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1人机交互技术第2章计算机学院2008年秋季课程2第二章人机系统与人的因素本章介绍人机系统的一系列的基本概念2.1人机系统的设计目标人机系统的设计目标人机系统的设计目标人机系统的设计目标2.2人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错2.3用户认知心理学入门用户认知心理学入门用户认知心理学入门用户认知心理学入门2.4人机功能分配人机功能分配人机功能分配人机功能分配2.5显示器与控制器的设计准则显示器与控制器的设计准则显示器与控制器的设计准则显示器与控制器的设计准则2.6设计人机交互的基本原则设计人机交互的基本原则设计人机交互的基本原则设计人机交互的基本原则3人机系统人机系统人机系统人机系统人机系统：在人类活动过程中，人、机、环境三者相互在人类活动过程中，人、机、环境三者相互联系组成的系统，称为人－机－环境系统，简称人－机联系组成的系统，称为人－机－环境系统，简称人－机－环系统，或者－环系统，或者人机系统人机系统。人人人人－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－机机机机－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－环境环境环境环境人机系统人机系统人机系统人机系统(包含人计算机交互系统包含人计算机交互系统包含人计算机交互系统包含人计算机交互系统)4人机系统的设计思想阶段1：确定机器－》选拔人，训练操作者阶段2：单纯的人机界面设计（没有考虑合理的人机功能分配），系统不能最优和高效阶段3：合理优化设计，将系统的性能、可靠性、费用、时间、和适应性作为设计所追求的目标，从功能分析入手，合理地将系统的各项功能分配给机器和人，达到系统最佳匹配，并以人为本，使得人机系统安全可靠，效益最佳。人机系统的设计思想5人机系统的设计流程人机系统设计流程人人人人系统目标系统目标系统目标系统目标功能分析功能分析功能分析功能分析功能分配功能分配功能分配功能分配人人人人机机机机界界界界面面面面试验试验试验试验、、、、评价评价评价评价定型生产定型生产定型生产定型生产性能要求性能要求性能要求性能要求结构分析结构分析结构分析结构分析工艺分析工艺分析工艺分析工艺分析加工制作加工制作加工制作加工制作功能要求功能要求功能要求功能要求人力资源分析人力资源分析人力资源分析人力资源分析工作设计工作设计工作设计工作设计人员选拔培训人员选拔培训人员选拔培训人员选拔培训机机机机6人机系统的设计目标人机系统设计的总目标1、能达到预定目标能达到预定目标能达到预定目标能达到预定目标，，，，高效高效高效高效完成预定的任务完成预定的任务完成预定的任务完成预定的任务效率是数量与质量的统一，是速度与质量的统一，举例：打字，做零件；练钢铁2、防止事故防止事故防止事故防止事故、、、、安全可靠安全可靠安全可靠安全可靠，，，，无害于人的健康无害于人的健康无害于人的健康无害于人的健康如：有毒环境，强噪声，不合适宜的湿度温度，劳动强度，不合适的操作姿势3、满意感与舒适感满意感与舒适感满意感与舒适感满意感与舒适感人对系统的主观感受：满意舒适。是对人机系统的更高要求因此必须使人与机都能充分发挥各自的作用和协调地工作，也就是使系统优化。一个优化的人机系统，必定在人、机、环三者之间具有优化的匹配关系。7人机系统的设计是个系统工程系统设计不是单一专业领域工作者所能胜任的，它应该由工程师、人类学家、心理学家、人机工程师来共同协作完成的。•6次成功次成功次成功次成功1次失败次失败次失败次失败•21人人人人12人登月人登月人登月人登月•5天天天天•380000公里公里公里公里•10年年年年•120所高等学校所高等学校所高等学校所高等学校•20000家工厂家工厂家工厂家工厂•400多万人多万人多万人多万人•250亿美元亿美元亿美元亿美元8人机系统设计中的人类工效学机器的技术性能指标、美学指标和工效学（ergonomics)三种指标。