人机关系设计

时间：2024-10-26 百科知识版权反馈

【摘要】：视觉显示装置的选择、显示器仪表的刻度盘的设计、最佳的刻度线和字符的选择、仪表盘的布置等等都是视觉显示器设计的重要方面。但度盘、刻度尺必须经过标准校验;也可用于定性、调整和跟踪指示。当度盘的直径固定时，其分度的格数随刻度间距的增大而减少。为了进行比较，所有度盘均采用相同数量的等距离刻度，数字和指针大小也都相同。度盘上的标数应符合人们的观察习惯，标数处在读数位置时，数字应处在正常位置。

四、人机关系设计

(一)显示器的选择

人机信息的传递，有视觉显示器、听觉显示器和触觉显示器(控制器)，在人机系统中，视觉信息是最主要的。所以对视觉显示装置的研究，是人机工程学的重要课题之一。视觉显示装置的选择、显示器仪表的刻度盘的设计、最佳的刻度线和字符的选择、仪表盘的布置等等都是视觉显示器设计的重要方面。

1．视觉显示器的种类

按形式分，视觉显示器可分为四种:符号显示器、图像显示器、数字显示器、指示灯显示器。

(1)符号显示器。是以编码形式显示的信息。其结构简单、紧凑。通常用于速度、压力或流量等工作状态的定性和定量显示。

图3－80(a)所示为液晶显示器，液晶亮的数目多表示信号强;反之，则信号弱。图3－80(b)为以不同指针位置和符号表示工作状态:指针在左边时，表示电源电压正常;向右表示电压偏低。在调谐时，指针向右移动表示所接受的信号在增强。

图3－80　符号显示器

(2)图像显示器。图像显示器所显示的情况，为近于真实的图像，如照片、示波器和电视图像等。它能清楚地显示相对位置、相对运动和空间定向。

图3－81　图像显示器

在设计图像显示器时，所显示的图像要容易被理解，动的部分和静的部分之间的关系要明确，要符合人的习惯，不应引起误解和错觉。以飞机飞行状态指示器(图3－81)的设计为例，原设计方案是当飞机倾斜时，指示器上的飞机不动，而代表地平面的人工地平线由水平变成倾斜(图3－81a所示)，这就容易使驾驶员产生错觉而造成事故;改进后的设计方案是当飞机倾斜时，指示器的人工地平线仍保持水平位置，而飞机倾斜，所显示图形与实际情况一致，因而克服了原设计的缺点(如图3－81b)。

(3)数字指示器。以数字形式显示，它直接反映被测量值，故可以用于定量阅读指示。但度盘、刻度尺(或计数器)必须经过标准校验;也可用于定性、调整和跟踪指示。表3－11为三种最普通的数字指示器在不同使用方法下的相对性能比较表。

表3－11　三种数字指示器的相对性能比较

(4)指示灯显示。以亮度或颜色显示，常用于传送常规信息、报警、危险情况的警告或故障的通报。指示灯与其周围的照明之间应有适宜的对比度。人眼对不同色光的响应速度是不同的，其速度由快到慢的排列为红、绿、黄、白。如报警信号采用闪光，则建议采用3－10次/分的闪光。指示灯的颜色种类应尽量少，选取容易区别的颜色，避免选用易混淆的颜色，如澄红色易与黄色相混淆，蓝绿色易与蓝色相混淆。用于指示灯的颜色及其对应的含义如表3－12所示。

表3－12　指示灯的颜色及其含义

在使用规定指示灯的颜色时，应符合操作者原有的习惯。如红、绿、黄三色指示在配电板上表示为三相电源的三相工作状态，在用于交通指挥灯上，该三色分别表示通行、停止、准备。

2．度盘(标尺)

度盘(标尺)是显示器用来显示信息的主要零件。一般在度盘(标尺)上都标有单位、符号(数字、字母)和刻度线。度盘上所标的数字叫做标数，两个相邻主刻度线(一般都标有数字)之间的数值称为标数间值，两个相邻小刻度线之间的数值称为分度间值，同一圈或同一行上的最小标数到最大标数之间的数值称为标度角或标尺长度。

(1)分度和标数原则。为了尽量符合操作者的需要，使得观察简捷精确，设计时应遵循如下原则:

1)度盘提供的信息应符合所需要的精度要求，应按实际需要来选择度盘的分度精度。精度过高，反而会导致读数费时吃力。图3－82所示为三种不同分度精度的度盘。图3－82(a)分度精度较高，图3－82(b)的分度精度较低，图3－82(c)只要求显示工作状态而不要求读数。

图3－82　三种不同分度的度盘

2)度盘提供的读数要直观。

3)标数间值和分度间值要容易计算和理解。一般来说，取10等分的分度方式优于其他分度方式。图3－83(a)，图3－83(b)，图3－83(c)为三种不同分度间值的标尺;图3－83(d)为分度不好的标尺。

