1、第14卷第1期 2011年2月 工业工程 Industrial Engineering Journal V0114 No1 February 2011 人因学的港机驾驶室联动台可用性设计 高 静 ，钱省三 ，王殊轶2，赵改平2，尹勋超2 (上海理工大学1管理学院；2医疗器械与食品学院上海200093) 摘要：简述了可用性的定义，并总结了实体用户人机界面设计的原则。以港机驾驶室联动台为实例，分析其现状后， 提出其目前存在的可用性问题。采用人机工程学的相关理论与方法，对联动台的安装位置以及面板界面布局上进 行了优化设计，对控制元件的颜色选择给出了建议，从整体上提高了联动台的可用性，为提高港机同类产
2、品的竞争 力提供了部分参考。 关键词：可用性；人因工程学；实体用户人机界面设计 中图分类号：TB18 文献标志码：A 文章编号：1007-7375(201 1)010l1Oo4 ErgonomicsBased Usability Design of Linkage Control Panels of the Port Machinery Cab Gao Jing ，Qian Xingsan，Wang Shuyi ，Zhao Gaiping ，Yin Xunchao (1School of Management；2School of Mechanical Instrument and Food
3、Engineering， University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China) Abstract：After brief introduction of the usability definition，the design principle of the Solid User Interface is discussedBy focusing on the linkage control panels of the port machinery cab，usability for the exist
4、ing system is analyzedThen，by using the theory and technology of ergonomics，the location of the panels，the layout of the interface，and the colors of the control components are optimized to improve the overall usability Key words：usability；ergonomics；solid user interface design 港机驾驶室联动台是港机驾驶室的重要组成部 分
5、，是将作业者和地面联系起来的最直接工具。作 业者的整个作业过程就是通过操作联动台面板上的 控制元件来完成的。因此，合理地设计驾驶室联动 台，不仅可以提高作业者的作业效率，还可以减轻作 业者的疲劳程度。 随着科技水平的不断发展，联动台的功能也在 不断得到优化和完善。然而，从另一方面来说，也加 深了作业者对其功能复杂化和使用简单化需求之间 的矛盾，从而导致了联动台在使用过程中存在着一 定程度的产品可用性问题。针对改善这一矛盾，在 产品设计中引入可用性问题的研究是非常有必 要的。 可用性研究在国外主要的IT和家电企业，如 IBM、微软、诺基亚等已有很长的应用历史并建立了 专门的可用性部门。但国内企业
6、对可用性的研究还 不够关注，没有专门的可用性部门对产品进行开发 设计。目前国内很多学者正尝试将可用性在更广的 产品设计领域进行应用，如程永亮 提出了将可用 性的理念导人医疗器械的设计流程中；王继成 研 究在产品设计过程中导人可用性，并以手柄为实例 进行实验，介绍了产品可用性测试的应用；卢静 依 据可用性思想分析了城市居民对于代步工具的设 计需求。而本文则以上海振华港机(集团)公司 (ZPMC)岸边集装箱起重机驾驶室内的联动台为研 究对象，将可用性理论和人机工程学相关技术结合 应用于对联动台的优化设计中。 1 可用性 可用性是交互产品系统设计的重要质量指标。 收稿日期：2010-O1-06 基金
7、项目：上海市重点学科资助项目($30504)；上海振华港机(集团)公司ZPMC驾驶室人因优化研究资助项目 作者简介：高静(1986)，女，山东省人，硕士研究生，主要研究方向为人因工程、可用性 第1期 高静，钱省三，王殊轶，等：人因学的港机驾驶室联动台可用性设计 111 可用性的研究从2O世纪9O年代开始在IT工业界迅 速普及，广泛应用于工业产品设计。对于可用性的 概念，研究者们提出了多种解释。其中，Nielsen 认 为可用性包括5个属性要素：可学习性；交互效 率；可记忆性；出错频率和严重性；用户满意 度。而目前，较为权威的是ISO 9241-11国际标准的 定义：产品在特定使用环境下为特定用
