人因工程---第14章-人机界面设计.ppt

1、第十四章 人机界面设计,主要内容,显示器设计原则及设计要求； 控制器设计原则及要求； 累积损伤疾病与工具的设计。,第一节 人机界面设计概述,图14-1 人机界面三要素基本模型,第二节 显示器设计,显示器的定义 狭义：生产过程中显示信息的各种仪表。 广义：任何把系统（包括机器，环境等）信息传递给人的媒介。 显示器的类型 按人接受信息的感觉器官可分为：视觉显示、听觉显示和触觉显示等； 按显示的形式可分为：仪表显示、信号显示（信号灯、听觉信号、触觉信号）、荧光屏显示、标志符号等。,表14-1 三种显示方式传递的信息特征,一、仪表显示器,(一)仪表的类型及特点 1.数字式显示仪表 直接用数码来显示有关

2、的参数或工作状态。 特点：认读过程简单、直观，只要对单一数字或符号辨认识别就可以了。认读速度快，精度高，且不易产生视觉疲劳。 应用：计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕。,一、仪表显示器,(一)仪表的类型及特点 2.刻度指针式仪表 用模拟量（刻度和指针）来显示机器的有关参数和状态。 特点：显示的信息形象化、直观，使人对模拟值在全量程范围内所处的位置一目了然，并能给出偏差量，对于监控作业效果很好。 类型：读数仪表；检查仪表；追踪仪表；调节仪表。 应用：汽车的油量表、氧气瓶上的压力表、调频显示装置,仪表显示器设计应考虑的因素,刻度线高度 刻度线间距 级数的确定和递增方向 数字的大小 数字的标法

3、指针的大小 指针的形状,一、仪表显示器,(二)仪表的刻度盘 1.刻度线高度 刻度线分为长刻度线、中刻度线和短刻度线，如图14-2所示，其高度与视距的关系见表14-2。,图14-2 刻度区分线,(二)仪表的刻度盘,2.刻度线间距 最大视距为L(mm)时，各刻度线的最小尺寸可由下列各式求出： 长刻度线高度： L90mm 中刻度线高度： L125mm 短刻度线高度： L200mm 刻度线宽度： L5000mm 短刻度线间距： L600mm 长刻度线间距： L50mm,(二)仪表的刻度盘,3.刻度标数进级和递增方向 数字进级方法见表14-3； 数字递增方向的一般原则是：顺时针方向为增加；从左向右的方向

4、为增加；从下向上的方向为增加。,(二)仪表的刻度盘,4.字符形状和大小 一般使用的字符高度可参考表14-4，也可根据下式求得： 式中：H为字符高度(cm)；L为视距(cm)。 字符的其他尺寸可根据高度H确定，见图14-3 。,(二)仪表的刻度盘,5.刻度直径 默雷尔推荐的圆形仪表最佳直径，如图14-4。 6.刻度标数 刻度标数优劣比较参见图14-5。 7.刻度盘形状 五种显示器读数效率的比较见附图1。,(三) 仪表的指针,1.指针的形状 2.指针的大小 指针的针尖的宽度应与刻度标记的宽度相同，不得小于小刻度标记的宽度。 指针针体的宽度不应大于刻度间距。 指针的长度不应超过最大刻度标记。 3.指

5、针的零位,(四) 仪表的颜色,表14-5 清晰的配色,(四) 仪表的颜色,表14-6 模糊的配色,二、信号显示设计,（一）信号显示特征 面积小、视距远、引人注目、简单明了，但负载信息有限。 （二）信号灯的形状和颜色 （三）信号灯的亮度和环境,三、荧光屏显示设计,（一）荧光屏的显示特征 特点：既能显示图形、符号、信号，又能显示文字；既能追踪显示，又能显示多媒体的图文动态画面。 应用：电视、计算机显示器、示波器、彩超及雷达。,三、荧光屏显示设计,（二）目标状态对显示的影响 1.亮度 2.呈现时间 3.余辉 4.目标的运动速度 5.目标的形态 6.目标与背景的关系 （三）屏面的形状与尺寸 操作者与荧