人类功效学：功效学功效学（（ergonomicsergonomics）、）、人机工人机工程学程学、、人的因素人的因素(HumanFactor)(HumanFactor)工程学、工程学、工程心工程心理学理学(engineeringpsychology)(engineeringpsychology)。它是一门以。它是一门以心心理学、生理学、解剖学、人体测量理学、生理学、解剖学、人体测量等学科为基等学科为基础，研究如何使人机环境系统的设计符合人的础，研究如何使人机环境系统的设计符合人的身体结构和生理心理特点，身体结构和生理心理特点，以实现人、机、环以实现人、机、环境之间的最佳匹配，使处于不同条件下的人能境之间的最佳匹配，使处于不同条件下的人能有效地、安全地、健康和舒适地进行工作和生有效地、安全地、健康和舒适地进行工作和生活的一门科学。活的一门科学。9§§§§2.2人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统的可靠性：一般用成功的概率或用差错、故障发生的平均时间（MTBF，MeanTimeBetweenFailure）来表示。我们需要高的系统可靠性我们需要高的系统可靠性我们需要高的系统可靠性我们需要高的系统可靠性。电器、机械、枪械、运输工具、航空航天器、计算机、存储系统等。操作系统：稳定、自修复、安全应用软件：尽量少的Bug、Robust、安全人机连接方式有串联、并联、串并混合。10人机系统可靠性人机系统可靠性人机系统可靠性人机系统可靠性1、串联式人机系统中，人或机任何一环失灵都会使整个系统的工作陷于停顿Rs=R1*R2*R3*…*Rn人机1机2输入输出串联的人或机愈多，系统的可靠性愈低。11人机系统可靠性人机系统可靠性人机系统可靠性人机系统可靠性2、并联式人机系统中Rs=1-（1-R1）*（1-R2）*（1-R3）*…*（1-Rn）人机机输入输出并联式人机系统的可靠性大于系统中的人或机的可靠性。12人机系统可靠性人机系统可靠性人机系统可靠性人机系统可靠性3、串并联式人机系统中人机1机2输入输出人自己理解公式，能够计算复杂串并联系统。13人机系统可靠性人机系统可靠性人机系统可靠性人机系统可靠性串联、并联式举例：飞机系统可靠性要求：可靠、单人驾驶、双人驾驶、三人系统、遥控驾驶、无人驾驶。黑匣子记录，进行事故经验反馈。14人机系统可靠性人机系统可靠性人机系统可靠性人机系统可靠性串联、并联式举例：存储系统要求：可靠、单点故障、备份、双机热备、容灾备份.数据库软件恢复、日志恢复15§§§§2.2人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统的人机系统的人机系统的人机系统的误差误差误差误差：准确性或精度是评价人机系统的又一个重要指标。准确性一般用误差来衡量。分常误与变误。误差中的误差中的误差中的误差中的常误常误常误常误：是由稳定因素引起的，它是系统组成部件常误的代数和：∑==niisEE116§§§§2.2人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错误差中的误差中的误差中的误差中的变误变误变误变误：是由偶然的或不稳定的因素引起的误差。变误一般用误差测量的标准表示（方差）。系统的变误在很大程度上取决于变误大的部件。若一个系统由Ａ、Ｂ两部分组成。Ａ、Ｂ的变误分别是20和10，则系统的变误为22.36。若完全消除了Ｂ的变误时，系统变误只降低2.36。若把Ａ的变误从20降到10，则系统变误就降到14.51。2232221nsσσσσσLL+++=17§§§§2.2人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统的人机系统的人机系统的人机系统的人的差错人的差错人的差错人的差错。。。。在人机系统中，人的操作或行为超越或违反系统所容许的范围时就发生人的差错。