山大《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》課件第5章 系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)及觸摸屏的使用方法-1人機(jī)界面研究的主要內(nèi)容及常用認(rèn)識(shí)心理學(xué)知識(shí)

1、1第五章 系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)及觸摸屏的使用方法本講主要內(nèi)容：第一節(jié) 人機(jī)界面研究的主要內(nèi)容及常用認(rèn)識(shí)心理學(xué)知識(shí) 第511講 現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)一般都是由下述三部分組成： 人機(jī)界面系統(tǒng)(H)：常用的人機(jī)界面器件是觸摸屏、OP操作板和工業(yè)PC、DCS等。主要任務(wù)是：將人的命令傳送給程序控制系統(tǒng)和再現(xiàn)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。 程序控制系統(tǒng)(P)：常用的程序控制系統(tǒng)器件是可編程序控制器(PLC)、DSP、單片機(jī)和工業(yè)PC 、DCS等。主要任務(wù)是：根據(jù)所接受的命令和控制系統(tǒng)的當(dāng)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，作出讓調(diào)速器或其它器件工作的決策命令。 調(diào)速器(M)：常用的調(diào)速器分為直流調(diào)速器和交流調(diào)速器。應(yīng)用面比較廣的調(diào)速器類型是：

2、對(duì)于直流調(diào)速器是邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速器，對(duì)于交流調(diào)速器是變頻調(diào)速器。主要任務(wù)是：根據(jù)程序控制系統(tǒng)發(fā)出的命令和自身系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，讓電動(dòng)機(jī)具有各種各樣的運(yùn)行狀態(tài)。 這三部分構(gòu)成了現(xiàn)代自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本“框架”。對(duì)于程序控制系統(tǒng)的程序編制技術(shù)和調(diào)速器結(jié)構(gòu)我們已經(jīng)熟悉，社會(huì)的發(fā)展需要我們掌握HMI設(shè)計(jì)方面的一些基礎(chǔ)知識(shí)。4鞍鋼鋼板橫剪流水線自動(dòng)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)人：自動(dòng)化99 張輝 高鵬 等8人 指導(dǎo)教師：曾毅 教授5濟(jì)南卷煙廠過濾嘴成型機(jī)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)人：自動(dòng)化00 苗亮 馮晶晶 等8人 指導(dǎo)教師：曾毅 教授6自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)人：自動(dòng)化2001級(jí)楊亮等5人指導(dǎo)教師：曾 毅 第5章

3、 系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)及觸摸屏的使用方法第一節(jié) 人機(jī)界面研究的內(nèi)容及常用認(rèn)知心理學(xué)知識(shí) 9第一節(jié) 人機(jī)界面研究的內(nèi)容及常用認(rèn)知心理學(xué)知識(shí) 對(duì)于人機(jī)界面HMI(Human-Machine Interface)，人們一般理解為計(jì)算機(jī)軟件方面的人機(jī)界面。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人機(jī)界面不再局限于計(jì)算機(jī)軟件方面，而是走向了自動(dòng)控制領(lǐng)域，正在從根本上改變著自動(dòng)控制領(lǐng)域的控制方式；已經(jīng)把自動(dòng)控制推向了一個(gè)嶄新的時(shí)代。那么什么是人機(jī)界面呢？10一、人機(jī)界面的定義及研究的主要內(nèi)容 1.人機(jī)界面 (HMI) 人機(jī)界面是人與機(jī)器都能認(rèn)識(shí)、操作的媒介，人與機(jī)之間的信息交流和控制活動(dòng)都發(fā)生在人機(jī)界面上。也就是說，人能讀懂，

4、機(jī)器也能認(rèn)識(shí)的這個(gè)界面稱為“人機(jī)界面”注意：環(huán)境也影響人觀察效果和控制結(jié)果。 11一、人機(jī)界面的定義及研究的主要內(nèi)容 1.人機(jī)界面 (HMI) 人機(jī)界面是人與機(jī)器都能認(rèn)識(shí)、操作的媒介，人與機(jī)之間的信息交流和控制活動(dòng)都發(fā)生在人機(jī)界面上。也就是說，人能讀懂，機(jī)器也能認(rèn)識(shí)的這個(gè)界面稱為“人機(jī)界面”注意：環(huán)境也影響人觀察效果和控制結(jié)果。 12一、人機(jī)界面的定義及研究的主要內(nèi)容 1.人機(jī)界面 (HMI) 人機(jī)界面是人與機(jī)器都能認(rèn)識(shí)、操作的媒介，人與機(jī)之間的信息交流和控制活動(dòng)都發(fā)生在人機(jī)界面上。也就是說，人能讀懂，機(jī)器也能認(rèn)識(shí)的這個(gè)界面稱為“人機(jī)界面”注意：環(huán)境也影響人觀察效果和控制結(jié)果。 畢業(yè)設(shè)計(jì)：中豪