6、光屏总体布置的关系见 图14-7。,四、标志符号设计,（一）标志符号的要求 采用与使用目的和使用条件含义相一致的图形； 利用颜色、形状、图形、符号、文字进行编码，以提高辨别速度和准确性； 不得使用过分抽象或人们难以接受的图形； 尽量用图形符号代替文字说明； 尽量使用国际通用的标志符号； 与显示器和控制器有关的标志符号，要合理区分和布置，符合操作者的心理和动作特征； 避免环境背景产生视觉干扰。,文字与图形的比较,小心前方有动物穿行,四、标志符号设计,（二）标志符号的知觉因素 设计标志符号要符合人的知觉特点： 1.形与基分明：如图14-8a所示 2.边界明显：如图14-8b所示 3.封闭：如图14

7、-8c所示 4.简明：如图14-8d所示 5.完整：如图14-8e所示,四、标志符号设计,（三）标志符号的应用 汽车上使用的图形符号，如图14-9； 电子产品上使用的部分图形符号，如图14-10。,四、标志符号设计,（四）标志符号的文字信息 1）简短而明确 2) 使用短句子 3) 使用主动句 4）使用肯定句 5）使用易懂文字 6）按时序组句,五、听觉显示设计,利用示警信号（声音）来传达信息。 特点：可快速有效的传递简单和短促的信息，反应快、方向不受限制。 主要分为两类：(一) 音响及报警装置； (二) 言语显示装置。,(一)音响及报警装置,蜂鸣器 铃 角笛和汽笛 警报器,(二)言语显示装置,用

8、语言在人与机器之间传递信息，使其具有一定的表达能力。 特点：可以更为细致、明确地指导操作者的各种操作。 应用：无线电广播、电视、电话、报话机和对话器及其它录音、放音的电声装置。 其设计应注意以下几点： 1.语言清晰度； 2.语言的强度，见图14-11； 3.噪声对言语传示的影响。,(三) 听觉显示装置的选择原则,1.音响显示装置的选择原则 1）在有背景噪声的场合，音响显示装置的频率选择在噪声掩蔽效应最小的范围内。 2）使用断续的或音调有高低变化的声音信号，更能引起人的注意。最好组成视、听双重报警信号。 3）音响信号传播距离远和穿越障碍物时，应加大声波强度，使用较低的频率。 4）注意音响装置的多

9、少，避免各信号间的相互干扰。,(三) 听觉显示装置的选择原则,2.言语显示装置的选择原则 1）显示内容较多时，采用一个言语显示装置即可。 2）更适于指导检修和故障处理工作，引导操作者操作。 3）适用于追踪操作中。 4）在非职业性的领域中，言语显示装置更符合人们习惯。,第三节 控制器设计,控制器的概念 狭义的控制器：人控制机器，系统的控制装置，如按钮、操纵杆、脚踏板 广义的控制器：任何把发出的信息（命令）传给系统的媒介。 控制器设计的主要内容 控制器外形、大小、位置、运动方向、运动范围、操纵力以及操作过程的宜人性。,一、控制器的分类,按操纵控制器的身体部位的不同，控制器分为手动控制器、脚动控制器

10、和言语控制器； 按功能可分为：开关类，转换类、调节类、紧急开关类； 按控制器运动类别的不同，控制器又可分为旋转控制器、摆动控制器、按压控制器、滑动控制器和牵拉控制器，如表14-9所示 。 各类控制器的形状如图14-12所示。常用控制器的特征如表14-10所示。,二、控制器的设计要求,设计要适合人体的运动特征 对于要求速度快而准确的操作，应采用手动控制或指控控制器 对于用力要求较大的操作，应设计为手臂或下肢操作的控制器 采用适宜的控制器编码,二、控制器的设计要求,（一）控制器的编码 1.形状编码，如图14-13、14-14、14-15 2.位置编码 3.大小编码 4.颜色编码 5.标记编码 6.

