рис. 5.5,е).

Стрелочные и шкальные индикаторы. Цифровые индикаторы неудобны при быстрой оценке значений параметров и скорости их изменения, что оправдывает применение стрелочных индикаторов в режиме слежения, при настройке и регулировании.

Шкалы бывают круглыми, горизонтальными или вертикаль­ными линейными. В большинстве случаев для настройки и слеже­ния предпочтительно движение стрелки при неподвижной шкале (рис. 5.6,а). Шкалы типа «открытое окно» (рис. 5.6,6), расположен­ные за панелью прибора, предпочтительны при широком диапазо­не измерений, быстром считывании точных значений, однако такие шкалы усложняют конструкцию передней панели. Подвижные шкалы с неподвижной стрелкой (точкой отсчета) получают при нанесении делений на приводные элементы ОУ, лимбы настройки (рис. 5.6,в).

Для уверенного и быстрого распознавания показаний ин­дикатора-риски, расстояния между ними и надписи выполняют относительно крупными (рис. 5.6,г), чтобы при расстоянии до глаза оператора около 1 м обеспечить достаточный (не менее 20') угол зрения между соседними рисками.

Количество делений на шкале не должно превышать минима­льно необходимого для требуемой точности. При оценке попада­ния контролируемого параметра в допустимый интервал значений предпочтительнее градуировка по рис. 5.6,е, чем по рис. 5.6Д поскольку после отвлечения внимания не нужно вспоминать положение стрелки.

При недостаточной освещенности рабочего места, например при совместной работе с ЭЛТ, используют подсветку шкал с помощью приборных лампочек накаливания, осуществляя ее прямым или отраженным светом. При организации подсветки глаза оператора необходимо защитить от прямого попадания света.

Электромеханические стрелочные индикаторы при цифровой обработке информации, типичной для современных РЭС, требуют введения дополнительных цифро-аналоговых преобразователей. Эти противоречия устранены в электронных дискретно-аналоговых шкальных индикаторах, фактически представляющих собой знако-синтезирующие индикаторы, в которых сегменты вытянуты в виде рисок линейной шкалы (рис. 5.6, г). Комбинированные индикаторы сочетают преимущества цифрового и аналогового способов представления информации.

Кнопочное и сенсорное управление. В современных РЭС для управления широко используют кнопочные переключатели, позво­ляющие осуществлять сложную коммутацию электрических цепей с помощью наиболее быстро и легко выполняемых управляющих движений — нажима пальцем руки. Кнопочные переключатели, объединенные в группы, называют клавишными панелями или клавиатурами.

В качестве переключающих узлов в маломощных низкоча­стотных цепях используют стандартные микропереключатели. Головки кнопок могут иметь квадратную, прямоугольную или круглую формы (рис. 5.7), причем для часто используемых кнопок круглая форма не рекомендуется.

Для надежной установ­ки пальца рабочая поверхность кнопок должна иметь небольшую вогнутость.

 

Для уменьшения утомляемости при частых переключениях усилие нажима кнопки должно быть менее 0,5 Н, однако малые усилия и малый рабочий ход не позволяют использовать кинестетический анализатор и четко индицировать факт переклю­чения. У наиболее распространенных кнопок под указательный палец усилие нажима 1...2 Н, а рабочий ход — 2...3 мм.

В кнопках без фиксации переключение определяют по воз­растанию усилия нажимающего пальца и легкому щелчку, определяемому на слух. Удобны кнопки с подсветкой.

Наряду с механически переключаемыми кнопками широкое распространение получило так называемое сенсорное управление, использующее для переключения эффект изменения емкости электронной схемы при приложении пальца оператора к специаль­но выделенному месту. Из-за отсутствия механических перемеще­ний для фиксации переключений необходима визуальная ин­дикация состояния сенсорного переключателя с помощью СОИ

Тумблеры. Переключатели этого типа применяют в случаях, требующих двух-трех дискретных состояний переключателя, четко контролируемых зрительно или наощупь. При переводе тумблеров из одного положения в другое должен ощущаться перепад значений упругого сопротивления, а при переключении — харак­терный щелчок. У тумблеров широкого применения длина приводного элемента 10...25 мм при диаметре 3...8 мм.

