结构设计中的人机工程学：产品界面设计要求

本标准规定了产品的人机界面设计的一般要求。本标准适用于有显示和操作要求的产品的人机界面设计。1 评价规则1.1 满足产品标准要求；1.2 用户对人机界面的满意程度;1.3 人机界面的标准化程度;1.4 人机界面的适应性和协调性;1.5 人机界面的应用条件;1.6 人机界面的性能价格比。2 一般要求人机界面设计，核心是设计分析。借鉴一些大公司的产品成功案例。首先不是去绘制“美“的形和考虑技术的进步，而是进行对象人的日常操作行为分析，作出方案和初样进行评价。在什么场合需要操作、怎样操作，从而为设计提供概念与目标，进行设计分析。经过分析，设计人员有了明确的概念与目标，并随信息的交互产生了创造力。另一方面，对操作环境要进行深入的认识与考察，对设计的产品的需求有明晰的认识：符合人们的消费预期；感受到人们的审美知觉。所以，要设计好操作的人机界面，理性的认识是首要的，其次就是创造性的，而且是现场实效性的分析、处理信息。2.1 人机界面的需求人机界面的研究主要包括三个方面：显示（信息设计）；控制（操作系统设计）；显示与控制的关系。3.1.1 显示显示是一种有目的的信息传递过程。人体接受信息主要有三个通道：视觉、听觉、触觉，而其中视觉通道是最重要的。要把复杂的信息组织成易懂的视觉的和文字的形式或其他声光形式，运用图形知识、写作和人机因素知识确保需要的信息和得到的信息相匹配，因而在设计和选择显示时需分析：3.1.1.1 传递什么信息；3.1.1.2 信息传递的目的和功能是什么；3.1.1.3显示装置的类型；3.1.1.4 信息传递的对象。3.1.2 控制控制是操作者用了改变系统状态的装置。人的控制输入主要是通过动作和语言来完成的。在设计和选择控制时须分析：3.1.2.1 控制的功能；3.1.2.2 控制操作的要求（如操作精度）：3.1.2.3 控制过程的人机交流；3.1.2.4 作业人的负荷（体力和脑力）。3.1.3 控制与显示的关系把使用者放在首位人机界面是产品信息的交流的核心。设计中要考虑；3.1.3.1 谁来接受这些信息；3.1.3.2 哪一类人使用这个产品；3.1.3.3 他或她的经历如何；3.1.3.4 有什么特殊情况你必须考虑（如健康、年龄、视力等），尽可能想象产品的使用者可能出现的所有情形，使用者的要求，设身处地地为使用者考虑她或他最关心的问题。2.2 详细设计要求明确产品如何被使用，将会发现一些改进借鉴产品的新思路。3.2.1 产品是一个使用者还是多个使用者；3.2.2 使用者的文化素质如何；3.2.3 产品是否在压力下使用；3.2.4 使用时的照明条件怎样；3.2.5 有无环境噪音；3.2.6 使用者是否有使用相关产品的经验；3.2.7 有什么特殊情况需要考虑（健康、年龄、视力）；3.2.8 产品在什么温度范围内使用；3.2.9 通过何种反馈可以显示使用者是在进行成功的操作；3.2.10 有无其他设备与产品同时使用；3.2.11 有无特别清洗要求；3.2.12 使用者能否从使用说明书上学会使用产品。3.2.13 写出使用者对人机界面的提示，包括所有的设计者人机界面的信息，使用者对产品的要求和期望。2.3 人机界面设计常用结构特征人机界面要向使用者传达的信息，制定一些特征规则以帮助传递信息，特征的存在在于意义，而这些意义是需要易于被人理解的。3.3.1 凸起的圆形部分通常是按键；3.3.2 闪烁的灯表示“准备使用”；3.3.3 持续亮着的灯表示“正在使用中”；3.3.4 绿颜色表示某些事情可以操作；3.3.5 红颜色表示“停止或关闭及警报”。2.4 人机界面设计中最重要的是信息的组织应辨别某一产品什么是最重要的信息进行归纳分区，并把它凸现出来传递给使用者。3.4.1 面板的分区显示器与控制器件在面板上布置可按系统、功能、操作顺序、主次等分区排列。a. 按操作顺序排列，即按从左而右的操作顺序排列。b. 按主次排列，将主要控制器件和显示器安排在面板中间，重要和需经常操作的控制器件布置在紧靠主要控制器件的右侧。