第3章+人机工程学

（4）默认值和需要用户输入的值要说明清 楚。在许多情况下，有些值是缺省设置的， 如日期等，这样可以大大方便用户的使用。
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（5）告诉用户可能的错误操作，设置中间 或者最终提醒过程。哪怕是提供了清楚的
说明，用户也有可能出错误。如果用户在
执行危险命令时，最好给他们以提醒，例
如“你确实要删除此文件吗？”（Are You
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·提示用户任务已经完成或者尚未完成， 这一点尤其是在系统延迟运行中显得很重 要。例如“打印完成”（Printing Complete） 或者“打印机没有准备好，请检查后重试” （Printer Not Ready, Please Check and Try） 等。
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（2）所有类型的信息、说明、消息等都在
的生理、心理规律及人的需要，使人能方
便、省力、安全地操作和使用，减轻人的
脑力记忆及体能操作负担，减轻人的疲劳
效应。
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（3）研究人机系统的工作环境与操作者的 影响，目标是使工作环境安全、舒适。不 合适的操作环境使工效降低，差错频繁发 生，并极易产生疲劳。环境包括大气环境、 照明、噪声、色彩等。
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（4）研究人机之间的界面，信息传递以及
要执行人的意志，按人的意图、目的去办
事。
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所以在人机分工与协同工作中 首先应该充分考虑人的生理和心理特点， 使人与机充分发挥各自的特点与优势； 其次，应该让机具更多地代替人的工作； 最后，考虑经济上的投资与效益问题。
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（2）研究机具如何能更适合于人的操作和
使用，以提高人的工作效率，减轻人的疲
劳和劳动强度。机具结构及操作要符合人
可靠性
由成本决定；对事先设计的作业 有高可靠性，对预料之外的事件 无能为力。一个零件的损坏，可 导致整机失灵；特性能保持不变
容易出差错；如果有时间和精力，可 以处理意外事件，自我维护力强
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通道
能够进行多通道的复杂动作
单通道
效率
需外加功率；简单作业速度快、 准确，新机械从设计、制造到运 转需要时间；即使坏了也不要紧
第3章 人机工程学
与认知心理学相比，人机工程学
（Ergonomics）更多地从人本身和系统的 角度出发，研究人机关系。它是人机界面 学的初期发展阶段的主要研究内容，并对 人机界面学以后的发展产生了重大的影响。 从这个意义上说，它与用户认知心理学起 着异曲同工的作用。
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2000年8月，国际人机工程学会 （International Ergonomics Association）对 本学科所下的定义为：人机工程学是研究 人与系统中其他因素之间的相互作用，以 及应用相关理论、原理、数据和方法来设 计以达到优化人类和系统效能的学科。人 机工程学专家旨在设计和优化任务、工作、 产品、环境和系统，使之满足人们的需要、 能力和限度。
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（1）枯燥、单调、笨重的作业；
（2）危险性大的作业或会影响人体健康的
作业；
（3）高级运算，快速操作；
（4）可靠性、高精度的和程序固定的作业。
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而以下工作则由人来完成： （1）程序设计； （2）意外事件处理； （3）变化频繁的作业； （4）探索性工作或需要作出决策的工作。
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3.2.3 人机系统设计要求和应考虑的问题 1．人机系统设计要求 （1）达到预定的目的，完成预定的任务； （2）人和机都能发挥各自的作用协调一致
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4．为进行人-机-环境系统设计提供理论依 据 人机工程的显著特点是，在认真研究人、 机、环境三个要素本身特性的基础上，不
单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将
使用“机”的人和所设计的“机”，以及
“机”所共处的环境作为一个系统来研究。
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同样，人机工程学原理在计算机人机界 面中无处不在。对于一个系统来说，有许 多人机工程因素需要考虑，例如： （1）系统用户应该始终知道下一步该做什 么。 系统要始终提供如何继续下去、后退、 退出等命令的说明，例如： ·告诉用户系统下一步应对系统进行什么 操作，这一点可以通过准备（Ready）、输 入命令（Enter Command）、输入选择 （Enter Choice）或者输入数据（Enter Data） 18 等来实现。
