1、第七章第七章 人机界面的人机界面的 安全设计安全设计 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 l在人机系统中，存在着一个人与机相在人机系统中，存在着一个人与机相互作用的互作用的“面面”，所有的人机信息交，所有的人机信息交流都发生在这个流都发生在这个“面面”上，通常人们上，通常人们称这个面为人机界面称这个面为人机界面。l人机界面设计主要指显示器、控制器人机界面设计主要指显示器、控制器以及它们之间的关系设计，使人机界以及它们之间的关系设计，使人机界面符合人机信息交流的规律与特性。面符合人机信息交流的规律与特性。第七章第七章 人机界面的
2、安全设计人机界面的安全设计三要素基本模型三要素基本模型 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计7.1 信息显示装置的类型信息显示装置的类型 及其特点及其特点 7.1.1 信息显示方式的类型及其功能信息显示方式的类型及其功能l仪表是信息显示器中应用极为广泛的一仪表是信息显示器中应用极为广泛的一种视觉显示器。一般可按其显示形式和种视觉显示器。一般可按其显示形式和显示功能分为两类。显示功能分为两类。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 如果按显示形式分类，这时可分为数字式如果按显示形式分类，这时可分为数字式显示器和模拟式显示器两大类。显示器和模拟式显示器两大类。l数字式显示
3、器是直接用数码来显示信息数字式显示器是直接用数码来显示信息的仪表，这类显示器的特点是认读过程的仪表，这类显示器的特点是认读过程简单速度快，读数准确、精度高。简单速度快，读数准确、精度高。l模拟式显示器是用标定在刻盘上的指针模拟式显示器是用标定在刻盘上的指针来显示信息的，这类显示器的特点是能来显示信息的，这类显示器的特点是能连读、直观地反映信息的变化趋势，使连读、直观地反映信息的变化趋势，使人对模拟值在全量程范围内一目了然。人对模拟值在全量程范围内一目了然。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 如果按显示功能分类，这时可分为读数如果按显示功能分类，这时可分为读数用仪表、检查用仪表、
4、警戒用仪表、用仪表、检查用仪表、警戒用仪表、追踪用仪表和调节用仪表。追踪用仪表和调节用仪表。l读数用仪表用于显示机器的有关参读数用仪表用于显示机器的有关参数和状态；数和状态；l检查用仪表用于显示系统状态参数检查用仪表用于显示系统状态参数偏离正常值的情况，一般无需读出确偏离正常值的情况，一般无需读出确切的数值；切的数值；第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 l警戒用仪表用于显示机器是处于正警戒用仪表用于显示机器是处于正常区、警戒区还是危险区。常区、警戒区还是危险区。l追踪用仪表是动态控制系统中最常追踪用仪表是动态控制系统中最常见的操纵方式之一；见的操纵方式之一；l调节用仪表只用于显
5、示操纵器调节调节用仪表只用于显示操纵器调节的值，宜选用由操纵者直接控制指针的值，宜选用由操纵者直接控制指针或刻度盘运动的结构形式。或刻度盘运动的结构形式。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计7.1.2 显示方式的选择方法与原则显示方式的选择方法与原则 1.用尽量简单明了的方式显示所传达用尽量简单明了的方式显示所传达的信息，尽量减少译码的错误。的信息，尽量减少译码的错误。2.使用与信息精度要求相一致的显示使用与信息精度要求相一致的显示精度，要保证最少的认读时间。精度，要保证最少的认读时间。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 3.采用与操作人员的操作能力及习惯采用与操
6、作人员的操作能力及习惯相适应的信息显示形式，提高显示相适应的信息显示形式，提高显示方式和人机可靠性。方式和人机可靠性。4.按观察条件，运用最有效的显示技按观察条件，运用最有效的显示技术和显示方法，使显示变化的速度术和显示方法，使显示变化的速度不要超过人的反应速度。不要超过人的反应速度。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计7.2 显示装置的设计显示装置的设计 7.2.1 显示器设计的基本原则显示器设计的基本原则l准确性原则准确性原则l简单性原则简单性原则l一致性原则一致性原则l排列性原则排列性原则 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 位置排列原则位置排列原则1.最常