4)度盘上的分度和符号的尺寸应与使用条件(照明、视线距离等)相适应。

(2)刻度和符号(数字、字母)

1)刻度间距。在正常照明条件下，视线距离为700mm(可能的最大视线距离)时，建议刻度间距不小于0．9mm，一般可取1～2．5mm。间距过小(当刻度间距小于1mm时)，容易引起视觉疲劳并降低读数精度;间距过大，则加大了度盘(标尺)的尺寸。

图3－83　不同分度间值的标尺

2)刻度线尺寸。在正常照明条件下，刻度线宽度与刻度间距等尺寸如图3－84所示。

图3－84　刻度线尺寸

在低照明条件下，推荐的刻度间距及刻度线尺寸如图3－85所示，当视线距离不等于700mm时，刻度间距和刻度线尺寸可按比例增减。当度盘的直径固定时，其分度的格数随刻度间距的增大而减少。在任何情况下，指针端部的宽度和刻度线的宽度相同，不能遮盖标数的阅读。

图3－85　低照度下的刻度线尺寸

3)分度的内插:准确的数值最好能从标尺的刻度上直接读出。在图3－86(a)中，标尺长度为50，标数最好为0，10，20，…，50，分度间值为1。如果空间不允许，不应照原样压缩(如图3－86(b))，因为压缩后刻度太密(刻度间距小于允许的最小值)，反而容易引起视觉疲劳和错看。在这种情况下可以减少刻度线，允许内插(如图3－86(c))所示，这样在低照明的情况下也可看清。因此，图3－86(c)的分度间值虽然为2，但应用了内插法，阅读反而比图3－86(b)容易且准确。

图3－86　分度的内插

4)符号(数字、字母)。符号字体的背景对比度、字体高度及其高宽比、字体高度与笔划粗细之比等因素均会影响符号的清晰度。实验表明:

a．用直线组成的字体符号，比用曲线组成的字体符号清晰度高;

b．当操作者有黑暗适应性要求时，面板和度盘应采用黑底白字;如无黑暗适应性要求，则应采用白底黑字。有防尘装置的小度盘，最好选用无光色作为背景，大的或无防尘装置的度盘，宜选用略带光泽的浅灰色作背景。

c．字体的最小高度应大于2mm，字体高宽比以3∶2为宜。

d．字的笔划粗度:白底黑字，以笔划宽度为字高的1/6～1/3较为适宜;黑底白字以宽度为字高的1/8～1/10较清晰。

(3)度盘的形状。有人曾对图3－87中所示的五种不同形状的度盘(标尺)进行试验研究。图3－87(a)为水平式，3－87(b)为垂直式，3－87(c)为半圆形，3－87(d)为圆形，3－87(e)为开窗式。前四种度盘为全部暴露，最后一种(开窗式)只暴露很小一部分度盘。为了进行比较，所有度盘均采用相同数量的等距离刻度，数字和指针大小也都相同。在同样照明条件下，暴露时间为120ms，试验结果如图3－87所示。其中开窗式度盘最好，读数误差最小(只有0．5%)。

观察开窗式度盘，因眼睛的扫描线最短，所以能非常迅速而准确地读出度盘的读数。而观察其他形式的度盘，眼睛的扫描线长，所以读数慢且误差大。

对用于定性显示度盘来说，度盘固定式(指针移动)的指示器通常比度盘移动式指示器好;而指针在水平方向移动的指示器又比指针按圆弧移动的指示器好。

(4)度盘的标数。度盘上的标数应符合人们的观察习惯，标数处在读数位置时，数字应处在正常位置。表3－13为度盘标数排列位置的一些实例。

图3－87　五种不同形状的度盘

表3－13　度盘标数优劣举例表

(5)度盘(标尺)和指针的合理运转方向。指针与度盘的相对运动，当指针以顺时针向右或向上移动时，读数应为增值或正值(如表3－14)。

表3－14　度盘的指针的合理运动方向

3．听觉显示器

由听觉获得的信息仅次于视觉，在下列情况下可选用听觉显示器:当操作人员经常走动而需要及时处理事件和告急信息时;视觉系统负担过重时;设置视觉显示器的部位太亮或有暗适应要求时;原始信号是声音及完全使用语言通道时等。

常用听觉显示器有铃、蜂鸣器、喇叭、扬声器等。

4．触觉显示器(控制器)

在特定情况下，信息的传递依靠触觉更为有利时，可选用触觉显示器。

(二)控制器选择

控制器是操作者将自己的决定传递给设备的有关装置，亦即触觉显示器。它是传递信息的通道之一。控制器可分为键盘、按钮、钮子开关、选择开关、旋钮、手轮、手柄、曲柄、操纵杆、踏板、踏钮等，因种类繁多，此处只介绍几种常用控制器的流行形式。

