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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
2、，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： 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
3、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
4、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,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、
5、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/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
6、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1
7、4-8b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
8、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
9、，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：
10、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
11、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
12、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）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
13、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
14、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,
15、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
16、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