2.5 建立约束通过在人机界面中建立约束，为使用者消除错误操作的可能性，帮助他找到正确的使用方法，这就是建立约束的意义。约束就是强迫、限制和减少。如：控制器的分级操作要求，不至于因误操作而发生危险。强调人的特性，使人的因素贯穿设计过程是人机工程学的一条主要设计哲理。设计人员建立了以人为中心的正确的约束，就建立了正确的操作和安全机制。2.6 人机界面的动作设计正确的动作设计应该是很逻辑化的，操作起来使人愉快，并且容易记忆。对于任何形式的人体活动，要提高人体作业的效率，进行作业设计和工作空间设计都应遵循人体工程学的基本设计原则。设计人机界面时，仔细考虑使用者操作时的一系列动作，设想操作动作的秩序和节奏。一般认为手在身前作业，肘部自然放下，手臂内收成直角时，作业速度最快，这个作业高度最有利于手操作的技能作业。手的运动方向相反或相对运动的操作，有利于大脑神经控制。操作动作的设计均应注意以下问题：3.6.1 动作尽量经济，避免不必要的动作；3.6.2 使动作流畅而不笨拙；3.6.3 左手、右手习惯使用者都应尽量考虑到；3.6.4 动作应符合使用者自然逻辑感觉(如，滑动音量按键向上滑动表示音量升高)；3.6.5 设计动作方式应使使用者记住应该做什么和操作的正确顺序；3.6.6 操作动作避免重复、受约束，并且要求是安全的。2.7 操作的基本特性设计控制件和处理控制件与作业者的关系时，必须遵循下列基本原则：3.7.1 控制件必须符合人体四肢的解剖结构和解剖功能，手和手指适合于精确迅速的操作动作；手臂和脚适合于用力大的操作活动。3.7.2 用手操作的控制件应容易定位和抓握，其位置应在肩关节和肘关节之间完全可见，伸手可及。3.7.3 控制件之间的距离应适应人体尺寸和控制活动的要求。3.7.4 按键、转臂开关，旋钮适合于用力小、位移小、准确度高的连续或间断操作。3.7.5 长杆或操作杆、摇把、手轮、足踏器，应适合用力大、精度低的控制。2.8 控制和显示的关系应与人的期望一致，包括空间协调性和概念协调性。空间协调性是指控制和显示在空间位置上的关系与人的期望一致，包括显示器控制器件在设计上存在相似的形式特征和对应的逻辑特性。概念协调性是指显示和控制在概念上与人的期望的一致，如绿色表示安全等。设计控制操作时，设计人员还应注意习惯的差异，每种习惯模式的强度是不同的，个体之间可能存在差异，惯用右手的人与惯用左手的人就有习惯模式不一致的现象。与控制件右旋被控量显示增加相反，控制水和气体等流体的开关，右旋通常为关闭，如作业者同时控制水和电流，两种习惯模式就会发生矛盾，设计人员必须以系统安全为目的来解决这些问题。2.9 反馈与使用者交流在产品人机界面上，反馈是指物质信息，它告诉使用者某一特定动作的结果或正确的操作顺序。反馈有听觉的（声音），有视觉的（颜色、形状、动作）有触觉的（形状、肌理），有认识的（一种事物正常的整体感觉）。对一个产品，设计人员要考虑给予使用者何种可能的反馈：视觉、听觉、触觉、嗅觉等，不同的使用者的偏好是什么。通过列举出现在操作中的反馈情况，考虑对于成功的操作哪种反馈是合适的。2.10 控制传达设计人员的工作是确保使用者在正确的时间，按正确的顺序，得到正确的信息，把视觉的和听觉的“噪音”限制在最小程度。如果人机界面上的每种因素产生不同的不确切的意义，就不会有清晰的信息传达出来。3.10.1 仔细考虑你希望使用者理解产品的哪些方面。3.10.2 仔细考虑你希望使用者理解每种操作的哪些方面。3.10.3 帮助使用者区分哪些是重要的，哪些是次要的。3.10.4 排出操作顺序，按使用者操作划分种类：第一级，频繁操作，如开关，条件等；第二级，时常操作；第三级偶尔操作。如此以便控制所有操作。第一级最容易看到、操作和理解。第二级自然与第一、三级有区别，操作可能在正常视野之外。第三级可与第一级区别稍大，甚至可能安置在产品的背后。3.10.5 通过使用颜色、形状、尺寸、兴奋刺激（闪光、运行）、排列、布置、声音等因素控制信息传递。有些元素看起来更重要。某些元素的操作是危险的或紧急情况下操作的。