第7人机界面设计

图7-2是司机—汽车的三要素基本模型实例。该模型表示人和机械整个系统的组成及其之间的相互关系，只要把图正确绘出，就可直观地得知人体的哪一部分与机械的哪一部分有联系，和有何等程度的联系。现在是1页\一共有78页\编辑于星期一图7-2司机—汽车三要素基本模型现在是2页\一共有78页\编辑于星期一信息显示的方式及特征按人接受信息的感觉通道的不同，可将显示方式分为视觉显示、听觉显示和触觉显示等。其中以视觉显示应用最为广泛。由于人对突然发生的声音具有特殊的反应能力，所以听觉显示器作为紧急情况下的报警装置，比视觉显示器具有更大的优越性。触觉显示是利用人的皮肤受到触压刺激后产生感觉而向人传递信息的一种方式。上述三种显示方式所传递的信息特征，如表7-1所示。现在是3页\一共有78页\编辑于星期一表7–1三种显示方式所传递的信息特征现在是4页\一共有78页\编辑于星期一仪表显示器的种类仪表是信息显示器中应用极为广泛的一种视觉显示器。一般可按其显示形式和显示功能分类。

1.按显示形式分类按显示形式可分为数字式显示器和模拟式显示器两大类。

1)数字式显示器。是直接用数码来显示信息的仪表，如各种数码显示屏、机械的和电子的数字记数器等。现在是5页\一共有78页\编辑于星期一

2)模拟式显示器。是用标定在刻度盘上的指针来显示信息的，如最常见的手表、电流表、电压表等。模拟式显示器式样繁多。按刻度盘的形式可分为八种，如表7-2所示。按指针与刻度盘的相对运动形式可分为两种，如图7-3所示。通常指针可动，刻度盘不动的形式应用较广。现在是6页\一共有78页\编辑于星期一表7-2显示器按刻度盘的形式分类现在是7页\一共有78页\编辑于星期一现在是8页\一共有78页\编辑于星期一图7-3按指针与刻度盘相对运动的形式分类

(a)指针可动，刻度盘不动；(b)刻度盘可动，指针不动现在是9页\一共有78页\编辑于星期一

2.按显示功能分类按仪表的显示功能可分为读数用仪表、检查用仪表、警戒用仪表、追踪用仪表和调节用仪表。

1)读数用仪表。用具体数值显示机器的有关参数和状态，如汽车上的时速表、飞机上的高度表等。

2)检查用仪表。用以显示系统状态参数偏离正常值的情况，一般无需读出其确切数值。这类仪表宜采用指针运动刻度盘不动的显示器为好。

3)警戒用仪表。用以显示机器是处于正常区、警戒区还是危险区。现在是10页\一共有78页\编辑于星期一在显示器上可用不同颜色或不同图形符号将警戒区、危险区与正常区明显区别开来。如用绿、黄、红三种不同的颜色分别表示正常区、警戒区、危险区。为避免照明条件对分辨颜色的影响，分区标志可采用图形符号，如图7-４所示。现在是11页\一共有78页\编辑于星期一表7-3模拟式与数字式显示仪表的特点现在是12页\一共有78页\编辑于星期一现在是13页\一共有78页\编辑于星期一图7-４警戒用仪表的形式现在是14页\一共有78页\编辑于星期一

4)追踪用仪表。追踪操纵是动态控制系统中最常见的操纵方式之一，它根据显示器所提供的信息，进行追踪操纵，以便使机器按照所要求的动态过程工作。

5)调节用仪表。只用以显示操纵器调节的值，而不显示机器系统运行的动态过程。现在是15页\一共有78页\编辑于星期一显示装置的选择原则显示装置的功能是让操作人员观察、接受、理解、处理和反馈来自生产过程的信息，对生产过程进行监控，进而操纵生产过程以求达到预定的目的。

1.数量识读仪表的选择数量识读的主要目的是获取准确的数据。现在是16页\一共有78页\编辑于星期一

2.状态识读仪表的选择状态识读仪表只需向操作者显示被测对象的参数变化趋势的信息：指示该参量在哪一范围是正常状态，哪一范围是不正常状态；被测对象的参数是增加了还是减少了，偏离给定值的哪一侧，而不需要显示精确的数值等等。因此，状态识读通常选用指针式仪表。现在是17页\一共有78页\编辑于星期一7.2视觉显示器设计显示装置设计的基本原则

