人因工程學(xué)第14章 人機(jī)界面設(shè)計分析

第十四章人機(jī)界面設(shè)計葉鋒華北電力大學(xué)工業(yè)工程第一節(jié)人機(jī)界面設(shè)計概述人機(jī)界面三要素基本模型第二節(jié)顯示器設(shè)計顯示器分為視覺顯示、聽覺顯示和觸覺顯示等，三種顯示方式傳遞的信息特征見表14-1。表14-1三種顯示方式傳遞的信息特征顯示方式傳遞的信息特征顯示方式傳遞的信息特征視覺顯示1.比較復(fù)雜、抽象的信息或含有科學(xué)技術(shù)術(shù)語的信息、文字、圖表、公式等2.傳遞的信息很長或需要延遲者3.需用方位、距離等空間狀態(tài)說明的信息4.以后有被引用的可能的信息5.所處環(huán)境不適合聽覺傳遞的信息6.適合聽覺傳遞，但聽覺負(fù)荷已很重的場合7.不需要急迫傳遞的信息8.傳遞的信息常需同時顯示、監(jiān)控聽覺顯示1.較短或無需延遲的信息2.簡單且要求快速傳遞的信息3.視覺通道負(fù)荷過重的場合4.所處環(huán)境不適合視覺通道傳遞的信息觸覺顯示1.視、聽覺通道負(fù)荷過重的場合2.使用視、聽覺通道傳遞信息有困難的場合3.簡單并要求快速傳遞的信息一、儀表顯示器(一)儀表的類型及特點1.數(shù)字式顯示直接用數(shù)碼來顯示有關(guān)的參數(shù)或工作狀態(tài)。特點：認(rèn)讀過程簡單、直觀，只要對單一數(shù)字或符號辨認(rèn)識別就可以了。認(rèn)讀速度快，精度高，且不易產(chǎn)生視覺疲勞。應(yīng)用：計算器、電子表及列車運行的時間顯示屏幕。2.模擬式顯示用模擬量（刻度和指針）來顯示機(jī)器的有關(guān)參數(shù)和狀態(tài)。特點：顯示的信息形象化、直觀，使人對模擬值在全量程范圍內(nèi)所處的位置一目了然，并能給出偏差量，對于監(jiān)控作業(yè)效果很好。應(yīng)用：汽車上的油量表、氧氣瓶上的壓力表。一、儀表顯示器(二)儀表的刻度盤刻度線高度刻度線分為長刻度線、中刻度線和短刻度線，如圖14-2所示，其高度與視距的關(guān)系見表14-2圖14-2(二)儀表的刻度盤刻度線

最大視距為L(mm)時，各刻度線的最小尺寸可由下列各式求出：長刻度線高度：L／90mm中刻度線高度：L／125mm短刻度線高度：L／200mm刻度線寬度：L／5000mm短刻度線間距：L／600mm長刻度線間距；L／50mm(二)儀表的刻度盤刻度標(biāo)數(shù)進(jìn)級和遞增方向

數(shù)字進(jìn)級方法見表14-3

數(shù)字遞增方向的一般原則是：順時針方向為增加；從左向右的方向為增加；從下向上的方向為增加。(二)儀表的刻度盤字符形狀和大小

一般使用的字符高度可參考表14-4，也可根據(jù)下式求得：

式中：H為字符高度(cm)；L為視距(cm)。字符的其他尺寸可根據(jù)高度H確定，見圖14-3(二)儀表的刻度盤刻度直徑

默雷爾推薦的圓形儀表最佳直徑，如圖14-4所示(二)儀表的刻度盤刻度標(biāo)數(shù)

