人机工程学讲义5

1、人机界面设计人机系统与人机界面首先再次澄清人机工程学定义中的重要术语 人劳动的主体机劳动工具、机械设备、劳动手段和环境条件。人机界面人和机在信息交换上和功能上接触的或相互影响的领域。人是指劳动的主体；机是指劳动工具、机械设备、劳动手段和环境条件；还有一个词汇我们经常在电视或报刊中看到，“界面设计”，如这个手机的“界面设计”绝无伦比等。那什么是界面呢，什么叫人机界面呢，就是人和机在信息交换上和功能上接触的或相互影响的领域。比如，矿泉水瓶，中间有段收身，拿瓶子的人大部分是握住中间的部分，很少有人两手指捏着上部的，为什么呢，中间有腰身，手握时不容易下滑。那么手握的中间有塑料皮的这一段就是人机界面，这

2、个界面叫触觉界面手去接触。还有一个界面，上面的盖子上的竖条纹，用手去拧才能打开瓶盖，竖条纹的地方也是一个人机界面，也是触觉界面；打开了，喝水触觉界面嘴唇接触它。还有一些视觉界面的比如手机，点亮屏幕视觉界面上面很多图标、颜色、字体的大小很清晰，一目了然，这是给人看的，所以是视觉界面。还有听觉界面手机响铃，可以设置声音渐强，这就比较符合人机工学；下课铃声很大，容易吓到人，就不符合人机工程。还有嗅觉界面如生活中用的天然气中大多添加了难闻的气体，为了当有天然气泄漏的时候能让人及时警觉到出现问题，这就是嗅觉界面设计，有警示作用。还有过一种设计，一种工作椅。，有些工作岗位，比如电力系统中会有些工作是每隔一

3、段时间就要记录仪表数据的。但是如果上夜班，人会非常困，容易睡着，这把专用的椅子坐在上面，如果人是清醒的就会经常改变体位，它就知道你是清醒；如果长时间椅子的震动感应器没有感应，说明你一直一个姿势，它就觉得你是睡着了，就会自动抖动，把人抖醒，或者侧面有喷枪，喷出难闻的气味，让人清醒。在人机系统中，人与机相互作用，相互联系，构成一个整体。（图）人和机器的机能（特性）对比人和机器在人机系统中功能是有分配的，如一台照相机在手上是傻瓜机，一台是职业记者用的专业相机，它们的人机分配是不同的；不会摄影人想买部好的傻瓜相机，再好也没有专业相机，因为它没有景深，什么都是自动设定的，没有职业摄影师用的相机能够自如修

4、订参数，可以用滤色镜，反光板，自己设定曝光时间来得到他想得到的特殊效果。如果不用傻瓜机，就必须接受这方面的训练，训练有素才能自如使用专业相机。如表所示，包括检测能力、操控能力、控制能力、创造能力、耐久性、可靠性、适应性等。不一定机器就强于人，同样，也不一定人就强于机器，各有千秋，因此，对于一个器物来说，什么时候需要手动化，它的技术需要人掌握，而什么时候需要智能化，如声控灯等，是应该有分工的，不能千篇一律。需要合理分配：人的功能分担重，则机的的功能分担轻；人的功能分担轻，则机的的功能分担重。人机界面的分类控制类人机界面显示装置与人的信息通道特性的匹配；操纵装置与人体运动通道特性的匹配。如，门禁对

5、讲机，可打电话可视频。工具类的人机界面研究如何使工具与人体形态功能、尺度、手感或体感相匹配。如扳手，座椅的设计等。环境类人机界面即物理环境、化学环境、生物环境和美学环境等对人的影响。如电影院看电影，4D电影，有时会观看过程中随着剧情下雨，或有烟雾放出等。信息显示界面下面先讲信息显示设计，包括视觉信息显示、听觉信息显示、触觉信息显示，还有嗅觉味觉信息显示等。我们主要讲视觉显示、听觉和嗅觉显示。信息显示器是人机系统中用以向人传达机器的功能、参数、运作状态及其他信息的装置。下表是不同感官通道的信息显示器比较。可以看出，视觉显示最直观，可以传达比较复杂、抽象的信息，传递速度最快、距离最远、时间可持续；

6、但对视力色彩能力有要求，容易造成误解，受照明、色彩等干扰，有时候信息量太大也不容易处理。听觉显示可在视觉显示无法传达的时候起到作用，传递速度也快，但对听力有要求，信息容量有限，距离有限，不可持续，不可查对，容易受噪音的干扰。触觉显示可接受的器官多，而且不会影响他人，但信息容量小，不易辨识，必须人机接触。视觉显示设计先看一组图这款交通灯的LED图标设计采用了古老的沙漏形状，与单一形状交通灯或是倒计时数字的交通灯相比，它可以更加生动形象地告诉等待的路人还需要多少等待的时间。平时等交通灯很无聊，这个就比较有趣，只有在黄灯的时候才会显示数字倒计时。这种简单的计时方式连小朋友都可以看得懂。（大家思考下它

7、还有什么不足可以改进）1. 字符与图形设计文字、数字和图形符号时最简单也最直观的信息传达方式。文字能够准确描述和解释信息的意义，经常用于指示性显示（如操作方法显示）和辅助性说明。（比如我们的课件图形下往往有文字表明图形的名称或来历）数字能够精确显示数据参数，常作为计量显示用。符号是经过对被指示内容高度概括和抽象而成的图形指示标志，能够直观形象地突出被表示对象的特征和确定的含义，不受文化、语言和知识水平差异的限制，具有信息量大、形象生动、简介容易识别等优点。在设计中应根据需要和特征，选择适宜的方式，有时也需要综合运用。图3.2燃气热水器LED显示屏该显示屏上综合运用了文字、数字、图形符号传达产品

