人因工程ppt课件-第14章-人机界面设计

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十四章 人机界面设计,第一节 人机界面设计概述,1,、三要素模型,2,、人机界面设计内容,显示器,控制器,显示器控制器组合,第二节 显示器设计,分类：视觉显示,听觉显示,触觉显示,三种显示方式传递的信息特征见表,14-1,。,表,14-1,三种显示方式传递的信息特征,显示,方式,传递的信息特征,显示,方式,传递的信息特征,视觉,显示,1.,比较复杂、抽象的信息或含有科学技术术语的信息、文字、图表、公式等,2.,传递的信息很长或需要延迟者,3.,需用方位、距离等空间状态说明的信息,4.,以后有被引用的可能的信息,5.,所处环境不适合听觉传递的信息,6.,适合听觉传递，但听觉负荷已很重的场合,7.,不需要急迫传递的信息,8.,传递的信息常需同时显示、监控,听觉,显示,1.,较短或无需延迟的信息,2.,简单且要求快速传递的信息,3.,视觉通道负荷过重的场合,4.,所处环境不适合视觉通道传递的信息,触觉,显示,1.,视、听觉通道负荷过重的场合,2.,使用视、听觉通道传递信息有困难的场合,3.,简单并要求快速传递的信息,一、仪表显示设计,(,一,),仪表的类型及特点,1.,数字式显示,直接用数码来显示有关的参数或工作状态,特点,认读过程简单、直观。,认读速度快，精度高。,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、仪表显示设计,2.,模拟式,/,刻度指针式,显示,用模拟量（刻度和指针）来显示参数和状态。,特点：信息形象化、直观，并能给出偏差量，对于监控作业效果很好。,应用：汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表。,按功能可分为,4,类：,（,1,）读数用仪表：高度表、时速表,（,2,）检查用,/,警戒用：,（,3,）追踪用：,（,4,）调节用：收音机调频显示,一、仪表显示设计,（二）,指针式仪表显示设计内容,刻度盘,刻度线,标数,字符,刻度盘直径（圆形）,仪表的指针,针尖,针体,针尾,颜色,（,1,）刻度线,高度：长、中、短,宽度,线间距,1,、仪表的刻度盘：刻度线、标数、字符,高度、宽度、线间距计算：,最大视距：,L (mm),高度：,长刻度：,L,90,中刻度：,L,125,短刻度：,L,200,宽度：,L,5000,间距：,短刻度：,L,600,长刻度,；,L,50,（,2,）标数,1,）刻度标数进级（,表,14-3,）,2,）递增方向的一般原则是：,顺时针,从左向右,从下向上,3,）刻度标数优劣比较参见,图,14,-5,，标数原则：,指针运动，标数直排；刻度盘运动，标数辐射定向排列,最小刻度可以不标；最大刻度必须标注,指针在盘内，如果有空间，尽量标注外侧；指针在盘外，标注于内部,开窗式窗口要能显示被指数字及前后临近的数字,（,3,）字符（汉字、字母、数字）：形状、大小,形状,字符多用直角或尖角形,汉字采用宋体或黑体,不宜采用草体、小写字母和美术体字母,高度：,可参考表,14-4,也可根据公式求得,：,式中：,H,为字符高度,(cm),；,L,为视距,(cm),。,其他尺寸：根据高度,H,确定，见,图,14-3,（,4,）刻度盘直径（圆形）,默雷尔推荐的圆形仪表最佳直径 ，参见,图,14,-4,2,、仪表的指针：针尖、针体、针尾,指针的设计直接影响认读的速度、准确,常用指针形状：,针尖宽度：小于等于刻度标记,指针长度：不遮挡刻度标记,指针的颜色：与背景颜色有明显的区别和,对比,3,、仪表的颜色,顺序,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,底色,黑,黄,黑,紫,紫,蓝,绿,白,黑,黄,被衬色,黄,黑,白,黄,白,白,白,黑,绿,蓝,表,14-5,清晰的配色,盘面、刻度标记、数码、字符、指针的颜色匹配,顺序,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,底色,黄,白,红,红,黑,紫,灰,红,绿,黑,被衬色,白,黄,绿,蓝,紫,黑,绿,紫,红,蓝,表,14-6,模糊的配色,二、信号显示设计,信号显示特征,信号灯的形状和颜色,信号灯的亮度和环境,二、信号显示设计,1,、信号显示特征 ：,面积小、视距远、引人注目、简单明了、负载信息有限,作用：指示性、显示工作状态,通常一种信号只表示一种状态或情况,设计依据：光学原理、人的视觉特征、人因工程学等,二、信号显示设计,2,、设计要点,形状：,简单、明显，与所代表的含义有逻辑上的联系：,，,，,！,颜色：,利用颜色编码来表示某种含义和提高可辨性：红，黄，绿,亮度：,不能太低也不能太高，并要考虑特殊气候条件。,闪光信号性能优于固定信号,三、荧光屏显示设计,显示特性,能显示图形、符号、信号，文字；,能追踪显示，又能显示图文动态画面。,应用：图文电视屏幕、计算机高分辨率显示器、示波器、彩超及雷达。