1．按键

按键开关一般都由专业厂设计制造，选用时主要考虑技术参数与形体及尺寸的大小。按键的钮柄一般是可卸的，亦可根据造型另行设计。现已很少使用圆形按钮，而采用与面板相一致的简洁、整齐、方直的造型风格。一般为方形或矩形如图3－88所示，这就是当前按键的流行趋势。其中图(a)为键盘用按键，顶部为平面，侧面为大曲率圆弧梯形，具有刚柔结合，直中有曲的形态，使形体显得生动活泼、丰满和谐的立体感;

图3－88　按键的形态

1．按键; 2．字符条; 3．透明套

图3－88(b)顶面具有与操作手指相适应的圆弧面，用于键盘可给操作者以亲切感和操作的舒适感。图3－88(c)为方形键，外形扁平、轻巧、多用于小型的组合键盘开关。图3－88(d)为矩形按键，与矩形面板具有相似的形体，当水平方向连续配置时，具有流畅的节律感。图3－88(e)为一般常用的直键开关。对于成组使用的按键，各键功能不可能在面板上标出，而常常直接印在键的顶部。例如图3－88(c)、图3－88(d)的方形与矩形键外有一透明的塑料罩，可将键的功能写成字符条放在键体与透明罩之间，制作方便，便于更改，特别适用于新品试制及小批量产品。按键有向扁平发展的趋势，以示其精巧。

图3－89　拔动式开关

2．钮子开关

以钮子开关为代表的拔动式开关，由于其柄部伸出较长，与面板造型不甚协调，已逐步被按键所取代。但由于一个钮子开关具有开、关两种功能，操作集中可靠，不易出差错，仍有一定的应用。为了使钮子开关的造型与方直格调的仪器仪表相适应，已很少直接采用外形简陋的圆锥形镀铬钮柄，而采用圆柱形、矩形或扁平的塑料钮柄。具有宽而扁钮柄的板键开关与琴键开关的造型很相似，却又别具风格，且操作轻巧可靠、应用较多。图3－89(a)为传统的钮子开关。图3－89(b)为某小型闹钟振铃开关，为圆柱形。图3－89(c)为某十波段收音机的调频/调幅状态下的地域选择开关，为一长键形状。图3－89(d)为某影碟机的制式选择拔动开关，为扁平状。

3．触摸式开关

装有触摸式开关的面板，一般在外形上是不存在任何形态的实体，造型设计是在平面形的软面板上进行的，为使开关的符号与方直的设备形体相协调，一般均将按键的图形设计成矩形，将表达按键功能的文字或图形符号直接印在矩形面积内。各种按键可按功能分区布置，并赋予(丝印)不同的色彩，面板的造型和色彩设计可完全根据美学原则进行，而不受控制元器件的形状和色彩的制约。面板的板面可用丝印法直接印出，并可免去金属面板丝印前的一系列表面加工工艺，具有工艺简单、造型效果好的特点。正因为如此，现代的电子设备，只要工艺上可能，均乐于接受触摸式开关。

4．旋钮

旋钮的种类很多，外形千姿百态。由于对电子产品的外观装饰要求越来越高，因此对旋钮的设计除满足功能外，其外观造型及装饰也越来越受到重视。旋钮外观设计的原则是:

(1)要与整机的外形、结构、风格相协调。

(2)尺寸的大小要满足使用功能的要求，要符合人机工程学的原理。

(3)要考虑到制造的工艺性，适合于大批量生产。

图3－90　常见旋钮装饰处理

图3－91　金属套装旋钮

图3－90所示为常见的几种旋钮外型。旋钮可以电镀装饰铬、乳白色铬。电镀着色也可以得到浅蓝、深灰、灰蓝、紫色、驼色、棕色、咖啡色、金黄色等。亦可采用真空镀膜着色，可得到银白色以及不同成色的金黄色。在一些高档产品上，往往采用金属壳与塑料芯结合的旋钮(如图3－91所示)。金属外壳一般为L2铝板。外表面多进行亚光加工，如喷砂、拉丝、旋纹等。在局部可进行高光加工(用宝石刀以30m/s的切屑速度进行加工)表面可达到镜面，起到明暗相衬的作用，给人以精细、高贵的感觉。

旋钮的基本颜色除按标准规定的颜色外，一般以素雅为宜，大多采用黑色、乳白色和金属灰色，个别地方为了区别操纵的性质和功能的特点，表面宜涂装小面积饱和度高、明度大的颜色为标记，如白色、淡黄、桔黄、浅蓝、湖蓝、朱红、黑色等。有位置或刻度要求的旋钮，应有明显的指示标记。

从满足功能和触觉易辨的角度看，旋钮可分为三类:其中A类是多倍旋钮，用于控制范围大于360°的情况; B类是部分旋转旋钮，其控制范围小于360°;C类是定位指示旋钮，用于有固定档位的控制，如波段开关，如图3－92所示。空军常用的控制器采用形状编码控制器，很少出错。