8、信息。数字用于精确显示加热水温；文字用于辅助性说明信息内容；图形符号(动画)直观形象地传达产品的运作状态，如出水、排气等。1)字符设计选择和设计显示信息的字符时，字形应尽量简明易认。一般说来，简洁的字体比花体字易认，正体字比斜体字易认，细字体比粗字体易认，笔画均匀的字体比粗细变化的字体易认，大写字母比小写字母易认，方形和高矩形的字体比扁宽的字体易认，横向排列的字体比纵向排列的字体易认(图3.3)。图3.3 不同字体显示效果的比较上下排从左至右分别为中、英文正常字体、草体字花体字、斜体字、粗体字、笔画粗细变化的字体、繁体字小写字母、纵向排列的文字，其中正常字体的可读性最强。字符的适宜尺寸计算公式

9、：H=0.056D+K1+K2其中：H字高，mm；D视距，mm；（人眼与被观察物之间的距离）K1照明与阅读条件校正系数。对于高环境照明，当阅读条件好时，K1取1.5mm；当阅读条件差时，K1取4.1mm。对于低环境照明，当阅读条件好时，K1取1.5mm；当阅读条件差时，K1取6.6mm。K2重要性校正系数。一般情况下，K2=0；对于重要项目，如故障信号，K2可取1.9mm。比如我们的视距是5M，我们属于低环境照明，阅读条件比较好时，K1取1.5mm那么字体高计算一下就是29.5mm; 阅读条件比较差时，K1取6.6mm那么字体高计算一下就是34.6mm.字符笔画宽度与字高的最佳比值，对于白底黑

10、字为1:8，此时观察距离达到33m仍可辨别；对于黑底白字为1:13，此时观察距离达到36M仍可辨别。笔画宽度与字高之比在1:71:40之间时，看清黑底白字比看清白底黑字的观察距离更远。原因是光渗效应，即白色(或浅色)的形体在黑色或暗色背景的衬托下，具有较强的反射光亮，扩张性的渗出，使得黑底白字的笔画显得更清晰(图3.4)。图3.4光渗透效应使用字符传递信息时，还应注意区别容易混淆的字体、数字，如数字0与字母OQD，数字1与字母Il，数字2与字母Z,数字8与字母B.R,数字3.5与字母S等。当这些字符混排时，应使用区别较大的字体或用其他区别方式(图3.5)THE BEIJING EBOB OLH

11、MPIC GRMES图3.5数字0与字母0的识别区分此外，段落文字还应控制字间距与行间距，以便阅读和理解，一般横排文字间隔取一个笔画宽度，两行文字间距至少为字高的1/3。2)图形符号设计信息显示中所采用的图形和符号，是经过对显示内容的高度概括和抽象处理而形成的，使得图形和符号与标志客体间有着相似的特征，让人便于识别辨认。图形和符号的辨认速度和准确性，与图形和符号的特征数量有关，并不是符号的形状愈简单愈易辨认。有人做过实验，选用三类符号，在所传递的信息量大体相同时，考查其辨认效果。第一类为简单的符号，只有必要的特征，仅按形状(三角形、梯形等)辨认；第二类为中等的符号，除了主要特征外，还有辅助特征

12、(外表和内部的细节)；第三类是复杂的符号，有若干个彼此混淆的辅助特征(一般是两个)。实验结果表明，辨认简单符号和辨认复杂符号一样，比辨认中等符号需要的时间更长，准确性更低(表6-10)。因此，为了提高图形和符号的辨认速度和准确性，必须注意：设计的图形和符号要反映客体的特征。只有用高度概括、简练、生动的形象表达出客体的基本特征，才能适宜操作者辨认。如图（鸟巢卫生间标识：男的下面是裤子，用一条竖线简明的表达出来；女的头上有小辫子，用两条对称的曲线表达出来；残疾人专用的是个坐轮椅的形象，用一个圆和象征曲腿的曲折线表示。这些都是提取了特定人群的个性特征）表6-10辨认的速度和准确性与识别特征数量的关系

13、此外，图形符号应具有明显的轮廓线，并与背景有较大反差，使图形突出显示于背景之上；闭合的图形能加强知觉过程；有外框包裹的图形更具有整体性。如图除了这些基本要求，还有一些约定俗成的图形符号已经被用户认可和接受，在设计时往往沿用或借鉴这些元素，有助于用户快速、准确地认知和反应。（如图，开关的表示往往是这样的，还有开始播放，快进，暂停，声音控制等。）信息显示中所采用的图形和符号指示，大多数是作为操纵控制系统或操作内容和位置的指示。但“形象化”的图形和符号指示也有自己的限度，如果在操作中须精确知道被调节量，则图形、符号指示就不能胜任，必须用数字加以补充。（比如视频播放器播放一部电影，中间如果使用者中断观

14、看，下次再寻找播放的位置，往往可以通过记住已播放时长来定位。）2. 仪表显示设计仪表显示是信息传达的一种基本形式，按其认读特征可分为数字显示器和模拟显示器两大类。数字显示器是用数字来显示机器有关参数或工作状态的显示装置，如常见的电表、出租车计价器等。其优点是显示简单、精确、认读速度快、不易产生视觉疲劳。其显示形式包括机械式、电子式和使用阴极射线管的计算机控制式等(图3.10)。图3.10常见的数字显示形式(a)机械式计数器；(b)数码管；(c)阴极射线管模拟显示器是用标定在刻度上的指针来显示信息的显示装置，如常见的手表、汽车时速表等。其优点是信息形象化，能连续、直观地反应信息的变化趋势，能清晰

