人机系统精讲课件.ppt
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1、第十三章 人机系统,13.2 人机系统设计,13.1 人机系统概述,13.1 人机系统概述,(1)含义 是由相互作用、相互联系的人和机器两个子系统构 成的,且能完成特定目标的一个整体系统。(2)人机系统的基本模式 人的子系统 感受刺激大脑信息加工做出反应(SOR);SO:由各种感觉器官与大脑中枢组成,传入神经 作联络纽带,收集信息、发现问题,大脑加工作出 判断、决策;OR:由大脑中枢与运动器官组成,传出神经作联 络纽带,执行大脑发出的指令,做出反应。,13.1.1 人机系统,机器的子系统 控制装置机器运转显示装置(CMD)CM:由控制器和机器的转换机构组成,是机器接收操 作者的指令,实现机器运
2、转、调控;MD:由机器的转换机构和显示器组成,反映机器运行 过程和状态的信息;如:键盘主板显示器。人机界面 人与机器之间存在一个相互作用的“面”,所有人机信息 交流都发生在这个作用面上;如计算机:信息输入界面显示屏 信息输出界面键盘,13.1 人机系统概述,13.1 人机系统概述,(3)人机关系 是指人机环境系统中人与机器这两个主要要素 之间的相互关系。人机关系形式 手工作业形式 机械化 半自动化 自动化 在人机系统中,人永远处于主体地位,人的作用只有随着机器的进步而转移,绝不会减少,更不会消失。,13.1 人机系统概述,(4)人机系统的类型 按有无反馈控制分类 开环人机系统 闭环人机系统 按
3、系统自动化程度分类 人工操作系统 半自动化系统 自动化系统,按人机结合方式分类 人机串联:手工操作、直接介入工作系统(如人操作机 床);人机并联:半自动化系统,人以监控、管理为主(如操 作数控机床);人机串并联混合:,13.1 人机系统概述,13.2 人机系统设计,(1)人机系统设计目的 根据人的特性,设计出做符合人操作的机器、设 备、器具、最醒目的显示器。(2)人机系统设计要求 能达到预定目标,完成预定任务;人与机都能充分发挥各自的作用并协调工作;人机系统接受输入和输出的功能,都必须符合设计 的能力;要考虑环境因素的影响;应有一个完善的反馈闭环回路。,(3)人机系统设计总程序,13.2 人机
4、系统设计,(4)人机系统设计过程,13.2 人机系统设计,13.2 人机系统设计,(5)人与机器的功能分配 人优于机器的功能 感知觉方面 多种渠道接收信息 随机应变能力(高度的灵敏性和可塑性)记忆(信息的分析、判断)总结经验、推陈出新(创新能力)归纳推理 感情、意识、个性,机器优于人的功能 能平稳、准确地运用巨大动力;动作速度快、信息传递、加工和反应速度快;可达到高精度;稳定性好、可长期工作;感受和反应能力强(如超声波、辐射、微波等)可在恶劣条件下工作;可同时完成多种操作。,13.2 人机系统设计,人与机器的功能匹配 目标:达到最佳匹配,整体效能最优;人的基本界限:准确度 体力 运作速度 知觉
5、能力 机器判断能力界限:性能界限 正常动作界限 判断能力界限 费用界限;发挥人与机器的各自特长;除功能匹配外,实现人机配合(一方面需要人来监控机 器,另一方面需要机器来监督人),13.2 人机系统设计,(5)人机界面设计 人控制机械:是指控制器要适合于人的操作,应考 虑人进行操作时的空间与控制器的配置。人接受信息:是指显示器的配置如何与控制器相匹 配,使人在操作时观察方便,迅速准确。人机界面设计:主要是指显示、控制以及它们之间 的关系的设计。作业空间设计,作业分析,人机结 合方式等也是人机界面设计的内容。,13.2 人机系统设计,第十四章 人机界面设计,14.2 控制器设计,14.1 显示器设
6、计,14.3 控制器与显示器组合设计,14.2 控制器设计,14.1 显示器设计,14.3 控制器与显示器组合设计,第十四章 人机界面设计,14.1 显示器设计,(1)显示器 信息显示装置,是人机系统中专门用来向人的感觉 器官传递信息的装置。人因工程学所要解决的不是 机器、设备本身的技术问题,而是从适宜于人使 用的角度,为人机界面装置的设计和选择提供参 数和要求。(2)显示器类型(按照接受感官的不同)视觉显示器 听觉显示器 触觉显示器,14.1.1 显示器概述,14.1 显示器设计,14.1 显示器设计,(1)视觉显示器 利用人的视觉通道向人传递信息的装置。(2)视觉显示器分类 按照显示信息的
