人机工程学设计

第六讲人机工程学设计人机工程学设计准则人机工程学设计准则人——机界面界面设计设计目的设计目的————做到人机界面功能上耦合做到人机界面功能上耦合耦耦合合™基于感觉器官的耦合™基于人体形态的耦合™基于力的耦合™人――电脑间的耦合一、一、基于人体感觉器官的人机基于人体感觉器官的人机界面设计界面设计1、感觉器官（（11））视觉视觉――人体人体8080％的信息由视觉获得％的信息由视觉获得1视角【指物体上两点间光线射入瞳孔，在光心处交叉所形成的夹角。】2视野【指头部与眼球固定不动时人眼所能看到的空间范围】3光波正常人能感觉到的光的波长为380~780nm，小于80nm为紫外线，大于780nm为红外线，肉眼均看不见】4明适应与暗适应–明适应：【人由暗处至明处，最初不能辨认物体，感到刺眼，经1min左右人眼方能恢复分辨功能。】–暗适应：【人由明处进入暗处，最初什么也看不见，经25~30min后人眼能达到适应的程度，看到一定的形象。】背景亮度对象亮度55对比度对比度亮度对比度：表达式为颜色对比度：【对象物与背景不同的颜色搭配对分辨有很大影响】bbbLLLLLC∆=−=06视觉的运动性7视觉错觉几何错觉™对比错觉™变形错觉™分割错觉™横竖错觉™光渗错觉™透视错觉7视觉错觉空间定位错觉运动错觉形状竞争自动运动假现运动（（22）听觉）听觉™可听频率范围™声频辨别力™声强辨别力™声源辨别力™听觉适应与疲劳（（33）嗅觉与味觉）嗅觉与味觉z机械设备运行过程中是否正常通常会通过散发某种气味来体现，如摩擦面过热咬合、密封泄漏等；某些材料具有独特的气味，可通过嗅觉察觉；环境设计中嗅觉效果十分重要。z但人的嗅觉远较动物薄弱。（（44）肤觉）肤觉z皮肤的触觉和人体其他感觉的综合，便构成人把握控制器的重要知觉。人通过接触和抚摸，产生粗糙与光滑、柔软与坚硬等物体表面的质感，在设计机械与人体接触的各个部位时，是一个必须考虑的因素。22、人机界面设计中感官的选择、人机界面设计中感官的选择z视觉——信息量大，列为首选z听觉——信息范围大，有特性语音信息具体准确多项信息的总和多项信息的总和z电视与伴音z可视电话z计算机多媒体外设z防止多种信息的干扰有效的综合有效的综合感官对刺激的反应时间感官对刺激的反应时间z影响因素：刺激数≤7z刺激前预备时间————界面的工作效率界面的工作效率33、显示设计、显示设计z按感官分类：z按作用分类：视觉显示、听觉显示、触觉显示视觉显示、听觉显示、触觉显示定性显示、定量显示、警觉显示定性显示、定量显示、警觉显示显示设计的基本原则显示设计的基本原则z显示内容少而精，人不能同时接受信息最大7个z一般同种参数用同种方法显示z用不同感觉器官分担信号接受工作z重要的显示改在人的注意集中范围内z报警信号首先选用听觉显示器z要考虑各种显示器的功效因素，并用复合显示强化效果（（11）视觉显示设计）视觉显示设计数字显示数字显示模拟显示模拟显示z视觉屏幕显示屏幕显示编码显示编码显示情景显示情景显示11数数字显示型字显示型z宜用场合：对象的直接反映是数字，如温度，重量，频率，转速，油量，声强，照度，电压，电流等。z优点：直接，快捷，精确。z缺点：缺少全局信息z不宜显示变动值22模拟显示型模拟显示型适用于显示几何量适用于显示几何量z宜用场合：A：对象的直接反映是几何量，如方位、倾斜度等。B：需反映显示量与全量程关系。优点：形象，能反映更多信息帮助判断，如波动范围、偏离理想量的方向，等。缺点：度数不准确33屏幕显示型屏幕显示型z适用场合：z同时反映对象的成组信息，如：同时显示，飞行位置，高度，距目的地距离，所需时间的客机大屏幕显示屏幕，等z动态工程，如波形，轨迹，等z文字信息，图像信息，环境z优点：信息量大，层次深，有利于概括分析z缺点：技术要求高，昂贵44编码显示型编码显示型z对事物状态分类，数值分段，用数字，字母，几何形状，位置和色彩作裁体，向人作显示。