1.准确性原则设计显示装置的目的是为了使人能准确地获得机器的信息，正确地控制机器设备，避免事故。

现在是18页\一共有78页\编辑于星期一

2.简单性原则为了读数迅速、准确，显示装置应尽量用简单明了的方式显示所传达的信息：应使传递信息的形式尽量能直接表达信息的内容，以减少译码的错误；不使用不利于识读的装饰；尽量符合使用目的，如供状态识读的仪表，就是越简单越清晰越好。现在是19页\一共有78页\编辑于星期一

3.一致性原则应使显示器的指针运动方向与机器本身或其控制器的运动方向一致。

4.排列性原则关于显示器的装配位置或几种显示器的位置排列也需认真考虑，其位置排列应是：

1)最常用的和最主要的显示器尽可能安排在视野中心3°范围之内，因为在这一视野范围内，人的视觉效率最优，也最能引起人的注意。

现在是20页\一共有78页\编辑于星期一

2)显示器很多时，应当按照它们的功能分区排列，区与区之间应有明显的区分。

3)显示器应尽量靠近，以缩小视野范围。

4)显示器的排列应当适合人的视觉特征。现在是21页\一共有78页\编辑于星期一模拟式显示器的设计

1.刻度盘的设计刻度盘设计的内容包括刻度盘的形状和大小。

1)刻度盘的形状。刻度盘的形状主要取决于仪表的功能和人的视觉运动规律。以数量识读仪表为例，其指示值必须能使识读者精确、迅速地识读。实验研究表明，不同形式刻度盘的识读率亦不同(见表7-４)。现在是22页\一共有78页\编辑于星期一表7-４5种显示器读数准确度的比较(圆型仪表为100％)现在是23页\一共有78页\编辑于星期一

2)刻度盘的大小。刻度盘的大小取决于盘上标记的数量和观察距离。以圆形刻度盘为例，当盘上标记数量多时，为了提高清晰度，需相应增大刻度盘。但是，这必将增加眼睛的扫描路线和仪表占用面积。而缩小刻度盘又会使标记密集不清晰。刻度盘的最佳直径与监控者的视角有关。实验证明，最佳视角为2.5°～5°。因此，由最佳直径和最佳视角便可确定最佳视距，或已知视距和最佳视角便可推算出仪表刻度盘的最佳直径。实验结果表明，圆形刻度盘的最优直径是44mm(见表7-5）。关于圆形刻度盘的直径、观察距离和标记数量的推荐值参见表7-6。现在是24页\一共有78页\编辑于星期一表7-5认读速度和准确度与直径大小的关系(视距750mm，圆形刻度盘)现在是25页\一共有78页\编辑于星期一现在是26页\一共有78页\编辑于星期一

2.刻度与刻度线的设计识读速度、识读准确性还与刻度的大小、刻度线的类型、刻度线的宽度和刻度线的长短有关。

1)刻度的大小。刻度盘上最小刻度线间的距离称为刻度。

2)刻度线的类型。常见的刻度线类型有单刻度线、双刻度线和递增式刻度线(图7-5）。递增式刻度线的形象特征可以减少识读误差。现在是27页\一共有78页\编辑于星期一图7-5刻度线(a)单刻度线；(b)双刻度线；(c)递增式刻度线现在是28页\一共有78页\编辑于星期一

3)刻度线的宽度。刻度线的宽度取决于刻度的大小，当刻度线宽度为刻度的10％左右时，读数的误差最小(见图7-6）。现在是29页\一共有78页\编辑于星期一图7-6刻度线宽度对读数误差的影响现在是30页\一共有78页\编辑于星期一

4)刻度线长度。刻度线长度选择得是否合适，对识读准确性关系甚大。刻度线长度受照明条件和视距的限制。当视距为L

时，刻度线最小长度为长刻度线长度＝Ｌ／90

中刻度线长度＝Ｌ／125

短刻度线长度＝Ｌ／200

刻度线间距＝Ｌ／600

刻度线长度还受刻度大小的影响，不同刻度范围的刻度线长度可参考表7-７选取。现在是31页\一共有78页\编辑于星期一表7-７刻度线长度选择表现在是32页\一共有78页\编辑于星期一5)刻度方向。刻度盘上刻度值的递增顺序称为刻度方向。6)数字累进法。一个刻度所代表的被测值称为单位值。现在是33页\一共有78页\编辑于星期一表7-８数字累进法现在是34页\一共有78页\编辑于星期一

