人因工程学郭伏教学讲义.ppt

第十四章 人机界面设计 1.人机界面设计概述 2.显示器设计 3.控制器设计 4.控制-显示器组合设计 5.累积损伤疾病与工具的设计 6.人与计算机界面设计 案例 考虑人因工程学的椭圆机设计 第一节 人机界面设计概述 人机界面三要素基本模型 第二节 显示器设计 显示器分为视觉显示、听觉显示和触觉显示等 ，三种显示 方式传递的信息特征见表14-1 表 显显示 方式 传递传递的信息特征 显显示 方式 传递传递的信息特征 视觉视觉 显显示 1.比较较复杂杂、抽象的信息或含有科学技术术术术 语语的信息、文字、图图表、公式等 2.传递传递的信息很长长或需要延迟迟者 3.需用方位、距离等空间间状态说态说明的信息 4.以后有被引用的可能的信息 5.所处环处环境不适合听觉传递觉传递 的信息 6.适合听觉传递觉传递 ，但听觉负觉负荷已很重的场场 合 7.不需要急迫传递传递的信息 8.传递传递的信息常需同时显时显示、监监控 听觉觉 显显示 1.较较短或无需延迟迟的信息 2.简单简单且要求快速传递传递的信息 3.视觉视觉通道负负荷过过重的场场合 4.所处环处环境不适合视觉视觉通道传递传递的信息 触觉觉 显显示 1.视视、听觉觉通道负负荷过过重的场场合 2.使用视视、听觉觉通道传递传递信息有困难难的 场场合 3.简单简单并要求快速传递传递的信息 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 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，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 2.模拟式显示 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 应用：汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表 一、仪表显示器 (二)仪表的刻度盘 刻度线高度 刻度线分为长刻度线、中刻度线和短刻度线 ，如下图所示， 其高度与视距的关系见表14-2 一、仪表显示器 表14-2 视视距与刻度线线高 度 视视 距/m 刻度线线高度/mm 字符高度/mm 长长刻度线线中刻度线线短刻度线线 <0.5 0.5~0.92 0.92~1.83 1.83~3.66 3.66~6.10 5.6 10.2 19.8 40.0 66.8 4.1 7.1 14.3 28.4 47.5 2.3 4.3 8.7 17.3 28.8 2.3 4.3 8.7 17.3 28.8 (二)仪表的刻度盘 n刻度线 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： L／90mm 中刻度线高度： L／125mm 短刻度线高度： L／200mm 刻 度线宽 度： L／5000mm 短刻度线间距： L／600mm 长刻度线间距； L／50mm (二)仪表的刻度盘 n刻度标数进级和递增方向 优优中差 1234524681036912 51015202520406080100481216 102030405020040060080010001.252.557.5 5010015020025015304560 数字递增方向的一般原则是：顺时针方向为增加；从左向右的方向为增加； 从下向上的方向为增加。

表14-3 刻度标数进级 (二)仪表的刻度盘 n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 表14-4 字符高度与视视距 视视 距/cm字符高度/cm ～500.25 50～900.50 90～1800.90 180～3601.80 360～6003.00 (二)仪表的刻度盘 (二)仪表的刻度盘 n刻度直径 默雷尔推荐的圆形仪表最佳直径，如图14-4所示 (二)仪表的刻度盘 刻度标数 刻度标数优劣比较参见图14-5 (三) 仪表的指针 n常用的指针形状如图所示 (四) 仪表的颜色 顺序12345678910 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 (四) 仪表的颜色 顺序12345678910 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 n信号显示特征 n信号灯的形状和颜色 n信号灯的亮度和环境 三、荧光屏显示设计 n 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：图文电视屏幕、计算机高分辨率显示器、示波器、彩超 及雷达 n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、荧光屏显示设计 n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 n 标志符号的要求 必须考虑使用目的和使用条件，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，应采 用人的知觉图形，以便于记忆，减少视认时间；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 n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14-8c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 n标志符号的应用 图14-9为汽车上使用的图形符号 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 n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 (一) 音响及报警装置 n蜂鸣器 n铃 n角笛和汽笛 n警报器 (二) 言语显示装置 用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行为 应用：无线电广播、电视、、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 n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）注意音响装置的多少，避免各信号间的相互干扰 (三) 听觉显示装置的选择原则 n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 人通过显示器获得信息之后，需要通过运动系统 将大脑的分析决策结果传递给系统，从而使其按人预 定的目标工作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，使之执行控制功实现调 整、改变机器运行状态的装置 一、控制器的分类 n按操纵控制器的身体部位的不同，控制器分为手动控制器 和脚动控制器； n按功能可分为：开关类，转换类、调节类、紧急开关类； n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 n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 一、控制器的分类 表14-9 控制器的分类类 基本类类型动动作类别类别举举 例说说 明 旋转转控制器旋转转 曲柄、手轮轮、旋 钮钮、钥钥匙等 控制器可以做360以下旋转转 近似平移控制 器 摆动摆动 开关杆、调节调节杆 、拨动拨动式开关、 脚踏板等 控制器受力后，围绕围绕旋转转点或轴摆动轴摆动 ，或者倾倾倒到一个或 数个其他位置。

通过过反向调节调节可返回起始位置 平移控制器 按压压 按钮钮、按键键、 键盘键盘等 控制器受力后，在一个方向上运动动在施加的力被解除之 前，停留在被压压的位置上通过过反弹弹力可回到起始位置 滑动动 手闸闸、指拨拨滑 块块等 控制器受力后，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或者改变方向，才可 使控制器做返回运动 牵牵拉 拉环环、拉手、拉 钮钮 控制器受力后，在一个方向上运动动回弹弹力可使其返回起 始位置，或者用手使其在相反方向上运动动 特征 控制器种类类 离散调节调节连续调节连续调节 旋转转 选择选择 开关 拇指轮轮手按扭 脚按 钮钮 肘节节 开关 连续连续 旋钮钮 拇指 轮轮 手轮轮曲柄踏板手柄 能形成大力－－－－－否否是是是是 将控制器置位需要 时间时间 中至 快 －非常快快 非常 快 －－－－－－ 推荐的控制位置（ 置位）数目 3~243~24222~3－－－－－ 控制器的位置和操 作的空间间要求 中小小大小 小至 中 小大 中至 大 大 中至 大 偶发发启动动的可能性低低中高中中高高中中高 控制运动动的理想限 度 270－ 0.3cm 3.8cm 1.3cm 10.2c m 120无限180 60 无限小 45 编码编码 的有效性好差中至好差中好差中中差好 表14-10 常用控制器的特征比较 一、控制器的分类 二、控制器的设计要求 n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.操作方法编码 (二) 控制器的外形结构 n图14-16是手操纵控制器的六种方式 n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 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。