人因工程ppt课件-第14章-人机界面设计

第十四章人机界面设计第十四章人机界面设计1第一节人机界面设计概述1、三要素模型2、人机界面设计内容显示器控制器显示器控制器组合第一节人机界面设计概述1、三要素模型2第二节显示器设计分类：视觉显示听觉显示触觉显示三种显示方式传递的信息特征见表14-1。第二节显示器设计分类：视觉显示3表14-1三种显示方式传递的信息特征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1.比较复杂、抽象的信息或含有科学技术术语的信息、文字、图表、公式等2.传递的信息很长或需要延迟者3.需用方位、距离等空间状态说明的信息4.以后有被引用的可能的信息5.所处环境不适合听觉传递的信息6.适合听觉传递，但听觉负荷已很重的场合7.不需要急迫传递的信息8.传递的信息常需同时显示、监控听觉显示1.较短或无需延迟的信息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通道传递的信息触觉显示1.视、听觉通道负荷过重的场合2.使用视、听觉通道传递信息有困难的场合3.简单并要求快速传递的信息表14-1三种显示方式传递的信息特征显示传递的信息特征显4一、仪表显示设计(一)仪表的类型及特点1.数字式显示

直接用数码来显示有关的参数或工作状态特点认读过程简单、直观。认读速度快，精度高。不易产生视觉疲劳。应用：计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕。一、仪表显示设计(一)仪表的类型及特点5一、仪表显示设计2.模拟式/刻度指针式显示用模拟量（刻度和指针）来显示参数和状态。特点：信息形象化、直观，并能给出偏差量，对于监控作业效果很好。应用：汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表。按功能可分为4类：

（1）读数用仪表：高度表、时速表（2）检查用/警戒用：（3）追踪用：（4）调节用：收音机调频显示一、仪表显示设计2.模拟式/刻度指针式显示6一、仪表显示设计（二）※指针式仪表显示设计内容刻度盘刻度线标数字符刻度盘直径（圆形）仪表的指针针尖针体针尾颜色一、仪表显示设计（二）※指针式仪表显示设计内容7（1）刻度线高度：长、中、短宽度线间距

1、仪表的刻度盘：刻度线、标数、字符高度、宽度、线间距计算：最大视距：L(mm)高度：长刻度：L／90中刻度：L／125短刻度：L／200宽度：L／5000间距：短刻度：L／600长刻度；L／50（1）刻度线1、仪表的刻度盘：刻度线、标数、字符高度、宽度8（2）标数1）刻度标数进级（表14-3）2）递增方向的一般原则是：顺时针从左向右从下向上3）刻度标数优劣比较参见图14-5，标数原则：指针运动，标数直排；刻度盘运动，标数辐射定向排列最小刻度可以不标；最大刻度必须标注指针在盘内，如果有空间，尽量标注外侧；指针在盘外，标注于内部开窗式窗口要能显示被指数字及前后临近的数字（2）标数9（3）字符（汉字、字母、数字）：形状、大小

形状字符多用直角或尖角形汉字采用宋体或黑体不宜采用草体、小写字母和美术体字母高度：可参考表14-4也可根据公式求得：

式中：H为字符高度(cm)；L为视距(cm)。其他尺寸：根据高度H确定，见图14-3（3）字符（汉字、字母、数字）：形状、大小10（4）刻度盘直径（圆形）

默雷尔推荐的圆形仪表最佳直径，参见图14-4（4）刻度盘直径（圆形）11

2、仪表的指针：针尖、针体、针尾

指针的设计直接影响认读的速度、准确常用指针形状：2、仪表的指针：针尖、针体、针尾12针尖宽度：小于等于刻度标记指针长度：不遮挡刻度标记指针的颜色：与背景颜色有明显的区别和对比针尖宽度：小于等于刻度标记133、仪表的颜色

顺序12345678910底色黑黄黑紫紫蓝绿白黑黄被衬色黄黑白黄白白白黑绿蓝表14-5清晰的配色

盘面、刻度标记、数码、字符、指针的颜色匹配3、仪表的颜色顺序12345678910底色黑黄黑紫紫蓝绿14顺序12345678910底色黄白红红黑紫灰红绿黑被衬色白黄绿蓝紫黑绿紫红蓝表14-6模糊的配色顺序12345678910底色黄白红红黑紫灰红绿黑被衬色白黄15二、信号显示设计

信号显示特征信号灯的形状和颜色信号灯的亮度和环境

二、信号显示设计信号显示特征16二、信号显示设计

1、信号显示特征：面积小、视距远、引人注目、简单明了、负载信息有限作用：指示性、显示工作状态通常一种信号只表示一种状态或情况设计依据：光学原理、人的视觉特征、人因工程学等二、信号显示设计1、信号显示特征：17二、信号显示设计

