人機(jī)界面設(shè)計(jì)之人機(jī)工程

1、人機(jī)界面設(shè)計(jì)human-machine interface design第三章 人機(jī)工程學(xué)3.1引言3.2人機(jī)工程學(xué)與人機(jī)界面3.3 顯示界面設(shè)計(jì)3.4 控制界面設(shè)計(jì)3.5 顯控協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)3.6 集中控制中的顯控界面設(shè)計(jì)3.7 人機(jī)系統(tǒng)及其界面設(shè)計(jì)3.8 視覺(jué)顯示終端作業(yè)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.9 數(shù)字化人機(jī)工程第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)與認(rèn)知心理學(xué)相比，人機(jī)工程學(xué)（ergonomics）更多地從人本身和系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究人機(jī)關(guān)系。 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì) 人機(jī)工程學(xué)的名稱(chēng) human engineering， human factors engineering，human facto

2、rs，ergonomics，人間工學(xué)，工效學(xué) 人機(jī)工程學(xué)所下的定義 人機(jī)工程學(xué)是研究人與機(jī)相互關(guān)系的合理方案，對(duì)人的信息接受、操縱控制、人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其布置等進(jìn)行有效的研究，其目的在于獲得最高效率，使操作者操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確，作業(yè)時(shí)感到安全和舒適。3.1 引言第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì) 經(jīng)驗(yàn)人機(jī)工程學(xué) 美國(guó)tailor首創(chuàng)的管理方法（鐵鍬實(shí)驗(yàn)）；心理學(xué)家 科學(xué)人機(jī)工程學(xué) 二戰(zhàn)（工程知識(shí)、生理學(xué)、心理學(xué)、人體測(cè)量學(xué)、生物力學(xué)等） 現(xiàn)代人機(jī)工程學(xué) 控制論、信息論、系統(tǒng)論（三論）；著眼于機(jī)械設(shè)計(jì)與人的關(guān)系；與實(shí)際相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)性；多學(xué)科人員協(xié)同等。第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)的發(fā)展人

3、機(jī)工程學(xué)和相關(guān)學(xué)科之間的關(guān)系第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)管理科學(xué)動(dòng)作研究時(shí)間研究社會(huì)學(xué)安全工程人的可靠性勞動(dòng)科學(xué)心理學(xué)實(shí)驗(yàn)心理學(xué)應(yīng)用心理學(xué)工業(yè)心理學(xué)生理學(xué)環(huán)境衛(wèi)生勞動(dòng)醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)人體測(cè)量人體解剖生物學(xué)生物力學(xué)系統(tǒng)工程圖3.1 人機(jī)工程學(xué)和相關(guān)學(xué)科的關(guān)系第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)著重研究以下問(wèn)題：（1）研究人的基本生理特征；（2）研究人與機(jī)之間的分工與配合；（3）研究機(jī)具如何能更適合于人的操作和使用，以提高人的工作效率，減輕人的疲勞和勞動(dòng)強(qiáng)度；（4）研究人機(jī)系統(tǒng)的工作環(huán)境對(duì)操作者的影響，目標(biāo)是要使工作環(huán)境安全、舒適；（5）研究人機(jī)之間的界面，信息傳遞以及控制器和顯示器的設(shè)計(jì)

4、；（6）總的任務(wù)是在人-機(jī)-環(huán)境之間實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配合。 為人機(jī)界面設(shè)計(jì)中考慮“人的因素”提供人體尺度參數(shù) 為人機(jī)界面設(shè)計(jì)中“機(jī)”的功能合理性提供科學(xué)依據(jù) 為人機(jī)界面設(shè)計(jì)中考慮“環(huán)境因素”提供設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 為進(jìn)行人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)3.2人機(jī)工程與人機(jī)界面人機(jī)工程與人機(jī)界面 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)系統(tǒng)用戶(hù)應(yīng)該始終知道下一步該做什么 所有類(lèi)型的信息、說(shuō)明、消息等都在同一個(gè)總的顯示區(qū)域內(nèi)顯示。 簡(jiǎn)化復(fù)雜的功能，減少輸入命令而采用功能鍵。 缺省值和需要用戶(hù)輸入的值要說(shuō)明清楚。 告訴用戶(hù)可能的錯(cuò)誤操作，設(shè)置中間或者最終提醒過(guò)程。 人機(jī)工程學(xué)原理在計(jì)算機(jī)人機(jī)界面中無(wú)處不在 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界