7、时间特性分类 动态显示器:手表、温度计、速度表、电视 静态显示器:广告牌、交通标志、印刷符号 根据显示信息的精度要求分类 定量显示器(速度盘、标尺)定性显示器(红绿灯),14.1.2 视觉显示器的设计,按照显示器的结构特点分类 机电仪表显示器 荧屏(电光)显示器 灯光显示器 根据显示器的功能分类 读数显示器 核查显示器 告警显示器 追踪显示器 调节显示器,14.1 显示器设计,14.1 显示器设计,(3)视觉显示器的选择 确定待设计显示器的功能要求 显示内容 是否需要动态显示 采用何种信息编码形式 作业空间对视觉显示器有何限制 照明条件 考虑人的感知特征和显示器的物理特性,确定具体的 设计要求
8、。根据设计要求与各种显示器物理特性的比较,选定符 合要求的显示器。,14.1 显示器设计,(1)类型选择 读数用仪表:数字式 检查用仪表:指针运动式 警戒用仪表:将警戒区、危险区与其它区域标以不 同的颜色 追踪用仪表:模拟式 调节用仪表:指针运动式,14.1.3 仪表类显示器的设计,刻度盘的设计 仪表刻度盘的尺寸 刻度、刻度线 指针与盘面 数码与字符设计 颜色,14.1 显示器设计,仪表类显示器的设计内容,刻度线间距 与最大视距有关(330mm-710mm)长刻度间距12.7mm 短刻度间距1mm 刻度标数晋级和递增方向 递增方向:顺时针、左右及下上 字符形状和大小 应简明、醒目、易读 刻度直
9、径 刻度标数,14.1 显示器设计,(1)仪表的刻度盘 刻度线高度,14.1 显示器设计,好,不好,好,不好,14.1 显示器设计,仪表形式与误读率,14.1 显示器设计,(2)仪表的指针 指针的大小、宽窄、长短和颜色配置等必须符合人 的生理和心理特征。指针的形状应力求简单、指示明确、不附加装饰。指针尖的宽度应与最短的刻度线等宽。对于高精度的仪表,指针与刻度盘必须装配在同一 平面内。指针长度要合适。一般认为指针尖离刻度有1.6mm左右的距离较好。,14.1 显示器设计,(4)仪表颜色,14.1 显示器设计,颜色配比级数,14.1 显示器设计,仪表布置原则,14.1 显示器设计,14.1.4 信
10、号显示器的设计,(1)信号灯 特征与类型 优点:显示面积小,视距远,简单明了 缺点:信息负荷有限、当信号太多时,会造成混乱 和干扰 作用:发出指示性信息(如提醒注意、指示操 作);显示工作状态(如:反映某个指令、某种 操作)类型:图形信号灯、简单指示灯和透射图示监控版,形状和颜色 图形形状:简单、明显,应与所代表的有逻辑 联系(如:)颜色:红色(禁止、危险警报)、黄色(注意 和警告)、绿色(安全、正常)、蓝色(指 令、指示)、白色(其他状态)颜色的优劣次序:黄、紫、橙、浅蓝、红等 亮度与环境 亮度:高于背景亮度的两倍以上(背景亮度以 灰暗无光为好)闪光信号:f=0.67-1.67Hz,通过改善
11、信号灯的 背板颜色、大小和设置方式等,提高视认效果,14.1 显示器设计,14.1 显示器设计,(2)荧屏显示器设计 特点 能同时显示多种信息(文字、图形、符号等)适合显示动态信息 显示形象化、格式灵活、使人一目了然 其显示效率主要与目标条件(形状、大小、亮度、呈现时间、余辉、颜色、运动速度等)、背景的关 系等因素有关。目标亮度、呈现时间 亮度:不超过34cd/呈现时间:2-3S(最佳时间)余辉:目标呈现结束后残留在屏面上的亮点,目标的运动速度 运动的目标易于察觉,但不易于分辨。目标形状与颜色 形状优劣顺序:颜色:多用绿色(红色易产生视觉疲劳)屏面亮度 亮度对比度:背景亮度最优值:68.6cd