z适用场合：定性与警示z优点：认读快，误解率低z缺点：适用范围局限z数字与颜色解码效果最好55情景显示型情景显示型z瞄准器z后视镜（（22）听觉显示器）听觉显示器z在全方位三维空间传播，易于引起无准备状态注意力，带强迫注意性质。z类型：z信号型z铃声、哨筒声、蜂鸣器、喇叭、音乐、钟声等。z优点：简单，易理解z缺点：必需事先编码，信息量少z语音型z自动报站、录音电话、故障报告、事故排除指挥等。z优点：信息量大，接受快。z缺点：受语种限制二、二、基于人体形态学的人机界面设计基于人体形态学的人机界面设计人体形态几何尺寸体型静态动态立姿坐姿跪姿卧姿肢体活动范围衣着变化人体姿态人体姿态人机工程学提供了人体的形态测量结人机工程学提供了人体的形态测量结果，现代业产品、劳动保护、建筑设计都果，现代业产品、劳动保护、建筑设计都需要这类数据需要这类数据应用场合大致如下：z（1）“人－机”界面尺寸的确定z（2）操作空间设计z（3）作业姿势确定z（4）提供设计中有关人体各部位参数，如重量、重心等11、、人体几何参数人体几何参数————静态测量静态测量z1）平均值z测量值分布集中区，反映事物本质，但不能作为设计依据z2）标准差z表示数据分布离散度的统计量，标准差大，测量量数据分布广z3）百分位Xz表示某一身体尺寸值，有X％的人适于该数值，即等于、小于该数值，而有（100－X）％的人超过该数值：例如身高值：例如身高值：z第5百分位，即5％的人身高等于，低于该值，95％的人高于该值，属于小身材值z第50百分位，各有50％的人高于或低于该数值，是平均值。z第95百分位，有95％的人等于，低于该数值，5％的人高于该值，属“高”身材值。影响人体尺寸的因素影响人体尺寸的因素z性别差异z地域与人种差异z年龄差异z时代差异z测量状态差异几何界面设计几何界面设计界面尺寸确定表表55－－1616造型尺寸选用百分位界限的建议造型尺寸选用百分位界限的建议门铃﹑开关﹑插座等的安置尺寸第50百分位按人体尺寸确定适宜操作的最佳范围人操作紧急制动杆的距离第1百分位至运转着的机器部件的有效半径或者紧急出口的直径第99百分位坐位﹑坐位安全带﹑至调节构件的距离第5百分位至第95百分位由人完成的可调尺寸取决于臂长﹑腿长的坐平面高度，或者调节构件必要的可及范围第5百分位由人体某部分决定的造型尺寸门﹑船舱口﹑通道﹑床﹑担架第95百分位由人体总长决定的造型尺寸应用举例选用百分位数确定造型尺寸的性质22、、人体几何参数人体几何参数————动态测量动态测量作业范围作业范围工作空间工作空间z工作空间=作业空间+辅助空间z作业空间——劳动操作所需空间z辅助空间=心理空间+行动空间+协作空间人的特征行为人的特征行为z1）空间行为*亲密距离*个人距离*社会距离*公众距离*独处2）侧重行为3）捷径行为4）躲避行为三、三、基于人体力学的人机界面设计基于人体力学的人机界面设计1、肢体动作与操作力™上肢动作操作力™下肢动作操作力坐姿立姿22、作业姿势的选择、作业姿势的选择决定体位的因素决定体位的因素(1).工作空间大小与照明条件；(2).体力负荷大小与用力方向；(3).工作地布置方式与工具、物料摆放位置；(4).操作时起坐的频率；(5).工作台面与座椅的高度，有无足够的容膝空间。下列体位是不良姿势下列体位是不良姿势(1)静止不动的立姿；(2)长期或反复弯腰（弯腰超过15°）；(3)弯腰并伴随躯干扭曲；(4)经常让一侧的下肢承担体重；(5)长时间的双手前伸或平举；(6)长时间或高频率地使用一组肌肉。坐姿坐姿(1)持续时间较长的工作，应尽可能坐着工作，设备的设计就应按坐姿设计；(2)精确和细致的工作要坐着进行操作；(3)需要手足并用的作业，可以坐着进行操作。