1、第4章 显示装置设计,第3章链接 第5章链接,4.1 仪表显示设计4.2 信号显示设计4.3 荧光屏显示设计4.4 图形符号设计4.5 听觉显示设计,人机信息界面的形成,人机信息界面包括环境信息、机器信息的显示与控制装置。,人机信息交换系统模型,人机信息交换方式 显示装置是人机系统中，将机器的信息传递给人的一种关键部件，人们根据显示信息来了解和掌握机器的运行情况，从而控制和操纵机器。 按人接受信息的感觉通道不同，信息显示装置分为视觉显示，听觉显示和触觉显示，其特征参阅表4-1。 控制器是把人的输出信息转换为机器信息输入的装置，也既在生产过程中，人是通过操纵控制器完成对机器的指挥和控制。 依据人
2、的操作部位，操纵装置主要分为手动和脚动两大类控制器。,4.1 仪表显示设计,认 读 特 征,数字式显示仪表,刻度指针式仪表,仪表的类型,直接用数码来显示有关的参数或工作状态。,用模拟量（刻度和指针）来显示机器的有关参数和状态。,特点：认读过程简单、直观，只要对单一数字或符号辨认识别就可以了。认读速度快，精度高，且不易产生视觉疲劳。,应用：计算器、电子表及列车运行的时间显示屏幕。,特点：显示的信息形象化、直观，使人对模拟值在全量程范围内所处的位置一目了然，并能给出偏差量，对于监控作业效果很好。,应用：汽车上的油量表、氧气瓶上的压力表。,数字式显示仪表,刻度指针式仪表,显 示 功 能,读数用仪表,
3、用具体的数值显示机器的有关参数和状态，如汽车的速度表,检查用仪表,警戒用仪表,追踪用仪表,调节用仪表,刻度指针式仪表类型,用以显示系统状态参数偏离正常值的情况。如各种校验显示仪表,用以显示机器是处于正常区、警戒区还是危险区。,它根据显示器提供的信息，进行追踪操纵，以便使机器按照所要求的动态过程区工作。,只是用来显示操纵器调节的值，而不指示机器系统运行的动态过程。,视觉显示方式的选择,使用哪种显示类型和用哪种显示方式，主要取决于显示的目的和问题的性质，总的要求是快、准确地传达某种信息。 对于显示器的要求，是使操纵者能够快速准确认读、不易失误、不易疲劳。1、定量显示方式 作为定量显示，在静态显示的
4、条件下数字显示产生的误读率较低，而且认读需占用的时间也较短。 格雷瑟在1949年用八个指针式仪表和一个数字显示仪表，作为飞机高度计，显示飞机不同的高度。,发现飞机上原来采用的三针式高度计误读率最高并且认读时间最长。 1958年4月晚一架子爵号飞机在准备向普斯威克机场降落时，机长将三针式高度计的2500英尺误读为12500英尺，结果飞机撞毁在地面上。,2、定性显示方式,当显示器不是为了记录准确的读数，而是为了对机器的运行状态作出定性显示时，选用模拟式仪表更为有利。,图为一种形式的记录盘，采用三种不同的编码方法显示危险区域。 实验证明，显示认读时间最短，且误认率最低，这是由于只需判断特定的红色扇形
5、是否出现，而不需要去判断指针的位置，从而使认读变得非常简单的缘故。,模拟式仪表进行定性显示时还有一个重要的优点是可以进行形象化显示设计。 形象化显示可以具体直观地显示机器的状态。例如：铁路调度用的大型显示板常用颜色、图形和灯光表示每条线路开通的状态及列车运行状况等。又如飞机水平状态显示表，可以显示出飞机飞行的姿态；潜艇的状态显示仪表。,指针式显示器的设计,在设计指针式仪表时，主要是设计和选择好刻度盘指针、字符和色彩匹配并使它们之间协调以符合人对于信息的感受、辨别和理解等生理和心理特征，从而使人能迅速而又准确地接受信息。这些设计所要考虑的人体工学参数主要有如下几点：使用者与显示装置之间的观察距离