,目标状态对显示的影响,：,1,、亮度：,34.3cd/m,2,2,、呈现时间：,0.5s,满足基本要求，,2-3s,效果最佳,3,、余辉 ：,3-6S,4,、目标的运动速度,5,、目标的形态 ：大小、颜色,6,、目标与背景的关系 ：亮度、颜色,三、荧光屏显示设计,屏面的形状与尺寸,图,14-7,是操作者与荧光屏总体布置的关系,四、标志符号设计,标志符号的要求,采用与其含义相一致的图形；,可利用颜色、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，以减少判读时间，使用简便；,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。,四、标志符号设计,标志符号的知觉因素,设计标志符号要符合人的知觉特：,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,14-8c,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,标志符号的应用,图形和符号在产品上的应用，有利于操作者迅速观察和辨认，提高操作着操作的准确性和工作效率。,图,14-9,为汽车上使用的图形符号,图形符号的国际标准化，将使其成为一种世界性语言，因此工业产品必须突破各国之间的文化障碍。,图,14-10,为电子产品上使用的部分图形符号,四、标志符号设计,标志符号的文字信息,简短而明确,使用短句子,使用主动句,使用肯定句,使用易懂文字,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。,应用：蜂鸣器、铃、角笛和汽笛、警报器,分类：,音响及报警装置,言语显示器,(,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,特点：,更为细致、明确地指导操作者的各种操作行为。,应用：,无线电广播、电视、电话、报话机、对话器、录音、放音的电声装置。,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,音响显示选择原则,1,）频率选择在噪声掩蔽效应最小的范围内。,2,）使用,断续的,或,变化的,信号，更能引起人的注意。最好组成视、听双重报警信号。,3,）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,）注意音响装置的多少，避免各信号间的相互干扰。,(,三,),听觉显示装置的选择原则,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,控制器是人用以将信息传递给机器，或运用人的力量来开动机器，使之执行控制功能，实现调整、改变机器运行状态的装置。,一、控制器的分类,按操纵控制器的身体部位的不同,手动控制器,脚动控制器,按功能可分为,开关类,转换类,调节类,紧急开关类,按控制器运动类别分为：,旋转控制器,摆动控制器,按压控制器,滑动控制器,牵拉控制器,常用控制器的特征如表,14-10,所示。,曲柄,手轮,旋塞,旋钮,钥匙,开关杆,调节杆,杠杆电键,拨动开关,摆动开关,脚踏板,按钮,按键,键盘,手闸,指拨滑块（形状传递）,指拨滑块（摩擦传递）,拉环,拉手,拉圈,拉钮,二、控制器的设计要求,（一）控制器的编码,1.,形状编码,2.,位置编码,3.,大小编码,4.,颜色编码,5.,标记编码,6.,操作方法编码,1,、形状编码,通过不同的形状和表纹，便于操作者辨认。,形状要与功能有逻辑关系，如图,14-13,不用视觉,14-14,，凭触觉准确分辨,戴手套情况下,14-15,，凭触觉准确分辨,2,、位置编码,通过位置安排来识别控制器（视觉,/,盲视定位）,按功能组合排列,控制、显示器具有相对应的位置,同种类型在相同位置，各区之间用位置、形状、颜色、标记区分,重要控制器放在最佳控制范围内,3,、大小编码,通过尺寸大小来识别控制器。凭触觉识别能力低，故与形状组合使用,4,、颜色编码,不宜超过,10,种颜色，与形状、位置、大小组合使用。,5,、标记编码,通过标注图文符号或文字来识别控制器,6,、操作方法编码,不同操作方法产生的运动视觉差异来识别。很少单独使用,(,二,),控制器的外形结构设计,大小：与使用目的和方法密切相关。,图,14-16,是手操纵控制器方式,形状：便于使用，有利于对控制器的施力。,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。,形状的设计，应使在使用过程中，手腕尽量保持挺直状态，避免弯曲。,指尖按压面,凹形（按键的表面最佳形状？）,手掌按压面,凸形,(,三,),设计适当的控制器的阻力：,提高准确、平稳性、速度,提供反馈信息，判断是否执行,防止偶发启动,阻力类型,特 性,使 用 举 例,摩 擦 力,运动开始时阻力最大，此后显著降低，可用以减少控制器的偶发启动。但控制准确度低，不能提供控制反馈信息,开关、闸刀等,弹性阻力,阻力与控制器位移距离成正比，可作为有用的反馈源。