3.10.6 找出各个人机界面元素的相互关系，确认工作重点，决定哪些操作将在你的仪表盘上，其中哪些是最经常的、最重要的。依据不同的用途把它们在仪表盘上分成不同种类，调整这些元素以便于把重要的、经常使用的放在操作者的位置。2.11 标识和特征的理解应有助于记忆设计人员用材料、造型、色彩等设计语言传达讯息给使用者，这种设计语言包含了生理、心理和技术方面的知识。对于人机界面来说，认识来源于对每个组成部分的理解。3.11.1 图形的隆起部分是旋钮还是灯；3.11.2 手柄是拉的还是旋的；3.11.3 最大的按键一般是最重要的或是常用的；3.11.4 最小的按键很难被按下，多为避免无意操作。2.12 操作的解释使用说明书有些设计是以不选择和培训操作人为限制条件的，例如银行自动柜员机系统设计，地铁无人售票系统设计等。因此编写操作说明书是主要的辅助设计，说明书的质量也必须通过实际测验。在使用说明书中，设计人员必须向人解释一个操作系统。成功的使用说明书要求好的信息设计，以便把产品的意义清晰地表达出来。使用说明书可以是文字，也可以是图案，无论是哪种方式，最重要的是组织好所要传达的信息，操作说明书就是这些信息的组织和介绍，包括产品是什么，产品是做什么的，如何知道产品工作，产品通常做什么反馈，这些构成了使用者与产品之间的联系，人机界面是使用者与产品之间“交流的桥梁”，使用说明书是使用者与人机界面之间“交流的桥梁”。设计操作指南是总体系统设计的重要组成部分。在其 “操作或作业设计”中包括：3.12.1 制定作业者素质标准；3.12.2 设计操作者指南；3.12.3 作业辅助设计；3.12.4 培训方案设计。3 人机界面的设计要求3.1 人机界面的设计都是从可交互性、信息、显示、数据输入等方面进行设计考量。4.1.1 在同一产品人机界面中,所有的操作选择、命令输入、数据显示和其他功能应保持风格的一致性。风格一致的人机界面会给人一种简洁、和谐的美感。4.1.2 对所有可能造成损害的动作,坚持要求使用者进行确认。4.1.3 操作界面应能对用户的决定做出及时的响应,提高对话、移动和思考的效率,最大可能的减少击键次数,缩短鼠标移动距离,避免使用者产生无所适从的感觉。4.1.4 人机界面应该提供敏感的求助系统,让用户及时获得帮助,尽量用简短的动词和动词短语提示命令。4.1.5 合理划分并高效使用显示屏。仅显示与上下文有关的信息。用窗口分隔不同种类的信息,只显示有意义的出错信息,避免因数据过于费解造成用户烦恼。4.1.6 保证信息显示方式与数据输入方式的协调一致,尽量减少用户输入的动作,隐藏当前状态下不可选用的命令,允许用户自选输入方式,能够删除无现实意义的输入,允许用户控制交互过程。3.2 设计原则：4.2.1 合理性原则，即保证在系统设计基础上的合理与明确。任何的设计都既要有定性也要有定量的分析，是理性与感性思维相结合。4.2.2 动态性原则，产品不仅是二维的平面或三维的立体，也要有时间与空间的变换。4.2.3 多样化原则，即设计因素多样化考虑。4.2.4 交互性原则，即人机界面设计强调交互过程。一方面是物的信息传达，另一方面是人的接受与反馈，对任何物的信息都能动地认识与把握。4.2.5 共通性原则，即把握三类人机界面的协调统一，功能、情感、环境不能孤立而存在。3.3 显示符号与刻度为 表 示 工 作 状 态 ， 显 示 器 上 必 须 标 注 有 符 号 和 刻 度 。4.3.1 显 示 符 号显 示 符 号 包 括 文 字 符 号 、 图 形 符 号 和 数 字 符 号 。 符 号 与 背 景 的 对 比 度 、 符 号 的 高 宽 比 、 符号 形 体 和 高 度 、 笔 划 粗 细 程 度 等 因 素 都 会 影 响 符 号 的 清 晰 度 。 在 设 计 选 用 时 必 须 注 意 如 下 几 点 ：4.3.1.1 用 直 线 组 成 的 符 号 形 体 比 用 曲 线 组 成 的 符 号 形 体 清 晰 度 要 高 ；4.3.1.2 符 号 的 最 小 高 度 与 照 度 条 件 和 可 视 距 离 有 关 。 