6、；根据使用者所处的观察位置，显示装置是 否布置在最佳视区范围；选择有利于显示与认读的形式，并颜色和照明条件。,指针式刻度仪表按结构形式分为指针活动仪表、指针固定式仪表，其特点参阅表4-21. 仪表形式 刻度盘的形状和大小，主要取决人机系统的精度要求和功能要求以及人的视觉特性。,35.5,27.5,16.6,10.9,0.5,2. 表盘尺寸 表盘尺寸与刻度标记的数量和观察距离有关，一般表盘尺寸随刻度数量和观察距离的增加而加大。当刻度盘尺寸增大时，刻度、刻度线和指针、字符均可增大，这样可提高清晰度。但并不是越大越好，因为刻度盘直径大了，眼睛观察仪表时的扫描路线变长，这样反而影响读数的速度和准确性，
7、同时也多占据了安装空间。使仪表安装既不紧凑又不经济。当然刻度盘直径也不宜过小，这样使刻度过于紧密，不利于认读。 仪表刻度盘的最佳尺寸应根据观察者的最佳视角来确定。有关试验证明，刻度盘的最佳视角为2.55。（表4-3、4-4）,3.刻度设计 表盘上的刻度线、刻度线间距、文字和数字尺寸是依据视距确定的。 刻度盘上两最小刻度标志之间的距离称为刻度。刻度设计时必须注意以下几个问题：1）量表的划分2）刻度间距3）刻度标记4）刻读方向5）刻度的标数,1）量表的划分 量表的划分指的是仪表刻度所指示的具体数值的划分，如大刻度指示多少数值，小刻度指示多少数值，以及分为多少个刻度等。 仪表的最小刻度所表示的量标识
8、应当是所需读出的最小数量单位，一般应尽量避免内插读数；同一仪表上各个刻度所代表的量值应当一致，多个仪表并用时，各仪表之间读书的原则也应当尽可能取得一致。 每一个小刻度一般最好代表1，其次是代表2或5，或者代表以上这三个数乘10n的数，而不易代表其它数值，尤其不宜代表3、6、7等数值。,2）刻度间距 刻度的间距指的是二个最小刻度标记（或刻度线）之间的间隔距离，可根据人眼的最小分辨能力来确定，刻度值的最小值一般按照视角为10左右来确定。（表4-5） 当视距为750mm时，刻度大约为12.5mm。这个临界距离还受观察时间的影响，观察时间越短，间距越偏大。在观察时间很短时（如0.50.25s）的情况下
9、，最好采用2.33.8mm，而不宜过小。,3）刻度标记（或刻度线） 每一刻度线代表一定的读数单位，为了方便记忆，刻度一般有三级：大刻度线、中刻度线和小刻度线。,刻度线的宽度一般取间距（刻度）大小的515。当刻度线宽度为间距的10时，判读误差最小。 狭长形字母数字的分辨率较高，其高度比常为5：3或3：2的比例。,有两级长短的刻度线设计,4）刻读方向 刻读方向是指刻度盘上刻度值递增顺序和认读方向。其设计必须遵循视觉运动规律，而形式可依据刻度盘的不同而不同，一般情况是，从左到右，从下到上，顺时针方向等。,5）刻度的标数 仪表的刻度必须标上相应的数字，才能使人更好地认读。可参考下列原则进行设计：最小刻
10、度不标数，最大刻度必须标数指针运动式仪表，标数应呈竖直状；仪表面运动式仪表，标数则应沿径向布置。标数应尽可能不被指针挡住。开窗式仪表窗口大小应至少能显示被指示数字及其上下两侧的两个数。圆形仪表，应使数码按顺时针方向依次增大。数值有正负时，0设置在12点位置。不做多圈使用的仪表，最好在刻度全程的头和尾之间断开，间距相当于一个大刻度值为宜。,4. 仪表指针设计1）形状指针形状要单纯、明确，不应有装饰。指针的形状以头部尖、尾部平、中间等宽或狭长三角形的为好。,2）宽度指针针尖宽度应与最短刻度线等宽，但不应大于两刻度线间的距离。指针不应接触刻度盘面，但要尽量贴近盘面。精度要求很高的仪表，其指针和刻度盘
