5.2. Стрелочные (шкальные) сои

Стрелочные СОИ являются самыми простыми и универсальными визуальными средствами наблюдения. Они выпускаются двух типов: с движущейся стрелкой и статичной шкалой и с движущейся шкалой и неподвижной стрелкой. Эти СОИ с различными типами шкал, представлены в табл. 5.1.

По формы шкалы СОИ делятся на:

• панорамные – СОИ с расположением измерительного механизма в центре одной из сторон, имеющих прозрачный фланец и угол наклона шкалы более 20° (рис. 5.5., а, б, в, д);

• профильные – СОИ с расположением измерительного механизма за шкалой и осью, параллельной её плоскости (рис. 5.5., г, з); в настоящее время широкое применение получили более совершенные узкопрофильные СОИ, у которых шкала с подсветкой, а вместо стрелки – светящийся указатель ("зайчик");

• квадрантные – СОИ с расположением измерительного механизма в углу и под углом шкалы 90° (рис. 5.5, е);

• круглошкальные – СОИ с центральным расположением измерительного механизма и под углом шкалы более 230° (рис. 5.5, ж).

Рис.5.5. Виды СОИ по типу шкалы: а, б, в, д, – панорамные; е – квадрантные; ж – круглошкальные; г, з –.профильные.

Таблица 5.1.

Типы стрелочных СОИ

Тип СОИ		Типы шкалы	Угловой размер, град, 0
с движущейся стрелкой и статичной шкалой	с движущейся шкалой и неподвижной стрелкой	круговые	более 180
		дуговые (секторные)	менее 180
		прямолинейные:	–
		вертикальные	0
		горизонтальные	0

Выбор типа стрелочного СОИ зависит от времени экспозиции. При временных ограничениях в пределах 0,5с. точнее считывается информация с СОИ с подвижной круглой шкалой с окном. При увеличении времени экспозиции следует использовать СОИ с неподвижными шкалами. В общем, уровень ошибочного опознания информации изменяется для разных шкал в следующей последовательности: вертикальная – 35,5%, горизонтальная – 27,5%, секторная – 16,6%, круглая – 10,9% и 0,5% – для шкал с открытым окном.

Ч

Таблица 5.2.

Характер изменения показателей

Тип шкалы по форме	Тип движения стрелки
круговая дуговая (секторная)	по часовой стрелке отражается увеличение, против часовой–уменьшение. В позицию "9" или "12часов" устанавливается "0" или направление соответственно "вверх–вниз", "вправо–влево"
Прямолинейная: вертикальная	вверх–увеличение вниз–уменьшение
горизонтальная	вправо–увеличение влево–уменьшение

тобы уменьшить процент ошибок необходимо при проектировании стрелочных СОИ учитывать: наличие органов управления ими, эргономические правила построения основных элементов СОИ и моторику глаз.

В зависимости от характера поставленных задач стрелочные индикаторы выпускаются двух видов: с рукоятками управления и без них. Первые рекомендуются для контроля за объектами путём слежения, когда положение стрелки непрерывно изменяется относительно другой. Рекомендуется для СОИ с круглыми неподвижными шкалами. В современных системах управления функции рукоятки выполняет джойстик.

С ОИ без органа управления применяются в следующих случаях:

• количественное чтение, когда информация представляется в численном виде;

• качественное чтение или слежение, когда на СОИ отражается тенденция развития процесса (увеличение–уменьшение). Оптимальную скорость и точность считывания обеспечивает СОИ с неподвижной круглой шкалой;

• контрольное чтение, которое требует решения простой альтернативной задачи типа "да – нет": соответствие параметров, контролируемых аппаратурой установленным пределам; своевременность переключения режима. Для данного типа задач рекомендуется применение СОИ с неподвижной круглой шкалой.

К параметрам стрелочных СОИ относится: форма, обозначение и диапазон шкалы, включая цифровой код и его взаиморасположение, градуировочные деления и интервал между ними, диаметр шкалы и указатель – стрелка. При проектировании цифровых шкал для определения оптимальных энергетических и пространственных показателей применяются правила, аналогичные общему построению буквенно-цифрового алфавита. Направление увеличения чисел для всех типов стрелочных СОИ указаны в табл. 5.2. В случае регулируемых шкал "0" рекомендуется устанавливать в положение "9 часов". Оцифровку следует выполнять по внутреннему контуру шкалы. При использовании подвижных шкал направление движения шкалы должно соответствовать направлению движения органа управления и форме группировки СОИ на панели, т.е. правилам мнемоники^*.

