人机界面设计

第十章人机系统的设计与评价■人机系统概述■人机特征机能比较■人机系统设计■人机系统的分析评价■人机系统的可靠性分析■工作系统设计的人机要求1人机系统概述自然界中的许多物体都存在着相互之间的关联，正是这种千丝万缕的关系，使它们相互以一定方式相结合，构成不同的系统。无论在工作或生活中，人总是要以某种方式与一些物体发生联系，形成一个不可分割的整体，这个整体就称为人机系统。人机系统作为一个完整的概念，表达了系统设计的一种主体思想以及系统研究的对象和范围。人—机—环境系统不仅要研究其中单项元素，而主要是用联系方法研究三者之间的互相关系。对于工业产品设计来说，人机系统的理论是设计的一种基本思想、一种分析与解决问题的方法。人机系统是由人、机器、环境等许多现象、事物的集合体，它们以系统的功能最优为目标。要设计好一个人机系统，必须对系统整体作出详细的分析，首先从分析系统总目标开始，即先要明确为什么设计这个系统。系统的目标决定系统的性能要求，系统的性能要求决定着系统所应该如何设计。产品设计要以人为中心展开，任何一个产品都是以人的使用作为设计的前提。设计的一个重要方面就是解决人与产品之间的冲突与协调，使产品符合人的消费需求。从产品的使用来看，从一开始就与人的各项因素相联系。因此，产品设计不仅具有高的质量，高科技含量，新的材料和工艺水平，同时也包含了人的价值观念与消费欲求，具有很高的宜人性、舒适性和安全性。2人机特征技能的比较人在人机系统中的作用主要有以下三个方面。a.信息输入：通过感觉器官接受环境信息。b.信息处理：人把接受到的信息和人已有的知识经验进行比较分析之后作出决策。c.行为输入：依据决策采取相应的行动。2.1人机功能分配根据人机功能特征的对比分析，人机合理的分工为：强度大的、快速的、高精度的、持续时间长的、单调的、高阶运算的、操作复杂的、环境恶劣的工作，适合机器承担；方案设计、程序编制、装配、维修、创造、应付不测、故障处理等工作适合人去做。同时，在人机功能分配时还应考虑经济和社会相关因素的影响。比较项目产品要素的特征人的要素的特征检测能力1.固定性质良好，稳定2.灵敏度、准确度、检测范围良好3.再现性良好4.线性良好5.反应快6.无错觉7.专用，缺乏通用性1.倾向性、灵敏度等随着时间变化，容易受环境和感情的影响2.倾向性和怪癖多3.识别模型和理解言语现在仍是人类特有的能力4.味觉、嗅觉虽缺乏定量性，但比机器简便，灵敏度高操作能力1.不会疲劳2.再现性、准确度、线性良好3.操作的范围、马力、力量大4.反应快5.高效率者多6.专用，一般缺乏通用性1.由于熟练而能发挥机器所不及的巧劲2.训练多需要较长时间，但由于所谓训练结果的转移，有时短时间也可训练好。但如果转移反了，反而有害，会造成错误操作的根源。3.在头脑的指挥下和感觉器官协作下，能进行高度的操作，会随机应变4.通用判断能力1.高速2.定量记忆良好3.能同时高效率、协调地运转两个以上装置1.人具有特殊的判断能力，是有智能的2.人们之间的情报交流多是低效率的，因此，不善于实时的协同作业3.要高度训练，错觉、怪癖多耐久性1.保养得好可耐长期使用2.即使不适于生物生存的环境也不怕1.有自我恢复性2.记忆、熟练的结果有减退的情况3.不能自发维持紧张，因此不善于从事单调作业可靠性1.决定于设计材料等技术如何2.一般来说非常良好1.错觉多2.熟练程度要看条件如何3.紧急时有混乱情况，受情绪的强烈影响，情绪不安时低下4.无信心时低下5.有时善于排除故障等意外事态信息输出量1.以输出装置的并列化和制图技术、传输线等的并用，使输出量充分加大1.虽有语言、行动、表情等，但容量都较小2.不善于量的输出其他1.产品多采用大量生产方式生产2.能全天候运转1.成为标准品成人大约要20年2.人的要素附带有社会生活、家庭生活等复杂的系统表10—1产品要素与人的要素比较2.2人机匹配人机匹配必须遵循的基本原则：a.要选用最有利于发挥人的能力和确保人的操作可靠的匹配方式：有利于系统能够达到最大的效率。