反 映 了 它 们 之 间 的 关 系 。 所 以 可根据 上 述 条 件 选 择 ， 通 常 符 号 的 最 小 高 度 应 大 于 5 ， 符 号 高 宽 比 以 3 2 为 宜 ；4.3.1.3 当 操 作 者 有 暗 适 应 要 求 时 ， 面 板 和 度 盘 应 采 用 白 字 黑 底 ； 否 则 ， 宜 采 用 白 （ 浅 ） 底 黑（ 红 ） 字 ；4.3.2.4 为 保 证 符 号 的 清 晰 度 ， 白 底 黑 字 时 的 笔 划 宽 度 以 符 号 高 度 的 六 分 之 一 为 宜 ； 黑 底 白字 时 的 笔 划 宽 度 以 符 号 高 的 七 分 之 一 到 八 分 之 一 为 宜 ；4.3.1.5 度 盘 背 景 的 选 择 ： 当 无 防 尘 装 置 时 ， 宜 选 用 略 带 光 泽 的 浅 灰 色 作 背 景 ； 有 防 尘 装 置的 小 度 盘 ， 宜 选 无 光 色 作 背 景 。4.3.2 刻 度度 盘 （ 或 标 尺 ） 上 都 有 刻 度 。 度 盘 （ 标 尺 ） 上 所 标 的 数 码 称 标 数 ； 两 相 邻 主 刻 度 线 （ 一 般 都标 有 数 码 ） 之 间 的 数 值 称 为 标 数 间 值 ； 两 个 相 邻 小 刻 度 线 之 间 的 数 值 称 为 分 度 值 ； 同 一 圈 或同 一 行 上 的 最 小 标 数 到 最 大 标 数 间 的 数 值 称 为 标 度 角 或 标 尺 长 度 。为 使 操 作 者 读 数 简 捷 精 确 ， 在 刻 度 设 计 和 选 择 时 应 注 意 ：4.3.2.1 度 盘 （ 标 尺 ） 提 供 的 刻 度 信 息 应 符 合 所 需 的 精 度 要 求 ， 即 分 度 值 应 符 合 读 数 精度 要 求 ；4.3.2.2 标 数 间 和 分 度 间 值 要 易 于 计 算 和 理 解 ， 宜 采 用 十 等 分 分 度 方 式 ， 即 分 度 间 值 为十 分 之 一 标 数 间 值 ；4.3.2.3 正 常 照 明 条 件 下 ， 视 距 为 700mm 时 ， 刻 度 间 距 不 应 小 于 0.9mm， 一 般 取 1-2.5mm。否 则 易 引 起 视 觉 疲 劳 、 降 低 读 数 精 度 或 扩 大 度 盘 尺 寸 ；4.3.2.4 正 常 照 明 条 件 下 ， 刻 度 线 宽 度 为 刻 度 间 隔 的 8%-10%， 刻 度 线 高 度 一 般 取 刻 度 间 隔的 2-4 倍 为 宜 ； 在 低 照 明 条 件 下 ， 刻 度 线 的 宽 度 可 适 当 增 大 （ 一 般 为 刻 度 间 隔 的30%-50%） ， 高 度可 适 当 减 小 （ 一 般 为 刻 度 间 隔 的 1.5 倍 ） ；4.3.2.5 最 好 能 从 标 尺 上 直 接 读 出 符 合 精 度 要 求 的 准 确 数 值 ， 必 要 时 ， 可 用 内 插 法 读4.3.3 度 盘 （ 标 尺 ） 指 针 显 示 的 合 理 性4.3.3.1 度 盘 （ 标 尺 ） 显 示 方 式度 盘 （ 标 尺 ） 的 显 示 方 式 有 两 种 ： 一 是 度 盘 （ 标 尺 ） 全 部 暴 露 在 面 板 外 的 敞 开 式 度 盘 ；另 一 种 是 度 盘 （ 标 尺 ） 的 面 板 后 面 ， 面 板 上 的 窗 口 只 显 示 部 分 标 尺 的 内 藏 式 度 盘 。4.3.3.2 度 盘 的 标 数度 盘 上 的 标 数 应 符 合 操 作 者 的 习 惯 ， 便 于 读 数 。4.3.3.3 度 盘 （ 标 尺 ） 和 指 针 的 运 动 方 式度 盘 （ 标 尺 ） 和 指 针 的 合 理 运 动 方 向 应 符 合 操 作 者 的 读 数 习 惯。基 本 形 式 ： a） 指 针 转 动 b） 标 尺 移 动 c） 度 盘 转 动 d） 指 针 移 动 3.4 面板布局在 面 板 上 ， 通 常 要 安 装 控 制 器 件 、 显 示 器 、 接 插 元 件 、 开 关 元 件 等 ， 除 上 述 作 用 外 ， 面 板还 与 机 壳 、 机 架 联 接 成 机 箱 ， 起 着 保 护 和 安 装 内 部 元 件 的 作 用 。 