人機界面設(shè)計之人機工程

人機界面設(shè)計Human-MachineInterfaceDesign第三章人機工程學3.1引言3.2人機工程學與人機界面3.3顯示界面設(shè)計3.4控制界面設(shè)計3.5顯控協(xié)調(diào)性設(shè)計3.6集中控制中的顯控界面設(shè)計3.7人機系統(tǒng)及其界面設(shè)計3.8視覺顯示終端作業(yè)的人機界面設(shè)計3.9數(shù)字化人機工程第三章人機工程學人機界面設(shè)計與認知心理學相比，人機工程學（Ergonomics）更多地從人本身和系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究人機關(guān)系。第三章人機工程學人機界面設(shè)計◆人機工程學的名稱humanengineering，humanfactorsengineering，humanfactors，ergonomics，人間工學，工效學◆人機工程學所下的定義人機工程學是研究人與機相互關(guān)系的合理方案，對人的信息接受、操縱控制、人機系統(tǒng)的設(shè)計及其布置等進行有效的研究，其目的在于獲得最高效率，使操作者操作簡便、準確，作業(yè)時感到安全和舒適。3.1引言第三章人機工程學人機界面設(shè)計◆經(jīng)驗人機工程學美國Tailor首創(chuàng)的管理方法（鐵鍬實驗）；心理學家◆科學人機工程學二戰(zhàn)（工程知識、生理學、心理學、人體測量學、生物力學等）◆現(xiàn)代人機工程學控制論、信息論、系統(tǒng)論（三論）；著眼于機械設(shè)計與人的關(guān)系；與實際相結(jié)合，加強實驗性；多學科人員協(xié)同等。第三章人機工程學人機界面設(shè)計人機工程學的發(fā)展人機工程學和相關(guān)學科之間的關(guān)系第三章人機工程學人機界面設(shè)計第三章人機工程學人機界面設(shè)計人機工程學著重研究以下問題：（1）研究人的基本生理特征；（2）研究人與機之間的分工與配合；（3）研究機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強度；（4）研究人機系統(tǒng)的工作環(huán)境對操作者的影響，目標是要使工作環(huán)境安全、舒適；（5）研究人機之間的界面，信息傳遞以及控制器和顯示器的設(shè)計；（6）總的任務是在人-機-環(huán)境之間實現(xiàn)最優(yōu)配合。◆為人機界面設(shè)計中考慮“人的因素”提供人體尺度參數(shù)◆為人機界面設(shè)計中“機”的功能合理性提供科學依據(jù)◆為人機界面設(shè)計中考慮“環(huán)境因素”提供設(shè)計準則◆為進行人－機－環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計提供理論依據(jù)3.2人機工程與人機界面

第三章人機工程學人機界面設(shè)計◆系統(tǒng)用戶應該始終知道下一步該做什么◆所有類型的信息、說明、消息等都在同一個總的顯示區(qū)域內(nèi)顯示?！艉喕瘡碗s的功能，減少輸入命令而采用功能鍵?！羧笔≈岛托枰脩糨斎氲闹狄f明清楚?！舾嬖V用戶可能的錯誤操作，設(shè)置中間或者最終提醒過程。人機工程學原理在計算機人機界面中無處不在第三章人機工程學人機界面設(shè)計◆顯示性能3.3顯示界面設(shè)計

第三章人機工程學人機界面設(shè)計3.3.1數(shù)量型顯示界面指針移動式顯示界面第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計刻度標記的數(shù)量在兩種視距下的刻度盤的最小直徑／mm500mm900mm38507010015020030025.425.425.436.454.472.8109.025.432.545.564.398.0129.6196.0表3.2刻度盤的最最小直徑與與標記數(shù)量量和視距的的關(guān)系第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計◆刻度單位：：試驗a）正常照明明b）低照明第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計3.3.2性狀型顯示示界面性狀型顯示示界面設(shè)計計第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計3.3.3警報與信號號顯示界面面（1）何時發(fā)出出警報？