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人机工程学在解决系统中的问题主要有 两条途径： （1）使机器、环境适合于人； （2）通过最佳训练方法，使人适应于机器 和环境。
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3.1 人机工程与人机界面
人机工程学与国民经济的各部门都有密
切关系，它把“人的因素”作为一个重要
条件来考虑。人机工程学对人机界面设计
的作用可概括为以下几个方面。
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地工作；
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（3）提供输入和输出功能，并具备调节功
能；
（4）考虑环境因素影响；例如厂房结构、
照明、温度、湿度、噪声等；
（5）充分适应人的特性，容易学习、操作
和使用，充分发挥系统效能。
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2．人机系统设计应考虑的问题 （1）为满足系统设计目标必须的输入和输 出是什么？
（2）为产生系统输出需要什么操作？
同一个总的显示区域内显示。在窗口
（Window）环境中，CUA, Macintosh，
Windows， Motif等都制定了各自的标准。
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（3）简化复杂的功能，减少输入命令，尽
可能采用功能键。有些功能可以通过功能
键来实现，如F1~F12，开始、帮助、退出 或者终止、打印、保存或者增加、删除等。
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耗费能源小，但要吃饭，需要教育 和训练，必须采取绝对的安全措施
图形识别
图形识别能力差
图形识别能力强
成本
需要购置费，运转、保养费； 机械不使用仅失去机械本身的价 值
需要人工费用、工资等；如果发生 意外，会危及生命
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了解了人机系统各自特点后，再按照系
统的效率、可靠性、成本等原则在人、机
之间进行合理的分工。在经济合理的前提 下，总是尽可能让机去更多地取代人的工 作强度。一般以下工作可由机来完成：
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（4）系统设计阶段 要考虑人文因素，保 证人与机具的一致性，并制定人机系统操 作步骤、方法及制定人员培训计划。
（5）测试阶段 通过测试和运行，评价系
统的安全性、可靠性、舒适性等。
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3.2.5 界面设计 主要包括三部分： （1）显示器与人的信息通道的界面； （2）操作器与人的运动器官的界面； （3）人机系统与环境之间的界面。
图中，人子系统包括感觉器官、中枢神 经系统及运动器官三大部分；机子系统包 括操作器（又名控制器）、机具本体及显
示器三大部分；人机界面负责人机子系统
之间的信息传递；环境是人机系统运行的
外界条件。
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在进行人机界面设计时，不应单纯设计
显示与控制，还必须站在系统的高度上，
整体考虑人-机-环境系统，进行系统设计。
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3.2.2 人机比较及分工
人机工程学的研究目的是根据人类的各 种特性，对与人类直接相关的各种机具进 行设计与改进，使人机系统以最优方式协
调运行，达到最佳的效率和总体功能。这
里首先对人与机的特性做一比较，如下表
所示。
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比较项目
机的特性
人的特性
物理方面的功率 （能）
能输出极大和极小的功率，但不 能像人手那样精细地调整
1．为人机界面设计中考虑“人的因素”提
供人体尺度参数
应用人体测量学、人体力学、生理学、
心理学等学科的研究方法，对人体结构特
征和机能特征进行研究。
提供人体各部分的尺寸、体重、体表面
积、比重、重心，以及人体各部分在活动
时相互关系和可及范围等人பைடு நூலகம்结构特征参 数；
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提供人体各部分的发力范围、活动范围、
动作速度、频率、重心变化以及动作时的
惯性等动态参数；
分析人的视觉、听觉、触觉、嗅觉以及
肢体感觉器官的机能特征；
分析人在劳动时的生理变化、能量消耗、
疲劳程度以及对各种劳动负荷的适应能力，
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探讨人在工作中影响心理状态的因素，
以及心理因素对工作效率的影响等。
人体工程学的研究，为工业设计全面考
虑“人的因素”提供了人体结构尺度、人 体生理尺度和人的心理尺度等数据。
助还是相互妨碍？
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在构造人机系统时，除了特别简单的以 外，都要考虑以上7个问题，并不是一下子 就能做到的，需要反复地进行修改，反复 与叠代法也正是典型的人文因素的研究方 法。