При наличии на панели большого числа тумблеров их необходимо кодировать формой приводного элемента, размерами и цветом. Некоторые возможные формы приводных элементом приведены на рис. 5.8.

Поворотные переключатели. Органы управления этого ви­да предназначены для многопозиционного последовательного переключения цепей или ступенчатого регулирования парамет­ров РЭС.

Для обеспечения хорошего сцепления с рукой на ОУ располага­ют крупные зубцы и впадины, равномерно распределенные по окружности. По мере роста сопротивлению перемещения на оси переключателя диаметр и высоту ручек увеличивают так, чтобы обеспечить приемлемые усилия оператора (1...2 Н). Для этих целей используют поворотные переключатели типа «клювик».

Основным недостатком поворотных переключателей является необходимость последовательного выполнения всех промежуточ­ных переключений, что при большой разнице начальной и конеч­ной позиций (до 20) требует большого числа дополнительных управляющих действий. Это увеличивает время управления и уско­ряет износ переключающего узла, все контакты которого работа­ют при любом переключении.

В современных РЭС поворотные переключатели успешно вытесняют кнопочное управление, свободное от отмеченных недостатков.

 

 

Лекция № 8.

КОНСТРУИРОВАНИЕ ПАНЕЛЕЙ И ПУЛЬТОВ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ

 

Организация рабочего поля оператора. Часть пространства, где сосредоточены СОИ и ОУ в объеме, достаточном для функционирования системы, называют рабочим полем оператора |5.1]. В зависимости от сложности конструктивного исполнения и расположения РЭС на объекте установки возможны следующие варианты пространственной организации рабочего поля опе­ратора:

· на передних панелях отдельных РЭС, разнесенных друг от друга в пространстве (рис. 5.9,а);

· на передних панелях отдельных РЭС, сгруппированных в стел­лажах, шкафах или на рабочих столах операторов (рис. 5.9,6);

· встраиваемых в стойки информационных панелях, на которые выведены оперативные СОИ и ОУ блоков (рис. 5.9,в);

· на панелях пультов отображения информации и управления, специально вводимых в состав сложных комплексов (рис. 5.9,г).

В пультах сосредоточены все технические средства, необ­ходимые для оперативного управления РЭС. С точки зрения работы оператора наименее удобен первый вариант рабочего моля, наиболее—последний (пульт), однако введение пульта усложняет и удорожает конструкцию системы, требует допол­нительных кабельных и жгутовых соединений, а зачастую — введения систем дистанционного управления и телеметрии.

Пространственная организация рабочего поля тесно связана с рабочей позой оператора. Стандартными являются три рабочих положения: сидя, стоя и сидя — стоя (ГОСТ

 

 

23000—78). Работа сидя мало утомляет мышцы, обеспечивает выполнение точных движений, поэтому предпочтительна при организации рабочих мест, требующих непрерывного присутствия оператора. Работа сидя—стоя увеличивает рабочее поле оператора и дает возмож­ность перераспределять статическую нагрузку мышц при смене рабочих положений. Такой режим используют в случае достаточно компактного размещения РЭС, не требующих непрерывного контроля и управления, что позволяет обслуживать их, переходя от одного РЭС к другому. При децентрализованном размещении и большом пространственном разнесении РЭС возможна работа только стоя, дающая большую физическую нагрузку на оператора.

Принципы размещения СОИ и ОУ. Сформулируем принципы инженерной психологии, определяющие размещение СОИ и ОУ. Минимизация числа СОИ и ОУ, разгружая оператора, повышает скорость управления и одновременно улучшает экономические показатели конструкции РЭС.

По принципу экономии движений каждое последующее движе­ние должно быть естественным продолжением предыдущего, а его завершение — началом следующего. Предпочтительны непрерыв­ные, плавные, круговые движения. При выборе траекторий

необходимо учитывать привычность движений, обеспечивающую автоматизм их выполнения.

По принципу значимости в зонах оптимального обзора и управления в первую очередь необходимо размещать наиболее важные, пусть даже редко используемые элементы, например индикаторы аварийных ситуаций. При одинаковой важности по принципу частности предпочтительны более часто используемые элементы.