2、设计要点形状：简单、明显，与所代表的含义有逻辑上的联系：→，×，！颜色：利用颜色编码来表示某种含义和提高可辨性：红，黄，绿亮度：不能太低也不能太高，并要考虑特殊气候条件。闪光信号性能优于固定信号二、信号显示设计2、设计要点18三、荧光屏显示设计显示特性能显示图形、符号、信号，文字；能追踪显示，又能显示图文动态画面。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。三、荧光屏显示设计显示特性19目标状态对显示的影响：

1、亮度：34.3cd/m22、呈现时间：0.5s满足基本要求，2-3s效果最佳3、余辉：3-6S4、目标的运动速度5、目标的形态：大小、颜色6、目标与背景的关系：亮度、颜色目标状态对显示的影响：20三、荧光屏显示设计屏面的形状与尺寸

图14-7是操作者与荧光屏总体布置的关系三、荧光屏显示设计屏面的形状与尺寸21四、标志符号设计

标志符号的要求

采用与其含义相一致的图形；可利用颜色、形状、图形、符号、文字进行编码，以提高辨别速度和准确性；不得使用过分抽象或人们难以接受的图形尽量用图形符号代替文字说明，以减少判读时间，使用简便；尽量使用国际通用的标志符号；与显示器和控制器有关的标志符号，要合理区分和布置，符合操作者的心理和动作特征；避免环境背景产生视觉干扰。四、标志符号设计标志符号的要求22四、标志符号设计标志符号的知觉因素设计标志符号要符合人的知觉特：

1.形与基分明，如图14-8a所示2.边界明显，如图14-8b所示3.封闭，如图14-8c所示4.简明，如图14-8d所示5.完整，如图14-8e所示四、标志符号设计标志符号的知觉因素23四、标志符号设计标志符号的应用

图形和符号在产品上的应用，有利于操作者迅速观察和辨认，提高操作着操作的准确性和工作效率。

图14-9为汽车上使用的图形符号图形符号的国际标准化，将使其成为一种世界性语言，因此工业产品必须突破各国之间的文化障碍。

图14-10为电子产品上使用的部分图形符号四、标志符号设计标志符号的应用24四、标志符号设计标志符号的文字信息

简短而明确

使用短句子

使用主动句

使用肯定句

使用易懂文字

按时序组句

四、标志符号设计标志符号的文字信息25五、听觉显示设计利用示警信号（声音）来传达信息。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、警报器分类：音响及报警装置言语显示器五、听觉显示设计利用示警信号（声音）来传达信息。26(一)音响及报警装置蜂鸣器

铃角笛和汽笛

警报器

(一)音响及报警装置蜂鸣器27(二)言语显示装置特点：更为细致、明确地指导操作者的各种操作行为。应用：无线电广播、电视、电话、报话机、对话器、录音、放音的电声装置。设计应注意以下几点：1.语言清晰度2.语言的强度，见图14-113.噪声对言语传示的影响(二)言语显示装置特点：更为细致、明确地指导操作者的各种操28(三)听觉显示装置的选择原则音响显示选择原则1）频率选择在噪声掩蔽效应最小的范围内。2）使用断续的或变化的信号，更能引起人的注意。最好组成视、听双重报警信号。3）传播距离远和穿越障碍物时，应加大声波强度，使用较低的频率。4）注意音响装置的多少，避免各信号间的相互干扰。(三)听觉显示装置的选择原则音响显示选择原则29(三)听觉显示装置的选择原则言语显示装置的选择原则：1）显示内容较多时，采用一个言语显示装置即可。2）更适于指导检修和故障处理工作，引导操作者操作。3）适用于追踪操作中。4）在非职业性的领域中，言语显示装置更符合人们习惯。(三)听觉显示装置的选择原则言语显示装置的选择原则：30第三节控制器设计控制器是人用以将信息传递给机器，或运用人的力量来开动机器，使之执行控制功能，实现调整、改变机器运行状态的装置。

第三节控制器设计控制器是人用以将信息传递给31一、控制器的分类按操纵控制器的身体部位的不同手动控制器脚动控制器一、控制器的分类按操纵控制器的身体部位的不同32按功能可分为开关类转换类调节类紧急开关类按功能可分为33按控制器运动类别分为：旋转控制器摆动控制器按压控制器滑动控制器牵拉控制器常用控制器的特征如表14-10所示。曲柄手轮旋塞旋钮钥匙开关杆调节杆杠杆电键拨动开关摆动开关脚踏板按钮按键键盘手闸指拨滑块（形状传递）指拨滑块（摩擦传递）拉环拉手拉圈拉钮按控制器运动类别分为：曲柄手轮旋塞旋钮钥匙开关杆调节杆杠杆电34二、控制器的设计要求

