人因工程《第14章 人机界面设计》

1、第十四章 人机界面设计,第一节 人机界面设计概述,人机界面三要素基本模型,第二节 显示器设计,显示器分为视觉显示、听觉显示和触觉显示等 ，三种显示方式传递的信息特征见表14-1。,表14-1 三种显示方式传递的信息特征,一、仪表显示器,(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，只要对单一数字或符号辨认识别就可以了。认读速度快，精度高，且不易产生视觉疲劳。 应用：计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕。 2.模拟式显示 用模拟量（刻度和指针）来显示机器的有关参数和状态。 特点：显示的信息形象化、直观，使人对模拟值在全量程范围内所处的

2、位置一目了然，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。,一、仪表显示器,(二)仪表的刻度盘 刻度线高度 刻度线分为长刻度线、中刻度线和短刻度线 ，如图14-2所示，其高度与视距的关系见表14-2,图14-2,(二)仪表的刻度盘,刻度线 最大视距为L(mm)时，各刻度线的最小尺寸可由下列各式求出： 长刻度线高度： L90mm 中刻度线高度： L125mm 短刻度线高度： L200mm 刻度线宽度： L5000mm 短刻度线间距： L600mm 长刻度线间距； L50mm,(二)仪表的刻度盘,刻度标数进级和递增方向 数字进级方法见表14-3 数字递增方向的一

3、般原则是：顺时针方向为增加；从左向右的方向为增加；从下向上的方向为增加。,(二)仪表的刻度盘,字符形状和大小 一般使用的字符高度可参考表14-4，也可根据下式求得： 式中：H为字符高度(cm)；L为视距(cm)。 字符的其他尺寸可根据高度H确定，见图14-3,(二)仪表的刻度盘,刻度直径 默雷尔推荐的圆形仪表最佳直径，如图14-4所示,(二)仪表的刻度盘,刻度标数 刻度标数优劣比较参见图14-5,(三) 仪表的指针,常用的指针形状如图所示,(四) 仪表的颜色,表14-5 清晰的配色,(四) 仪表的颜色,表14-6 模糊的配色,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

4、境,三、荧光屏显示设计,荧光屏的显示特征 特点：既能显示图形、符号、信号，又能显示文字；既能追 踪显 示，又能显示多媒体的图文动态画面。 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。 目标状态对显示的影响 1.亮度 2.呈现时间 3. 余辉 4.目标的运动速度 5.目标的形态 6.目标与背景的关系,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,四、标志符号设计,标志符号的要求 必须考虑使用目的和使用条件，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，应采用人

5、的知觉图形，以便于记忆，减少视认时间；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,标志符号的知觉因素 设计标志符号要符合人的知觉特点： 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,标志符号的应用 图14-9为汽车上使用的图形符号 图14-10为电子产品上使用的部分图形符号,四、标志符号设

6、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,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,(一) 音响及报警装置,蜂鸣器 铃 角笛和汽笛 警报器,(二) 言语显示装置,用语言在人与机器之间传递信息，使其具有一定的表达能力。 特点：可以更为细致、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、报话机和对话器及其它录音、放音的电声装置。其设计应注意以下几点：1. 语言清晰度 2. 语言的强度，见图14-11 3. 噪声对言

7、语传示的影响,(三) 听觉显示装置的选择原则,音响显示装置的选择原则 1）在有背景噪声的场合，音响显示装置的频率选择在噪声掩蔽效应最小的范围内。 2）使用断续的或音调有高低变化的声音信号，更能引起人的注意。最好组成视、听双重报警信号。 3）音响信号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,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。,第三节

8、控制器设计,人通过显示器获得信息之后，需要通过运动系统将大脑的分析决策结果传递给系统，从而使其按人预定的目标工作。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。,一、控制器的分类,按操纵控制器的身体部位的不同，控制器分为手动控制器和脚动控制器； 按功能可分为：开关类，转换类、调节类、紧急开关类； 按控制器运动类别的不同，控制器又可分为旋转控制器、摆动控制器、按压控制器、滑动控制器和牵拉控制器,如表14-9所示 各类控制器的形状如图14-12所示。常用控制器的特征如表14-10所示。,二、控制器的设计要求,控制器的编码 1.形状编码

9、，如图14-13、14-14、14-15 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) 控制器的外形结构,图14-16是手操纵控制器的六种方式 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。,(三) 控制器的阻力,表14-11 控制器的阻力特性,表14-12 控制器的最小操作阻力,(四) 控制器的偶发启动,防范措施： （1）将控制器安装在陷入控制板的凹槽内； （2）在控制器上加保护罩； （3）将控制器安装在不易被碰撞的位置； （4）使控制器的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，

10、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。,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。,(一) 手动控制器的设计,旋钮 ，如图14-18 按钮 ，如图14-19 扳动开关 ，如图14-20 控制杆 ，如图14-21,(二) 脚动控制器的设计,脚踏板

11、，如图14-22、14-23、14-24 脚踏钮，如图14-25,第四节 控制显示组合设计,通常显示器与控制器是联合使用的，因此，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。,一、控制显示比,控制显示比是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

12、 人机界面上的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。,二、控制显示的空间相合性,控制器与显示器空间位置的合适与否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。,三、控制显示的运动相合性,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

13、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。,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 原因： 1. 受力 2. 重复 3. 姿势 4. 休息,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。,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 ，

14、如图14-34所示 减小手指的重复活动 ，如图13-35所示,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。,图14-3,返回,图14-4,返回,图14-5,好 不 好 好 不 好,返回,图14-7,返回,图14-8,返回,图14-9,返回,图14-10,返回,图14-11,返回,图14-12,返回,图14-13,返回,a) b) c),d) e) f),g) h) i),图14-14,a) b),c) d),返回,图14-15,a,b,c,返回,图14-16,a) b),c) d),e) f),返回,图14-17,返