第5章 人机的信息界面-

1.人机信息界面的形成2.视觉信息显示设计3.听觉信息传示系统4.操纵装置设计5.操纵与显示相合性第五章人机的信息界面设计主要内容第一节人机信息界面的形成

1.人机信息交换系统模型人是人机间信息、物质及能量交换中的主动一方。人机信息界面包括环境信息、机器信息的显示和机器接受信息的控制。信息性界面工具性界面环境性界面人机系统的人机界面是指系统中的人、机、环境之间相互作用的区域。人机界面有：图5-1人机信息交换系统模型2.人机信息交换方式

显示装置是人机系统中，将机器的信息传递给人的一种关键部件，人们根据显示信息来了解和掌握机器的运行情况，从而控制和操纵机器。按人接受信息的感觉通道不同，信息显示装置分为视觉显示，听觉显示和触觉显示，其特征参阅下表。1.视觉、听觉通道负荷过重的场合2.使用视觉、听觉通道传递的信息有困难的场合3.简单并要求快速传递的信息1.较短或无须延迟的信息2.简单且要求快速传递的信息3.视觉通道负荷过重的场合4.所处环境不适合视觉传递的信息显示方式传递的信息特征显示方式传递的信息特征视觉显示听觉显示触觉显示1.较复杂抽象信息或含有科学技术术语的信息、文字、图表、公式等，2.传递的信息很长或要延迟者3.需用方位、距离等空间状态说明的信息4.以后有被引用可能的信息5.所处环境不适合听觉传递的信息6.适合听觉传递，但听觉负荷很重的场合7.不需要急迫传递的信息8.传递的信息常须同时显示、监控表5－1三种显示方式传递的信息特征人机系统信息显示器人通过机械的信息获取效应器官操纵控制器利用通过效应器调整改变机器系统的工作状态按人预定的目标工作视觉信息显示，听觉信息显示控制器输出信息把人机器输入信息的装置转换生产过程人通过操纵控制器完成指挥和控制对机器在人机信息交换中，人对机器的控制主要是通过肢体活动来实现的，通过依据人体的操作部位，主要可分为：手动、脚动两大类控制器。第二节视觉信息显示设计一、仪表显示设计读数用仪表按仪表功能分类检查用仪表追踪用仪表调节用仪表指针运动式用仪表按仪表结构分类指针固定式用仪表数字式仪表其功能都是将系统的有关信息输送给操作者。其性能直接影响系统的工作效率仪表是一种广泛应用的视觉显示装置，其种类很多。1）模拟式显示2）数字式显示应用：计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕。形象化直观

用模拟量（刻度和指针）来显示机器的有关参数和状态。特点使人对模拟值在全量程范围内所处的位置一目了然，并能给出偏差量直接用数码来显示有关的参数或工作状态。应用：汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表认读速度快、精度高只要对单一数字或符号辨认识别就可以了，且不易产生视觉疲劳。特点认读过程简单、直观1.仪表形式

不宜单独使用常以小开窗插入较大的仪表表盘中,用来指示仪表的高位数值。通常将多指针仪表改为单指针加小开窗式仪表，可增加读数的位数，提高读数的效率。图5-2仪表形式与误读率的关系读数效率与精确性不如数字式仪表高，但可以显示被测参数的变化趋势仪表结构形式指针活动仪表指针固定式仪表数字式仪表其特点参阅表5-2以圆形仪表为例，其最佳直径D与目视距离L、刻度显示最大数I之间的关系参见下图。2.表盘尺寸I/cm050701001502002503003500.50.91.83.66.0D/cmI/cmD/cmI/cmD/cmI/cmD/cmI/cmD/cm

2.53.65.47.28.910.712.5

2.56.49.612.916.119.322.538

2.56.412.919.325.732.238.645.01992.512.925.738.651.464.377.290.052.521.442.964.385.7107.2128.6150.0L/mI一定时，D随L的增大而增大；L不变时，D随I的增加而增大。3.刻度与标数表盘上的刻度线、刻度线间距、文字和数字尺寸可依据视距按下表所列确定的，参阅下表。目标距离/m0.5以下0.5～0.90.9～1.81.8～3.63.6～6.0文字（数字）高度/cm刻度线高度/cm短刻度线中刻度线长刻度线0.230.430.851.702.700.441.001.953.926.580.400.701.402.804.680.230.430.851.702.70表5－3目视距离与刻度线的最佳高度视距为L时：小刻度线的最小距离为L/600大刻度线的最小距离为L/50对人眼判读仪表刻度：最小尺寸不宜小于0.6～1mm最大尺寸可取4～8mm；一般取1～2.5mm对于用放大镜读数刻度，若放大镜的放大率为f,间距可取（I/f）刻度线的宽度一般取间距的5％～15％；当刻度线的宽度为间距的10％时，判读误差最小。狭长形字母数字的分辨率较高，其高度比常取