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3.2.4 人机系统设计步骤 （1）需求分析阶段 要明确目标，用户是 “谁”，人机系统所应具备的功能、条件， 包括可用条件、制约条件及环境条件等。
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3．为人机界面设计中考虑“环境因素”提 供设计准则 通过研究人体对环境中各种物理因素的 反应和适应能力，分析声、光、热、振动、 尘埃和有毒气体等环境因素对人体的生理、 心理以及工作效率的影响，确定了人体在 生产和生活活动中所处的各种环境的舒适 范围和安全限度，从而保证人体的健康、 安全、合适和高效工作。
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（3）人机之间的功能如何分工？ （4）人要完成操作需要什么样的训练和技 能？
（5）需要系统完成的任务能否与人的能力
相容？
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（6）人要完成作业需要什么样的设备接口？
这是考虑人的因素的最重要问题。需要有
最佳的显示设备和操作设备，以及操作规
程和信息诊断能力；
（7）人机子系统工作能否协调？是相互帮
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2．为人机界面设计中“机”的功能合理性 提供科学依据 如何解决“机”与人相关的各种功能的 最优化，创造出与人的生理和心理机能相 协调的“界面”，这将是人机界面在功能 问题上的新课题。如信息显示装置、操纵 控制装置、工作台和控制室等部件的形状、 大小、色彩及其布局等都是以人体工程学 提供的参数和要求为设计依据。
10s内输出1.5kW，以0.15kW的输出 能连续工作一天，并能作精细的调 整
检测
物理量检测范围广，可正确检测 像电磁波这样人不易检测的物理 量
具有与认知直接联系的高级检测能 力，缺少标准，会出偏差，具有味 觉、嗅觉、触觉
操作
在速度、精度、力度、操作范围、 手空间自由度高，协调性好，可在 耐久性等方面比人优越，能处理 三维空间进行多种运动 液体、气体、粉状体等物
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（2）调查研究 包括预测和确定目标，对 同类系统的调查研究。
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（3）系统分析规划阶段 分析和划分系统
功能，并按人和机两者进行分配。要充分 发挥人、机各自的特长和能力，同时也要 避免人、机的限制因素。如对人有：正确 度、体力、行动速度、知觉能力等界限。 对机具有：机械性能维护能力、机械正确 动作、机械智能及判断能力及费用等界限。
·告诉用户输入的数据是正确的，这一点
可以通过直接执行下一步命令或者弹出像
“输入正确”（Input OK）之类的对话框。
·提示用户输入的数据错误。简短的提示
是非常重要的，另外，也可以运用帮助功
能进行补充说明，以提醒用户。
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·告诉用户系统延迟的原因。有些命令需 要系统执行几秒钟甚至几分钟，此时就需 要向用户说明原因并提醒耐心等待，例如 分类、搜索、打印或者更新等。可以通过 语言提示，或者用图示化表示运行过程。
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信息处理能力
在事先编程的情况下可进行高级、 具有特征抽取、综合、归纳、模式识 准确的数据处理，记忆准确、持 别、联想、发明创造等高级思维能力 久，调出速度快 及丰富的经验
耐久性、持续性、 由成本决定；需维护保养，可进 可维护性 行单调的反复作业，不会疲劳
易疲劳，需要适当休息、保健、娱乐， 很难长时间保持紧张状态，不适应从 事刺激小、单调乏味的作业
Sure You Want To Delete This File）等。有
时一个小小的提醒，可以免去许多麻烦。
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3.2 人机系统及其界面设计
3.3.1 人机系统的组成和人机系统基本框架
完整的人机系统包括人、机、人机之间的
界面以及人机系统所处的环境，如下图所
示。
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环境
人子系统
人机界面
机子系统
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从科学性和技术性方面，人机工程学可 以这样定义：人机工程学是研究“人-机-环 境”系统中人、机、环境三大要素之间的 关系，为解决系统中人的效能、健康问题 提供理论与方法的科学。
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人机工程学着重研究以下问题：
（1）研究人与机器之间的分工与配合。 任何一个系统都离不开人的参与，人机系 统中人与机具相互作用、相互配合、相互 制约、协同工作，完成确定的工作。因为 机是从属于人的，由人来控制和使用的，
控制器和显示器的设计。人机界面负责人
机之间的信息传递，人通过控制器向机器
输入控制信息，而机通过显示器向人输出
运行结果。良好的显示器和控制器设计将
使操作者能够方便正确地操纵机器。
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（5）总的任务是人、机器、环境之间实现
最优配合，充分发挥人机的作用，使人尽
其力，机尽其用，环境尽可能舒适，使整
个人机系统安全、高效、可靠。