5、大酒店中央空調(diào)循環(huán)水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人：自動(dòng)化2002級(jí)夏書文、張新、舒周文等四人指導(dǎo)教師：曾毅教授13一、人機(jī)界面的定義及研究的主要內(nèi)容 1.人機(jī)界面 人機(jī)界面按照相互作用的方向分為如下三種： （1）單向人機(jī)界面 單向人機(jī)界面是指人或機(jī)器不能相互作用的“面”，稱為單向人機(jī)界面。在單向人機(jī)界面中只能接收人或機(jī)器的單方向作用，我們使用的微機(jī)鍵盤和微機(jī)顯示器都屬于單向人機(jī)界面。電流、電壓、轉(zhuǎn)速顯示表等也屬于單向人機(jī)界面。14一、人機(jī)界面的定義及研究的主要內(nèi)容1.人機(jī)界面 (2)雙向人機(jī)界面 雙向人機(jī)界面是指人和機(jī)器都能相互作用的“面”，稱為雙向人機(jī)界面。在雙向人機(jī)界面中，人或機(jī)器在作用此面時(shí)都能感覺到

6、對(duì)方的作用效果。例如在自動(dòng)控制系統(tǒng)中使用的觸摸屏就屬于典型的雙向人機(jī)界面。15一、人機(jī)界面的定義及研究的主要內(nèi)容1.人機(jī)界面 (3)混合型人機(jī)界面 由若干個(gè)具有單向人機(jī)界面的器件，完成雙向人機(jī)界面的功能，稱為混合型人機(jī)界面。用微機(jī)的鍵盤和顯示器，進(jìn)行文字、圖形的輸入和操作任務(wù)，鍵盤和顯示器就構(gòu)成了典型的混合人機(jī)界面。 如果沒有特別指明，以后我們所說的人機(jī)界面一般都是指混合型人機(jī)界面或雙向人機(jī)界面。16一、人機(jī)界面的定義及研究的主要內(nèi)容2.人機(jī)界面研究的主要內(nèi)容如何準(zhǔn)確、迅速地顯示與控制自動(dòng)控制系統(tǒng)的狀態(tài)變量和信息的問題。17二、研究人機(jī)界面所需要的基礎(chǔ)知識(shí) 研究人機(jī)界面需要三個(gè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)：

7、1.自動(dòng)控制控制系統(tǒng)構(gòu)造 熟悉自動(dòng)控制系統(tǒng)需要顯示哪些變量才能正確描述一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)；需要控制哪些變量才能使一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)安全、可靠、高效率的工作?；驹瓌t是：用最少的圖標(biāo)，顯示和控制最多的變量，實(shí)現(xiàn)最多的功能。 18二、研究人機(jī)界面所需要的基礎(chǔ)知識(shí) 研究人機(jī)界面需要三個(gè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)：2.認(rèn)知心理學(xué) 認(rèn)知心理學(xué)研究我們?nèi)绾潍@得世界的信息；這種信息又怎樣表征并轉(zhuǎn)化為知識(shí)；它怎樣儲(chǔ)存；知識(shí)又是如何用來指導(dǎo)我們的注意和行為。19二、研究人機(jī)界面所需要的基礎(chǔ)知識(shí) 研究人機(jī)界面需要三個(gè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)：2.認(rèn)知心理學(xué) 在人機(jī)界面設(shè)計(jì)時(shí)，利用認(rèn)知心理學(xué)的原理的目的是：設(shè)計(jì)出來的人機(jī)界面，在用戶使用時(shí)，

8、盡可能地避免操作人員出現(xiàn)操作方面的失誤；盡可能地提高操作人員的工作效率。20二、研究人機(jī)界面所需要的基礎(chǔ)知識(shí) 研究人機(jī)界面需要三個(gè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)：3.圖形構(gòu)造藝術(shù) 圖形構(gòu)造藝術(shù)包括兩個(gè)方面：其一，控制系統(tǒng)操作臺(tái)外形結(jié)構(gòu)、按鍵和顯示器的安裝位置和色彩搭配；其二，控制系統(tǒng)參數(shù)、性能界面制作方法和原則。 21三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.格式塔（Gestalt）心理學(xué)的模式識(shí)別理論格式塔心理學(xué)的模式識(shí)別主要有如下結(jié)論：(1)接近性原則接近性原則：某些距離較短或互相接近的部分，人容易把它們看成一個(gè)整體。22三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.格式塔（Gestalt）心理學(xué)的模式識(shí)別理論格式塔心理學(xué)的模式識(shí)別