7、用的和最主要的显示器应尽可能安最常用的和最主要的显示器应尽可能安排在视野中心排在视野中心3范围之内，因在这一范围之内，因在这一视野范围内，人的视觉效率最优，也最视野范围内，人的视觉效率最优，也最能引起人的注意；能引起人的注意；2.当显示器很多时，应按它们的功能分区当显示器很多时，应按它们的功能分区排列，区与区之间应有明显界限；排列，区与区之间应有明显界限；第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 位置排列原则位置排列原则3.显示器应尽量靠近，以缩小视野范围；显示器应尽量靠近，以缩小视野范围；4.显示器的排列要适合于人的视觉特征。显示器的排列要适合于人的视觉特征。例如，人眼的水平运动比
8、垂直运动快且例如，人眼的水平运动比垂直运动快且幅度宽，因此显示器水平排列的范围可幅度宽，因此显示器水平排列的范围可以比垂直方向大。此外，为达到较好的以比垂直方向大。此外，为达到较好的视觉效果，在光线暗的地方要装设合适视觉效果，在光线暗的地方要装设合适的照明设备。的照明设备。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计7.2.2 视觉显示器的设计视觉显示器的设计l指针式仪表的设计指针式仪表的设计l数字显示器的设计数字显示器的设计 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计设计指针式仪表时应考虑的安全设计指针式仪表时应考虑的安全 人机工程学问题人机工程学问题1.指针式仪表的大小与观察
9、距离是否指针式仪表的大小与观察距离是否比例适当；比例适当；2.刻度盘的形状与大小是否合理；刻度盘的形状与大小是否合理；3.刻度盘的刻度划分、数字和字幕的刻度盘的刻度划分、数字和字幕的形状、大小以及刻度盘色彩对比是形状、大小以及刻度盘色彩对比是否便于监控者迅速而准确地识读；否便于监控者迅速而准确地识读；4.根据监控者所处的位置，指针式仪根据监控者所处的位置，指针式仪表是否布置在最佳视区范围内。表是否布置在最佳视区范围内。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 格雷瑟在1949年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，作为飞机高度计，显示飞机不同的高度，如图6-1所示。对受过训练的飞行员和
10、大学生进行认读实验。发现飞机上原来采用的三针式高度计误读率最高并且认读时间最长。1958年4月晚一架子爵号飞机在准备向普斯威克机场降落时，机长将三针式高度计的2500英尺误读为12500英尺，结果飞机撞毁在地面上。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计一、指针式显示形式的选择一、指针式显示形式的选择1表排列时显示形式的选择 当用多表排列显示几个同类性质的数量（或质量）的增高或下降是，采用竖放的直线刻度盘仪表最为有利，第七章第七章
11、 人机界面的安全设计人机界面的安全设计2 2采用一表双显示采用一表双显示 一表双显示可以克服两只仪表数值比较时的困难，但这种仪表易产生误读，只有表盘比较大时才会使用，这时必须使两个表针的形状、颜色、针尾不相同。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计表表6-66-6 配色的级次 级次12345678910清晰程度底色被衬色模糊程度底色被衬色 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计1数字式显示的优点 作为定量显示，在静态显示的条件下数字显示产生的误读率较低，而且认读需占用
12、的时间也较短。默雷尔等人于1966年实验证明了这一点。他们使用带刻度的测度的测微计时，误读率约为33%，而使用数字式显示不但认读快，而且误读率低，后者误读率只有后者的1/10。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计二、定性显示方式选择二、定性显示方式选择 当显示器不是为了记录准确的读数，而是为了对机器的运行状态作出定性显示时，选用模拟式仪表更为有利。模拟显示还有很多种，现将常用的几种分述如下：1视觉编码 定性显示往往是建立在对事物状态进行分类，或将数值划分为数段，每一个数段，每一个数段作为一个级位这样的基础 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 之上的。显示方式是对每