刻度標(biāo)數(shù)優(yōu)劣比較參見圖14-5(三)儀表的指針

常用的指針形狀如圖所示(四)儀表的顏色

順序12345678910底色黑黃黑紫紫藍(lán)綠白黑黃被襯色黃黑白黃白白白黑綠藍(lán)表14-5清晰的配色

(四)儀表的顏色順序12345678910底色黃白紅紅黑紫灰紅綠黑被襯色白黃綠藍(lán)紫黑綠紫紅藍(lán)表14-6模糊的配色二、信號顯示設(shè)計

信號顯示特征信號燈的形狀和顏色信號燈的亮度和環(huán)境

三、熒光屏顯示設(shè)計

熒光屏的顯示特征特點：既能顯示圖形、符號、信號，又能顯示文字；既能追蹤顯示，又能顯示多媒體的圖文動態(tài)畫面。應(yīng)用：圖文電視屏幕、計算機(jī)高分辨率顯示器、示波器、彩超及雷達(dá)。目標(biāo)狀態(tài)對顯示的影響

1.亮度2.呈現(xiàn)時間3.余輝

4.目標(biāo)的運動速度

5.目標(biāo)的形態(tài)

6.目標(biāo)與背景的關(guān)系

三、熒光屏顯示設(shè)計屏面的形狀與尺寸

圖14-7是操作者與熒光屏總體布置的關(guān)系四、標(biāo)志符號設(shè)計

標(biāo)志符號的要求

必須考慮使用目的和使用條件，采用與其含義相一致的圖形；可利用顏色、形狀、圖形、符號、文字進(jìn)行編碼，以提高辨別速度和準(zhǔn)確性；不得使用過分抽象或人們難以接受的圖形，應(yīng)采用人的知覺圖形，以便于記憶，減少視認(rèn)時間；盡量用圖形符號代替文字說明，以減少判讀時間，使用簡便；盡量使用國際通用的標(biāo)志符號；與顯示器和控制器有關(guān)的標(biāo)志符號，要合理區(qū)分和布置，符合操作者的心理和動作特征；避免環(huán)境背景產(chǎn)生視覺干擾。四、標(biāo)志符號設(shè)計標(biāo)志符號的知覺因素設(shè)計標(biāo)志符號要符合人的知覺特點：：

1.形與基分明，如圖14-8a所示;2.邊界明顯,如圖14-8b所示;3.封閉,如圖14-8c所示;4.簡明,如圖14-8d所示;5.完整,如圖14-8e所示;四、標(biāo)志符號設(shè)計標(biāo)志符號的應(yīng)用

圖14-9為汽車上使用的圖形符號

圖14-10為電子產(chǎn)品上使用的部分圖形符號四、標(biāo)志符號設(shè)計標(biāo)志符號的文字信息

簡短而明確

使用短句子

使用主動句

使用肯定句

使用易懂文字

按時序組句

五、聽覺顯示設(shè)計

利用示警信號（聲音）來傳達(dá)信息。特點：可快速有效的傳遞簡單和短促的信息，反應(yīng)快、方向不受限制。應(yīng)用：蜂鳴器、鈴、角笛和汽笛、警報器(一)音響及報警裝置蜂鳴器

鈴角笛和汽笛

警報器

(二)言語顯示裝置

用語言在人與機(jī)器之間傳遞信息，使其具有一定的表達(dá)能力。

特點：可以更為細(xì)致、明確地指導(dǎo)操作者的各種操作行為。

應(yīng)用：無線電廣播、電視、電話、報話機(jī)和對話器及其它錄音、放音的電聲裝置。其設(shè)計應(yīng)注意以下幾點：1.語言清晰度2.語言的強(qiáng)度，見圖14-113.噪聲對言語傳示的影響(三)聽覺顯示裝置的選擇原則音響顯示裝置的選擇原則1）在有背景噪聲的場合，音響顯示裝置的頻率選擇在噪聲掩蔽效應(yīng)最小的范圍內(nèi)。2）使用斷續(xù)的或音調(diào)有高低變化的聲音信號，更能引起人的注意。最好組成視、聽雙重報警信號。3）音響信號傳播距離遠(yuǎn)和穿越障礙物時，應(yīng)加大聲波強(qiáng)度，使用較低的頻率。4）注意音響裝置的多少，避免各信號間的相互干擾。(三)聽覺顯示裝置的選擇原則言語顯示裝置的選擇原則1）顯示內(nèi)容較多時，采用一個言語顯示裝置即可。2）更適于指導(dǎo)檢修和故障處理工作，引導(dǎo)操作者操作。3）適用于追蹤操作中。4）在非職業(yè)性的領(lǐng)域中，言語顯示裝置更符合人們習(xí)慣。第三節(jié)控制器設(shè)計