同 时 ， 面 板 又 是 电 子 电 气 设备 外 观 装 饰 的 零 件 。4.4.1 面 板 布 局 的 一 般 原 则4.4.1.1 面 板 布 局 必 须 满 足 操 作 使 用 要 求 和 内 部 结 构 要 求 ， 做 到 内 外 协 调 。设 备 的 内 部 结 构 与 面 板 上 元 件 的 布 置 往 往 是 一 对 矛 盾 ， 通 过 内 外 协 调 解 决 这 一 矛 盾 ， 是 结 构设 计 的 一 大 任 务 。 当 内 部 元 件 与 面 板 上 的 控 制 器 件 、 显 示 器 布 置 有 矛 盾 时 ， 如 果 变 动 内 部 元 件位 置 不 影 响 整 机 的 电 性 能 时 ， 则 内 部 元 件 的 排 列 应 服 从 于 面 板 布 局 ； 若 内 部 元 件 位 置 变 动 对整 机 性 能 有 影 响 时 ， 则 面 板 的 布 局 应 作 适 当 变 动 或 通 过 一 些 机 构 （ 如 各 种 传 动 机 构 等 ） 来 控制 内部 可 调 元 件 。4.4.1.2 显 示 器 应 布 置 在 面 板 上 最 醒 目 的 区 域 ， 主 要 显 示 器 应 布 置 在 人 的 最 佳 视 区 ， 视距 应 控 制 在 300-700mm 范 围 内 ， 一 般 以 500mm 为 最 佳 。安 装 显 示 器 的 面 板 一 般 应 与 视 线 垂 直 。 对 于 某 些 面 积 较 大 而 又 重 要 的 显 示 器 ， 其 安 装 位置 应 稍 偏 上 并 向 前 倾 ； 重 要 的 显 示 器 应 放 在 面 板 中 心 区 并 偏 上 ， 以 保 证 便 于 观 察 和 使 读 数 误差 最 小 ； 对 那 些 不 常 用 的 指 示 装 置 ， 可 放 在 离 中 心 区 较 远 的 地 方 。 显 示 器 的 安 装 高 度 和 安 装倾 斜 角 ， 一 般 在 坐 着 工 作 时 ， 安 装 高 度 应 在 1.1-1.2m 左 右 ， 倾 斜 角 为 15左 右 ； 当 站 着 工 作 时 ，安 装 高 度 应 在 1.45-1.5m 左 右 ； 如 显 示 器 的 安 装 位 置 低 于 水 平 视 线 时 ， 显 示 器 的 安 装 面 应 和 水平 面 成 70-90。4.4.1.3 控 制 器 件 应 安 装 在 最 佳 控 制 区 ， 以 保 证 操 作 者 长 时 间 工 作 不 至 于 疲 劳 。根 据 人 体 生 理 特 点 ， 坐 着 操 作 时 ， 其 最 佳 控 制 区 为 座 位 以 上 250-500mm， 即 手 肘 和 肩 高 之 间 ；左 右 宽 度 以 肩 宽 为 界 。 对 控 制 操 纵 位 置 的 合 理 程 度 ， 随 其 离 开 最 佳 控 制 区 的 距 离 增 大 而 减 小 。为 保 证 操 作 顺 利 ， 对 面 板 上 的 控 制 装 置 ， 伸 手 可 及 的 最 大 距 离 应 小 于700mm， 最 小 距 离 应 大 于400mm。4.4.1.4 控 制 器 件 之 间 应 留 有 足 够 空 间 ， 以 便 操 作 。4.4.1.5 控 制 器 件 与 显 示 器 的 布 置 要 相 对 应 ， 便 于 观 察 、 读 数 和 操 作 。 通 常 有 直 接 联 系 的控制 器 件 和 显 示 器 应 靠 近 布 置 ， 控 制 器 件 最 好 布 置 在 相 应 的 显 示 器 下 侧 或 左 、 右 下 侧 ， 有 时 也 可布 置 在 左 、 右 侧 。 但 要 注 意 的 是 ， 右 手 操 作 的 控 制 器 件 应 置 于 显 示 器 的 右 侧 或 右 下 ， 左 手 则 相反 。 否 则 ， 操 作 时 会 妨 碍 观 察 。4.4.1