变频调速冶金讲座4(01)

1、4 41 1人机界面研究的主要内容及常用认知心人机界面研究的主要内容及常用认知心理学基础理论理学基础理论 v 对于人机界面对于人机界面HMI(Human-Machine Interface)，人们一般理解为计，人们一般理解为计算机软件方面的人机界面。随着科学技术的发展，人机界面不再局限于算机软件方面的人机界面。随着科学技术的发展，人机界面不再局限于计算机软件方面，而是走向了自动控制领域，正在从根本上改变着自动计算机软件方面，而是走向了自动控制领域，正在从根本上改变着自动控制领域的控制方式；已经把自动控制推向了一个崭新的时代。那么什控制领域的控制方式；已经把自动控制推向了一个崭新的时代。那么什么

2、是人机界面呢？么是人机界面呢？一、人机界面的定义及研究的主要内容一、人机界面的定义及研究的主要内容v1、人机系统、人机系统v(Human-Machine System)：v 人机系统是由相互作用、人机系统是由相互作用、相互依赖的人、机和环境三相互依赖的人、机和环境三个部分结合成的具有特定功个部分结合成的具有特定功能的有机整体。能的有机整体。v 可以用模型来描述人机可以用模型来描述人机系统，如图系统，如图5-1-1所示。所示。图图5-1-1v 由图可知，操作过程的情况由显示器显示出来，作业者首先要由图可知，操作过程的情况由显示器显示出来，作业者首先要感知显示器界面上的指示信号的变化，感知显示器界

3、面上的指示信号的变化，一、人机界面的定义及研究的主要内容一、人机界面的定义及研究的主要内容v1、人机系统、人机系统v(Human-Machine System)：v 然后分析，解释显示界面的然后分析，解释显示界面的意义并做出相应的决策，再通过意义并做出相应的决策，再通过必要的控制方式，利用操作台这必要的控制方式，利用操作台这个界面实现对操作过程的调整。个界面实现对操作过程的调整。人能读懂，机器也能认识的这个人能读懂，机器也能认识的这个界面称为界面称为“人机界面人机界面”。如图。如图5-1-2所示。所示。 v注意：环境也影响人观察效果和控制结果。注意：环境也影响人观察效果和控制结果。 图5-1-

4、2一、人机界面的定义及研究的主要内容一、人机界面的定义及研究的主要内容v2、人机界面、人机界面(Human-Machine Interface)：v 在人机系统模型中，人与机在人机系统模型中，人与机之间存在一个相互作用的之间存在一个相互作用的“面面”，称为人称为人-机界面。机界面。v 人人-机界面是人与机器都能认识、操作的媒介，人与机之间的信机界面是人与机器都能认识、操作的媒介，人与机之间的信息交流和控制活动都发生在人机界面上。息交流和控制活动都发生在人机界面上。图5-1-2一、人机界面的定义及研究的主要内容一、人机界面的定义及研究的主要内容v 单向人单向人-机界面是人或机器不能相互作用的机界

5、面是人或机器不能相互作用的“面面”，称为单向人，称为单向人-机机界面。界面。(例如：显示仪表和键盘者是单向人例如：显示仪表和键盘者是单向人-机界面机界面)v 人人-机界面是由于若干个单向人机界面是由于若干个单向人-机界面所构成，机器的各种显示都机界面所构成，机器的各种显示都“作用作用”于人，实现机于人，实现机-人信息传递这种单向人人信息传递这种单向人-机界面；人通过视觉和机界面；人通过视觉和听觉等感官接受来自机器的信息，经过人脑的加工、决策，然后作出反听觉等感官接受来自机器的信息，经过人脑的加工、决策，然后作出反应，又实现人应，又实现人-机的信息传递的另一种单向人机的信息传递的另一种单向人-机

6、界面。可见，人机界面机界面。可见，人机界面的设计直接关系到若干个单向人的设计直接关系到若干个单向人-机界面所构成，而研究单向人机界面则机界面所构成，而研究单向人机界面则主要针对两个问题：显示与控制。主要针对两个问题：显示与控制。一、人机界面的定义及研究的主要内容一、人机界面的定义及研究的主要内容v3、人机界面研究的主要内容：、人机界面研究的主要内容：v如何准确、迅速的显示与控制自动控制系状态变量如何准确、迅速的显示与控制自动控制系状态变量的问题。的问题。二、研究人机界面所需要的基础知识二、研究人机界面所需要的基础知识v 研究人机界面需要三个研究人机界面需要三个方面的基础知识：方面的基础知识：1