15、反映模拟值在全量程范围内所处的位置。其又可分为指针运动式与指针固定式两种(图3.11)。数字显示器与模拟显示器各有优势和局限。总的说来，模拟显示器具有可靠性高、稳定性好，易于显示信号的变化趋势，易于判断信号值与额定值的偏差等优势；但也有显示速度较慢，易受冲击、振动和环境因素的影响，过载能力差，质量控制困难等局限。数字显示器则具有精度高、认读速度快，无需补误差，过载能力强、易与计算机联用等优势；但也有显示易跳动或失效，不易判断信号的变化趋势，不易判断信号值与额定值的偏差等局限。数字显示仪表中数字信息的设计可参考前面字符设计的相关内容，这里不再赘述。模拟显示器的设计需要考虑表盘设计、刻度设计、指针

16、设计、标数设计等几个因素。1)表盘设计仪表盘的形状分为开窗式、圆形式、半圆形式、水平直线式、垂直直线式等形式(图3.12)。其中开窗式仪表认读范围小，视线扫描路线短，误读率最低；圆形式和半圆形式仪表指针明显，视线集中，指针运动简单；水平直线式和垂直直线式仪表显示范围大，利于对位移、高度等水平或竖直方向信息的形象理解。图3.12仪表形状的基本形式(a)开窗式(b)圆形式i(c)半圆形式(水平直线式(e)垂直直线式仪表盘的大小直接关系着人的认读速度和精度。过小的仪表盘，其刻度标记、标数自然细小而密集，难以迅速和准确地辨认；过大的仪表盘，会分散人的视线，加长扫描路线长度，降低视敏度，同样影响认读速度

17、和准确性。实际上，决定认读效率的不只是仪表的直径，而是其与观察距离的比值，即视角大小。根据相关研究，仪表的最佳视角为2.5°5°，即视距750mm时，仪表盘直径在3570mm之间。同时，仪表盘的大小还与标记数量密切相关，标记数量越多，需要的仪表盘越大。2)刻度设计仪表的刻度包括仪表盘上两最小刻度标记间的距离和刻度标记，在设计中应注意量表划分、刻度间距、刻度标记等因素。量表划分是指将仪表量程划分为若干单位和具体数值，如分多少个刻度、大刻度指示多少数值、小刻度指示多少数值等。仪表的最小刻度应标示所需读出的最小数量单位。如计时的钟表一般所需读出的最小的时间单位为秒，则秒针所指示的

18、最小刻度应为秒，更小的毫秒、微秒、纳秒等时间单位的刻度可以不显示；每个小刻度最好代表1个单位或大刻度数值的约数单位(常为2或5个单位)，如钟表上分针所指的每个大刻度代表5min，每个小刻度代表lmin.刻度间距是指两个小刻度标记之间的间隔距离。根据认读效率与刻度间距大小之间的关系，刻度间距与人眼形成的视角以1o'左右为宜，即视距750mm时，刻度间距在12.5mm之间。此外，观察时间越短，刻度间距应越大，在观察时间很短(0.5-0.25s)的情况下，以2.33.8mm为宜。刻度标记指示一定的读数单位，标记刻度的宽度一般占刻度间距的1/201/5为宜。表盘上标记较多时可将其分为大刻度标记

19、、中刻度标记和小刻度标记等级别(图3.13)，以便认读和理解。大、中、小三级刻度标记长度的比例一般为2：1.5：1或1.7：1.3：1，也可参考相关部门颁布的标准。图3.13刻度标记的形式3)指针设计指针用以指示仪表盘上的刻度标记，供人读数或显示状态。在设计中，指针的形状应有明显的指示性形状，一般以针尖指示的方向为准；针尖的宽度一般应与小刻度标记的宽度相同；指针与仪表刻度面之间的间隙应尽可能小，以减小不垂直观察时的投影误差（图3.14 汽车仪表指针设计：注意仪表中指针尖端是向下略微弯曲的，这样可以减小针尖与盘面之间的间隙，减小投影误差。）4)标致设计标数用以标明仪表刻度数值。在设计中，标数应置

20、于指针不易遮挡的位置；一般大刻度标记必须标数，小刻度标记可以不标数；指针运动式仪表的标数应当呈竖直状态（a），仪表面运动式仪表的标数应沿径向布置(b)，以保证标数在任何方向都正立显示（如指南针）；开窗式仪表窗口的大小至少应能完整显示当前刻度的标数，并应尽可能显示出当前刻度标数前后的两个标数，以便清晰显示运动的方向和趋势；圆形或扇形仪表的标数，应按顺时针方向依次增大，0位常设于时钟的12点或9点位置，以符合人的认读习惯(图3.15)。图3.14汽车仪表指针设计图3.15飞机仪表标数设计(a)高度表(b)航向指示表5)仪表设计的基本原则(1)仪表显示设计应以人的视觉特征为依据，确保使用者迅速准确地

21、获取所需要的信息。同时，显示的精确程度和质量应与人的辨别能力、认读过程、舒适性和系统功能要求相适应。(2)仪表显示的信息种类和数量不宜过多。同样的参数应尽可能采用同一显示方式，显示的信息量应限制在人的视觉通道容量所允许的范围之内。(3)仪表的指针、刻度标记、标数等应与仪表盘之间在形状、颜色、尺度方面保持适当的对比关系，使目标清晰可辨。一般目标应有确定的形状、较强的亮度和鲜明的颜色，而背景相对于目标应亮度较、颜色较暗。(4)显示格式应简单明了，显示意义应明确易懂，以利于使用者正确理解。(5)具有良好的照明，避免仪表对光线形成反射，保证对目标的辨认。3. 灯光信号显示设计灯光信号是由信号灯产生的视

22、觉信息，用于向操作者显示必须注意和需要操作者立即作出反应的定性信息，其中用来显示危险或紧急状态的信号灯称为警告灯。目前灯光信号在交通运输、仪器仪表及家电和电子产品中都有广泛应用。其特点是面积小，视距远，容易吸引注意，信息简单明了；但信息负荷有限，信号过多时容易形成干扰。灯光信号显示器可分为以下3种类型：显示信号的简单指示灯、以特定的字符图形显示信息的图形符号灯、显示系统准备和运行状况信息的透射仪表板装置(图3.17)。1)简单指示灯简单指示灯可用灯光的明灭来显示简单的定性信息，如电源接通与否也可辅助以颜色表示较为丰富的信息，如绿灯一般表示正常运行，黄灯表示等待或警惕，红灯表示故障或危险还可通过