8、户用于特定 用途时所具有的有效性(effectiveness)、效率 (efficiency)和用户主观满意度(satisfaction)。 2 驾驶室联动台的可用性设计原则 图1座椅与联动台空间位置关系 不同类型的产品所具有的功能标准不同，因此， 产品可用性的设计原则也不同 。司机驾驶室联 动台的人机界面是一种实体用户界面，可视可触可 感知，人机的互动以最直接的形式产生。根据联动 台自身的特点，并考虑相关的人的因素后，分别从内 在可用性和外在可用性2个方面提出了设计时应遵 循的几条原则。 1)可控性：司机任何时候都可以对产品的进程 进行控制，直到正确完成目标任务为止。 2)反馈性：产品应能提
9、供适当的反馈信息，供司 机判断是否执行了正确操作。 3)易用、易学习性：联动台面板设计应突出简洁 的特性，面板上的提示信息应一目了然，便于司机使 用，并能减少错误选择的可能性。 4)任务适宜性：产品最终的设计应能保证司机 切实而高效的完成工作任务，减轻司机的疲劳程度， 提高其满意度。 5)安全性：设计过程中尽量周全考虑所有可能 发生的问题，将出错的可能性降到最低。 6)规范性、启示性及外观美：优化设计后的面 板，不但要外观规范美观，还应具有一定的语义提示 信息。这可以通过选择人们熟悉或惯用的意义明确 的图形、图标以及定义明确的文字来实现。 3驾驶室联动台的现状及可用性问题 分析 31 驾驶室联
10、动台的现状 目前，振华港机起吊驾驶室内联动台的设计没 有统一规范，工程师根据传统将联动台分为左、右2 个部分，分别位于司机座椅的扶手两侧，如图1所 示。然而，这种设计只注重产品完成功能，并没有将 操作者的需要以及生理、心理等特点考虑进来。 32驾驶室联动台的可用性问题分析 对当前联动台设计的使用情况，可以从可用性 的5个属性方面进行分析，发现联动台存在以下几 个方面的问题。 1)不易操作。当前联动台安装的位置过于靠近 手臂，联动台上的控制元件不在作业者的最佳视野 范围内。因此，作业者在选择按钮时不得不转动身 体，同时头部、手臂都需要做大幅度运动才能选择合 适的控制器。 2)不易学习。驾驶室内联
11、动台上控制元件的布 局采用的是矩阵式布局，所有元件不经区别地直接 布置于联动台面板上。控制元件颜色的使用很随 意，并没有考虑相应的准则。这些不合理的设计造 成了整个联动台面板界面的布局过于死板，控件颜 色混乱，不能起到一定的提示和暗示作用。 3)作业效率低。正常作业时，司机先观察地面 情况，然后根据地面信息进行分析、判断，并从联动 台上选择相应的控制元件进行操作。但是由于面板 设计的不合理，延长了作业者分析和判断的时问，破 坏了动作的连续性，降低了作业效率。 4)用户满意度不高。由于整个界面的布局和功 能设计缺乏以用户为中心的理念，使得人机交互的 方式还是传统的机械式的交流。联动台的不合理设
12、计，加重了作业者的作业负担，使其负面情绪不断增 加。用户的满意度不高，不仅会降低作业者的工作 效率，同时还会加速其疲劳过程，导致误操作的发 生，造成不必要的损失。 4驾驶室联动台的优化设计 41 驾驶员视野设计要求 驾驶员观察周围事物时，往往需要转动眼睛或 头部，以扩大视野范围，而眼睛和头部的转动范围均 有一定的限度。根据人机工程学原理，人体眼睛和 l12 工业工程 第14卷 头部的转动范围如表1所示 。对于驾驶员正常工 作时的视野设计要求应从水平和垂直2个方向来考虑。 表1眼睛和头部的转动范围 1)水平方向。由于驾驶员是高空作业，工作时 需要密切关注吊钩的起吊情况，所以需要预留观察 地面作业
13、所需的视野范围。因此，将直前视线左右 夹角均为15。的视野范围用于地面作业观察，而联动 台的安装位置则以直前视线左右夹角均为l5。60。 的范围内为宜，即眼睛自然转动范围l5。到头部及眼 睛自然转动之和的范围，见图2(a)。 2)垂直方向。在垂直空间内，当人的头部不转 动时，水平线以下30。的范围内是人眼较好的视野范 围。而岸桥驾驶室的驾驶员在正常工作时，头部已 经自然向下转动了适当的角度卢(0。卢30。)。因 此，垂直方向上的联动台位置以位于从直前视线起向 下夹角为卢(卢+30)的范围之内为宜，见图2(b)。 左事 (a)俯视图 (b)侧视图 图2改进后的联动台安装位置 42联动台的安装位置
14、优化 由于作业者视野范围的改变，其作业方式也由 侧身作业转向平面作业。根据人机工程学原理，作 业空间的平面作业尺寸设计应满足95的人需要。 坐姿下，人体双手的水平作业范围介于以肩关 节为圆心，半径为394 mm和608 mm的圆环范围之 内，舒适角度范围为75。105。C9。根据GBT 14779-93(坐姿人体模板功能设计要求的男性在第 95百分位的人体测量数据，以肩点为圆心、前臂长 252 mm为半径画圆。圆圈与双手作业范围、舒适角 度范围形成的闭合区域即为水平面内的推荐安装区 域，见图2(a)中阴影部分。在垂直方向，联动台可 选择位于距离座椅面L的位置(200 mmL300 mm)。这个