В соответствии с принципом структурного соответствия целе­сообразно близкое пространственное расположение СОИ и ОУ, тесно связанных между собой.

Принцип ограничения длин массивов группируемых элементов, базирующийся на психологических закономерностях восприятия зрительной информации, предполагает разбиение больших мас­сивов на группы по 3 или 5 (иногда 7) элементов в каждой, так как в них оператор может найти нужный элемент без пересчета.

Для повышения эффективности и надежности работы, улучше­ния взаимозаменяемости и сокращения сроков подготовки операторов чрезвычайно важна типизация и унификация их действий. Характеристики СОИ и ОУ, место их размещения должны предписывать оператору определенный стереотип действий, напри­мер высвечивание индикатора отказа должно автоматически вызывать последовательность действий при аварийной ситуации.

Оформление передних панелей во многом определяет внешний вид РЭС, так что при их разработке должны быть учтены также принципы художественного конструирования, рассмотренные в § 5.9.

Панели отображения и управления. Фронтальные размеры многих современных РЭС, например электронных измерительных приборов или телевизоров, определяют не внутренние конструк­ции, а именно, условия размещения СОИ и ОУ. В этом случае ориентировочная площадь передней панели S_n = K_s Si где у, — коэффициент, учитывающий зоны доступа или наблюдения, пояснительные надписи для i -го элемента; K_s —статистический коэффициент заполнения передней панели, зависящий от вида РЭС, требований эргономики; S_t — площадь, необходимая для установки i-го элемента.

Максимальные размеры передних панелей РЭС не превышают 500 мм, поэтому СОИ и ОУ, расположенные на них, при общепринятом расстоянии до оператора (около 1 м) всегда попадают в зоны удобного наблюдения и управления, но значимость отдельных зон панелей различна из-за зрительной и функциональной асимметрии человека. По информационной важности наиболее предпочтителен верхний левый угол. Посколь­ку правая рука более развита и приспособлена для точных движений, для управления предпочтительна правая сторона панели. Предпочтительные зоны расположения СОИ и ОУ, включая зоны коммутации, для вертикальных передних панелей электронных измерительных приборов, приведены на рис. 5.10.

 

 

Рис. 5.10. Расположение рабо­чих зон на панелях приборов и блоков

 

На первом этапе конструирования передней панели на основе изучения алгоритма эксплуатации необходимо составить траек­тории экономных движений оператора. Далее, используя прин­ципы оперативной упорядоченности, значимости, частности и группирования, выполнить предварительное группирование и размещение с учетом важности зон панели, причем элементы следует располагать на вертикальных и горизонтальных линиях условной координатной сетки (рис. 5.11). Базовая вертикаль сетки проходит через середину передней панели, а шаг рекомендуется выбирать из ряда 15, 20, 30, 40, 50 мм (ОСТ 4.270.000—83).

Приведенный на рис. 5.11 эскиз соответствует передней панели сложного многофункционального программируемого прибора (ге­нератор от 10 кГц до 1,2 ГГц) с встроенными микропроцессорами и клавишным управлением. Здесь клавиатура установки режимов работы 1 предназначена для управления функциями, выполня­емыми прибором. Клавиатура 2 обеспечивает ввод цифровых данных, выполнение арифметических операций с числами, функци­ональных преобразований выходных величин, например логариф­мирование, набор и ввод новых программ работы прибора. С помощью клавиатуры 3 осуществляют управление параметрами выбранного режима работы прибора,

взаимодействие с другими приборами и ЭВМ через магистральные каналы.

При выборе направлений перемещения ОУ увеличению значе­ний параметров должны соответствовать вращению ручек по ходу часовой стрелки, линейные перемещения движков—слева направо и т. д. Таких же правил следует придерживаться при организации движения стрелок индикаторов.

Обычно клавиши имеют форму, близкую к квадрату, а более важные—выделяют двойным или большим увеличением одной из сторон (см. рис. 5.8). Минимальный зазор между головками клавиш, определяемый удобством манипуляции и легкой раздель­ности переключений, равен 2...5 мм. Группы выделяют, оставляя большие промежутки между элементами, используя рамки, объ­единяющие надписи, цвета элементов и панели.