7、、变频调、变频调速控制系统构造；速控制系统构造；2、认知心、认知心理学；理学；3、图形构造艺术，如、图形构造艺术，如图图5-1-3所示。所示。图图5-1-3二、研究人机界面所需要的基础知识二、研究人机界面所需要的基础知识v1、变频调速控制系统构造 设计人机界面首先要精通自动控制系统构造和工作原理方面的知设计人机界面首先要精通自动控制系统构造和工作原理方面的知识，熟悉自动控制系统需要显示那些变量才能正确描述一个自动控识，熟悉自动控制系统需要显示那些变量才能正确描述一个自动控制系统；需要控制那些变量才能使一个自动控制系统安全、可靠、制系统；需要控制那些变量才能使一个自动控制系统安全、可靠、高效率的

8、工作。基本原则是：用最少的图标显示和控制最多的变量，高效率的工作。基本原则是：用最少的图标显示和控制最多的变量，实现最多的功能。实现最多的功能。二、研究人机界面所需要的基础知识二、研究人机界面所需要的基础知识v2、认知心理学、认知心理学v 认知心理学研究我们如何获得世界的信息；这种信息又怎认知心理学研究我们如何获得世界的信息；这种信息又怎样表征并转化为知识；它怎样储存；知识又是如何用来指导我样表征并转化为知识；它怎样储存；知识又是如何用来指导我们的注意和行为。它涉及心理过程的全部范围们的注意和行为。它涉及心理过程的全部范围-从感觉到知觉、从感觉到知觉、模式识别、注意、学习、记忆、概念的形成、思

9、维、表象、回模式识别、注意、学习、记忆、概念的形成、思维、表象、回忆、语言情绪和发展过程，而且贯穿于行为的各个领域。忆、语言情绪和发展过程，而且贯穿于行为的各个领域。二、研究人机界面所需要的基础知识二、研究人机界面所需要的基础知识v 了解并遵循认知心理学的原理是进行人机界面设计的基础。利用认了解并遵循认知心理学的原理是进行人机界面设计的基础。利用认知心理学的原理设计人机界面，一方面防止出错，另一方面用以提高工知心理学的原理设计人机界面，一方面防止出错，另一方面用以提高工作效率。为了提高人机界面设计的水平增强用户与控制系统界面之间的作效率。为了提高人机界面设计的水平增强用户与控制系统界面之间的友

10、好程度，必须对用户，即使用控制系统界面的人，有一个较为清晰的友好程度，必须对用户，即使用控制系统界面的人，有一个较为清晰的认识，也就是说对人的心理基础要有所了解。既要了解人的感觉器官认识，也就是说对人的心理基础要有所了解。既要了解人的感觉器官（视觉、听觉、触觉）是如何接受信息的，也要了解人是怎样理解、处（视觉、听觉、触觉）是如何接受信息的，也要了解人是怎样理解、处理信息的，以及学习记忆有哪些过程，人又是如何进行推理的等。由此，理信息的，以及学习记忆有哪些过程，人又是如何进行推理的等。由此，尽量使自己的设计适应于人的自然特性，以使设计的系统满足用户的要尽量使自己的设计适应于人的自然特性，以使设计

11、的系统满足用户的要求。由于学时的关系我们不展开讨论认知心理学的原理，而是直接引用求。由于学时的关系我们不展开讨论认知心理学的原理，而是直接引用一些结论性的理论。一些结论性的理论。二、研究人机界面所需要的基础知识二、研究人机界面所需要的基础知识v3、图形构造艺术、图形构造艺术v 图形构造艺术包括两个方面：其一，控制系统操作台外形结构、按图形构造艺术包括两个方面：其一，控制系统操作台外形结构、按键和显示器的安装位置和色彩搭配；其二，控制系统参数、性能界面制键和显示器的安装位置和色彩搭配；其二，控制系统参数、性能界面制作方法和原则。对于一位已经掌握自动化技术的人来讲，图形构造艺术作方法和原则。对于一

12、位已经掌握自动化技术的人来讲，图形构造艺术是人机界面设计的成败技术关键之一。因为它涉及了设计者本身的修养、是人机界面设计的成败技术关键之一。因为它涉及了设计者本身的修养、知识面、社会经历和看问题分析的方法问题与角度。知识面、社会经历和看问题分析的方法问题与角度。三、人机界面设计原则与评价内容v1、人机界面设计原则 设计原则的建立主要目的是提出设计原理，为开发人员提供设计的设计原则的建立主要目的是提出设计原理，为开发人员提供设计的功能需求。它提供了严格的标准，同时具有一定的灵活性，可以根据用功能需求。它提供了严格的标准，同时具有一定的灵活性，可以根据用户界面设备的发展以及用户需求的变更增加新的内