控制准确度高，放手时，控制器可自动返回零位，特别适用于瞬时触发或紧急停车等操作，可用以减少控制器的偶发启动,键盘等,粘滞阻力,阻力与控制运动的速度成正比。控制准确度高、运动速度均匀，能帮助稳定的控制，防止控制器的偶发启动,活塞等,惯 性,阻力与控制运动的加速度成正比例，能帮助稳定的控制，防止控制器的偶发启动。但惯性可阻止控制运动的速度和方向的快速变化，易引起控制器调节过度，也易引起操作者疲劳,调节旋钮等,表,14-11,控制器的阻力特性,表,14-12,控制器的最小操作阻力,控制器类型,最小阻力,/N,手动按钮,28,脚动按钮,5.6,（脚停留在控制器上）,17.8,（脚不停留在控制器上）,扳动开关,2.8,旋转选择开关,3.3,旋 钮,01.7,曲 柄,922,手 轮,22,手 柄,9,脚 踏 板,417.8,（脚不停留在控制在控制器上）,4.5,（脚停留在控制器上）,(,四,),避免控制器的偶发启动,（,1,）安装在陷入控制板的凹槽内；,（,2,）加保护罩；,（,3,）安装在不易被碰撞的位置；,（,4,）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,外表面形状：圆柱、方、椭圆、其他,用途：代码钮、功能钮、间隔钮,接触情况：接触式、非接触式,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,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,。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,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,空间相合性：在空间位置关系上的配合一致性,空间相合性直接,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。,三、控制,显示的运动相合性,运动相合性：在运动方向上的一致性,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，具有重要的意义。,图,14-29,是控制器与显示器运动相合性的示例。,第五节 累积损伤疾病与工具的设计,一、累积损伤疾病及其原因,1.,受力,2.,重复,3.,姿势,4.,休息,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,复习思考题,1,什么是人机界面？人机界面设计的内容与依据是什么？,2,显示器有哪几种形式？并简述各自的应用特点。,3,在设计言语显示装置时应注意哪些问题,?,4,控制器为何要进行编码？简述常用编码方式的优缺点。,5,简述控制器偶发启动的原因与防范措施。,6,什么是控制,显示的相合性？它有何重要意义？,7,什么是控制,显示,(C/D),比？设计时应如何选择,C/D,比？,8,什么是累积损伤疾病？常见的累积损伤疾病有哪些？并与哪些因素有关？,9,与手有关的累积损伤疾病有哪些？,10,简述手握式工具设计的原则。,图14-3,返回,图14-4,返回,图14-5,好 不 好 好 不 好,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,曲柄,手轮,旋塞,旋钮,钥匙,开关杆,调节杆,杠杆电键,拨动式开关,摆动式开关,脚踏板,钢丝脱扣器,按钮,按键,键盘,手闸,指拨滑块（形状传递）,指拨滑块（摩擦传递）,拉环,拉手,拉圈,拉钮,图14-13,返回,a) b) c),d) e) f),g) h) i),图14-14,a),多倍旋转旋钮,b),圆形、多边形旋钮,c),部分旋转旋钮,d),定位指示旋钮,返回,图14-15,A,、,360,度以上连续或频繁转动，,钮偏转角度位置不具有重要信息意义,B,、调节范围不超过或极少超过,360,度,钮偏转角度位置可提供重要信息,C,、调节范围不超过,360,钮偏转角度位置可提供重要信息,如：指示刻度或状态,返回,图14-16,a),手指接触,b),手接触,c),双指捏住,d),三指捏住,e),手抓住,f),手握住,返回,图14-17,返回,适合用力时间较长的操作,适用于瞬间操作或施力不大的情况,图14-18,a) b),c) d),返回,圆形,多边形,指针式,转盘式,旋钮的大小：,保证接触面积足够,（一般直径,5cm,最佳）,钮帽表面：,做成齿纹，避免打滑,图14-19,a) b) c) d),e) f),返回,图14-20,返回,图14-21,返回,图14-22,返回,图14-23,返回,以鞋跟为转轴的踏板,图14-24,返回,脚悬空踏板,图14-25,返回,图14-26,返回,图14-27,返回,图14-28,返回,图14-29,返回,图14-30,返回,图14-31,返回,图14-32,a,）直杆式电烙铁,b,）弯把式电烙铁,返回,图14-33,返回,图14-34,返回,图14-35,返回,