5：3或3：2刻度线的间的距离称为刻度仪表的标数，可参考下列原则进行设计：

1.最小刻度不标数，最大刻度必须标数；2.指针运动式仪表标数的数码应当垂直，表面运动仪表数码应当按圆形排列；3.仪表表面的空间足够大：数码标在记号外测，以避免它被指针挡住仪表表面的空间有限：数码标在记号内测，扩大刻度间距指针处于仪表表面外测的仪表，数码一律标在刻度内测，4.开窗式仪表窗口的大小至少应能显示被指示数字及其上下两侧的两个数，以便观察指示运功的方向和趋势。5.对于表面运动的小开窗仪表，其数码应按顺时针排列。当窗口垂直时，安排在刻度的右侧；当窗口水平时，安排在刻度的下方并且都使字头向上。6.圆形仪表不论是表面运动式还是指针运动式，数码应按顺时针方向表示“正值”，逆时针方向表示“负值”。长条形仪表，应使数码按向上或向右顺序增大。7.不做多圈使用的圆形仪表，最好在刻度全程的头部和尾之间断开，其首尾的间距以相当与一个大刻度间距为宜。刻度与标数的优劣对比见图图5-4刻度与标数的优劣对比4.仪表指针指针的形状和长度：应以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形为好。当指针与刻度线的距离超过0.6cm时，距离越大，认读误差越大；相反，从0.6cm开始，越接近0，认读误差越小；当间隔接近0.2cm,0.1cm时，认读误差保持不变。指针与刻度线的间隔宜取0.1～0.2cm。指针的针尖应与最小刻度线等宽，指针应贴近表面，以减少认读的视差。指针的零位：应设在时钟12时或0时的位置上。指针不动，表面运动的仪表指针零位应在时钟12时位置；追踪仪表应处与9时或12时位置；圆形仪表可视需要安排或设在12时的位置上；警戒仪表的警戒区应设在12时处，危险区和安全区则处于其两侧。5.仪表的色彩仪表色彩是否合适，将影响认读速度和误读率都有影响。由实验获得的仪表色彩与误读率关系可知：墨绿色和淡黄色仪表表面分别配上白色和黑色的刻度线时，其误读率最小；而黑色和灰黄色仪表表面配上白色刻度线时，其误读率最大，不宜采用。6.仪表面板形式及其布置图5-5控制台面板的形式及其布置多块组合式三块折式仪表的面板多为平坦的矩形，但考虑操作者的空间操作范围，也可采用不同组合形式面板，如图所示。其布置参阅表5-4操纵器、显示器数量特别多时，为扩大配置面积和操作空间操作操纵器、显示器的配置以操作者为中心，依据操作姿势、仪表的重要程度和使用频度来进行合理布置7.仪表板上的仪表位置设计原则如下：

1）按仪表的重要程度排列：常用的主要仪表尽可能排列在视野中心30范围内；一般性显示仪表可安排在200～400视野内对800以外的视野范围，因其视觉认读率低，不宜放置显示仪表

2）按适用顺序排列：要与仪表在操作过程的使用顺序一致，还要注意仪表之间的逻辑上的联系。有联系尽量靠近，以提高认读效率和降低误读率。

3）按功能进行组合排列：把传递同一参数信息或与完成投影功能作用的一些仪表分组排列。

4）按最佳零点方向排列：眼睛水平运动认读的横向排列仪表，零点方位处于时针9时的位置为最佳；眼睛垂直运动认读的纵向排列仪表，零点方位处于时针12时的位置为最佳；横向排列成双排时，零点方位可采用相对的方向。

5）按视觉特性排列：按视觉的自左至右、自上至下和顺时针方向向圆周运动扫视的视觉习惯排列。最佳观察率：左上方——右上方——左下方——右下方

6）按仪表与操纵的相合性排列：多个仪表对应多种操纵期时，两者的排列方式会影响操纵效率。因人大多数用右手，故仪表排列在操纵器的左面或上面，以免挡住视线。图5-6零点标志的最优方位

眼睛水平运动认读的横向排列仪表，零点方位处于时针9时的位置为最佳；

眼睛垂直运动认读的纵向排列仪表，零点方位处于时针12时的位置为最佳；横向排列成双排时，零点方位可采用相对的方向。图5-7仪表不同排列方式的比较二、信号显示设计视觉信号是指由信号灯产生的视觉信息，目前已经广泛用于飞机、车辆、航海、铁路运输及仪器仪表板上。信号灯的两个作用其一是指示性的，即引起操作者的注意指示操作，具有传递新鲜的作用其二是显示工作状态，即反映某个指令、操作或某种运行过程的执行情况。信号显示的特点面积小视距远引人注目简单明了但信息负荷有限，当信号太多时，会形成杂乱现象和产生干扰。1.信号灯设计在大多数情况下，一种信号只用来指示一种状态或情况。

信号灯是以灯光作为信息载体的，在设计上涉及光学原理和人的视觉特性，在实践上是比较复杂的，这里仅从人机脱离工程学的角度出发，介绍信号灯设计所依据的主要原则。运行信号灯只指示某一机件正在运行警戒信号灯用来指示操作者须注意某种不安全的因素故障信号灯用来指示某一机器或部件出了故障要利用信号灯信号来很好地显示信息，就应按人机工程学的要求来设计信号灯。1)信号灯的视距设计信号灯应清晰、醒目，保证必要的视距。例如：驾驶舱的信号灯要保证看清信号又不致眩目司机夜间对舱内的观察以免影响

因此，可选用空气散射小、射程较远的长波红光信号灯，或选用功率消耗较少的蓝绿光信号灯。

远距离观察的信号灯交通信号灯航标灯应保证在较大视离下也能看清，而且在日光亮度和恶劣气候条件下清晰可辨在一定视距下能引起人注意的信号灯两倍于背景的亮度，背景以灰暗无光为好，信号灯的高度太大会造成眩目而影响观察其亮度1)信号灯的视距设计(参阅表5-6，表5-7)其他非绝对黑体的能见距离一般要比气象能见距离近些。远距离通信用的信号灯考虑信号灯在各种气象条件下的能见距离

物体达到某一距离时，人眼不能再分辨它的临界距离能见距离是指能见距离空气透明度物体本身大小亮度和颜色背景关系影响受作为标准测量条件的能见距离白昼日照人眼看清楚一个天空背景上黑色客体的能见距离，叫“气象能见距离”，在气象上条件下

见表5-5。表5-5能见距离与空气透明度的关系大气状态透明系数能见距离/km空气绝对纯净0.99200透明度非常好0.97150很透明0.96100透明度良好0.9250透明度中等0.8120空气稍许混浊0.6610空气混浊0.364空气很混浊0.122薄雾0.151中雾2×10-4～8×10-100.5～0.2浓雾10-19～10-340.1～0.05极浓雾﹤10--34几十～几米表5-6是夜间发光客体的能见距离，可供设计信号灯时参考。灯类小煤油灯、大煤油灯，电灯微微发光、明亮的街灯的窗子、街灯火把、篝火能见距离/km