13、容。这样，用户界面户界面设备的发展以及用户需求的变更增加新的内容。这样，用户界面开发的执行过程就会很快，并减少设计的改变。为了保证在整个产品开开发的执行过程就会很快，并减少设计的改变。为了保证在整个产品开发周期中的协调，设计原则应考虑以下几方面的问题：发周期中的协调，设计原则应考虑以下几方面的问题：三、人机界面设计原则与评价内容v1、人机界面设计原则1) 一致性一致性v(1) 界面中的功能区必须保持相对固定界面中的功能区必须保持相对固定v(2) 使经常用到的信息和提示位置一致使经常用到的信息和提示位置一致v(3) 保留一定区域来显示系统状态和错误信息保留一定区域来显示系统状态和错误信息v(4)

14、 滚屏和翻页等采用习惯的方式控制滚屏和翻页等采用习惯的方式控制v(5) 使中断进程规范化使中断进程规范化v(6) 图形、窗口、菜单、表格应用一个标题来标明它的内容和功能图形、窗口、菜单、表格应用一个标题来标明它的内容和功能v(7) 色彩及特定图形在界面中的含义须前后一致色彩及特定图形在界面中的含义须前后一致三、人机界面设计原则与评价内容v1、人机界面设计原则2) 使错误校正简单、迅速使错误校正简单、迅速v(1)错误信息应使用非技术性语言显示错误信息应使用非技术性语言显示,信息的含义应当对初学者和有经信息的含义应当对初学者和有经验用户都很明确验用户都很明确v(2)错误信息应当指明发生了何种错误且

15、如何改正错误错误信息应当指明发生了何种错误且如何改正错误v(3)须有恢复功能，使用户可以回到对话过程的上一步操作须有恢复功能，使用户可以回到对话过程的上一步操作v3) 减少输入工作减少输入工作v(1)允许用户采用缩写的方式输入信息允许用户采用缩写的方式输入信息v(2)在输入可预知的情况下在输入可预知的情况下,设置默认值设置默认值v(3)尽量少用双键尽量少用双键v(4)对需要重复输入的数据提供复制功能对需要重复输入的数据提供复制功能三、人机界面设计原则与评价内容v1、人机界面设计原则4) 为不同经验或水平的用户提供多种交互方式为不同经验或水平的用户提供多种交互方式v(1) 为有经验用户提供快捷功

16、能为有经验用户提供快捷功能v(2) 可使初学者进行多步访问可使初学者进行多步访问v5) 在可行的情况下在可行的情况下,使用批处理或命令队列使用批处理或命令队列v(1)固定顺序的操作可用命令队列完成固定顺序的操作可用命令队列完成v(2)常常用到的过程操作采用批处理常常用到的过程操作采用批处理v6) 精心设计以防错误发生精心设计以防错误发生v(1)命令的名字应符合其对应操作的含义命令的名字应符合其对应操作的含义v(2)对那些不允许用户输入的区域进行保护对那些不允许用户输入的区域进行保护v(3)对于图形和色彩的使用要尽量符合人们的习惯对于图形和色彩的使用要尽量符合人们的习惯三、人机界面设计原则与评价

17、内容v1、人机界面设计原则 7) 提供适当的反馈提供适当的反馈v(1) 通过某种方式的显示，确认用户的输入通过某种方式的显示，确认用户的输入v(2) 可行的情况下，应及时显示系统状态信息可行的情况下，应及时显示系统状态信息v8) 对一些重要操作提供确认对一些重要操作提供确认v(1) 对一些关键操作，应提供确认对一些关键操作，应提供确认v(2) 在要求用户确认之前，提示该动作可能发生的后果在要求用户确认之前，提示该动作可能发生的后果三、人机界面设计原则与评价内容v1、人机界面设计原则v9) 为主要信息提供图形标识为主要信息提供图形标识v(1)利用亮条等标注重要信息利用亮条等标注重要信息v(2)对