5、面設(shè)計(jì) 顯示性能 3.3 顯示界面設(shè)計(jì)顯示界面設(shè)計(jì) 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.3.1 數(shù)量型顯示界面指針移動(dòng)式顯示界面 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)表3.2 刻度盤(pán)的最小直徑與標(biāo)記數(shù)量和視距的關(guān)系 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)刻度單位：試驗(yàn)a）正常照明 b）低照明 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.3.2 性狀型顯示界面性狀型顯示界面設(shè)計(jì) 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.3.3 警報(bào)與信號(hào)顯示界面（1）何時(shí)發(fā)出警報(bào)？（2）多少個(gè)警報(bào)？（一般只采用一個(gè)）（3）閃動(dòng)或靜止？（閃光報(bào)警只用于危險(xiǎn)情況）（4）警報(bào)位置？（操作者30視野內(nèi)）（5）顏色？（一般采用紅色） 第三章 人機(jī)工程學(xué)人

6、機(jī)界面設(shè)計(jì)3.3.4 再現(xiàn)型顯示界面地平線固定 地平線轉(zhuǎn)動(dòng) 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.3.6 符號(hào)設(shè)計(jì)1. 符號(hào)設(shè)計(jì)原則（1）圖形背景：符號(hào)設(shè)計(jì)應(yīng)保證圖形與背景的穩(wěn)定與清晰。（2）圖形輪廓：圖形輪廓應(yīng)采用粗實(shí)且對(duì)比明顯的輪廓。由幾個(gè)圖形元素組合成的符號(hào)，應(yīng)按一定次序強(qiáng)調(diào)重要的圖形元素：表示運(yùn)動(dòng)方向的圖形元素采用實(shí)體圖形，表示運(yùn)動(dòng)的元素采用輪廓線。（3）圖形的簡(jiǎn)化：符號(hào)應(yīng)采用簡(jiǎn)化抽象形式表現(xiàn)對(duì)象。（4）圖形的封閉性：符號(hào)應(yīng)是自身封閉的圖形。（5）圖形的整體性：構(gòu)成單個(gè)符號(hào)的各個(gè)圖形元素應(yīng)相互聯(lián)系，形成協(xié)調(diào)統(tǒng)一的整體。3.3.7 指針設(shè)計(jì)（1）指針的形狀要簡(jiǎn)潔、明快、有明顯的指示性形狀。（

7、2）一般來(lái)說(shuō)，針尖的寬度應(yīng)與刻度標(biāo)記的寬度相同。如果大、中、小三級(jí)刻度標(biāo)記的寬度不相等時(shí)，針尖應(yīng)與小刻度標(biāo)記的寬度相等。尤其是，針尖寬度不得小于小刻度標(biāo)記的寬度。（3）針尖與儀表刻度面間必須有一定的間隙，這個(gè)間隙要盡量小，以減少不垂直觀察時(shí)所形成的投影誤差。（4）對(duì)于指針不應(yīng)該遮擋刻度標(biāo)記的表盤(pán)界面，針尖應(yīng)離開(kāi)刻度標(biāo)記2mm左右；對(duì)于覆蓋刻度標(biāo)記的窄條形指針，其長(zhǎng)度不應(yīng)該超過(guò)大刻度標(biāo)記。第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.4 控制界面設(shè)計(jì)3.4.1 編碼設(shè)計(jì)（形狀編碼 、材料編碼 、位置編碼 、色彩編碼 、標(biāo)注編碼 ）第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.4.2 控制的

8、基本特性1、控制的cr比值與操縱第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3、誤操作第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.5 顯控協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.5 運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性設(shè)計(jì)第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.8 習(xí)慣模式第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.6 集中控制中的顯控界面設(shè)計(jì)第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)1. 重要性原則把最重要的控制與顯示布局在操作者視野和控制區(qū)的最佳位置上。如警報(bào)信號(hào)燈和緊急剎車(chē)按鈕應(yīng)布局在操作者的最佳視野和最佳控制區(qū)。2. 操作頻率原則操作越頻繁的顯示和控制應(yīng)布局在操作者的最佳視野和最佳控制區(qū)。3. 功能分組原則將功能相關(guān)的顯示與控制構(gòu)成若干“功能組”，然后分區(qū)布