人通過顯示器獲得信息之后，需要通過運動系統(tǒng)將大腦的分析決策結(jié)果傳遞給系統(tǒng)，從而使其按人預(yù)定的目標(biāo)工作?？刂破魇侨擞靡詫⑿畔鬟f給機(jī)器，或運用人的力量來開動機(jī)器，使之執(zhí)行控制功能，實現(xiàn)調(diào)整、改變機(jī)器運行狀態(tài)的裝置。

一、控制器的分類按操縱控制器的身體部位的不同，控制器分為手動控制器和腳動控制器；按功能可分為：開關(guān)類，轉(zhuǎn)換類、調(diào)節(jié)類、緊急開關(guān)類；按控制器運動類別的不同，控制器又可分為旋轉(zhuǎn)控制器、擺動控制器、按壓控制器、滑動控制器和牽拉控制器,如表14-9所示各類控制器的形狀如圖14-12所示。常用控制器的特征如表14-10所示。二、控制器的設(shè)計要求

控制器的編碼

1.形狀編碼，如圖14-13、14-14、14-152.位置編碼3.大小編碼4.顏色編碼5.標(biāo)記編碼6.操作方法編碼

(二)控制器的外形結(jié)構(gòu)圖14-16是手操縱控制器的六種方式對于手動控制器，其形狀設(shè)計應(yīng)考慮手的生理特點，如圖14-17所示。(三)控制器的阻力阻力類型特性使用舉例摩擦力運動開始時阻力最大，此后顯著降低，可用以減少控制器的偶發(fā)啟動。但控制準(zhǔn)確度低，不能提供控制反饋信息開關(guān)、閘刀等彈性阻力阻力與控制器位移距離成正比，可作為有用的反饋源。控制準(zhǔn)確度高，放手時，控制器可自動返回零位，特別適用于瞬時觸發(fā)或緊急停車等操作，可用以減少控制器的偶發(fā)啟動鍵盤等粘滯阻力阻力與控制運動的速度成正比?？刂茰?zhǔn)確度高、運動速度均勻，能幫助穩(wěn)定的控制，防止控制器的偶發(fā)啟動活塞等慣性阻力與控制運動的加速度成正比例，能幫助穩(wěn)定的控制，防止控制器的偶發(fā)啟動。但慣性可阻止控制運動的速度和方向的快速變化，易引起控制器調(diào)節(jié)過度，也易引起操作者疲勞調(diào)節(jié)旋鈕等表14-11控制器的阻力特性

表14-12控制器的最小操作阻力

控制器類型最小阻力/N手動按鈕2．8腳動按鈕5.6（腳停留在控制器上）17.8（腳不停留在控制器上）扳動開關(guān)2.8旋轉(zhuǎn)選擇開關(guān)3.3旋鈕0～1.7曲柄9～22手輪22手柄9腳踏板417.8（腳不停留在控制在控制器上）4.5（腳停留在控制器上）(四)控制器的偶發(fā)啟動防范措施：（1）將控制器安裝在陷入控制板的凹槽內(nèi)；（2）在控制器上加保護(hù)罩；（3）將控制器安裝在不易被碰撞的位置；（4）使控制器的運動方向向著最不可能發(fā)生意外用力的方向；（5）操作者必須連續(xù)做兩種操作運動，才能使控制器被啟動，而后一種操作運動與前一種操作運動的方向不同，以此將控制器鎖定在位置上；（6）一組控制器必須按正確的順序操作時才能被啟動，使控制器彼此之間具有連鎖作用。如配電柜上的油開關(guān)和刀閘開關(guān)的操作順序連鎖；（7）適當(dāng)增大控制器的操作阻力。三、主要控制器的設(shè)計

