1、第十四章 人機界面設(shè)計,第一節(jié) 人機界面設(shè)計概述,人機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,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：認讀過程簡單、直觀，只要對單一數(shù)字或符號辨認識別就可以了。認讀速度快，精度高，且不易產(chǎn)生視覺疲勞。 應用：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

2、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： L90mm 中刻度線高度： L125mm 短刻度線高度： L200mm 刻度線寬度： L5000mm 短刻度線間距： L600mm 長刻度線間距； L50mm,(二)儀表的刻度盤,刻度標數(shù)進級和遞增方向 數(shù)字進級方法見表14-3 數(shù)字遞增方向的一

3、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,刻度標數(shù) 刻度標數(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,表14-5 清晰的配色,(四) 儀表的顏色,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)

4、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。 應用：圖文電視屏幕、計算機高分辨率顯示器、示波器、彩超及雷達。 目標狀態(tài)對顯示的影響 1.亮度 2.呈現(xiàn)時間 3. 余輝 4.目標的運動速度 5.目標的形態(tài) 6.目標與背景的關(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、標志符號設(shè)計,標志符號的要求 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、文字進行編碼，以提高辨別速度和準確性；不得使用過分抽象或人們難以接受的圖形，應采用人

5、的知覺圖形，以便于記憶，減少視認時間；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志符號；與顯示器和控制器有關(guān)的標志符號，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、標志符號設(shè)計,標志符號的知覺因素 設(shè)計標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、標志符號設(shè)計,標志符號的應用 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、標志符號設(shè)

6、計,標志符號的文字信息 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）來傳達信息。 特點：可快速有效的傳遞簡單和短促的信息，反應快、方向不受限制。 應用：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,用語言在人與機器之間傳遞信息，使其具有一定的表達能力。 特點：可以更為細致、明確地指導操作者的各種操作行為。 應用：無線電廣播、電視、電話、報話機和對話器及其它錄音、放音的電聲裝置。其設(shè)計應注意以下幾點：1. 語言清晰度 2. 語言的強度，見圖14-11 3. 噪聲對言

7、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和穿越障礙物時，應加大聲波強度，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）更適于指導檢修和故障處理工作，引導操作者操作。 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慣。,第三節(jié)

8、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)，從而使其按人預定的目標工作?？刂破魇侨擞靡詫⑿畔鬟f給機器，或運用人的力量來開動機器，使之執(zhí)行控制功能，實現(xiàn)調(diào)整、改變機器運行狀態(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

9、，如圖14-13、14-14、14-15 2.位置編碼 3.大小編碼 4.顏色編碼 5.標記編碼 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)計應考慮手的生理特點，如圖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，

10、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、準確、迅速、舒適地操作。因而設(shè)計時應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

11、，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，不僅應使各自的性能最優(yōu)，而且應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。控制器與顯示器相合性好，可減少信息加工和操作的復雜性；縮短人的反應時間，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

12、 人機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

13、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 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雜結(jié)構(gòu)，如圖14-30所示。手部的動作狀態(tài)見圖14-31。當使用設(shè)計不當?shù)氖治帐焦ぞ邥r，會導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 ，

14、如圖14-34所示 減小手指的重復活動 ，如圖13-35所示,復習思考題,1什么是人機界面？人機界面設(shè)計的內(nèi)容與依據(jù)是什么？ 2顯示器有哪幾種形式？并簡述各自的應用特點。 3在設(shè)計言語顯示裝置時應注意哪些問題? 4控制器為何要進行編碼？簡述常用編碼方式的優(yōu)缺點。 5簡述控制器偶發(fā)啟動的原因與防范措施。 6什么是控制顯示的相合性？它有何重要意義？ 7什么是控制顯示(C/D)比？設(shè)計時應如何選擇C/D比？ 8什么是累積損傷疾?。砍Ｒ姷睦鄯e損傷疾病有哪些？并與哪些因素有關(guān)？ 9與手有關(guān)的累積損傷疾病有哪些？ 10簡述手握式工具設(shè)計的原則。,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14-14,a) b),c) d),返回,圖14-15,a,b,c,返回,圖14-16,a) b),c) d),e) f),返回,圖14-17,返