（2）多少個警警報？（一一般只采用用一個）（3）閃動或靜靜止？（閃閃光報警只只用于危險險情況）（4）警報位置置？（操作作者30°視野內(nèi)）（5）顏色？（（一般采用用紅色）第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計3.3.4再現(xiàn)型顯示示界面地平線固定定地地平線線轉(zhuǎn)動第三章人人機機工程學學人機界面面設(shè)計3.3.6符號設(shè)計計1.符號設(shè)計計原則（1）圖形－－背景：：符號設(shè)設(shè)計應保保證圖形形與背景景的穩(wěn)定定與清晰晰。（2）圖形輪輪廓：圖圖形輪廓廓應采用用粗實且且對比明明顯的輪輪廓。由由幾個圖圖形元素素組合成成的符號號，應按按一定次次序強調(diào)調(diào)重要的的圖形元元素：表表示運動動方向的的圖形元元素采用用實體圖圖形，表表示運動動的元素素采用輪輪廓線。。（3）圖形形的簡簡化：：符號號應采采用簡簡化抽抽象形形式表表現(xiàn)對對象。。（4）圖形形的封封閉性性：符符號應應是自自身封封閉的的圖形形。（5）圖形形的整整體性性：構(gòu)構(gòu)成單單個符符號的的各個個圖形形元素素應相相互聯(lián)聯(lián)系，，形成成協(xié)調(diào)調(diào)統(tǒng)一一的整整體。。3.3.7指針針設(shè)設(shè)計計（1）指指針針的的形形狀狀要要簡簡潔潔、、明明快快、、有有明明顯顯的的指指示示性性形形狀狀。。（2）一一般般來來說說，，針針尖尖的的寬寬度度應應與與刻刻度度標標記記的的寬寬度度相相同同。。如如果果大大、、中中、、小小三三級級刻刻度度標標記記的的寬寬度度不不相相等等時時，，針針尖尖應應與與小小刻刻度度標標記記的的寬寬度度相相等等。。尤尤其其是是，，針針尖尖寬寬度度不不得得小小于于小小刻刻度度標標記記的的寬寬度度。。（3）針尖尖與儀儀表刻刻度面面間必必須有有一定定的間間隙，，這個個間隙隙要盡盡量小小，以以減少少不垂垂直觀觀察時時所形形成的的投影影誤差差。（4）對于于指針針不應應該遮遮擋刻刻度標標記的的表盤盤界面面，針針尖應應離開開刻度度標記記2mm左右；；對于于覆蓋蓋刻度度標記記的窄窄條形形指針針，其其長度度不應應該超超過大大刻度度標記記。第三章章人人機機工程程學人機界界面設(shè)設(shè)計第三章章人人機機工程程學人機界界面設(shè)設(shè)計3.4控制界界面設(shè)設(shè)計3.4.1編碼設(shè)設(shè)計（（形狀狀編碼碼、、材料料編碼碼、、位置置編碼碼、、色彩彩編碼碼、、標注注編碼碼））第三章章人人機機工程程學人機界界面設(shè)設(shè)計3.4.2控制的的基本本特性性1、控制制的C／R比值與與操縱縱第三章章人人機機工程程學人機界界面設(shè)設(shè)計3、誤操操作第三章章人人機機工程程學人機界界面設(shè)設(shè)計3.5顯控協(xié)協(xié)調(diào)性性設(shè)計計第三章章人人機機工程程學人機界界面設(shè)設(shè)計3.5運動協(xié)協(xié)調(diào)性性設(shè)計計第三章章人人機機工程程學人機界界面設(shè)設(shè)計3.8習慣模模式第三章章人人機機工程程學人機界界面設(shè)設(shè)計3.6集中控控制中中的顯顯控界界面設(shè)設(shè)計第三章章人人機機工程程學人機界界面設(shè)設(shè)計1.重重要要性原原則把最重重要的的控制制與顯顯示布布局在在操作作者視視野和和控制制區(qū)的的最佳佳位置置上。。如警警報信信號燈燈和緊緊急剎剎車按按鈕應應布局局在操操作者者的最最佳視視野和和最佳佳控制制區(qū)。。2.操作作頻率原則則操作越頻繁繁的顯示和和控制應布布局在操作作者的最佳佳視野和最最佳控制區(qū)區(qū)。3.功能能分組原則則將功能相關(guān)關(guān)的顯示與與控制構(gòu)成成若干“功功能組”，，然后分區(qū)區(qū)布局。例例如，溫度度指示器與與溫度調(diào)節(jié)節(jié)器可分成成一個組，，布置在一一個區(qū)域內(nèi)內(nèi)。4.操作作次序原則則如果顯示和和控制在操操作程序上上有次序，，則可以順順其次序進進行布局設(shè)設(shè)計。