23、灯光的闪烁进一步引起注意，如警灯。图3.17灯光信号显示器(a)图形符号灯(b)简单指示灯(c)透射仪表板2)图形符号灯图形符号灯与简单指示灯相比，能传达的信息量更大，也更有利于理解。单个图形符号灯除注意和警告指示器外，其余信号的字符不论显示器接通与否应是清楚可见的。交替显示图形符号信息的多功能图形符号灯，一次只显示一种图形符号信息。采用“存储”图形符号的多图形符号显示器应符合下列要求：(1)照明后面的图形符号不应被前面的图形符号所遮蔽；(2)后面的图形符号应尽可能减小视差；(3)前后图形符号的亮度对比应相一致。3)透射仪表板装置透射仪表板装置用于显示系统、网络和其他组件的整体图形化信息。应考

24、虑复杂数据的编排和信息的流动显示。灯光信号显示器的效果与人的因素有密切关系，对影响信号灯和警告灯传信效率涉及人的因素有以下几点(1)信号灯的亮度因素。信号灯和警告灯的光刺激强度主要由灯光的亮度、大小和呈现时间三方面因素决定。灯光显示器的亮度应与背景亮度协调，并至少比背景亮度大10%。显示器内部的亮度对比应不小于0.5；当背景照度较低时，比值应不小于0.9。(2)信号灯的颜色。信号灯和警告灯颜色的选择主要以各种色光的视觉效果及其意义表征为依据。(3)闪光和稳定光。由于闪光比稳定光更能吸引人的注意，因此，警告信号灯在提示操作者注意并采取某些措施的情况下宜用闪光。闪光速度不宜过低或过高，以310Hz

25、的闪光速度为宜。(4)信号灯位置。信号灯和警告灯处于视野中不同的位置时具有不同的视觉效果，最重要的信号灯和警告灯应安置在视野中央3°的范围内，所有警告灯不宜超出视野30°的范围。在设计中还可参考一些国标（GB/T 1251.2-2006人类工效学 险情视觉信号一般要求、设计和检验等标准。）4. 显示屏设计显示屏既能显示文字、图形、符号、信号，又能显示动态影像、可以用于显示定量信息和形象化定性信息，在人机交互中应用广泛。常见的显示屏技术包括：(1)CRT(cathode ray tube，阴极射线管显示器)：具有可视角度大，无坏点，色彩还原度高，色度均匀，可调节的多分辨率模式

26、，响应时间极短，成本低等优点。（过去台式机的显示器）(2)LCD(liquid crystal display，液晶显示器)：具有占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，能降低视觉疲劳等优点。（很多电脑显示屏还是这种显示器）(3) PDP(plasma display panel，等离子显示器)：具有图像清晰逼真，在室外及室内光线下均可视，可提供大屏视角，屏幕非常轻薄，厚度仅有数厘米，便于安装等优点。（现在的电视常用到）显示屏显示设计主要涉及屏面大小、目标亮度、目标与背景的亮度比、分辨率与字符设计等问题。(1)屏面大小屏面大小与视距和显示目标的大小有关，一般视距的范围为500700mm，此时屏面与

27、眼形成不小于30°视角为宜。认读周期短或检测微弱信号时视距可减少至250mm，允许操作者根据需要更接近屏幕进行观测。当由于其他原因，须将显示器安装在大于此视距时，应对荧光屏尺寸、符号大小、亮度范围、分辨线的间距和清晰度等进行适当的调整。(2)目标亮度在一定的亮度范围内，人对物体细节的分辨能力(视敏度)随目标亮度的增加而提高，所以通过提高显示屏上目标的亮度，能够有效地改善视觉信息的显示效果。但这也会使用户对屏幕闪烁现象更为敏感，从而降低视觉效果。一般认为，只要保持足够的亮度对比度，显示器上的目标亮度只要达到65cd/m°(黑白电视机荧光屏亮度为120cd/m 2左右，彩色电视

28、机荧光屏亮度为80cd/m2左右)，即可基本满足阅读的需要。(3)亮度对比度适宜的亮度比是保证用户从显示屏上迅速、准确地获取信息的重要条件。通用CRT显示中亮度比的工业标准被设定为10：1。CRT上通常采用的是亮目标、暗背景的显示方式，称为正对比。但工效学研究表明，负对比(亮背景暗目标)较正对比使眼睛感觉更舒适，显示字符更具可读性，更有利于视觉的适应。所以，国外在设计CRT产品时倾向于以负对比显示方式向用户提供信息。不过，这种显示方式下容易产生闪烁，目前还只局限在高质量的CRT采用。(4)分辨率与字符设计用户对CRT上显示符号的识别正确率随其分辨率的提高而增加。为了保证显示的质量，对用于图像显

29、示的CRT显示器，其分辨率不能低于每英寸125线。目前，西文字符显示最常采用的是5 × 7和7×9的点阵，字体大小在14'22'视角范围内。国标中，将屏幕汉字显示的最小点阵尺寸设定为16×16。在实际应用场合，最佳的显示点阵尺寸往往取决于任务的性质。(5)环境照明不应超过荧光屏激发的屏幕亮度的25%。(6)直接靠近屏幕的表面应经无光泽处理，它的亮度应在屏幕亮度范围的10%100%之间，以减小反射眩光。除了应急指示灯外，在屏幕周围不应有比屏幕更亮的光源。(7)显示器应安放在和光源相对位置适当的位置上，光源应有罩子、屏蔽，或采用光学涂层、滤光器,等，以