立姿立姿(1)需经常改变体位的操作；(2)控制器分布面广，需手足较大幅度地活动者；(3)在没有容膝空间地设备旁；(4)要用较大力气的作业，站着易于使劲；(5)当作业显得单调时，立姿可适当走动。跪姿跪姿跪姿（KneelingPosture）消耗能量大，尽量不采用，但有时装配设备低部零件、擦洗设备、擦地板、取物等，还需采用跪姿。卧姿卧姿卧姿（PronePostureorLyingPosture）卧姿在军事行动，修理汽车等场合需采用。常见卧姿为俯卧、侧卧、仰卧三种。图6.16所示为三种卧姿。33、作业设计、作业设计静位动位作业姿势作业姿势坐姿立姿混合姿设计准则：™作业的制约性™用力的合理性™劳动强度与持久性™作业姿势变化的适应性44、作业区域、作业区域z人在操作机器时所需要的操作活动空间，加上机器、设备以及工具所需的空间的总和，叫做“作业空间”。当操作者以站姿或坐姿进行作业时，手和脚在水平面和垂直面内所能触及的最大轨迹范围，称为“作业范围”。他是构成作业空间的主要部分。作业范围可分为水平作业范围、垂直作业范围和立体作业范围。最佳作业区域最佳作业区域z操作路线最短z最舒适z作业最准确55、操作与控制装置设计、操作与控制装置设计设计原则z满足功能需要z人体尺寸匹配z感知反映清晰z操作便捷z力所能及有效防止差错z置换差错z逆转差错z调解差错z无意差错人机工程设计实例人机工程设计实例z座椅设计乘坐乘坐乘坐乘坐安全安全卧具设计卧具设计CPMCPM设计设计四、四、人人————计算机界面人机工计算机界面人机工程设计程设计HumanComputerInterface(HC)人与计算机之间通信和交互作用的媒介HCHC界面发展相关主要事件界面发展相关主要事件（1）高级语言﹑操作系统的出现；（2）交互终端﹑分时系统的产生；（3）图形终端﹑鼠标等定位﹑窗口系统的发展；（4）以UIMS为代表的人机界面开发工具；（5）多媒体技术及其应用；（6）神经网络﹑人工智能化技术的应用与发展。HCHC界面设计的基本概念界面设计的基本概念（1）交互；（2）人机交互；（3）人机交互系统；（4）人机交互方式；（5）交互介质（交互设备）；（6）用户友好性。HCHC界面基本特性界面基本特性（1）交互的启动者（2）交互系统的灵活性（3）交互系统的复杂性（4）交互系统的能力（5）交互系统的信息提交量（6）交互系统的透明性（7）交互系统的一致性（8）交互系统的易使用性（9）交互系统的可靠性HCHC界面设计准则界面设计准则（1）用户兼容性（2）产品兼容性（3）工作流程兼容性（4）一致性（5）亲近感（6）简单感（7）直接操作（8）人控性（9）所见即所得（10）灵活性HCHC界面设计准则界面设计准则（11）响应性（12）提供功能（13）健壮性（亦称鲁棒性）（14）保护功能（15）易学易用性（16）提供帮助信息（17）尽量减少用户的记忆负担和体能操作（18）设计原则的折衷（19）界面和应用功能相分离的思想（20）认识与适应人类认知、行为的能力界限及弱点HCHC界面模型界面模型HC界面模型是用户界面软件的程序框架，它从理论上描述了软件交互系统的工作原理、组织结构和交互活动过程。（1）结构模型（2）基于描述时间和逻辑序列的控制模型（3）任务分析模型（4）面向对象的模型HCHC界面设计界面设计1．用户特性分析（1）用户类型（2）用户行为分析（3）用户需求分析偶然型生疏型熟练型专家型HCHC界面的设计工具界面的设计工具（1）直接使用程序设计HC界面（2）用建立在窗口之上工作的系统设计HC界面（3）使用界面描述语言（UIL）方法生成HC界面（4）直接操作方式生成HC界面智能化人机界面智能化人机界面谢谢！对比错觉对比错觉ａａbbⅠⅠａａbbⅢⅢａａbbⅡⅡａａbbⅣⅣⅥⅥａａａａａａａａbbbbbbbbⅤⅤⅦⅦ变形错觉变形错觉分割错觉分割错觉横竖错觉横竖错觉(a)(b)(c)光渗错觉光渗错觉透视错觉透视错觉形状竞争形状竞争坐坐姿姿立立姿姿下肢动作操作力下肢动作操作力