（3.5cd）（8.5cd）50cd100cd200cd500cd1000cd气象能见度/km0.050.100.10

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.20.3

0.30.4

0.4

0.40.50.50.50.5

0.6

0.8

0.8

0.91.0

1.110.8

0.91.3

1.4

1.51.7

1.921.21.5

2.1

2.3

2.62.93.241.82.23.23.7

4.14.85.3102.53.45.4

6.47.09.910203.14.37.69.1111316504.25.310.413.3162226

表5-6全黑夜中灯光的能见距离2）信号灯的形状、标记设计，参阅表5-8

不同信号灯应当选用不同的颜色，当信号灯很多时，不仅在颜色上，还要在形状、标记上加以区别，而形状、标记应与其表示的意义有逻辑联系，

如“→”表示指向，“×”表示禁止；

“！”表示警告；慢闪光表示慢速等。

为引起注意，可用强光和闪光信号，

闪光频率为0.67～1.67HZ，

闪光方式可为明暗、明灭、似动（并列两灯交替明灭）等。闪光信号较之固定光信号更能引起人注意。

闪光信号作用是：

引起观察者的进一步注意指示操作者立即采取行动反映不符合指令要求的信息用闪光的快慢指示机器或部件运动速度的快慢；用以指示警觉或危险信号闪光信号的强弱应视具体情况而定表示重要信息或危险信号的闪光，其强度应比其他信号强，因强光信号比弱光信号更易于引起注意，但光的强度不能大到刺眼和眩目。

闪光信号的闪烁频率一般为0.67～1.67HZ，当亮度对比较差时，闪光频率可稍高。较优先和较紧急的信息可使用较高的闪烁频率（10～20HZ）。

不同背景的灯光信号对人的认读效果有较大影响，人们曾做过这样的测试，如果背景灯光信号也为闪光，人将很难辨认出作为警告用的闪光信号灯。表5-7不同背景下人对信号灯的辨认信号灯背景灯光认读效果

闪光稳光最佳

稳光稳光好

稳光闪光好

闪光闪光差

表5-7为不同背景下人对灯光信号辨认效果的影响。3)信号灯颜色的选择信号灯的颜色不宜过多以防误认10种编码颜色不易混淆的次序为：黄、紫、橙、浅蓝、红、浅黄、绿、紫红、蓝、黄粉。对单个信号灯，以蓝绿色为最清晰；作为警戒、禁止、停顿或指示不安全情况的信号灯最好用红色提请注意的信号灯用黄色表示正常运行的信号灯用绿色其他信号灯的颜色可按用途任选原则表5-8指示信号灯的颜色及其含义颜色含义说明举例1.润滑系统失压红危险或警告有危险或需要立即采取行动2.温升已超（安全）极限3.有触电危险黄注意情况有变化或即将发生变化1.温升（或压力）异常2.发生尚能承受的暂时过载1.冷却通风正常绿安全正常或允许运行2.自动控制运行正常3.机器准备启动蓝按需要指定用意除红、黄、绿三色之1.遥控指示外的任何指定用意2.选择开关为准备位置白无特点作用任何用意，例如，你正在“执行”用4)信号灯的布置重要信号灯与重要仪表一样，必须布置在最佳视区视野中心30范围内;一般信号灯在200范围内;次要信号灯布置在离视野中心600～800

范围外,但仍须在不必转头即能看到的范围内;信号灯显示与操纵或其他显示有关时，应与有关器件位置靠近，成组排列，而且信号灯的指示方向与操纵方向必须保持一致，例如:开关向上时上方信号灯亮等。原则5)重要信号灯的设计采用信号灯显示特别重要的信号或危险信号时，可考虑同时采用听觉、触觉等多重显示的方式，以引起特别的注意。

1）荧光屏的显示特征在荧光屏上显示视觉信息。特点：既能显示图形、符号、信号，又能显示文字；既能作追踪显示，又能显示多媒体的图文动态画面。因而得到迅速发展，在人-机信息交换中发挥着愈来愈重要的作用。

应用：图文电视屏幕、计算机高分辨率显示器、示波器、彩超及雷达。

2.荧光屏设计荧光屏设计需要电子，信息等工厂技术和视觉生理、心理等多方面的知识，涉及的内容很多，本节仅从人机工程学的角度介绍一些设计原则和应用新技术。荧光屏图文电视屏幕计算机的高分辨率（1600×1280像素点）显示器示波器彩超及雷达随着电子和信息技术的发展，在视觉信息显示方面，新的视频显示装置得以广泛应用2）目标的亮度、呈现时间目标是指在荧光屏上显示的视觉信息载体。如一个图形、文字、符号和信号等，在背景颜色的衬托下显示出来。目标亮度愈高，愈易觉察，但当目标亮度超过34cd/m2时，视敏度不再有较大的改善，目标亮度不应超过34cd/m2

。为了在屏面上突出目标，屏面的亮度不宜调节到最亮，当调节为最合适的亮度时工作效率最优。当目标呈现时间在0.01～10s范围内时，目标的视见度随呈现时间的增大而提高。在呈现时间大于1s的情况下，视见度提高的速度减慢；当呈现时间大于10s时，视见度只有很小的提高。目标呈现时间为0.5s大体上可满足视觉辨别的基本要求；呈现时间在2～3s，可认为是做有利的数值。呈现时间再延长，则占用时间太多，对提高视见度无意义。周围的灯光照度对余辉的视觉效果应影响很大，周围照度太高或太低都对它有不利的影响，而且以周围照度为1lx时最优。3）目标的运动速度，参阅表5-9

目标的运动状态对视觉辨别有很大影响。

运动着的目标比静止目标易于察觉，但难于看清楚。就视觉辨别效率来说，目标运动速度愈大愈不利。视力大体上与目标运动速度成反比，人对静止目标视力比运动目标平均高一倍左右。当目标运动速度超过800/s时，已很难看清楚目标，视觉工作效率剧烈下降。因此，设计时应限制目标的运动速度。