11、面应装配在同一平面内。,3）长度指针的针尖不要覆盖刻度，一般要离开刻度记号12mm左右，圆形刻度盘的指针长度不要超过它的半径，需要超过半径时，其超过部分的颜色应与盘面的颜色相同。4）颜色指针的颜色与刻度盘的颜色应有较鲜明的对比，但指针与刻度线的颜色和字符的颜色应该相同。5）零点位置指针零点位置大都在相当于始终12点或9点的位置上。指针不动，表面运动的仪表指针零位应在时钟 12时位置；追踪仪表应 处于9时或12时位置；圆形仪表可视需要安排或设在12时位置；警戒仪表的警戒区应设在12时处，危险区和安全区则处于其两侧。,5. 数码和字符设计1）形状与其他数码和字符相区别，在不同视觉条件下（如能见度、
12、瞬间辨认等）都便于认读。在光线良好、视觉条件较优的情况下，采用直线和圆弧形的为好（a）；在快速分辨和能见度差的情况下，采用直线和尖角形较好（c）。,5. 数码和字符设计2）大小按最佳视角设计，最佳视角一般由实验确定，约为1030，当视距一定时数码、字符的大小（即高度）就确定了。表4-8是视距为710mm时仪表板上常用的数码、字符大小，若视距增大或缩短，表4-8种的数值可按下式计算：增大（或缩小）的比率视距mm710mm。高度与字宽之比，在白昼条件下一般采用狭长字3：25：3，在夜间采用方形发光字1：1。,3）笔划宽度照明较强时笔划可稍宽，反之则应细一些；黑底白字和发光字情况下也可较细。（表4-
13、10）,6. 指针式仪表的配色设计 指针、刻度和表盘的配色关系要符合人的色觉原理，黑色配色的清晰度较高，但不是最高，下表配色时要采取红绿等醒目色，以提高工作环境的美学效果。 仪表还应该醒目色的使用，它能突出醒目色代表的含义，适用于仪表警戒部分或危险（急）信号部分的颜色，但不宜大面积使用，否则会过分刺激人眼，引起视觉疲劳。,7.仪表面板形式及其布置 在布置视觉显示装置时，显示信息的表面应尽可能与观察者的视线垂直，以获得最高的观察精度。如果条件不允许，显示器表面可按7080的观察角度布置，也能获得较高的观察精度。,仪表的面板大多为平坦的矩形，但为了使仪表显示的信息能最有效地传递给人，其布置应保证每
14、个仪表面都处于最佳的观察范围内，并做到等视距。例如把仪表面板设计成圆弧行面板、梯形面板、组合式面板和三块折式面板。,布置一般仪表时，其视距最好在560750mm范围之内，这样的视距下，眼镜能较长时间地工作而不会疲劳。仪表在水平面上分区布置原则：1、一般常用仪表应布置在20。40。的水平视野范围内；2、最重要的仪表，应设置在视野中心3。范围内，这一视野范围人的视觉工作效率最优；3、40。60。区域只允许设置次要的仪表；4、除了不常用和不重要的仪表外，一般不宜设置在80。水平视野之外。,仪表在垂直面上分区布置：A区域处于最佳的观察范围，视觉工作效率高。此区域可布置需经常观察的各类显示仪表和记录仪表
15、。B区域正好处于上肢 正常操作的范围内，因此它一般是仪表台的附带操纵台，可布置启动、制动、调节和信息转换的按钮和旋钮等。也可布置常用的显示仪表。C区域一般布置常用的仪表，即操作者可间隔一定时间巡视这些仪表的工作状态。D区域的仪表，操作者需仰视才能观察，故只适宜布置那些用的极少但有不能缺的仪表，如紧急报警装置。,所有仪表原则上都应设在人不必转头或转身即可看见的视野范围之内。,8.仪表位置的布置原则1）按仪表的重要程度排列2）按使用顺序排列 显示仪表的排列顺序应于仪表在操作过程中的使用顺序一致，同时，排列顺序还应注意仪表之间逻辑上的联系。彼此有联系的仪表应尽量靠近，以提高认读效率和降低误读率。3）
