《人机界面系统设计中的人因工程》薛澄岐等著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《人机界面系统设计中的人因工程》

【作　者】薛澄岐等著

【丛书名】人因工程学丛书

【页 数】 271

【出版社】 北京：国防工业出版社 , 2022.01

【ISBN号】978-7-118-12406-4

【价 格】120.00

【分 类】人机界面-程序设计

【参考文献】 薛澄岐等著. 人机界面系统设计中的人因工程. 北京：国防工业出版社, 2022.01.

图书封面：

图书目录：

《人机界面系统设计中的人因工程》内容提要：

本书通过运用设计技术、生理技术及脑成像技术对复杂信息系统人机界面（HCI）中的人因要素进行分析，研究数字信息设计的要素、结构、理论及方法，探索影响信息设计认知的人因工效关键要素和指标，围绕人机交互（HCI）系统设计中界面要素、信息结构、设计原则、关键技术等展开系统分析，给出一套人机交互（HCI）系统界面的设计方法和评价体系。

《人机界面系统设计中的人因工程》内容试读

概论

1.1人机界面概述

1.1.1人机界面

人机界面作为人与机器之间信息沟通和交流的媒介，其作用是实现信息的内部形式与人类可以感知的形式之间的转换，承载着信息的输入与输出。人机界面可以分为广义的和狭义的人机界面，也可以分为硬界面和软界面。广义的人机界面(human-machine interface,HMI)是指人与机之间的信息交流和控制活动都发生在人与机相互接触并相互作用的“面”上。机器的各种显示都“作用”于人，实现“机”到“人”的信息传递：人通过视觉、听觉等感官接受来自机器的信息，经过人脑的加工、决策后做出反应，实现“人”到“机”的信息传递。狭义的人机界面(human--computer interface,HCI)是指计算机系统中的人机界面，又称人机接口、用户界面(user interface)。计算机系统是由硬件和软件组成的，所谓的软界面通常理解为借助于显示器展示的集操作和显示于一体的程序运行的功能界面，也称作数字界面。而与软界面相对的其他

更广泛的设备界面均可称为硬界面)。HCI大致经历了手工操作、命令语

言、图形用户界面和多媒体多通道人机交互四个阶段的发展。随着软硬件技术的发展，人机界面的设计及其研究已延伸为人、机系统中的交互行为的研究。因此HCI、HMI中的L,也由“Interface(界面/接口)”变成了“Interaction(交互)”。【的转变代表着研究核心从考虑如何使人与机器之间的信息交换更加高效，上升到了如何使人机交互更加自然这一新阶段。纵观人机界面的成长历史，不难看出，它的核心是“以人为本”，沿着人所期望的方向发展。那么，人的期望是什么呢？概括地说，就是人类希望以最简单、快速的形式，以人类习惯的方式与机器交流。人类希望机器能听懂人的命令，读懂人的意图，甚至预测人的想法和行为，而人类也能轻易地掌握机器的动态，操控机器的行为，最终使机器能够更好地为人类服务。因此，作为一个多学科交叉的

研究领域，HCI的研究聚集着计算机工程、认知心理学、设计学、符号学、行为

学、语言学和社会学等多学科的领域知识。人机界面的研究激发了多学科的

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人机界面系统设计中的人因工程

协作和发展。

作为人与机器信息交换的媒介，人机界面承载着传递信息实现人机协作的功能，构建认知模型的功能，以及满足人类审美和体现文化和价值观的功能。人机界面的设计和实现，直接影响到用户使用机器的效率，以及用户的生理和心理感受。

很难想象，如果没有好的人机界面（如Windows操作界面），计算机技术如何能与大众有如此广泛的接触，如何能构成无处不在的智能网。随着机器智能化技术的提高，机器的工作状态越来越依靠界面显示的信息来传递给人类。而人类也更加希望与机器的交流简单顺畅，且无需学习专业的技能。因此，人机界面的设计在满足“机”的状态表达和“人”的意图传递这一基本功能之上，还需要从认知心理学的角度出发满足人的感知需求、逻辑推理需求、学习决策需求、审美需求和情感需求等。

如果人机界面的设计不合理，会令用户感到困惑、难于掌握，有挫败感，同时增加失误率，易疲劳，降低工作效率，甚至产生事故或灾难。因此，人机界面设计已成为当今重要的科学研究领域，人机界面设计的研究越来越成为各国关注的对象。美国将人机界面研究作为21世纪的四项基础研究内容之一。美国国防的关键技术计划在把人机交互界面列为软件技术发展的重要内容之一的同时，专门增加了与软件技术并列的人机系统界面这项内容。日本为了开发21世纪的计算机界面也提出了FPIEND21计划(future personalized information envi-ronment development)。同样我国973计划、863计划、“十五”规划都将人机交互列为主要研究内容。人机交互已经成为新一轮科技革命和产业变革的核心驱动力，正在对世界经济、社会进步和人类生活产生极其深刻的影响。

