人机课件5人机界面设计.pptx

1、第五章人机界面设计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。在人机系统中，人与机相互作用，相互联系，构成一个整体。人与机器的特性比较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人机界面的分类信息控制类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。工具类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。环境类界面即物理环境、化学环境、生物环境和美学环境等对人的影响。1信息显示器概述2视觉显示设计信息显示设计3听觉显示设计4触觉显示设计5显示器选用与设计的基本原则信息显示设计概述信息显示器

2、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。不同感官通道的信息显示器比较视觉显示设计字符与图形设计字符设计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。字符的适宜尺寸计算公式：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

3、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。字符笔画宽度与字高的最佳比值，对于白底黑字为1:8，黑底白字为1:13。光渗透效应数字0与字母O的识别区别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。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。设计的图形和符号要反映客体的特征。高度概括、简练、生动的形象图形符号应具有明显的轮廓线，并与背景有较大反差，使图

4、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。在设计时往往沿用或借鉴一些约定俗成的图形符号，有助于用户快速、准确地认知和反应。汽车仪表指示标识设计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模拟显示器数字显示器用数字来显示机器有关参数或工作状态的显示装置。优点简单、精确、认读速度快、不易产生视觉疲劳。显示形式机械式、电子式和阴极射线管模拟显示器用标定在刻度上的指针来显示信息的显示装置。优点信息形象化，能连续、直观地反应信息的变化趋势，能清晰反映模拟值在全量程范围内所处的位置。显示形式指针运动式与指针固定式模拟显示器模拟显示器设计要素

5、表盘设计开窗式、圆形式、半圆形式、水平直线式、垂直直线式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。模拟显示器模拟显示器设计要素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。模拟显示器标数设计标数用以标明仪表刻度数值。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获取所需要的信息。(2)仪表显示的信息种类和数量不宜过多。(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。(4)显示格式应简单明了，显示意义应明确易懂，以利于使

6、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。灯光信号显示设计灯光信号由信号灯产生的视觉信息，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。特点面积小，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。分类简单指示灯、图形符号灯和透射仪表板装置灯光信号显示设计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。(2)信号灯的颜色。(3)闪光和稳定光。(4)信号灯位置。在设计中还可参考一些国标（GB/T1251.2-2006人类工效学险情视觉信号一般要求、设

7、计和检验等标准。）显示屏设计常见的显示屏技术包括：(1)CRT(cathoderaytube，阴极射线管显示器)：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，响应时间极短，成本低。(2)LCD(liquidcrystaldisplay，液晶显示器)：占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，能降低视觉疲劳。(3)PDP(plasmadisplaypanel，等离子显示器)：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。显示屏设计显示屏显示设计涉及的问题(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500700

8、mm，此时屏面与眼形成不小于30视角为宜。(2)目标亮度一般认为，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左右，彩色电视机荧光屏亮度为80cd/m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。显示屏设计(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。用于图像显示的CRT显示器，其分辨率不能低于每英寸125线。(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

9、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。(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，以减小直接眩光。色彩显示设计红色前进色，容易引起注意、兴奋、激动、紧张。在设计中红色经常被用来传达：停止、禁止、高度危险、预警或报警、消防。橙色警戒色，涂于转换开关的盖子、机器罩盖的内表面、齿轮的侧面，航空、船舶的安保措施。黄色警告危险或提醒注意，明视性好，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。绿色在设计中绿色经常被用来传达：安全、正常、卫生、军事。蓝色在设计中蓝色经常被用来传达：警惕、指令或必须遵守的规定指

10、令。紫色放射性危险，往往和黄色组合，成条纹状。白色全色光，表示通道、整洁、准备运行。标志文字、符号、箭头，以及作为红、绿、蓝的辅助色。黑色用于标志文字、符号、箭头、以及作为使白、橙、黄色等更科目的辅助色。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。分为：声音听觉显示器语言听觉显示器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)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。声音显示设计声音信号按危险的程度和发展的可能性分

11、为：告警信号和注意信号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。(4)应使用2005000Hz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。(8)应尽量采用变频信号或间断的声音信号。(9)在用不

12、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。(10)如有可能，听觉告警信号要用独立的通信系统。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来传递信息，对言语信号的要求是语言清晰。(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