表5-9视敏度与目标运动状态的关系目标运动速度/（（o）.s-1）静止206090120150180视敏度/（’）-1（视角）2.041.951.841.781.630.900.944）目标的形状、大小和颜色对屏面上不同形状目标的辨认效率不同，其一般的优劣次序为：三角形、圆形、梯形、方形、长方形、椭圆形和十字形。当干扰光点强度较大时，方形目标优于圆形目标。目标采用红色（6310A*）或绿色（5210A）时，视觉辨别效率与白色目标相似，但红色目标易引起视觉疲劳，故微型计算机的荧光屏上绝大多数都用绿色做为目标。采用蓝色（4670A）则辨别效率稍差。从视敏度的角度看，目标愈大愈易察觉，目标的能见度随着目标面积增大而提高，大体上呈线性关系。可是目标太大，占用空间越多，因而应有一个适宜大小。荧光屏上字符的大小与视距的关系如表5-10所列。字符的高宽比可取2：1或1：1，其笔画宽与字高之比可取1：8或1：10。一般常用字符的大小（字符的直径或方形字符的对角线长）规格为0.76，1.5，3.8，4.6，5.1，7.6，10，12.2，20，25.4mm等。表5-10荧光屏字符大小与视距的关系

视距/m字符直径/mm0.531.063.0105）目标与背景的关系目标的视见度受制于目标背景的亮度对比值，即：

目标的亮度－背景亮度亮度对比度=背景亮度

目标的亮度必须达到亮度对比度高于能见的阈值，目标才能被看见。在背景亮度为0.34～34cd/m2的情况下，亮度对比阈一般随着背景亮度的增大而缩小，大体上呈线形关系；在背景亮度为68cd/m2

时，达到最大值的90%；以后背景亮度再增大，亮度对比阈只有很小的改变。68cd/m2可以视做背景（屏面）亮度的最优值。屏面亮度与环境亮度相一致时，目标察觉、识别和追踪效率都达到最优。当环境亮度超过屏面亮度较多时，视觉工作效率受到明显的不利影响。如果环境亮度与目标亮度相同，颜色也相同时，视觉工作效率也受到不利的影响。6）屏面

屏面的大小与视距和要显示目标的大小有关。

一般视距的范围为50～70cm，此时屏面的大小以在水平和垂直方向对人眼形成不小于30o

的视角为宜。当视距为35.5～71cm时，雷达屏面直径以12.7～17.8cm为最佳；对计算机而言，常用的屏面尺寸为14in**（对角线长），相当于35.6cm，当显示的信息较多或较复杂时，屏面可增大至17in，20in。

对于机械产品CAD图形的显示，由于图形的点、线、面结构复杂，常用20in的高分辨率显示器。对于计算机屏幕，除屏面大小外，屏幕显示的分辨率和颜色对显示信息也有较大的影响。计算机屏幕的分辨率以纵、横坐标的像素来区分，如640×480的分辨率表示屏面横坐标的像素为640线，纵坐标为480线。计算机中常说的的高分辨率一般指1024×768以上的像素点。屏幕的分辨率愈高，显示的信息清晰度愈好，愈容易被人认读。3.图形符号设计现代信息显示中广泛使用了各种类型的图形和符号指示。由于人在知觉图形和符号信息时，辨认的信号和辨认的客体有形象上的直接联系，其信息接受的速度远远高于抽象信号。由于图形和符号具有形、意、色等多种刺激因素，传递的信息最大，抗干扰能力强，易于接收，故图形和符号指示在现代工业生产中具有重要意义。信息显示中所采用的图形和符号，是经过对显示内容高度概括和抽象处理而形成的，使得图形和符号与标志客体间有着相似的特征，让人便于识别辨认。图形和符号的辨认速度和准确性，与图形和符号的特征数量有关，并不是符号的形状愈简单愈易辨认。选用三类符号，在所传递的信息量大体相同时，考察其辨别效果。因此，为了提高图形和符号的辨认速度和准确性，必须注意：设计的图形和符号要反映客体的特征。只有高度概括、简练、生动的形象表达出对客体的基本特征，才能适宜操作者辨认。第一类为简单的符号，只有必要的特征，仅按形状（三角形、梯形等）辨认第二类为中等符号，除了主要特征外还有辅助特征（外表和内部的细节）第三类是复杂的符号，有若干个彼此混淆的辅助特征（一般是两个）实验结果表明，辨认简单符号和辨认复杂符号一样，比辨认中等符号需要时间更长，准确性更低（表5-11）。表5-11辨认速度和准确性与识别特征数量的关系符号辨认速度和准确性的指标

简单的中等的复杂的呈现的时间阈限/s0.034

0.053

0.169感觉-语言反应潜伏期3.112.703.13认错率（占呈现总数的%）10.82.22.5

实验结果表明，辨认简单符号和辨认复杂符号一样，比辨认中等符号需要时间更长，准确性更低。(1）红（7.5R4.5/14）①停止：交通工具要求停车，设备要求紧急刹车；②禁止：表示不准操作，不准乱动，不准通行；③高度危险：如高压电、下水道口、剧毒物、交叉路口等；④防火：消防车和消防用具都以红色为主色。（2）橙（2.5YR6.5/12）

用于危险标志，涂于转换开关的盖子、机器罩盖的内表面，齿轮的侧面等。橙色还用于航空、船舶的保安措施。（3）黄（2.5Y8/13）明视性好，能唤起注意，多用于警告信号。如铁路维护工穿黄衣。生产、交通等方面使用颜色的含义如下：（4）绿（5G5.5/6）①安全：引导人们行走安全出口标志用色；②卫生：救护所、保护用具箱常采用此色；③表示设备安全运行。（5）蓝（2.5PB5.5/6）