11、操作方法编码,(二)控制器的外形结构,手操纵控制器的六种方式如图14-16； 对于手动控制器，其形状设计应考虑手的生理特点，如图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,(三)控制器的阻力,(四)控制器的偶发启动,防范措施： 1）将控制器安装在陷入控制板的凹槽内； 2）在控制器上加保护罩； 3）将控制器安装在不易被碰撞的位置； 4）使控制器的运动方向向着最不可能发生意外用力的方向； 5）操作者必须连续做两种操作运动，才能使控制器被启动，而后一种操作运动与前一种操作运动的方向不同，以此将控制器锁定在位置上； 6）一组控制器必须按正确

12、的顺序操作时才能被启动，使控制器彼此之间具有连锁作用。如配电柜上的油开关和刀闸开关的操作顺序连锁； 7）适当增大控制器的操作阻力。,三、主要控制器的设计,控制器的设计要充分满足操作者在产品使用过程中能安全、准确、迅速、舒适地操作。因而设计时应充分考虑操作者的体形、生理、心理特征以及人的能力限度，使控制器的形状、大小等符合人因工程的要求。,(一) 手动控制器的设计,旋钮，如图14-18 按钮，如图14-19 扳动开关，如图14-20 控制杆，如图14-21,(二) 脚动控制器的设计,脚踏板，如图14-22、14-23、14-24 脚踏钮，如图14-25,第四节 控制显示组合设计,通常显示器与控制

13、器是联合使用的，因此，对于显示器和控制器的设计，不仅应使各自的性能最优，而且应使它们彼此之间的配合最优。这种控制器与显示装置之间的配合称为控制显示相合性。包括空间相合性和运动相合性。 控制器与显示器相合性好，可减少信息加工和操作的复杂性；缩短人的反应时间，提高人的操作速度，尤其是在紧急情况下，要求操作者非常迅速地进行操作时可减少人为差错，避免事故的发生。,一、控制显示比,控制显示比是控制器与显示器位移大小的比例关系，即是指控制器的位移量与之相对应的显示器位移量之比(C/D)，可用来表示系统的灵敏度，如图14-26所示。 人机界面上的控制显示系统具有精调和粗调两种功能。C/D比的选择应考虑精调和

14、粗调的时间，最佳的C/D比则是两种调节时间曲线相交处。这样可以使总的调节时间降到最低，如图14-27所示。,二、控制显示的空间相合性,控制器与显示器空间位置的合适与否直接影响系统的效率。恰帕尼斯(Chapanis)等人于1959年曾用煤气炉的四个灶眼作为显示器，煤气开关作为控制器，研究了控制器与显示器的空间相合性。共试验了四种不同的位置配置关系，如图14-28所示。,二、控制显示的空间相合性,三、控制显示的运动相合性,控制器的运动方向与显示器或执行系统的运动方向在逻辑上一致，符合人的习惯定势，即控制显示的运动相合性好，对于提高操作质量、减轻人的疲劳，尤其是对于防止人紧急情况下的误操作，具有重要

15、的意义。图14-29是控制器与显示器运动相合性的示例。,三、控制显示的运动相合性,第五节 累积损伤疾病与工具的设计,累积损伤疾病及其原因 受力：必要条件 挤压使软组织、肌肉或关节的运动无法保持在舒适的状态 重复：更多的肌肉施力 肌肉收缩得更快、更频繁，引起组织的紧张 姿势：重要原因 作业姿势决定关节的位置 避免超负荷、操作关节不平衡、静态施力 休息：疲劳会增加软组织损伤的可能性 充分的休息可以使肌肉恢复自然状态,二、与手有关的累积损伤疾病,人手是由骨、动脉、神经、韧带和肌腱等组成的复杂结构，如图14-30所示。手部的动作状态见图14-31。当使用设计不当的手握式工具时，会导致多种累积损伤疾病，如腱鞘炎、腕道综合症、腱炎、滑囊炎、滑膜炎、痛性腱鞘炎、狭窄性腱鞘炎和网球肘等。,三、手握式工具设计原则,避免静肌负荷，如图14-32所示； 保持手腕伸直，如图14-33所示； 使组织压迫最小，如图14-34所示； 减小手指的重复活动，如图13-35所示。,谢谢！,图14-3,返回,图14-4,返回,图14-5,好 不 好 好 不 好,返回,返回,常用的指针形状,返回,图14-7,返回,图14-8,返回,图14-9,返回,图14-10,返回,图14-11,返回,图14-12,返回,图14-13,返回,图14-14,返回