信息输入差错表现为感知觉的错误：错看错听。中枢加工过程发生的差错主要表现为记忆错误和决策错误：忘记、错记错误决策自然会导致错误的反应，但有时决策的正确，仍可能做出错误的反应。18§§§§2.2人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人的差错有无意差错与有意差错的区别。有意差错分不得已不得已不得已不得已和明知故犯明知故犯明知故犯明知故犯两种情形无意差错也有两种情形：及时察觉及时察觉及时察觉及时察觉与不察觉不察觉不察觉不察觉人的差错率与工作性质及工作条件有很大关系。例如，视觉阅读作业与手工作业的差错率有所区别。19§§§§2.2人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错人机系统可靠性与人的差错设计人机系统时，必须有个概念：相对于机器，人是容易犯错误的：受客观因素的影响：环境、系统设计不善受主观因素的影响：生理，心理。如：疲劳、紧张、注意力降低，情绪波动等。设计中应采取措施防止错误的发生设计要充分考虑人的因素，符合人的认知模型与行动特性。数据输入系统，必须有错误检验与出错信息提示，给操作者改正与编辑的机会。禁止某些错误操作，如有的菜单项变灰色使选择无效，电器插头和插座配合，计算机插槽类型。20§§§§2.3用户认知心理学入门用户认知心理学入门用户认知心理学入门用户认知心理学入门用户认知心理学在人机系统中的影响人设计系统人设计系统人设计系统人设计系统人使用和操纵系统人使用和操纵系统人使用和操纵系统人使用和操纵系统人对系统的评价人对系统的评价人对系统的评价人对系统的评价用户认知心理学和人机工程学研究的人的因素：人对外界信息的感知特性人对外界信息的感知特性人对外界信息的感知特性人对外界信息的感知特性人对信息的加工人对信息的加工人对信息的加工人对信息的加工、、、、处理及思维能力处理及思维能力处理及思维能力处理及思维能力人的学习和记忆特性人的学习和记忆特性人的学习和记忆特性人的学习和记忆特性人的自身节律人的自身节律人的自身节律人的自身节律：：：：年龄特性年龄特性年龄特性年龄特性，，，，时间特性时间特性时间特性时间特性，，，，疲劳特性疲劳特性疲劳特性疲劳特性21§§§§2.3用户认知心理学入门用户认知心理学入门用户认知心理学入门用户认知心理学入门2.3.1人的信息加工模型2.3.2人的感觉功能和信息接收2.3.3人的信息处理及输出特性2.3.4注意与疲劳2.3.5时间节律性2.3.6年龄的影响22§2.3.1人的信息加工模型刺激刺激刺激刺激反馈反馈反馈反馈长时记忆长时记忆长时记忆长时记忆短时记忆短时记忆短时记忆短时记忆感觉储存感觉储存感觉储存感觉储存知觉编知觉编知觉编知觉编码码码码决策和反应的决策和反应的决策和反应的决策和反应的选择选择选择选择反应的执行反应的执行反应的执行反应的执行注意资源注意资源注意资源注意资源23§2.3.1人的信息加工模型1）感觉贮存感觉贮存感觉贮存感觉贮存((((感觉记忆或瞬时记忆感觉记忆或瞬时记忆感觉记忆或瞬时记忆感觉记忆或瞬时记忆):):):):它贮存输入感觉器官的刺激信息，保持极短时间的记忆。过马路过马路过马路过马路过马路过马路过马路过马路：：：：红绿红绿红绿红绿灯灯灯灯、、、、车鸣笛车鸣笛车鸣笛车鸣笛。。。。2）知觉编码知觉编码知觉编码知觉编码:当外界刺激输入后，在注意的参与下进行编码，头脑中已贮存的与刚输入的信息有关的知识经验，甚至有组织的结构图式被激活。方式方式方式方式：由刺激物引起的加工的“自下而上”；从经验出发从而进行加工的“自上而下”。过马路过马路过马路过马路过马路过马路过马路过马路：：：：红绿灯有红绿灯有红绿灯有红绿灯有提示作用提示作用提示作用提示作用，，，，车鸣笛有警示作用车鸣笛有警示作用车鸣笛有警示作用车鸣笛有警示作用。。。。3）记忆与决策记忆与决策记忆与决策记忆与决策：过马路过马路过马路过马路过马路过马路过马路过马路：（：（：（：（红灯停绿红灯停绿红