警惕色。如开关盒外表涂色，修理中的机器、升降设备、炉子、地窖、活门、梯子等的标志色。（6）紫红（2.5RP4.5/12）

表示放射性危险的颜色。（7）白（N9.5/）表示通道、整洁、准备运行的标志色。白色还用来标志文字、符号、箭头，以及作为红、绿、蓝的辅助色。（8）黑（N1.5/）用于标志文字、符号、箭头，以及作为白、橙的辅助色。表5-12管道颜色标记类别色别色标水青色2.5PB5.5/6汽深红7.5R3/6空气白色N9.5/煤气黄色2.5Y8/12酸、碱橙、紫2.5P5/5油褐7.5YR5/6电气浅橙2.5YR7/6真空灰N5/氧蓝图形符号的辨认速度和准确性，与图形符号的特征数量有关，参阅表5-12在实际应用各类图形符号时，不得采用人们不能接受或过分抽象的图形和符号，只能使用有利于人的知觉的图形、符号，以便减少知觉时间，加强对符号的记忆和提高操作者的反映速度。图形、符号设置的位置应与所指示的操纵机构相对应。例如，转动手柄的操纵机构（手柄转动在90o以上），应在手柄轴线的上方标出符号；对于普通单工位按钮，可在按钮轴线上方标出机器开动状态的符号。这样操作者就能按图形、符号所指示的内容，准确而迅速地操纵机器。第三节听觉信息传示系统信号简单简短时要求迅速传递信号时传示后必要查对信号时信号只涉及过程或时间性事件时视觉负担过或照明、震动等作业环节又不利于采用视觉信息传递时操作人员处于巡视状态，并需要从干扰中辨别信号时等。一、听觉信息传示装置听觉信息传示具有反应快，传示装置可以配置在任何一方向上，用语言通话时应答性良好等优点。在信号简单、简短时；要求迅速传递信号时；传示后无必要查对信号时；信号只涉及过程或时间性事件时；视觉负担过重或照明、震动等作业环节又不利于采用视觉信息传递时；操作人员处于巡视状态，并需要从干扰中辨别信号时等，利用示警信号（声音）来传达信息而被广泛采用。特点：可快速有效的传递简单和短促的信息，反应快、方向不受限制。应用：蜂鸣器、铃、角笛和汽笛、警报器，其设计要点参阅表。听觉信息传示装置种类：如铃音响警报装置蜂鸣器枪声汽笛声哨笛

它是音响装置中声压级最低，频率也较低的装置。蜂鸣器发出的声音柔和，不会使人紧张或惊恐，适用于较宁静的环境，常配合信号灯一起使用，作为指示性听觉传示装置，提请操作者注意，或指示操作者去完成某种操作，也可用做指示某种操作正在进行。汽车驾驶员转弯时，驾驶室的显示仪表板上就有一个信号灯和蜂鸣器鸣笛，显示汽车正在转弯，直到转弯结束。蜂鸣器还作报警器用。蜂鸣器

因铃的用途不同，其声压级和频率有较大差别，例如电话铃声的声压级和频率只稍大于蜂鸣器，主要在宁静的环境下让人注意。而用做指示上下班的铃声和报警器的铃声，其声压级和频率就较高，可在有较高强度噪声的环境下使用。铃

角笛的声音有吼声（声压级90～100dB、低频）和尖叫声（高声强、高频率）两种。常用做高噪声环境中的报警装置。汽笛声频率高，声强也高，较时候于紧急事态的音箱报警装置

角笛汽笛

警报器的声音强度很大，可传播很远，频率由低到高，发出的声音富有调子上长和下降，可以抵抗其他噪声的干扰，特别能引起人们的注意，并强制性地使人们接受。它主要用做危急事态的警报，如防空警报、救火警报等。

警报器

听觉信息传示装置设计必须考虑人的听觉特性，以及装置使用目的和使用条件。

①为提高听觉信号传递效率，在有噪声的工作场所，须选用声频与噪声频率相差较远的声音作为听觉信号，以削弱噪声对信号的掩蔽作用。

听觉信号与噪声强度的关系常以信号与噪声的强度比值（信噪比）来描述，既：

信/噪=10lg信号强度/噪声强度信噪比越小，听觉信号的可辨性越差。所以应根据不同的作业环境选择适宜的信号强度，常用的视觉信号的主宰频率和强度可参考表5-13。②使用两个或两个以上听觉信号时，信号之间应有明显的差异；而对某一种信号在所有时间内代表同样的信息意义，以提高人的听觉反应速度。③应使用间断或变化信号，避免使用连续稳态信号，以免人耳产生听觉适应性。④要求远传或绕过障碍物的信号，应选用大功率低频信号，以提高传示效果。⑤对危险信号，至少应在两个声学参数（声压、频率或持续时间）上与其他声信号或噪声相区别；而且危险信号的持续时间应与危险存在时间一致。表5-13几种常用听觉信号的主宰频率和强度①平均强度水平/dB分类听觉信号距离3m处距离0.9m处主宰可听频率/Hz10cm铃65～7775～831000大面积15cm铃74～8384～94600高强度25cm铃85～9095～100300喇叭90～100100～1105000汽笛100～110110～1217000重声蜂鸣器50～6070200轻声蜂鸣器60～7070～80400～1000小面积2.5cm铃声60701100低强度5cm处627210007.5cm处6373650钟声（谐音）6978500～10001大面积高强度听觉升年时秒度在安静场所用50～60dB强度，在露天工场用70～80dB，在噪声工厂、机器厂或冲压车间用90～100dB;

使用两个或两个以上听觉信号时，信号之间应有明显的差异；而对某一种信号在所有时间内应代表同样的信息意义，以提高人的听觉反应速度。应使用间断或变化信号，避免使用连续稳态信号，以免人耳产生听觉适应性。要求远传或绕过障碍物的信号，应选用大功率低频信号，以提高传示效果。对危险信号，至少应在两个声学参数（声压、频率或持续时间）上与其他声信号或噪声相区别；而且危险信号的持续时间应与危险存在时间一致。

二、言语传示装置

语言在人与机器之间传递信息，使其具有一定的表达能力，可以更为细致、明确地指导操作者的各种操作行为。特点无线电广播、电视、电话、报话机和对话机及其他录音、放音和电声装置应用用言语作为信息载体，其优点是可使传递和显示信息含义准确、接受迅速、信息量较大等；缺点是易受噪声干扰。在设计言语传示装置时应注意以下几个问题：

1.