13、一类或每一级位作区分性显示。实验表明，在数字、字母、几何形状、位置和色彩这五种常用的视觉编码方式中，数字和颜色编码最为有效，而按位置编码的效率最低。2 2颜色编码颜色编码 颜色编码可以由图那样用于刻度盘表示，也可以单独用颜色作编码显示，例如，控制室中不同液体的压力表涂成与其管路相同的颜色，或相关的仪表与控制器用的颜色进行编码等等。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 美国波尔顿经实验得到一套颜色码，以红色代表最大的体积，白色代表最小的体积，顺序如下：红、橙、黄、绿、青、兰、紫、黑、白。我国GB2893-82GB2893-82安全色中的规定可作为仪表及信号显示设计中的参考。颜色编码
14、的缺点：一是受外界光色彩的影响；二是当光照很低时，色彩都趋于灰色，不易辨认，三是大约6%的男性对色彩不敏感，这就要求对工作人员进行职业选择。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计7.2.3 听觉显示器的设计听觉显示器的设计l听觉传示装置分为两大类：一类是音响听觉传示装置分为两大类：一类是音响及报警装置，另一类是语言传示装置。及报警装置，另一类是语言传示装置。l用纯音或复音来显示听觉信息的装置称用纯音或复音来显示听觉信息的装置称为音响和报警装置，其用途极广为音响和报警装置，其用途极广 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计音响及报警装置的类型及特点音响及报警装置的类型及特
15、点 1.蜂鸣器是音响装置中声压级最低、频蜂鸣器是音响装置中声压级最低、频率也较低的装置。蜂鸣器发出的声率也较低的装置。蜂鸣器发出的声音柔和，不会使人紧张或惊恐，适音柔和，不会使人紧张或惊恐，适合较安静的环境，常配合信号灯一合较安静的环境，常配合信号灯一起使用。起使用。2.电铃。电铃因其用途不同，其声压级电铃。电铃因其用途不同，其声压级和频率有较大差别。和频率有较大差别。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计音响及报警装置的类型及特点音响及报警装置的类型及特点3.角笛和汽笛。角笛的声音有吼声（声角笛和汽笛。角笛的声音有吼声（声压级压级90100dB、低频）和尖叫声、低频）和尖叫声（即
16、高声强、高频）两种。（即高声强、高频）两种。4.警报器。警报器的声音强度大，可传警报器。警报器的声音强度大，可传播很远，频率由低到高，发出的声调播很远，频率由低到高，发出的声调富有上升与下降的变化，主要用于危富有上升与下降的变化，主要用于危急状态报警。急状态报警。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计音响和报警装置的设计原则音响和报警装置的设计原则l音响信号必须保证位于信号接受范围内音响信号必须保证位于信号接受范围内的人员能够识别并按照规定的方式作出的人员能够识别并按照规定的方式作出反应；反应；l音响信号必须易于识别，因此音响和报音响信号必须易于识别，因此音响和报警装置的频率选择应
17、在噪音掩蔽效应最警装置的频率选择应在噪音掩蔽效应最小的范围内；小的范围内；第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 l为引人注意，可采用时间上均匀变化的为引人注意，可采用时间上均匀变化的脉冲声信号，其脉冲声信号频率不低于脉冲声信号，其脉冲声信号频率不低于0.2Hz和不高于和不高于5Hz；l报警装置最好采用交频的方式，使音调报警装置最好采用交频的方式，使音调有上升和下降的变化。有上升和下降的变化。l对于重要信号的报警，除使用音响报警对于重要信号的报警，除使用音响报警装置外，最好与光信号同时作用，组成装置外，最好与光信号同时作用，组成视听双重报警信号。视听双重报警信号。第七章第七章 人机
18、界面的安全设计人机界面的安全设计语言传示装置语言传示装置 人与机器之间也可用语言来传递信人与机器之间也可用语言来传递信息。传递和显示语言信号的装置称为语息。传递和显示语言信号的装置称为语言传示装置。如象麦克风这样的受话器言传示装置。如象麦克风这样的受话器就是语言传示装置，而扬声器就是语言就是语言传示装置，而扬声器就是语言显示装置。显示装置。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计设计语言传示装置应注意的问题设计语言传示装置应注意的问题 1.语言的清晰度语言的清晰度 2.语言的强度语言的强度 3.噪声对语言传示的影响噪声对语言传示的影响 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设