15、位置是参照一般扶手的设计高度提出 的，如图2(b)所示。实际上，国外一些先进的港机 设备已经考虑将联动台与扶手的功能相结合，如图3 所示 。 图3国外先进的港机联动台 与原联动台位置相比，作业者在推荐区域内完 成作业时，身体不必左右大幅度移动即可操纵联动 台上的控制器，减轻了作业者的身体疲劳。此外，联 动台的箱体尺寸按实际需要适当减小，并在功能上 设计为可调式，以适应更多司机的需要。 43面板界面布局的设计 根据人机工程学，系列控制元件应有最佳的布 置，这取决于人的感受特征、人体测量学以及作业的 性质。面板元件可以按照以下原则 进行布局：1) 功能分组原则；2)操作次序原则；3)使用频率原则；
16、 4)重要性原则。这4种布局原则都有自己的特点及 适用场合，在进行界面方案设计时可权衡考虑。 根据控制元件使用频率的高低进行排序：大、小 车的移动操纵手柄一开、闭锁控制器_+导板控制器 第1期 高静，钱省三，王殊轶，等：人因学的港机驾驶室联动台可用性设计 113 一伸缩、轻转控制器一吊具油泵开关一大车紧急急 停一复位装置和记忆功能按钮。越是常用的控制器 应越靠近手边放置，以缩短使用的时间和距离。最 后，根据重要性原则对元件布局进行调整。如紧急 急停按钮，这种控制器虽然使用频率很低但是很重 要，一旦出现危险就需要立即执行，所以应当靠近手 边放置。 44控制元件颜色的选择和使用 界面设计中，经常使
17、用颜色编码来识别不同的 控制器，强化信息的逻辑结构。颜色编码可以突出 特定的信息，显示相关项之间的联系。然而，要恰当 地选择颜色并不容易。针对目前联动台上按钮颜色 设计混乱的现象，表2给出了几种颜色的信息编码 原则。依据这些原则，区分实际控制元件功能类型， 合理选用颜色，可以解决颜色混乱的局面，从而提高 作业者的学习和作业效率。 表2颜色信息编码含义的总原则 颜色 藏 丽 45联动台的功能优化和可视化 虽然港机驾驶室是严肃的工作场所，联动台也 是严谨的科学产品，但仍可以考虑在造型或功能上 增加一定的时尚元素，提高作业者操作机器的乐趣 和愉悦感，如适当增加音乐功能。 可视化能提供一定反馈信息，给
18、人以心理安慰。 一般，人的视线在水平方向是由左向右流动，在垂直 方向是由上向下流动的。结合人的心理排列的文 字，能创造良好的视觉诱导效果。除了传统的文字 表达外，在界面设计上还可以使用一些符合人们心 理习惯的图形或图像，增加交流的动态性。此外，机 器除了视觉的可视化外，还可以从听觉上实现可视 化，如报错的蜂鸣器或警铃等。一定的声音反馈可 以帮助作业者及时了解自己是否正确地完成了作业。 5 结论 港机驾驶室是一个人机交互系统，从整体角度 出发，其内部设计包括座椅设计、联动台设计、环境 设计等各个方面。将人因工程学引入港机驾驶室的 研究在国外已经展开，如Merford公司设计的Mer- ford
19、ergoseat。就是专对港机驾驶员进行人体结构 分析之后得到的设计方案。本文的优化设计也是从 Merford公司的设计中得到的启发，但只选取了其中 的联动台部分进行了研究。 从可用性的5个属性角度分析目前港机驾驶室 联动台设计现状，找出其存在的缺陷。以人因工程 学原理在考虑司机的生理和心理特征下，对联动台 进行了一定的改善：在空间上，调整联动台的相对位 置；在界面设计上，提出控制元件的分类原则和布局 原则，并对元件颜色的选择给出了建议；在功能上， 提出了可视化和娱乐化的建议。 但本文的研究只可以部分减轻作业者的作业疲 劳。由于司机在工作过程中，其头部和上身长时间 处于高负荷状态，如何设计联动
20、台以对其上部身体 进行支撑，如何减轻头部长时间低垂状态带来的生 理压力还有待于进一步的研究。 参考文献： 1程永亮基于UCD的医疗器械设计J中国医疗器械信 息，2007，13(3)：3038 2王继成产品设计过程的可用性研究与应用J东华大 学学报：自然科学版2006，32(5)：3234 3卢静城市居民代步工具之可用性设计研究J艺术与 设计，2007(10)：133135 4Nielsen Jakob可用性工程M刘正捷，等译北京：机械 工业出版社，2004 5段建丽，刘正捷，张丽萍，等多媒体产品的可用性设计指 南J计算机工程与应用，2003(1)：118120 6徐苏林，振荣交互设计在电子商务网站中的应用研究 J科技广场，2004(9)：12-l4 7刘勇翔基于产品可用性的人机界面交互设计研究J 包装工程，2008，92(4)：8183 8方卫宁，郭北苑，戴明森机车乘务员坐姿视野判定方法 的研究J铁道学报，2000，22(5)：2832 9邓迎宾小型挖掘机驾驶室人机工程设计及舒适性评价 D成都：西南交通大学，2008 【10Frank KrauseAre you sitting comfortably?JPortStrate gY，2004(1O)：3538 11童时中人机工程设计与应用手册M北京：中国标准 出版社，2007：241243