言语的清晰度用言语来传递信息，在现代通信和信息交换中占主导地位。对言语信号的要求是语言情绪。在工程心理学和传声技术上，用清晰度作为言语的平定指标。言语清晰度是人耳对通过它的音语（音节、词或语句）中正确听到和理解的百分数。言语清晰度可用标准的语句表通过听觉显示器来进行测量，若听对的语句或单词占总数的20%，则该听觉显示器的言语清晰度就是20%。对于听对和未听对的记分方法有专门的规定，此处不作论述。传递和显示言语信号的装置称为言语传示装置。如麦克风、扬声器表5-14言语的清晰度评价下表是言语清晰度（室内）与主观感觉的关系。由此可知，设计一个传示装置，其言语的清晰度必须在75%以上，才能正确传示信息。

言语的清晰度/%人的主观感觉 96言语听觉完全满意85～96很满意75～85满意65～75言语可以听懂，但非常费劲65以下不满意2.语言的强度言语传示装置输出的语音，其强度直接影响言语清晰度。当语音请度增至刺激阈限以上时，清晰度的分数逐渐增加，直到差不多全部语音都被正确听到的水平；强度再增加，清晰度的分数仍保持不变，直到强度增至痛阈为止，如图所示。不同研究者的结果表明，语音的平均感觉阈限为25～30dB（既测听材料可有50%被听清楚），而汉语的平均感觉阈值是27dB。由图中可看出，当言语强度达到130dB时，受话者将有不舒服的感觉；达到135dB时，受话者耳中即有发痒的感觉，再高便达到了痛阈，将有损耳朵的机能。因此言语传示装置的语音强度最好在60～80dB。

图5-8语言的强度与清晰度的关系3.噪声环境中的言语通信干扰噪声的A计权语言干涉声级认为可以听懂正常认为在提高了的噪音下可声级（LA）/dB/dB噪音下口语的距离/m以听懂口语的距离/m43367

1448404853452.24.558501.32.563550.71.468600.40.873650.220.4578700.130.2583750.070.145-15言语通信与噪声干扰之间的关系

为了保证在有噪声干扰的作业环境中讲话人与收听人之间能进行充分的语言通信，则须按正常噪声和提高了的噪声定出极限通信距离。充分的言语通信，是指通信双方的言语清晰度达到75%以上。距声源（讲话人）的距离每增加一倍，言语声级将下降6dB，这相当于声音在室外或室内传至5m远左右。在房间中感声级的下降还受讲话人与收听人附近的吸声物体的影响。在有混响的房间内，当混响时间超过1.5s时，言语清晰度将会降低。在噪声环境中作业，当为了保护人热免受损害而使用护耳器，护耳器一般不会影响音语通信。因为它不仅降低了言语声级，也降低了干扰噪声。同不戴护耳器的人相比，戴护耳器的讲话人在噪声级较低时声音较高，而在噪声级较高时则声音较低。对于使用言语传示装置（如电话）进行通信时，对收听人来说，对方的噪声和传递过来的言语音质（响度、由电话和听筒产生的线路噪声）可能会有起伏，进尽管如此，表5-16所给出的关系仍然是有效的。表5-16在电话中言语通信与干扰噪声的关系

收听人所在环境的干扰噪声

A计权声级LA/dB语言干涉声级Lail/dB言语通信的质量5547满意55～6547～57轻微噪声65～8057～72困难8072不满意须注意的是，当收听者处的干扰噪声增强时，首先受到影响的是另一方语言的清晰度，这时收听人根据经验会提高自己的声音。对于扬声器和耳机这样的言语传示装置，要保证通过扬声器传送的语言信息有充分的语言通信功能，须使A计权语言声级至少比干扰噪声的声级高3dB。三、听觉传示装置的选择1.音响传示装置的选择在设计和选择音响、报警装置时，应注意以下原则：①在背景噪声的场合，要把音响装置和报警装置的频率选择在噪声掩蔽效应最小的范围内，使人们在噪声中也能辨别出音响信号。②对于引起人们注意的音响显示装置，最好使用断续的声音信号；而对报警装置最好采用变频的方法，使音调有上升和下降的变化，更能引起人们注意。另外，警报装置最好与信号灯一起作用，组成“视、听”双重报警信号。③要求音响信号传播距离很远和穿越障碍物时，应加大声波的强度，使用较低的频率。④在小范围内使用音响信号，应注意音响信号装置的多少。当音响信号装置太多时，会因几个音响信号同时显示而互相干扰、混淆，遮掩了需要的信息。在这种情况下可舍去一些次要的音响装置，而保留较重要的，以减少彼此间的影响。2.言语传示装置的选择原理言语传示装置比音响装置表达更准确，信息量更大，因此，在选择时应与音响装置相区别，并注意下列原则：①须显示的内容较多时，用一个言语传示装置可代替多个音响装置，且表达准确，各信息内容不易混淆。②言语传示装置所显示的言语表达力强，较一般的视觉信号更有利于指导检修和故障处理工作。同时语言信号还可以用来指导操作者进行某种操作，有时可比视觉信号更为细致、明确。③在某些追踪操纵中，言语传示装置的效率并不比视觉信号差。例如，飞机着陆导航的言语信号、船舶驾驶的言语信号等。④在一些非职业性的领域中，如娱乐、广播、电视等，采用言语传示装置比音响装置更符合人们的习惯。手动操纵装置脚动操纵装置类型转换控制器手柄、选择开关、选择旋钮等用来把系统从一个工作状态转到另一工作状态，或作紧急制动。灵活、可靠。调整控制器按钮、手柄、操纵盘等使机器的工作状态，稳定地增加或减少、保持在规定的工作参数上。紧急停车控制器要求在最短的时间内产生明显的效果，有“一触即发”的效果。按键、按钮等开关控制器按钮、踏板、手柄等一般只有两个工作状态的位置：接通或断开。占地小、排列紧凑。控制操纵器的分类第四节