16、按功能进行组合排列 按心理学要求，仪表的排列应符合操作活动的逻辑性。因此，仪表和相应的操纵器按他们的功能用途分组，即把传递同一参数信息或与完成同一功能作用的一些仪表分组排列。,4）按最佳零点方向排列 在排列多个标量显示仪表时，应使其在正常工作状态下指针全部指向同一个方向，这样便于发现异常情况和提高认读速度。5）按视觉特性排列 仪表的排列顺序和方向应遵循人的视觉特性自左向右、自上而下和顺时针方向圆周运动扫视。同时，仪表应按其重要程度和使用频率的要求分别布置在观察效率不同的方位上左上最优，其次是右上、左下、右下。此外，仪表的排列应尽量紧凑，以缩小搜索范围，降低视觉疲劳速度。6）按显示与操纵相合性排
17、列 仪表均应排列在对应操纵器的左面或上面。,4.2 信号显示设计,1.信号显示特征 视觉信号是指由信号灯产生的视觉信息，其特点是：面积小、视距远，引人注目，简单明了，但负荷有限，当信号太多时，会形成杂乱现象和产生干扰。 信号灯主要有两个作用：其一是指示性的，即引起操作者的注意，或指示操作，具有传递信息的作用；其二是显示工作状态，即反映某个指令、某种操作或某种运行过程的执行情况。例如，飞机着陆时，飞行员判断飞机的高度有困难，必须借助信号灯的显示。,2.信号灯的视距和亮度 在一定视距下，能引起人注意的信号灯，其亮度至少两倍于背景的亮度，同时背景以灰暗无光为好，但信号灯的亮度太大会造成眩目而影响观察
18、。对于远视距下不仅要能看清，而且应保证在日光亮度和恶劣气候条件下清晰可辨。因此，可选用空气散射小，射程较远的长波红光的信号灯，或选用功率消耗较少的蓝绿光。,3.信号灯的颜色 作为警戒、禁止、停顿或指示不安全情况的信号灯，最好使用红色；提请注意的信号灯用黄色；表示正常运行的信号灯用绿色；其它信号灯的颜色可按用途任选。公路和铁路上的交通信号灯颜色就是按此原则选择的。,4.闪光信号 闪光信号较之固定光信号更能引起人注意，闪光信号的作用是： 引起观察者的进一步注意； 指示操作者立即采取行动； 反映不符指令要求的信息； 用闪光的快慢指示机器或部件运动速度的快慢； 用以指示警觉或危险信号。 闪光信号的强弱
19、应视具体情况而定，例如表示重要信息或危险信号的闪光，其强度应比其它信号强，因强光信号比弱光信号更易于引起注意，但光强度不能大到刺眼和眩目。闪光信号的闪烁频率一般为0.61.67Hz,亮度对比较差时，闪光频率可稍高。较优先和较紧急的信息可使用较高的闪烁频率（1020Hz）,现代汽车尾灯的设计就采用了颜色编码。汽车的尾灯是给后方汽车驾驶员指示前方车辆行驶情况的，其复合灯光指示：有车、刹车、转弯等。白灯用于夜间行驶时倒车用。,信号灯复合显示的另一个典型例子是飞机着陆信号系统。它是在跑道灯的两则各安一组灯，当飞机下滑轨迹过高时，这组灯光形成“丄”形排列；过低时形成“丅”形排列；当飞机出现危险的俯冲时，