Рис. 5.7. Виды СОИ с круглой шкалой: а, б, в – с разомкнутой шкалой; г – с замкнутой шкалой

С целью увеличения уровня точности считывания информации рекомендуется на шкале выполнять "опорные" точки, обозначаемые размером, положением, цветом или комбинированно (рис. 5.6.). С этой же целью шкалы могут выполняться с замкнутым и разомкнутым контуром (рис. 5.7,а – г). Для разных шкал количество опорных точек должно отличаться и составлять для шкал: круглых – 4, при разомкнутой шкале в положениях, соответствующих значениям 0, 20, 40, 60; секторных или дуговых – 3, для разомкнутых шкал – в положениях 0, 40, 80; горизонтальных и вертикальных – 2. Наиболее простыми для понимания и однозначного считывания информации являются шкалы, отмеченные на рис. 5.7, а. Такие шкалы применяют в организации приборных панелей на автомобилях Вольво, которые признаны в мире с точки зрения безопасности наиболее оптимальными (рис. 5.8.).

В условиях, когда деятельность оператора связана не только с переработкой больших массивов информации, но и с качественной оценкой ситуации, целесообразно применять интегральные СОИ, позволяющие совмещать информацию о нескольких параметрах. Это особенно актуально при ограниченном пространстве пульта управления.

а)	б)
Рис. 5.8. СОИ на приборной панели автомобиля марки Вольво: а) Volvo S50; б) Volvo S80

Рис. 5.9. СОИ на приборной панели автомобиля BMW X5

Самым простым видом комбинирования информации является использование на одном СОИ нескольких шкал (рис.5.7.,г). В данном случае все параметры должны увеличиваться или уменьшаться в одном направлении и уровень аварийной работы должен соответствовать на всех шкалах одному положению. Однако при интегральном принципе проектирования СОИ следует учитывать возможности оперативной памяти человека (см. далее).

Транспортный дизайн в сфере индивидуального применения является наиболее продвинутым по сравнению с иными видами промышленного дизайна, поскольку он зачастую выполняет не только функциональную характеристику перемещения, а выступает в качестве стилевой принадлежности владельца, которую в состоянии видеть всё окружение человека в отличие от бытовой, звуковой техники, мебели и т.д. Для дизайна СОИ в автомобилестроении характерны в основном разомкнутые шкалы. В автомобилях так называемого высокого класса всегда используются шкалы, отвечающие эргономическим требованиям. Количество шкал на одном СОИ не превышает трёх (рис. 5.8, 5.9).

Компоновка избыточной информации на одном СОИ способна привести к избыточному переутомлению и в рамках, например, интенсивного движения вызвать критическую ситуацию (рис. 5.10.)

Рис. 5.10. Комбинированные СОИ на панели управления миникупера BMW, 2007

В другом случае, при управлении самолётом с помощью автопилота лётчику часто требуется вести контрольное чтение выполнения графика полёта. Для этой цели достаточно использовать СОИ со "слепой" шкалой, в которой взгляд оператора ориентируется на "опорные" точки. Вариант такого СОИ представлен на рис.5.11.

Рис. 5.11. Интегральное СОИ со "слепой" шкалой

Все четыре типа СОИ связанны с бортовым компьютером, который информирует об изменении основных параметров полёта по сравнению с заданным режимом в виде отклонения стрелки от пунктирной линии, соответствующей выполнению заданных параметров. При необходимости точной оценки отклонений экипаж может вызвать с помощью кнопочного селектора точные количественные сведения.

Другим примером является трёхстрелочные СОИ (рис.5.7,в.), контролирующие, например, параметры авиационного двигателя: давление топлива, масла и температуру. Нормальный режим работы двигателя соответствует расположению трёх стрелок в виде знака перпендикуляра. Трёхстрелочные СОИ также широко распространены в автомобилестроении. Опять таки в СОИ автомобилей класса "премиум".

Рис. 5.12. Эргономические параметры шкалы

В зависимости от дистанции считывания информации и параметров пульта управления зависят минимально допустимые размеры шкал. Для дистанции считывания не более 710 мм, шкала включает основные, промежуточные и мелкие деления, принцип построения которых приведены на рис. 5.12. В случае применения нескольких шкал на одном СОИ используются разные размеры шкал и дополнительно кодирование выполняется разными градуировочными интервалами.

С

Таблица 5.3.

Параметры шкалы

Число делений	Диаметр шкалы, мм
38	0–25
50	0–32,5
100	35–65
150	50–97,5
200	60–125
250	87–137
300	100–190
350	125–225

38

0–25

50

0–32,5

100

35–65

150

50–97,5

200

60–125

250

87–137

300

100–190

350

125–225

увеличением числа делений в плоскости шкалы увеличивается её сложность и соответственно время считывания информации оператором. Градуировочные интервалы предпочтительно выполнять равномерно в плоскости шкалы от 1 до 100 соответственно с шагом 1,10,100 делений. Увеличение интервала до 2, 2,5, 3, 4, 20, 25, 30, 40, 200, 250, 300, 400 не рекомендуется. В случае, если пространство шкалы ограниченно, интервалы уменьшаются до 5, 50, 500 делений или до чисел, близких к числам считывания. СОИ с различным (неравномерным) числом делений на один модуль оцифровки не рекомендуется использовать, но допускается при возможных отклонениях в пределах указанного диапазона, в многооборотных (СОИ курса) и нелинейных шкалах. Контролируемые диапазоны шкалы можно выделить основными цветами: красным – "опасность", жёлтым – "внимание", зелёным – "оптимально" или "безопасно" и синим – начало сектора "оптимально" (рис.5.7,б, 5.13).