19、计7.2.4 信号灯与符号标志的设计信号灯与符号标志的设计l信号灯的设计原则信号灯的设计原则1.清晰、醒目和必要的视距；清晰、醒目和必要的视距；2.具有合适的使用目的。具有合适的使用目的。3.按信号性质设计。按信号性质设计。4.信号灯位置与颜色的选择。信号灯位置与颜色的选择。5.要注意信号灯与操纵杆间的配合与协要注意信号灯与操纵杆间的配合与协调。调。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计7.3 控制器的设计控制器的设计7.3.1 控制器的类型及其适用范围控制器的类型及其适用范围7.3.2 控制器设计的人机工程学因素控制器设计的人机工程学因素 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面
20、的安全设计7.3.2 控制器设计的人机控制器设计的人机 工程学因素工程学因素l控制器编码控制器编码l控制器的外形结构和尺寸控制器的外形结构和尺寸l控制器的阻力控制器的阻力l操作反馈操作反馈l防止控制器的意外启动防止控制器的意外启动 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计控制器编码控制器编码形状编码形状编码大小编码大小编码颜色编码颜色编码标记编码标记编码 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 防止控制器的意外启动的办法防止控制器的意外启动的办法l在控制器上加保护罩在控制器上加保护罩l将控制器安装在不易碰撞的位置上；将控制器安装在不易碰撞的位置上；l操作者必须连续作两种操
21、作运动才能使操作者必须连续作两种操作运动才能使控制器启动，而且后一种操作运动的方控制器启动，而且后一种操作运动的方向与前一种操纵的方向不同，以此将控向与前一种操纵的方向不同，以此将控制器锁定在位置上；制器锁定在位置上；l适当增大控制器的操作阻力等。适当增大控制器的操作阻力等。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计7.3.4 手动与脚动控制器的设计手动与脚动控制器的设计 基本要求基本要求：1.控制器应根据人体测量数据、生物力学控制器应根据人体测量数据、生物力学以及人体运动特征进行设计。以及人体运动特征进行设计。2.控制器的运动方向应与机器设备的被控控制器的运动方向应与机器设备的被控方
22、向一致。方向一致。3.应尽量利用控制器的结构特点以及操作应尽量利用控制器的结构特点以及操作者身体部位的重力进行控制；者身体部位的重力进行控制；4.在可能的条件下，尽量设计和选用多功在可能的条件下，尽量设计和选用多功能控制器。能控制器。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计脚踏板的类型脚踏板的类型（a）往复式；（）往复式；（b）回转式；（）回转式；（c）直动式）直动式 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计踏板角与脚的最大操纵力之间的关系踏板角与脚的最大操纵力之间的关系 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计7.4 显示器与控制器的显示器与控制器的 工效学设计
23、工效学设计7.4.1 显示器和控制器的布局设计原则显示器和控制器的布局设计原则l使用顺序原则使用顺序原则l功能原则功能原则l使用频率原则使用频率原则l重要性原则重要性原则 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计 l7.4.2 视觉显示器的布置视觉显示器的布置l7.4.3 控制器的布置控制器的布置手动控制器在垂直面板上的布置区域手动控制器在垂直面板上的布置区域 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计7.4.4 显示器与控制器的配合显示器与控制器的配合l所谓控制显示比（简称所谓控制显示比（简称C/D比）是比）是指控制器的位移量与对应的显示器可指控制器的位移量与对应的显示器可动元件的位移量之比。位移量可用直动元件的位移量之比。位移量可用直线距离（例如杠杆、直线式刻度盘等）线距离（例如杠杆、直线式刻度盘等）或角度、旋转次数（例如旋钮、手轮、或角度、旋转次数（例如旋钮、手轮、图形或半圆形刻度盘等）来测量。控图形或半圆形刻度盘等）来测量。控制显示比表示了系统的灵敏度，即制显示比表示了系统的灵敏度，即C/D值越高表明系统的灵敏度愈低，值越高表明系统的灵敏度愈低，反之则相反。反之则相反。第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计调节时间与调节时间与C/D比的关系比的关系 第七章第七章 人机界面的安全设计人机界面的安全设计