操纵装置设计图5-9

操纵装置形态一、常用的操纵装置各种操纵器的功能和使用情况见表5－17二、手控操纵装置设计

1.触觉功能和触觉特性不太敏感、适应迅速、有立体感；2.操纵手把的设计；设计合理的手把，应考虑下述几点：（1）手把的形状应与手的生理特点相适应。要求：手握舒适、施力方便，不产生滑动，同时还需控制它的动作，因此，手柄和尺寸应按手的结构特征设计。图5-10手的生理结构及手把的形状设计（2）手把的形状便于触觉对其进行识别。图5－11便于触觉辨认的手把形状（3）尺寸应符合人手尺度的需要。图5－12各种不同手把的握持状态3.适宜的用力范围，参阅表5-19，表5-20

4.操纵器的适宜尺寸，与人体尺度的关系参阅表5-21，

图5－13常用手控操纵器的尺寸三、脚控操纵器的设计

1.适宜的操纵力，参阅表5-222.脚控操纵器的尺寸3.脚踏板结构形式的选择。图5－14不同类型脚踏板操纵效率的比较四、操纵装置编码与选择1.操纵装置编码；1）形状编码，见图；2）位置编码；3）尺寸编码；4）颜色编码；5）符号编码；2.操纵器的选择；选择依据参阅表5-23，表5-24，表5-25图5－15形状编码形状编码●操纵器的形状和它的功能最好有逻辑上的联系，便于记忆；●应能在不同目视或戴着手套的情况下，单靠触觉也能分辨。特征编码与识别使各操纵器都有自己的特征和代号，以便操纵者迅速识别而不致混淆。

大小编码大操纵器的尺寸要比小操纵器的大20%以上，才有准确操纵的把握。颜色编码用于操纵器的颜色一般只有红、橙、黄、绿、蓝五种一般只能同形状编码和大小编码合并使用，易受照度影响标志编码在操纵器上刻以适当的符号以示区别，应只靠触觉就能清楚的辩识受人的习惯因素影响很大---相合性运动相合性操纵器与显示器在运动方向上，要符合人的习惯定式。interface操作者感觉分析决策机器显示装置机器生产过程控制装置控制手柄A

如顺时针旋转或自下而上，人自然认为是增加的方向。操纵与显示的相合性问题，是影响人机系统运行效率和可靠性的重要因素。因此，对于操纵与显示的相合性设计，应根据人机工程学原理和人的习惯定式等生理、心理特点，并遵循以下几条原则:第五节操纵与显示相合性设计空间相合性

操纵器与显示器要在空间位置上要有逻辑一致性(76)(116)(129)(0)实验1200次操纵器与显示器空间相合性好：减少错误次数；缩短操作时间；提高操作质量。abcdbadcabdcABCDABCDAABCDBDabcdC操纵-显示比操纵器距离与显示器移动量之比，即C/D灵敏度低的操纵器是指它的操纵位移量很大，但显示器的移动量却很小；灵敏度高的操纵器则是它的位移量小，但显示量大。C／D比高，说明操纵—显示系统灵敏度低，C／D比低，灵敏度高。对于最佳C／D比选择往往是通过实验得出的，而没有一个理想的计算公式。灵敏度高微调时间灵敏度低粗调时间最佳C／D比7旋钮最佳C／D比为0.20.8操纵杆最佳C／D比为2.54.0相合性在仪表监控中的应用●操纵器编码尽可能与显示器编码相一致12345678123456781234567846123578操纵—显示的编码和编排相合的目的主要是减少信息加工的复杂性，从而提高工作效率。

最好的一种编码方式是操纵钮本身带有灯光信号，按下哪个钮，哪个钮的灯就亮。2.操纵与显示相合性原则

相合性设计应遵循的原则，见图图5-18操纵器与显示器方向相和性及操纵习惯模式3.操纵－显示的编码和编排相合性

重要的原则是见操纵－显示的编码应尽可能一致，见图.

图5-19旋钮与仪表的位置对应关系一、视觉信息显示设计主要考虑哪几方面？二、听觉信息显示设计主要考虑哪几方面？三、操纵装置设计主要的有几种？在设计中要考虑人的什么感观？四、结合实例，设计或改造现有的操纵装置？本节课的思考题旋钮

供单手操纵的控制器，可做多圈运动，也可做小于360度的转动和定位转动类型适合于作360度以上的旋转——圆柱、圆锥调节范围不超过360——圆柱形或接近圆柱形的多边形偏转位置具有重要的信息意义——有明确的指示性旋转式控制器因其功能、形状和尺寸的不同，操纵力的大小亦不同，但每一个具体的控制器都有其适宜的用力。人的扭力大小与身体所处的位置和姿势有很大的关系用力特征第六节

旋转式操纵装置手轮供单手或双手操纵，按不同用途，其尺寸相差较大，手轮操纵力的差别也较大摇把

一般供单手超作，但操纵力要求较大时，需双手操作，不同的摇把其尺寸差别较大十字把旋转控制器中较大的一种，往往需双手操作均可作自由连续旋转，适合多圈操作的场合根据用途的不同，手轮和摇把的大小差别很大操作速度与其位置密切相关摇杆手转把手旋转式控制器因其功能、形状和尺寸的不同，操纵力的大小亦不同，但每一个具体的控制器都有其适宜的用力。人的扭力大小与身体所处的位置和姿势有很大的关系用力特征