集中顯示與控控制的布局原原則第三章人人機工程學人機界面設(shè)計計3.7人機系統(tǒng)及其其界面設(shè)計3.7.l人機系統(tǒng)的組組成和人機系系統(tǒng)基本框架架第三章人人機工程學人機界面設(shè)計計3.7.2人與機的功能能比較及分析析比較項目 機的特性人的特性檢測物理量檢測范圍廣，可正確檢測象電磁波這樣人不易檢測的物理量具有與認知直接聯(lián)系的高級檢測能力，缺少標準，會出偏差，具有味覺、嗅覺、觸覺 操作在速度、精度、力度、操作范圍、耐久性等方面比人優(yōu)越，能處理液體、氣體、粉狀體等物手空間自由度高，協(xié)調(diào)性好，可在三維空間進行多種運動信息處理能力在事先編成的情況下可進行高級、準確的數(shù)據(jù)處理，記憶準確、持久，調(diào)出速度快 具有特征抽取、綜合、歸納、模式識別、聯(lián)想、發(fā)明創(chuàng)造等高級思維能力及豐富的經(jīng)驗耐久性、持續(xù)性、可維護性由成本決定；需維護保養(yǎng)，可進行單調(diào)的反復作業(yè)，不會疲勞易疲勞，需要適當休息、保健、娛樂，很難長時間保持緊張狀態(tài)，不適應從事刺激小、單調(diào)乏味的作業(yè)可靠性由成本決定；對事先設(shè)計的作業(yè)有高可靠性，對預料之外的事件無能為力。一個零件的損壞，可導致整機失靈；特性能保持不變。容易出差錯；如果有時間和精力，可以處理意外事件，自我維護力強。通信只能用預定方式通信 人與人之間很容易進行信息交流。效率需外加功率；簡單作業(yè)速度快、準確，新機械從設(shè)計、制造到運轉(zhuǎn)需要時間；即使壞了也不要緊耗費能源小，但要吃飯，需要教育和訓練，必須采取絕對的安全措施成本需要購置費，運轉(zhuǎn)、保養(yǎng)費；機械不使用僅失去機械本身的價值需要人工費用、工資等；如果發(fā)生意外，會危及生命。第三章人人機工程學人機界面設(shè)計計人機工程學在在解決系統(tǒng)中中人的問題上上，主要有兩兩條途徑：★使機器、環(huán)境境適合于人；；★通過最佳訓練練方法，使人人適應于機器器和環(huán)境。第三章人人機工程學人機界面設(shè)計計★在經(jīng)濟合理的的前提下，總總是盡可能讓讓機去更多地地取代人的工工作強度一般以下工作作可由機來完完成：（1）枯燥、、單調(diào)、笨重重的作業(yè)；（2）危險性性大的作業(yè)或或會影響人體體健康的作業(yè)業(yè)；（3）高階運運算，快速操操作；（4）可靠性性、高精度的的和程序固定定的作業(yè)。而以下工作則則由人來完成成：（1）程序設(shè)設(shè)計；（2）意外事事件處理（3）變化頻頻繁的作業(yè)；；（4）探索性性工作或需要要作出決策的的工作。人、機之間進進行合理的分分工第三章人人機工程學人機界面設(shè)計計3.7.3人機界面人機界面是人人機之間傳送送信息的媒介介，它主要包包括三部分：：★機上顯示器與與人的信息通通道的界面；；★機上操作器與與人的運動器器官的界面；；★人機系統(tǒng)與環(huán)環(huán)境之間的界界面。第三章人人機工程學人機界面設(shè)計計人機界面的研研究重點是：：◆使顯示器能提提供易于為人人識別、理解解的信息，該該信息能反映映機內(nèi)工作狀狀態(tài)，而且又又對人安全、、可靠、無害害；◆使操作器能易易于由人控制制、操作，所所提供的操作作或信息要易易于為機所識識別，且靈敏敏、可靠；◆正確設(shè)計顯示示器和操作器器的布局，有有利于人的操操作和使用。?！舢斎蝗藱C界面面除上述硬件件設(shè)備外，還還應該包括操操作規(guī)程、維維護手冊等軟軟件。第三章人人機工程學人機界面設(shè)計計3.74人機系統(tǒng)設(shè)計計人機系統(tǒng)應該該能滿足以下下要求?！裟苓_到預定的的目的，完成成預定的任務務；◆人和機都能發(fā)發(fā)揮各自的作作用并協(xié)調(diào)一一致地工作；；◆系統(tǒng)提供接受受輸入和完成成輸出的功能能，并具備調(diào)調(diào)節(jié)功能；◆系統(tǒng)設(shè)計應考考慮環(huán)境因素素影響，例如如廠房結(jié)構(gòu)、、工作場地布布局照明、溫溫度、濕度、、噪聲等；◆人機系統(tǒng)應充充分適應人的的特性，讓人人能容易學習習、操作、使使用系統(tǒng)、充充分發(fā)揮系統(tǒng)統(tǒng)效能。人機系統(tǒng)設(shè)計計要求第三章人人機工程學人機界面設(shè)計計3.7.5人機系統(tǒng)設(shè)計計應考慮的問問題（1）為了滿滿足系統(tǒng)設(shè)計計目標必須提提供什么輸入入和輸出？（2）為產(chǎn)生生系統(tǒng)輸出需需要什么操作作？在郵遞系系統(tǒng)中需要的的操作是分類類郵件和傳送送郵件。