7)刻度设计注意事项。①不要以点代替刻度线；②刻度线的基线用细实线为好，图7-7(a)中采用的粗线不利于识读；③刻度线不可很长而且排得很挤，如图7-7(b)所示；④不要设计成间距不均匀的刻度，如图7-7(c)所示。现在是35页\一共有78页\编辑于星期一图7-7不合理的刻度设计

(a)基线太粗；(b)刻度线太长，排列太挤；(c)刻度间距不均匀现在是36页\一共有78页\编辑于星期一

3.字符设计仪表刻度盘上印刻的数字、字母、汉字和一些专用的符号，统称为字符。由于刻度的功能通过字符加以完备，字符的形状、大小和立位又直接影响着识读效率，因此字符的设计应力求能清晰地显示信息，给人以深刻的印象。现在是37页\一共有78页\编辑于星期一图7-83与8混淆的情况现在是38页\一共有78页\编辑于星期一

1)字符的形体。进行字符形体设计时，为了使字符形体简明醒目，必须加强各字符的特有笔划，突出“形”的特征，避免字体的相似性。如图7-８所示“3”字的设计，图(a)的3易与8混淆；图(b)的3不易与8混淆。表7-9中的仪表体突出了字体的特征，误读率明显下降。图7-9中的数码管7段字体由于字体相似，当需要快速识读时很易误读。现在是39页\一共有78页\编辑于星期一表7-9字体的特征现在是40页\一共有78页\编辑于星期一图7-9铅字体与数码管7段字体现在是41页\一共有78页\编辑于星期一

2)字符的大小。在刻度大小已定的条件下，为了便于识读，字符应尽量大一些。字符的高度通常取为L／200，也可按下面近似公式计算：(7-1)式中：Ｈ——字符高度(mm)；Ｌ

——视距(mm)；α——最小视角(′)。视角α一般由实验决定，α常取10′～30′。现在是42页\一共有78页\编辑于星期一对于安装在仪表盘上的仪表，视距为710mm时，其字符高度可参考表7-10。若视距不等于710mm时，需将表列数值乘以变化比率γ加以修正。（7-2）现在是43页\一共有78页\编辑于星期一表7-10仪表盘上仪表的字符高度现在是44页\一共有78页\编辑于星期一笔划宽与字高之比还受照明条件的影响，笔划宽与字高比值的推荐值如表7-11所示。现在是45页\一共有78页\编辑于星期一表7-11字符笔划宽与字高的比现在是46页\一共有78页\编辑于星期一

3)标度数字的原则。刻度盘上标度数字应遵守下述原则：指针运动盘面固定的仪表标度的数字应直排(正立位)；盘面运动指针固定的仪表标度的数字应辐射定向安排；最小刻度可不标度数字，最大刻度必须标度数字；指针在仪表面内侧时，如果仪表盘面空间足够大，则数字应在刻度的外侧，以避免被指针挡住；现在是47页\一共有78页\编辑于星期一指针在仪表外侧时，数字应标在刻度的内侧；开窗式仪表的窗口应能显示出被指示的数字及上下相邻的两个数字，标数应顺时针辐射定向安排。数字标度的优劣比较见图7-10。为了不干扰对显示信息的识读，刻度盘上除了刻度线和必要的字符外，一般不加任何附加装饰。一些说明仪表使用环境、精度的字符应安排在不显眼的地方。现在是48页\一共有78页\编辑于星期一图7-10刻度标数优劣比较(a)刻度标数正确；(b)刻度标数不良现在是49页\一共有78页\编辑于星期一图7-10刻度标数优劣比较(a)刻度标数正确；(b)刻度标数不良现在是50页\一共有78页\编辑于星期一

4.指针设计指针是仪表不可缺少的组成部分。其功能是用于指示所要显示的信息。为了使监控人员能准确而迅速地获得信息，指针的大小、宽窄、长短和色彩配置等必须符合监控人员的生理与心理特征。现在是51页\一共有78页\编辑于星期一

5.仪表的色彩匹配为了精确地判读，指针、刻度线和字符的颜色与刻度盘的颜色应有鲜明的对比，即选择最清晰的配色，避免模糊的配色。A·帕帕洛阿佐斯(A·Papaloizos)对仪表的颜色与误读率的关系进行了研究，结果如表7-12所示。现在是52页\一共有78页\编辑于星期一表7–12仪表颜色与误读率现在是53页\一共有78页\编辑于星期一7.3信号灯和报警信号设计信号灯设计信号灯的设计必须符合它的使用目的和使用条件。