9、局。例如，溫度指示器與溫度調(diào)節(jié)器可分成一個(gè)組，布置在一個(gè)區(qū)域內(nèi)。4. 操作次序原則如果顯示和控制在操作程序上有次序，則可以順其次序進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。集中顯示與控制的布局原則第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.7 人機(jī)系統(tǒng)及其界面設(shè)計(jì)3.7.l 人機(jī)系統(tǒng)的組成和人機(jī)系統(tǒng)基本框架人機(jī)界面機(jī)子系統(tǒng)人子系統(tǒng)環(huán)境圖3.2 人機(jī)系統(tǒng)及其環(huán)境第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.7.2人與機(jī)的功能比較及分析第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)在解決系統(tǒng)中人的問(wèn)題上，主要有兩條途徑： 使機(jī)器、環(huán)境適合于人； 通過(guò)最佳訓(xùn)練方法，使人適應(yīng)于機(jī)器和環(huán)境。第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì) 在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，總是盡可能讓機(jī)去

10、更多地取代人的工作強(qiáng)度一般以下工作可由機(jī)來(lái)完成： （1）枯燥、單調(diào)、笨重的作業(yè)； （2）危險(xiǎn)性大的作業(yè)或會(huì)影響人體健康的作業(yè)； （3）高階運(yùn)算，快速操作； （4）可靠性、高精度的和程序固定的作業(yè)。而以下工作則由人來(lái)完成： （1）程序設(shè)計(jì)； （2）意外事件處理 （3）變化頻繁的作業(yè)； （4）探索性工作或需要作出決策的工作。人、機(jī)之間進(jìn)行合理的分工第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.7.3 人機(jī)界面人機(jī)界面是人機(jī)之間傳送信息的媒介，它主要包括三部分： 機(jī)上顯示器與人的信息通道的界面； 機(jī)上操作器與人的運(yùn)動(dòng)器官的界面； 人機(jī)系統(tǒng)與環(huán)境之間的界面。第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面的研究重點(diǎn)是： 使

11、顯示器能提供易于為人識(shí)別、理解的信息，該信息能反映機(jī)內(nèi)工作狀態(tài)，而且又對(duì)人安全、可靠、無(wú)害； 使操作器能易于由人控制、操作，所提供的操作或信息要易于為機(jī)所識(shí)別，且靈敏、可靠； 正確設(shè)計(jì)顯示器和操作器的布局，有利于人的操作和使用。 當(dāng)然人機(jī)界面除上述硬件設(shè)備外，還應(yīng)該包括操作規(guī)程、維護(hù)手冊(cè)等軟件。第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.74人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)該能滿(mǎn)足以下要求。 能達(dá)到預(yù)定的目的，完成預(yù)定的任務(wù)； 人和機(jī)都能發(fā)揮各自的作用并協(xié)調(diào)一致地工作； 系統(tǒng)提供接受輸入和完成輸出的功能，并具備調(diào)節(jié)功能； 系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮環(huán)境因素影響，例如廠房結(jié)構(gòu)、工作場(chǎng)地布局照明、溫度、濕度、噪聲等； 人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)

12、充分適應(yīng)人的特性，讓人能容易學(xué)習(xí)、操作、使用系統(tǒng)、充分發(fā)揮系統(tǒng)效能。 人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.7.5 人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問(wèn)題（1）為了滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)必須提供什么輸入和輸出？ （2）為產(chǎn)生系統(tǒng)輸出需要什么操作？在郵遞系統(tǒng)中需要的操作是分類(lèi)郵件和傳送郵件。（3）人機(jī)之間的功能分工；（4）人要完成操作需要什么樣的訓(xùn)練和技能？構(gòu)成的人機(jī)系統(tǒng)提供那些材料幫助人接受訓(xùn)練和獲得技能；第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì) （5）需要系統(tǒng)完成的任務(wù)能否與人的能力相容？要避免人在過(guò)負(fù)荷或欠負(fù)荷狀態(tài)下的操作； （6）人要完成作業(yè)需要什么樣的設(shè)備接口？這是考慮人的因素的最重要問(wèn)題。需要有最佳的