1.1.2模拟控制人机交互体系

模拟控制人机交互阶段，复杂操纵系统通常排布有多个仪表以及物理操作按钮、旋钮或滑块等，图1-1所示为苏联明斯克号航空母舰的舰载武器综合作战指挥及显示平台，图1-2所示更加清晰地展示了某复杂系统模拟控制显控台多仪表多物理键的形态特征。指挥舱是执行任务观察、操纵控制的区域，显控台集成了显示仪表、操纵器、信号、警报等终端界面。在指控系统发展历程中，随着功能需求的增加，舱室内的机器、设备、显示仪表、操纵装置不断增多，舱室空间环境越来越复杂。

此时的人机交互界面主要是模拟控制界面。传统的模拟控制一般是监视和操作系统，以操作任务为主。模拟控制系统呈现的界面类型一般为仪表读数结合旋钮、按钮等物理按键，通过控制面板上的模拟器显示系统信息以及组件层的具体参数等。

常规的模拟控制系统通过硬控制，即实物实现操作控制，操作明确、实感强

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第1章概论

图1-1舰载武器综合作战指挥及显示平台

图1-2模拟控制显控台

烈，但成本较高。由于模拟控制系统通常是单一指示器、单一参数、单一目标的控制，无法应对不断增多的系统操作需求，而且由于大量显示器和物理按键等的添加，不仅对显控台的大小提出了更高的要求，操作员还需要在控制室来回走动以获取必要信息和执行操作动作。这种分布在操作空间的模拟控制系统的人机操作界面，被称为空分制交互界面。

模拟控制人机交互体系中信息的分散式呈现使得用户获取信息的效率低下并且用户的认知负荷较高，对用户过滤次要信息筛选关键信息并整合处理的能力有着较高的要求。

1.1.3数字化控制人机交互体系

计算机交互技术、控制技术和人机界面的快速发展，使得先进的数字化技术逐渐在各种复杂大型系统中得到应用，复杂人机交互系统进入了信息化时代。在很多信息系统中已经逐步取代模拟控制，被广泛应用到战机、船舶及汽车的操控、核电厂控制以及战场指挥等各种复杂的人机交互系统和环境中。图1-3所示为作战指挥系统中的数字化显控台，可见物理按键和仪表数目明显减少，更多操作基于数字化显示屏。人机系统中操作人员的工作模式也由原来的以操作为主转换为以监视和决策为主。数字化显控能通过对信息系统

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人机界面系统设计中的人因工程

更好地优化和管理，增强管理软件对设备运行状态的检测和预警功能，提高操作员对信息的监测与控制绩效，以及对设备进行故障诊断和预测性维护的可靠性。大量的信息通过显示屏显示，随时间的变化，显示的信息也不断发生变化。这种信息随时间变化而变化的人机显控界面，被称为时分制交互界面。

图1-3作战指挥数字化显控台

从信息操控模式的转变来分析，旧式的指针表盘式显示系统大多使用寿命短、读数误差大、可靠性不强，且由于海量战场信息需要整合处理，数字界面所能容纳更大的信息量，模拟控制已经跟不上时代发展的脚步，不适应现代化信息发展的需求，因而不可避免地步人被淘汰之列。如指挥舱中大量的机械仪表数据同时显示时，操作员不仅要逐个读数，还要综合判断才能做出决策和行动，过重的认知负荷会导致不能满足高度紧张的作战环境对反应时间的要求，因此机械仪表界面的可控性差在获取信息方面给操作员造成了很大的负担。以自动化智能设备为物质基础的人机界面替代传统的机械设备界面，将改变复杂大型系统人机交互的整个知觉过程。

目前的人机交互界面主要是数字化控制界面。数字控制系统以监视、辨识、诊断和操作为主，更多地表现为认知任务。数字控制系统呈现的界面类型是显示屏控制器结合数字界面显示的形式，显示屏控制器由最初的命令行输入

发展到目前主流的键鼠控制的WMP图形界面。专家、学者、技术人员等正在

探索和研究多通道人机交互的技术领域。数字界面显示的信息包括基于计算机的数字显示、大屏幕系统总体状况显示等更多、更详细的通过系统层综合集成的抽象信息。数字化控制过程中，操作人员的角色从手动控制者转变成监控者和决策者，延长了操作者的视觉认知过程，这需要一系列认知行为来执行任务。

数字控制系统相比模拟控制系统来说有一系列的优势。技术系统自动化水平高，系统可靠性高，而且多参数、多目标的控制确保了海量的信息容纳量。4

第1章概论

由于信息集成显示且共享，操作员不需来回走动获取信息，而是基于坐姿从计算机工作站获取信息，通过点击轨迹球和键盘等执行控制行为，操作员之间交流相对减少，减少了由于不必要的人人交互而耗费的工作时间。复杂信息系统的计算机数字界面信息来源渠道多、信息量大、信息结构关系错综复杂，是人机信息交互的重要载体和媒介。从某种意义上来说，人机交互数字界面已成为操作者获取信息、知识推理、判断决策的重要手段和操作依据。

