安全人机工程学(赵江平)章课件6.ppt
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1、1第 6 章 人机界面设计6.1 人机界面概述6.2 信息显示装置的类型及设计原则6.3 视觉显示装置设计6.4 听觉显示设计6.5 控制装置的类型及设计原则6.6 控制装置设计6.7 控制器和显示器的相合性6.8 显示器和控制器的布置第6章 人机界面设计2第 6 章 人机界面设计6.1 人机界面概述6.1.1 人机界面的定义人机界面(Human-Machine Interface)是人与机器进行交互的操作方式,即用户与机器互相传递信息的媒介,其中包括信息的输入和输出。好的人机界面美观、易懂,操作简单且具有引导功能,使用户感觉愉快,能增强兴趣,从而提高使用效率。3第 6 章 人机界面设计图6-
2、1 人机系统模型4第 6 章 人机界面设计6.1.2 人机界面三要素在人机界面上,向人表达机械运转状态的仪表或器件叫显示器(Display);供人操纵机械运转的装置或器件叫控制器(Controller)。对机械来说,控制器执行的功能是输入,显示器执行的功能是输出。对人来说,通过感受器接收机械的输出效应(例如显示器所显示的数值)是输入;通过运动器操纵控制器,执行人的意图和指令则是输出。如果把感受器、中枢神经系统和运动器作为人的三个要素,而把机械的显示器、机体和控制器作为机械的三个要素,并将各要素之间的联系用图表示出来,就叫做三要素基本模型。三要素基本模型如图6-2所示。5第 6 章 人机界面设计
3、图6-2 三要素基本模型6第 6 章 人机界面设计图6-3 司机汽车三要素基本模型7第 6 章 人机界面设计 6.2 信息显示装置的类型及设计原则6.2.1 信息显示装置的类型在人机系统中,信息显示装置的功能就是以可知的数值、可见的变化趋势或图形、可听的声波以及各种人体可感知的刺激信号等方式向人传递系统中的各种信息。信息显示装置的类型如图6-4所示。8第 6 章 人机界面设计图6-4 信息显示的类型9第 6 章 人机界面设计1.按信息接收的通道分类人的感觉通道很多,有视觉、听觉、触觉、痛觉、热感、振感等。所有这些感觉通道均可用于接收信息。10第 6 章 人机界面设计11第 6 章 人机界面设计
4、2.按显示形式分类(1)模拟显示:模拟式显示仪表靠刻度盘和指针来显示数值,它通常可分为指针运动而表盘不动和表盘运动而指针不动两大类。(2)数字显示:数字式显示仪表用数码管或液晶显示数值。(3)屏幕显示:屏幕式显示装置可在有限面积的显示屏上显示大量不同类型的信息,其优点是可以同时显示状态信息和预报信息(如系统故障信息的预报),因而采用屏幕显示装置可大大减少仪表板上显示仪表的数量。12第 6 章 人机界面设计3.按显示参数分类(1)显示系统的工作条件参数:(2)显示系统输入参数:(3)显示系统的工作状态参数:定量显示:定性显示:警戒显示:(4)显示系统的输出参数:13第 6 章 人机界面设计6.2
5、.2 信息显示装置设计原则1.准确性原则设计显示装置的目的是为了使人能准确地获得机器的信息,正确地控制机器设备,避免事故。因此要求显示装置的设计,尤其供数量认读的显示装置的设计应尽量使读数准确。读数的准确性可通过对类型、大小、形状、颜色匹配、刻度、标记等的设计解决。14第 6 章 人机界面设计2.简单性原则为了读数迅速、准确,显示装置应尽量用简单明了的方式显示所传达的信息:应使传递信息的形式尽量能直接表达信息的内容,以减少译码的错误;不使用不利于识读的装饰;尽量符合使用目的,如供状态识读的仪表,就是越简单越清晰越好。15第 6 章 人机界面设计3.一致性原则应使显示器的指针运动方向与机器本身或
6、其控制器的运动方向一致。例如,显示器上的数值增加,就表示机器作用力增加或设备压力增大;显示器的指针旋转方向应与机器控制器的旋转方向一致。各个国家、地区或行业部门使用的信息编码应尽可能做到统一和标准化。16第 6 章 人机界面设计4.排列性原则关于显示器的装配位置或几种显示器的位置排列也需认真考虑,其位置排列应是:(1)最常用和最主要的显示器尽可能安排在视野中心3范围之内,因为在这一视野范围内,人的视觉效率最优,也最能引起人的注意。(2)当显示器很多时,应当按照它们的功能分区排列,区与区之间应有明显的区分。(3)显示器应尽量靠近,以缩小视野范围。(4)显示器的排列应当适合人的视觉特征。17第 6
7、 章 人机界面设计6.3 视觉显示装置设计6.3.1 模拟式与数字式仪表的显示设计仪表显示是较为常用的一种信息显示装置,种类较多。它按照认读特征,可分为数字显示器和模拟显示器;按照结构的不同,可分为指针移动式仪表、指针活动式仪表和数字式仪表,其中指针移动式仪表和指针活动式仪表属于模拟显示器,数字式仪表属于数字显示器;按照功能的不同,可分为读数用仪表、检查用仪表、追踪用仪表和调节用仪表等。18第 6 章 人机界面设计19第 6 章 人机界面设计1.仪表盘型式设计常见的仪表盘有垂直直线形、水平直线形、半圆形、圆形、开窗形,不同的仪表形式与误读率之间的关系也不同,如图6-5。20第 6 章 人机界面