12、/环境照明:屏面应与窗户平行,屏面亮度应与 与环境亮度一致(这时察觉、识别和追踪效率 为最佳),14.1 显示器设计,14.1.5 标志符号显示(略)详见P332-336,14.1 显示器设计,14.1.6 听觉显示器设计,听觉显示器利用声音通过人的听觉通道向人传递信息的 装置,可分为声音听觉显示器和言语听觉显 示器两大类。(1)听觉显示器应用场合 信号源本身是声音;视觉通道负荷过重;信号需要及时处理;使用视觉受到条件限制;显示某种连续变化而不需要短时存贮的信息等,14.1 显示器设计,(2)听觉显示器设计和使用原则 概念上兼容性:尽量使信号和人们所熟悉的现象概 念联系起来(如:高频加速,尖叫
13、紧急)声压级的选择:保证在位于信号接受范围内的人都 能识别,并按规定做出反应在一个或多个倍频程度 范围内超过听阈10dB以上 选择适宜的信噪比:信号强度必须强于环境噪音 频率选择:一定要远离环境噪声频率;长距离传 送:1000Hz以下,穿越障碍:500Hz 使用间歇性信号:视听双重报警信号:时间上均匀变化的脉冲信号,音调有高低变化的变频信号,突发性高强度音响信 号(如:红外防盗),14.1 显示器设计,(3)听觉信号的响度要求 响度水平的确定主要依赖于接收者的作业性质和周围环境的噪声水平。在实际使用场合,信号经常伴随着一定的噪声背景出 现,该类信号的响度必须提高到足以抵消掩蔽效应的水 平。信号
14、响度的增加对提高觉察效率有显著作用。一旦信号响度高于掩蔽阈限15dB(A),背景噪声影响会大为减弱,此时若继续提高,效率提高甚微。,14.1 显示器设计,思考题(1)为什么警车、救护车的车灯,均采用较亮的周期变化的灯光,并伴有周期变化的高频报警声?,因为警车、救护车在道路行使过程中要求快速,为使人们能快速躲闪,保证速度和安全,在信号设计时采用光信号和声信号,光信号采用快速闪烁的信号并有一定的亮度保证,以保证人们对信号的识别,声信号采用高频、周期性变化会使人有紧迫感,急于躲避车辆。两个信号同时使用可提高正确反应率。,14.2 控制器设计,14.2.1 控制器分类,控制器是人用以将信息传递给机器,
15、使之执行控制功 能,实现调整、改变机器运行状态的装置。(1)按人体器官或行为分类 手动控制器 脚动控制器 声音控制器(2)按功能控制形式分类 开关控制器 转换控制器 调整控制器 制动控制器,14.2 控制器设计,(3)按输入信息的特点分类 离散位选控制器 连续调节控制器(4)按控制器运动形式分类 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,摇把式控制钮,14.2 控制器设计,14.2 控制器设计,14.2 控制器设计,14.2 控制器设计,14.2 控制器设计,人们在使用控制器时常发生的主要错误,辨别错误;调节错误;逆转错误;无意识引发;难以触及;,14.2 控制器设计,人们在
16、使用控制器时常发生的主要错误,辨别错误;调节错误;逆转错误;无意识引发;难以触及;,尺寸、形状要适应人体结构尺寸要求;与人的施力和运动输出特性相适应;多个控制器时,应易于辨认和记忆;尽量利用控制器的结构特点或操作者体位的重力 进行控制;与显示器或被控对象的工作状态相适应;尽量设计多功能控制器。,14.2 控制器设计,控制器设计的基本原则,控制器的形状、大小、位置、运动方向、运动范围 和操纵力等都要符合人的生理和心理特征,且在手 和脚的最佳操作范围内,以保证操作的舒适和方便。,控制器设计内容,14.2 控制器设计,14.2.2 控制器的编码,(1)形状编码 是将不同功能的控制器设计成不同的形状及
17、表纹,便于操作者辨认,不易发生混淆。控制器形状与它的功能有逻辑上的联系,便于形象 记忆。控制器形状应能在不同视觉或有必要戴手套情况 下,凭触觉可分辨。,14.2 控制器设计,(2)位置编码 是通过位置安排不同来识别控制器的一种形式。分类 视觉定位 盲视定位:离合器、制动器、油门、档位、手刹 位置分布 按功能组合排列 使控制器与显示器具有相对应位置 同一种控制器放在相同位置上,各区之间用位置、形状、颜色、标记等加以区分 重要控制器放在人肢体最佳活动范围内,14.2 控制器设计,14.2 控制器设计,(3)大小编码 是通过控制器的尺寸大小不同来识别控制器的一种 形式(视觉和触觉)。通常用来指示控制
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