控制器的設(shè)計要充分滿足操作者在產(chǎn)品使用過程中能安全、準(zhǔn)確、迅速、舒適地操作。因而設(shè)計時應(yīng)充分考慮操作者的體形、生理、心理特征以及人的能力限度，使控制器的形狀、大小等符合人因工程的要求。(一)手動控制器的設(shè)計旋鈕，如圖14-18按鈕，如圖14-19扳動開關(guān)，如圖14-20控制桿，如圖14-21(二)腳動控制器的設(shè)計腳踏板，如圖14-22、14-23、14-24

腳踏鈕，如圖14-25

第四節(jié)控制—顯示組合設(shè)計

通常顯示器與控制器是聯(lián)合使用的，因此，對于顯示器和控制器的設(shè)計，不僅應(yīng)使各自的性能最優(yōu)，而且應(yīng)使它們彼此之間的配合最優(yōu)。這種控制器與顯示裝置之間的配合稱為控制—顯示相合性?？刂破髋c顯示器相合性好，可減少信息加工和操作的復(fù)雜性；縮短人的反應(yīng)時間，提高人的操作速度，尤其是在緊急情況下，要求操作者非常迅速地進(jìn)行操作時可減少人為差錯，避免事故的發(fā)生。一、控制—顯示比控制—顯示比是控制器與顯示器位移大小的比例關(guān)系，即是指控制器的位移量與之相對應(yīng)的顯示器位移量之比(C/D)，可用來表示系統(tǒng)的靈敏度，如圖14-26所示人機(jī)界面上的控制—顯示系統(tǒng)具有精調(diào)和粗調(diào)兩種功能。C/D比的選擇應(yīng)考慮精調(diào)和粗調(diào)的時間，最佳的C/D比則是兩種調(diào)節(jié)時間曲線相交處。這樣可以使總的調(diào)節(jié)時間降到最低，如圖14-27所示。二、控制—顯示的空間相合性

控制器與顯示器空間位置的合適與否直接影響系統(tǒng)的效率。恰帕尼斯(Chapanis)等人于1959年曾用煤氣爐的四個灶眼作為顯示器，煤氣開關(guān)作為控制器，研究了控制器與顯示器的空間相合性。共試驗了四種不同的位置配置關(guān)系，如圖14-28所示。三、控制—顯示的運動相合性控制器的運動方向與顯示器或執(zhí)行系統(tǒng)的運動方向在邏輯上一致，符合人的習(xí)慣定勢，即控制—顯示的運動相合性好，對于提高操作質(zhì)量、減輕人的疲勞，尤其是對于防止人緊急情況下的誤操作，具有重要的意義。圖14-29是控制器與顯示器運動相合性的示例。

第五節(jié)累積損傷疾病與工具的設(shè)計一、累積損傷疾病及其原因原因：1.受力2.重復(fù)3.姿勢4.休息二、與手有關(guān)的累積損傷疾病

人手是由骨、動脈、神經(jīng)、韌帶和肌腱等組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如圖14-30所示。手部的動作狀態(tài)見圖14-31。當(dāng)使用設(shè)計不當(dāng)?shù)氖治帐焦ぞ邥r，會導(dǎo)致多種累積損傷疾病，如腱鞘炎、腕道綜合癥、腱炎、滑囊炎、滑膜炎、痛性腱鞘炎、狹窄性腱鞘炎和網(wǎng)球肘等。三、手握式工具設(shè)計原則避免靜肌負(fù)荷，如圖14-32所示保持手腕伸直，如圖14-33所示使組織壓迫最小，如圖14-34所示減小手指的重復(fù)活動，如圖13-35所示圖14-3返回圖14-4返回圖14-5

好不好好不好返回圖14-7返回圖14-8返回圖14-9返回圖14-10返回圖14-11返回圖14-12返回圖14-13返回a)b)c)d)e)f)g)h)i)圖14-14a)b)c)d)返回圖14-15abc返回圖14-16a)