人机的信息界面设计

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1、 第十四章第十四章 人机界面设计人机界面设计 人机界面图片 人机界面图片人机界面图片第一节第一节 人机界面设计概述人机界面设计概述在人机系统中，存在着一个人与机相互作用的“面”，所有的人机信息交流都发生在这个面上，通常称为人机界面人机界面。向人表示机械运转状态的向人表示机械运转状态的仪表或器件叫仪表或器件叫显示器显示器人机界面三要素基本模型人机界面三要素基本模型供人操纵机械运转的装置供人操纵机械运转的装置或器件叫或器件叫控制器控制器第一节第一节 人机界面设计概述人机界面设计概述人机界面的研究内容人机界面的研究内容显示器设计控制器设计控制-显示器组合设计第二节第二节 显示器设计显示器设计显显示示

2、器器设设计计视觉显示器设计视觉显示器设计听觉显示器设计听觉显示器设计触觉显示器设计触觉显示器设计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

3、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一、仪表显示器一、仪表显示器（一）仪表显示器分类（一）仪表显示器分类分类分类例图例图特点特点备注备注应用应用数字式仪表数字式仪表直接用数码来显示有关的参数或工作状态认读过程简单、直观，认读速度快，精度高，且不易产生视觉疲劳适用于需要计数或读取数值的作业计算器、电子表、列车运行的时间显示屏幕刻度指针式刻度指针式仪表仪表用模拟量来显示机器的有关参数和状态。指针运动式 指针固定式显示的信息形象化、直观，使人对模拟值在全量程范围内所处的位置一目了然，并能给出偏差量，适用于监控系统作业效果汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表（二）刻度盘设计

4、（刻度指针式仪表）（二）刻度盘设计（刻度指针式仪表）1.刻度线的高度：n刻度线分为长刻度线、中刻度线和短刻度线（二）刻度盘设计（二）刻度盘设计1.刻度线的高度：n伍德森(W.E.Woodson)提出视距与刻度线高度之间的关系如下：（二）刻度盘设计（二）刻度盘设计n2.刻度线的宽度和间距：n伍德森给出了各刻度线宽度和间距的最小值分类分类刻度线宽度刻度线宽度刻度线间距刻度线间距长刻度线长刻度线中刻度线中刻度线短刻度线短刻度线最小值0.89mm0.76mm0.64mm1.143mm（二）刻度盘设计（二）刻度盘设计n当最大视距为L（mm）时，各刻度线的最小尺寸如下：u 长刻度线高度：L90mm u 中

5、刻度线高度：L125mm u 短刻度线高度：L200mm u 刻度线宽度：L5000mmu 短刻度线间距：L600mm u 长刻度线间距：L50mm（二）刻度盘设计（二）刻度盘设计3.刻度标数的原则指针运动式仪表通常直排 指针固定式仪表通常仪表标数辐射状分布最小刻度可不标数 最大刻度一定标数（二）刻度盘设计（二）刻度盘设计3.刻度标数的原则指针在刻度盘内，标数应在刻度外侧 指针在刻度盘外，标数应在刻度内侧开窗式的窗口应能显示被指示数字及前后相邻的数字4.刻度标数进级方法和递增方向u进级方法可参考美国海军的研究结果，如表：（二）刻度盘设计（二）刻度盘设计（二）刻度盘设计（二）刻度盘设计n数字递增

6、方向原则：n顺时针方向为增加n从左至右方向为增加n从下向上方向为增加（二）刻度盘设计（二）刻度盘设计5.字符的形状和大小u汉字推荐采用宋体或黑体u字符的大小根据视距确定（二）刻度盘设计（二）刻度盘设计6.刻度直径（D）：视距，刻度数（I）n莫雷尔推荐圆形仪表的最佳直径如图：（三）仪表的指针n指针是指针式仪表的重要组成部分n设计原则n形状简洁、明快、不加修饰，n具有明显的指示性形状n一般头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形（三）仪表的指针（三）仪表的指针n指针与刻度线间距：1-2mm 最佳n指针针尖宽度：n可与短刻度线等宽n贴近刻度盘面，以减少读值时的误差（四）仪表面板设计n设计原则1）按仪表的

7、重要程度排列仪表放置仪表放置视野范围视野范围常用的主要仪表视野中心3内一般性仪表20 30内次要仪表40 60内不放置仪表80以外（四）仪表面板设计n设计原则2）按使用顺序排列n显示仪表的排列顺序应与仪表在操作过程中的适用顺序一致n注意仪表之间在逻辑上的联系，彼此有联系的仪表尽量靠近（四）仪表面板设计n设计原则3）按功能进行组合排列n仪表和相应的操纵器按功能用途分组n传递同一参数信息与完成同一功能作用的仪表分组排列（四）仪表面板设计n设计原则4）按最佳零点方位排列n多个仪表排列，同向9点位置最优n横向排成两排时，零点方位可采用相对方向n如果需要排成竖列，以同向12点位置最优（四）仪表面板设计n