（3）人人機之間間的功能能分工；；（4）人人要完成成操作需需要什么么樣的訓訓練和技技能？構(gòu)構(gòu)成的人人機系統(tǒng)統(tǒng)提供那那些材料料幫助人人接受訓訓練和獲獲得技能能；第三章人人機機工程學學人機界面面設(shè)計（5）需需要系統(tǒng)統(tǒng)完成的的任務能能否與人人的能力力相容？？要避免免人在過過負荷或或欠負荷荷狀態(tài)下下的操作作；（6）人要要完成作業(yè)業(yè)需要什么么樣的設(shè)備備接口？這這是考慮人人的因素的的最重要問問題。需要要有最佳的的顯示設(shè)備備和操作設(shè)設(shè)備，以及及操作規(guī)程程和信息診診斷能力；；（7）人機機子系統(tǒng)工工作能否協(xié)協(xié)調(diào)？是相相互幫助還還是相互妨妨礙？例如如人一計算算機系統(tǒng)中中，計算機機操作比人人快得多，，因此要求求機子系統(tǒng)統(tǒng)要等待人人做出決定定和完成操操作。第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計3.7.6人機系統(tǒng)設(shè)設(shè)計步驟（1）需求分析階階段：（2）系統(tǒng)統(tǒng)分析規(guī)劃劃階段：（3）系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計階段段：（4）測試試階段：（5）人機機系統(tǒng)生產(chǎn)產(chǎn)制造及提提交使用。。第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計3.8視覺顯示終終端作業(yè)的的人機界面面設(shè)計第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計3.9數(shù)字化人機機工程人機工程咨咨詢系統(tǒng)：：人機工程仿仿真系統(tǒng)：：人機工程評評價系統(tǒng)：：第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計VITUS-3D人體掃描儀儀：VITUS

smart使用光線條條紋掃描方方法，8個個三角形的的探頭能夠夠在10秒秒內(nèi)掃描到到1m

x1

m和2.1m高的區(qū)域，，而辨率可可以達到0.5mm第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計Cyberware全身3D掃描描儀儀：它最最初初是是由由斯斯坦坦福福大大學學MarcLevoy研制制的的。。Cyberware數(shù)字字化化儀儀由由平平臺臺（（載載體體））、、傳傳感感器器（（光光學學系系統(tǒng)統(tǒng)））、、計計算算機機工工作作站站、、Cyberware標準準接接口口（（SCSI））及CYSURF處理理軟軟件件構(gòu)構(gòu)成成。。平平臺臺一一般般有有3個個自自由由度度（（X、、Y、、Z）），，伺服服電電機機驅(qū)驅(qū)動動，，典典型型的的分分辨辨率率為為0.5mm。第三章人人機機工程學學人機界面面設(shè)計Cyberware全身3D掃描儀：Cyberware軟件包包包括了各各種軟件件，如CySurfSurfacingSoftware（將采集的的圖像生生成NURBS曲面）；DecimatePolygonReductionSoftware（（刪除非基本頂頂點，將多邊邊形網(wǎng)格減少少98%，所所有Cyberware數(shù)字化測量儀儀都配有該軟軟件），EchoDigitizingSoftware及CyScanNT（分別是SGI工作站和基于于WindowsNTPC機上用于控制制掃描平臺運運動和確定三三維范圍及數(shù)數(shù)據(jù)處理的軟軟件）。第三章人人機工程學人機界面設(shè)計計人體數(shù)據(jù)應用用在工業(yè)、國防防、醫(yī)學、法法醫(yī)、教育、、體育、建筑筑、美術(shù)等領(lǐng)領(lǐng)域有廣泛的的應用：人體體測量數(shù)據(jù)可可以應用于機機器、家具、、武器、車輛輛和飛機座艙艙、船舶、房房屋、課桌等等的設(shè)計，并并形成了一門門應用學科人人類功效學或或人體工程學學。為標準服服裝人臺設(shè)計計和服裝規(guī)格格標準的制訂訂提供依據(jù)，，應用于服裝裝立體裁剪、、商品檢查或或服裝展示等等。第三章人人機工程程學人機界面設(shè)設(shè)計人體數(shù)據(jù)應應用英國OpenErgonomics公司開發(fā)的的