（一）控制器的编码

1.形状编码2.位置编码3.大小编码4.颜色编码5.标记编码6.操作方法编码二、控制器的设计要求（一）控制器的编码351、形状编码

通过不同的形状和表纹，便于操作者辨认。形状要与功能有逻辑关系，如图14-13不用视觉14-14，凭触觉准确分辨戴手套情况下14-15，凭触觉准确分辨1、形状编码362、位置编码通过位置安排来识别控制器（视觉/盲视定位）按功能组合排列控制、显示器具有相对应的位置同种类型在相同位置，各区之间用位置、形状、颜色、标记区分重要控制器放在最佳控制范围内2、位置编码373、大小编码

通过尺寸大小来识别控制器。凭触觉识别能力低，故与形状组合使用4、颜色编码

不宜超过10种颜色，与形状、位置、大小组合使用。5、标记编码

通过标注图文符号或文字来识别控制器6、操作方法编码

不同操作方法产生的运动视觉差异来识别。很少单独使用3、大小编码38(二)控制器的外形结构设计大小：与使用目的和方法密切相关。图14-16是手操纵控制器方式形状：便于使用，有利于对控制器的施力。对于手动控制器，其形状设计应考虑手的生理特点，如图14-17所示。形状的设计，应使在使用过程中，手腕尽量保持挺直状态，避免弯曲。指尖按压面—凹形（按键的表面最佳形状？）手掌按压面—凸形(二)控制器的外形结构设计大小：与使用目的和方法密切相关。39(三)设计适当的控制器的阻力：提高准确、平稳性、速度提供反馈信息，判断是否执行防止偶发启动(三)设计适当的控制器的阻力：40阻力类型特性使用举例摩擦力运动开始时阻力最大，此后显著降低，可用以减少控制器的偶发启动。但控制准确度低，不能提供控制反馈信息开关、闸刀等弹性阻力阻力与控制器位移距离成正比，可作为有用的反馈源。控制准确度高，放手时，控制器可自动返回零位，特别适用于瞬时触发或紧急停车等操作，可用以减少控制器的偶发启动键盘等粘滞阻力阻力与控制运动的速度成正比。控制准确度高、运动速度均匀，能帮助稳定的控制，防止控制器的偶发启动活塞等惯性阻力与控制运动的加速度成正比例，能帮助稳定的控制，防止控制器的偶发启动。但惯性可阻止控制运动的速度和方向的快速变化，易引起控制器调节过度，也易引起操作者疲劳调节旋钮等表14-11控制器的阻力特性

阻力类型特性使用举例摩擦力41表14-12控制器的最小操作阻力

控制器类型最小阻力/N手动按钮2．8脚动按钮5.6（脚停留在控制器上）17.8（脚不停留在控制器上）扳动开关2.8旋转选择开关3.3旋钮0～1.7曲柄9～22手轮22手柄9脚踏板417.8（脚不停留在控制在控制器上）4.5（脚停留在控制器上）表14-12控制器的最小操作阻力控制器类型最小阻力42(四)避免控制器的偶发启动（1）安装在陷入控制板的凹槽内；（2）加保护罩；（3）安装在不易被碰撞的位置；（4）运动方向向着最不可能发生意外用力的方向；（5）操作者必须连续做两种操作运动，才能使控制器被启动，而后一种操作运动与前一种操作运动的方向不同，以此将控制器锁定在位置上；（6）一组控制器必须按正确的顺序操作时才能被启动，使控制器彼此之间具有连锁作用。如配电柜上的油开关和刀闸开关的操作顺序连锁；（7）适当增大控制器的操作阻力。(四)避免控制器的偶发启动（1）安装在陷入控制板的凹槽内；43三、主要控制器的设计

控制器的设计要充分满足操作者在产品使用过程中能安全、准确、迅速、舒适地操作。因而设计时应充分考虑操作者的体形、生理、心理特征以及人的能力限度，使控制器的形状、大小等符合人因工程的要求。三、主要控制器的设计控制器的设计要充分满足操44(一)手动控制器的设计旋钮，如图14-18按钮，如图14-19外表面形状：圆柱、方、椭圆、其他用途：代码钮、功能钮、间隔钮接触情况：接触式、非接触式扳动开关，如图14-20控制杆，如图14-21(一)手动控制器的设计旋钮，如图14-1845(二)脚动控制器的设计脚踏板，如图14-22、14-23、14-24