8、设计图6-5 各种型式的仪表与误读率的关系21第 6 章 人机界面设计2.仪表盘尺寸设计仪表盘的大小尺寸也会影响误读率,一般主要取决于刻度标记的数量和视距。刻度数量越多,视距越大,表盘尺寸也越大。但是,无限制地增大表盘尺寸,会导致视线扫描路线和表盘占用面积增大。因此,在设计仪表表盘尺寸的时候,必须要确定表盘尺寸、刻度标记数量和视距之间的恰当比例。以圆形仪表盘为例,假设表盘的最佳直径为D,视距为L,刻度标记数量为I,三者的恰当比例关系如图6-6所示。22第 6 章 人机界面设计图6-6 圆形仪表盘的最佳尺寸23第 6 章 人机界面设计3.刻度的设计1)刻度线设计刻度线的类型与刻度线的粗细、长短和
9、方向有关。研究表明,刻度线的宽度与刻度有关,一般取刻度的5%15%,且当刻度线宽度为刻度的10%时误读率最小,普通刻度线的宽度通常为0.1 mm0.02 mm。刻度线的长度与认读准确性有着密切的联系,刻度线分为长刻度线、中刻度线和短刻度线三种,各刻度线和视距之间的比例关系如表6-3所示。24第 6 章 人机界面设计25第 6 章 人机界面设计2)刻度间距设计刻度线之间的距离称为刻度间距。如果视距为L,那么小刻度的最小间距为L/600,大刻度的最小间距为L/50。根据认读效率与刻度大小之间的关系,最好将刻度间距与人眼形成的视角保持在10左右。当视距为750 mm时,刻度间距宜为12.5 mm。2
10、6第 6 章 人机界面设计3)设计刻度的标记及标数设计设计刻度的标记及标数除了要遵循上述表盘设计原则以外,还应符合下述的要求。当表盘上的刻度比较多时,宜将刻度分为大刻度标记、中刻度标记和小刻度表记。27第 6 章 人机界面设计4.字符设计(增加数字和字母的形状设计)仪表刻度盘上的数字、字母、汉字或者特定的符号统称为字符。数字能够显示精确的运行参数,字母和汉字是被指示对象的国际通用英文缩写或习惯性的简称,符号是对被代表内容高度概括和抽象而成的图形,它们都能对刻度的功能起到一定的完善作用。28第 6 章 人机界面设计除了上述标准以外,还应注意设计字体的高度。刻度大小一定,字符的高度尺寸越大越好。字
11、符高度一般按公式(6-1)计算:H=3600L (6-1)29第 6 章 人机界面设计5.指针设计1)针的形状和长度指针的形状要简单、明了,不应有装饰。最好选取头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角,如图6-7所示。30第 6 章 人机界面设计图6-7 各种箭头形状的指针31第 6 章 人机界面设计2)指针的宽度一般要求指针针尖宽度应与最短刻度线等宽,否则指针在刻度线上摆动时易引起读数误差。指针最好与刻度盘面保持一定距离,但要尽量靠近仪表盘面。对于精度要求很高的仪表,在设计时应考虑将指针和刻度盘面装配在同一平面内。32第 6 章 人机界面设计6.仪表的色彩设计指针的颜色与刻度盘的颜色应有较鲜明的对
12、比。指针、刻度和表盘的配色关系要符合人的色觉原理。33第 6 章 人机界面设计6.3.2 信号灯设计1.信号灯的视距设计信号灯要有一定的视距而且清晰、醒目。以驾驶舱的信号灯为例,必须要保证能够被清楚识别,不能引起眩目,影响驾驶者的注意力。34第 6 章 人机界面设计35第 6 章 人机界面设计2.信号灯的形状和标记设计当信号灯的颜色不同时,其代表的意义也不尽相同。当信号比较多时,单纯依靠颜色就无法准确、清晰地传递所要表达的信息,此时就需要在形状、标记形式上进一步加以区别。所选用的形状与其表示的意义之间都有一定的逻辑意义,如“”表示指向,“”表示禁止,“!”表示警告,慢闪光表示慢速等。36第 6
13、 章 人机界面设计3.信号灯的颜色信号灯常用的颜色码有10种,按照不易混淆的顺序排列为黄、紫、橙、浅蓝、红、浅黄、绿、紫红、蓝、黄粉。在采用单个信号灯时,优选蓝、绿色最为清晰。常见的几种信号灯的颜色及其代表意义如表6-5所示。37第 6 章 人机界面设计38第 6 章 人机界面设计4.信号灯的位置设计重要信号灯应与重要仪表同时放置在最佳视区内,即视野中心3范围之内,普通信号灯在20范围内,重要度更小的放置在6080范围内,但必须确保无需转头就能观察到。当信号灯显示与操纵或其他显示相关时,最好与对应器件成组排列,而且信号灯的指示方位与操作或方向一致。39第 6 章 人机界面设计6.3.3 显示屏
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