Конструктивное исполнение клавишных панелей возможно не только из отдельных сгруппированных клавиш, но и из единых клавиатур типа микрокалькуляторных. К преимуществам таких клавиатур следует отнести относительно низкую стоимость, более высокую плотность размещения клавиш, к недостаткам—менее четкую фиксацию срабатывания.

Примеры правильного и неправильного оформления панелей приведены в ОСТ 4.270.000—83.

Пульты отображения информации и управления. Основными узлами пультов являются панели отображения информации и управления, однако для эффективного взаимодействия с опера­тором важна не только их организация, но и конструкция пульта в целом. В свою очередь, форму и размеры пульта во многом определяет информационная насыщенность его панелей. Пульты малой сложности могут быть реализованы в настольном исполне­нии или встроены в РЭС, а более сложные — в виде напольных конструкций, обеспечивающих лучшие условия работы оператора.

Большое значение имеет высота пульта. Высокие пульты (свыше 1650 мм) используют при повышенной информационной нагрузке и ограниченных площадях, низкие (до 1000 мм) — при необходимости следить за показаниями расположенных за пультом приборов, однако наибольшее распространение получили пульты средней высоты (1100...1300 мм).

При эксплуатации РЭС практически во всех случаях достаточ­но фронтальных пультов. Эргономически обоснованная форма и размеры пульта стационарных РЭС приведены на рис. 5.12.

Конструкции пультов разнообразны, однако для всех видов, кроме настольного, характерна консоль (стол), выступающая в сторону оператора и предназначенная для опоры рук. Несмотря на относительную свободу в выборе форм и размеров пультов, вопросы, связанные с эргономическим согласованием, жестко регламентированы целой системой государственных и отраслевых стандартов, например ГОСТ 23000—78.

Разделение панели фронтального пульта на зоны, учитыва­ющие восприятие и моторную деятельность оператора, приведено на рис. 5.13. Для наблюдения за центральной зоной 1 не требуется перемещения глаз, поэтому здесь размещают наиболее ответствен­ные и часто наблюдаемые СОИ, а наименее важные — в перифе­рийной зоне 3. Наиболее ответственные и требующие точных движений ОУ располагают в центральной зоне управления 4. Соседнее расположение зон 1 и 4 позволяет группировать и сопрягать в пространстве функционально связанные СОИ и ОУ, что повышает эффективность выполнения наиболее важных управляющих действий. Ориентировочным значением ширины зоны 1 можно считать 400 мм, а зоны 4 — 600 мм. Зона 7 предназначена для опоры рук оператора, выполнения записей и других вспомогательных действий.

При группировании СОИ и ОУ, конструировании панелей пультов следует руководствоваться теми же правилами и прин­ципами, что и при конструировании передних панелей РЭС, учитывая отмеченную специфику разделения рабочего поля оператора.

Автоматизация конструирования панелей управления. Констру­ирование панелей является творческим процессом, требующим учета большого числа субъективных или нечетко определенных факторов, так что фактически процесс автоматизированного проектирования панелей управления представляет собой автомати­зированное графическое редактирование эскиза панели, выполненного конструктором, и выпуск конструкторской документации с помощью комплекса АРМ. Важным моментом, объясняющим высокую эффективность автоматизированных систем, является наличие библиотек типовых изображений и пакета прикладных программ для работы в диалоговом режиме.

До начала составления формализованного задания (ФЗ) кон­структор разделяет эскиз на постоянную и переменную части. К постоянной части относят данные, которые не могут быть изменены в процессе проектирования, например размер панели, к переменной—изменяемые в процессе графического редактирова­ния. В процессе размещения СОИ и ОУ оператор в диалоговом режиме взаимодействует с «графическим редактором», осуществ­ляя ввод, перемещение и удаление элементов. На всех этапах работы, начиная с ввода ФЗ, подсистема осуществляет синтак­сический контроль, сообщая оператору об ошибках. В случае недопустимых указаний при размещении СОИ и ОУ никаких изменений не происходит, а выдается сообщение об ошибке.

После завершения графического редактирования включают подсистему, обеспечивающую автоматический выпуск конструк­торской документации.