30、减小直接眩光。5. 色彩显示设计色彩具有不同的表情，可以配合以上视觉信息显示器传达信息。1)红色(参考孟塞尔色标7.5 R 4.5/14，即红色是7.5，明度是6.5，彩度是10)在可见光谱中红色光波最长，处于可见长波的极限附近，穿透空气时形成的折射角度最小，在空气中辐射的直线距较远，在视网膜上成像的位置最深，给视觉以逼近的扩张感，被称为前进色。它容易引起注意、兴奋、激动、紧张，但眼睛不适应红色光的刺激。因此红色光很容易造成视觉疲劳，严重的时候还会给人造成难以忍受的精神折磨，所以要慎重使用。在设计中红色经常被用来传达以下信息：(1)停止：交通工具要求停车，设备要求紧急停止；(2)禁止：表示不准

31、操作，不准擅动，不准通行；(3)高度危险：如高压电、下水道口、剧毒物、交叉路口等；(4)预警或报警：仪表盘上的红色区域一般表示已超出安全范围，红色信号灯表示危险警报和要求立即处理的情况；(5)消防：消防车和消防用具都以红色为主色。2)橙色(参考色标2.5 YR 6.5/13)橙色明视度高，在空气中的穿透力仅次于红色，而色感较红色更暖，是色彩中感觉最暖的色。在工业安全用色中，橙色是警戒色，涂于转换开关的盖子、机器罩盖的内表面、齿轮的侧面，或用于航空、船舶的安保措施，此外还用于火车头、登山服装、背包、救生衣等，机场附近的高大烟囱、机场的控制塔、水塔等也要涂成橙色和白色的条纹或格纹。3)黄色(参考色

32、标2.5 Y 8/13)黄色明视性好，容易唤起注意，多用于警告危险或提醒注意，如交通标志上的黄灯、工程用的大型机器、铁路维护工人服装等。起重机车、叉车、卡车、火车的缓冲器，低梁，有货车碰撞危险的电线杆，地坑的边缘，车站站台的边缘，容易绊倒的地面上的突出物，楼梯的踢步板和踏步板的边缘，吊脚手架、吊篮、电线的防护器件，道路工程的各种障碍，对人身有害的物质所在之处等，往往由黄色与黑色组成条纹状。因为黄色对于黑色是认识性最高的颜色，因此效果更为显著。4)绿色(参考色标5 G 5.5/6)绿色光在可见光谱中波长恰居中位，因此人的视觉对绿色光波长的微差分辨能力最强，也最能适应绿色光的刺激。在设计中绿色经常

33、被用来传达以下信息：(1)安全：引导人们行走安全出口标志用色；(2)正常：设备工作准备、安全动作、正常工作状态经常以绿灯显示；(3)卫生：标示医疗用品，如急救箱、保护具箱、担架、救护所的位置和方向、劳动卫生旗帜等；(4)军事：标示军事设施、器材、服装、场所等，可以起到伪装作用。5)蓝色(参考色标2.5 PB 5.5/6)在可见光谱中，蓝色光的波长短于绿色光，而比紫色光略长些。穿透空气时形成的折射角度大，在空气中辐射的直线距离短。在设计中蓝色经常被用来传达以下信息：(1)警惕：开关盒外涂色，修理中的机器、升降设备、锅炉、地窖、活门、梯子等的标志色，表示一般人员不得乱动；(2)指令或必须遵守的规定

34、指令。6)紫色(参考色标2.5 RP 4.5/12)在可见光谱中，紫色光的波长最短。因此，眼睛对紫色光的细微变化的分辨力很弱，容易引起疲劳。在设计中用来表示放射性危险(但不包括X射线设备)，往往和黄色组合，成条纹状。7)白色(参考色标N 9.5)白色是全部可见光均匀混合而成的，称为全色光。表示通道、整洁、准备运行的标志色，如用白色线区分工厂内外通道，白色线以内不准堆放材料和制品；在通道中央画出白色线，就可避免车辆与车辆冲突；将废品的容器周边涂成白色，置于容器外的废品就很醒目，因而可以提醒人加以整理。白色还用来标志文字、符号、箭头，以及作为红、绿、蓝的辅助色。白色信号灯中表明系统状态，但没有&q

35、uot;对"或"错'的含义，也不表示操作的成功或失败。8)黑色(参考色标N 1.5)用于标志文字、符号、箭头、以及作为使白、橙、黄色等更科目的辅助色。进行色彩显示设计时可遵循相关的标准和规范，如GB/T 15608-2006中国颜色体系、GB/T 5698-2001颜色术语GB/T 3977-2008颜色的表示方法等。此外还有针对专门领域的GB 2893-2001安全色、GB 14778-1993安全色光通用规则GB/T 8417-2003灯光信号颜色、YD/T765-1995邮件处理中心颜色使用导则、GB 12708-1991航标灯光信号颜色、GB 7144一19

36、99气瓶颜色标志、GB/T 16694-1996造船通风系统图识别颜色、GB 2682-1981电工成套装置中的指示灯和按钮的颜色等。听觉显示设计听觉显示器是人机系统中利用听觉通道向人传递信息的装置，按其所显示信息的特点可分为声音听觉显示器和言语听觉显示器。常见的听觉显示器有铃、蜂鸣器、枪、汽笛、哨子、号角和扬声器等。由于听觉通道比其他感觉通道具有易引起人的不随意注意、反应速度快、不受照明影响和对复杂信息的短时记忆消退较快等特点，听觉显示器适用于下列各种场合：1.信号源本身是声音；2.视觉通道负荷过重；3.信号需要及时处理，并立即采取行动；4.流动工作岗位；5.视觉观察条件(如照明或观察位置)