9、主要有如下結(jié)論：(2)相似性原則與連續(xù)性原則相似性原則：人容易將看起來相似的物體看成一個(gè)整體。 連續(xù)性原則：連續(xù)性是指對(duì)線條的一種知覺傾向23三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1.格式塔（Gestalt）心理學(xué)的模式識(shí)別理論格式塔心理學(xué)的模式識(shí)別主要有如下結(jié)論：(3)完整和閉合性原則完整和閉合性原則：彼此相屬的部分，容易組合成整體；反之，彼此不相屬的部分，則容易被隔離開來。24三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2、人的視錯(cuò)覺 一般來講，形態(tài)要素并不是單一存在的，當(dāng)所處環(huán)境不同，受某些光、形、色等因素的干擾，自身部分之間的相互作用以及透視感等將引起某些圖形產(chǎn)生不同狀況的變化。再加上人的自身心理狀態(tài)的影響，人們對(duì)

10、形態(tài)的視覺感往往發(fā)生“錯(cuò)覺”（Illusion）。這種錯(cuò)覺具有普遍性，是人們所具有的共同生理特性。萊亞錯(cuò)覺25三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.人的視錯(cuò)覺 視錯(cuò)覺的產(chǎn)生原因主要有兩個(gè)：一是人的生理特征所致，即它與眼的視覺通道的構(gòu)造有關(guān)，以及與觀察不同的物體而發(fā)生的變化因素有關(guān)；二是由心理的知覺所致，是知覺恒常性的顛倒，從而形成“受騙”的現(xiàn)象。艾賓豪斯錯(cuò)覺26三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.人的視錯(cuò)覺 我們應(yīng)該充分理解和辨證地處理各種錯(cuò)覺現(xiàn)象，根據(jù)不同的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)加以靈活應(yīng)用。視錯(cuò)覺的另一種現(xiàn)象是含糊的圖像。含糊的圖像有多種解釋。不同的人根據(jù)自己的視角和理解，會(huì)看到不同的圖像。 27三、常用認(rèn)知心

11、理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.人的視錯(cuò)覺 我們應(yīng)該充分理解和辯證的處理各種錯(cuò)覺現(xiàn)象，根據(jù)不同的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)加以靈活應(yīng)用。視錯(cuò)覺的另一種現(xiàn)象是含糊的圖像。含糊的圖像有多種解釋。不同的人根據(jù)自己的視角和理解，會(huì)看到不同的圖像。 28三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.人的視錯(cuò)覺 我們應(yīng)該充分理解和辯證的處理各種錯(cuò)覺現(xiàn)象，根據(jù)不同的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)加以靈活應(yīng)用。視錯(cuò)覺的另一種現(xiàn)象是含糊的圖像。含糊的圖像有多種解釋。不同的人根據(jù)自己的視角和理解，會(huì)看到不同的圖像。 29三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.人的視錯(cuò)覺 我們應(yīng)該充分理解和辯證的處理各種錯(cuò)覺現(xiàn)象，根據(jù)不同的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)加以靈活應(yīng)用。視錯(cuò)覺的另一種現(xiàn)象是含糊的圖像。

12、含糊的圖像有多種解釋。不同的人根據(jù)自己的視角和理解，會(huì)看到不同的圖像。 30三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.人的視錯(cuò)覺 我們應(yīng)該充分理解和辯證的處理各種錯(cuò)覺現(xiàn)象，根據(jù)不同的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)加以靈活應(yīng)用。視錯(cuò)覺的另一種現(xiàn)象是含糊的圖像。含糊的圖像有多種解釋。不同的人根據(jù)自己的視角和理解，會(huì)看到不同的圖像。 31三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)2.人的視錯(cuò)覺 我們應(yīng)該充分理解和辯證的處理各種錯(cuò)覺現(xiàn)象，根據(jù)不同的要求，在設(shè)計(jì)時(shí)加以靈活應(yīng)用。視錯(cuò)覺的另一種現(xiàn)象是含糊的圖像。含糊的圖像有多種解釋。不同的人根據(jù)自己的視角和理解，會(huì)看到不同的圖像。 32三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3.人的聽覺頻率范圍 聽覺可以感知頻率