20、“丅”形信号灯成为红色；只有当下滑轨迹合适时，才出现“+”形排列,5.信号灯形象和复合显示 为了使信号灯的显示与其代表的含意有逻辑上的联系，用一些形象化的办法效果最好。如用“”代表方向，用“”或“O”表示禁止；用“！”表示警觉、危险；用较快的闪光表示快速，用较慢的闪光表示慢速等，这就是信号灯的形象显示。 当所要显示的信息内容较复杂时，往往单个信号灯难以胜任，在此情况下，可采用多个信号灯的复合显示来实现。 信号灯的颜色编码还应考虑到人的记忆能力，编号太复杂则由于不易记忆而导致辨认效率下降。因而颜色信号的编码以八个左右为最优。,7.信号灯的布置 重要的信号灯与重要的仪表一样，必须布置在视野中心3。
21、范围内，次要信号灯布置在视野中心60。80。范围内。但仍需在不必转头即能看到的范围内。信号灯显示与操纵或其他显示相关时，应与有关器件靠近，成组排列，而且信号灯的指示方向与操纵方向保持一致，例如开关向上时，上方的信号灯亮。8.重要信号灯的设计 采用信号灯显示特别重要的信号或危险信号时，可考虑同时采用听觉、触觉等多重显示方式，以引起特别的注意。,4.2 荧光屏设计1. 荧光屏的显示特征 特点：既能显示图形、符号、信号，又能显示文字；既能追 踪显 示，又能显示多媒体的图文动态画面。 应用：图文电视屏幕、计算机高分辨率显示器、示波器、彩超及雷达。,2. 目标的亮度、呈现时间 目标亮度不宜超过34.3c
22、d/m2，屏幕的亮度不宜调节到最亮。 目标呈现时间为0.5s大体上可以满足视觉辨别的基本要求；呈现时间为23s，是视觉辨别的最有利的时间，但占用时间太长，影响工作效率。3. 目标的运动速度运动的目标比静止的目标易于察觉，但难以看清楚。因此，人的视敏度与运动速度成反比。当运动速度大于80/s时，视觉工作效率剧烈下降。,4. 目标的形状、大小和颜色 形状辨认效率的优劣次序：三角形、圆形、梯形、方形、长方形、椭圆和十字形。当干扰光点的强度较大时，方形目标优于圆形目标。 字符的高宽比取2：1或1：1，其笔画宽与字高之比取1：8或1：10。 目标采用红色或绿色时，视觉辨别效率与白色目标相似，但红色目标容
23、易引起疲劳，计算机的荧光屏大多数采用绿色作为目标。采用蓝色则视觉辨别效率稍差。,5. 目标与背景的关系 目标的视见度受制于目标与背景的亮度度比值：亮度对比度(目标亮度背景亮度)背景亮度 就亮度对比感受性而言，68cd/m2作为背景（屏幕）亮度的最佳值。 屏面的亮度与环境亮度相一致时，目标察觉、识别和追踪效率都达到最优。6. 屏面 屏面的大小与视距和要显示目标的大小有关。 屏幕的分辨率越高，显示的信息清晰度越好。,4.4 图形符号设计 图形和符号具有形、意、色等多种因素，传递的信息最大，抗干扰能力强，易于接受。 信号显示中所采用的图形和符号，是经过对显示内容的高度概括和抽象处理而形成的，使得图形
24、和符号与标志客体间有着相似的特征，让人便于识别和辨认。 图形符号的辨认速度和准确性，与图形符号的特征数量有关，并不是符号愈简单愈易辨认。 图形和符号作为一种视觉显示标志出现时，总是以某种与被标识的客体有含义联系的颜色表示。,标志是一种形象语言，为便于识别，其颜色有特定意义。红：停止；禁止；高度危险；防火橙：危险；航空、船舶的保安措施黄：警告信号绿：安全；卫生；设备安全运行蓝：警惕色紫红：放射性危险白：通道、整洁、准备运行的标志色；标志文字、符号、箭头；红、绿、蓝的辅助色黑：标志文字、符号、箭头；白、橙的辅助色,图形和符号在产品上的应用，有利于操作者迅速观察和辨认，提高操作者操作的准确性和工作效