13、。语音的平均感觉阈限为2530dB。(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。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。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。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。TouchMessenger盲人手机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。(2)显示器传递的信息数量

14、不宜过多。(3)应考虑人接受信息能力的特性。(4)同种类的信息应尽量用同样的方式传递。(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。(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。(10)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。操纵控制器概述手动操纵控制设计操纵控制设计脚动操纵控制设计操纵与显示

15、的相合性控制器选用与设计的基本原则12345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。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。操纵控制器概述按运动方式的不同，操纵控制器可分为：旋转、摆动、按压、滑动和牵拉控制器。按人体操作部位的不同，可分为：手控操纵装置和脚控操纵装置。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。手动操纵控制设计用于手动的操

16、纵控制器包括旋钮、按钮(键)、拨动式开关、控制杆、摇把、手轮等。旋钮设计旋钮通过手的拧转来达到控制目的。根据形状，旋钮可分为圆形、多边形、指针形和手动转盘等。手动操纵控制设计按钮（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。手动操纵控制设计用拇指操作的按钮，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。圆弧形按钮直径以818mm为宜，矩形按钮以10mmX10mm、10mm15mm或15mm20mm为宜；按钮高出盘面512mm；按钮的升降行程36mm；按钮

17、之间的间隔距离一般为12.525mm，最小不得低于6mm。手动操纵控制设计按钮端面的形状应按指端弧形设计，以保证操作舒适。按钮应采用弹性阻力，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。(a)外凸按钮(b)中凹按钮(c)键盘排列(d)阶梯式键盘手动操纵控制设计拨动式开关分为：两种控制位置(开一关)其位移量a最小为30，最大为120，理想为120；三种控制位置(关一低速一高速)其位移量a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，

18、对于小开关为2.84.5N，对于大开关为2.811N。手动操纵控制设计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。控制杆的长度应根据设定的位移量和操纵力决定。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3060为宜，一般不超过90。控制杆的最小阻力，用手指操作时为3N，用手掌操作时为9N；最大阻力见表手动操纵控制设计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。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

19、握尺度相符或小于手握尺度。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。手动操纵控制设计(2)手把形状应与手的生理特点相适应设计手把形状时，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。(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。手动操纵控制设计摇把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。摇把的旋转半径，小负荷时应小于120mm，大负荷时为150

20、400mm。对于作高速回转运动的摇把，当旋转半径为12.575mm时，阻力为8.822N；当旋转半径为125200mm时，阻力为2244N。在0.51r/min之间作精确定位时，阻力为(2.38.8)35N。手动操纵控制设计操作摇把时，操作力的大小与摇把距地面的高度、操作方向、使用左右手不同等因素有关(表)。操作速度与摇把旋转半径有关，当旋转半径为60mm时，可获得最大转速27.5r/min。手动操纵控制设计手轮手动转轮的功能相当于旋钮或曲柄，但可双手同时或交替操作，转动力量更大，适宜于要求控制力量较大、连续旋转的场合，操作时手轮的旋转面一般与人的正面相对。单手操作时，其直径最小为50mm，最

21、大为110mm；双手操作时，其直径最小为180mm，最大为530mm。轮圈直径为1950mm，为便于施力，可在其边缘上设置增大摩擦的槽纹。转轮的操作阻力，单手操作时为22133N,双手操作时为22220N。脚动操纵控制设计脚动操纵控制器常用于以下情况：(1)需要连续进行操作，而用手又不方便的场合；(2)无论是连续性控制还是间歇式控制，其操纵力超过50150N的情况；(3)手的控制工作量太大，不足以完成控制任务的场合。在需用大的操纵力的情况下，最佳坐姿是双脚张开角度(从正中线计)约为15。，大腿与座椅平面夹角a可大到30，膝关节角度为50165，脚与胫骨之间的角度为8090。当脚踏用力大于227

22、N时，以130为宜；在只需用不大的操纵力的情况下，最佳坐姿是：为1015，为90150，为90120；当脚蹬力小于227N时，以107为宜(图)。脚动操纵控制设计脚动操纵控制器主要有脚踏板和脚踏钮两种形式。当操纵力超过49147N，或操纵力小于49N但需连续操纵时，宜选用脚踏板。对于操纵力较小，且不需要连续控制时，宜选用脚踏钮或脚踏开关。一般情况下，脚踏板只能由一个方向控制，而脚踏钮可由多个方向控制。脚动操纵控制设计脚踏板脚踏板一般设计成矩形，其宽度与脚掌等宽为佳，一般大于2.5cm；脚踏时间较短时最小长度为67.5cm，脚踏时间较长时为2830cm；踏下行程应为617.5cm；踏板表面宜有防