37、受限6.预料操作者可能会出现疏忽；7.显示某种连续变化而不需要作短时储存的信息。1.声音显示设计人的听觉系统的特点特别适合把声音听觉显示器用于告警显示。声音信号按危险的程度和发展的可能性分为告警信号和注意信号两种告警信号用来警告面临危险的人员、系统或设备有危险变化，含有召唤操作人员采取措施以减少危险和报告事态的意思；注意信号用来指示要求认识但不需立即采取行动的情况，含有指示操作人员消除危险状态和撤离危险区的意思。最常用的听觉告警显示器有蜂鸣器、铃、号角和汽笛等。它们各具特点，分别适用于不同的使用条件。听觉告警信号的设计和选用可参考以下建议：(1)当背景噪声超过110dB(A)时，不应采用声音信

38、号。(2)声音信号的含义必须明确，不能与正常工作噪声和用于其他目的的信号(例如干扰装置的干扰声和无线电发出的其他信号等)相同。(3)声音信号在发生1S内，应能被操作者识别，并至少持续2s。声音信号的持续时间应与危险存在的时间相一致。信号的消失应随危险状态而定。(4)应使用2005000Hz(5003000Hz最佳)的声音，因为耳朵对这一频率范围最敏感。(5)长距离传送声音告警信号时，频率应低于1000Hz，并且要用较大的功率发送。(6)声音告警信号若需绕过较大的障碍物或穿过隔离物时，应使用低于500Hz只的频率。(7)如果存在背景噪声，声音信号应与背景噪声有较大的区别。应使用与任何背景噪声频率

39、不同的声音告警信号，使掩蔽效应减至最小。声音信号的声级应比背景噪声至少高10dB(A)。(8)应尽量采用变频信号或间断的声音信号，这类信号与正常信号有足够大的差别，容易引起注意。(9)在用不同的声音告警信号表示需要作出不同反应的场合，应在声级、音调和频率等方面有较大的分辨差异，使每种信号都能从别的信号中分辨出来。如果要求分辨各自的信号时，显示信号的数目最多应不超过4个。(10)如有可能，听觉告警信号要用独立的通信系统，不要把听觉告警装置用于其他的目的。此外，设计听觉告警信号还需要参照不同领域内的相应标准和规范，如GB/T 1251.1-2008人类工效学 公共场所和工作区域的险情信号 险情听觉

40、信号、GB/T 1251.3-2008人类工效学 险情和信息的视听信号体系、GB 12800-1991声学 紧急撤离听觉信号等。2.言语显示设计言语显示相对声音显示及其他信息显示方式具有以下优势：(1)需显示的内容较多时，用一个言语听觉显示器可代替多个声音听觉显示器，且表达准确，信息内容不易混淆。(2)言语显示的信息表达力强，更有利于指导操作者进行操作、检修和处理故障。(3)在娱乐、广播、电视等领域，言语显示比声音显示更符合人的习惯。在言语显示设计中应注意以下问题：(1)言语的清晰度用言语(包括单字、词组、句子和文章)来传递信息，对言语信号的要求是语言清晰。在工程心理上，用清晰度作为言语的评定

41、指标，即人对音节、词或语句正确听到和理解的百分率。言语清晰度达到96%以上，让人主观感觉完全满意；达到85%96%，让人感觉很满意；达到75%85%，让人感觉满意；达到65%75%，让人感觉言语可以听懂，但非常费劲；65%以下，让人感觉不满意。可见，言语显示清晰度必须达到75%以上，才能正确显示信息。(2)语言的强度言语显示输出的语音，其强度直接影响言语清晰度。当语音强度增至刺激阈限以上时，清晰度逐渐增加，直到几乎全部语音都被正确听到的水平；强度再增加，清晰度仍保持不变，直至强度达到痛阈为止。研究表明，语音的平均感觉阈限为2530dB(测听材料中有50%被听清楚)，汉语的平均感觉阈限为27dB

42、。而语音强度达到130dB时将使人有不舒服的感觉，达到135dB时将使人耳中有发痒的感觉，再高便将有损听力机能。因此，言语显示的强度最好为6080dB.(3)噪声环境中的言语显示为了保证在有噪声干扰的作业环境中进行充分的言语通信，则需按噪声定出极限通信距离。在此距离内，在一定语言干涉声级或噪声干扰声级下可期望达到充分的言语通信(言语清晰度达到75%以上)(表3.5)。触觉显示设计触觉显示是由操作者的触觉器官尤其是手指接触物体的轮廓、表面、几何形状而传递的信息(图3.8)。触觉信息显示装置用于显示定性信息和不精确定量信息，有时与操纵器结合起来使用。触觉显示主要应用于视觉、听觉信道负荷过重，或视觉

43、、听觉信道使用条件受限制，或者使用者的视觉、听觉有缺陷的场合。此外，常见的触觉显示刺激还包括机械振动，如手机来电振动、力回馈游戏手柄等。适合触觉传递的信息必须是人能接触并能感知、内容简单易辨别的信息，触觉显示装置必须在身体及范围(最好在最佳区域)内。触觉显示装置的其他人机工程要求可参见ZB/TJ 27002-199o操纵器一般人机工程要求的有关规定。显示器选用与设计的基本原则(1)显示器所显示的信息要有较好的可觉察性、可辨性，保证接受者迅速、准确地感知和确认。信息内容不应超过接受者的观察范围和注意能力。(2)显示器传递的信息数量不宜过多，特别是次要信息过多会增加接受者的心理负荷。(3)应考虑人

44、接受信息能力的特性。当某一种感觉通道负荷过大时，可使用另一种通道协助接受信息。多通道感觉比单通道感觉更容易引起注意。(4)同种类的信息应尽量用同样的方式传递。没有特殊原因，不应采用不同的方法进行显示。(5)显示的信息变化时，其方向和幅度要与信息变化所带来的作用和趋向相一致。(6)有多种显示器的情况下，要根据技术过程、各种信息的重要程度和使用频数来布置，重要的显示器应在醒目的位置上。(7)为便于识别，在某些情况下可应用两个或两个以上的方式编码，如形状和颜色相结合等。(8)显示信息的量值应有足够的精度和可靠性。(9)必须保证在特定作业环境下实现显示信息的功能和作用，保证接受者有最佳的工作条件。(1