脚踏钮，如图14-25

(二)脚动控制器的设计脚踏板，如图14-22、14-23、46第四节控制—显示组合设计对于显示器和控制器的设计，不仅应使各自的性能最优，而且应使它们彼此之间的配合最优。这种控制器与显示装置之间的配合称为控制—显示相合性。控制器与显示器相合性好，可减少信息加工和操作的复杂性；缩短人的反应时间，提高人的操作速度，尤其是在紧急情况下，要求操作者非常迅速地进行操作时可减少人为差错，避免事故的发生。第四节控制—显示组合设计对于显示器和控制47一、控制—显示比控制器与显示器位移大小的比例关系，即是指控制器的位移量与之相对应的显示器位移量之比(C/D)，可用来表示系统的灵敏度，如图14-26所示控制—显示系统具有精调和粗调两种功能。C/D比的选择应考虑精调和粗调的时间，最佳的C/D比则是两种调节时间曲线相交处。这样可以使总的调节时间降到最低，如图14-27所示。一、控制—显示比控制器与显示器位移大小的比例关系，即是指控制48二、控制—显示的空间相合性

空间相合性：在空间位置关系上的配合一致性空间相合性直接影响系统的效率。恰帕尼斯(Chapanis)等人于1959年曾用煤气炉的四个灶眼作为显示器，煤气开关作为控制器，研究了控制器与显示器的空间相合性。共试验了四种不同的位置配置关系，如图14-28所示。

二、控制—显示的空间相合性空间相合性：在空间位置关系上的配49三、控制—显示的运动相合性运动相合性：在运动方向上的一致性控制器的运动方向与显示器或执行系统的运动方向在逻辑上一致，符合人的习惯定势，即控制—显示的运动相合性好，对于提高操作质量、减轻人的疲劳，尤其是对于防止人紧急情况下的误操作，具有重要的意义。图14-29是控制器与显示器运动相合性的示例。

三、控制—显示的运动相合性运动相合性：在运动方向上的一致性50第五节累积损伤疾病与工具的设计一、累积损伤疾病及其原因1.受力2.重复3.姿势4.休息第五节累积损伤疾病与工具的设计一、累积损伤疾病及其原因51二、与手有关的累积损伤疾病

人手是由骨、动脉、神经、韧带和肌腱等组成的复杂结构，如图14-30所示。手部的动作状态见图14-31。当使用设计不当的手握式工具时，会导致多种累积损伤疾病，如腱鞘炎、腕道综合症、腱炎、滑囊炎、滑膜炎、痛性腱鞘炎、狭窄性腱鞘炎和网球肘等。二、与手有关的累积损伤疾病人手是由骨、动脉、神经、韧带和肌52三、手握式工具设计原则避免静肌负荷，如图14-32所示保持手腕伸直，如图14-33所示使组织压迫最小，如图14-34所示减小手指的重复活动，如图13-35所示三、手握式工具设计原则避免静肌负荷，如图14-32所示53复习思考题1．什么是人机界面？人机界面设计的内容与依据是什么？2．显示器有哪几种形式？并简述各自的应用特点。3．在设计言语显示装置时应注意哪些问题?4．控制器为何要进行编码？简述常用编码方式的优缺点。5．简述控制器偶发启动的原因与防范措施。6．什么是控制—显示的相合性？它有何重要意义？7．什么是控制—显示(C/D)比？设计时应如何选择C/D比？8．什么是累积损伤疾病？常见的累积损伤疾病有哪些？并与哪些因素有关？9．与手有关的累积损伤疾病有哪些？10．简述手握式工具设计的原则。复习思考题1．什么是人机界面？人机界面设计的内容与依据是什么54图14-3返回图14-3返回55图14-4返回图14-4返回56图14-5

好不好好不好返回图14-5好不57图14-7返回图14-7返回58图14-8返回图14-8返回59图14-9返回图14-9返回60图14-10返回图14-10返回61图14-11返回图14-11返回62图14-12返回曲柄手轮旋塞旋钮钥匙开关杆调节杆杠杆电键拨动式开关摆动式开关脚踏板钢丝脱扣器按钮按键键盘手闸指拨滑块（形状传递）指拨滑块（摩擦传递）拉环拉手拉圈拉钮图14-12返回曲柄手轮旋塞旋钮钥匙开关杆调节杆杠杆电键拨动63图14-13返回a)b)c)d)e)f)g)h)i)图14-13返回a)64图14-14a)多倍旋转旋钮b)圆形、多边形旋钮c)部分旋转旋钮d)定位指示旋钮返回图14-1465图14-15A、360度以上连续或频繁转动，钮偏转角度位置不具有重要信息意义B、调节范围不超过或极少超过360度钮偏转角度位置可提供重要信息C、调节范围不超过360钮偏转角度位置可提供重要信息如：指示刻度或状态返回图14-15A、360度以上连续或频繁转动，B、调节范围不超66图14-16a)手指接触b)手接触c)双指捏住d)三指捏住e)手抓住f)手握住返回图14-16a)手指接触