13、顯示設(shè)備和操作設(shè)備，以及操作規(guī)程和信息診斷能力； （7）人機(jī)子系統(tǒng)工作能否協(xié)調(diào)？是相互幫助還是相互妨礙？例如人一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)操作比人快得多，因此要求機(jī)子系統(tǒng)要等待人做出決定和完成操作。第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.7.6 人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟（1）需求分析階段：（2）系統(tǒng)分析規(guī)劃階段：（3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段：（4）測(cè)試階段：（5）人機(jī)系統(tǒng)生產(chǎn)制造及提交使用。第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.8視覺(jué)顯示終端作業(yè)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.9 數(shù)字化人機(jī)工程人機(jī)工程咨詢(xún)系統(tǒng)：人機(jī)工程仿真系統(tǒng)：人機(jī)工程評(píng)價(jià)系統(tǒng)：第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)vitus - 3d 人體掃描儀

14、：vitus smart使用光線條紋掃描方法，8個(gè)三角形的探頭能夠在10秒內(nèi)掃描到1 m x 1 m 和2.1 m高的區(qū)域，而辨率可以達(dá)到0.5mm 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)cyberware全身3d掃描儀 ：它最初是由斯坦福大學(xué)marc levoy研制的。cyberware 數(shù)字化儀由平臺(tái)（載體）、傳感器（光學(xué)系統(tǒng)）、計(jì)算 機(jī) 工 作 站 、 cyberware標(biāo)準(zhǔn)接口（scsi）及cysurf處理軟件構(gòu)成。平臺(tái)一般有3個(gè)自由度（x、y、z），伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，典型的分辨率為0.5mm。 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)cyberware全身3d掃描儀 ：ncyberware軟件包包括了各種

15、軟件，如cysurf surfacing software（將采集的圖像生成nurbs曲面）；decimate polygon reduction software（刪除非基本頂點(diǎn)，將多邊形網(wǎng)格減少98%，所有cyberware數(shù)字化測(cè)量?jī)x都配有該軟件），echo digitizing software及cyscan nt（分別是sgi工作站和基于windowsnt pc機(jī)上用于控制掃描平臺(tái)運(yùn)動(dòng)和確定三維范圍及數(shù)據(jù)處理的軟件）。 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)人體數(shù)據(jù)應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、醫(yī)學(xué)、法醫(yī)、教育、體育、建筑、美術(shù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用：人體測(cè)量數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于機(jī)器、家具、武器、車(chē)輛和飛機(jī)座艙、

16、船舶、房屋、課桌等的設(shè)計(jì)，并形成了一門(mén)應(yīng)用學(xué)科人類(lèi)功效學(xué)或人體工程學(xué)。為標(biāo)準(zhǔn)服裝人臺(tái)設(shè)計(jì)和服裝規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供依據(jù)，應(yīng)用于服裝立體裁剪、商品檢查或服裝展示等。 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)人體數(shù)據(jù)應(yīng)用英國(guó)open ergonomics公司開(kāi)發(fā)的peoplesize 2000 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)transom公司開(kāi)發(fā)的transom jack人機(jī)工程軟件包括人體數(shù)據(jù)錄入接口、人體數(shù)據(jù)咨詢(xún)系統(tǒng)、人機(jī)工程仿真系統(tǒng)、人機(jī)工程評(píng)價(jià)系統(tǒng)等。其中虛擬人體建立在生物力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、人體測(cè)量學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上，可以代替真實(shí)人體行走、搬運(yùn)、舉升、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、視覺(jué)范圍、調(diào)節(jié)姿勢(shì)等活動(dòng)，評(píng)價(jià)安全姿

17、勢(shì)、舉升與能量消耗、疲勞與體能恢復(fù)、靜態(tài)受力、人體關(guān)節(jié)移動(dòng)范圍等人機(jī)工程性能指標(biāo) 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)研究國(guó)內(nèi)臺(tái)灣長(zhǎng)庚大學(xué)和清華大學(xué)等已經(jīng)花了近5年時(shí)間，聯(lián)合進(jìn)行了非接觸式人體測(cè)量技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的研究，取得了一定的成果。 第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.9.1 計(jì)算機(jī)輔助辦公系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.9.2 計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)第三章 人機(jī)工程學(xué)數(shù)字化產(chǎn)品與人機(jī)界面設(shè)計(jì)第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)3.9.3 計(jì)算機(jī)輔助駕駛座椅設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)第三章 人機(jī)工程學(xué)人機(jī)界面設(shè)計(jì)head flexionupper arm flexion rightupper arm flexion leftelbom included rightelbom included lefttrunk thigh righttrunk thigh leftknee included rightknee included leftfoot calf included rightfoot calf included left0-