1.亮度确定信号灯的亮度应根据使用场合的背景照明强度和信号灯的颜色。由于强光信号比弱光信号刺激性大，容易引起注意，所以信号灯的亮度至少高于背景亮度的两倍。现在是54页\一共有78页\编辑于星期一

2.颜色人们常常对不同的颜色赋予不同的意义。例如人们常把刺激强烈的红色与危险、故障、停止联系在一起，而把舒适宁静的绿色与安全、正常、通行联系在一起。信号灯的颜色设计必须与人们所形成的这些概念相一致。表7-13为我国目前用于电工成套装置中的指示信号灯的颜色。现在是55页\一共有78页\编辑于星期一表7-13指示灯的颜色及其含义现在是56页\一共有78页\编辑于星期一

3.闪光信号闪光信号比稳光信号更引人注意，因此警告信号灯宜用闪光信号。闪光信号通常用于引起操作者特别注意，指示紧急情况，需要操作者立即采取行动。有时也用以表示速度快慢。

4.信号形状当信号较多时，信号灯采用多维度同时编码，更能达到相互区别的目的，即不仅用颜色编码，而且还用形状编码。现在是57页\一共有78页\编辑于星期一

5.信号灯的位置最重要的信号灯和警告灯应安置在视野中央3°的范围内；所有警告灯均应安置在视野30°的范围内。具体位置的确定还应考虑与其他显示器和控制器的空间兼容关系。现在是58页\一共有78页\编辑于星期一

6.观察距离信号灯的观察距离受其光强、光色、闪动特性等因素的影响。对于红、绿色稳光信号的观察距离可按下列公式计算：

D＝2000I

（7-3）对于红、绿闪光信号的观察距离，应先按下列公式换算发光强度后，再代入式(7-3）计算观察距离（7-４）现在是59页\一共有78页\编辑于星期一听觉报警信号的设计

1.常用的几种听觉报警器

1)蜂鸣器。是一种低声压级、低频率的声音柔和的音响装置。在较宁静的工作环境中，蜂鸣器与信号灯同时使用，可提请操作者注意，提示操作者去完成某种操作或者指示某种操作正在进行。

2)铃。随用途的不同，铃的声压级和频率也不同。现在是60页\一共有78页\编辑于星期一

3)角笛和汽笛。角笛有低声压级、低频率和高声压级、高频率两种。汽笛声强高、频率也高，可作远距离传送，适用于紧急状态时报警。

4)警报器。是一种高强度，频率由低到高的报警装置，适用于高强度噪声环境中，可用于危险紧急状态时报警。现在是61页\一共有78页\编辑于星期一表7-1４为音响传达和报警器的强度和频率参数。现在是62页\一共有78页\编辑于星期一

2.听觉报警信号的设计原则对于听觉报警信号的设计，最为重要的是，报警声音必须同操作者工作环境中的其他声音有明显区别，易于引起操作者的警觉。一般应注意如下设计原则。

1)在噪声环境中，为使报警信号易于为操作者所识别，必须将噪声掩蔽效应减至最小。因此，应选择与任何背景噪声频率区别较大的频率作为报警信号频率。

现在是63页\一共有78页\编辑于星期一

2)一般应以听觉最为敏感的音频——500～3000Ｈz，作为报警信号的频率。长距离传送报警信号时，应使用低于1000Hz的频率，而绕过障碍或者穿过隔板传递报警信号，应使用低于500Hz的频率。

3)为使报警信号与环境噪声以及其他正常信号有明显区别，以引起人们的特别注意，可采用突发的高强度的音响信号、音调有高低变化的变频信号或者间断的声音信号。现在是64页\一共有78页\编辑于星期一

4)对于特别重要的报警信息，最好同时使用听觉通道和视觉通道传递信息，以防信号脱漏。

5)听觉报警信号的配置不宜过多。听觉显示装置除传递告警信息，也可传递低水平的定量信息、定性信息和简单的一维跟踪信息。现在是65页\一共有78页\编辑于星期一7.４控制器的类型及其适用范围控制器的分类方法很多。按操纵控制器的身体部位的不同，控制器可分为手动控制器和脚动控制器；按控制器运动的类别的不同，控制器可分为旋转控制器、摆