25、率，同时提高信息的传递的速度。,汽车上使用的图形符号。,交通上表示禁止的符号标志（阴影部分为红色）,机床上的操作指示符号,电子产品上使用的部分图形符号。,应该注意的是：在实际应用各类图形符号时，不得采用人们不能接受的或过分抽象的图形和符号，只能使用有利于人的知觉的图形、符号，以便减少知觉时间，加强对符号的记忆和提高操作者的反应速度。 图形、符号设置的位置应与所指示的操纵机构相对应。这样操作者就能按图形、符号所指示的内容，准确而迅速地操纵机器。,4.5 听觉信息传示系统,特点：听觉具有反应快，能感知方向；感知信息的范围广、不受照明条件和物体障碍的限制；能够强迫人注意；用语言通话时应答性良好。 应
26、用：信号简单、简短时；要求迅速传递信号时；传示后无必要查对信号时；信号只涉及过程或时间性事件时；视觉负担过重或照明、振动等作业环节又不利于采用视觉信息传递时；操作人员处于巡视状态，并需要从干扰中辨别信息时。,1. 听觉信息传示装置 利用示警信号（声音）来传达信息。 特点：可快速有效的传递简单和短促的信息，反应快、方向不受限制。蜂鸣器：声音柔和，不会使人紧张或惊恐，较宁 静的环境下提请操作者注意。铃：宁静的环境下让人注意。角笛：高噪音环境下的报警装置。汽笛：紧急事态的音响报警装置。警报器：声音强度大，可传播很远，可以抵抗其他噪声的干扰，特别能引起人注意，并强制性地使人们接受，危险事态的报警。,2
27、. 言语传示装置 用语言在人与机器之间传递信息，使其具有一定的表达能力。 特点：可使传递和显示的信息含义准确、接受迅速、信息量较大；可以更为细致、明确地指导操作者的各种操作行为。 应用：无线电广播、电视、电话、报话机和对话器及其它录音、放音和电声装置。,1)言语清晰度 言语的清晰度：人耳对通过它的音语（音节、词或语句）中正确听到和理解的百分数。 提示：言语的清晰度必须在75以上。2)语言的强度 提示：言语传示装置的言语强度最好在6080dB。,3)噪声对言语传示的影响 当言语传示装置在噪声环境中工作时，噪声将影响言语传示的清晰度。,4)噪声环境中的言语通信 距声源（讲话人）的距离每增加1倍，言
28、语声级将下降6dB，这相当于声音在室外或室内传至5m远左右。 房间中声级的下降还受讲话人与收听人附近的吸收物体的影响，在有混响的房间内，当混响时间超过1.5s时，言语清晰度将会降低。,3. 听觉传示装置的选择,（1）音响传示装置的选择原理 1）在有背景噪声的场合，音响传示装置的频率选择在噪声掩蔽效应最小的范围内。 2）使用断续的或音调有高低变化的声音信号，更能引起人的注意。最好组成视、听双重报警信号。 3）音响信号传播距离远和穿越障碍物时，应加大声波强度，使用较低的频率。 4）注意音响装置的多少，避免各信号间的相互干扰。,（2）言语传示装置的选择原理 1）显示内容较多时，采用一个言语传示装置即
29、可。 2）更适于指导检修和故障处理工作，引导操作者操作。 3）适用于追踪操作中。例如，飞机着陆导航的语言信号、船舶驾驶的言语信号等。 4）在非职业性的领域中，言语传示装置更符合人们习惯。例如，娱乐、广播、电视等。,本章应该掌握的重点及思考题,1、显示装置在人机环境系统中主要起什么作用？2、仪表显示装置的分类与特征？3、仪表的选择原则与总体布置？4、信号显示的特征与设计注意？5、荧光屏显示设计要点？6、图形符号的作用与设计？7、听觉传示装置的分类与设计？,第 4 章 结 束回 总 目 录第 5 章,附录,本章所附插图,图5-1,返回,图5-2,返回,图5-3,返回,图5-4,返回,图5-5,返回,图5-6,返回,图5-7,返回,