23、滑齿纹。脚动操纵控制设计布置形式踏板布置在座倚前7.628.89cm、离椅面517.8cm、偏离人体正中面7.512.5cm处，操作方便，出力最大，有利于提高工作效率。踏板角度当踏板与垂直面成1535时，不论腿处于自然位置还是伸直位置，脚均可使出最大的力。适宜用力在坐姿下，一般脚踏板的阻力采用14N/cm为宜。用脚的前端进行操纵时，脚踏板上允许的用力不超过60N；对于需快速动作的脚踏板，脚蹬力应减少到20N；腿和脚同时用力时可达到1200N。脚不需停在踏板上时，阻力应大于18N；脚需要停在踏板上时，阻力应大于45N。脚动操纵控制设计脚踏钮脚踏按钮与手控按钮的功能基本相同，在特定情况下可取代手控

24、按钮。脚踏按钮用脚尖或脚掌操纵，可以快速操作。其直径为58cm，踏下行程为1.26cm。踏压表面应有纹理，应能提供操作反馈信息。脚不需停在踏钮上时，阻力应大于9.8N；脚需要停在踏钮上时，阻力应大于44N。正常操作时，脚踏钮的阻力不应大于88N。操纵与显示的相合性在使用中，控制与显示往往是联合在一起使用的，有操纵控制装置就有相应的信息显示装置来显示操纵控制的结果和状态，。这种控制装置与显示装置之间的配合关系称为操纵与显示的相合性。操纵-显示比即操纵器和显示器移动量之比(C/D)。操纵与显示的相合性空间位置上的相合性目的主要是减少操作者信息加工的复杂性，避免操纵错误，缩短操纵杆时间，提高工作效率

25、。恰帕尼斯试验中使用的灶眼和开关位置的4种排列操纵与显示的相合性运动方向上的相合性控制器的运动方向与相应显示器的运动方向应具有相合性。操纵器与显示器的运动方向相合性(a)操纵器的运动方向(b)相应的显示器的指针运动方向操纵与显示的相合性习惯模式上的相合性控制器和显示器的位移还应符合人操作的习惯模式。如操纵器前移、上移、右移或右旋时，表示被控量增加(或开关开)；反之则表示被控量减小(或开关关)。显示也是如此。控制器选用与设计的基本原则人们在使用控制器时常发生的一些错误，归纳起来主要是：(1)辨别错误：对不同的控制器分辨不清而发生操作失误；(2)调节错误：把开关等活动部分移动到错误的位置，或忘记检

26、查、未加固定，触动了处于正确位置的控制器；(3)逆转错误：把控制器移动到与要求相反的方向上去；(4)无意识引发：没加小心或不注意造成的操作；(5)难以触及：控制器位置不合理，操作时需要大幅度改变身体姿势，影响控制速度和准确性。控制器选用与设计的基本原则与操作者有关的人的因素方面的一些基本原则：(1)控制器要有利于操作，尽量减少或避免不必要的操作动作，以保证系统工作效率。(2)控制器的运动方向应与预期的功能方向相一致。(3)控制器操纵部分的大小、形状及指向必须便于把握和移动。其外形应符合人手等部位的解剖学特征。(4)控制器的移动范围要根据操作者的身体部位、活动范围和人体尺寸来确定。(5)控制器的阻力、惯性和转矩要适当，应在人的体力适宜范围内，并确保安全。(6)在控制器较多的情况下，要根据系统的运行程序、作用的顺序来配置，以保证安全、准确和迅速地进行操作。(7)控制器的材质应符合卫生学要求，使触摸时安全和舒适。(8)要能避免无意识的操作而引起的危险。(9)利用编码提高对控制器的辨别效率，避免发生混同，减少操作失误。一般采用形状、位置、大小、操作方法、颜色和标记等方式进行控制器编码。本章思考题信息显示设计的分类及显示器选用与设计的基本原则？操纵与显示的相合性？控制器选用与设计的基本原则？