Рис. 5.13. СОИ с цветовым кодированием шкалы компании Scania AB

Диаметр шкалы выбирается в зависимости от количества делений, их размеров, расстояния наблюдения и степени важности информации. Для дистанции слежения 500 – 800мм рекомендуемые размеры шкалы приведены в табл.5.3.

Стрелки должны быть простой формы с клиновидным концом, ширина которого должна равняться ширине мелкого деления шкалы, т.е. не менее 0,4 – 0,8мм и не более 1,6мм (рис.5.14.). При проектировании СОИ необходимо предусмотреть максимальное соприкосновение стрелки с поверхностью шкалы, чтобы не вызывать теневого эффекта (параллакса).

Рис. 5.14. Эргономические параметры стрелки

Стрелка не должна закрывать цифровой код так как это уменьшает точность считывания информации. Цвет стрелки от центра вращения должен соответствовать цвету метки, а цвет балансира – фону.

В некоторых случаях применяется не стрелка, а цвет, т.е. по мере увеличения показателя увеличивается сектор, окрашенный в цвет (рис. 5.15). По данному принципу устроен простой термометр.

Общие характеристики должны изменяться в зависимости от уровня освещённости или подсветки СОИ, степени важности информации для слежения. Часть этих требований к стрелочным СОИ приведена в табл.5.4.

При использовании шкальных СОИ следует учитывать следующие особенности моторики глаз:

• движения глаз осуществляется из исходной точки фиксации в точку, указываемую стрелкой;

• при наличии "слепой" шкалы или в условиях малой освещённости (без подсветки шкалы) взгляд оператора ориентируется на "опорные" точки, характеризующие особенности структурного представления шкалы.

Поскольку к СОИ сейчас одновременно предъявляются требования эргономичности и эстетичности, то теоретически наилучшим условием, удовлетворяющим этим требованиям является представление шкалы на всей лицевой части СОИ, что одновременно обеспечивает оптимальные условия считывания информации.

Таблица 5.4.

Требования к стрелочным СОИ

Характер маркировки	Вид шкалы	Значение при яркости
		до 100лк	более100лк
Высота, мм	Неподвижная шкала	5,1–7,6	3,0–5,1
	Подвижная шкала	3,7–7,6	2,5–5,1
	Вспомогательные метки (названия, инструкции, маркировочные надписи и т.д.)	1,3–5,1	1,3–5,1
Диаметр, мм	Важная Менее важная Остальная	Не менее 25
		120–130 70–80 50
Направление цифр	Неподвижная шкала	Вертикально
	Подвижная шкала	Радиально, начало отсчёта желательно в положение "12 часов" или по направлению указателя. При наличии окна в маскирующей шкале в нём должно предъявляться не более двух знаков одновременно
	Вспомогательные метки (названия, инструкции, маркировочные надписи и т.д.)	В соответствии с типом используемой шкалы и располагается не в поле шкалы
		При обратном контрасте требуется дополнительная подсветка

При использовании шкальных СОИ следует учитывать следующие особенности моторики глаз:

• движения глаз осуществляется из исходной точки фиксации в точку, указываемую стрелкой;

• при наличии "слепой" шкалы или в условиях малой освещённости (без подсветки шкалы) взгляд оператора ориентируется на "опорные" точки, характеризующие особенности структурного представления шкалы.

Поскольку к СОИ сейчас одновременно предъявляются требования эргономичности и эстетичности, то теоретически наилучшим условием, удовлетворяющим этим требованиям является представление шкалы на всей лицевой части СОИ, что одновременно обеспечивает оптимальные условия считывания информации.

Показателем оптимальности (эргономичности) решения корпуса является:

где S_ш – площадь открытой поверхности шкалы (рис. 5.16.);

S_кор – площадь лицевой части корпуса СОИ.

Эргономическое решение СОИ тем лучше, чем выше показатель оптимальности П_э. Идеальным случаем в решении прибора является достижение П_э=1, т. е. вся лицевая часть корпуса СОИ представляет собой шкалу:

Рис.5.16. Лицевая часть СОИ

где S_к – плоскость поверхности крышки корпуса.

Более реальным показатель оптимальности выглядит, если учтено психофизиологическое воздействие цвета на оператора, которое может быть оценено величиной прямого контраста К_п. Тогда уточненный показатель оптимальности П_э решения корпуса СОИ составит:

Наилучшие условия для работы оператора наблюдаются при К_п= 0,50 – 0,60.

Электротехнической промышленностью производится более 1000 стрелочных СОИ, отличающихся различной стилевой характеристикой и степенью унификации и стандартизации. С каждым годом номенклатура выпускаемой продукции совершенствуется с учётом изменяющихся технологий и тенденций формообразования, а именно увеличения информативности, применения яркостного и цветового сенсорного регулирования, зрительного облегчения лицевой части корпуса СОИ и т.д.