8、设计原则5）按视觉特性排列n人眼的水平运动比垂直运动速度快而幅度宽n人眼的视觉习惯n左 右 上 下 顺时针方向 n人眼观察的效率：1234（五）仪表的颜色主要包括盘面、刻度标记和数码、字符以及指针的颜色匹配问题顺顺序序1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010底色底色黑黑黄黄黑黑紫紫紫紫蓝蓝绿绿白白黑黑黄黄被被衬衬色色黄黄黑黑白白黄黄白白白白白白黑黑绿绿蓝蓝表表14-5 清晰的配色清晰的配色（五）仪表的颜色顺顺序序1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010底色底色黄黄白白红红红红黑黑紫紫灰灰红红绿绿黑黑被被衬衬色色白白黄黄绿绿蓝蓝紫紫黑黑绿绿紫紫红红蓝蓝

9、表表14-6 模糊的配色模糊的配色二、信号灯显示设计二、信号灯显示设计信号灯显示的作用发出指示性信息显示系统工作状态二、信号灯显示设计信号灯的形状和颜色形状简单明显与所代表含义有逻辑上联系方向禁止二、信号灯显示设计n信号灯的颜色禁止、停止、危险、立即处理注意、警告正常、安全、允许运行指令、必须遵守的规定二、信号灯显示设计信号灯的亮度和环境亮度高于背景亮度两倍，背景应灰暗无光同时信号灯亮度不能过大，避免眩光闪光信号灯的闪光频率 0.671.67HZ三、荧光屏显示设计荧光屏显示特点能同时显示多种信息，如文字、图形、表格、符号等；适合显示动态信息，显示形象化、格式灵活三、荧光屏显示设计n荧光屏的显示

10、效率目标的参数目标的参数荧光屏显示效率荧光屏显示效率亮度目标亮度越高，显示效率越高，但容易眩光，34.3cd/m2呈现时间0.01-10s 视认度增加运动速度运动速度越大，越难辨认旋转速度80/s大小见表形状三角形-圆形-梯形-方形-长方形-椭圆形-十字线颜色多选用绿色，红色容易引发疲劳，蓝色视觉辨别效率差四、标志符号的设计四、标志符号的设计标志符号设计的知觉因素 a）形与基分明四、标志符号的设计标志符号设计的知觉因素b）边界明显：u一般最好采用实心粗线表示边界u动态标志用实心体符号表示u运动或者活动部件采用轮廓线表示四、标志符号的设计n标志符号设计的知觉因素nC）封闭nd）简单明了ne）完整

11、四、标志符号的设计评价标志符号的方法1）直选评选法：被试在多种备选方案中选择一种。2）主观评价法：被试对不同的方案作出评价。3）反应时测定法：被试对不同的方案反应时间的长短，该方法可能只反映方案的清晰度，而没有反映标志与含义的联系程度，配合其他方法使用。4）混淆评价法：在被试了解多种标志含义的基础上，在限定时间内考察对每种标志的认知。五、听觉显示设计五、听觉显示设计n 利用示警信号（声音）来传达信息。p 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。p 应用：蜂鸣器、铃、角笛和汽笛、警报器(一一)音响及报警装置音响及报警装置n蜂鸣器蜂鸣器 n铃铃n角笛和汽笛角笛和汽笛 n警报器

12、警报器(二二)言语显示装置言语显示装置n 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。p特点：可以更为细致、明确地指导操作者的各种操作行为p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。(二二)言语显示装置言语显示装置p设计注意事项：设计注意事项：1.噪声对言语传示的影响 2.语言的强度 3.语言清晰度(三三)听觉显示装置的选择原则听觉显示装置的选择原则n音响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

13、。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。(三三)听觉显示装置的选择原则听觉显示装置的选择原则n言语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。第三节第三节 控制器设计控制器设计 定义：定义：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、控制器的分类一、控制器的分类n按操纵控制器的身体

14、部位不同：n手动控制器n脚动控制器n按功能可分为：n开关类n转换类n调节类n紧急开关类n按控制器运动类别的不同：n旋转控制器n摆动控制器n按压控制器n滑动控制器和牵拉控制器第三节第三节 控制器设计控制器设计一、控制器的分类一、控制器的分类n各类控制器的形状第三节第三节 控制器设计控制器设计二、控制器的设计要求二、控制器的设计要求 n控制器的编码控制器的编码：p形状编码p位置编码p大小编码p颜色编码p标记编码p操作方法编码 第三节第三节 控制器设计控制器设计(二)控制器的外形结构n手操纵控制器的六种方式手操纵控制器的六种方式 返回第三节第三节 控制器设计控制器设计(二)控制器的外形结构n手动控制

15、器形状设计应考虑手的生理特点手动控制器形状设计应考虑手的生理特点第三节第三节 控制器设计控制器设计(三)控制器的阻力控制器的阻力阻力阻力类类型型特特 性性使使 用用 举举 例例摩摩 擦擦 力力 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、闸刀等弹弹性阻力性阻力 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