b.使人操作起来方便、省力。c.使人在工作中感到有意义。或体现人在系统中的重要地位。d.有利于人学习的信息显示和信息加工方式。3人机系统设计人机系统具有广泛意义，人与任何一个物体共处，即能构成一个人机系统，小至一个按键，大至整个自动化生产线，只要是包含人和机相结合的设计，都是一个人机系统设计，人机系统的要求如下：a.能达到预定的目标，完成预定任务。b.在系统中人和机器都能够发挥各自的作用和协同工作。c.系统接受输入和作出输出的功能，都必须符合设计的能力。d.系统要考虑环境因素的影响。例如，在工厂里，这个环境因素包括厂房、照明、噪声、工厂内环境，等等。人机系统不是孤立存在，人与机总是要与周围共处的环境相联系，人机系统实际是人—机—环境系统。e.系统应有完善的反馈闭环回路。输入的比率可进行调整，以补偿输出的变化或用增减设备的办法，以调整输出来适应输入的变化。人机系统设计是多学科综合设计，与其他设计是紧密相联的。因而，必须从系统科学的方法出发，综合各学科的观点，实现整体设计的优化。另外，人机系统设计是为了解决系统人的身心健康、舒适、满意程度，它不是单一的产品设计，而是整合产品、使用者以及环境等多方面因素的设计。设计是发展的，不同的设计思想和方法的不断提出，又丰富了设计。表10—2人机系统的设计步骤系统设计阶段阶段主要设计内容注意事项设计内容定义系统目标和参数确定系统目标使用者的要求和约束条件明确使用者的需求、特性，使用者群体特性确定系统参数确定系统使用条件、人员要求、环境条件要求系统安全性和舒适性的检测参数以及测试手段的制定系统适用条件系统作业方式，使用者的素质、培训要求与计划分析系统作业过程对人的精神动机的影响，使用者要求确定和测验标准系统分析系统规划确定系统功能要求对系统的功能进行分析比较确定系统功能路线图作业要求系统的作业内容，使用者的操作能力测定作业与人的适应程度对系统的计划要求分析系统的功能分配，功能分析、设计条件、使用者的必备条件以训练计划系统功能对比研究，人机功能分配方法和分配方案研究，人机互动方式选择初步设计功能分配制定人机功能分配方案对方案的可行性进行分析作业程序设计确定作业流程，作业任务分析作业每一阶段的效能和作业舒适性信息交流方式设计人机信息交流的内容，信息交流通道信息交流的数量、质量、可靠性分析与检测人机界面设计人机界面设计信息传递和控制的研究和实现途径，新技术的应用人与机的作业关系，人机界面的设计标准作业空间设计作业性质、空间要求空间与人的作业的协调关系，人体尺度与空间的对应，空间环境条件辅助设计使用者的素质要求使用者的选择与训练方案作业与人的要求，选择与训练的方法与检测方式使用设计使用说明书设计说明书式样和内容，人的认知方式，图文排列版式辅助设计系统的维护与保养、环境保护、工具设计系统的可维修分析，材料对人的影响，工具的宜人性分析，作业对环境的影响，环境保护措施系统评价和验证系统定义、系统模型制定、评价的方法，验证标准、验证手法，根据检验数据对原设计进行修改设计图纸的评价，系统模型的试验评价，确定评价标准（检验方法、分析方法、数据方式）对系统的安全性、舒适性、使用满意度评价，依据修改设计，修订作业流程，使用设计、人员培训计划等电子信息触摸屏以下以它为例说明人机系统设计的各个阶段。人机系统设计步骤：1定义系统目标和使用要求2系统规划3系统初步设计3.1功能分配3.2作业研究4人机界面设计5作业辅助设计6系统检验3.1定义系统目标和使用要求a.确定产品的目标向使用者提供网上信息服务，电话通信服务。b.系统作业要求使用方便适用的群体相对宽泛，对于大多数成年人使用者来说，用手在屏面点击，显示菜单即可操作。系统限制则要求使用者具有一定的网络知识，了解网络信息交流和软件操作知识。c.系统设计方案在系统目标和要求提出之后，可以提出初步的设计方案，这些方案是系统目标和使用要求的创造性的表达，这些方案是与使用者的需求直接相联系，它能使操作者可方便、舒适地使用系统，与系统形成一种愿望的适应。