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1、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,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。
2、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： L90中刻度： L125短刻度： L200宽度：L5000间距：短刻度： L600长刻度； L50,（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
3、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
4、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,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,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
5、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/m2 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
6、,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
7、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
8、 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
9、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。,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
10、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
11、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,表14-11 控制器的阻力特性,表14-12 控制器的最小操作阻力,(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）
12、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
13、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
14、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
15、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
16、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
17、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
18、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,