45、0)各个国家、地区或行业部门使用的信息编码应尽可能做到统一和标准化。综上所述·设计和选择的视觉显示器的形状、大小、颜色、分度、标记、空间布置、强度、照明、亮度、变化、背景、环境，以及听觉信息的响度、频率、持续长短和信噪比等因素，都必须适合人接受信息的生理和心理特性，使操作者对显示的信息辨认速度快，误读、误听少，可靠性高，并且减轻精神紧张和身体疲劳。操纵控制设计3.2.1操纵控制器概述操纵控制器是人用以将信息传递给机器，使之执行控制功能，实现调整、改变机器运行状态的装置。人也能通过自身感觉从操纵控制器接收到完成操作所需要的某些反馈信息。因此，操纵控制器构成了人机系统的又一人机界面。控制

46、器设计是否合理，直接关系到人机系统的工作效率。合适的操纵控制器，可以使操作者准确、迅速、安全地进行操作，并且减少紧张和疲劳。操纵控制器的设计要充分考虑操作者的生理、心理、人体解剖和用力等特性。常见的操纵控制器包括曲柄、手轮、旋钮(旋塞)、控制杆(开关杆、调节杆)、拨动式开关、摆动式开关、脚踏板、按键(按钮)、杠杆键、手闸、指拨滑块、拉绳(拉环、拉手、拉圈)、把手、鼠标、触压屏等(图3.19)。图3.19常见的操纵控制器(a)自行车的曲柄驱动装置；(b)汽车方向盘(手轮)；(c)燃气灶上的旋钮；(d)汽车变速杆(调节杆)；(e)饮水机上的拨动式开关；(f)壁灯的摆动式开关；(g)脚踏板式清清简；

47、(h)相机的快门按键；(i)钢琴的杠杆键；(j自行车手闸；(k)mp3播放器上的指拨滑块；(l)壁灯的拉绳开关；(m)门把手；(n)鼠标；(o)触压式绘图板按运动方式的不同，操纵控制器可分为旋转（受力后线轴旋转运动，如曲柄、手轮、旋塞、旋钮、钥匙等）、摆动（受力后绕旋转点或轴运动，或者摆动到一个或数个位置，如开关杆、调节杆、杠杆键、踏板等）、按压（受力后在一个方向上运动，施力解除后停留在被压位置，或通过反弹力可回到起始位置，如按钮、按键）、滑动（受力后在一个方向上运动，并停留在运动后的位置上，只有在相同方向上继续向前推进或改变力的方向，才可使其作返回运动，如指控滑块等)牵拉控制器(受力后在一个

48、方向上运动，通过反弹力可回到起始位置，或改变力的方向使其作返回运动，如拉环、拉手、拉钮等)。按人体操作部位的不同，可分为手控操纵装置(如旋钮、按钮、手柄、操纵杆等)和脚控操纵装置(如脚踏板、脚踏钮等)两大类。手控操纵方式有手指接触、手接触、手捏住、手握住等，脚控操纵方式有整个脚踏、脚掌踏、脚跟踏等。3.2.2手动操纵控制设计由于手的动作精细准确、灵活多变，所以绝大多数控制器是用手操纵的，操纵方式也多种多样。适用于手动的操纵控制器包括旋钮、按钮(键)、拨动式开关、控制杆、摇把、手轮等，1.旋钮设计旋钮通过手的拧转来达到控制目的。有的旋钮可作360°以上旋转，其转动位移并不具有位置信息意

49、义，如手表上用来上紧发条及调校时间的旋钮；有的旋钮转动范围不超过360°，适用于调节控制，如音箱上的音量调节旋钮；有的旋钮只能停留在预设的挡位，在每一转动位置具有相应的意义，如电风扇的风力大小调节旋钮。根据形状，旋钮可分为圆形、多边形、指针形和手动转盘等(图3.20)。图3.20各种形状的旋钮(a)圆形旋钮(b)多边形旋钮(C)指针式旋钮(d)手动式转盘(e)同轴旋钮(1)圆形旋钮圆形旋钮多呈圆柱状或圆锥台状，钮帽边缘可有各种槽纹，以增大摩擦力，使手操纵旋钮时不打滑。常用于需要连续旋转一圈或一圈以上，定位精度要求不高的场合。23个手指操作的旋钮，钮帽1030mm、长度1525mm为宜

50、,；手掌操作的旋钮，钮帽直径3575mm、长度3050mm为宜。小旋钮的最大操纵力矩为0.75N·m、大旋钮的操纵力矩为3.14N·m。操作阻力矩为0.0340.49N·m。(2)多边形旋钮多边形旋钮一般用于不需要连续旋转，旋转定位精度不高，调节范围不足一圈的场合。(3)指针式旋钮指针式旋钮一般有324个控制位置，调节范围不足一周，在调节过程中刻度盘不动。通过旋指针形状的旋钮，确定旋钮的位置。其特点是定位、读数迅速。指针式旋钮长度最小为25mm、宽度最大为25mm，高度为12.575mm，阻力为3.313.3N.有固定控制位置的指针式旋钮可采用弹性阻力(即旋转旋钮

51、时，阻力增大，旋钮到达控制位置时，阻力变小)提供反馈信息，也可通过操纵到位时发出的"咔嗒"声提供反馈信息。(4)手动式转盘手动式转盘的功能与指针式旋钮类似。但指针不动而刻度盘转动，来达到预定的控制位置。(5)同轴多层旋钮为了节省空间和操作方便，圆形旋钮在功能允许的情况下可做成同轴多层旋钮，可分两级或三级，但要设计合理，避免无意操作，如各级旋钮的直径应有明显差异，旋钮应有足够的摩擦力。根据研究，分为三级的同轴多层旋钮，中级旋钮的直径应为38.163.5mm，三级旋钮3个圆形旋转表面之间的距离应大于19.2mm，下级旋钮的长度应大于6.4mm.总之，旋钮的大小应使手指或手掌与其