这也是设计过程中人的因素全面反映。系统目标相对来说是概括性的，这样可为设计提出更为广阔的思维空间和个性的发挥。3.2系统规划系统规划主要确定系统的功能以及功能分析，制订人机功能分配方案，这里不仅要明确系统的功能要求，而且要研究实现功能途径。电子信息触摸屏的主要功能有：a.IC卡电话通信；b.利用IP卡上网功能；c.网上电子邮件及信息交流；d.内部信息查询；e.适用的使用者群体特征（知识背景，人群数量）；f.使用者的个体特征（感觉、认知、习惯、反应能力等）。3.3系统初步设计这一阶段的主要任务是人机功能分配和作业研究。3.3.1功能分配人机功能分配是把上面已规划好的系统功能按照一定的分配原则，把这些功能按层次进行划分。在每一作业环节上，人、系统硬件、软件都要完成那些功能。电子信息触摸屏的相应数据（如电话号码、E-mail地址等）是要人去完成的，系统运行的指令也需要人控制、系统信息的传输转换则由系统软、硬件共同来完成。3.3.2作业研究要完成系统的作业，必须分析作业性质与人的能力相适应的关系，在系统功能层次划分的基础理论上，确定每一层次上功能的输入和输出，即引起人的功能活动的刺激输入和人的功能活动的输出反应。触摸屏的作业要求如下：a.操作简单，对于电话、网络知识背景的使用者只需点击屏面即可操作。b.系统具有“下一步”的提示，操作方便快捷。c.有利于维护人员作业和系统信息修改和增减。d.使用者的操作满意程度。3.4人机界面设计人机界面设计主要内容包括：系统显示、控制以及它们之间的关系设计、使用空间设计等。对触摸屏而言，其信息显示屏也是系统的控制操作区域。此外，还有IC卡电话听筒、数字按键等其他方面的硬件操作。其人机界面设计步骤如下：a.确定人同机界面的位置，界面区域划分、屏面尺寸和位置、电话按键、IC卡插孔位置确定。b.触摸屏与人的空间舒适性分析和测试。c.全比例模型制作和人机关系验证。d.声音设计。e.软件的可操作设计。f.系统整体的舒适性分析。3.5作业辅助设计为了使系统获得较高的效能，须对作业的各层次进行辅助设计，使系统更易于操作，电子信息触摸屏的辅助设计主要有以下几方面的内容。a.确定系统使用说明。软件系统帮助模块操作提示设计。b.操作过程的声音设计，图文——版式设计。c.维护人员的培训、选择。3.6系统检验系统设计的下一步骤就是进入生产制造转弯成一个可以实现系统，其中的每一个部件，每一个软件模块都需要经过检验，然后对整个系统进行检验。检验的目的是验证系统是否达到系统规划的目标。4人机系统的分析评价4.1人机系统连接分析评价法4.1.1连接的概念连接分析评价法是一种对已设计好的人、机械、过程和系统进行评价的简便方法。连接的形式主要有：a.对应连接b.逐次连接(a)运用一定的符号列出包括设备和操作人员在内的人机系统的主要要素。(b)确定连接的形态，定出“重要程度”和“频率”。(c)计算连接值。(d)检核最终情况是否达到要求，即分析各种连接的效果。4.1.2连接分析法将人机系统中的操作者、机器、重要程度、频率都描绘在图中，标出连接类型，然后进行连接值的分析比较。根据连接关系中每一设备的重要性及其使用频率，用打分法标在连接图上。然后，根据对应连接分析图进行连接值计算表10—3连接值的计算机械设备重要程度Ⅰ频率Ⅱ连接值Ⅰ×ⅡA434×3=12B424×2=8C131×3=3D313×1=3图10-5是利用连接的概念，通过作图对系统进行分析方法的示例。它把人与人、人与机器之间的关系作为一个链。图中圆圈表示人，方块分别是人操作的装置，在人、机器之间有直接联系的则在它们之间画上连接线。这种作图分析与修改过程可以重复多次，直到获得最简便、最合理、最宜人的配置方案为止。也就是这种作图分析的最终目的是为了获得系统的最优配置。4.2失效树分析评价法4.2.1失效树分析法的基本概念失效树分析法（FaultTreeAnalysis简称FTA法）是