18、于某个重要的显示条目采用闪烁方式显示对于某个重要的显示条目采用闪烁方式显示v(3)利用颜色区分一般信息和重要信息利用颜色区分一般信息和重要信息v10) 提供在线帮助和系统故障自诊断功能提供在线帮助和系统故障自诊断功能v(1)为帮助操作提供简单而标准的动作为帮助操作提供简单而标准的动作v(2)交互的重要环节尽量有帮助功能交互的重要环节尽量有帮助功能四、常用认知心理学基础理论v1、视错觉v 一般来讲，形态要素并不是单一存在一般来讲，形态要素并不是单一存在的，当所处环境不同，受某些光、形、的，当所处环境不同，受某些光、形、色等因素的干扰自身部分之间的相互作色等因素的干扰自身部分之间的相互作用以及透视

19、感等将引起某些图形产生不用以及透视感等将引起某些图形产生不同状况的变化。再加上人的自身心理状同状况的变化。再加上人的自身心理状态的影响，人们对形态的视觉感往往发态的影响，人们对形态的视觉感往往发生生“错觉错觉”（illusion）。这种错觉具有）。这种错觉具有普遍性，是人们所具有的共同生理特性。普遍性，是人们所具有的共同生理特性。图图5-2-6莱亚错觉莱亚错觉四、常用认知心理学基础理论v1、视错觉v 视错觉的产生原因主要有两个：视错觉的产生原因主要有两个：一是人的生理特征所致，即它与眼的一是人的生理特征所致，即它与眼的视觉通道的构造有关，以及与观察不视觉通道的构造有关，以及与观察不同的物体而发

20、生的变化因素有关；二同的物体而发生的变化因素有关；二是由心理的知觉所致，是知觉恒常性是由心理的知觉所致，是知觉恒常性的颠倒，从而形成的颠倒，从而形成“受骗受骗”的现象。的现象。图图5-2-6莱亚错觉莱亚错觉四、常用认知心理学基础理论v1、视错觉v图图5-2-6是有名的莱亚错觉，两条线是有名的莱亚错觉，两条线段本来是等长的，但由于一条在线段本来是等长的，但由于一条在线的末端加上向内的箭头，就比末端的末端加上向内的箭头，就比末端加上两个向外箭头线段显得短。加上两个向外箭头线段显得短。v图图5-2-7所示为艾宾豪斯错觉，两个所示为艾宾豪斯错觉，两个直径相等的圆，被不同直径的两组直径相等的圆，被不同直

21、径的两组圆所包围。其结果是：被小圆包围圆所包围。其结果是：被小圆包围的圆看起来显得大一些。的圆看起来显得大一些。图5-2-7艾宾豪斯错觉四、常用认知心理学基础理论v1、视错觉v 工程师必须全面理解和工程师必须全面理解和辩证处各种错觉现象，根辩证处各种错觉现象，根据不同的要求，在设计的据不同的要求，在设计的加以灵活应用。视错觉的加以灵活应用。视错觉的另一种现象是含糊的图像。另一种现象是含糊的图像。含糊的图像有多种解释。含糊的图像有多种解释。不同的人根据自己的视角不同的人根据自己的视角和理解，会看到不同的图和理解，会看到不同的图像。像。图图5-2-8 b)姑娘姑娘/老妇老妇图图5-2-8 a) 花

22、瓶花瓶/脸脸四、常用认知心理学基础理论图图5-2-8 b)姑娘姑娘/老妇老妇图图5-2-8 a) 花瓶花瓶/脸脸四、常用认知心理学基础理论v1、视错觉v 图图5-2-8所示为一些众所周知的含糊错觉。视觉解释过程中，图像可所示为一些众所周知的含糊错觉。视觉解释过程中，图像可能被误解，因为每一个人都把他自己的意思附加到他所看到的东西上去。能被误解，因为每一个人都把他自己的意思附加到他所看到的东西上去。对于这些容易造成视觉和语义上错觉的图形、图标，在设计时尤其要注对于这些容易造成视觉和语义上错觉的图形、图标，在设计时尤其要注意，以免造成界面隐喻上的错误。意，以免造成界面隐喻上的错误。图图5-2-8 b)姑娘姑娘/老妇老妇图图5-2-8 a) 花瓶花瓶/脸脸四、常用认知心理学基础理论v2、人的特性v1)、人的听觉频率范围、人的听觉频率范围v 听觉可以感知频率范围大约在听觉可以感知频率范围大约在20Hz20000Hz音波。音音波。音波是一种机械波，它是声源的振动在介质中的传播。音波波是一种机械波，它是声源的振动在介质中的传播。音波在在0C空气中的传播速度为空气中的传播速度为331m/s，温度每增高，温度每增高1C，音速，音速将增加将增加0.6 m/s。四、常用认知心理学基础理论v2、人的特性v1) )、人的听觉频率范围、人的听觉频率范围v 听觉的感受性在听觉的感受性在