手轮直径200mm

直径

200mm

054.4

036

922.740

3

适用力度/(N.m)低速转动中速转动高速转动水平尾随追踪操作调节操作

操作方式手轮（457mm）摇把(R229mm)手轮（254mm）摇把(R127mm)小摇把

旋转式控制器适宜的用力离地高度/mm离开水平的斜度/（）操纵器扭力与操纵器的直径或半径/mm0N•m

2.3N•m

4.6N•m10N•m9140(前方）手轮762032544062544064069140(侧方）手轮761522542542549140(前方）手轮38114641911141911141911006-45手轮761522544062544062544061006-45手轮64191641911141911141911067+45手轮761521522542542544061067+45摇把641146411464114114旋转式控制器的适宜用力不同直径的手轮、摇把适宜扭力旋转式控制器的外形是由其功能决定的，在此前提下，达到简洁、美观形体和位置设计旋转式控制器的的大小应根据使用手指和手的不同部位而定：手轮和摇把适合作多圈运动摇把的位置和安装高度摇把的造型和尺寸汽车空调控制器手柄操纵杆都有一个执握柄和杠杆，只是杠杆部的长度不同而已。设计时，重点是考虑执握柄的形状和尺寸。类型推钮滑移式操纵器刀闸汽车空调控制器大指拨控制器第七节移动式操纵装置操纵力大小与手柄的大小与手柄距地面的高度、操纵方向、使用的左右手不同的有关用力特征手柄◆手握舒适——防止手柄形状丝毫不差地贴合于手的握持部分，尤其不能紧贴掌心◆施力方便——根据手捕部的执握状况和用力大小选择手柄执握部分的直径和长度◆不产生滑移，同时还需控制它的动作◆当操作力较大，空间位置较远时，只能增加杠杆的长度手柄踞地面的高度/mm适宜的操纵力/N右手左手向上向下向侧方向上向下向侧方500~650140704012012030650~105012012060100100401050~14008080606060401400~16009014040406030手柄的适宜用力移动式操纵器工作行程/mm操纵力/N开关杆20~3005~100调节杆（单手调节）100~40010~200杠杆键3~61~20拨动式开关10~402~8摆动式开关4~102~8手闸10~40020~60指拨滑块开关5~251.5~20拉环10~40020~100拉手10~40020~60拉圈10~1005~20拉钮5~1005~20操作杆◆长度与操纵频率有很大关系◆执握柄的直径粗细和宾扁形手柄的厚度不宜太小，过小会引起肌肉的过度紧张，增大疲劳◆为节省手的运动、空间和操作的复杂形，可采用复合多功能操纵器工作行程和操纵力：手握舒适，施力方便，不产生滑动，同时控制其动作。形状设计防止手柄丝毫不差的贴合受的握持部分，尤其不能紧贴掌心部分。手柄掌心部分肌肉最少；

指骨间肌和手指部分神经末梢满布的部位；

指球肌、大、小鱼际肌是肌肉丰满的部位，是手部的天然减振器。手握住手柄掌心部分应有空隙，以减少压力和摩擦力的作用。公称尺寸LDD1d2L1L2R650161282540208651814103250251080221612406028129025181445703216100302218508040在确定手柄的尺寸时，主要依据手部的执握状态和用力大小，选择手柄的直径和长度，如下表所示：操纵杆的长度与操纵的频率有关：形状设计操纵杆执握柄的尺寸操作杆最大转动频率/（m•min-1)操纵杆的长度/mm2630274027.56025.51002314018.524014580型式建议采用的尺寸/mm一般22~32（7.5)球形30~32扁平形厚度5复合多功能的操纵器：附设多种常用的开关。减少手的运动节省空间减少操作的复杂性操纵手柄的设计（以手动果汁机设计为例）1.结构草图2.泡沫模型3.木制模型，并用不同力度来测试手柄4图纸5.完成结构和造型设计用力较小一般只有10~20N。用力特征按键按钮类型外形常为圆形和矩形，有的还带有信号灯尺寸主要按成人手指端的尺寸和操作要求而定节省空间，便于操作，便于记忆，使用熟练后，不用视觉也能迅速操作形状设计其尺寸形状应按手指的尺寸和指端弧形状设计，操纵舒适，中凹为主优。机械式机电式光电式液膜式按键形式第八节按压式操纵器目前常用的按压式操纵器各种按钮液膜按键汽车空调控制器应用人机工学的按压式操纵器手掌握着的仿形状按钮仿拇指的形状控制特征用力大，速度快和准确性高的操作，宜用右脚；操作频繁，容易疲劳，且不是很重要的操作，应考虑双脚交替进行即使同一只脚，用脚掌和脚趾或脚跟去控制脚操纵器，其操纵、控制效果也有差异一般坐姿操作，只有少数操纵力较小（<50N）-站姿,

快速动作应减小到20N脚操纵器应有一个启动阻力，防止无意碰移和误操作各形式的脚踏板操纵效率第九节脚动式操纵器脚踏板的操纵方式：脚踏操纵器的适宜用力：脚操纵器推荐用力值/N脚休息时脚踏板的承受力18~32悬挂的脚蹬45~68功率制动器直至68离合器和机械制动器直至68136飞机方向舵272可允许脚蹬力最大值2268创记录的脚蹬力最大值4082蹬力较大时(227N)105度——135度蹬力较小时(

227N)105度——110度脚的前端操作时用力

60N用脚和腿同时操作时用力

1200N脚动式操纵器医用脚踏板脚踏式点焊机上下压柄把手手握式压柄把手幼儿自学进食餐具的设计游戏控制器特别注意手握的舒适度以及按键使用的灵活度这些按键都是经过精心考虑的，把手的孤度参照人机参数来设计完肌肉的运动特征收缩与放松肌肉的部位力的大小男女手臂肌肉左370200右390220肱二头肌左280130右290130手臂弯曲时的肌肉肌肉左280200右290210手臂伸直时的肌肉肌肉左210170右230180拇指肌肉左10080右12090背部肌肉（躯干屈伸肌肉）1220710操作中人的动作类型1.定位动作人体朝着所要求的目标移动，并与目标相一致的动作。2.反复动作连续不断地重复相同的动作3.连续动作连续不断地进行控制。4.逐次动作各种基本动作按一定的顺序，有次序地进行的动作。5.静态调整动作在一定时间内，人体各部位保持在特定位置上的动作视觉