52、轮缘有足够的接触面积，便于手捏紧和施力，以及保证操作的速度和准确性。旋钮的直径不宜过小，但也不宜过大。2.按钮(按键)设计按钮是用手指按压进行操作的、仅在一个方向上可操作的控制器。其优点是节省空间，便于操作和记忆。按外表面形状可分为圆形、方形、椭圆形和异形按钮等(图3.21)。图3.21各种形状的按钮(a)圆形按钮(b)方形旋钮(c)异形按钮按钮的尺寸主要根据人的手指端尺寸确定。用拇指操作的按钮，其最小直径建议采用19mm；用其他手指尖操作的按钮，其最小直径建议采用10mm。如果根据4个手指的宽度的平均值，且整个指尖都按压在按钮上，一般圆弧形按钮直径以818mm为宜，矩形按钮以10mm X 1

53、0mm、10mm × 15mm或15mm×20mm为宜；按钮高出盘面512mm；按钮的升降行程36mm；按钮之间的间隔距离一般为12.525mm，最小不得低于6mm。按钮端面的形状应按指端弧形设计，以保证操作舒适。外凸弧面的按钮，操作时手指的触感清晰，适用于小负荷而操作频率低的场合(图3.22(a)；中凹弧面的按钮，操作时手指的触感舒适，与手指接触的面较大，适用于较大操作力和较高频率的场合(图3.22(b)。排列密集的键盘，宜做成图3.22(c)的形式，使手指接触面之间相互保持一定的距离；纵行的排列多采用阶梯式(图3.22(d)。图3.22按钮端面与键盘排列设计(a)外凸按

54、钮(b)中凹按钮(c)键盘排列(d)阶梯式键盘按钮应采用弹性阻力，阻力的大小取决于用哪个手指操作。根据相关研究，用食指尖操作的按钮，阻力为2.811N；用拇指操作的按钮，阻力为2.822N；各手指均可操作的按钮，阻力为1.45.6N。按钮的阻力不宜过小，以防被无意驱动。按钮可用“咔嗒”声或阻力的变化向操作者提供到位反馈信息，也可通过指示灯提供反馈信息。3.拨动式开关拨动式开关可分为两种控制位置(开一关)和3种控制位置(关一低速一高速)。对于有两种控制位置的拨动式开关，其位移量a最小为30°，最大为120°，理想为120°；对于有3种控制位置的拨动式开关，其位移量a

55、最小为18°，最大为60°，理想为25°。拨动式开关拨杆的直径d为325mm，长度L为12.550mm(图3.23)。拨动式开关的操作阻力，对于小开关为2.84.5N，对于大开关为2.811N。图3.23拨动式开关4.控制杆控制杆的运动多为前后推拉、左右推拉或作圆锥运动，因此需要占用较大的操作空间，但随控制杆长度的增加可使操纵更为省力。控制杆的长度应根据设定的位移量和操纵力决定。控制杆的位移量随控制杆的运动方向不同而不同，当控制杆前后运动时，最大为350mm；控制杆左右运动时，最大为950mm。控制杆的操纵角度以30°60°为宜，一般不超过90

56、°。控制杆的最小阻力，用手指操作时为3N，用手掌操作时为9N；最大阻力见表3.6。对于需要使用较大力量操纵的控制杆，为便于施力，手把的位置对于立姿作业应与肩同高，对于坐姿作业应与肘同高，并应在操作者臀部和脚部设置支撑。在操作过程中，应尽量减少身体的扭转。表3.6控制杆的最大阻力当操纵角度较大时，控制杆端部应设置手把。设计合理的操纵手把，应考虑以下几个方面：(1)尺寸应符合人手的尺度设计合理的手把，必须考虑手幅长度、手握粗度和触觉的舒适性。通常，手把的长度必须接近和超过手幅的长度，使手在握柄上有一个活动和选择的范围。手把的径向尺寸必须与正常的手握尺度相符或小于手握尺度。手把太粗，手就握

57、不住；手把太细，手部肌肉就会过度紧张而疲劳。操纵杆有多个运动方向时，可设置成球形手把。用指尖抓握的球状手把直径为12.5mm；用手掌抓握的球状手把直径为12.525mm，最大不超过75mm。另外，手把的结构必须能够保持手的自然握持状态，以使操作灵活自如。手把的外表面应平整光洁，以保证操作者的触觉舒适性(图3.24)。图3.24汽车变速杆的手把(2)手把形状应与手的生理特点相适应就手掌而言，指骨间肌和手指部分是神经末梢遍布的区域，因而触觉敏感；指球肌、大鱼际肌(拇指肌)、小鱼际肌(小指肌)肌肉丰满，可起到减振作用；掌心部位肌肉最少(图3.25)。设计手把形状时，应避免将手把丝毫不差地贴合于手的握持空间，更不能紧贴掌心；手把着手方向和振动方向不宜集中于掌心和指骨间肌。因为长期使掌心受压、受振，可能会引起难以治愈的痉挛，也容易引起疲劳和操作不准确。图3.25人体手部解剖图(3)手把形状应便于触觉识别在使用多种控制器的复杂操作场合，每种手把必须有各自的特征形状，以便于确认。这种情况下，手把形状必须尽量反映其功能要求、同时还要考虑操作者戴上手套也能分辨和方便操作。5.摇把摇把实际上是手动曲柄，其具有快速回转和连续调节的特点、适用于大范围的精调和粗调，也常用作驱动装置(图3.26)。操作时摇把的旋转面一般与人的正面垂直。摇把的旋转半径，小负荷时应小于120mm，大负荷时为150400