13、范圍大約在2020000Hz音波。音波是一種機(jī)械波，它是聲源的振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播。音波在0C空氣中的傳播速度為331m/s，溫度每增高1C，音速將增加0.6 m/s。聽覺的感受性在10004000Hz最高。在500 Hz以上的聲音，需要大得多的強(qiáng)度才能被聽到。33三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)3.人的聽覺頻率范圍 20Hz以下和20000Hz以上的音波在一般情況下是聽不到的，當(dāng)音強(qiáng)超過140dB時(shí)，所引起的不再是聽覺，而是痛覺。人可以辨認(rèn)的語音頻率范圍是2605600Hz，電話只傳送 300 3000Hz，這對(duì)我們聽清語言來說已足夠了。34三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)4.人的學(xué)習(xí)正負(fù)遷移性 學(xué)習(xí)正負(fù)

14、遷移性：某人先學(xué)事物，后學(xué)事物，另一人只學(xué)事物。如果前者做事的成績(jī)要優(yōu)于后者，那么稱為人的學(xué)習(xí)正遷移性；如果后者做事的成績(jī)要優(yōu)于前者，那么稱為人的學(xué)習(xí)負(fù)遷移性。 35三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)4. 人的學(xué)習(xí)正負(fù)遷移性 在界面設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師必須了解作業(yè)的性質(zhì)，控制技能學(xué)習(xí)的過程，防止學(xué)習(xí)遷移的干擾。當(dāng)然，學(xué)習(xí)遷移除了上述的不利干擾，即負(fù)遷移以外，還有相互促進(jìn)的正遷移。一種改型產(chǎn)品如果其操作技能可以受原產(chǎn)品操作技能的正遷移影響，就可以大大提高操作者的學(xué)習(xí)速度的作業(yè)效率。364.人的學(xué)習(xí)正負(fù)遷移性人的學(xué)習(xí)正遷移性一般發(fā)生在技能學(xué)習(xí)和邏輯思維活動(dòng)中；人的學(xué)習(xí)負(fù)遷移性一般發(fā)生在圖形識(shí)別和簡(jiǎn)單操作活動(dòng)中。

15、例如某人在甲廠學(xué)會(huì)了紅燈作為水壓過高的信號(hào)，后來到乙廠工作，但乙廠紅燈表示有水通過管道，即管道在正常工作。出現(xiàn)緊急情況時(shí)，該工人就可能重新把紅燈當(dāng)作指示水壓過高而關(guān)掉水管，而這也是需要水來冷卻某系統(tǒng)。這種現(xiàn)象在諸如核電站一類的高度安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是絕對(duì)不允許的。37三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 5.人的注意與疲勞 人的注意的重要功能在于濾掉不重要的輸入，選取重要的輸入作為進(jìn)一步的加工，使人能夠穩(wěn)定地集中于所要加工的信息。 一般人持續(xù)高度關(guān)注某一界面30min后，注意力就開始下降，原因是人體長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)保持注意會(huì)產(chǎn)生疲勞，造成信號(hào)漏報(bào)、作業(yè)效率降低等，甚至釀成事故。 疲勞（Fatigue）是由于長(zhǎng)

16、時(shí)間地執(zhí)行監(jiān)控任務(wù)、連續(xù)的心理活動(dòng)或執(zhí)行十分困難的任務(wù)時(shí)，精神高度集中所引起的。 在有效的工作時(shí)間內(nèi)，為了避免疲勞現(xiàn)象的出現(xiàn)，人機(jī)界面設(shè)計(jì)者應(yīng)該盡量避免讓操作者長(zhǎng)時(shí)間執(zhí)行單調(diào)的工作任務(wù)；應(yīng)該盡量避免使用能引起感官超負(fù)荷，從而產(chǎn)生疲勞的強(qiáng)刺激和強(qiáng)噪聲等。38三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)6.人的視覺暫留(殘)像 對(duì)感受器的刺激作用停止以后，感覺并不立即消失，還能保留一個(gè)短暫的時(shí)間。這種在刺激作用停止后暫時(shí)保留的感覺印象，叫暫留像。暫留象在視覺中表現(xiàn)得特別明顯。 例如：電視和電影都是人們利用人的這種生理現(xiàn)象的成功杰作。 暫留像可以使斷續(xù)的刺激引起連續(xù)的感覺：但是刺激的斷續(xù)必須達(dá)到一定的頻率，剛剛能引起連續(xù)感覺的最小頻率，叫臨界頻率。39三、常用認(rèn)知心理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)6.人的視覺暫留(殘)像 例如：在夜里我們拿著火把以一定的速度作劃圈動(dòng)作，遠(yuǎn)處的人會(huì)看到有一個(gè)火圈；注視一個(gè)紅色的正方形之后，再看一張灰白紙，在這張灰白紙上就可以看到一