16、惯惯 性性 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控制器的阻力特性：控制器的阻力特性：第三节第三节 控制器设计控制器设计表表 控制器的最小操作阻力控制器的最小操作阻力 控制器控制器类类型型最小阻力最小阻力/N/N手手动动按按钮钮28脚脚动动按按钮钮5.6（脚停留在控制器上）17.8（脚不停留在控制器上）扳扳动动开关开关2.8旋旋转选择转选择开关开关3.3旋旋 钮钮01.7曲曲 柄柄922手手 轮轮 22手手 柄柄9脚脚 踏踏 板板417.8（脚不停留在控制在控制器上）

17、4.5（脚停留在控制器上）第三节第三节 控制器设计控制器设计(四四)控制器的偶发启动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，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。第三节第三节 控制器设计控制器设计三、主要控制器

18、的设计三、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。等符合人因工程的要求。第三节第三节 控制器设计控制器设计(一一)手动控制器的设计手动控制器的设计n旋钮第三节第三节 控制器设计控制器设计(一一)手动控制器的设计手动控制器的设计n按钮按钮第三节第三节 控制器设计控制器设计(一一

19、)手动控制器的设计手动控制器的设计n扳动开关第三节第三节 控制器设计控制器设计(一一)手动控制器的设计手动控制器的设计n控制杆第三节第三节 控制器设计控制器设计(二)脚动控制器的设计n脚踏板第三节第三节 控制器设计控制器设计(二)脚动控制器的设计n脚踏板第三节第三节 控制器设计控制器设计(二)脚动控制器的设计n脚踏板第三节第三节 控制器设计控制器设计(二)脚动控制器的设计n脚踏钮第三节第三节 控制器设计控制器设计第四节第四节 控制控制显示组合设计显示组合设计n组合设计的好处：组合设计的好处：n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；n缩短人的反应时间，提高人的操作速度，尤其是在紧

20、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、控制一、控制显示比显示比n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第四节第四节 控制控制显示组合设计显示组合设计一、控制一、控制显示比显示比n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第四节第四节 控制控制显示组合设计显示组合设计二、控制、控制显示的空间相合性显示的空间相合性 n控制器与显示器空间位置的合适与否直接影响

21、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。系统的效率。n恰帕尼斯恰帕尼斯(Chapanis)等人于等人于1959年曾用煤气年曾用煤气炉的四个灶眼作为显示器，煤气开关作为控制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。器，研究了控制器与显示器的空间相合性。第四节第四节 控制控制显示组合设计显示组合设计第四节第四节 控制控制显示组合设计显示组合设计三、控制三、控制显示的运动相合性显示的运动相合性n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

22、的误操作，具有重要的意义。第四节第四节 控制控制显示组合设计显示组合设计第五节第五节 累积损伤疾病与工具的设计累积损伤疾病与工具的设计一、累积损伤疾病及其原因一、累积损伤疾病及其原因 原因：原因：1.受力受力 2.重复重复 3.姿势姿势 4.休息休息二、与手有关的累积损伤疾病二、与手有关的累积损伤疾病 n人手是由骨、动脉、神经、韧带和肌腱等组成人手是由骨、动脉、神经、韧带和肌腱等组成的复杂结构的复杂结构第五节第五节 累积损伤疾病与工具的设计累积损伤疾病与工具的设计二、与手有关的累积损伤疾病二、与手有关的累积损伤疾病 n手部的动作状态手部的动作状态第五节第五节 累积损伤疾病与工具的设计累积损伤疾

23、病与工具的设计三、手握式工具设计原则三、手握式工具设计原则n避免静肌负荷避免静肌负荷 a）直杆式电烙铁）直杆式电烙铁 b）弯把式电烙铁）弯把式电烙铁 第五节第五节 累积损伤疾病与工具的设计累积损伤疾病与工具的设计三、手握式工具设计原则三、手握式工具设计原则n保持手腕伸直保持手腕伸直第五节第五节 累积损伤疾病与工具的设计累积损伤疾病与工具的设计三、手握式工具设计原则三、手握式工具设计原则n使组织压迫最小使组织压迫最小 第五节第五节 累积损伤疾病与工具的设计累积损伤疾病与工具的设计三、手握式工具设计原则三、手握式工具设计原则n减小手指的重复活动减小手指的重复活动第五节第五节 累积损伤疾病与工具的设

24、计累积损伤疾病与工具的设计复习思考题复习思考题1什么是人机界面？人机界面设计的内容与依据是什么？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。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。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。简述控制器偶发启动的原因与防范措施。6什么是控制什么是控制显示的相合性？它有何重要意义？显示的相合性？它有何重要意义？7什么是控制什么是控制显示显示(C/D)比？设计时应如何选择比？设计时应如何选择C/D比？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？素有关？9与手有关的累积损伤疾病有哪些？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。简述手握式工具设计的原则。