尽管数字控制系统相对模拟控制系统来说具有很多优点，但是，从影响人因失误的视角来看，数字化控制的新特性，改变了操作员所处的情境环境，对操作员产生了新的影响。数字化呈现的指控任务由于信息量大，信息关系复杂，使操作者进入复杂性认知，可能会由于操作失误、误读误判、反馈不及时等认知困难导致任务执行困难，严重时会产生系统故障，甚至重大事故。因此，人机界面系统设计中的人因设计就成为数字界面设计中一个需要重视和急需解决的问题。此外，在优化现有数字界面技术的同时，人们在思考更进一步的人机交互方式一构建多通道的自然交互体系。运用多感官和多模态界面模式来理解客观物理世界，是通过包括触摸、声音、姿势、面部表情和凝视在内的多种交互模式实现的，需要构建通过触摸、手势与体感、语音等模式的人机交互。

因此，优化复杂信息系统中人机交互数字界面设计和人因工程水平，探索多通道自然人机界面的设计整合，构建多通道自然交互体系是当前学术界和工程设计界研究关注热点。人机交互的最终目标就是为用户呈现自然、直观、身临其境般的交互体验。提高人机交互系统中人因工程的设计和逐步实现多通道的人机自然交互，是未来若干年人因工程设计和技术需要重点解决的问题。

1.1.4人机界面系统设计中的多学科交叉融合

随着信息技术的快速发展，特别是当今我们置身于数字化、智能化的信息时代，人机界面系统设计与其他学科的交叉融合变得越来越紧密。下面将从技术层面、设计层面和人因层面，分别介绍人机界面系统设计与相关学科的交叉融合。

从技术层面来看，人机界面属于人机交互领域，人机交互是计算机学科的新兴研究方向，人机交互技术包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息，人通过输入设备给机器输入有关信息。人机交互与认知科学、心理学等学科领域有密切的联系。在人机交互发展过程中，人机界面经历了多种交互方

式，包括DOS命令操作界面、用户图形界面，沉浸式、交互式界面，多感官、多维

度的自然人机交互界面等。这也是计算机技术融合到人机交互领域的结果。从设计层面来看，人机界面属于工业设计学科的分支。人机界面从传统的按

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人机界面系统设计中的人因工程

键、控制开关等部件显示的人机交互单一模式，逐渐融合媒体交互技术、动画、虚拟仿真等新兴学科知识，发展成为人与大数据系统相互交流和沟通，决策与执行的交互媒介。从人因层面来看，人因工程研究围绕“统一考虑人一机器一环境系统总体性能的优化”这一宗旨，数字化、智能化的人机界面是人因工程学科新的挑战，不仅从生理学、心理学、解剖学、管理学、系统学等多学科的交叉研究人与机的关系，而且要从大型动态画面、多重控制终端、数字化的仪表信息等多方面考虑人机界面信息呈现形式、控件图标的布局原则以及告警信息的呈现方式。在新的挑战下，融合信息科学、设计科学、控制学科等相关领域，迎接系统信息可视化的到来，是人因工程学科一项艰巨的任务。

在相关学科的交叉融合中，新的学科概念、新的研究领域频繁出现，例如信息可视化正是人机界面系统设计的主要内容之一。Card2]等在1999年提出信息可视化(information visualization)的概念，认为可视化就是利用计算机支持的交互式的、可视化的数据信息的显示来扩大认知。可视化能够更好地作为一种外部的显示手段帮助人们更有效的识别信息，提高搜索效率。信息的可视化是利用计算机技术的支持进行的交互式的信息交流，抽象的数据可视化表示可以增强认知。可视化的本质不是可视化的视图而是它具有的“洞察力”，即能够快速地同化信息和监控大量数据。随着科技发展和时代进步，人机界面的终端控制系统的“智商”变得越来越高，促使人类产生和获取信息的能力越来越强，为了更有效率地及时获取信息，人类越发需要可视化技术来帮助人类认知和记忆。数据可视化技术是一个交叉领域的技术，广泛地应用于数据与分析、数据挖掘、智能控制、信息监控、统计等领域。这也是人机界面系统设计的研究内容之一。

人机界面系统设计需要融合的旁系学科知识很多，这是一个不断摒弃传统方式、不断更新科学技术、不断探索人类大脑认知的与时俱进的研究方向。从事人机界面系统设计，需要考虑认知科学、计算机科学、人因工程、生物医学神经科学、信息工程、人工智能等多学科的交叉融合，这是富有挑战性的知识嫁接。本书将围绕人因工程学科，介绍人机界面研究的方法、理论及系统设计。

1.2人机界面系统设计中的人因工程

1.2.1人因工程与人机界面系统设计的交叉融合

数字化实现了管理控制的集中化、自动化、精确化，人机界面成为系统控制的关键内容。数字化的人机界面中巨量信息与有限显示的矛盾非常突出，并伴随产生任务繁重但又是必需的界面管理任务，它们对人因工程可靠性产生了前

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···试读结束···